静止变频器在现代大型抽水蓄能电站中的应用0

静止变频器在现代大型抽水蓄能电站中的应用

静止变频器在现代大型抽水蓄能电站中的应用 2011年12月09日 来源： 1　引言　　随着现代化大电网的不断发展，大型抽水蓄能电站以其快速、有效、经济、可靠的特点，在电网的调峰填谷中起着重要的作用。广蓄电厂是目前已投产的亚洲最大的抽水蓄能电厂，抽水蓄能机组是这类电站的核心，其所特有的可逆式同步电动发电机的启动则是运行的关键技术之一，静止变频器SFC(staticfrequencyconvertor)正是用于实现这一关键技术的常用设备。本文试以工程实例的方式介绍了广州抽水蓄能电厂(一期)的SFC系统。2　SFC的基本原理　　同步电动机的变频调速，其控制方式有两种，他控式变频调速和自控式变频调速，SFC属于自控式变频调速系统。主回路典型接线如图1所示，主要由交—直—交电流型晶闸管变频器、同步电动机、转子位置检测器及控制单元组成。SFC拖动同步电动机的运行，主要依靠转子位置检测器测出转子位置来控制逆变器相应晶闸管的导通，随着转子的旋转，可周期性地按一定顺序触发晶闸管。而晶闸管的关闭则分别由强迫换向和同步电动机的反电动势来完成，这样就使得定子转子的两个磁动势在空间以平均速度同步旋转。当两磁动势间有相位差且在小于等于180度空间电角度范围内变化时，将产生方向一致的平均电磁转矩和脉动转矩分量，使电动机按原方向连续旋转。3　广蓄(一期)工程简介　　装机容量4×300MW，可逆式同步电动发电机参数如下：Sn=333.33MVA　fn=50Hz　Nn=500rpm　Un=18kVcosφ=0.9MD2=4000T·m24　广蓄SFC介绍　　广蓄SFC系统属于交—直—交自控式电流型变频调速系统，结构如图2所示。4.1　输入输出变压器　　使供电网电压与电机电压相匹配，减少晶闸管串联的数目，同时也减少整流器产生的谐波电压对供电网的影响，并起到限制故障电流的作用，短路阻抗一般较高。变频器工作时，在输入和输出端会出现较高的直流电压差和3倍工频的交流电压差，它们会经过变频器的电网侧和电机侧中性点接地的变压器，电压互感器以及电机自身的中性点接地点形成直流和交流的环流，设置输入变压器，可以隔断直流通路，直到隔离的作用。此外，为了防止3倍工频的交流电构成回路，从输入变压器到整流器的输入端，均不应有接地元件。对于输出变压器，0～5Hz阶段要投入S2将其旁路，大于5Hz后断开S2，投入S1。变压器的容量可由下式计算　　　　S=S′/[a(1－b)cosφ]　　　　　　(1)式中　S′——SFC的额定容量；　　　a——波形系数，3/π；　　　b——可能出现的最小电压降，10％；　　　cosφ——0.87。4.2　直流回路平波电抗器　　抑制直流回路的纹波，以改善逆变器的工作条件，同时起到降低故障电流的起始增长率的作用。平波电抗器的电感由下式给出　Ld1＋Ld2=2Uvo2×(0.134/ε－Uccr)/Wr×Snr＋2Um2×(0.134cosφM/ε－Uccm)/Wm×Snm　　(2)式中　ε——电流回路的纹波标幺值；　　　Snm——机桥(MB)的视在功率；　　　Wr——电网的脉动系数；　　　cosφM——电机功率因数；　　　Uccm——电机侧的短路电压百分比；　　　Snr——网桥(NB)的视在功率；　　　Uvo——输入变压器二次侧额定电压；　　　Wm——电机的脉动系数；　　　Uccr——电网侧的短路电压百分比。　　一般，令：Ld1=Ld24.3　交流输出电抗器　　防止逆变器换流时电流增长太快而损坏晶闸管元件，同时也限制短路电流。4.4　整流、逆变桥　　每个桥臂由四个晶闸管串联而成，光触发。晶闸管阀片直径100mm，额定电压4800V，电流4.5kA，不设保险丝。设计时利用瞬态热阻法仔细计算了各种浪涌电流下晶闸管的损耗和结温。4.5　脉冲发生器　　与转子联轴，通过增量式光电码盘及其相应转换电路，将转子的转动信息变换为脉冲波输出。由于转速与脉冲个数成正比，故通过脉冲个数的计算及相关的处理便可获知转子的瞬态位置。发生器输出的脉冲个数为1080p/t。4.6　监控系统　　主要由可编程数字控制器(PNC)及可编程逻辑控制器(PLC)构成。PNC用于闭环调节和晶闸管桥的控制，PLC用于SFC与机组RTU之间的输入输出联络和故障管理。4.7　冷却系统　　晶闸管的冷却由特殊设置的装置来实现，对内冷却水的电阻率要求很高，选用去离子水为直接冷却介质，对电阻率进行监测并每隔120min自动进行20min去离子处理，以保证SFC处于随时可用状态。外冷却系统则负责将去离子水的热量带走。另设有空调系统对柜盘内的其他设备进行冷却。5　广蓄SFC的运行　　广蓄电厂属于纯抽水蓄能型电厂。电站水头较高且稳定，无需经由SFC作发电工况变速运行，因此SFC仅作为电动工况的水泵启动之用。5.1　转子初始位置的测量　　转子的初始位置必须在SFC启动前的瞬间测定，以使控制系统(PNC)计算确定最先被触发导通的一对晶闸管，令转子获得最大的电磁启动转矩。测量原理示意图如图3所示。在启动初始之前，首先投入励磁，从定子出口PT取3相的感应电势进行

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