抽水蓄能电站静止变频器系统原理分析
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变． 实现 强 制 换 相 。 同步 模 式 ： 电动 机 转 速 大 于 １ ０ ％额 定 值 后 ， 电 动 机 的 反 电
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动 势 已经足 够使 逆 变 器 实现 自然换 相 ，将 逆 变 器 可控 硅 对 应
的 正 向 电 压 过 零 点 作 为 自然 换 相 点 。 这 时 欲 从 组 １ — ２ 换 相 到
Ｌ ０ Ｗ Ｃ Ａ Ｒ Ｂ ｏ ＮＷ０ Ｒ Ｌ Ｄ ２ ０ １ ７ ／ １
低碳技术
抽水 蓄 能 电站静 止 变频器 系统 原理分 析
岳永涛 （ 中国长 江电 力股份有限公司， 湖北 宜昌４ ４ ３ ０ ０ ０ ）
【 摘 要】 随着 电网容量的 日益增大 ， 抽水蓄能 电站应用越来越多， 其承担调峰填 谷、 事故备 用。抽水蓄 能电站在发 电状态是与普通 的水 轮发 电
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ｌ Ｉ ｌ 结构 原理 图
输 入 输 出 变压 器参 数 完 全相 同 ． 变比为 １ ８ ｋ Ｗ５ ． ５ ７ ６ ｋ Ｖ， 容 量皆为 ２ ２ ４ １ ０ ｋ Ｖ Ａ， 输入 变额定频率 ５ ０ Ｈ ｚ ， 输 出 变工 作 频 率 为
图 １
组 ２ — ３ ． 可 以直 接 向 臂 ３的 可控 硅 控 制 极 发 脉 冲。 由 于 电动 机 电 压 的 自然 交替 ． 臂 １的 电流 会 自动 截 止 ， 而臂 ３则 续 流 。 调 节 器根 据 力矩 设 定 值 和 频 率基 准值 ， 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 ， 调 节 输 出的 启 动 电 流 ， 从 而将 机 组 拖 动 到 额 定 转 速
机组一样 ， 当其 在 抽水 状 态 时 ， 发 电机 组 工作 在 电动 机状 态 ， 其 快速 平 稳 的启 动 ， 减 少 对 电 网 的 冲击 ， 在 电站 内 设 置 一 套 公 用 的 静止 变频 装 置 是
技术、 经 济 上 最 佳 的 处理 办 法。本 文 以 西 北 某 抽 水 蓄 能 电站 使 用 的 ＡＢ Ｂ 公 司静 止 变频 器 系统 （ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ 以下简称 Ｓ Ｆ Ｃ） 为 案例 ，
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～ ～ ： 芋
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，
５ ５ ２ ． ５ Ｈ ｚ ． 接 线 方式 为 Ｄ ｙ ｎ ５ ． 能 有 效 抑 制 三 次及 阶 次 为 三 的 倍 数 的谐 波干 扰 ． 输 入 变压 器 对 抑 制 谐 波 有 明 显 效 果 。 功 率 单
元 由 ６脉 冲 可控 硅 整 流 器 和 ６脉 冲 可 控 硅 逆 变 器组 成 ．额 定
逆 变桥 所 需 串联 可控 硅 数 较 少 ， 监视 回路 可 简化 。
２ ． ３ 转 子 位置 的判 断
２ ． ３ ． １ 转 子初 始 位 置 的判 断
２ ９ ７ ６ Ａ． 冷 却 方 式 同为 水 冷 却 。
原 理 图见 图 ｌ 。
Ｃ Ｏ ｎ ｖ ● ｒ ｔ
强 制换 相 ．也 称 脉 冲 耦 合 换 相 ．如 从 组 １ — ２桥 臂 导 通切 换 到 ２ — ３ 桥 臂导通 ， 其换相过程 为 ： 首先 ， 网桥 全 逆 变 ， 当 回路 电 流 Ｉ ： ０时 ． 机桥组 １ — ２桥 臂 可控 硅 因 无 续 流 而被 关 断 。一 旦 检 测 到 回路 电流 为 Ｏ ． 即给 ２ — ３ 桥 臂触发脉 冲， 网桥 随机 取 消 全 逆
１ Ｓ Ｆ Ｃ的作用 与分类
Ｓ Ｆ Ｃ由 Ｐ Ｌ Ｃ调 节 器 、 可控 硅 整 理 桥 、 直 流 电抗 器 等设 备 组 成 的 具 有 一 定 功 率 的非 旋转 电机 式 频 率 变换 器 ，利 用 可控 硅 的通 断作 用将 工频 电 源 变换 为 可 变频 率 的 电能 控 制 装 置 。
１ ． ２ 高一 低一 高可控硅 电流源型变频器特点
需 要 一 个 输 入 降压 变 压 器 和 一 个 输 出升 压 变压 器 ， 一 次
性 投 入 成 本 较 高。 输 出 变压 器在 低 频 （ ５ Ｈｚ以 下 ） 阶 段 由 并联 的 旁路 开 关 旁路 。发 电 电动 机 频 率 升 至 ５ Ｈ ｚ以上 后 回路 再 由 旁路 切 换 到 变压 器位 。 优 点 为 功 率 单元 降压 后 ， 单 个 整 流桥 或
ＧＲ ＾ Ｅ Ｔ Ｚ８ Ｒ Ｉ ａ３ Ｅ Ｕ ｄ 电流 源或 电压 源
交流为 ２ ４ ３ ０ Ａ． 可控 硅 型 号 为 Ｘ Ｖ Ｃ ５ １ ７ Ａ Ｅ ０ １ 。 各 桥 臂 由 ４个 可 控 硅 串联 而成 ， 其 中 １个 可 控 硅 为 冗 余 ， 水 冷 却 方 式 。 直 流部
介绍其组成、 原 理 及 应 用 情 况。
【 关键词 】 抽水 蓄能电站； 静止 变频器 系统 ； 原理 分析 【 中图分类号 】 Ｔ Ｖ ７ ４ ３ 【 文献标 识码 】 Ａ 【 文章编号 】 ２ ０ ９ ５ — ２ ０ ６ ６ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２ — ０ ０ ８ ９ — ０ ３
分为一 个 ４ ． ０ ｍＨ 直 流 电 抗 器 ， 额 定 电 压 ６ ０ ０ ０ Ｖ， 额 定 电 流
２ ． ２ Ｓ Ｆ Ｃ在机组不同转速下的运行模式
脉冲模式 ： 在 启 动 的初 始 阶段 ， 当转 速 低 于额 定 值 的 １ ０ ％ 时． 电机 的 电动 势 不 足 以 关 断 逆 变 器 中 晶 闸管 来 维持 换 相 ， 此 时必须由 Ｓ Ｆ Ｃ依 次 向 电机 定 子 各 相 绕 组提 供 电 流 脉 冲 ，实 现
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动 势 已经足 够使 逆 变 器 实现 自然换 相 ，将 逆 变 器 可控 硅 对 应
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Ｌ ０ Ｗ Ｃ Ａ Ｒ Ｂ ｏ ＮＷ０ Ｒ Ｌ Ｄ ２ ０ １ ７ ／ １
低碳技术
抽水 蓄 能 电站静 止 变频器 系统 原理分 析
岳永涛 （ 中国长 江电 力股份有限公司， 湖北 宜昌４ ４ ３ ０ ０ ０ ）
【 摘 要】 随着 电网容量的 日益增大 ， 抽水蓄能 电站应用越来越多， 其承担调峰填 谷、 事故备 用。抽水蓄 能电站在发 电状态是与普通 的水 轮发 电
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输 入 输 出 变压 器参 数 完 全相 同 ． 变比为 １ ８ ｋ Ｗ５ ． ５ ７ ６ ｋ Ｖ， 容 量皆为 ２ ２ ４ １ ０ ｋ Ｖ Ａ， 输入 变额定频率 ５ ０ Ｈ ｚ ， 输 出 变工 作 频 率 为
图 １
组 ２ — ３ ． 可 以直 接 向 臂 ３的 可控 硅 控 制 极 发 脉 冲。 由 于 电动 机 电 压 的 自然 交替 ． 臂 １的 电流 会 自动 截 止 ， 而臂 ３则 续 流 。 调 节 器根 据 力矩 设 定 值 和 频 率基 准值 ， 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 ， 调 节 输 出的 启 动 电 流 ， 从 而将 机 组 拖 动 到 额 定 转 速
机组一样 ， 当其 在 抽水 状 态 时 ， 发 电机 组 工作 在 电动 机状 态 ， 其 快速 平 稳 的启 动 ， 减 少 对 电 网 的 冲击 ， 在 电站 内 设 置 一 套 公 用 的 静止 变频 装 置 是
技术、 经 济 上 最 佳 的 处理 办 法。本 文 以 西 北 某 抽 水 蓄 能 电站 使 用 的 ＡＢ Ｂ 公 司静 止 变频 器 系统 （ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ 以下简称 Ｓ Ｆ Ｃ） 为 案例 ，
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元 由 ６脉 冲 可控 硅 整 流 器 和 ６脉 冲 可 控 硅 逆 变 器组 成 ．额 定
逆 变桥 所 需 串联 可控 硅 数 较 少 ， 监视 回路 可 简化 。
２ ． ３ 转 子 位置 的判 断
２ ． ３ ． １ 转 子初 始 位 置 的判 断
２ ９ ７ ６ Ａ． 冷 却 方 式 同为 水 冷 却 。
原 理 图见 图 ｌ 。
Ｃ Ｏ ｎ ｖ ● ｒ ｔ
强 制换 相 ．也 称 脉 冲 耦 合 换 相 ．如 从 组 １ — ２桥 臂 导 通切 换 到 ２ — ３ 桥 臂导通 ， 其换相过程 为 ： 首先 ， 网桥 全 逆 变 ， 当 回路 电 流 Ｉ ： ０时 ． 机桥组 １ — ２桥 臂 可控 硅 因 无 续 流 而被 关 断 。一 旦 检 测 到 回路 电流 为 Ｏ ． 即给 ２ — ３ 桥 臂触发脉 冲， 网桥 随机 取 消 全 逆
１ Ｓ Ｆ Ｃ的作用 与分类
Ｓ Ｆ Ｃ由 Ｐ Ｌ Ｃ调 节 器 、 可控 硅 整 理 桥 、 直 流 电抗 器 等设 备 组 成 的 具 有 一 定 功 率 的非 旋转 电机 式 频 率 变换 器 ，利 用 可控 硅 的通 断作 用将 工频 电 源 变换 为 可 变频 率 的 电能 控 制 装 置 。
１ ． ２ 高一 低一 高可控硅 电流源型变频器特点
需 要 一 个 输 入 降压 变 压 器 和 一 个 输 出升 压 变压 器 ， 一 次
性 投 入 成 本 较 高。 输 出 变压 器在 低 频 （ ５ Ｈｚ以 下 ） 阶 段 由 并联 的 旁路 开 关 旁路 。发 电 电动 机 频 率 升 至 ５ Ｈ ｚ以上 后 回路 再 由 旁路 切 换 到 变压 器位 。 优 点 为 功 率 单元 降压 后 ， 单 个 整 流桥 或
ＧＲ ＾ Ｅ Ｔ Ｚ８ Ｒ Ｉ ａ３ Ｅ Ｕ ｄ 电流 源或 电压 源
交流为 ２ ４ ３ ０ Ａ． 可控 硅 型 号 为 Ｘ Ｖ Ｃ ５ １ ７ Ａ Ｅ ０ １ 。 各 桥 臂 由 ４个 可 控 硅 串联 而成 ， 其 中 １个 可 控 硅 为 冗 余 ， 水 冷 却 方 式 。 直 流部
介绍其组成、 原 理 及 应 用 情 况。
【 关键词 】 抽水 蓄能电站； 静止 变频器 系统 ； 原理 分析 【 中图分类号 】 Ｔ Ｖ ７ ４ ３ 【 文献标 识码 】 Ａ 【 文章编号 】 ２ ０ ９ ５ — ２ ０ ６ ６ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２ — ０ ０ ８ ９ — ０ ３
分为一 个 ４ ． ０ ｍＨ 直 流 电 抗 器 ， 额 定 电 压 ６ ０ ０ ０ Ｖ， 额 定 电 流
２ ． ２ Ｓ Ｆ Ｃ在机组不同转速下的运行模式
脉冲模式 ： 在 启 动 的初 始 阶段 ， 当转 速 低 于额 定 值 的 １ ０ ％ 时． 电机 的 电动 势 不 足 以 关 断 逆 变 器 中 晶 闸管 来 维持 换 相 ， 此 时必须由 Ｓ Ｆ Ｃ依 次 向 电机 定 子 各 相 绕 组提 供 电 流 脉 冲 ，实 现
