大容量抽水蓄能機組水泵工況起動時，需要采用輔助的起動設備將機組從靜止拖動到同步轉速，采用交-直-交電流源型靜止變頻器（SFC）設備是目前大容量抽水蓄能的主流泵工況起動方式。容量設計是開展SFC系統(tǒng)設計的關鍵和先決條件，SFC的容量和配置直接影響SFC設備的體積及造價，應合理選擇SFC系統(tǒng)容量。本文結合工程實際，對SFC容量設計方法進行了研究。1、基本原理大型抽水蓄能機組泵工況起動時，通過充氣壓水系統(tǒng)使轉輪與水脫離接觸，大幅減小起動所需的力矩，降低對SFC設計容量的需求。SFC容量與機組容量成正比，一般為發(fā)電電動機額定容量的6%～8%[1]。在起動機組過程中，SFC輸出動力矩、抽蓄機組阻力矩及機組轉速之間的關系為[2]：式中：TM為靜止變頻器的拖動轉矩；TR為機組的阻力矩；J為機組轉動部分的轉動慣量；ω為機組的機械角速度。ω與每分鐘轉速N的關系如下：求解上述微分方程得到：式中：PSFC為靜止變頻器的功率；PR為機組起動過程中的阻力損耗功率。由公式（3）可見，靜止變頻器（SFC）容量設計與起動時間要求、機組旋轉等效功率損耗（包含風摩損耗、摩擦損耗、電氣損耗）以及機組的轉動慣量等參數(shù)密切相關。在一定范圍內(nèi)提升SFC容量能夠對縮短起動時間起較好的作用，當容量增加到一定程度時，起動時間不再明顯縮短。SFC設備的造價與容量成正比，從經(jīng)濟性角度考慮，應選擇合適的SFC容量以匹配機組起動需求[3]?？朔樾顧C組旋轉產(chǎn)生的等效阻力損耗功率是SFC容量設計最低要求，在此基礎上考慮加速功率（起動時間），即構成了SFC容量設計及選擇的依據(jù)。2、典型抽水蓄能機組SFC一次系統(tǒng)圖典型抽蓄機組SFC系統(tǒng)一次主接線如圖1所示。SFC系統(tǒng)采用“12-6脈動”“高-低-高”拓撲結構，將兩臺主變低壓接入系統(tǒng)作為輸入電源，經(jīng)輸入斷路器（ICB1、ICB2）、輸入隔離變壓器（TLS）至SFC整流側，經(jīng)整流橋（NB1、NB2）、直流平波電抗器（Ld）、逆變橋（MB）逆變后輸出變頻電源，輸出側經(jīng)啟動母線、被拖動開關等設備分配至不同機組。一套SFC系統(tǒng)具備輪流起動多臺機組的能力。SFC容量設計是SFC系統(tǒng)設計的關鍵，SFC系統(tǒng)中的電抗器、斷路器、變壓器及一次連接的設計參數(shù)、結構等均以SFC容量設計為前提。3、機組損耗某300MW級抽水蓄能機組相關參數(shù)如表1所示。對于機組的阻力損耗參數(shù)，輸入值一般為額定工況下的損耗值，這與SFC拖動機組升速過程中的實際損耗并不一致。為了進行全轉速過程的計算，對額定工況下的各分項損耗進行分析，以機組參數(shù)額定值為基值轉換成標幺值后，用額定工況下的損耗值與標幺值的關系，擬合成損耗曲線。設n*為轉速標幺值，I*為定子電流標幺值，U*為定子電壓標幺值。風摩損耗P1按與轉速的3次方成正比進行工程計算[4]：式中：PGE為發(fā)電電動機風摩損耗；PRU為轉輪在空氣中旋轉時的損耗。推力軸承摩擦損耗P2按與轉速的1.5次方成正比進行工程計算：式中：PTH為推力軸承摩擦損耗。軸系導軸承摩擦損耗P3按與轉速2次方成正比進行工程計算：式中：PGU為導軸承摩擦損耗。發(fā)電電動機的定子鐵耗由磁滯鐵芯損耗、渦流鐵芯損耗和雜散鐵芯損耗構成，均與頻率和磁通密度相關?？紤]到抽水蓄能機組泵工況SFC起動過程中采用恒磁通模式，一般控制機組勵磁電流大小保持在機組空載額定勵磁電流附近，整個過程基本穩(wěn)定，只進行微調(diào)，定子電壓與轉速成正比[5]。工程計算中，可將定子鐵耗按如下公式進行工程計算[6-7]：式中：PFE為定子鐵耗。電機銅損P5與定子電流2次方成正比：式中：PCU為定子銅損。由上述分析可得抽蓄機組泵工況SFC起動過程總等效功率損耗PΣ：分析表1的損耗參數(shù)，在額定工況下總損耗值為12185kW，其中風摩損耗8600kW?？梢钥闯?，風摩損耗占比遠高于其他損耗，因此其對SFC容量設計的影響也相對最大。根據(jù)上述過程可計算出機組在各個轉速下的損耗，其曲線如圖2所示，該曲線即為SFC在機組起動過程中需克服的阻力曲線。4、SFC最小容量計算設計SFC容量前，需設定SFC工作電壓及電流。SFC工作電壓設計主要與晶閘管參數(shù)、器件串聯(lián)級數(shù)以及電壓裕量要求有關，原則如下：式中：U2為SFC工作電壓（交流側）；n為每個橋臂晶閘管串聯(lián)個數(shù)；VDRM為晶閘管斷態(tài)重復峰值電壓；k為電壓裕度系數(shù)，一般為2～2.2。SFC工作電流值主要與晶閘管電流參數(shù)、系統(tǒng)散熱設計相關，也與工作電壓設計相關。對同一容量下的SFC系統(tǒng)，不同的設計結構，其工作電壓及電流設計也不相同。SFC工作電壓的限值受限于晶閘管的耐壓值，一般不會變化。所以，比較好的設計方法是對應晶閘管串聯(lián)個數(shù)及耐壓參數(shù)，充分利用電壓裕度，將SFC工作電壓設計序列化。在SFC容量設計時，選擇工作電壓檔位后，調(diào)整工作電流值以滿足設計需求。對于大型抽水蓄能電站，SFC拖動機組升速時間通常要求不超過240s，以最大升速時間要求對SFC的容量進行工程計算，即為SFC的最小設計容量。如前文所述，根據(jù)式（1）（2）（3）以及圖2的機組阻力損耗功率曲線進行迭代計算，如圖3～6所示。根據(jù)上述計算結果：SFC工作輸出電壓0～8100V；SFC工作電流脈沖換相階段設定在DC1200A，自然換相階段設定在DC2100A，該臺機組所需配置的SFC最小容量為19.2MW。5、SFC容量的選擇及起動時間校核抽水蓄能機組前期設計階段，機組參數(shù)存在一定的偏差。在選擇SFC容量時，除起動時間、最小容量以外，應疊加一定的裕量，以兼顧機組轉動慣量、軸系損耗等參數(shù)的適當變化?？紤]上述因素后，選擇SFC容量為21.0MW。對該SFC容量下的機組起動時間進行計算校核，如圖7～10所示。根據(jù)上述計算結果，配置21MW的SFC，SFC工作輸出電壓0～8100V；SFC工作電流脈沖換相階段設定在DC1200A，自然換相階段設定在DC2300A，起動機組至額定轉速所需時間約212s，滿足最大起動時間不超過240s的要求，并保留一定的裕度以適配機組參數(shù)的適當變化。6、結束語對于抽水蓄能機組的SFC容量設計，可根據(jù)機組額定點損