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【干货】抽水蓄能先进变频器关键技术分析

信息来源: 发布时间:2016-04-19

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  今年年初,调峰调频发电公司设备部组织西开公司、合肥工业大学对抽水蓄能先进变频器关键技术进行了技术交流。

  目前抽水蓄能机组多采用静止变频器(SFC,Static Frequency Converter)启动,静止变频器启动利用变频装置,向定子绕组输出可变的交流电流,改变定子旋转磁场的转速,利用定、转子磁场间产生的同步转矩实现电机启动。静止变频启动具有无极变速、启动平稳、反应速度快、调制方便、可靠性高的特点,机组启动过程对系统不会有任何冲击,多台机组可以共用一套设备,诸多优点让静止变频器成为大型抽水蓄能电站机组的首选启动方式。

  所谓先进变频启动器,即电压型变频启动器,它采用全控器件IGBT或IEGT作为核心器件,比传统的电流型静止变频启动器(基于晶闸管,潘家口水电站挂网设备,响水涧投运设备均为此类型)可控性能更加优异,具有主电路使用功率器件数量较少,系统搭建的难度和控制算法的复杂程度低,无换向困难的问题,可提高系统的可靠性和稳定性,同时具有电源侧谐波电流含量低、功率因数可控等优点。随着功率器件的发展和多电平变流器技术的成熟,电压型抽蓄电机启动器必将成为未来的发展趋势。

  以广州抽水蓄能电站一期工程抽水蓄能发电机变频启动器改造为假定的应用背景,研究具备启动300MW可逆式抽水蓄能机组能力的电压型SFC。

  广州蓄能水电厂B厂安装的4台可逆式抽水蓄能机组每台容量为300MW,电机启动SFC的容量一般要求在电机容量的10%以上,所以其启动SFC额定功率需要在30kVA以上,广蓄一期采用的是ALSTOM公司的SFC,额定电压4.8kV,额定电流4.5kA,额定容量37kVA。

  按照启动SFC功率等级的要求,拟研制的电压型SFC要求额定电压大于4.8kV,额定电流大于4.5kA。目前东芝IEGT最高耐压达到4.5kV,额定电流2.1kA,考虑到系统的可靠性以及系统过流能力,工程使用时,单个IEGT模块的工作电压可取3.5kV,额定电流取1.05kA使用。采用三电平中性点钳位拓扑结构,并通过在调制信号上叠加三次谐波调制或者SVPWM调制来提高电压利用率,输出线电压可达到4.9kV,每个三电平逆变器模块输出功率可高达8.9MVA。为达到抽蓄启动功率的要求,所研制SFC采用五个上述三电平变流器模块并联,可实现输出额定电压4.9kV、额定电流5.25、额定功率44MVA的SFC。

  下图 1给出方案拟采用的拓扑结构,图中每个SFC包含五个三电平变流器模块,三电平变流器采用二极管钳位的结构,五个变流器模块通过输出滤波电感并联,构成模块并联型SFC。

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