静止变频器(sfc)在可逆式机组中的应用

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1、静止变频器(SFC)在可逆式机组中的应用　　广州蓄能水电厂装机2400MW,其可逆式机组水泵工况涉及大型同步电动机的起动，设计以静止变频器(SFC)起动为主,机组背靠背起动为辅.广州蓄能水电厂二期工程安装4台300MW可逆式机组,SFC采用Siemens公司的全数字大功率SIMOVERTS电流源型交直交变频调速装置,恒磁调压/调频启动，可连续逐台起动4台机组.SFC和机组励磁系统采用数字式Simadyn-D控制系统.　　1同步电动机变频起动原理电机变频起动时，转子绕组通入励磁电流,定子由SFC供电，由定子频率控制转子转速.SFC输出的

2、频率在起动开始时调得很低,然后逐步上升至额定值，利用同步转矩的作用，使电机的转速随变频器输出频率同步地升至额定值.Siemens公司结合双反应理论和矢量控制理论，忽略凸极式同步电动机d，q轴磁路不对称、转子阻尼绕组和磁化曲线的非线性等次要因素的影响，将三相电机等效为直流电机进行控制［１］.SFC整套装置由功率单元、控制单元组成，电机励磁单元为自并励可控硅静态励磁，由机组励磁系统控制，SFC的软、硬件配置及控制框图见图1.SFC主要技术参数为：额定电压18kV,额定功率18MW,额定转速500r／min,过载系数1.3,输出频率0～52H

3、z,整流器额定触发角26.3°,逆变器额定触发角141°.　　2SFC的功率单元SFC的功率单元包括输入变压器、直流耦合电路、整流器和逆变器三部分.输入变压器容量16.8kVA，利用其二次侧三角形绕组隔离滤波，减少整流器产生的谐波电压对电网的影响，降低电网谐波含量.　　直流耦合电路装设2个26mH的平波电抗器，用以抑制直流回路纹波，改善逆变器晶体管的工作条件.SFC输出侧电抗器的作用是防止逆变器换流时电流增长过快而损坏晶体管元件［２］.　　SFC的整流器和逆变器采用三相全控桥式电路(三相六拍).整流器晶体管采用电源的交流电压换相，

4、120°导通型逆变器晶体管采用同步电动机的定子反电动势换相.变频器每个桥臂由12个双极型晶体管BJT串联而成，冗余配置，单个晶体管的故障不影响变频器工作.从控制单元到功率单元，晶体管BJT的触发及检测信号采用光电耦合技术，即采用光纤及光电转换器件进行传输.晶体管水冷，分外冷却和内冷却.内冷却回路用去离子水循环直接冷却晶体管,去离子水有再生装置，用碳化硅作吸附材料.取自消防环管的外冷却水用于冷却去离子水.　　3SFC控制单元　　SFC控制单元采用Siemens公司20世纪90年代初研制开发的具有国际先进水平的可自由配置模板式硬件，软件

5、编程采用图形化的全数字多微处理器控制系统Simadyn-D，见图1.　　　　3.1硬件　　硬件主要有处理器板、通讯板、通讯缓冲板、触发器板、诊断板、光电输入输出板、I/O板、操作面板OP1等.所有硬件均以插入卡的形式安装在标准机架上，共有6个处理器板，每个处理器板处理不同任务，使控制系统具有强大的运算功能.6个处理器之间及与外设控制板之间通过局部总线和通讯总线进行内部高速数据通讯，而Simadyn-D与监控系统之间通过I/O板和通讯板等硬件模板实现内/外部高速数据通讯和信息交换.　　3.2软件组态及功能　　SimadynD系统是S

6、iemens公司在Window3.1平台上开发的数字过程控制系统，采用全图形式的编程语言STRUCG进行软件设计开发.功能块是软件设计的较小组态单位，包括逻辑块、算术块、诊断块、信号转换块、I/O块和通讯块等.一个功能块即一个子程序，相当于硬件设计中的集成电路.只需要用鼠标从图形库中选择预先编制好的功能块，将各功能块相互连接并设定参数，即构成实现一定的系统控制功能的软件功能包，主要包括逻辑控制、顺序控制、操作员控制、通讯控制、开环或闭环控制、矢量控制及监视等软件功能包，而各软件功能包的有机组合构成了用户程序.用户程序按功能类型均衡配置各

7、软件功能包，分别由6个微处理器进行实时处理，即所谓的多微处理器、多任务并行处理技术［３］，从而实现对SFC的各种高速开环或闭环控制、运算、检测、监视、报警及诊断等功能.　　a.开环或闭环控制.整流器采用速度和电流双闭环控制，逆变器采用矢量控制技术.SFC输出测量采用霍尔效应变换器型电压互感器，综合补偿计算后产生同步电动机电压模型MV的磁通矢量，实现对电压模型的矢量控制，使逆变器每次都选择在定子与转子磁场矢量互成90°时进行换相［１］.速度闭环控制功能包NRG实现对整流器速度环的闭环控制及监视；电流闭环控制功能包MN1实现对整流器电流的

8、闭环控制及触发单元的监视；矢量控制功能包SMS实现对逆变器负载换相的矢量控制及监视，低速运行时断续换相触发脉冲的控制及监视；过程诊断功能包DIA实现对SFC相关过程控制量及信号的实时诊断显示，即将各过程控制