一種基於mcr動態無功補償兼軟啟動的控制系統的製作方法

2023-04-30 11:48:46

專利名稱：一種基於mcr動態無功補償兼軟啟動的控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基於MCR動態無功補償兼軟啟動的控制系統，適用於高壓電機軟啟動和電網無功補償，特別適用於電力、冶金、礦山、油田高壓電機軟啟動和電網無功補償。
背景技術：
交流電機應用廣泛。在大部分場合，電機不需要調速，但高壓大容量電機啟動對電網衝擊很大，造成電壓波動，其他設備欠壓，運行不良影響生產；對電機衝擊大，造成軍援老化甚至鼠籠段條，縮短電機使用壽命；對機械傳動部件聯軸器、此輪箱皮帶及被驅動負載衝擊大，導致這些部件使用壽命縮短。目前，常見的高壓異步電機啟動方法定子迴路串聯電抗器、液態電阻、普通飽和電抗器、可控矽等。串聯電抗器為分級啟動，啟動性能差，旋轉損失大，有二次衝擊，噪聲大； 液態電阻佔地面積大，維護量大，能耗較高，啟動性能固定，無法調節，且啟動特性跟環境溫度息息相關，對環境溫度十分敏感；普通飽和電抗器控制性能遇有電抗器，其電抗器具有較寬的調節範圍，可以克服串聯電抗器啟動存在的問題，可靠性能高，大啟動噪聲大，可達 80-90dB，甚至更高，而且需要提供大容量體積的啟動輔助電源設備。由於勵磁迴路與主迴路分開，在短時工作的啟動場合，有一定的安全隱患；串聯可控矽實現電機端電壓的調節達到軟啟動的目的，理論上講是理想的啟動方式，但是在高壓場合，由於需要高壓可控矽，可靠性能不易得到保證，維護量大，價格高。電力系統無功平衡對提高全網經濟效益和改善供電質量至關重要，隨著大功率有源器件及控制技術的發展，使得瞬時性的無功補償得以實現，電能質量得到很好的改善。 SVC以作為成熟性產品近年在國際國內供電、用電中得到推廣。目前，現有技術SVC動態無功補償主要有兩種一種是TCR相控電抗器SVC，其特點是響應快，技術成熟，但無法擺脫姿勢難以克服的固有缺陷可靠穩定性不高、維護量大； 設備複雜、造價高；體積龐大、增加佔地面積、建設費用高。一種是MCR磁控電抗器SVC，其特點噪聲小，諧波小，損耗低，響應速度快，運行安全，壽命長，免維護等，但現有技術功能單一，不具有自動進行動態無功補償兼軟啟動的功能，不具有無功補償兼軟啟動的控制系統， 因而在性能，製造和運行成本，利用率，佔地面積及操作方面均存在不足。
發明內容本實用新型解決的技術問題是提供一種基於MCR動態無功補償兼軟啟動的控制系統，即MCR既能實現動態無功補償調節也能實現高壓電機軟啟動的控制系統，系統在沒有啟動指令時處於動態無功補償模式，當接收到啟動指令時處於軟啟動模式，啟動功能完成後自動恢復到無功補償狀態。本實用新型能減少設備佔地面積，實現多功能的同時減少設備的投入成本，結構簡單，製作和運行成本低，操作維護簡便，性能好，且穩定可靠。為實現上述目的，本實用新型通過以下技術方案實現[0008]一種基於MCR動態無功補償兼軟啟動的控制系統，它包括監控系統，主控系統，供電單元，軟啟動操作面板，切換開關控制單元，MCR勵磁單元及測控保護單元；所述監控系統包括工控機、顯示單元；所述主控系統包括通信單元、CPU控制單元、採樣單元、輸入輸出單元、主控系統的光電接口 ；所述MCR勵磁單元包括MCR勵磁單元的光電接口、脈衝觸發電路、驅動放大電路和可控矽；所述通信單元與監控系統、切換開關控制單元、測控保護單元連接；所述供電單元連接各組成部件，為各工作單元提供工作電源；所述軟啟動操作面板連接輸入輸出單元；所述主控系統的光電接口連接MCR勵磁單元的光電接口 ；所述採樣單元連接電網系統母線下的PT和CT ；所述測控保護單元還與開關櫃和MCR支路以及FC支路的PT和CT連接；MCR為磁閥式飽和電抗器。在上述技術方案的基礎上更進一步的技術方案是所述基於MCR動態無功補償兼軟啟動的控制系統，其MCR勵磁單元的可控矽與MCR 的控制繞組連接，用於實現當MCR勵磁單元的光電接口電路接收到主控系統的光信號後， 經過光電轉換、觸發脈衝電路、信號整形放大形成MCR勵磁單元的可控矽導通角的觸發脈衝，對可控矽的導通狀態進行移相控制，動態調節MCR的電流，實現電機M的軟啟動和電網系統母線下的感性無功調節進行無功補償。所述基於MCR動態無功補償兼軟啟動的控制系統，其切換開關控制單元連接軟啟動組合開關K2和運行組合開關K3以及補償開關Kb。本實用新型的優點在於，適用於高壓電機的軟啟動同時對電網無功動態調節，充分利用MCR的功能，實現多功能的同時，減少設備的投入成本，結構簡單，製作和運行成本低，操作維護簡便，性能好，並且穩定可靠。

圖1是本實用新型基於MCR動態無功補償兼軟啟動的控制系統示意圖。圖2是本實用新型所用到的MCR磁閥式飽和電抗器示意圖。圖3是本實用新型可實現多臺高壓電機啟動切換與無功補償切換組合開關示意圖。圖4是本實用新型基於MCR動態無功補償兼軟啟動的控制系統控制方法示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型技術方案做進一步說明。如附圖所示，一種基於MCR動態無功補償兼軟啟動的控制系統，它包括監控系統 1，主控系統2，供電單元3，軟啟動操作面板4，切換開關控制單元5，MCR勵磁單元6及測控保護單元7 ；所述監控系統1包括工控機、顯示單元；所述主控系統2包括通信單元2. UCPU 控制單元2. 2、採樣單元2. 3、輸入輸出單元2. 4、主控系統的光電接口 2. 5 ；所述MCR勵磁單元6包括MCR勵磁單元的光電接口、脈衝觸發電路、驅動放大電路和可控矽；所述通信單元2. 1與監控系統1、切換開關控制單元5、測控保護單元7連接；所述供電單元3連接各組成部件，為各工作單元提供工作電源；所述軟啟動操作面板4連接輸入輸出單元2. 4 ；所述主控系統的光電接口 2. 5連接MCR勵磁單元的光電接口 ；所述採樣單元2. 3連接電網系統母線下的PT和CT ；所述測控保護單元7還與開關櫃和MCR支路以及FC支路的PT和CT連
4接；MCR為磁閥式飽和電抗器。所述MCR勵磁單元6的可控矽與MCR的控制繞組連接，用於實現當MCR勵磁單元的光電接口電路接收到主控系統2的光信號後，經過光電轉換、觸發脈衝電路、信號整形放大形成MCR勵磁單元6的可控矽導通角的觸發脈衝，對可控矽的導通狀態進行移相控制，動態調節MCR的電流，實現電機M的軟啟動和電網系統母線下的感性無功調節進行無功補償。所述切換開關控制單元5連接軟啟動組合開關K2和運行組合開關 K3以及補償開關Kb。對本實用新型的結構、原理和效果進一步說明如下監控系統設定功能包括無功補償功率因素設定，軟啟動切換迴路設置；系統顯示功能軟體界面顯示動態無功補償狀態、補償量、系統功率因素、一次接線圖、開關狀態、 當前模式、報警提示輸出；上位機遠程訪問控制功能作為WEB發布，為區域網或網際網路用戶提供遠程管理和訪問。主控系統為控制系統核心，在無功補償模式下通過採樣單元對電網系統系統PT、CT採樣，運算後得到出觸發角；在軟啟動模式下主控系統接收到軟啟動操作面板、上位機、遠程控制發出的啟動指令，通過切換開關控制單元向切換組合開關迴路對應的開關發出控制信號，同時主控系統向MCR勵磁單元發出軟啟動觸發角； 如圖2所示MCR為磁閥式飽和電抗器，MCR的控制繞組Nk連接MCR磁控單元6 的可控矽，MCR磁控單元的光電接口電路接收到主控系統2的光信號後，經過光電轉換、觸發脈衝電路、信號整形放大形成可控矽導通角的觸發脈衝，對可控矽的導通狀態進行移相控制，動態調節MCR的電流，實現電機M的軟啟動和電網系統母線6下的感性無功調節進行無功補償。MCR是一種鐵芯中具有多種面積的電抗器，截面積較小的部分被稱為磁閥，磁閥部分可以在極限飽和區連續調節，使得MCR的感抗可大範圍連續變化。MCR有一個四柱鐵芯和繞組組成，中間兩個鐵芯為工作鐵芯，Nk為控制繞組，N為工作繞組。由於可控矽接於控制繞組上，其電壓很低，約為系統額定電壓的19Γ3%，運行的可靠性大大提高。當工作繞組N 兩端接上交流電壓U時，控制繞組Nk上就會感應出相應的電壓，在電壓的正半周可控矽Tl 導通，電壓的負半周可控矽Τ2導通，通過控制可控矽Tl、可控矽Τ2的導通角大小，即可控制直流勵磁的大小從而控制工作鐵芯的磁導率，實現電抗值得連續可調，實現高壓電機的恆流軟啟動，實現動態無功調節。如圖3所示，切換開關控制單元5輸出控制信號連接軟啟動組合開關Κ2、運行組合開關Κ3以及補償開關Kb無功補償組開關，對電機Ml進行啟動高壓斷路器接收到控制系統的閉合信號，啟動開關Κ2. 1閉合，磁控單元接收主控系統對可控矽Tl和可控矽Τ2的觸發角信號進行勵磁調節，使迴路電抗由高到低變化，從而使電機達到恆流軟啟動，運行開關Κ3. 1閉合啟動過程結束，補償開關Kb閉合，MCR自動轉入SVC動態無功補償迴路；對Μ2進行啟動及對Mn進行啟動的過程與上述對電機Ml進行啟動相同，所不同的是各自有對應的開關。
以下結合附圖對用本實用新型進行高壓電機無功補償兼軟啟動的控制方法作一說明。如圖4所示，一種基於用MCR動態無功補償兼軟啟動的控制系統進行高壓電機無功補償兼軟啟動的控制方法，它具有軟啟動程序和無功補償程序，且軟啟動程序優先於無功補償程序，當軟啟動程序結束後自動轉入無功補償程序；具體控制方法步驟是[0027]Α、發出啟動指令由軟啟動操作面板4或監控系統1向主控系統2發出啟動指令；B、軟啟動程序開啟主控系統2接到啟動指令後，立即轉到軟啟動程序；其步驟是a、切換開關控制單元5發出控制信號使對應的啟動組合開關K2閉合；b 啟動電流控制主控系統2向MCR勵磁單元6發出軟啟動程序的可控矽觸發角， 使MCR電抗值從大到小達到啟動條件。C、開啟或關閉相應開關當MCR電抗值從大到小達到啟動條件時，切換開關控制單元5發出對應的運行組合開關K3閉合指令，切換開關控制單元5發出控制信號使對應的啟動組合開關K2斷開；D、開關狀態確認主控系統2確認各開關的狀態是否正確，不正確則報警，確認正確後，開始進入無功補償程序；E、無功補償程序開啟其步驟是a、切換開關控制單元5發出控制信號使補償開關Kb閉合；b、電流、電壓檢測由採樣單元2. 3對電網系統母線下的PT、CT的信號進行採集；C、無功功率計算由主控系統計算出電網系統所需的補償無功功率；d、MCR勵磁單元接收觸發角光信號由主控系統光電接口 2. 5實時向MCR勵磁單元6發出所需的無功功率可控矽觸發角光信號；F、MCR工作，實現軟啟動程序下的電機的軟啟動和無功補償程序下的電網系統母線下無功補償調節，平衡系統無功；G、主控系統2接收到軟啟動指令時按步驟A、B、C、D、E、F執行。在軟啟動程序下主控系統2向MCR勵磁單元6發出可控矽觸發角使MCR電抗值從大到小即電機主迴路的啟動電流從小到大達到啟動條件。本實用新型的權利要求保護範圍不限於上述實施例。
權利要求1.一種基於MCR動態無功補償兼軟啟動的控制系統，其特徵在於，它包括監控系統 (1)，主控系統(2)，供電單元(3)，軟啟動操作面板(4)，切換開關控制單元(5)，MCR勵磁單元(6)及測控保護單元(7);所述監控系統(1)包括工控機、顯示單元；所述主控系統(2)包括通信單元(2. 1)、CPU控制單元(2. 2)、採樣單元(2. 3)、輸入輸出單元(2. 4)、主控系統的光電接口(2. 5)；所述MCR勵磁單元(6)包括MCR勵磁單元的光電接口、脈衝觸發電路、驅動放大電路和可控矽；所述通信單元(2. 1)與監控系統(1)、切換開關控制單元(5)、測控保護單元(7)連接；所述供電單元(3)連接各組成部件，為各工作單元提供工作電源；所述軟啟動操作面板(4)連接輸入輸出單元(2. 4);所述主控系統的光電接口(2. 5)連接MCR勵磁單元的光電接口 ；所述採樣單元(2. 3)連接電網系統母線下的PT和CT ；所述測控保護單元 (7)還與開關櫃和MCR支路以及FC支路的PT和CT連接；MCR為磁閥式飽和電抗器。
2.根據權利要求1所述基於MCR動態無功補償兼軟啟動的控制系統，其特徵在於，MCR 勵磁單元(6 )的可控矽與MCR的控制繞組連接，用於實現當MCR勵磁單元的光電接口電路接收到主控系統(2)的光信號後，經過光電轉換、觸發脈衝電路、信號整形放大形成MCR勵磁單元(6)的可控矽導通角的觸發脈衝，對可控矽的導通狀態進行移相控制，動態調節MCR 的電流，實現電機M的軟啟動和電網系統母線下的感性無功調節進行無功補償。
3.根據權利要求1所述基於MCR動態無功補償兼軟啟動的控制系統，其特徵在於，切換開關控制單元(5)連接軟啟動組合開關K2和運行組合開關K3以及補償開關Kb。
專利摘要本實用新型涉及一種基於MCR動態無功補償兼軟啟動的控制系統，適用於高壓電機軟啟動和電網無功補償。包括監控系統，主控系統，供電單元，軟啟動操作面板，切換開關控制單元，MCR勵磁單元及測控保護單元；監控系統包括工控機、顯示單元；主控系統包括通信單元、CPU控制單元；MCR勵磁單元包括MCR勵磁單元的光電接口、驅動放大電路和可控矽；通信單元與監控系統、切換開關控制單元連接；主控系統的光電接口連接MCR勵磁單元的光電接口；採樣單元連接電網系統母線下的PT和CT。本實用新型優點在於，高壓電機的軟啟動同時對電網無功動態調節，實現多功能的同時減少設備的投入成本，結構簡單，製作和運行成本低，操作維護簡便，性能好，且穩定可靠。
文檔編號H02P1/28GK202260474SQ201120392008
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月16日 優先權日2011年10月16日
發明者林永, 魏帥 申請人:國船電氣(武漢)有限公司