一种井下防爆改进型电压电流双闭环超温降容的控制方法与流程

本发明涉及无功补偿技术领域，特别涉及一种井下防爆改进型电压电流双闭环超温降容的控制方法。

背景技术：

伴随煤炭开采技术的不断发展，国内的开采公司已开始采用大功率的变频掘进设备，大量的变频器、软起动等电力电子设备的投入使用，导致井下供电系统的无功缺失严重、设备启动电流冲击效应大、负载谐波大等一系列问题已变成煤矿井下供电系统的通病。

常规的井下电容补偿装置由于防爆性能、可靠性差以及谐波放大等诸多原因装机比例逐年降低，与此同时以谐波小、电流冲击效应低的井下静止无功发生器已开始大规模的接入井下供电系统。

一般情况下井下静止无功发生器的单元冷却通常是采用水冷方式，当系统的出现持续的发生大电流作业的模式下会导致水冷机组的温度较高，当由于外水水冷故障导致系统的冷却速度小于产生热量的速度时容易使静止无功发生器超温跳机，导致井下电力系统的无功缺失严重，后续可能会使整个井下的掘进设备停产。

技术实现要素：

为了解决背景技术提出的技术问题，本发明提供了一种井下防爆改进型电压电流双闭环超温降容的控制方法。在电压电流双闭环的控制的框架结构下，在原有控制过程中对软件添加控制即可实现补偿电流的超温降容的目的，在d轴的电压环、电流环的基础上增加了q轴温度环和电流环的嵌套，形成了负载电流内环与温度外环嵌套，实现了q轴电流内环pi控制和q轴温度外环pi控制双闭环控制。q轴电流内环控制器通过电流负反馈的手段，然后再对外环进行控制。实现了井下防爆静止无功补偿装置的无功控制可实时跟随内水水冷温度的变化而自动调整，当外水冷却装置损坏时内水温度急剧升高，可实现自动降低静止无功发生器补偿无功功率，温度超过使用限制时可以实现自动降容的功能，适用于井下防爆产品应用。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种井下防爆改进型电压电流双闭环超温降容的控制方法，包括如下步骤：

步骤一：采集母线电压、电网电流，采用锁相环对电网电压、电流和频率的变化实时跟踪，采集的网侧电压为ua、ub、uc和网侧电流为ia、ib、ic；

步骤二、网侧电压ua、ub、uc经过dq坐标变换后得到d轴直流电压反馈值udcfbk；

步骤三、对防爆静止无功发生器的网侧电流ia、ib、ic采样，经过dq坐标变换后得到d轴电流反馈值idfbk和q轴电流反馈值iqfbk；

步骤四、先将d轴的直流电压给定值udcref与直流电压反馈值udcfbk做差经过picontroller1调节器后形成d轴电流给定值idref；

步骤五、将d轴电流给定参数值idfref与d轴电流反馈值idfbk做差后输入d轴电流环pi控制器-picontroller2调节后生成d轴电压控制值udout；

步骤六、对内水水冷装置进口处的水温进行采样，采样值为tempfbk；

步骤七、将的内水水冷装置进口处的水温的给定温度值tempref按照不同挡位预先设定好；

步骤八、将q轴的内水水冷装置进口处的水温的给定温度值tempref与采样值tempfbk做差，其差值经温度外环pi控制器-picontroller3调节后生成电流内环pi的给定参数值iqfref；

步骤九、将步骤八生成的给定参数值iqfref与q轴电流反馈值iqfbk做差后输入电流内环pi控制器-picontroller4调节后生成q轴电压控制值uqout；

步骤十、将d轴电压控制值udout和q轴电压控制值uqout进行dq坐标反变换后得到交流电压三相调节值，即三相调制波mabc；

步骤十一、三相调制波mabc经过spwm调制后生成驱动主控单元以pt信号为同步信号晶闸管触发角可控制的脉冲信号，对无功补偿装置的功率单元晶闸管进行触发。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明与采用传统控制方法的井下静止无功发生器相比，本方法所改进的超温降容方法通过温度外环与电流内环的pi控制与传统电压环和电流环嵌套使用并不冲突，而是在传统的电压环和电流环的基础上进一步增加了温度和电流环的嵌套。并网的井下静止无功发生器可具备根据单元水冷温度和现阶段的负载电流值来计算补偿容量，当系统温度超过允许的范围后，可快速的调节系统的补偿容量，可减少静止无功发生器因水冷温度过高而跳机的概率；

2)可实现自动控制静止无功发生器的补偿容量，在井下负载较小、外水水冷停止、单元漏水的情况下能够快速降低系统补偿容量，防止静止无功发生器由于外水冷却装置突然损坏、内水水冷系统漏水等原因导致超温的跳机，现阶段已取得较好的效果。

附图说明

图1为本发明的一种井下防爆改进型电压电流双闭环超温降容的控制方法的控制图；

图2为本发明的锁相环的控制图；

图3为无功补偿系统正常运行的电流曲线图；

图4为无功补偿系统超温降容过程时的电流曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。

如图1-2所示，一种井下防爆改进型电压电流双闭环超温降容的控制方法，包括如下步骤：

步骤一：采集母线电压、电网电流，采用锁相环对电网电压、电流和频率的变化实时跟踪，采集的网侧电压为ua、ub、uc和网侧电流为ia、ib、ic；

步骤二、网侧电压ua、ub、uc经过dq坐标变换后得到d轴直流电压反馈值udcfbk；

步骤三、对防爆静止无功发生器的网侧电流ia、ib、ic采样，经过dq坐标变换后得到d轴电流反馈值idfbk和q轴电流反馈值iqfbk；

步骤四、先将d轴的直流电压给定值udcref与直流电压反馈值udcfbk做差经过picontroller1调节器后形成d轴电流给定值idref；

步骤五、将d轴电流给定参数值idfref与d轴电流反馈值idfbk做差后输入d轴电流环pi控制器-picontroller2调节后生成d轴电压控制值udout；

步骤六、对内水水冷装置进口处的水温进行采样，采样值为tempfbk；

步骤七、将的内水水冷装置进口处的水温的给定温度值tempref按照不同挡位预先设定好；

步骤八、将q轴的内水水冷装置进口处的水温的给定温度值tempref与采样值tempfbk做差，其差值经温度外环pi控制器-picontroller3调节后生成电流内环pi的给定参数值iqfref；

步骤九、将步骤八生成的给定参数值iqfref与q轴电流反馈值iqfbk做差后输入电流内环pi控制器-picontroller4调节后生成q轴电压控制值uqout；

步骤十、将d轴电压控制值udout和q轴电压控制值uqout进行dq坐标反变换后得到交流电压三相调节值，即三相调制波mabc；

步骤十一、三相调制波mabc经过spwm调制后生成驱动主控单元以pt信号为同步信号晶闸管触发角可控制的脉冲信号，对无功补偿装置的功率单元晶闸管进行触发。

本发明通过pi双闭环控制方法，包含两个控制部分：电流内环pi控制器和温度外环pi控制器。电流内环控制器通过电流负反馈的手段使得流过电感上的电流为给定幅值和相位的电流，对采样电流解耦将电流值转化成交轴(d轴)和直轴(q轴)两个主要组成部分，将d轴的电流指令值和内环的电流反馈值做差，同时将q轴的电流指令值与内环的电流反馈值做差，将电流值做差后经pi运算得到给定电压udout，uqout。本发明将负载电流内环等效的惯性环节在与温度外环进行嵌套使用。对内水水冷装置进口处的水温进行采样，将给定温度值与采样值做差，其差值经温度外环pi控制器调节后生成参数值，经过pi运算生成调制波。经过spwm调制后生成驱动主控单元以pt信号为同步信号晶闸管触发角可控制的脉冲信号，来实现快速降低其补偿电流，完成静止无功发生器降容的目的。

如图3为系统正常运行状态下所采集的补偿电流波形，从图中可以清楚的看到补偿电流的大小非常稳定，实时补偿电流具有较好的跟踪效果。

如图3-4所示，为采用本发明的超温自动降容方法后的波形与常规无功补偿的波形对比，当系统温度超过允许的范围后，可快速的调节系统的补偿容量，可避免静止无功发生器因水冷温度过高而导致的跳机。

以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。