[发明专利]一种变速抽水蓄能机组用交流励磁系统及机组自启动方法

说明书

本发明涉及一种变速抽水蓄能机组用交流励磁系统及机组自启动方法，本发明的交流励磁系统包括网侧和机侧，网侧和机侧共用一个直流母线，网侧由4个功率单元并联组成，机侧由6个功率单元并联组成，每个功率单元为NPC三电平拓扑结构。交流励磁系统启动机组的过程为：在做好准备工作后，启动交流励磁系统网侧，使得直流电压从0V上升至额定电压；接着，启动交流励磁系统机侧，对机组转子进行励磁，分别经过恒转矩升速、恒功率升速、降功率升速三个阶段，使变速抽水蓄能机组从静止平稳启动至额定转速。该启动过程平滑无冲击，无需额外的启动装置，降低了电站建设成本。

技术领域

本发明属于电力电子传动技术领域，具体涉及一种变速抽水蓄能机组用交流励磁系统及机组自启动方法。

背景技术

近年来，新能源并网发电机组并网容量不断增加，由于风电、光伏发电的随机性，给电网调峰和调频能力都提出了更高的要求，而作为削峰填谷的最好工具的抽水蓄能电站，在电力系统中占据越来越重要的地位。

抽水蓄能电站作为电网综合辅助管理工具，以水能转换为载体，给系统提供储能服务和多工况调度运行，在电网中承担调峰、填谷、调频、调相、事故备用、黑启动等任务，是现代电力系统的稳压器、调节器和存储器。

抽水蓄能系统主要有两大类，一种为定速抽水蓄能系统，一种为变速抽水蓄能系统。变速抽水蓄能电站的优势为：1、电机转速可调，提高水泵水轮机的运行效率，减小磨损；2、电动和发电工况，有功功率均可调，功率调节速度快，电网频率调节精度高；3、机组振幅小，运行稳定性高；4、可自启动，无需启动装置；变速抽水蓄能电站是抽水蓄能未来发展的趋势。

百兆瓦级变速抽水蓄能系统如图1所示，主要包括主变压器、定子接触器、换相开关、定子短接装置、发电电动机、水泵水轮机、机组控制保护系统、励磁断路器K1和交流励磁系统。交流励磁系统主要包括励磁变压器、网侧软起断路器K4和K6、网侧并网断路器K5和K7、网侧、直流Crowbar、机侧、交流Crowbar、控制保护系统和水冷系统。

变速抽水蓄能机组稳态有两种运行工况，一种为发电工况，一种为抽水工况。发电工况，机组通过水轮机球阀和调速器启动，抽水工况需要机组自启动。目前国内外关于变速抽水蓄能机组的研究主要为功率解耦控制和电网频率控制方面，对机组自启动方面的研究较少。

定速机组不具备自启动能力，通过额外配置静止启动变频器启动，变速机组也可通过额外配置静止启动变频器进行启动，但会额外增加成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变速抽水蓄能机组用交流励磁系统及机组自启动方法，用以解决变速机组通过额外配置静置启动变频器启动造成的成本较高的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明提供了一种变速抽水蓄能机组的自启动方法，包括如下方法方案：

方法方案一，短接电机定子，控制交流励磁系统接入电网，使机组逐步升速至额定转速。

方法方案二，在方法方案一的基础上，所述控制交流励磁系统接入电网，使机组逐步升速至额定转速包括：

交流励磁系统判断机组处于抽水工况下，接收机组控制系统启动命令；

启动交流励磁系统网侧，使直流电压上升至额定电压；

启动交流励磁系统机侧，对机组转子进行励磁，使机组升速；

当机组的转子磁通达到转子额定磁通，且机组转速大于设定速度时，控制减小转子磁通；

当转矩电流大于机组的转矩电流极限时，控制交流励磁系统按照转矩电流极限输出转矩电流，使机组升速至额定转速。

方法方案三，在方法方案二的基础上，所述交流励磁系统网侧采用控制外环为直流电压环、控制内环为电流环的双闭环控制方法。