晶闸管可逆装置并联12脉动环流问题的一种解决办法

杜海峰，王志平，曹喜生，颜贵军，杨砚杭

（1．天水电气传动研究所有限责任公司，甘肃天水741020；2．山东省水利厅胶东调水局，山东招远265400；3．酒钢集团镜铁山矿，甘肃嘉峪关735100；中国石油渤海钻探第四钻井公司，河北任丘062550）

晶闸管可逆装置并联12脉动环流问题的一种解决办法

杜海峰1，王志平2，曹喜生1，颜贵军3，杨砚杭

（1．天水电气传动研究所有限责任公司，甘肃天水741020；2．山东省水利厅胶东调水局，山东招远265400；
3．酒钢集团镜铁山矿，甘肃嘉峪关735100；中国石油渤海钻探第四钻井公司，河北任丘062550）

摘要：针对并联12脉波系统中存在的装置间动态环流问题，采用装置对装置通讯的方法，通过两台装置之间的转矩互锁功能，从而使该问题得到有效、可靠的解决。

关键词：并联12脉波；装置对装置通讯；转矩互锁；自动换相

1　引言

随着电力电子装置的广泛应用，如何有效地抑制电网中的谐波污染，成为了电气传动系统的重要研究课题。在众多解决方案中，并联12脉波系统为其中常用的一种，它不仅可以有效地抑制谐波，而且有利于直流侧电机的运行，在实际工程中得到广泛的使用。但是，该系统自身存在装置间的动态环流问题又是一大隐患。本文以Sinamics DCM可逆系统为例，介绍采用装置对装置通讯，利用两台装置之间转矩互锁功能，解决常规并联12脉波换相时的环流问题。

2　系统概述

并联12脉波可逆系统主要为励磁部分和电枢部分。其中励磁部分一般采用单相半控桥式电路，实现恒定励磁电流供电；电枢部分由2台6脉动可逆变流装置供电，实现电网12脉波。

2．1电枢回路系统图

图1　电枢回路系统图

电枢回路如图1所示，其中T1、T2为2台相位相差30°的整流变压器，对TG1、TG2 2台四象限全数字可逆整流装置一对一供电；L1，L2为2台空芯电抗器，用于平衡两组三相整流桥间电压的相位差，并限制2台装置之间的瞬时环流；Q1、Q2为2台快速断路器，用于切除系统故障时直流侧短路电流，有效地保护晶闸管；＋HV3和＋HV4接同一电源。

2．2系统运行

2台装置在主从模式下运行，主机运行在转速－电流双闭环模式下，主机调节系统得到的速度给定值Un＊与反馈值Un经过速度调节器ASR的计算后，输出电流环的给定值Ui＊，Ui＊既作为本机的给定参与本机控制，又通过通讯传送给从机，参与从机的电流单闭环逻辑控制，2台装置各自输出6个脉波的直流电源，通过并联回路叠加输出给直流电机，从而使电机和电网运行在12脉波下。

3　存在问题

如上所述，当主、从装置需要换相时，2台装置的电流环给定信号Ui＊是同步进行的，但是各自装置的电流环独立进行计算，当检测到本装置中通过桥臂的电流降到零时，装置的DLC发出命令，经过封锁延时时间，封锁正组，并经过开通延时时间开通反组。理论上，主机和从机内部的两组反并联桥可以同时开通关断，但由于晶闸管特性的分散性，电网电源及检测零电流的准确性等因素的影响，使得主机、从机的正组桥和反组桥切换不完全同步，从而在2台装置的三相桥之间形成了动态环流，给设备造成危害。

4　常规处理方法

以SINAMICS DCM（6RA80）为例说明常规处理方法。当系统由正组（反组）桥切换至反组（正组）桥时，在2台装置均经过如图2所示的过程。p50160参数的设置为附加的无转矩方向时间，当p50160大于0时，当前装置将在此附加的时间段内无转矩方向。此参数的设置是为了加长附加的无转矩时间间隔，确保主、从机的2组晶闸管在此时间段内都能够顺利完成切换。

图2　 6RA80电枢电路闭环控制的指令级

该处理方式虽然可以减少换相时并联装置之间出现环流的几率，但是当有转矩方向变化时，并联装置之间在不能确定彼此是否已具备换相条件的情况下，各自控制换相，若2台装置内部的晶闸管桥导通和关断不同步时，很容易造成短路环流。为保证安全换相，必须将附加无转矩时间增长到足够大，使得2台装置均达到安全换相的条件，从而确保不出现短路环流。调整设定值依靠人为经验，此时间设置太小，则不能避开短路环流，设置太大，又使得换相死区时间太长，将危及系统的安全性和运行的稳定性。所以，此方法虽然可以解决短路环流的问题，但也给系统带来了不可靠的因素。

5　转矩互锁处理法

5．1原理分析

如图2所示，当系统需要换相时，当检测到正组（反组）桥中流过的电流为零，且满足安全换相的条件时，加入p50165参数进行确认，由p50165的信号源的变化来进行转矩方向改变的使能，则在自动换相过程中，使2台装置正反组桥切换的使能信号互锁，可有效防止装置间动态环流的出现，而且系统中附件的无转矩时间为0，减小了换相的死区时间，提高了系统的可靠性和安全性。

5．2实现方法

如上所述，将并联装置转矩方向切换的使能信号传递给对方，连接至p50165即可完成转矩互锁功能，为此，既可以通过装置的DI／DO口进行传递，也可由Profibus总线，通过主控PLC，经过运行扫描周期进行传递。但最有效的方法是利用Sinamics和Simoreg系列装置的串口通讯功能，具有传输速率快、稳定性强、操作简单等特点，通过简单的屏蔽电缆进行连接即可直接、快速、可靠的进行此信号的传递。装置对装置通讯的连接线路如图3所示。注意必须使用屏蔽电缆，并使屏蔽层两端可靠接地。

图3　两台装置装置对装置通讯连接

表1　 2台并联装置转矩互锁的参数设置

5．3参数设置

硬件连接后，按表1所示参数，进行2台装置的参数设置，并保存。即可完成两台装置间转矩互锁功能。

6　结束语

本文所介绍的解决环流的方法在多套采用6RA80、6RA70并联12脉波系统的实际工程中，得到了现场验证。实际运行表明，该方法能够有效地解决动态环流引起的系统故障，在很大程度上提高了设备的安全性，减少了故障率。

参考文献：

［1］黄俊．半导体变流技术［M］．北京：机械工业出版社，1986．

［2］天津电气传动设计研究所．电气传动自动化技术手册．北京：机械工业出版社，2007．

［3］陈伯时．电力拖动自动控制系统－运动控制系统（第三版），北京：机械工业出版社，2003．

［4］王清灵．现代矿井提升机电控系统，北京：机械工业出版社，1996．

中图分类号：TM93

文献标识码：B

文章编号：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．

作者简介：

杜海峰（1988－），男，甘肃平凉人，大学本科，助理工程师，就职于天水电气传动研究所有限责任公司，主要从事矿山驱动产品的系统设计及现场调试。

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－hang
（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