葛洲坝集团机械工业有限公司湖北宜昌443000
摘要:启闭机作为常规起重设备，广泛用于水电站的施工及闸门的启闭运行，普通的启闭机多采用电阻能耗式制动方式，即耗能又不利于供电系统的稳定。为了适应启闭机工业的发展，更好的保证启闭机的安全性能，整流回馈单元逐渐在启闭机中进行了应用。本文通过介绍乌东德水电站2×2000/1100/1100kN门机的整流回馈单元的构成，分析介绍了西门子SINAMICSS120系列整流回馈多传动变频系统特点、组成及其控制系统方案。该系统能够进行系统完善以及故障修复，能够充分实现系统需要的调速目的和保障供电系统的稳定，较大的提升了门机运行的安全性。
关键词:启闭机;整流回馈;PLC;逆变器
引言：随着现代控制理论以及电力电子技术的飞速发展，系统集成所需要的费用逐渐减少，变频调速技术的逐渐成熟，设备安全性能要求的提高，整流回馈多传动变频系统了解的深入，整流回馈多传动变频系统在水电站启闭机中的应用也越来越广泛。本文通过分析西门子SINAMICSS120系列整流回馈系统在乌东德水电站2×2000/1100/1100kN门机的应用，总结出整流回馈系统应用于启闭机交流多传动系统的优点以及如何对其进行控制做了简要介绍。
1.整流回馈应用于启闭机交流传动系统的优点
普通的整流回馈多传动系统包括整流桥、直流母线供电回路、若干个逆变器，其中电机需要的能量是以直流方式通过逆变器输出。在多传动方式下，制动时感生能量就反馈到直流回路。通过直流回路，这部分反馈能量就可以消耗在其他处在电动状态的电机上，制动要求特别高时，只需要在共用母线上并上一个共用制动单元即可。
整流部分采用单独的整流/回馈装置，为系统提供一定功率的直流电源，调速用逆变器直接挂接在直流母线上。当系统工作在电动状态时，逆变器从母线上获取电能；当系统工作在发电状态时，能量通过母线及回馈装置直接回馈给电网，以达到节能、提高设备运行可靠性、减少设备维护量和设备占地面积等目的。
相比普通的能耗式制动方式，回馈制动节能效果好，安装设备少，能连续长时制动，多余的能量能回馈入电网，增加了系统的安全性。
但它也有一定的缺点，比如控制复杂，使用功率大，成本高一些不利条件。以西门子SINAMICSS120系列为例，其最小的整流逆变模块的功率是250kW。
2.乌东德水电站2×2000/1100/1100kN门机上整流回馈系统的应用
该门机采用的是西门子SINAMICSS120系列整流回馈多传动变频系统。
2.1系统构成
外部电源通过1台进线电抗器（与整流电源模块配套）引入1台355kW的整流回馈单元（智能型电源模块+控制单元），用于构成输入电源的整流桥；整流桥所形成的直流母线通过若干逆变器（电机模块）实现稳定的换相反馈，具有100%的再生反馈功率。
由于本门机的逆变器不是同时工作，所以各电机逆变器的功率总和可以大于整流回馈单元的功率，这也是整流回馈多传动系统的一个特点。具体如下。
整流回馈单元=355kW；
主起升电机1+主起升电机2+1#回转主起升+1#回转副起升+2#回转主起升+2#回转副起升=120+120+120+15+120+15=510kW
即便355kW<510kW，可系统依然能保持极高的稳定性和安全性。
2.2S120多传动系统软件功能及调试方法
西门子SINAMICSS120变频系统运用Starter或Scout软件进行调试与维护。该软件系统配置有固定的配置步骤，形象且连贯的功能图，相比于其他的一些传动调试软件有绝对的优势。另外，该软件还集成了实时的Trace波形跟踪，能监控任何一个参数的实时数据。在调试过程中可以根据波形图监控到电机运行的精确状态，从而能对传动系统进行精确的调试。
2.3.S120VFD主要技术特点
SINAMICSS120使用新一代控制单元CU320。控制单元独立于功率模块，可以安装在功率单元内部或通过支撑件安装在其它地方。
整流单元输入端加装有进线电抗器，可较好地防止变频器整流单元产生的谐波对电网侧的干扰，同时也能防止空间电磁干扰。灵活性高并且适合于模块化设计，可升级性强。模块化结构：整流单元与逆变单元均为可抽出式模块化结构，当变频器故障时，可实现模块式快速更换，维修时间短、方便。配置简单：驱动组件通过电子铭牌自动识别。使用预安装的电缆进线连接，快速方便。良好的设计与集成性：可以胜任所有应用的驱动系统。既安全可靠又节省费用。这允许数据直接在传动与传动之间进行交换，因此可以省去上位机的介入。
2.4.S120传动控制系统方案
控制系统采用触摸屏+PLC+整流回馈变频系统的综合控制系统，PLC采用西门子S7－300系列产品，CPU选用CPU313C－2DP作为控制中心，集成PＲOFIBUSDP总线接口，触摸屏选用西门子彩色MP277系列产品，PＲOFIBUSDP现场总线通讯系统一方面可以减少电缆布设，减少故障点，同时可以减少启闭机中常见的干扰引起的故障。在系统中加入了OB87、OB86、OB122，对瞬间出现的通讯改障进行屏蔽以确保启闭机安全运行，该系统通讯方式有两种:第一种是DＲIVE－CLIQ通讯，控制单元CU320通过DＲIVE－CLIQ电缆将信号输送给相应的驱动器(包括整流/回馈单元和逆变器)，从而控制其运行。第二种是PＲOFIBUSDP现场总线通讯网络，PLC通过PＲOFIBUS周期性通讯方式将控制字1(CTW1)和主设定值(NSETP_B)发送至驱动器。在S7－300中对PZD(过程数据)读写参数时需调用SFC14和SFC15系统功能块。SFC14(“DPＲD_DAT”)用于读PＲOFIBUS从站的数据。使系统运行抗干扰能力加强。CU320和PLC之间采用总线通讯，除了可以实现控制的快速性和可靠性，也可以将变频器的运行参数，如电流、电压、转矩和故障等信号采集，并在触摸屏上进行显示，实现故障诊断和运行状态显示功能。SFC15(“DP－WＲ_DAT”)用于将数据写入PＲOFIBUS从站，完成PLC与起升驱动装置进行读、写数据的交换。PLC与控制单元CU320－2DP之间通过总线连接，进行控制信号和状态信号的传送;DＲIVE－CLIQ电缆是由4芯电缆构成，其中2根是数据发送，另2根是数据接收。
总结：由于受成本、变频器品牌、安装质量、谐波干扰、机械性能等因素的影响，变频调速系统在启闭机的实际运行中，出现了很多问题。本文所介绍的整流回馈多传动变频系统较常规变频系统降低了设计、制造及安装成本，减小了设备体积。该系统实现完善的故障诊断和显示功能，使整个调速系统的可靠性及可维修性得到了大幅度提高。随着水电站启闭机对安全性能要求的提高，整流回馈在启闭机上的应用也将日趋广泛。
参考文献
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