1 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www.cechina.cn,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
&n
(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控制工程网版权所有,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CONTROL ENGINEERING China版权所有,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/dt
NPC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CONTROL ENGINEERING China版权所有,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CONTROL ENGINEERING China版权所有,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。
&n