摘要：采用IGCT功率器件組成的兩電平功率單元，配合移相變頻器實(shí)現(xiàn)10000kW及以上的高壓變頻器及其試驗(yàn)方法。
關(guān)鍵詞：IGCT、大功率變頻器、試驗(yàn)方法

1．引言

目前，高壓大功率變頻器是一個(gè)十分重要的應(yīng)用領(lǐng)域。而基于IGBT的變頻器其功率等級(jí)最大多在5000kW左右，功率在10000kW及以上的高壓變頻器用IGBT就難以實(shí)現(xiàn)。目前，ABB等國(guó)際大公司均推出了基于IGCT的三電平變頻器。但在高壓大功率應(yīng)用條件下，三電平技術(shù)的可靠性在國(guó)內(nèi)還有待于提高。此外，高壓大功率變頻器的性能試驗(yàn)也是一個(gè)難題。本文主要介紹采用IGCT組成的大功率變頻器和試驗(yàn)方法，僅供參考和借鑒。

2.構(gòu)成原理

2.1 6kV變頻器


圖1 6kV變頻器構(gòu)成原理圖
具體的工作過程是：以6kV變頻器為例，見圖1，電網(wǎng)電壓經(jīng)過移相變壓器降為1750V，經(jīng)整流橋D整流，然后進(jìn)入由電容器Cc、Cd、電感Lc、電阻Rc、二極管Ds 組成的緩沖電路，然后電信號(hào)輸入由IGCT逆變橋組成的兩電平功率單元，每相由兩個(gè)IGCT功率單元進(jìn)行串聯(lián)組成，形成交流電壓，然后高壓輸出給電機(jī)。

每個(gè)兩電平功率單元由整流橋、穩(wěn)壓電路、IGCT逆變橋組成，穩(wěn)壓電路接入IGCT逆變橋輸入端，電阻Rc與二極管Ds串聯(lián)，兩端與電感Lc并聯(lián)，在電阻Rc與二極管Ds之間接有電容器Cc，電容器Cc另一端接電容器Cd；電容器Cd另端接電感Lc與電阻Rc的輸入端。IGCT逆變橋由四個(gè)由IGCT器件與二極管Dr組成的反并聯(lián)單元構(gòu)成。

對(duì)于6kV變頻器，移相變壓器二次側(cè)電壓1750V，功率單元直流側(cè)電壓2500V，每相2個(gè)功率單元串聯(lián)，功率部分只需6個(gè)功率單元。移相變壓器共6個(gè)副邊繞組。

這樣，每個(gè)功率單元輸出的最高電壓為1750V，2個(gè)功率單元串聯(lián)就能夠輸出3500V，正好對(duì)應(yīng)于6kV系統(tǒng)的相電壓。

對(duì)4500V/4000A的IGCT而言，其長(zhǎng)期工作電流有效值可達(dá)1500A。所以，變頻器的容量為

S=1.732×6000×1500=15000kVA

考慮到電機(jī)的功率因數(shù)，此種變頻器可以輕松驅(qū)動(dòng)12000kW的電機(jī)。

2.2 10kV變頻器

見圖2，對(duì)于10kV變頻器，移相變壓器二次側(cè)電壓1900V，功率單元直流側(cè)電壓2700V，每相3個(gè)功率單元串聯(lián)，功率部分只需9個(gè)功率單元。移相變壓器共9個(gè)副邊繞組。

圖2 10KV變頻器構(gòu)成原理圖
這樣，每個(gè)功率單元輸出的最高電壓為1900V，3個(gè)功率單元串聯(lián)就能夠輸出5700V，正好對(duì)應(yīng)于10kV系統(tǒng)的相電壓。

在要求高可靠性的場(chǎng)合，每相也可以串聯(lián)4個(gè)IGCT功率單元。

對(duì)4500V/4000A的IGCT而言，其長(zhǎng)期工作電流有效值可達(dá)1500A。所以，變頻器的容量為

S=1.732×10000×1500=26000kVA

考慮到電機(jī)的功率因數(shù)，此種變頻器可以輕松驅(qū)動(dòng)22000kW的電機(jī)。

2.3 3kV變頻器

見圖3，對(duì)于3kV變頻器，變壓器每相采用一個(gè)功率單元的形式，功率部分只需3個(gè)功率單元。

圖3 3 kV變頻器構(gòu)成原理圖
3.高壓大功率變頻器性能試驗(yàn)

高壓大功率變頻器出廠前的試驗(yàn)是產(chǎn)品質(zhì)量檢查的重要環(huán)節(jié)，特別是全載（即滿額定負(fù)荷）試驗(yàn)尤為重要。

榮信電力電子股份有限公司建立了“電動(dòng)機(jī)—發(fā)電機(jī)組”的全載試驗(yàn)系統(tǒng)，可以在各種載荷下，特別是全載下進(jìn)行變頻器特性實(shí)驗(yàn)，可以保證產(chǎn)品性能的真實(shí)性。可將一切性能缺陷在出廠前解決。

上述高壓變頻器都已經(jīng)過全載多方位性能試驗(yàn)，并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用已達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn):
[1] 張皓，續(xù)明進(jìn)，楊梅[M].高壓大功率交流變頻調(diào)速技術(shù) 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.109~116.
[2] 王鵬宇，王明彥. 高壓大功率變頻器的諧波分析[J]. 變頻器世界.2007.66~71.
[3] 張燕賓. SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù). [M]，2006. 1: 65~70.
[4] 林海雪.電力系統(tǒng)的三相不平衡[M]. 北京:中國(guó)電力出版社，1998.
[5] 馬小亮.大功率交-交變頻調(diào)速及矢量控制技術(shù).[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.59~62.
[6] 卓放, 胡軍飛, 王兆安. 采用多重化主電路實(shí)現(xiàn)的大功率有源電力濾波器. 電網(wǎng)技術(shù)[J]. 2000, 24(8): 5~7.
[7] 魯力，張波，丘東元，謝銳凱. 淺述電力電子變流裝置遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)諧波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)策略[J]. 變頻器世界.2007.42~47.
[8] 葉英華。劉進(jìn)軍，何益宏，王兆安. 通用電能質(zhì)量控制器的數(shù)字化統(tǒng)一控制系統(tǒng). 電氣傳動(dòng)[J] .2003.33. 39~42.
[9] 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.
[10] Sato T, Mori Y, Matsushita Y, Ogusa S, Toki N
[11] 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.
[12] Read J C. The calculation of rectifier and converter performance characteristics. Journal IEE[J], 1945, 92(2): 495~590.
[13] Kimbark E W. Direct current transmission[M]. Vol.1, New York. John Wiley & Sons, 1971.

李曠（1977-），男，四川營(yíng)山人，博士研究生，高級(jí)工程師，從事變頻器、無功發(fā)生器（SVG）的研發(fā)、制造工作。

A Design Method for High Voltage Large Capacity Variable Frequency Drive with IGCT

Li Kuang, . Guo Zi-yong, Li Xing , . Zuo Qiang
Fu Guo-liang, Sun Lei, Dong Li-jun, Han Guo-jun
Rongxin Power Electronic Co., Ltd., China
No.108 keji Road,High-Tech Zone,Anshan City, PR China,
114051, picc33@163.com

ABSTRACT: A design and experimental method for variable frequency drive of more than 10000kW by using IGCT two level power units.
KEY WORD: IGCT, Large capacity drive, experimental method(end)