关键词:IGCT、大功率变频器、试验方法
目前,高压大功率变频器是一个十分重要的应用领域。而基于IGBT的变频器其功率等级最大多在5000kW左右,功率在10000kW及以上的高压变频器用IGBT就难以实现。目前,ABB等国际大公司均推出了基于IGCT的三电平变频器。但在高压大功率应用条件下,三电平技术的可靠性在国内还有待于提高。此外,高压大功率变频器的性能试验也是一个难题。本文主要介绍采用IGCT组成的大功率变频器和试验方法,仅供参考和借鉴。
1、 构成原理
1.1 6KV变频器
具体的工作过程是:以6kV变频器为例,见图1,电网电压经过移相变压器降为1750V,经整流桥D整流,然后进入由电容器Cc、Cd、电感Lc、电阻Rc、二极管Ds 组成的缓冲电路,然后电信号输入由IGCT逆变桥组成的两电平功率单元,每相由两个IGCT功率单元进行串联组成,形成交流电压,然后高压输出给电机。
每个两电平功率单元由整流桥、稳压电路、IGCT逆变桥组成,稳压电路接入IGCT逆变桥输入端,电阻Rc与二极管Ds串联,两端与电感Lc并联,在电阻Rc与二极管Ds之间接有电容器Cc,电容器Cc另一端接电容器Cd;电容器Cd另端接电感Lc与电阻Rc的输入端。IGCT逆变桥由四个由IGCT器件与二极管Dr组成的反并联单元构成。
对于6kV变频器,移相变压器二次侧电压1750V,功率单元直流侧电压2500V,每相2个功率单元串联,功率部分只需6个功率单元。移相变压器共6个副边绕组。
这样,每个功率单元输出的最高电压为1750V,2个功率单元串联就能够输出3500V,正好对应于6kV系统的相电压。
对4500V/4000A的IGCT而言,其长期工作电流有效值可达1500A。所以,变频器的容量为 S=1.732×6000×1500=15000kVA
考虑到电机的功率因数,此种变频器可以轻松驱动12000kW的电机。
1.2 10kV变频器
见图2,对于10kV变频器,移相变压器二次侧电压1900V,功率单元直流侧电压2700V,每相3个功率单元串联,功率部分只需9个功率单元。移相变压器共9个副边绕组。
这样,每个功率单元输出的最高电压为1900V,3个功率单元串联就能够输出5700V,正好对应于10kV系统的相电压。
在要求高可靠性的场合,每相也可以串联4个IGCT功率单元。
对4500V/4000A的IGCT而言,其长期工作电流有效值可达1500A。所以,变频器的容量为 S=1.732×10000×1500=26000kVA
考虑到电机的功率因数,此种变频器可以轻松驱动22000kW的电机。
1.3 3kV变频器
见图3,对于3kV变频器,变压器每相采用一个功率单元的形式,功率部分只需3个功率单元。
2、 高压大功率变频器性能试验
高压大功率变频器出厂前的试验是产品质量检查的重要环节,特别是全载(即满额定负荷)试验尤为重要。
荣信电力电子股份有限公司建立了“电动机—发电机组”的全载试验系统,可以在各种载荷下,特别是全载下进行变频器特性实验,他可以保证产品性能的真实性。可将一切性能缺陷在出厂前解决。
上述高压变频器都已经过全载多方位性能试验,并经现场实用已达到设计要求。
参考文献:
[1] 吴竞昌,孙树勤,宋文南等. 电力系统谐波[M]. 北京: 水利电力出版社,1988.
[2] 王兆安,杨君,刘进军,王跃. 谐波抑制和无功功率补偿[M]. 第二版. 北京: 机械工业出版社,2005.
[3] 中国国家标准GB12326-2000: 电能质量 电压允许波动和闪变[S]. 北京: 中国标准出版社, 2000.
[4] 卓放, 胡军飞, 王兆安. 采用多重化主电路实现的大功率有源电力滤波器. 电网技术[J]. 2000, 24(8): 5~7.
[5] 常鹏飞. 有源电力滤波器中输出滤波器的设计及仿真. 船电技术[J],2005, 2: 53~55.
[6] 王建良,崔桂梅,任永峰. 并联型有源滤波器中电感值的计算. 控制工程[J],2003, 10(5): 478~480.
[7] 林海雪.电力系统的三相不平衡[M]. 北京:中国电力出版社,1998.
[8] Peng F Z, Lai J S. Generalized instantaneous reactive power theory for three-phase power systems. IEEE Trans. Instrum. Meas.[J], 1996, 45(1): 293~297.
[9] Sato T, Mori Y, Matsushita Y, Ogusa S, Toki N, Iyoda I. Study on the System Analysis Method of STATCOM based on Ten-Years’ Field Experience. Proceedings of 2002 IEEE Transmission and Distribution Conference and Exhibition[C], 2002, 1: 336~341.
[10] Read J C. The calculation of rectifier and converter performance characteristics. Journal IEE[J], 1945, 92(2): 495~590.
[11] Kimbark E W. Direct current transmission[M]. Vol.1, New York. John Wiley & Sons, 1971.