晶閘管可逆裝置并聯(lián)12脈動環(huán)流問題的一種解決辦法

杜海峰，王志平，曹喜生，顏貴軍，楊硯杭

（1．天水電氣傳動研究所有限責(zé)任公司，甘肅天水741020；2．山東省水利廳膠東調(diào)水局，山東招遠(yuǎn)265400；3．酒鋼集團(tuán)鏡鐵山礦，甘肅嘉峪關(guān)735100；中國石油渤海鉆探第四鉆井公司，河北任丘062550）

晶閘管可逆裝置并聯(lián)12脈動環(huán)流問題的一種解決辦法

杜海峰1，王志平2，曹喜生1，顏貴軍3，楊硯杭

（1．天水電氣傳動研究所有限責(zé)任公司，甘肅天水741020；2．山東省水利廳膠東調(diào)水局，山東招遠(yuǎn)265400；
3．酒鋼集團(tuán)鏡鐵山礦，甘肅嘉峪關(guān)735100；中國石油渤海鉆探第四鉆井公司，河北任丘062550）

摘要：針對并聯(lián)12脈波系統(tǒng)中存在的裝置間動態(tài)環(huán)流問題，采用裝置對裝置通訊的方法，通過兩臺裝置之間的轉(zhuǎn)矩互鎖功能，從而使該問題得到有效、可靠的解決。

關(guān)鍵詞：并聯(lián)12脈波；裝置對裝置通訊；轉(zhuǎn)矩互鎖；自動換相

1　引言

隨著電力電子裝置的廣泛應(yīng)用，如何有效地抑制電網(wǎng)中的諧波污染，成為了電氣傳動系統(tǒng)的重要研究課題。在眾多解決方案中，并聯(lián)12脈波系統(tǒng)為其中常用的一種，它不僅可以有效地抑制諧波，而且有利于直流側(cè)電機(jī)的運(yùn)行，在實(shí)際工程中得到廣泛的使用。但是，該系統(tǒng)自身存在裝置間的動態(tài)環(huán)流問題又是一大隱患。本文以Sinamics DCM可逆系統(tǒng)為例，介紹采用裝置對裝置通訊，利用兩臺裝置之間轉(zhuǎn)矩互鎖功能，解決常規(guī)并聯(lián)12脈波換相時(shí)的環(huán)流問題。

2　系統(tǒng)概述

并聯(lián)12脈波可逆系統(tǒng)主要為勵磁部分和電樞部分。其中勵磁部分一般采用單相半控橋式電路，實(shí)現(xiàn)恒定勵磁電流供電；電樞部分由2臺6脈動可逆變流裝置供電，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)12脈波。

2．1電樞回路系統(tǒng)圖

圖1　電樞回路系統(tǒng)圖

電樞回路如圖1所示，其中T1、T2為2臺相位相差30°的整流變壓器，對TG1、TG2 2臺四象限全數(shù)字可逆整流裝置一對一供電；L1，L2為2臺空芯電抗器，用于平衡兩組三相整流橋間電壓的相位差，并限制2臺裝置之間的瞬時(shí)環(huán)流；Q1、Q2為2臺快速斷路器，用于切除系統(tǒng)故障時(shí)直流側(cè)短路電流，有效地保護(hù)晶閘管；＋HV3和＋HV4接同一電源。

2．2系統(tǒng)運(yùn)行

2臺裝置在主從模式下運(yùn)行，主機(jī)運(yùn)行在轉(zhuǎn)速－電流雙閉環(huán)模式下，主機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)得到的速度給定值Un＊與反饋值Un經(jīng)過速度調(diào)節(jié)器ASR的計(jì)算后，輸出電流環(huán)的給定值Ui＊，Ui＊既作為本機(jī)的給定參與本機(jī)控制，又通過通訊傳送給從機(jī)，參與從機(jī)的電流單閉環(huán)邏輯控制，2臺裝置各自輸出6個(gè)脈波的直流電源，通過并聯(lián)回路疊加輸出給直流電機(jī)，從而使電機(jī)和電網(wǎng)運(yùn)行在12脈波下。

3　存在問題

如上所述，當(dāng)主、從裝置需要換相時(shí)，2臺裝置的電流環(huán)給定信號Ui＊是同步進(jìn)行的，但是各自裝置的電流環(huán)獨(dú)立進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)檢測到本裝置中通過橋臂的電流降到零時(shí)，裝置的DLC發(fā)出命令，經(jīng)過封鎖延時(shí)時(shí)間，封鎖正組，并經(jīng)過開通延時(shí)時(shí)間開通反組。理論上，主機(jī)和從機(jī)內(nèi)部的兩組反并聯(lián)橋可以同時(shí)開通關(guān)斷，但由于晶閘管特性的分散性，電網(wǎng)電源及檢測零電流的準(zhǔn)確性等因素的影響，使得主機(jī)、從機(jī)的正組橋和反組橋切換不完全同步，從而在2臺裝置的三相橋之間形成了動態(tài)環(huán)流，給設(shè)備造成危害。

4　常規(guī)處理方法

以SINAMICS DCM（6RA80）為例說明常規(guī)處理方法。當(dāng)系統(tǒng)由正組（反組）橋切換至反組（正組）橋時(shí)，在2臺裝置均經(jīng)過如圖2所示的過程。p50160參數(shù)的設(shè)置為附加的無轉(zhuǎn)矩方向時(shí)間，當(dāng)p50160大于0時(shí)，當(dāng)前裝置將在此附加的時(shí)間段內(nèi)無轉(zhuǎn)矩方向。此參數(shù)的設(shè)置是為了加長附加的無轉(zhuǎn)矩時(shí)間間隔，確保主、從機(jī)的2組晶閘管在此時(shí)間段內(nèi)都能夠順利完成切換。

圖2　 6RA80電樞電路閉環(huán)控制的指令級

該處理方式雖然可以減少換相時(shí)并聯(lián)裝置之間出現(xiàn)環(huán)流的幾率，但是當(dāng)有轉(zhuǎn)矩方向變化時(shí)，并聯(lián)裝置之間在不能確定彼此是否已具備換相條件的情況下，各自控制換相，若2臺裝置內(nèi)部的晶閘管橋?qū)ê完P(guān)斷不同步時(shí)，很容易造成短路環(huán)流。為保證安全換相，必須將附加無轉(zhuǎn)矩時(shí)間增長到足夠大，使得2臺裝置均達(dá)到安全換相的條件，從而確保不出現(xiàn)短路環(huán)流。調(diào)整設(shè)定值依靠人為經(jīng)驗(yàn)，此時(shí)間設(shè)置太小，則不能避開短路環(huán)流，設(shè)置太大，又使得換相死區(qū)時(shí)間太長，將危及系統(tǒng)的安全性和運(yùn)行的穩(wěn)定性。所以，此方法雖然可以解決短路環(huán)流的問題，但也給系統(tǒng)帶來了不可靠的因素。

5　轉(zhuǎn)矩互鎖處理法

5．1原理分析

如圖2所示，當(dāng)系統(tǒng)需要換相時(shí)，當(dāng)檢測到正組（反組）橋中流過的電流為零，且滿足安全換相的條件時(shí)，加入p50165參數(shù)進(jìn)行確認(rèn)，由p50165的信號源的變化來進(jìn)行轉(zhuǎn)矩方向改變的使能，則在自動換相過程中，使2臺裝置正反組橋切換的使能信號互鎖，可有效防止裝置間動態(tài)環(huán)流的出現(xiàn)，而且系統(tǒng)中附件的無轉(zhuǎn)矩時(shí)間為0，減小了換相的死區(qū)時(shí)間，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。

5．2實(shí)現(xiàn)方法

如上所述，將并聯(lián)裝置轉(zhuǎn)矩方向切換的使能信號傳遞給對方，連接至p50165即可完成轉(zhuǎn)矩互鎖功能，為此，既可以通過裝置的DI／DO口進(jìn)行傳遞，也可由Profibus總線，通過主控PLC，經(jīng)過運(yùn)行掃描周期進(jìn)行傳遞。但最有效的方法是利用Sinamics和Simoreg系列裝置的串口通訊功能，具有傳輸速率快、穩(wěn)定性強(qiáng)、操作簡單等特點(diǎn)，通過簡單的屏蔽電纜進(jìn)行連接即可直接、快速、可靠的進(jìn)行此信號的傳遞。裝置對裝置通訊的連接線路如圖3所示。注意必須使用屏蔽電纜，并使屏蔽層兩端可靠接地。

圖3　兩臺裝置裝置對裝置通訊連接

表1　 2臺并聯(lián)裝置轉(zhuǎn)矩互鎖的參數(shù)設(shè)置

5．3參數(shù)設(shè)置

硬件連接后，按表1所示參數(shù)，進(jìn)行2臺裝置的參數(shù)設(shè)置，并保存。即可完成兩臺裝置間轉(zhuǎn)矩互鎖功能。

6　結(jié)束語

本文所介紹的解決環(huán)流的方法在多套采用6RA80、6RA70并聯(lián)12脈波系統(tǒng)的實(shí)際工程中，得到了現(xiàn)場驗(yàn)證。實(shí)際運(yùn)行表明，該方法能夠有效地解決動態(tài)環(huán)流引起的系統(tǒng)故障，在很大程度上提高了設(shè)備的安全性，減少了故障率。

參考文獻(xiàn)：

［1］黃俊．半導(dǎo)體變流技術(shù)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986．

［2］天津電氣傳動設(shè)計(jì)研究所．電氣傳動自動化技術(shù)手冊．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007．

［3］陳伯時(shí)．電力拖動自動控制系統(tǒng)－運(yùn)動控制系統(tǒng)（第三版），北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003．

［4］王清靈．現(xiàn)代礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996．

中圖分類號：TM93

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1005—7277（2015）03—0035—03Abstract：In view of the dynamic circulation problems of parallel 12 pulse system between devices，the method of device to device ecommunication is adpoted．The problems are solved effectively and reliably through the torque interlock functions between two devices．

作者簡介：

杜海峰（1988－），男，甘肅平?jīng)鋈耍髮W(xué)本科，助理工程師，就職于天水電氣傳動研究所有限責(zé)任公司，主要從事礦山驅(qū)動產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場調(diào)試。

收稿日期：2014－11－20

A solution of parallel 12 pulse circulation problem for thyristor reversible device

DU Hai－feng1，WANG Zhi－ping2，CAO Xi－sheng1，YAN Gui－jun3，YANG Yan－h(huán)ang
（1．Tianshui Electric Drive Research Institute Co．，Ltd．，Tianshui 741020，China；2．Shandong Province Water Bureau of Jiaodong Water Diversion，Zhaoyuan 265400，China；
3．Jingtieshan Mine，Jiuquan Iron＆Steel
（Group）Co．，Ltd．，Jiayuguan735100，China；CNPCBohaidrillingfourthdrillingcompany，renqiu062550，China）

Key words：parallel 12 pulse；device to device communications；torque interlock；automatic phase commutation