抽水蓄能电站静止变频器(SFC)工作原理分析

摘要

静止变频器(SFC)是抽水蓄能电站主要设备之一,它的运行关系到蓄能电站启动的成功率.分析SFC工作原理需要解决三个关键问题:如何检测转子位置,机桥晶闸管如何换流,如何产生电磁转矩，研究表明，SFC运行的基本步骤是不间断地测量转子位置，再根据转子位置确定机桥需要触发的晶闸管，晶闸管切换频率自动跟踪电动机频率。主要通过调整网桥侧输出电压调整电磁转矩，控制转速。转子位置检测是SFC控制程序运行的先决条件。自然换相阶段电枢感应电势足够大，转子位置检测较容易。在转子启动初期，转速低，电枢感应电势低，无法通过电势检测转子位置，只能根据运动方程对转子位置进行估计。因是估算值，与实际位置可能有差异，可能导致SFC启动失败，这是原理上的缺陷。转子初始位置检测必须在励磁投入后励磁电流上升到稳态值的一个很短的时间窗内完成，这存在励磁与SFC间的配合问题。检测时间窗开启主要有两种方式，一种是通过励磁开关上的辅助接点给SFC发开启转子初始位置检测时间窗的信号；另一种是SFC测量电枢电压，如果电枢电压大于整定值，开启转子位置检测时间窗。第一种方式因为有机械机构，它的动作时间具有离散性，而转子初始位置检测的时间窗短，容易发生配合不当的情况，导致检测失败。第一种方式转子初始位置检测的成功率低于第二种方式。从广州蓄能水电厂SFC运行经验来看，SFC启动成功率可以达到99%以上，SFC启动失败大多发生在低速阶段，主要是两种故障模式，一种是报转子位置检测故障，一种是转子没有启动起来（一定时间内速度达不到整定值），这说明转子初始位置检测和低速阶段的转子位置检测是SFC运行的难点。对于前一种故障，可以采用三次检测后综合判断的措施降低；对于后一种故障，能否通过增大初始启动转矩，即通过尽量增大网桥侧输出电压和增大励磁电流的方法，尽快使机组转速脱离转子位置估计阶段，减少故障，值得探讨。