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1、静止变频器(SFC)原理及设备浙江九龙电力工程有限公司 王建忠摘要：静止变频器(SFC)主要用于将机组拖动至电动机方向的额定转速，从而使机组并网。本文介绍了可逆可控桥的基本原理，桐柏抽水蓄能电站机组的静止变频器(SFC)的工作原理，SFC的主要设备及作用。关鍵词：静止变频器；整流桥；逆变桥；PNC；PLC1. 可逆可控桥的基本原理全控桥的直流端可以等同为一个电动势或反电势和一个二极管的串联回路。二极管规定了直流电流的方向。直流电压Ud的大小和方向由闭环控制装置监控，当Ud为正时，它是一个整流桥，由电网或电机输入的交流电经整流后以直流形式送入直流过渡回路，当Ud为负时，它是一个逆变器，由直流过渡
2、回路输入的直流电经逆变后以相应频率交流电的形式送入电网或电机。342135IdUdWVVUId格里兹桥6全控桥自动换向必须有一个合适的交流电压，当交流电压太低时，全控桥中能进行自动换向。在实际应用中，电机转子中所加的励磁电流为恒定值。被拖动机组的端电压与其转速成正比(U/F=常数)，在刚开始时，机组处于静止状态，其端电压为零，因此，SFC拖动不得不分两个阶段，即低速运行阶段(脉冲耦合工作方式)和高速运行阶段(同步运行方式)。2. SFC拖动的工作原理由上所述，SFC将电动机拖动到准备同期的转速的过程必须分为低速运行阶段和高速运行阶段。低速运行阶段：采用脉冲耦合工作方式，其原理如下：在非自动换向
3、阶段，全控桥只有两个臂同时处于导通状态，它们按1-2,2-3.3-4,4-5,5-6,6-1的顺序依次循环导通，每组导通相隔60度的电角度，每360度为一个周期，控制每组可控硅导通的时间，就可以控制机桥的输出频率，从一个导通组切换到另一个导通组的过程称为换向，由于此时机组端的电势太低无法确保机桥工作在自动换向方式，此时由转子位置传感器决定何时由哪两组可控硅导通，其实现过程如下：首先设置网桥在全逆方式，截止回路中的电流Id，当Id=0时，所有的可控硅被可靠截止。一旦检测到回路中电流为零，即将脉冲送往下一组欲触发的可控硅，同时取消网桥的全逆变功能，恢复回路的电流，使新的一组可控硅导通，这种工作方式
4、称之为强制换向运行。采用脉冲耦合工作方式，在此阶段有两个比较关键的因素：转子位置、力矩的方向。力矩的方向可由闭环控制装置控制，转子位置的测量在桐柏电站采用转子位置传感器来测量。高速运行阶段属于同步运行方式，这时如果欲从组1-2换向至组2-3，可以直接向臂3的控制极发脉冲，由于电动机电压的自然交替，臂的电流会自动截止，而臂3则续流，由于此时可控硅可以自动换向，因而这一阶段将不需要转子位置传感器来的信号，可编程数字控制器根据力矩设定值和频率基准值，并通过测量机桥、网桥侧电压、电流来控制机桥、网桥的触发脉冲，以调节SFC输出的起动电流，从而将机组拖动到频率基准值。此时通过可编程逻辑控制器与监控系统的
5、对话，由机组同期装置根据需要发出要求“增加”或“减速”命令，从而最终使机组并网。如上所述，为了使整个SFC在整个频率范围内正常工作，要求脉冲耦合方式的工作频率上限高于同步工作方式的工作频率下限，两种工作方式的切换就构成了SFC工作的两个阶段，这个切换频率就是SFC两个工作阶段的转折频率，一般该频率在2.58Hz之间，桐柏电站该频率为5Hz.3. SFC的主要设备及作用3.1 功率单元1) 厂变及SFC输入电抗器，稳定和限制厂变及SFC的输入电流，对SFC元件起保护作用SFC输出电抗器，稳定和限制SFC的电流，对SFC元件起保护作用。2) 18kV开关柜，包括：SFC输入1号开关和SFC输入2号
6、开关，在SFC发生故障或正常停运时，切断电源；SFC输出开关，在SFC启动机组并网之后或启动过程中启动回路发生故障时切断电流；谐波滤波器开关，滤波器内在故障或检修时切断电源；还有地刀，PT，CT等设备。3) 输入降压变，一台18/22.1kV输入降压变，为分裂变压器，连接在电网和SFC的网桥之间，主要起降压和隔离作用，冷却方式为强迫油循环导向水冷却（OFWF），装有瓦斯、油温、油位等保护。4) 谐波滤过器，SFC启动时会产生大量的高次谐波，使用滤波器来提高SFC的功率因数，电流、电压的波形系数。5) 电网侧可控硅，两组网桥(整流桥NB1和NB2)，将主变低压侧输入的交流电整流为直流，NB有12
7、个桥臂，每个桥臂有3只可控硅。6) 电机侧可控硅，一组机桥(MB)，将直流电流逆变为交流，控制触发脉冲角及间隔时间即可改变启动电流和机组频率，MB有6个桥臂，每个桥臂有4只可控硅，NB和MB是SFC的主要工作单元。7) 直流电抗器，用于整流输出的直流电流的平波和去耦。8) SFC输出电抗器，主要起稳定和限制SFC的电流，对SFC元件起保护作用。3.2控制和保护单元控制单元包括测量单元、脉冲单元、PNC(可编程数字控制器)、PLC(可编程逻辑控制器)等。测量单元用于测量SFC调节控制所需的各种变量的元件，如机桥、网桥侧CT、PT及转子位置传感器等。脉冲单元：可控硅触发信号的传送和变换元件，如触发
8、卡、光纤、光电转换卡等。PNC：用于SFC闭环调节和控制及可控硅元件的保护，获得电压和电流测量值，通过改变可控硅触发角和电流，从而控制力矩，最终改变转速。PLC：用于SFC和监控系统的输入、输出联络和故障管理，包括SFC的状态管理，分、合输入、输出开关，辅助设备的管理，SFC启动和顺序管理。保护单元用于对SFC各种电气部件的保护，包括输入变的保护、变频单元的保护、冷却水回路的保护等。3.3辅助单元辅助单元主要包括SFC冷却单元、输入变冷却单元及其它辅助设备。其中SFC冷却单元包括：内冷却回路：采用去离子水作为冷却介质。主要用于可控硅元件及桥臂两端电抗器的冷却，主要元件有循环水泵、去离子装置、过滤器、流量计等。外冷却回路：采用普通水作为冷却介质，冷却去离子水，主要元件有水/水冷却器、三通阀等。空气冷却回路：利用空气/水冷却器冷却去离子水，另外让空气在机桥盘柜内循环来冷却可控硅，主要元件有冷却风扇、空气/水冷却器等。作者：王建忠 男 工程师 桐柏电站运行值长 地址：324000 浙江省衢州市迎和小区乌溪江水电厂九龙公司电话号码：13505707050 0576-3975081 电子邮箱：wjz7050