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1、基于IGCT器件的两电平高压变频器研究与应用基于IGCT器件的两电平高压变频器研究与应用huanglj导语：介绍了基于IGCT器件的两电平高压变频器的技术特点和工作原理，分析了两电平高压变频器的试验波形及其在电厂中的运行情况和节能效果，讨论了电压源两电平高压变频器的应用前景。摘要：介绍了基于IGCT器件的两电平高压变频器的技术特点和工作原理，分析了两电平高压变频器的试验波形及其在电厂中的运行情况和节能效果，讨论了电压源两电平高压变频器的应用前景。关键词：IGCT器件；两电平；变频器balign=centerResearchonthetwolevelhighvoltagefrequencycon
2、veterbasedonIGCTdevicesandapplication/align/balign=centerQIANShibao，YANGZhiGuodianNanjingAutomationCo，Ltd，Nanjing210003，China/alignAbstract：Thetechnicalcharacteristicsandworkingprinciplesoftwolevelhigh-voltagefrequencyconverterbasedonIGCTdeviceswereintroducedTheexperimentalwaveformofsuchconvertertog
3、etherwiththeoperationconditionsandenergysavingefectswereanalyzedBasedonthis，theapplicationprospectoftwolevelhighvoltagefrequencyconverterforpowersourcewaspresentedKeywords：IGCTdevices；twolevel；frequencyconverter在国际能源紧缺、全球气候变暖的严重形势下，减少能源消耗、减少温室气体大量排放成为当务之急。理论证实，对一定工况下的工业电动机进展变频调速是一种行之有效的节能方式。根据统计，我国仅
4、待调速节能的风机就有4000多万台，年耗电约15oo亿kWh，节能潜力达450亿kWh年，节能潜力宏大1l。节能效果显著的高压变频器早期之所以推广速度缓慢，一方面是由于一次性投入较大且一些产品可靠性不高，另一方面是由于应用变频器以后会带来一些新的问题，如电网谐波污染、电机谐波损耗发热及电机绝缘老化等。随着国家对节能减排的重视和变频器技术的开展，高性价比高压变频器的应用越来越多普通变频器往往具有较高的didt和dudt电应力，电路输出含有较高的谐波，而通过采用公道的电路拓扑构造可有效地降低其didt和dudt，通过采用公道的控制算法可降低其谐波输出，进而在大大进步变频器本身可靠性的同时降低对电网
5、的谐波污染。而基于IGGT器件的两电平高变频器产品，输出谐波含量小于2，效率高达98。1变频器技术介绍普通级联高压变频器主回路拓扑和功率单元内部电路分别如图1、图2所示，基于IGCT器件的两电平变频器主电路拓扑如图3所示。由图3可知，两电平高压6kv变频器串联后的单个功率管要承受的额定电压为6000232800v，最大运行电压到达28001151083500v考虑过电压15和变压器阻抗8，这对单管吸收回路及其控制提出了很高的要求。由图1、图2可知，级联产品每个功率管需要承受的额定电压为60003251151081200V。因此，两电平拓扑高压变频器的实现难度要比级联式变频器高得多。该两电平高压
6、6kV变频用具有如下特点：1级联式变频器需要150只功率管，而两电平变频器只需要36只功率管，因此，两电平变频器的故障几率可以大大降低，可靠性得到极大进步；2级联式变频器的变压器出线达45根，而两电平变频器出线仅9根，使故障概率明显减小；3级联式变频器不允许将电机放到离变频器过远的地方，以防止机端反激等原因造成变频器异常保护甚至变频器和电机损坏，而两电平变频用具有Lc滤波环节，输出电缆中不存在大的dudt，不存在机端反激现象，因此不存在这样的限制；4在能量流方面，两电平变频器只需将整流电路稍加改造即可实现4象限运行，这是当前的级联式变频器技术所做不到的；5两电平变频器中采用高压金属膜电容器而不
7、采用电解电容器，使整机寿命可达10年以上，这也是级联式变频器很难实现的。2基于IGCT器件的两电平技术介绍图3是两电平高压变频器的主电路拓扑，逆变局部使用了高耐压、大电流的功率开关器件IGCT，其内部集成有反并联续流二极管；为了减小对电网的冲击，整流电路采用18脉冲二极管整流构造。其核心技术为特定消谐技术、Lc滤波技术及多IGCT串联均压技术等。在设计中，将特定消谐技术和LC滤波技术进展了完美结合，获得了较为理想的效果。试验测得两电平高压变频器输出电压和电流波形如图4所示，其中几乎没有谐波和大的dudt存在，这对电机绝缘没有任何损伤；同时，将滤波电容中点接地可以消除共模电压即消除电机轴向电压，
8、使电机使用寿命不受影响。基于IGCT器件的两电平高压变频器的设计难点在于多个串联功率管的动态均压。经过严格计算、准确仿真和反复试验改良，得到了额定电流条件下功率管关断均压实测波形，如图5所示。图5中第2峰值电压分别为3525V，3360V和3240V，此处3只功率管的电压与电压平均值的偏向均小于5，到达了很好的均压效果。动态均压电路如图6所示，该电路在带来良好均压效果的同时会造成IGCT开通瞬间didt过大，这是IGCT器件所不允许的。从抑制didt的角度考虑，需要增加电阻阻值，但大电阻必然会降低动态均压的效果。因此，图5所示的均压不是最正确效果，而是考虑didt后的综合结果。在关键工艺方面，
9、由于采用横向功率管压装技术，功率回路功率密度大为进步，即使含滤波回路，两电平高压变频器的体积和质量也明显小于其他产品。3运行效果扬州发电有限责任公司330MW机组凝聚水泵1120kW在进展变频改造以前，机组满负荷运行时电机的工作电流为126A，负荷降低时电流降低很少。进展变频改造后，机组满负荷时变频器输入电流为92A，机组210MW负荷时变频器输入电流为41A，综合节电在35以上。该泵改造前年耗电约81000000kWh，改造后年耗电约51000000kWh，按上网电价039元kWh计算，每年至少可节省电费I10万元，经济效益相当可观。在节能的同时，电厂电机控制自动化程度也得到了很大进步。从上面的分析可以看出，两电平高压变频用具有非常出色的性能，在降低输出谐波含量、进步变频器效率、延长电机的使用寿命及进步系统的工作稳定性等方面均有很大的上风。在电力系统、煤矿、城市供水等对设备可靠性、平安性要求很高的应用场合，采用输出谐波含量低、对负载损伤小的两电平高压变频器是一种很好的选择。参考文献：1杨志勇，赵争鸣，三电平变频器在节能领域的应用c2004年世界工程师大会电力和能源分会场技术论坛论文集，北京：中国电机工程学会，2004：167169，0