燃機啟動裝置SFC系統整流電路的Simulink仿真分析

摘要：燃氣輪機在啟動時，通過SFC裝置給發電機定子通入變頻電流，使發電機作為電動機帶動機組旋轉直至自持轉速。文章結合SFC裝置，闡述了裝置內的三相十二脈沖全控整流器工作原理，并對電阻負載和阻感負載下整流器輸出的直流進行了分析，對其性能差異進行了比較。

關鍵詞：燃氣輪機；SFC；三相十二脈沖全控整流器；電阻負載；阻感負載 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM422 文章編號：1009-2374（2015）21-0035-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.21.018

燃氣輪機組的啟動是通過把發電機作交流同步電動機使用，用一套靜止變頻裝置（Static Frequency Converter簡稱SFC）作為啟動裝置，SFC把頻率可調的交變電流加到發電機定子上，使發電機變成調頻調速電動機方式轉動起來，同軸帶動燃氣輪機啟動，加到定子上的是經變頻器變頻后的交流電源，使得啟動過程按照預先設定的速率加速上升。

1 SFC的設備組成

SFC由相控整流橋、濾波器和逆變器組成。相控整流橋將輸入的工頻交流電壓轉變為可變的直流電壓。濾波器是一個電感，改善整流橋輸出的直流電壓的脈動程度，和整流橋一起組成電流源。逆變器則把電流源輸出的電流逆向變為頻率可變的階梯形的交流電流。

2 三相橋式全控整流電路

整流電路的負載為帶反電動勢的阻感負載。假設將電路中的晶閘管換作二極管，這種情況也就相當于晶閘管觸發角α=0°時的情況。此時，對于共陰極組的3個晶閘管，陽極所接交流電壓值最高的一個導通。而對于共陽極組的3個晶閘管，則是陰極所接交流電壓值最低（或者說負得最多）的一個導通。這樣，任意時刻共陽極組和共陰極組中各有1個晶閘管處于導通狀態，施加于負載上的電壓為某一線電壓。

α=0°時，各晶閘管均在自然換相點處換相。由變壓器二繞組相電壓與線電壓波形的對應關系看出，各自然換相點既是相電壓的交點，同時也是線電壓的交點。在分析ud的波形時，既可從相電壓波形分析，也可以從線電壓波形分析。從相電壓波形看，以變壓器二次側的中點n為參考點，共陰極組晶閘管導通時，整流輸出電壓ud1為相電壓在正半周的包絡線；共陽極組導通時，整流輸出電壓ud2為相電壓在負半周的包絡線，總的整流輸出電壓ud=ud1-ud2是兩條包絡線間的差值，將其對應到線電壓波形上，即為線電壓在正半周的包絡線。由于負載端接得有電感且電感的阻值趨于無窮大，電感對電流變化有抗拒作用。流過電感器件的電流變化時，在其兩端產生感應電動勢Li，它的極性是阻止電流變化的。當電流增加，它的極性阻止電流增加，當電流減小，它的極性反過來阻止電流減小。電感的這種作用使電流波形變得平直，電感無窮大時趨于一條平直的直線。

3 整流電路的Simulink建模

圖1所示的模型為十二脈沖全控整流橋結構，是用Simulink仿真系統搭建而成。該模型模擬了崇明燃氣電廠SFC隔離變壓器從6.3kV廠用電引接，通過SFC的整流和逆變后，通過隔離開關輸入發電機定子，從而使機組升速至自持轉速的整流器部分。

該模型的主要設計思路是，創造一個三相交流電壓源提供6.3kV的初始交流電壓，頻率為工頻50Hz，經過一個三相三繞組的變壓器，變比為6.3/2×1.45kV，繞組的接線組別為Dy11d0，由此可以得到兩組線電壓為1.45kV的三相交流電，再分別將這兩組交流電通過兩個六脈沖全控整流橋，由一個十二脈沖發生器分別提供兩組六脈沖，最后把經過整流橋整流之后得到的直流電壓串接起來，即為所需要的直流電壓。

上述兩組數據對比可知，阻感負載下的直流輸出電流的總諧波失真相比電阻負載有了大幅度的降低。由于阻感負載中電感的存在，使得負載電流波形變得平直，當電感足夠大的時候，負載電流的波形可近似為一條水平線。

4 結論

（1）通過改變觸發角的大小，文中搭建的三相十二脈沖整流橋理論上可以輸出交流輸入電壓范圍內任意幅值的直流電壓。

（2）電阻負載下的三相十二脈沖整流橋觸發角的移相范圍是120°，阻感負載下的三相十二脈沖整流橋觸發角的移相范圍為90°。

（3）阻感負載下的三相十二脈沖整流橋直流輸出電流總諧波失真相對電阻負載要小，得到的波形相對平直，近似一條直線。說明阻感負載的整流輸出電流特性要優于直流負載。

參考文獻

[1] 王兆安，黃俊.電力電子技術（第4版）[M].北京：機械工業出版社，2006.

[2] 王正林.MATLAB/Simulink與控制系統仿真（第3版）[M].北京：電子工業出版社，2012.

[3] 張文斌，靳希.12脈沖整流電路MATLAB-Simulink仿真及諧波分析[J].華東電力，2008，（4）.

作者簡介：舒楊（1986-），男，安徽黟縣人，上海交通大學學生，上海申能崇明發電有限公司初級工程師，研究方向：電氣工程及其自動化。

（責任編輯：陳 倩）