177、抽水蓄能机组静止启动变频器控制系统设计_国网电科院清能所

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1、抽水蓄能机组静止启动变频器控制系统设计陶以彬李官军王德顺杨波冯炜（国网电力科学研究院，南京，210061）摘要：目前抽水蓄能机组的启动普遍采用静止启动变频器（SFC）方式。本文针对静止启动变频器的控制要求，进行启动变频器控制系统设计。系统设计采用PCI总线设计思路，不但满足静止启动变频器的控制要求，而且易于扩展，可以作为风电、光伏发电控制的通用控制平台。通过控制器和实时数字仿真系统RTDS的联调，验证本文控制系统设计的正确性。关键词：抽水蓄能机组、静止启动变频器、RTDS、PCI总线ControlSy

2、stemDesignofPumped-StorageStartStaticFrequencyConverter(StateGridElectricPowerResearchInsitute,Nanjing,210061)Abstract:Atpresent,theSFCstartmodeisusuallyusedasthecommonstartmodeinthepumpedstoragestation.Inthispaper,staticstarttheinvertercontrolrequireme

3、ntstostarttheinvertercontrolsystemdesign.SystemdesignusePCIbusdesignideas,notonlytomeetthestaticcontrolrequirements,butalsoeasytoexpand,usedasacommoncontrolplatformofwindpower,photovoltaicpowergenerationcontrol.Jointcommissioningofthecontrollerandreal-t

4、imedigitalsimulationsystemRTDSverifythecorrectnessofthiscontrolsystemdesign.KeyWords：PumpedStorageMachines、StaticFrequencyConverter、Real-TimedigitalSimulator、PCIBus0前言抽水蓄能电站电机启动系统的标准配置为：变频器启动为主，背靠背启动为辅。目前，国内抽水蓄能机组变频启动器全部采用国外的产品，导致投资成本高、维护和更新困难。突破SFC产品的关

5、键技术难点，是打破国外企业在静止变频启动器（SFC）产品垄断，实现10MW级特大容量变频器的国产化途径是当前迫切需要进行的工作。控制器是静止启动变频器控制系统的核心。近年来随着计算机技术的发展出现了高速处理芯片，使得人们可以采用具有高速运算能力的数字信号处理器(DSP)作为核心和应用现场可编程门阵列(FPGA)作为接口控制的设计。本文对抽水蓄能机组的启动控制原理进行了简要介绍，对控制器的设计进行了详细的设计。利用实时数字仿真系统（RTDS）和控制器的联调，对控制器的控制功能进行了验证。1SFC系统主电

6、路拓扑结构1.1SFC主电路SFC主电路拓扑结构及开关编号如图1。系统主要包括网侧整流器、直流电抗器、机侧逆变器、大功率同步电机、励磁整流器、网侧输断路器、机侧断路器、并网断路器。图1SFC系统主电路拓扑结构1.2同步电机启动流程在抽水蓄能机组中，静止变频器实现机组由静止状态加速启动，直至并网的全部控制流程，它主要包括投入励磁、脉冲换相运行、换相方式切换过渡过程控制、负载换相运行、同期调节和并网六个阶段[1-4]：1）在机组处于静止状态时，首先投入励磁电流，通过励磁强励，根据在定子中感应的三相电压计算

7、转子初始位置，确定第一组逆变器触发脉冲，合机侧断路器；2）待励磁电流上升至额定值并稳定后，变频器解锁，进入脉冲换相方式运行；3）当机组加速到额定转速的10％时，首先按照脉冲换相运行至电流过零时刻，再进行换相方式的切换，静止变频器由脉冲换相运行转入负载换相运行；4）完成换相方式的切换后，静止变频器靠电机反电动势进行负载换相，按设定转速加速；5）当机组加速到额定转速的97％时，系统进入同期调节运行阶段；6）在同期调整过程中，一旦符合并网条件，分开机侧断路器，切除静止变频启动装置，延迟一定时间，合上并网控制

8、断路器，机组与电网并列运行。2静止启动变频器控制系统设计2.1系统组成控制系统采用单控制器结构，配置的板件包括：底板、主机板、模拟量板、开关量板、接口扩展板、两块光纤板、MMI板、电源板，另外留有5块可供扩展的板件。采用工控机进行人机界面的显示。控制器采用6U全宽机箱，采用板件后插模式。前面板采用点LED灯显示主机运行状态，采用铰链式扇形开启。底板上设有与面板交互的数据接口，物理介质为扁平电缆，采用直接点灯的方式。面板上设有8个LED灯显示，现在5个LE