IGBT多电平技术在抽水蓄能机组起动方式上的应用研究

随着我国国民经济的快速发展,电力事业的不断发展,社会用电水平的不断提高,抽水蓄能电站以其独特的填谷蓄能作用和快速、灵活的机组启停特性,成为电网系统中调峰填谷、调频、调相、事故备用和黑起动的重要手段。对保障电网的安全优质运行和提高电力系统经济性方面具有重大作用。 蓄能电站可逆机组在运行中,水泵工况下的起动是一个重要的问题,目前建设的蓄能电站的单机容量很大,直接起动对电网势必造成巨大影响。随着电子技技术的发展,可逆机组的起动方式也在逐渐进步,其中应用静止变频装置(SFC)变频起动方式成为目前应用最多的方式,而且大多都采用传统的高-低-高方案的可控硅变频装置。 由于可控硅变频装置在起动过程中高次谐波含量较高、浪涌电压偏大,会对电网及电机产生不良影响；而且可控硅变频装置采用的设备较多、可靠性低,控制性能差等缺点,造成起动成功率较低；必备的输入输出变压器使得设备投资增加,体积也大；可控硅属于半控器件,触发、关断电路复杂,系统的可靠性因此有一定影响；起动过程复杂,存在切换频率控制,对起动成功率有影响；更重要的一点,目前抽水蓄能机组的可控硅变频装置的技术都被国外制造商垄断,价格也持高不下。 随着新型大功率半导体功率器件和变频控制技术的迅速发展,基于IGBT、IGCT等全控型电力电子器件并采用矢量控制、直接转矩控制等先进控制技术的高压大容量变频装置,得到了快速推广和应用,成为国内外具有广大发展前途的大功率高压电机驱动装备。与可控硅变频器相比,IGBT高压变频装置具有显著优势,而且技术先进成熟,但如何在起动抽水蓄能可逆式机组上应用,在全世界范围内是一个技术空白,也是这次研究的重点,同时对于此次应用的研究,也有利于推进抽水蓄能变频起动装置的国产化。 安徽响洪甸抽水蓄能电站通过对原有的基于可控硅的SFC改造,在世界上首次将基于IGBT多电平技术的静止变频起动装置应用于抽水蓄能机组的起动上本文对变频起动装置的构成进行了解析,研究了基于IGBT多电平技术的变频起动系统工作原理,对变频起动装置应用于抽水蓄能机组电动机起动和同期并网调试进行了研究,并对关系抽水蓄能机组变频起动成败的转子初始位置检测进行了重点研究。 在响洪甸抽水蓄能电站首次采用基于IGBT多电平技术的变频起动装置是在抽水蓄能领域使用的一个成功的开端。它的成功应用对带动国内抽水蓄能电站先进技术的应用和发展,提高电厂运行可靠性及效率,对抽水蓄能机组变频起动装置的国产化产生了深刻的影响。相信不久的将来,在大功率IGBT市场应用更加成熟、更加可靠之后,基于IGBT多电平技术的静止变频器将逐渐替代可控硅静止变频器,成为抽水蓄能机组起动的主要方式。