关键词：黑启动燃机；TMEIC中压变频器；无速度反馈矢量控制

Abstract: In recent years, the application of medium voltage inverter in various fields has made rapid development, especially in the application of medium voltage soft starter. This paper describes the use of medium voltage inverter, effectively improve the efficiency of black start, reduce the starting power. Starting from the overview of black start, this paper describes the starting mode of black start gas turbine, and further analyzes the control mode of medium voltage inverter in the application of black start gas turbine.

key words: Black start gas turbine; Tmeic medium voltage inverter; Vector control without speed feedback

1  引言

所谓黑启动，是指整个系统因故障停运后，系统全部停电。处于全“黑”状态，不依赖别的网络帮助，通过系统中具有自启动能力的发电机组（应急电源）启动，带动无自启动能力的发电机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复。

为了提高各种人为或自然灾害等难以预料因素造成电网全部或局部瓦解、崩溃发生大面积停电等事故的反应能力，并在不可预见的电网事故发生时能及时迅速地进行事故判断和处理。

系统全停后恢复的顺利实现关键就在于黑启动电源的选择，在已配置黑启动电源的前提下，黑启动燃机顺利启动的关键在于启动方式。

2  改造前启动方式及过程

某电厂系统改造前，9E燃机启动电机黑启动方式为直接启动。如图1黑启动过程电机转速和负荷曲线所示电机状态：

（1）燃机启动时，启动电机起动瞬间相当于空载启动，启动电流为540A左右，然后通过投入液力变扭器并调节液力变扭器角度拖动燃机升速至清吹转速（25%），清吹约15分钟，此时启动电机电流约122A。

（2）之后减速至点火转速（12%），此过程启动马达负载最低，电流约12.6A。

（3）燃机点火后开始加速此过程约需7分钟，启动马达负载增加，电流为145A左右。燃机转速达到60%额定转速后，启动马达脱扣停运。

（4）启动马达停运后燃机自行升速至空载满速，完成并网，带负荷。

（5）总的启动至并网时间约30分钟。

黑启动最大容量电动机为启动电机，在燃机暖机结束后加速期间达最大功率，故启动马达计算容量为1450kW。

3  改造后启动方式及过程

改造后，采用变频器启动黑启动电机。如图2变频器启动燃机转速曲线和负荷曲线所示。

（1）变频器启动时，燃机启动，启动电流为15A左右，然后通过投入液力变扭器并调节液力变扭器角度拖动燃机升速至清吹转速（25%），清吹约15分钟，此时启动电机电流约123A。

（2）之后减速至点火转速（12%），此过程启动马达负载最低，电流约5A。

（3）燃机点火后开始加速此过程约需7分钟，启动马达负载增加，电流为142A左右。燃机转速达到60%额定转速后，启动马达脱扣停运。

（4）启动马达停运后燃机自行升速至空载满速，完成并网，带负荷。

（5）总的启动至并网时间约30分钟。

黑启动最大容量电动机为启动电机，在燃机暖机结束后加速期间达最大功率，启动马达计算容量为1368kW，启动电机的电流142A。

采用变频启动的方式降低启动电流。克服了柴油机发电机容量有限的问题。



                                                     

4  TMEIC四象限中压变频器

TMdrive-MVe2是一种融合TMEIC最新功率电子技术和微电子技术为一体。可用于各种工业设备驱动系统的IGBT变频器，由于采用了功率电力控制专用的32位微处理器，实现了高性能的矢量控制及无速度传感器矢量控制，完整的数据传送和维护监视功能可提供更加可靠的设备控制。IGBT PWM逆变器TMdrive-MVe2用于调速的交流电机的控制，根据应用场合可选用矢量或无传感器矢量控制。

TMdrive-MVe2矢量控制框图如图3 TMdrive-MVe2矢量控制框图所示。矢量控制（VC）方式矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相-二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1、Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度、磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。

无传感的矢量控制的特性：

（1）采用了无速度传感的是矢量控制系统；

（2）可用于多台电机的并行驱动；适用于双轴电机和防爆电机；

（3）速度控制精度：±0.5%；速度控制响应：ω_c＝20rad/s；速度控制范围：5-100％；

（4）瞬间中断后重启功能，3s内重启；

（5）同步切换控制应用。

与V/f相比，无传感器矢量控制提供很好的稳定性和大启动扭矩，可对扭矩进行限制，确保稳定迅速的加速和减速。

图3  TMdrive-MVe2矢量控制框图

（1）电机参数

Starting motor characteristics:

Rated power: 1000kW (used at 1450kW)

Nominal Voltage: 6000V

Nominal Current: 108.9A

Maximum thermal Current (120°C): 125A

Power factor 0.93

Efficiency 0.95

Start-up type: Direct

I start / I nominal 4.7

Minimum Permanent Voltage: 0.8

Start-up time: 4s

Maximum repetition frequency of starts: 3

Heating time-constant Te1 35.6 min

Heating time-constant Te2 35.6 min

Cooling time-constant Tr 104 min

Maximum motor ambient temperature: 50°C

                                                                   图4  燃机启动马达铭牌图

（2）变频器参数

变频器品牌：TMEIC

变频器型号：MVe2

变频器容量：1800kVA

变频器输入：6kV

变频器输出：6kV

图5 TMEIC 1800kVA中压变频器外形图

5  结束语

在黑启动燃机的变频改造项目中，使用TMEIC的MVe2中压变频器，应用无速度传感器的矢量控制方式，有较好的启动性能，解决了启动冲击问题，取得了良好的效果。本文详细介绍了TMEIC中压变频器的矢量控制的性能，对于黑启动燃机等没有使用变频器启动的场合，具有一定的参考价值。

参考文献：

[1] TMEIC MVe2变频器手册[Z].

[2] 6.6kV SWITCHBOARD PROTECTION SETTINGS CALCULATION NOTE GE产品手册[Z].

[3] 王雪帆. 大型电动机软起动技术分类方法及发展综述[J]. 电气应用，2012年31卷第16期.

[4] 王贵成. 无位置传感器级联型高压变频器矢量控制系统的研究[C]. 哈尔滨理工大学，2014,3.