高壓變頻器帶串聯(lián)電抗器并網(wǎng)回饋測試平臺的應用

    關(guān)鍵詞： 高壓變頻器 電抗器 串聯(lián)電抗器 并網(wǎng)回饋

    一、引 言
    目前國內(nèi)高壓變頻器正朝著小型化、大容量化方向發(fā)展，國內(nèi)知名的高壓變頻器廠家均已做到10MW以上，甚至有做到20MW，其實這得益于電力電子器件飛速發(fā)展帶來的結(jié)果，但是國內(nèi)大容量高壓變頻器出廠一般都沒有條件做滿功率測試，大容量高壓變頻器在現(xiàn)場調(diào)試時又容易出現(xiàn)問題，或許是大電流時報驅(qū)動故障，或許是散熱不滿足要求等等，這樣會投入大量的人力、物力去現(xiàn)場解決，其實很多原因都是廠內(nèi)不能模擬現(xiàn)場滿功率運行的工況。

    在高壓變頻器行業(yè)內(nèi)，整機老化的負載方式主要有兩種:空電機負載和能量回饋型負載�？针姍C負載一般是高壓變頻器拖動一臺高壓電機，電機空載運行，運行時電流為電機空載電流，老化效果理想。能量回饋型負載主要指高壓變頻器拖動原動機，由原動機拖動發(fā)電機發(fā)電，然后通過四象限變頻器將電能回饋到電網(wǎng);此種方式雖然將能量回饋到電網(wǎng)，但是損耗仍然很高。采用高壓變頻器帶電抗器并網(wǎng)回饋的方式，可避免上述兩種整機老化存在的問題，而且操作簡單，節(jié)電率高，系統(tǒng)損耗占高壓變頻器額定容量的8%以內(nèi)，具有相當可觀的經(jīng)濟價值。

     二、測試平臺主回路工作原理

                                                          圖1高壓變頻器帶電抗器并網(wǎng)回饋測試平臺主回路拓撲圖

    1、原理介紹
    高壓母線經(jīng)過進線開關(guān)QF11送達待測高壓變頻器的輸入開關(guān)，高壓變頻器合上輸入開關(guān)之后即將高壓送到移相隔離變壓器，變壓器副邊輸出580V或690V給功率模塊供電，功率模塊經(jīng)過交直交變換，并且每一相將多個功率模塊串聯(lián)，通過模塊串聯(lián)倍壓的技術(shù)方案，優(yōu)化的PWM算法，直接實現(xiàn)直接高壓輸出，此時高壓變頻器控制系統(tǒng)對電網(wǎng)電壓、串聯(lián)電抗器輸出電流、輸出電壓進行采樣，并對采樣信號進行處理，同時控制高壓變頻器的輸出脈沖，當并網(wǎng)條件滿足的時候合上QF12，此時通過串聯(lián)串聯(lián)電抗器后直接并網(wǎng)，實現(xiàn)能量回饋。

    2、主要保護特性

    三、關(guān)鍵技術(shù)難點及解決方案
    高壓變頻器帶串聯(lián)電抗器并網(wǎng)瞬間的沖擊電流必須小，主隔離變承受的最大(峰峰值)沖擊電流要求最好控制在一定范圍之內(nèi)，這就對軟件方面提出很高的要求，主要體現(xiàn)在以下幾點：
1)網(wǎng)側(cè)鎖相必須精準無誤;
2)變頻器輸出相位、頻率與網(wǎng)側(cè)一致，輸出電壓幅值與網(wǎng)側(cè)差別不大，誤差要求控制在500V以內(nèi);
3)仿真模型中主隔離變參數(shù)按照實際參數(shù)設(shè)置，記錄并網(wǎng)瞬時電流是否超過繼保設(shè)置的保護電流;
4)平臺能量回饋效率高，要求系統(tǒng)額定損耗占系統(tǒng)額定容量的8%以內(nèi)，這就要求系統(tǒng)有功電流、無功電流分開控制，并分別對網(wǎng)測進行補償，使系統(tǒng)從電網(wǎng)獲取的能量盡量少。

   為了解決上述關(guān)鍵技術(shù)問題，需要搭建詳細的仿真模型，而仿真結(jié)果是平臺設(shè)計的理論指導，因此需要按照實際的變壓器參數(shù)進行詳細仿真。

圖2高壓變頻器帶串聯(lián)電抗器并網(wǎng)回饋主電路仿真模型

                                                                          圖3并網(wǎng)節(jié)點處電流波形

    仿真結(jié)果：
    1)變壓器二次側(cè)的并網(wǎng)電流沖擊大概在55A，電壓壓降150V左右，滿足并網(wǎng)要求;
    2)當模型采用有功電流和無功電流共同輸出時，有功電流在滿足額定電流情況下，補償部分的無功支撐電壓，可以達到滿載運行的目的;
    3)測試平臺可以滿足在額定電流范圍內(nèi)各個功率段的滿載測試。

    四、高壓變頻器測試平臺的優(yōu)勢
    1）實現(xiàn)了大容量高壓變頻器出廠滿功率測試，大大提高了高壓變頻器出廠質(zhì)量。
高壓變頻器出廠滿功率測試是非常必要的，若在設(shè)備出廠前只在小容量電機上驗證其性能往往達不到質(zhì)量可靠的效果，高壓變頻器帶串聯(lián)電抗器并網(wǎng)回饋測試平臺能滿足大容量高壓變頻器的滿功率測試。
   
    高壓變頻器在出廠前首先在電機負載上驗證其性能試驗（包括飛車啟動試驗、軟啟試驗、無擾切換試驗、模塊旁通試驗、瞬停試驗等等），性能試驗符合要求之后還要進行滿功率負載試驗，這點與國內(nèi)其它變頻器制造商的變頻器出廠測試要求更加嚴格，變頻器出廠前必須經(jīng)過長時間滿功率負載考核，考核合格的產(chǎn)品才允許發(fā)往現(xiàn)場，因此我司產(chǎn)品在用戶現(xiàn)場168試運過程中一次性驗收合格率達到100%。

     2）能量回饋效率高、通用性強、成本低、占用體積小、使用靈活方便。
     本測試平臺能量回饋效率極高，系統(tǒng)總損耗只占變頻器額定容量的8%以內(nèi)，傳統(tǒng)測試平臺(原動機+發(fā)電機+四象限變頻器)損耗仍然很大，系統(tǒng)損耗大概占變頻器額定容量的30%左右，兩者比較起來，高壓變頻器帶串聯(lián)電抗器并網(wǎng)回饋的方式能節(jié)省大量的電能，若折算為電費的話是一個相當龐大的金額。

    本測試平臺通用性極強，可擴展到3.3kV—12kV電壓等級的高壓變頻器的滿功率測試。
本測試平臺成本較低、占用體積小、使用靈活方便，平臺的搭建只需要新增一臺電抗器和若干臺高壓開關(guān)柜即可滿足測試要求，成本比傳統(tǒng)測試平臺低得多。

    五、結(jié)束語
    高壓變頻器帶串聯(lián)電抗器并網(wǎng)回饋測試平臺大大提高了帶載電流，實現(xiàn)了大容量高壓變頻器出廠的滿功率測試，保障了高壓變頻器出廠質(zhì)量，贏得了用戶的信賴；同時平臺本身故障率低，回饋效率極高，大大節(jié)省了公司電能的使用，可為公司帶來可觀的經(jīng)濟效益，切實響應國家節(jié)能降耗的號召。