抽水蓄能機組抽水工況的啟動(1)SFC 83

1、抽水蓄能機組抽水工況的啟動（1）報告人報告人 姜樹德姜樹德2022-7-421 啟動方式概述啟動方式概述蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-43主要啟動方式對于多機式機組，由于抽水和發(fā)電的旋轉(zhuǎn)方向一致，可以用水輪機或輔助的小水輪機將機組啟動到同步轉(zhuǎn)速，并入系統(tǒng)后，切換水路，使機組轉(zhuǎn)為抽水工況運行。對于兩機式的可逆機組，由于抽水和發(fā)電的旋轉(zhuǎn)方向不同，必須采取另外的措施來啟動機組。在抽水蓄能技術(shù)發(fā)展的過程中，曾經(jīng)和正在采用的可逆式機組啟動方式主要有以下幾種：全壓啟動降壓啟動同軸小電動機啟動變頻啟動裝置啟動“背靠背”啟動蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-44v其中前兩種為異步啟動方式，

2、機組直接（全壓）或經(jīng)阻抗或變壓器（半壓）并入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子的阻尼條相當于異步電動機的鼠籠條，機組作為異步電動機被驅(qū)動加速。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速時，投入勵磁，使機組拖入同步。這種方式適用于中小容量機組，如果機組容量大，則并網(wǎng)時對電網(wǎng)和機組自身的沖擊都較大。v采用同軸小電動機啟動方式時，專用于啟動的小電動機與主機同軸連接，小電動機的電源來自廠用電。小電動機將機組拖到同步轉(zhuǎn)速后，機組并網(wǎng)，斷開小電動機的電源。這種方式增加了機組總高度。正常運行時小電機隨機組空轉(zhuǎn)，降低機組的效率。這種方式過去在國外采用較多，但新建的蓄能電站已經(jīng)較少采用，國內(nèi)則從未用過。蓄能機組抽水工況的啟動（1）同步電動機與異步電動機機

3、械特性的比較2022-7-45蓄能機組抽水工況的啟動（1）62022-7-4蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-472 SFC變頻啟動變頻啟動蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-482.1 靜態(tài)變頻啟動裝置靜態(tài)變頻啟動裝置(SFC)簡介簡介 如果機組容量大，則必須采取減少沖擊的“軟”啟動方式，國內(nèi)外最常用的是采用靜態(tài)變頻啟動裝置(以下簡稱SFC)啟動。SFC的功能是將工頻50 Hz的輸入電壓，轉(zhuǎn)化為頻率在050Hz范圍可調(diào)的輸出電壓。SFC的容量，一般為被啟動電機容量的6%10%。機組轉(zhuǎn)速、飛輪矩、額定容量和用戶要求的啟動時間及機組各部分損耗均會影響到SFC裝置的容量選擇。一般要求

4、SFC裝置的容量應(yīng)滿足在3.54.0 min內(nèi)將機組從靜止狀態(tài)加速到同步狀態(tài)所需的最大功率要求。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-49機組在啟動前，先要在轉(zhuǎn)輪室內(nèi)充入壓縮空氣排水，以減少啟動過程中的阻力轉(zhuǎn)矩。隨著SFC輸出頻率的逐步上升，被驅(qū)動機組不斷加速。待轉(zhuǎn)速達到同步轉(zhuǎn)速時，機組并入電網(wǎng)，斷開與SFC之間的連接。然后撤除轉(zhuǎn)輪室的壓縮空氣，注水造壓，并依次打開進水閥和導(dǎo)葉，開始抽水。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-4102.2 SFC 的分類的分類v廣義地講，SFC可以分為電壓源和電流源型。電流源型中又可以分為負載換相式和可關(guān)斷元件式。蓄能電站的SFC 屬于負載換相式 (L

5、oad Commutated Inverter ，LCI)，逆變器的換相依靠被拖動的同步電機的反電動勢實現(xiàn)。v與工業(yè)拖動中連續(xù)運行的SFC不同，抽水蓄能電站的SFC是一種短時工作制的設(shè)備，只在水泵工況啟動的過程中運行，機組并網(wǎng)后即退出。的容量是按照招標時要求的工作和間歇時間來設(shè)計的。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-411v按照整流器和逆變器的工作電壓，SFC可以分為高高接線方案和高 低高接線方案。v高低高接線方案的SFC的整流器經(jīng)降壓變壓器接到來自電力系統(tǒng)的電源，整流器的輸入交流電壓低于其電源電壓（大多數(shù)情況下是主變壓器的低壓側(cè)電壓，亦即機組端電壓）。輸出側(cè)經(jīng)變壓器升到機組電壓。v高

6、高接線方案的SFC的整流器經(jīng)或電抗器或變比為1的隔離變壓器接到其供電電源，整流器的輸入交流電壓與機組端電壓相同。輸出側(cè)不需要接變壓器，而是經(jīng)電抗器輸出。v高高接線方案的SFC的整流器橋臂的工作電壓較高，需串聯(lián)的晶閘管元件數(shù)量較多。高低高接線方案的SFC的整流器橋臂的工作電壓較低，需串聯(lián)的晶閘管元件數(shù)量較少。各種接線方案的構(gòu)成見圖1。蓄能機組抽水工況的啟動（1）高-高方案輸入變的變比為1:1，主要起隔離作用2022-7-412蓄能機組抽水工況的啟動（1）高-低-高方案6脈波2022-7-413蓄能機組抽水工況的啟動（1）v高-低-高方案 12脈波2022-7-414蓄能機組抽水工況的啟動（1）2

7、022-7-4152. 3 SFC的構(gòu)成的構(gòu)成SFC裝置一般由輸入變壓器（或輸入電抗器）、晶閘管整流器、平波電抗器、晶閘管逆變器、輸出變壓器（或輸出電抗器）等組成，見圖。該圖為當前采用較多的高低高接線方案。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-416 v 蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-417（1）輸入變壓器）輸入變壓器采用高低高接線方案，輸入變壓器為降壓變壓器，使來自系統(tǒng)的電壓與整流器的工作電壓相適配，減少各橋臂串聯(lián)的晶閘管元件的數(shù)量。輸入變壓器接線組別多采用Yd或Dy，以削弱整流器產(chǎn)生的3次及階次為3的整數(shù)倍的諧波，并減弱其他階次諧波對電站和電力系統(tǒng)的干擾。設(shè)置輸入變壓器，對

8、抑制諧波諧振有明顯效果。網(wǎng)橋采用12脈波方案時，則采用雙二次繞組的輸入變壓器。接線組別應(yīng)當是Ddy, 以配合12個橋臂的導(dǎo)通脈沖在360o電空間的均勻分布。如果變壓器容量較大時，多采用油浸式。容量較小時，也可采用干式變壓器。（2）輸入電抗器）輸入電抗器有的工程中，SFC不設(shè)輸入變壓器，而是經(jīng)由輸入電抗器接到晶閘管整流器。輸入電抗器可以限制可能發(fā)生的的短路電流。這種接線屬于高高方案，整流器和逆變器的工作電壓較高，且不能阻斷3次及階次為3的整數(shù)倍的諧波。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-418（3） 晶閘管整流器晶閘管整流器SFC的晶閘管整流器也稱為網(wǎng)橋，為一個或兩個三相全控整流器，每個橋

9、含6個橋臂，用于將來自電網(wǎng)的交流電流轉(zhuǎn)換為直流電流。 根據(jù)網(wǎng)橋的工作電壓和晶閘管的反向電壓承受能力，每臂可能由幾個晶閘管串聯(lián)構(gòu)成，也可能只有一個晶閘管。如采用兩個三相全控整流橋器串聯(lián)的方式，可以進一步減少注入到電網(wǎng)的諧波含量。這種方案共有12個橋臂，相應(yīng)的觸發(fā)脈沖有12個，所以也稱為12脈波方案。晶閘管有的門極觸發(fā)單元，用電脈波觸發(fā)，信號來自SFC的控制器?？刂破鲗㈦娦盘栟D(zhuǎn)化為光信號用光纖傳輸?shù)礁骶чl管，保證了高電壓功率元件與控制元件之間的隔離。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-419晶閘管可以采用風(fēng)/水冷卻方式、水/水冷卻方式或強迫風(fēng)冷方式。采用風(fēng)/水冷卻方式時，晶閘管的熱量由強迫循

10、環(huán)的空氣帶走，空氣的熱量經(jīng)冷卻器即氣水熱交換器隨冷卻水排走。采用水/水冷卻方式時，晶閘管的熱量由強迫循環(huán)的去離子水帶走，去離子水由絕緣性能良好的塑料管路引至冷卻器即水/水熱交換器，熱量隨電站冷卻水排走。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-420（4）平流電抗器）平流電抗器對于電流源型的SFC，電抗器是必不可少的電流儲能型設(shè)備，保證了SFC向負載提供穩(wěn)定的電流。平流電抗器有空氣芯和鐵芯兩種?？諝庑倦娍蛊鞑捎米匀伙L(fēng)冷卻或強迫風(fēng)冷卻，鐵芯電抗器采用風(fēng)冷卻或水冷卻。風(fēng)冷卻空氣芯電抗器的體積較大，必須獨立布置。采用水冷卻的電抗器比較緊湊，可以安裝在柜內(nèi)，和SFC的整流柜、逆變柜等組裝成一排，節(jié)省占

11、地面積。裝入柜內(nèi)的電抗器的水冷卻方式與晶閘管的水冷卻方式相同，且與其組成統(tǒng)一的冷卻系統(tǒng)。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-421（5） 晶閘管逆變器晶閘管逆變器SFC的晶閘管逆變器也稱為機橋，為三相全控逆變器，每個橋含6個橋臂，用于將直流電流轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的交流電流。構(gòu)成、觸發(fā)方式、冷卻方式與整流器相似。（6） 輸出變壓器輸出變壓器輸出變壓器使逆變橋的工作電壓與機組電壓相適配，減少各橋臂串聯(lián)的晶閘管元件的數(shù)量。SFC是一個靠負載電壓換相的電流源，輸出變壓器把機組電壓降為與逆變器適配的工作電壓，以保證逆變器的換相。輸出變壓器從5Hz開始就要投入運行。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-

12、7-422（7） 輸出電抗器輸出電抗器輸出電抗器可以限制可能出現(xiàn)的短路電流。 （8） 旁路開關(guān)旁路開關(guān)當被拖動機組轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速的10%時，由于電壓和頻率都很低，為了避免輸出變壓器運行在過低頻率下，也為使機組得到較大的啟動電流，通過旁路開關(guān)S2直接與發(fā)電電動機繞組相連，當機組轉(zhuǎn)速大于額定轉(zhuǎn)速的10%后，旁路開關(guān)S2斷開，S1合上，輸出變壓器接入。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-4239） 控制器控制器SFC控制系統(tǒng)的核心是其控制器。由處理單元、存貯器單元和各種輸入/輸出插板構(gòu)成，用于監(jiān)控和保護內(nèi)部元件和相連的外部設(shè)備。檢測到事故時，它將作出反應(yīng)，包括立即或延時關(guān)斷網(wǎng)橋和機橋，立即或

13、延時跳閘和/或發(fā)出報警信號。各種事故信號通常經(jīng)由串行通信傳送到全廠的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，但作為后備，還有以開關(guān)量方式輸出的硬接線綜合信號。軟件的功能包括SFC的調(diào)節(jié)，即根據(jù)外部輸入，直接或經(jīng)過計算獲得機組的信息，包括當前轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置等。根據(jù)這些信息計算出應(yīng)當采用的控制角的大小，以及應(yīng)當導(dǎo)通的橋臂，從而控制機組的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩?？刂泼钭罱K轉(zhuǎn)化為經(jīng)由光纜向每個晶閘管輸出的觸發(fā)信號。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-4242.4 SFC的運行原理的運行原理1）簡述SFC運行的關(guān)鍵是成功實現(xiàn)逆變，而逆變成功的關(guān)鍵是按照預(yù)訂的順序、實時實現(xiàn)閘管的換相，即一個橋臂晶閘管關(guān)斷、另一個橋臂晶閘管開通，使電

14、流從前者轉(zhuǎn)移到后者。開通晶閘管必須同時具備兩個條件：-在陽極和陰極之間施加正向電壓，-在門極施加觸發(fā)脈沖。晶閘管一旦開通，門極就失去控制作用，即使觸發(fā)脈沖已經(jīng)撤除，只要正向電壓存在，晶閘管就會繼續(xù)導(dǎo)通。關(guān)斷晶閘管必須采取以下兩條措施中的一條：-在陽極和陰極之間施加反向電壓，-關(guān)斷給晶閘管供電的電流源或電壓源。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-425由于SFC逆變器的供電對象是有源負載同步電機，在轉(zhuǎn)速高于10時（各工程取值略有差別，以10即5Hz者居多，為了敘述的方便，以下均采用10和5Hz），可以利用同步電機的三相交流電動勢來關(guān)斷逆變器中的晶閘管，即實現(xiàn)自然換相即同步換相。但是，在啟動

15、的初始階段，當轉(zhuǎn)速低于額定值的10%時，電機的電動勢不足以關(guān)斷逆變器中的晶閘管來維持換相，此時必須由SFC依次向電機定子各相繞組提供電流脈沖，實現(xiàn)所謂強制換相（即脈沖耦合換相）。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-426v2）轉(zhuǎn)子位置的識別）轉(zhuǎn)子位置的識別不論處于哪個啟動階段，采用哪種換相方式，控制系統(tǒng)都需要知道轉(zhuǎn)子的位置，以便確定為使轉(zhuǎn)子獲得最大轉(zhuǎn)矩應(yīng)該通電的定子繞組相別，從而確定應(yīng)該導(dǎo)通的橋臂。以往采用感應(yīng)型或光電型的軸角傳感器來測位，現(xiàn)在主流廠家采用的是計算電機電壓矢量的辦法確定轉(zhuǎn)子位置，省去了傳感器。以下的分析中均以無傳感器的方案為例。為了分析的方便，假定電機的極對數(shù)為1，電角度

16、與空間角度一致；假定逆變橋直接連接到電機。這個分析的結(jié)果很容易推廣到多對極的電機和有輸出變壓器情況中去。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-427（1）轉(zhuǎn)子初始位置的識別）轉(zhuǎn)子初始位置的識別v啟動之初，轉(zhuǎn)子處于靜止狀態(tài)時，不能用定轉(zhuǎn)子相對運動的機理來判斷轉(zhuǎn)子位置。v但是在施加勵磁電流的初瞬間，電機定子三相繞組中會感應(yīng)出電動勢，利用這些電動勢，可以推算出轉(zhuǎn)子的位置施加勵磁電流時，定子三相繞組中因互感產(chǎn)生的磁通可以用式1表示。 蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-428（1）轉(zhuǎn)子初始位置的識別）轉(zhuǎn)子初始位置的識別蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-429蓄能機組抽水工況的啟動（1

17、）2022-7-430（1）轉(zhuǎn)子初始位置的識別）轉(zhuǎn)子初始位置的識別v 蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-431（1）轉(zhuǎn)子初始位置的識別）轉(zhuǎn)子初始位置的識別v定子三相繞組中感應(yīng)出的電動勢可以用式3表示： 蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-432（1）轉(zhuǎn)子初始位置的識別）轉(zhuǎn)子初始位置的識別v定子三相繞組感應(yīng)電動勢的最大值出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子繞組施加電壓的初瞬間，即t為0時，見式4。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-433（1）轉(zhuǎn)子初始位置的識別）轉(zhuǎn)子初始位置的識別根據(jù)三角函數(shù)公式對式4進行求解，得式5。式中最終只含三相電壓，不含不易確定的自感L和互感M.蓄能機組抽水工況的啟動（1）2

18、022-7-434（1）轉(zhuǎn)子初始位置的識別）轉(zhuǎn)子初始位置的識別v定子繞組空載時，eu0=uu 、ev0= uv 、 ew0 = uw，而各相電壓是可以測得的，所以可根據(jù)式5求得，轉(zhuǎn)子初始位置從而可以確定。采用tg推算。v轉(zhuǎn)子的可能初始位置則有無限多個，但機橋可能的導(dǎo)通橋臂組合只有6種。所以，必須將轉(zhuǎn)子的無限多個可能初始位置歸并為6種，以適應(yīng)對機橋控制要求。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-435圖3 定子空間的6個扇形區(qū)v將電機定子內(nèi)的空間劃分為6個60o的扇形區(qū)，每個扇形區(qū)的軸線都是定子某相繞組磁場的軸線，如圖3 所示，轉(zhuǎn)子必然處于六個扇形區(qū)之一。v轉(zhuǎn)子繞組施加電流的瞬間，轉(zhuǎn)子處于不

19、同位置時（見圖4的A行），相應(yīng)的值的范圍如圖4 的B行所示。反過來講，可以從B行的結(jié)果反推出A行，即只要測得電機三相電壓，算出角，便可推斷出轉(zhuǎn)子處于六個扇形區(qū)中的哪一個，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子初始位置的識別。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-436蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-437（2）頻率低于）頻率低于1Hz時轉(zhuǎn)子位置的識別時轉(zhuǎn)子位置的識別v轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動，但頻率低于1Hz（即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于2%額定值）時，定子各相繞組感應(yīng)電動勢的幅值很低，尚不能利用后面講到的高轉(zhuǎn)速時將要采用的積分法求得轉(zhuǎn)子位置。這時采用的轉(zhuǎn)子位置識別方法為估算法，具體原理如下。v轉(zhuǎn)子的運動公式見式6 .蓄能機組抽水工

20、況的啟動（1）2022-7-438（2）頻率低于）頻率低于1Hz時轉(zhuǎn)子位置的識別時轉(zhuǎn)子位置的識別 蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-439圖4 轉(zhuǎn)子初始位置、獲得最大轉(zhuǎn)矩所需的電流方向及導(dǎo)通橋臂 蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-440（2）頻率低于）頻率低于1Hz時轉(zhuǎn)子位置的識別時轉(zhuǎn)子位置的識別vI為定子電流，由SFC提供，選擇合適的控制角，可以使其為常數(shù)；為轉(zhuǎn)子磁通，由勵磁系統(tǒng)提供的電流確定，在此轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)為常數(shù)；所以TM在此轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)為常數(shù)。v轉(zhuǎn)速從零到2%額定值的范圍內(nèi)，可以近似認為阻力矩TR是常數(shù)。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-441蓄能機組抽水工況的啟動

21、（1）2022-7-442（3）頻率高于）頻率高于1Hz（轉(zhuǎn)速高于（轉(zhuǎn)速高于2%額定值）額定值） 時轉(zhuǎn)子位置的識別時轉(zhuǎn)子位置的識別v轉(zhuǎn)速高于2%額定值時，定子端電壓的幅值已經(jīng)足夠大，可以利用更為精確的計算方法實現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置的識別。各相繞組端電壓是由轉(zhuǎn)子磁場運動產(chǎn)生的，其幅值與當時的轉(zhuǎn)子空間位置直接相關(guān)，所以各相繞組端電壓幅值的組合能夠反映轉(zhuǎn)子的位置。但利用三相坐標系直接推算轉(zhuǎn)子位置并不方便，應(yīng)另尋蹊徑。v回顧一下矢量分析方法中采用的電機兩相靜止坐標系，即-坐標系。這種坐標系的軸與定子U相磁場軸線相重合，軸滯后于軸90o， 見圖5。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-443（3）頻率高于）頻

22、率高于1Hz時轉(zhuǎn)子位置的識別時轉(zhuǎn)子位置的識別 圖圖5v 蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-444蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-445（3）頻率高于）頻率高于1Hz（轉(zhuǎn)速高于（轉(zhuǎn)速高于2%額定值）額定值） 時轉(zhuǎn)子位置的識別時轉(zhuǎn)子位置的識別v根據(jù)交流電路基本公式 ，可以從u、u、 i和i以及同步電機的R、L(等效繞組的自感)L(等效繞組的自感)、M(等效繞組與等效繞組之間的互感)等已知參數(shù)，根據(jù)式13和14求得e和e。dtdiMdtdiLiReu蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-446（3）頻率高于）頻率高于1Hz（轉(zhuǎn)速高于（轉(zhuǎn)速高于2%額定值）額定值） 時轉(zhuǎn)子位置的識

23、別時轉(zhuǎn)子位置的識別蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-447（3）頻率高于）頻率高于1Hz（轉(zhuǎn)速高于（轉(zhuǎn)速高于2%額定值）額定值） 時轉(zhuǎn)子位置的識別時轉(zhuǎn)子位置的識別蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-448（3）頻率高于）頻率高于1Hz（轉(zhuǎn)速高于（轉(zhuǎn)速高于2%額定值）額定值） 時轉(zhuǎn)子位置的識別時轉(zhuǎn)子位置的識別 )19(arctg)18()17(1917tg求得：式可由式的方位角和。為以上兩個磁通的矢量轉(zhuǎn)子磁場的總磁通蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-449轉(zhuǎn)子位置識別小結(jié)（1）轉(zhuǎn)子靜止時，在轉(zhuǎn)子繞組通以勵磁電流。突然施加的電流在三相繞組感應(yīng)出不同的電動勢。利用三相電動勢的數(shù)

24、值可計算轉(zhuǎn)子初始位置。（2）轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動但轉(zhuǎn)速低于2%額定轉(zhuǎn)速時，利用轉(zhuǎn)子運動方程，積分獲得轉(zhuǎn)子實時位置。（3）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于2%額定轉(zhuǎn)速后，實測三相電壓和電流，并轉(zhuǎn)換為 坐標系的電壓、電流，并據(jù)此求得e和e。對e和e積分獲得和。二者比值的反正切即是轉(zhuǎn)子的位置角。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-4502）逆變器的換相v獲得各個時刻的轉(zhuǎn)子位置信號后，就可以根據(jù)此信號確定此刻應(yīng)該導(dǎo)通的機橋橋臂，并發(fā)出相應(yīng)的觸發(fā)脈沖。觸發(fā)脈沖應(yīng)當使導(dǎo)通的繞組組合最為合理，以便獲得最大的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。v轉(zhuǎn)子位置必然處于6個扇區(qū)之一，可能的導(dǎo)通橋臂組合也有6種，從一種導(dǎo)通組合向另一種導(dǎo)通組合的過渡稱為換相。換相過程

25、中，有一個橋臂繼續(xù)維持導(dǎo)通，還有一個橋臂關(guān)斷、一個橋臂開通。v有兩種換相方式：強制換相和自然換相。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-451（1）強制換相）強制換相如果被拖動電機電壓足夠高，換相期間，應(yīng)關(guān)斷的橋臂承受的電壓由正向變?yōu)榉聪?，換相自然完成。但在啟動的初始階段，當轉(zhuǎn)速低于額定值的10%時，電機的電動勢太低，不足以關(guān)斷逆變器中應(yīng)關(guān)斷的晶閘管來維持換相，此時必須由SFC依次向各相繞組提供脈沖，實現(xiàn)所謂強制換相。按照表中D行的要求，控制器發(fā)出導(dǎo)通脈沖，使晶閘管輪流導(dǎo)通。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-452v逆變器的強制換相過程：v將整流器變?yōu)槟孀兎绞?，使其直流電流減到零。

26、逆變器因無電流供電，其所有的晶閘管必然關(guān)斷。確認直流回路中電流為零后，重新開通整流器，并向下一輪中應(yīng)當導(dǎo)通的晶閘管發(fā)出導(dǎo)通脈沖。v強制換相運行時必須反復(fù)關(guān)斷、開通晶閘管，所以各相電流的波形是間斷的。導(dǎo)通脈沖的發(fā)出時刻是根據(jù)轉(zhuǎn)子的當前位置確定的，確定的原則是使轉(zhuǎn)子獲得最大的轉(zhuǎn)矩。圖4的D行列出了針對不同的轉(zhuǎn)子位置，應(yīng)當導(dǎo)通的逆變器橋臂。E行則列出了各相電流的波形。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-453v不難看出，每個周期中，電路被關(guān)斷6次，重新開通6次，定子電流和驅(qū)動轉(zhuǎn)矩都是斷續(xù)的。由于轉(zhuǎn)子的慣性，在驅(qū)動轉(zhuǎn)矩為零期間，轉(zhuǎn)子會繼續(xù)轉(zhuǎn)動，并逐步加速。v在轉(zhuǎn)速低時，周期較長，電路的關(guān)斷和重新

27、開通所需要的轉(zhuǎn)換時間在一個周期內(nèi)所占的比例不大，關(guān)斷和重新開通得以順利完成。隨著轉(zhuǎn)速的上升，周期變短，在一個周期內(nèi)要完成6次轉(zhuǎn)換就越來越困難。這種換相方式的頻率上限約為8 Hz。實際上，在頻率達到5 Hz后，就采用自然換相了。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-454圖4 轉(zhuǎn)子初始位置、獲得最大轉(zhuǎn)矩所需的電流方向及導(dǎo)通橋臂蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-455 v v導(dǎo)通橋臂從1和2轉(zhuǎn)換為2和3時，電機繞組波形的變化。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-456（2）自然換相）自然換相v頻率大于5 Hz后，電機的電動勢已經(jīng)能夠使逆變器實現(xiàn)自然換相。導(dǎo)通橋臂的組合仍然根據(jù)圖4

28、的A行、C行和D行的關(guān)系確定，以使轉(zhuǎn)子獲得最大轉(zhuǎn)矩。v圖6說明了控制角a為150o時逆變自然換相的過程。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-457 v圖6 自然換相的實現(xiàn)v在時刻D之前，橋臂6和 5導(dǎo)通。橋臂1 在時刻D收到觸發(fā)命令而導(dǎo)通，橋臂1的導(dǎo)通使共陰極的電位與a點相等，橋臂5陰極的電位從而也等同于a的電位e1 。而橋臂5陽極的電位為c點電位e5。由波形圖可以看出，此時e1 e5，所以橋臂5承受反向電壓關(guān)斷，導(dǎo)通組合變成了橋臂1和6.v 蓄能機組抽水工況的啟動（1）轉(zhuǎn)子位置的辨識方法和換相方法隨頻率的變化2022-7-458蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-4592.5 S

29、FC 啟動過程啟動過程 vSFC的控制方式可以是：由計算機監(jiān)控系統(tǒng)（CSCS）遠方自動控制，或通過SFC控制器上的按鍵手動控制。兩種方式的選擇由SFC控制器上的現(xiàn)地/遠方選擇按鍵實現(xiàn)。vSFC處于可用狀態(tài)時，可投入運行。SFC可用的條件是：所有的控制和動力電源可用并已投入，無報警、無事故。 v以下以遠方自動控制方式為例，介紹SFC的啟動過程。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2.5 SFC 啟動過程啟動過程 v（1）CSCS的機組LCU合上被啟動機組的被拖動隔離開關(guān)，做好主回路啟動準備。v（2）CSCS的啟動用LCU（或公用LCU或開關(guān)站）向SFC發(fā)出“SFC輔助設(shè)備啟動”的命令，SFC將自動啟動輔

30、助設(shè)備，如冷卻風(fēng)機（風(fēng)/水冷卻）、冷卻單元去離子水泵（水/水冷卻）、整流器和逆變器風(fēng)機或冷卻水閥門。v（3）輔助設(shè)備啟動后，SFC檢測到輸入/輸出變壓器風(fēng)機正常、去離子水流和導(dǎo)電率正常（水/水冷卻）、整流器和逆變器的空氣溫度正常（風(fēng)/水冷卻）。 2022-7-460蓄能機組抽水工況的啟動（1）2.5 SFC 啟動過程啟動過程 v（4）選擇被拖動機組。v（5）確認被拖動機組GCB斷開、被拖動刀閘合上、輸出斷路器已合上后， 自動合上輸入斷路器。v（6）確認SFC輸入斷路器合閘且機組勵磁已投入后，SFC發(fā)出 “SFC 已運行”的信號給LCU?？刂破鏖_始向整流橋、逆變橋發(fā)出導(dǎo)通脈沖，向勵磁發(fā)出給定值。

31、機組開始加速。2022-7-461蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-462v（7）f 5 Hz后， SFC解除脈沖閉鎖，重新建立電流回路，SFC以自然換相方式控制逆變器晶閘管，電機轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升。v（10）轉(zhuǎn)速達到98%額定轉(zhuǎn)速時，投入同期裝置，調(diào)節(jié)SFC的輸出頻率和被拖動機組的勵磁。v（11）滿足同期條件后，合上GCB，同時閉鎖SFC所有晶閘管的觸發(fā)脈沖。v（12）斷開SFC的輸出斷路器，停止輔助設(shè)備的運行。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-463 v機組定子電流v機組電動勢v機組轉(zhuǎn)子電流vSFC輸出功率隨時間的變化曲線蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-4642.6 S

32、FC的保護的保護vSFC應(yīng)當配備從輸入變壓器到輸出變壓器范圍的保護，保護種類見表1。保護配置情況見圖8。 v 蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-465蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-466蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-4672.7 SFC的容量估算的容量估算蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-468圖9 蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-469蓄能機組抽水工況的啟動（1）SFC的容量PR是轉(zhuǎn)速的函數(shù)，要求解上述積分比較復(fù)雜。如果近似認為PR為常數(shù)，則積分可得：t=0.5Jn2/(PSFC-PR)PSFC=PR+0.5J n2/t式中，J為轉(zhuǎn)動慣量，

33、n為額定轉(zhuǎn)速對應(yīng)的角速度，t為0起加速到額定轉(zhuǎn)速的時間。上式可以用于估算SFC的容量。2022-7-470蓄能機組抽水工況的啟動（1）2022-7-4712.8 SFC的諧波問題及對策的諧波問題及對策vSFC作為電網(wǎng)的非線性負荷，必然產(chǎn)生高次諧波，對廠用電造成一定的諧波污染，對電力系統(tǒng)也有一些影響。但是，蓄能電站的SFC是一種短時工作的設(shè)備，上述影響是短時的，不應(yīng)該按照對連續(xù)運行的諧波源的限制條件來對它提出要求。v近幾年來，在招標工作中，未能區(qū)分抽水蓄能電站與公共電網(wǎng)諧波分布的不同特點以及二者諧波限制標準的差異，對電能質(zhì)量國家標準的理解不夠全面，國內(nèi)的蓄能電站在確定SFC的技術(shù)條件時，往往提出

34、過于苛刻的要求，造成部分國內(nèi)蓄能電站的SFC設(shè)置5、7、11、13、15、17次等高次諧波濾波器，不僅增加了成本，而且增加了地下洞室的開挖量。蓄能機組抽水工況的啟動（1）2.8 SFC的諧波問題及對策的諧波問題及對策v深入的研究已經(jīng)證明，采用6脈波方案、不設(shè)諧波濾波器的情況下，諧波的影響完全可以限制在允許的范圍內(nèi)。v如果要進一步消除蓄能電站的諧波污染，關(guān)鍵是合理選擇接線方式，只要接線合理（增大高壓廠用變與SFC的電氣距離、設(shè)置輸入變壓器或隔離變壓器等），就不會對系統(tǒng)和廠用電造成影響，高次諧波濾波器完全不必裝設(shè)。事實上，歐美和日本的大量抽水蓄能電站都采用6脈波方案，且不設(shè)濾波器，從來沒有因此造成危害。2022-7-472蓄能機組抽水工況的啟動（1）2.8 SFC的諧波問題及對策的諧波問題及對策v合理的諧波限制指標應(yīng)當只對針對SFC與電站廠用電的連接處提出，而且只提出該點的電壓總畸變率THD。這是因為，不論是理論分析還是工程實踐都證明，SFC對超高壓公共系統(tǒng)（220kV及更高電壓的系統(tǒng)）的污染從來就不會超標。如果15.75kV（或 18kV）處的諧波電壓畸變率不超標，那么400V廠用電的諧波電壓畸變率肯定不會超標。2022-7-473蓄能機組抽水工況的啟動（1）采用IGBT實現(xiàn)脈寬調(diào)制的多元件電壓源型SFC IGBT與晶閘管的比較絕緣柵雙極晶體管 IGBT v(Insulated