高压大功率变频器的研制与应用

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，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/dt

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