摘要：針對部分靜止變頻（Static Frequency Converter，SFC）產(chǎn)品缺乏閥組試驗模式，加之現(xiàn)場條件有限，無法開展全回路閥組試驗的問題，介紹了SFC系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)及原理，分析了開展SFC閥組試驗的難點，提出將SFC系統(tǒng)的功率閥組拆分為網(wǎng)側(cè)整流閥組和機側(cè)逆變閥組，并在SFC控制器設計各自的試驗模式，分別對整流閥組和逆變閥組單獨進行小電流試驗的方案，最后提供了實際案例的試驗數(shù)據(jù)，以期在SFC產(chǎn)品制造及現(xiàn)場調(diào)試中得到應用。

關鍵詞：網(wǎng)側(cè)整流閥組;機側(cè)逆變閥組;小電流試驗

中圖分類號：TM341" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2023）15-0034-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.15.008

0" " 引言

近年來，在碳達峰、碳中和目標的快速推進下，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)加快了建設腳步，隨之而來的是環(huán)保經(jīng)濟性高且技術(shù)成熟的抽蓄電站、燃機電廠、分布式調(diào)相機得到快速發(fā)展[1-3]，而抽蓄、燃機、調(diào)相機工作的第一步，便是需要靜止變頻（SFC）系統(tǒng)（以下簡稱“SFC系統(tǒng)”）對機組進行拖動升速，待達到或超過額定轉(zhuǎn)速（調(diào)相機墮走并網(wǎng)）后再進行并網(wǎng)，從而實現(xiàn)機組的無擾同期并網(wǎng)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定安全。

工程實際應用中，SFC系統(tǒng)主要采用12-6的拓撲結(jié)構(gòu)，即網(wǎng)側(cè)由整流閥組1和整流閥組2串聯(lián)形成12脈動整流回路，機側(cè)由逆變閥組形成6脈動逆變回路，上述3個閥組在投入實際拖動前需進行靜態(tài)試驗，以驗證閥組的主回路安裝、三相相序、一二次回路對應關系、脈沖觸發(fā)回路是否正確。而常見的進口SFC系統(tǒng)是不具備試驗模式的，故需要對閥組試驗方案進行設計和探討，以探索出一套可行且經(jīng)濟的試驗方案，能對3個閥組進行全面測試，確保動態(tài)拖動前閥組及二次回路的正確性，提升拖動的成功率，避免回路問題遺留至拖動環(huán)節(jié)。

1" " SFC拓撲結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1" " SFC拓撲結(jié)構(gòu)

SFC系統(tǒng)主要應用于抽蓄機組、燃氣機組、調(diào)相機組的啟動升速，目前在工程上普遍采用的是12-6脈動的拓撲結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該SFC系統(tǒng)由3卷輸入變、網(wǎng)側(cè)整流閥組1、網(wǎng)側(cè)整流閥組2、機側(cè)逆變閥組和直流電抗器組成，每個閥組實際由VT1～VT6共6串晶閘管組成三相全控橋，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

網(wǎng)側(cè)整流閥組1和整流閥組2串聯(lián)再組成12脈動整流橋，機側(cè)逆變閥組組成6脈動逆變橋，以此形成12-6脈動的拓撲結(jié)構(gòu)，該拓撲結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、諧波分量較小、經(jīng)濟性較高等特點，因而得到廣泛應用。

1.2" " SFC系統(tǒng)工作原理

本文將以典型的調(diào)相機SFC系統(tǒng)為例闡述SFC工作原理，SFC系統(tǒng)啟動相關回路接線如圖3所示。

SFC系統(tǒng)通過控制逆變閥組不同晶閘管對的導通及導通換相的頻率，改變定子磁場Φs的空間位置，使其始終超前于轉(zhuǎn)子磁場Φf，產(chǎn)生定子繞組超前轉(zhuǎn)子繞組的力矩，從而達到拖動機組升速的目的?？刂茡Q相原理如圖4所示。

1.3" " SFC系統(tǒng)閥組試驗的難點

SFC系統(tǒng)要實現(xiàn)上述功能，先決條件是所有的晶閘管按照原理圖進行連接，所有二次回路對應關系正確，且觸發(fā)無問題。要驗證上述要求全部得到滿足，需要在施工現(xiàn)場進行靜態(tài)試驗。不管是抽蓄、燃機還是調(diào)相機現(xiàn)場，目前普遍存在如下試驗困難：

1）現(xiàn)場輸入變壓器需要在SFC系統(tǒng)全部靜態(tài)試驗結(jié)束且驗收通過后才能帶電，也就是說，SFC系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試期間無法通過輸入變帶電來進行試驗。

2）現(xiàn)場無法單獨提供額外的3卷變壓器用于3個閥組開展全回路靜態(tài)觸發(fā)試驗，一般現(xiàn)場僅能提供廠用380 V電源。

3）SFC系統(tǒng)的輸出側(cè)直接接至電機的定子繞組，在動態(tài)啟動前，現(xiàn)場不允許對定子進行通壓或通流，故現(xiàn)場無法進行網(wǎng)側(cè)整流閥組1、網(wǎng)側(cè)整流閥組2、機側(cè)逆變閥組全回路的整組試驗。

2" " SFC系統(tǒng)閥組試驗方案設計

2.1" " 總體試驗方案設計

實際上，將12-6脈動拓撲結(jié)構(gòu)進行拆分，即可得到網(wǎng)側(cè)整流閥組1、網(wǎng)側(cè)整流閥組2、機側(cè)逆變閥組共3個三相全控橋，分別在3個三相全控橋交流側(cè)進行380 V加壓，直流側(cè)接入電阻作為假負載，并配合施以觸發(fā)脈沖控制，由此可以根據(jù)三相全控橋原理[4]，測試每個閥組的輸出波形。當觸發(fā)角度αgt;60°時，輸出電壓Ud的理論值由式（1）計算：

Ud=1.35Us×[1+cos（π/3+α）]（1）

式中：Ud為直流側(cè)輸出電壓;Us為交流側(cè)輸入電壓;α為觸發(fā)脈沖角度。

當觸發(fā)角度αlt;60°時，輸出電壓Ud的理論值由式（2）計算：

Ud=1.35Us×cos α（2）

觸發(fā)角度為90°和60°時的輸出波形分別如圖5、圖6所示。

通過波形的形狀及幅值，即可判斷閥組一次及二次回路的正確性，該試驗重點關注輸出的電壓波形，而回路電流較小，故一般稱之為“小電流試驗”。

2.2" " SFC控制器設計

按照上述試驗方案設計，需要對SFC控制器進行特殊處理和設計，具體要求如下：

1）3個閥組的脈沖觸發(fā)控制單元硬件上完全獨立，軟件設計上具備獨立對3個閥組進行脈沖觸發(fā)控制的功能，可設置網(wǎng)側(cè)整流閥組1小電流試驗模式、網(wǎng)側(cè)整流閥組2小電流試驗模式、機側(cè)逆變閥組小電流試驗模式。

2）控制器具備對脈沖角度進行增減控制或量化控制的功能，可采用外接增減開關或修改試驗定值的方式。

3）網(wǎng)側(cè)整流閥組至少設計1組PT檢測，以實現(xiàn)對整流閥組交流電壓相序的測量。機側(cè)逆變閥組設計PT檢測，以實現(xiàn)對逆變閥組交流電壓相序的測量。

2.3" " 試驗方法及步驟

1）將SFC系統(tǒng)3個閥組之間的電纜或銅排進行拆分，即可隔離出3個獨立的閥組，如圖7所示。

2）針對每一個閥組單獨試驗，在閥組的交流側(cè)接入三相380 V廠用電，直流側(cè)接入250 Ω/1 000 W電阻作為假負載，同時并接上示波器對波形進行監(jiān)測，接線圖如圖8所示。

3）交流側(cè)送電后，SFC控制器檢查輸入380 V電壓的幅值、頻率、相序應與實際相符。

4）由SFC控制器操作進入專門預設的對應的閥組小電流試驗模式，并啟動試驗，此時閥組解鎖。

5）通過SFC控制器預設的調(diào)整方式，調(diào)整觸發(fā)脈沖的角度值，通過示波器查看直流側(cè)波形，一個周波內(nèi)應該有6個波頭，且波形平整，分布均勻。

6）分別在觸發(fā)角度為90°和60°時查看輸出波形，并記錄閥組交流側(cè)輸入、直流側(cè)輸出的數(shù)值。

7）試驗結(jié)束后，通過操作SFC控制器停止試驗，并分掉交流側(cè)380 V電源。

2.4" " 工程實際應用情況

以某調(diào)相機SFC工程為例，現(xiàn)場將12-6脈動閥組拆分為3個閥組，分別進行閥組小電流試驗，試驗結(jié)果如表1所示。

工程實測輸出側(cè)波形如圖9所示。

從數(shù)據(jù)看，3個閥組的輸出數(shù)據(jù)、波形形狀與三相全控整流原理基本一致，說明閥組的晶閘管極性安裝正確，一次回路無短路，脈沖觸發(fā)正常，脈沖控制順序正確，閥組整體全回路一、二次功能的正確性得到驗證，由此可判斷出閥組的可用性。

3" " 結(jié)束語

為保障機組的順利啟動升速，避免閥組的一、二次問題遺留到動態(tài)啟動環(huán)節(jié)，影響啟動進度，設計開發(fā)閥組試驗模式的必要性和重要性均很高。本文介紹的試驗方法成本較低、開發(fā)簡潔，可以很好地協(xié)助現(xiàn)場完成相關測試，提升工程應用的便捷性和機組啟動成功率。

[參考文獻]

[1] 陳國華，徐偉，馮東磊.抽水蓄能在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)中的機遇和挑戰(zhàn)[C]//抽水蓄能電站工程建設文集，2021：16-19.

[2] 饒慶平，郝建剛，白云山.碳排放目標背景下我國天然氣發(fā)電發(fā)展路徑分析[J].發(fā)電技術(shù)，2022，43（3）：468-475.

[3] 習工偉，趙兵，鄭帥飛，等.新能源基地經(jīng)特高壓交流送出系統(tǒng)輸電能力與提升措施[J].電力建設，2022，43（7）：131-138.

[4] 王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

收稿日期：2023-04-14

作者簡介：蘇家財（1986—），男，重慶人，工程師，研究方向：發(fā)電廠控制保護、特高壓直流輸電、柔性交直流輸電。