抽水蓄能机组的静止变频起动探究

左厉

(国网新源控股有限公司回龙分公司,河南南阳 473000)

抽水蓄能机组的静止变频起动探究

左厉

(国网新源控股有限公司回龙分公司,河南南阳 473000)

电力系统是关乎工业生产和人民生活的重要系统,需要为社会提供十分可靠的服务。电力系统的供电效率受到载荷大小的影响,如何利用先进技术使得在载荷最大的时候电力系统供电能力也达到最大是发电企业面临的一个关键问题。抽水蓄能装置具备调峰填谷的能力,静止变频启动是抽水蓄能的关键技术。本文阐述了抽水蓄能的意义,分析了静止变频启动的原理,并进一步介绍了静止变频启动控制的策略和控制要点。

抽水蓄能 静止变频 启动

1 引言

电力系统发展的趋势之一是负荷在不断增大。削峰填谷是抽水蓄能电站的最大特点，其工作方式包括水泵和水轮机两种。水泵运行方式作用于电力系统的负荷较小时，利用发电机组的剩余电能将下水库的水抽到上水库，储蓄势能，从而在电力系统的负荷较高时以水轮机的方式运转，将储蓄的势能用来发电。这种双工作方式的切换使得电力系统的调节能力有效增强，在增强供电质量的同时也获得良好的经济效益。对于蓄能机组而言，启动技术是电工抽水的关键技术之一，静止变频启动技术(SFC)的优势有容量大、速度快、可靠性高等特点，是未来启动技术的主要发展方向之一。

2 抽水蓄能机组静止变频原理和基本方案

2.1 静止变频工作原理

静止变频器的目的是利用半导体电流使电源功率变成交流式和可变频式，其又称自控制同步电机，与一般异步或者同步电机不同，该电机的输出频率的调节受到同步电机转子位置的控制，因此并非是独立调节。当电机转过一对磁极时，交流电的输出走完一个周期，这样能使得输出频率和电机转速不产生失步或者震荡现象，时刻保持同步。静止变频器和同步电机进行连接，变频器为电机提供电源，该电源频率可调，用来对电动机进行励磁，同步电动机刚开始静止，随着变频器频率从零开始增加为额定频率，电动机最后会达到额定转速。

静止变频器的组成部分有同步电动机、变频器、转子位置检测器和控制单元等。整流桥、逆变桥和续流晶闸管是变频器主回路的组成部分，该回路的换相依赖于同步电机的反电势，并不需要串联二极管和换相电容。50Hz的交流电通过整流桥之后变成直流，逆变器再将其变成一定频率交流电，最后作为输入送达同步电动机。分析转子的信号是控制单元的主要作用。

图1 机组控制系统原理图

2.2 抽水蓄能同步机组启动过程

抽水蓄能机组的启动过程如下：(1)启动加速。启动指令被发出后转子励磁被投入，启动装置的输入输出开关被合上，开始启动;刚开始整流控制角度被固定在135度，晶闸管在主回路断流之后按照下一拍的要求被触发;与此同时，该触发操作还顺带导通晶闸管，电流流换过程被加快;反电势的输入在电动机达到额定转速的百分之十左右时输入。(2)自动整部微调。该阶段的特点是电压频率差值贯穿该阶段存在于启动装置和电机端，该差值带来了附加微调信号，既可以调节转速，又能自动改变整流器直流电压幅值;同时，电动机端电压在励磁装置控制调节电动机转子的励磁电流之下和电网能够保持平衡。(3)并网控制。在该阶段，电动机定子端口电压与电网整体电压差值需要在一定范围内浮动，其中频率差小于0.25Hz，电压差值小于额定电压的百分之五，相位差约为0度，此时同步并网条件得到满足，α值被设定为135度，输出电流为零，同步脉冲被停止，同时电动机并入电网的开关被合上，在启动装置电流测和负载测的开关进行分闸之后电动机并入电网，静止变频启动装置退出，启动过程结束。

3 抽水蓄能机组变频启动控制系统

3.1 机组控制启动原理

在抽水机变频控制系统中，反电势自然换流方法的运用使得逆变器结构变得十分简单，无需特殊换流电路也使得换流过程比较缓慢，利用普通晶闸管原件即可满足要求，降低了成本。机组控制可以从电机的定子磁势、矩角特性和电机输出的平均转矩来阐释。电机的三相交变电流变成直流之后，由于平波电抗器的较大电抗值存在，该直流在一个周期之内近似认为不变，在六拍逆变器的工作方式下，任何时候六个开关之中只有两个开关加上了触发信号，电机定子绕组在这种特殊供电方式之下的工作图1所示。

电流在经过A和B之后回到电源，此时可以利用空间磁矢量来表示定子磁势。定子磁势、转子磁势和合成磁势的矩角特性需要符合电机学原理的要求。平均转矩在转矩脉动达到最小的时候取得最大值，通过改变三相定子电流的频率幅值等参数，可以根据转矩的不同要求来确定不同的定子磁动势和不同大小、方位的参数要求，进而改变电动机的输出转矩。

3.2 控制策略和模型

在静止变频器研究过程中进行仿真模型搭建时，对于可逆式静止变频器系统来说，定子绕组和转子电压属于已知量，转子电流、定子端电压和转速则是未知量，直接由转子电流和转速即可得出定子端电压。利用龙格-库塔法进行模型控制之后可以得出定子电流在自然换流阶段近似为方波，启动过程中转速上升曲线平滑，电磁转矩变化平稳。断续换流阶段，转子的初始位置十分重要，可以决定启动是否成功，转子检测器在过渡过程中调整分配触发脉冲，调整超前角大小;同时电磁转矩呈现脉动变化。在实际操作过程中需要注意这些问题。

4 结语

静止变频是抽水蓄能机组的关键技术，该技术在国外已经达到了实用水平。随着我国的抽水蓄能电站不断发展，静止变频技术是需要突破的难点之一。本文研究表明，转子位置初始角度和电磁转矩是启动过程中的关键参数，启动时定子电流不是严格正弦，电流关闭角度能够影响启动时间，在实际操作过程中应严格控制这些参数，做好启动工作，从而提高我国的电力供应效率。

[1]陶以彬.抽水蓄能机组变频起动频率检测[J].电气应用,2013,08：16.

[2]李玉秋.抽水蓄能电站静止变频起动装置的选型研究[J].科技创业家,2014,06：91.