高压大功率变频器应用研究论文.docx

高压大功率变频器应用研究论文引言山东风光电子有限公司是在多年研制中低压变频器的基础上综合了国内外高压大功率变频器的多种方案的优缺点采用最优方案研制成功的并于2002年12月通过了省级科技成果及产品鉴定成为国内生产高压大功率变频器的为数较少的几个企业之一。2国内现生产的高压大功率变频器的方案及优缺点目前国内生产的高压大功率变频器中以2种方案占主流:一种是功率单元串联形成高压的多重化技术;另一种是采用高压模块的三电平结构。而其他的采用高-低-高方案的由于输出升压变压器技术难度高成本高占地面积大都已基本被淘汰。因此采用高-高方案是高压大功率变频器的主要发展方向。而高-高方案又分为多重化技术(简称CSML)和三电平(简称NPC)方案目前有的厂家生产的高压大功率变频器是采用的三电平方案而大多数厂家则是采用低压模块、多单元串联的多重化技术。这2种方案比较各有优缺点主要表现在:(1)器件采用CSML方式器件数量较多但都是低压器件不但价格低而且易购置更换方便。低压器件的技术也较成熟。而NPC方案采用器件少但成本高且购置困难维修不方便。(2)均压问题(包括静态均压和动态均压)均压是影响高压变频器的重要因素。采用NPC方式当输出电压较高时(如6kV)单用单个器件不能满足耐压要求必须采用器件直接串联这必然带来均压问题失去三电平结构在均压方面的优势系统的可靠性也将受到影响。而采用CSML方案则不存在均压问题。唯一存在的是当变频器处于快速制动时电动机处于发电制动状态导致单元内直流母线电压上升各单元的直流母线电压上升程度可能存在差异通过检测功率单元直流母线电压当任何单元的直流母线电压超过某一阈值时自动延长减速时间以防止直流母线电压上升即所谓的过压失速防止功能。这种技术在低压变频器中被广泛采用非常成功。(3)对电网的谐波污染和功率因数由于CSML方式输入整流电路的脉波数超过NPC方式前者在输入谐波方面的优势很明显因此在综合功率因数方面也有一定的优势(4)输出波形NPC方式输出相电压是三电平线电压是五电平。而CSML方式输出相电压为11电平线电压为21电平(对五单元串联而言)而且后者的等效开关频率大大高于前者所以后者在输出波形的质量方面也高于前者。(5)dv/dtNPC方式的输出电压跳变台阶为高压直流母线电压的一半对于6kV输出变频器而言为4kV左右。CSML方式输出电压跳变台阶为单元的直流母线电压不会超过1kV所以前者比后者的差距也是很明显的。(6)系统效率就变压器与逆变电路而言NPC方式与CSML方式效率非常接近。但由于输出波形质量差异若采用普通电机前者必须设置输出滤波器后者不必。而滤波器的存在大约会影响效率的0.5%左右。(7)四象限运行NPC方式当输入采用对称的PWM整流电路时可以实现四象限运行可用于轧机、卷扬机等设备;而CSML方式则无法实现四象限运行。只能用于风机、水泵类负载。(8)冗余设计NPC方式的冗余设计很难实现而CSML方式可以方便的采用功率单元旁路技术和冗余功率单元设计方案大大的有利于提高系统的可靠性。(9)可维护性除了可靠性之外可维护性也是衡量高压大功率变频器的优劣的一个重要因素CSML方式采用模块化设计更换功率单元时只要拆除3个交流输入端子和2个交流输出端子以及1个光纤插头就可以抽出整个单元十分方便。而NPC方式就不那么方便了。总之三电平电压形变频器结构简单且可作成四象限运行的变频器应用范围宽。如电压等级较高时采用器件直接串联带来均压问题且存在输出谐波和dv/dt等问题一般要设置输出滤波器在电网对谐波失真要求较高时还要设置输入滤波器。而多重化PWM电压型变频器不存在均压问题且在输入谐波及dv/dt等方面有明显优势。对于普通的风机、水泵类一般不要求四象限运行的场合CSML变频器有较广阔的应用前景。这类变频器又被国内外设计者称之为完美无谐波变频器。我公司的设计人员经过多方探讨综合各种方案的优缺点最后选定了完美无谐波变频器的CSML方案作为我们的最佳选择这就是我们向市场推出的JD-BP37和JD-BP38系列的高压大功率变频器。3变频器的性能特点(1)变频器采用多功率单元串联方案输出波形失真小可配接普通交流电机无须输出滤波器。(2)输入侧采用多重化移相整流技术电流谐波小功率因数高。(3)控制器与功率单元之间的通信用多路并行光纤实现提高了抗干扰性及可靠性。(4)控制器中采用一套独立于高压源的电源供电系统有利于整机调试和操作人员