本文介紹了靜止變頻器(SFC)采用矢量控制技術(shù)的工作原理,以及其硬件配置、軟件組態(tài)、系統(tǒng)功能和特點(diǎn),分析SFC的電流斷續(xù)換相運(yùn)行和負(fù)載換相運(yùn)行。全數(shù)字大功率電流源型交直交變頻啟動(dòng)裝置在廣州蓄能水電廠二期機(jī)組中的應(yīng)用實(shí)踐表明,SFC故障率僅0.96%,提高了設(shè)備的控制性能和運(yùn)行可靠性;實(shí)際電機(jī)從靜止拖動(dòng)到并網(wǎng)僅需240?s,保證了機(jī)組抽水工況的快速起動(dòng)。
廣州蓄能水電廠裝機(jī)2400MW,其可逆式機(jī)組水泵工況涉及大型同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),設(shè)計(jì)以靜止變頻器(SFC)起動(dòng)為主,機(jī)組背靠背起動(dòng)為輔。廣州蓄能水電廠二期工程安裝4臺(tái)300MW可逆式機(jī)組, SFC采用Siemens公司的全數(shù)字大功率SIMOVERT S電流源型交直交變頻調(diào)速裝置,恒磁調(diào)壓/調(diào)頻啟動(dòng),可連續(xù)逐臺(tái)起動(dòng)4臺(tái)機(jī)組。SFC和機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)采用數(shù)字式Simadyn-D控制系統(tǒng)。
1、同步電動(dòng)機(jī)變頻起動(dòng)原理
電機(jī)變頻起動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)子繞組通入勵(lì)磁電流,定子由SFC供電,由定子頻率控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。SFC輸出的頻率在起動(dòng)開始時(shí)調(diào)得很低,然后逐步上升至額定值,利用同步轉(zhuǎn)矩的作用,使電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨變頻器輸出頻率同步地升至額定值。Siemens公司結(jié)合雙反應(yīng)理論和矢量控制理論,忽略凸極式同步電動(dòng)機(jī)d,q軸磁路不對(duì)稱、轉(zhuǎn)子阻尼繞組和磁化曲線的非線性等次要因素的影響,將三相電機(jī)等效為直流電機(jī)進(jìn)行控制。SFC整套裝置由功率單元、控制單元組成,電機(jī)勵(lì)磁單元為自并勵(lì)可控硅靜態(tài)勵(lì)磁,由機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)控制,SFC的軟、硬件配置及控制框圖見圖1。SFC主要技術(shù)參數(shù)為:額定電壓18kV,額定功率18MW, 額定轉(zhuǎn)速500r/min,過載系數(shù)1.3, 輸出頻率0~52Hz,整流器額定觸發(fā)角26.3°,逆變器額定觸發(fā)角141°。
圖1 廣州蓄能水電廠二期工程SFC軟、硬件配置及控制框圖
2、SFC的功率單元
SFC的功率單元包括輸入變壓器、直流耦合電路、整流器和逆變器三部分。輸入變壓器容量16。8kVA,利用其二次側(cè)三角形繞組隔離濾波,減少整流器產(chǎn)生的諧波電壓對(duì)電網(wǎng)的影響,降低電網(wǎng)諧波含量。