靜止變頻器

靜止變頻器主要由功率部分、控制部分、保護部分、電源部分及輔助設備等組成。

功率部分是靜止變頻器實現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換的基本部件，主要由可控硅整流橋和逆變橋及平波電抗器組成，屬高壓部分；控制部分是靜止變頻器的核心控制部件，主要由高性能控制器、模擬量采集與脈沖觸發(fā)單元組成；保護部分包括控制器內(nèi)置保護和功率部分保護．其中控制器內(nèi)置保護屬快速保護，通常作為靜止變頻器的主保護，而功率部分保護通常作為前者的后備；電源部分包括控制器用控制電源、輔助設備用動力電源、開關設備用控制電源、保護裝置電源、照明與加熱器電源等；輔助設備主要指冷卻單元。

間接變頻裝置由整流器和逆變器組成，整流器先將工頻交流電源變換成直流電（AC/DC變換），逆變器再將直流電變換為電壓、頻率可控的交流電（DCAC變換），共同組成交-直-交變頻器。

按照不同的電壓控制方式，它又可分成三種類型。

靜止變頻器晶閘管可控整流型

如圖《晶閘管可控整流型》所示，是一種兩級變換（AC/DC-DC/AC）的可控整流的變頻裝置，它的整流器和逆變器均由晶閘管構成，整流器通過晶閘管可控整流技術控制電源的電壓，逆變器控制電源的頻率。

該變頻裝置的特點是：

1、由于調(diào)壓和調(diào)頻分別在兩個環(huán)節(jié)上進行，要求兩者在控制上很好地協(xié)調(diào)；

2、晶閘管可控整流的時間常數(shù)決定于工頻電源的頻率，動態(tài)響應無法改變；

3、晶閘管整流器能夠?qū)崿F(xiàn)功率的雙向傳遞，即在電機制動時能夠?qū)㈦娔芑仞侂娋W(wǎng)；

4、可選用特大功率的晶閘管器件，適用于大功率的交流調(diào)速系統(tǒng)。

靜止變頻器直流電壓斬波控制型

如圖《直流電壓斬波控制型》所示，是一種三級變換（AC/DC-DC/DC-DC/AC）的變頻裝置，它用二極管實現(xiàn)不控整流（AC/DC），在直流環(huán)節(jié)增加斬波器來調(diào)節(jié)電壓（DC/DC），再由逆變器完成頻率的控制（DC/AC）。

該變頻器的特點是：

1、需要增加一個斬波環(huán)節(jié)，增加了電路的復雜程度和功率損耗；

2、由于斬波器的斬波頻率比較高，控制電壓時動態(tài)響應比較好；

3、調(diào)壓和調(diào)頻也是分別在兩個環(huán)節(jié)上進行，要求兩者在控制上很好地配合；

4、二極管不控整流電路不能使電能回饋電網(wǎng)，電機快速制動時需要增加制動回路實現(xiàn)能耗制動。

靜止變頻器脈寬調(diào)制控制型

如圖《脈寬調(diào)制控制型》所示，是另一種兩級變換（AC/DC-DC/AC）結構的變頻裝置，它采用二極管實現(xiàn)不控整流（AC/DC），逆變器（DC/AC）采用功率開關器件實現(xiàn)SPWM的控制方法，同時進行輸出電壓和頻率的控制。

該變頻器的特點是：

1、在逆變器上同時控制電壓與頻率，很容易實現(xiàn)兩者的協(xié)調(diào)控制；

2、采用脈寬調(diào)制技術，有很好的動態(tài)響應性能；

3、采用正弦脈寬調(diào)制方法時，可以使變頻器輸出電壓諧波大大減少，使電動機工作性能得到改善；

4、二極管不控整流電路不能使電能回饋電網(wǎng)，當電機快速制動時需要增加制動回路實現(xiàn)能耗制動。

靜止變頻器是由半導體功率元件、直流電抗器等設備組成的具有一定功率的非旋轉(zhuǎn)電機式頻率變換器，是利用可控硅的通斷作用將工頻電源變換為可變頻率的電能控制裝置。半導體功率元件主要有可控硅或IGBT（MOSFET與雙極晶體管的復合器件）等大功率元件。

靜止變頻器是抽水蓄能機組泵工況啟動的首選拖動設備，它既可將發(fā)電電動機從靜止狀態(tài)平穩(wěn)地拖動至額定轉(zhuǎn)速，義可靈活地將發(fā)電電動機穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)速。因此特別適用于作為容量大、臺數(shù)多的大型抽水蓄能電站機組泵工況啟動的拖動設備。靜態(tài)變頻器還可以應用于其他許多領域，如冶金、船舶、艦艇等，它的主要優(yōu)點是無級變速、啟動平穩(wěn)、反應速度快、調(diào)節(jié)精度高，具有很強的自診斷能力。

直接變頻裝置能夠?qū)⒐ゎl交流電一次變換成頻率可控的交流電，沒有中問直流環(huán)節(jié)，即所謂交-交（AC/AC）變頻器。

直接變頻裝置的工作原理如圖《工作原理》所示，當變頻器某相希望輸出正向電壓時，則該相的正組整流器工作，而當希望輸出反向電壓時，則該相的反組整流器工作。這樣每相的正、反兩組整流器按一定周期相互切換，在負載上就獲得交變的輸出電壓，其頻率決定于兩組整流裝置的切換頻率。輸出電壓的幅值決定于各組整流裝置的控制角α，如果控制角α按照正弦規(guī)律變化，則輸出平均電壓就是正弦波。

晶閘管實現(xiàn)的交-交變頻器的特點是：

1、交-交變頻裝置的單相需要6個晶閘管元件，三相變頻裝置共需36個晶閘管元件（當每一橋臂只用一個元件時），若采用零式電路，也需要18個元件。因此，交一交變頻裝置雖然在結構上只有一個變換環(huán)節(jié)，省去中間直流環(huán)節(jié)，但所用元件數(shù)量更多，總設備相當龐大。

2、電壓反向時最快也只能沿著電源電壓的正弦波形變化。所以最高輸 出頻率不超過電網(wǎng)頻率的1/3~1/2（視整流相數(shù)而定），否則輸出波形畸變太大，將影響變頻調(diào)速系統(tǒng)的正常工作。

鑒于上述原因，該交-交變頻器只用于低轉(zhuǎn)速、大容量的交流調(diào)速系統(tǒng)，如軋鋼機、球磨機、水泥回轉(zhuǎn)窯等。

序一

序二

前言

第一章 概述 1

第一節(jié) 靜止變頻器工作原理

第二節(jié) 靜止變頻器組成 5

第三節(jié) 靜止變頻器發(fā)展及現(xiàn)狀 10

第二章 靜止變頻器設計 15

第一節(jié) 性能指標 15

第二節(jié) 拖動功率設計 21

第三節(jié) 系統(tǒng)設計 23

第四節(jié) 控制器 39

第五節(jié) 功率柜 51

第六節(jié) 電抗器 77

第七節(jié) 輸入、輸出變壓器 80

第八節(jié) 其他設備 83

第三章 靜止變頻器控制 85

第一節(jié) 運行模式 85

第二節(jié) 轉(zhuǎn)子位置檢測 86

第三節(jié) 換相控制 94

第四節(jié) 閉環(huán)控制 100

第五節(jié) 勵磁控制 108

第六節(jié) 并網(wǎng)控制 111

第七節(jié) 控制流程 112

第四章 靜止變頻器試驗 123

第一節(jié) 試驗分類及要求 123

第二節(jié) 功率橋試驗 128

第三節(jié) 控制器試驗 133

第四節(jié) 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗 137

第五節(jié) 仿真試驗 143

第五章 靜止變頻器運行操作及維護 153

第一節(jié) 靜止變頻器運行操作 153

第二節(jié) 靜止變頻器維護 160

第六章 抽水蓄能電站機組啟動方式展望 164

第七章 工程應用案例 178

附錄犃 術語 199

附錄犅 型式試驗、出廠試驗、現(xiàn)場試驗及定期試驗項目 201

參考文獻 2062100433B

隨著我國經(jīng)濟和電力工業(yè)的快速發(fā)展，我國抽水蓄能事業(yè)取得了非凡成就，尤其在抽水蓄能機組自主化方面，積累了很多成功經(jīng)驗。為了全面展示抽水蓄能機組自主化工作成就，提高抽水蓄能設備研發(fā)、設計、制造、安裝、調(diào)試、運維水平，促進我國抽水蓄能領域技術人才培養(yǎng)，滿足我國當前抽水蓄能事業(yè)快速發(fā)展的需要，國網(wǎng)新源控股有限公司組織編寫了《抽水蓄能機組及其輔助設備技術》叢書，共8個分冊，本叢書填補了同類技術書籍的市場空白。

《抽水蓄能機組及其輔助設備技術：靜止變頻器》是靜止變頻器分冊。主要對抽水蓄能電站機組啟動用晶閘管電流源型靜止變頻器的發(fā)展及國產(chǎn)化情況、工作原理、系統(tǒng)組成等進行了介紹，對靜止變頻器的性能指標及主要設備的設計原則、設計方法等進行了詳細總結，并給出了工程算例，對靜止變頻器的控制器硬件、軟件組成、運行模式控制、轉(zhuǎn)子位置檢測、閉環(huán)控制、勵磁按制、并網(wǎng)控制及流程控制等進行了詳細分析，對靜止變頻器的試驗分類、試驗方法、日常運行與維護進行了總結，對抽水蓄能電站定速機組及交流勵磁可變速機組的啟動方式進行了展望，最后對我國抽水蓄能電站若干典型靜止變頻器工程的設備主接線、參數(shù)、組屏及運行情況進行了收集整理。

《抽水蓄能機組及其輔助設備技術：靜止變頻器》適合從事抽水蓄能行業(yè)研發(fā)、設計、制造、安裝、調(diào)試、運維等專業(yè)技術人員閱讀，同時也可供相關科研技術人員和大專院校師生參考使用。