3BHE003523R0030//勵磁**********3BHE003523R0030//勵磁***************3BHE003523R0030//勵磁***********3BHE003523R0030//勵磁
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基于IGBT的開關式勵磁調節(jié)器的應用
1. 背景
當前很多國有大中型企業(yè)都是連續(xù)生產型企業(yè),企業(yè)在生產中需要大量熱能,為了保證生產的連續(xù)性和供熱調節(jié)需要,各企業(yè)均建有自備熱電廠,這些自備熱電廠多配置的是中、小火電機組。
這些中、小火電機組大部分配置的均為直流勵磁機,勵磁調節(jié)大部分都采用老式的勵磁調節(jié)器,如KFD-3勵磁調節(jié)器。隨著企業(yè)的發(fā)展和電網對企業(yè)電能的要求,老式的勵磁調節(jié)器已經不能調壓和調節(jié)無功的需要,對其進行技術改造已經勢在必行。
2. 開關式勵磁調節(jié)器
開關式勵磁調節(jié)器是利用晶閘管或IGBT為核心功率器件,輔助以調節(jié)和控制回路而組成的勵磁調節(jié)器。發(fā)展至今已經出現了微機型的開關式勵磁調節(jié)器。
TDWLT-01KS勵磁調節(jié)器是基于IGBT的開關式勵磁調節(jié)器,廣泛應用于各種中、小火電機組中。
3. 現狀
某25MW火電機組采用的是直流勵磁機的勵磁,配置的是KFD-3勵磁調節(jié)器。該調節(jié)器主要由相復勵裝置和電壓校正器兩部分組成。相復勵裝置主要由相復勵變壓器、電抗器、補償電容器、升壓自耦變壓器及輸出整流器等構成;電壓校正器由測量、放大、三部分構成。
雖然該調節(jié)器在很長一段時間內起到了很好的調節(jié)作用,但是由于相復勵式調節(jié)器采用磁放大器,利用鐵心的磁飽和特性進行電壓測量、誤差放大和電流控制,因此調節(jié)精度低。其測量變壓器的飽和度不僅取決于電壓的高低,還對,在某些事故造成局部電網升高或的情況下,更會加大電壓調節(jié)誤差;由于沒有采取有效的措施,調節(jié)器運行性較差,經常發(fā)生無功電壓、并列機組問搶無功等,嚴重時影響發(fā)電機組正常運行;階躍響應超調量大,時間長,調節(jié)時間常數大,調節(jié)電阻過熱、易老化,造成不良,必要的和保護功能。該調節(jié)器已經被淘汰。
4. 改造
4.1 方案論證
對勵磁設備改造時, 如果整體拆除直流勵磁機更換自并激勵磁,一次性投資太大,而且自并激改造時需要大容量勵磁變壓器及可控硅整流裝置,施工難度較大。因此,保留直流勵磁機,采用開關式微機勵磁調節(jié)器替代直流勵磁機原勵磁裝置是勵磁設備自動化改造時優(yōu)先考慮的方案。把IGBT作為勵磁主回路元件串接在勵磁機勵磁繞組中, 利用斬波技術控制IGBT的占空比,來調節(jié)勵磁機勵磁電流,從而控制發(fā)電機勵磁電壓和無功來達到勵磁自動調節(jié)的目的。此改造方案原理簡單,不需另外設備,直接通過直流勵磁機的電樞取勵磁源,殘壓起勵,勵磁繞組通過開關管控制和直流勵磁機組成自激,主回路元件少,結構簡單可靠,可以根據勵磁機原有勵磁靈活地進行配置。
4.2 改造方案
改造部分為一面屏柜,內部配置完全、互為備用的兩套微機式勵磁調節(jié)器(選用TDWLT-01系列)以及兩組IGBT回路,兩個IGBT功率回路并聯工作。保留原直流勵磁機、原勵磁設備的滅磁部分(即滅磁開關和滅磁電阻)和磁場變阻器。兩個IGBT開關管與磁場變阻器并聯后與直流勵磁機轉子繞組串聯,由雙套微機勵磁調節(jié)器中的主調節(jié)器發(fā)調節(jié)脈沖共同調節(jié)兩個IGBT開關管,進而改變發(fā)電機勵磁電流,調節(jié)發(fā)電機無功,共同完成發(fā)電機勵磁調節(jié)。裝置按大裕度選用IGBT開關管,并設置可靠的保護和吸收電路。
調節(jié)器通過接于機端的電壓互感器、電流互感器以及轉子分流器,測量發(fā)電機的定子電壓、機組、有功功率、無功功率以及轉子電流等發(fā)電機當前運行工況,和給定值比較后經PID調節(jié)計算產生輸出PWM值,PWM范圍為-~,PWM在0~范圍時,控制IGBT占空比在0~調節(jié)。
4.3 調節(jié)原理
以電壓閉環(huán)調節(jié)為例,說明調節(jié)。
勵磁調節(jié)器根據占空比PWM 形成觸發(fā)脈沖,此脈沖通過驅動板進行電壓和放大后驅動IGBT,控制IGBT的開通和關斷的時間,從而控制勵磁機勵磁電流Ilf。IGBT在開關勵磁中的工作原理如圖1所示。
3BHL001430001 | |||
3BHB007447P0001 | |||
3BHB006449R0002 勵磁電源 | |||
HIER467078P0001 濾網 | |||
HIER465117P0001 風機 | |||
HIER465095P0003 | |||
3BHE013707R0003 可控硅 | |||
UNS0880a-P V2 整流橋接口板CIN | |||
3BHB006338R0001 門極驅動接口 | |||
3BHB006943R0001 整流柜顯示器 | |||
HEIR446489P0001 風機電源切換繼電器 | |||
HIER465095P0003 快速熔斷器 | |||
HETT401476P0010 HETT401476P0013 | |||
3BHB002782R9024 滅磁開關控制繼電器 | |||
整流柜接口3BHB0005922R0001 | |||
HIER465117P0001 勵磁風機 | |||
3BHB006449R0002 勵磁電源模塊 | |||
3BHE008950P201 | |||
HIEE305114R0001 | |||
3BHB005922R0001 CIN整流柜接口板 | |||
3BHB003154R0101 | |||
3BHB007153R0001 | |||
3BHB005727R0001 UNS2880A-P.V1 | |||
HETT401476P0010 20A/1500AC/1000DC | |||
HETT401476P0013 40A/1500AC/1000DC | |||
HETT401476P0014 50A/1500AC/1000DC | |||
UNS0885a-2,V1 3BHB006943R0001 | |||
3BHE002966R002 | |||
3BHB006309R0001 PSI功率板 | |||
3BHB006208R0001 FIO 快速輸入/輸出接口板 | |||
abb濾波器模塊3BHE003523R0030 | |||
3BHB015651P0001 | |||
3BHB020720R0002 | |||
3BHE007153R0001 | |||
3BHE010751R0101 | |||
3BHL000359P0001 | |||
3BHE002966R002 熔絲座 | |||
3BHB006309R0001 | |||
3BHB006208R0001 | |||
3BHE003523R0030 |
均流問題
電力電子器件并聯使用,如果器件之間長期不均流,會某個器件長期滿負荷甚至超負荷運行,而另一個器件低負荷運行,長期下去會造成單一器件的損壞。
國內外很多文獻對器件均流問題提出了解決,比如“下垂法”、“主從均流法”、“自動均流法”、“均流法”等,效果不一,各有優(yōu)缺點。
為了解決改造工程中的器件均流問題,從工程角度出發(fā),采用了以下:
(1)選用大裕度的功率器件并保證所選器件參數的一致性,這樣保證了器件不會超負荷運行。
(2)為了使調節(jié)器針對兩個功率器件發(fā)出相同的調節(jié)脈沖,以保證兩個器件的指令一致,強行將兩個器件的占空比調成一致。
(3)將兩個器件安裝在同一塊散熱板上,盡量保證兩個器件的安裝條件一致。從運行效果和實際測量結果上看,這些措施可以保證兩個功率器件運行電流分配的一致性,地解決了器件的均流問題。
5.2 勵磁的開機問題
改造保留了磁場變阻器,其與開關式勵磁調節(jié)裝置相互作用,如果單獨采用開關式勵磁調節(jié)裝置開機,在開機的瞬間會出現較大的電壓波動,不。
改造中,通過不斷試驗,終采用先用磁場變阻器調節(jié)開機并網,再投入開關式勵磁調節(jié)裝置的,不會造成電壓波動的問題,調節(jié)相當。
5.3 勵磁中的強勵問題
由于原有的強勵繼電器依然保留,而開關式勵磁調節(jié)裝置本身也具備強勵功能,這樣出現了兩部分強勵功能怎樣配合、強勵倍數如何整定的問題。
分析回路,發(fā)現開關式勵磁調節(jié)裝置強勵后,相當于將并聯回路進行了短接,原來保留的強勵不起作用;如果開關式勵磁調節(jié)裝置強勵不,原來預留的強勵也可以。因此,在實際中將兩部分強勵全部投入,并聯運行。
5.4誤強勵問題
新的勵磁要求采用三組TV作為電壓低還是TV斷線的判據,而實際改造中只有兩組TV,如果兩組TV同時斷線,由于沒有TV作為輔助判據,會造成誤強勵。
在改造工程中,通過和制造廠家協(xié)商,修改了強勵的判據,加入發(fā)電機斷路器的輔助接點作為輔助判據。如果兩組TV同時斷線,只要發(fā)電機出口斷路器未跳閘,判斷為TV斷線。手動將電壓閉環(huán)轉為電流閉環(huán),處理完TV斷線后,再將電流閉環(huán)轉為電壓閉環(huán)。