静止变频器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SIMOVERT S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。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0～52Hz，整流器额定触发角26.3°，逆变器额定触发角141°。

　　2、SFC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。

　　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，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。

　　3、SFC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，软件编程采用图形化的全数字多微处理器控制系统Simadyn-D。