陈〓虹，梁〓超
(国网江苏省电力有限公司常州供电分公司，江苏 常州〓213004)
摘要：当同步发电机转子停在特定区域时，传统的初始导通方案使得静止变频器输出转矩小，导致同步发电机启动失败。分析了同步发电机静止变频系统原理及输出转矩，提出了一种基于双重分区的静止变频系统初始导通方案，使静止在任何位置的发电机转子受到正向的驱动转矩最大，保证发电机初始正向转动且加速平稳。为解决传统的控制方法不能使直流电流在发生脉冲换相后快速上升并维持稳定的问题，提出了整流电路导通角前馈控制和电流闭环控制策略，并进行了RTDS仿真。仿真结果显示，所提控制策略提高了低速阶段发电机启动的快速性和平稳性，验证了静止变频系统低速阶段控制策略的正确性和有效性。
关键词：静止变频器；脉冲换相；双重分区；初始导通方案；控制策略
中图分类号：TM341〓〓〓文献标识码：A〓〓〓文章编号：2095-509X(2022)01-0122-05

静止变频器是同步发电机启动和并网的关键设备［1-3］。静止变频器为同步发电机提供频率和功率可控的交流电，从而可以调节同步发电机的转速［4-5］。如发电机异步启动时，会从电网中吸取大量的无功功率，且启动转矩较小，并将产生较大的冲击电流。而变频启动输入较小的电流就能使发电机运行于各种转速下［6-8］，因此变频启动相比于其他启动方式有很多优势。当发电机处于低速运行阶段时，同步发电机反电动势幅值较小，不能为逆变电路晶闸管提供反向电压，不能使用自然换相法，因此工业上普遍采用脉冲换相法实现逆变电路换相［9-10。
脉冲换相是变频启动的重要环节，关于此阶段问题的研究对于提升系统的稳定性和可靠性具有重要理论意义和工程价值［11］。文献［12］针对转子静止在特定位置时，感应线电压幅值相同，无法根据线电压的幅值大小确定电流型逆变器的初始导通，通过对6种初始导通方案对应的初始启动转矩比较，根据初始启动转矩最大的原则确定了静止变频系统初始导通方案，但是该方案没有考虑转子停在该特定位置之前时失去电磁转矩的情况；文献［13］提出一种基于模型预测控制的静止变频系统脉冲换相阶段控制方法，该控制方法可以使静止变频器输出的电磁转矩跟随参考值，而在换相期间断电的情况下，传统的PI控制方式无法实现这一功能，但该方法需要在有限时域求最优解，求解比较困难且物理意义不明确；文献［14］提出通过控制逆变角γ提高静止变频器的功率因数，从而提高了静止变频器输出的电磁转矩，减小了转矩脉动；文献［15］指出随着转速的上升，负载转矩增加，定子阻抗增加，传统的电流控制方法难以使断续后的电流快速上升并维持稳定。
针对上述静止变频器在低速阶段存在的问题，本文在分析静止变频器输出的电磁转矩的基础上，提出了一种基于双重分区的初始导通方案，该方案有效地提升了驱动同步发电机的初始转矩。同时本文提出整流电路导通角前馈控制和电流闭环控制策略，该策略保证了脉冲换相阶段电流恢复时上升的快速性和持续阶段的稳定性，使脉冲换相阶段转速和回路电流具有良好的动态效果。

1〓静止变频器原理及输出转矩分析
同步发电机静止变频系统原理图如图1所示，静止变频系统主电路一般由降压变压器、整流电路、电流型逆变电路、升压变压器和同步发电机组成，网侧和机侧变压器起到改变电压等级和隔离的作用，整流电路将交流电转化为直流电，平波电抗器和逆变电路构成电流型逆变电路，该电路能够将直流电流转化为三相交流电流，平波电抗器具有抑制直流电流脉动的作用。在一个工作周期T内，

基金项目：国网江苏省电力有限公司科技项目(J2021091)
作者简介：陈虹(1968—)，男，高级工程师，硕士，主要从事电力系统规划管理、工程管理和经营管理