[发明专利]启动由电力转换器通过公共交流母线供电的多台交流电动机的方法和系统

说明书

本发明涉及启动由电力转换器通过公共交流母线供电的至少两台交 流电动机的方法和系统。

当启动诸如同步和感应电动机等交流电动机时，会抽取大电流。该启 动电流通常是电动机的额定电流的五倍。如果公共交流母线给几台电动机 供电，该公共交流母线转而由电力转换器供电，则该转换器的电流容量 必须至少与所有已经运行的电动机的额定电流加上最后启动的电动机的 启动电流的和一样大。该电流容量值假定电动机仅一台接另一台地启动， 而不是同时启动多台。如果同时启动多于一台的交流电动机，则转换器的 电流容量当然必须更高。

例如从生产石油或燃气的离岸平台已知有用于几台交流电动机的公 共交流母线。这样的平台配备有需要几千伏供电电压的庞大的压缩机和 泵。越来越多的离岸平台从岸上接收其电能供应，而不是使用燃气轮机或 柴油发电机来在平台上直接产生电能供应。来自岸上的电能通常由高压直 流(HVDC)传输系统提供，其中海岸电力转换器将交流电压转换为直流 电压，该直流电压通过海底直流电缆传输到平台上，并被离岸电力转换器 转换为交流电压。从离岸电力转换器输出的交流电压被提供给交流母线， 即具有一个或多个相位的交流线路。平台上的压缩机和泵的驱动单元，即 同步和感应电动机，直接连接到交流母线而没有中间的电力变化或转换。 如果这些电动机被启动，则交流母线上的电流不应该超过离岸电力转换器 的电流容量。

为了安全可靠，一种可能性是提供具有更高电流容量的电力转换器。 然而，由于更高的成本和更庞大而沉重的装备，这种过高的配置是不合需 要的。在设计离岸平台时，重量因素起尤其重要的作用。

一种减小更大的三相交流电动机的启动电流的已知方案是所谓的Y 形启动-Δ形运行的方法，其中电动机线圈在启动期间是Y形连接的，之 后是Δ形连接的。Y形连接与Δ形连接相比使用的电压较小。与线路电压 相比，所述电压的电平总是减少了相同的倍数(1.732)。这意味着如果电 压太小以致无法产生电动机所需的启动扭矩，就不可能进行校正。除此之 外，还需要附加的切换装置，并且在从Y形连接改变到Δ形连接期间产 生切换电流。

在感应电动机的情况下应用的另一种方案是安装诸如启动电容器等 的额外设备。这同样会增加成本。

在GB 1174025中描述了又一方案，其中使用三相异步电动机作为铁 路车辆中的空调设备的驱动电动机。通过改变倒相器的输出频率来操作所 述异步电动机。当一些异步电动机已经运行并且另外的异步电动机被接入 时，降低倒相器的输出频率以便减少已经运行的异步电动机的电流消耗， 通过改变倒相器的输出频率来在接入的过渡现象期间使反相器的输出电 流保持尽可能小。

根据CH 402165，已知一种用于至少一个交流负载的无功功率补偿的 布置，其中交流负载的特征在于无功功率消耗改变得又大又快。为该交流 负载分配了同步机。根据交流负载的瞬时无功功率消耗来由转换器生成同 步机的励磁电流，使得同步机至少部分地补偿无功功率消耗。

本发明的目的是提供一种方法和系统，使用该方法和系统能够以较低 的启动电流来启动由电力转换器通过公共交流母线供电的至少两台交流 电动机。

该目的是通过一种启动由公共交流母线供电的至少两台交流电动机 的方法和系统来实现的。在该方法中，公共交流母线转而由电力转换器供 电，其中交流电动机中的至少一台是具有励磁电路的电励磁同步电动机， 其特征在于，首先启动同步电动机；在启动至少两台交流电动机中的其余 电动机期间：确定由电力转换器提供的无功功率，确定同步电动机的励磁 电流或励磁电压的线性依赖于由电力转换器提供的无功功率的增大量，将 增大的励磁电流或励磁电压施加到同步电动机的励磁电路。所述系统包 括：至少两台交流电动机，其中交流电动机中的至少一台是具有励磁电路 的电励磁同步电动机；公共交流母线，为至少两台交流电动机供电；电力 转换器，为公共交流母线供电；以及第一控制单元，控制励磁电路，其特 征在于，所述第一控制单元首先启动同步电动机；在启动至少两台交流电 动机中的其余电动机期间：确定电力转换器的无功功率，确定同步电动机 的励磁电流或励磁电压的线性依赖于由电力转换器提供的无功功率的增 大量，将增大的励磁电流或励磁电压施加到同步电动机的励磁电路。

本发明基于对以下事实的认识，即在交流电动机启动期间产生的电流 主要是无功电流。因此，本发明是基于在启动过程中补偿系统中的无功功 率的基本思想。