高压变频器带串联电抗器并网回馈测试平台的应用

    关键词： 高压变频器 电抗器 串联电抗器 并网回馈

    一、引 言
    目前国内高压变频器正朝着小型化、大容量化方向发展，国内知名的高压变频器厂家均已做到10MW以上，甚至有做到20MW，其实这得益于电力电子器件飞速发展带来的结果，但是国内大容量高压变频器出厂一般都没有条件做满功率测试，大容量高压变频器在现场调试时又容易出现问题，或许是大电流时报驱动故障，或许是散热不满足要求等等，这样会投入大量的人力、物力去现场解决，其实很多原因都是厂内不能模拟现场满功率运行的工况。

    在高压变频器行业内，整机老化的负载方式主要有两种:空电机负载和能量回馈型负载。空电机负载一般是高压变频器拖动一台高压电机，电机空载运行，运行时电流为电机空载电流，老化效果理想。能量回馈型负载主要指高压变频器拖动原动机，由原动机拖动发电机发电，然后通过四象限变频器将电能回馈到电网;此种方式虽然将能量回馈到电网，但是损耗仍然很高。采用高压变频器带电抗器并网回馈的方式，可避免上述两种整机老化存在的问题，而且操作简单，节电率高，系统损耗占高压变频器额定容量的8%以内，具有相当可观的经济价值。

     二、测试平台主回路工作原理

                                                          图1高压变频器带电抗器并网回馈测试平台主回路拓扑图

    1、原理介绍
    高压母线经过进线开关QF11送达待测高压变频器的输入开关，高压变频器合上输入开关之后即将高压送到移相隔离变压器，变压器副边输出580V或690V给功率模块供电，功率模块经过交直交变换，并且每一相将多个功率模块串联，通过模块串联倍压的技术方案，优化的PWM算法，直接实现直接高压输出，此时高压变频器控制系统对电网电压、串联电抗器输出电流、输出电压进行采样，并对采样信号进行处理，同时控制高压变频器的输出脉冲，当并网条件满足的时候合上QF12，此时通过串联串联电抗器后直接并网，实现能量回馈。

    2、主要保护特性

    三、关键技术难点及解决方案
    高压变频器带串联电抗器并网瞬间的冲击电流必须小，主隔离变承受的最大(峰峰值)冲击电流要求最好控制在一定范围之内，这就对软件方面提出很高的要求，主要体现在以下几点：
1)网侧锁相必须精准无误;
2)变频器输出相位、频率与网侧一致，输出电压幅值与网侧差别不大，误差要求控制在500V以内;
3)仿真模型中主隔离变参数按照实际参数设置，记录并网瞬时电流是否超过继保设置的保护电流;
4)平台能量回馈效率高，要求系统额定损耗占系统额定容量的8%以内，这就要求系统有功电流、无功电流分开控制，并分别对网测进行补偿，使系统从电网获取的能量尽量少。

   为了解决上述关键技术问题，需要搭建详细的仿真模型，而仿真结果是平台设计的理论指导，因此需要按照实际的变压器参数进行详细仿真。

图2高压变频器带串联电抗器并网回馈主电路仿真模型

                                                                          图3并网节点处电流波形

    仿真结果：
    1)变压器二次侧的并网电流冲击大概在55A，电压压降150V左右，满足并网要求;
    2)当模型采用有功电流和无功电流共同输出时，有功电流在满足额定电流情况下，补偿部分的无功支撑电压，可以达到满载运行的目的;
    3)测试平台可以满足在额定电流范围内各个功率段的满载测试。

    四、高压变频器测试平台的优势
    1）实现了大容量高压变频器出厂满功率测试，大大提高了高压变频器出厂质量。
高压变频器出厂满功率测试是非常必要的，若在设备出厂前只在小容量电机上验证其性能往往达不到质量可靠的效果，高压变频器带串联电抗器并网回馈测试平台能满足大容量高压变频器的满功率测试。
   
    高压变频器在出厂前首先在电机负载上验证其性能试验（包括飞车启动试验、软启试验、无扰切换试验、模块旁通试验、瞬停试验等等），性能试验符合要求之后还要进行满功率负载试验，这点与国内其它变频器制造商的变频器出厂测试要求更加严格，变频器出厂前必须经过长时间满功率负载考核，考核合格的产品才允许发往现场，因此我司产品在用户现场168试运过程中一次性验收合格率达到100%。

     2）能量回馈效率高、通用性强、成本低、占用体积小、使用灵活方便。
     本测试平台能量回馈效率极高，系统总损耗只占变频器额定容量的8%以内，传统测试平台(原动机+发电机+四象限变频器)损耗仍然很大，系统损耗大概占变频器额定容量的30%左右，两者比较起来，高压变频器带串联电抗器并网回馈的方式能节省大量的电能，若折算为电费的话是一个相当庞大的金额。

    本测试平台通用性极强，可扩展到3.3kV—12kV电压等级的高压变频器的满功率测试。
本测试平台成本较低、占用体积小、使用灵活方便，平台的搭建只需要新增一台电抗器和若干台高压开关柜即可满足测试要求，成本比传统测试平台低得多。

    五、结束语
    高压变频器带串联电抗器并网回馈测试平台大大提高了带载电流，实现了大容量高压变频器出厂的满功率测试，保障了高压变频器出厂质量，赢得了用户的信赖；同时平台本身故障率低，回馈效率极高，大大节省了公司电能的使用，可为公司带来可观的经济效益，切实响应国家节能降耗的号召。