高压变频器过压分析

  IGCT串联6kV中性点箱位三电平高压变频器主要由四部分组成:输入24脉波整流，直流环节，逆变部分和输出滤波。采用24脉波整流是为了减小直流母线电压谐波。由于电力电子开关器件选择的是IGCT，因此对直流母线电流变化率有一定的限制，所以增加了直流环节。逆变部分是三相中性点箱位逆变电路，考虑IGCT耐压有限，采用两只IGCT串联作为一只开关器件使用。为了改善逆变器输出电压和电流，增加了LC输出滤波电路。高压变频器过电压情况也可分为外部过电压和内部过电压两类。外部过电压指高压变频器自身工作正常，而由于外部原因所引起的过电压情况，比如电力系统雷击过电压造成的高压变频器输入过电压、电力系统各种故障造成的高压变频器输入过电压、电动机相对高压变频器处于发电状态引起的过电压和高压变频器输出短路故障造成的过电压等。内部过电压指高压变频器自身引起的过电压情况，比如电力电子开关器件工作状态的变化引起的尖峰过电压、中性点电压漂移引起的过电压和控制脉冲误发导致的直通引起的过电压等。输入过电压外部过电压输出过电压。内部过电压电力电子器件工作状态的变化引起的尖峰过电压中性点漂移引起的过电压控制脉冲误发导致的直通引起的过电压。

   对于高压变频器内部过电压保护，已有文献进行了研究并且得到了实际应用。详细介绍了IGCT串联的静态均压、动态均压和尖峰过电压的吸收回路设计，解决了电力电子开关器件工作状态变化引起的尖峰过电压问题;位三电平变频器中性点电压平衡相关问题进行了研究，提出了相应的解决方案;提出了基于DsP+FPGA+CPLD的数字化!巨弦脉宽调制方法，能够在一定程度外部过电压王直击雷过电压感应雷过电压电力系统过电压内部过电压工频过电压。工频稳态过电压对称接地故障，负荷时系统由感性负荷变成容性负荷工频暂态过电压一甩负荷时系统机电过程和励磁调节系统的作用，操作电容器组过电压操作空载线路过电压解列过电压弧光过电压操作电感负荷过电压铁磁谐振过电压参数谐振过电压非全相(断路器拒动)谐振过电压水轮发电机不对称短路或负荷严重不平衡产生的谐振过电压有串联补偿的线路中的铁磁谐振过电压和异步电机的自励磁。   

     发生非对称接地故障造成高压变频器输入端过电压时，对于电力系统而言它属于内部过电压，而对于高压变频器而言它属于外部过电压;又比如，当高压变频器输出发生接地短路故障引起过电压时，对于高压变频器而言它属于外部过电压，而对于电力系统而言它属于内部过电压。因此，在本文中有必要对高压变频器过电压情况进行特定 的分类。     

     电力系统过电压是指在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高。电力系统过电压可以分为外部过电压和内部过电压两大类。外部过电压又称大气过电压或雷电过电压，它又分为直击雷过电压和感应雷过电压两种。内部过电压可以分为工频过电压、操作过电压和谐振过电压三种。工频过电压可以分为两类，一类是工频稳态过电压，它主要由弗兰梯效应、非对称接地故障和甩负荷时系统由感性负荷变成容性负荷三种情况引起;另一类是工频暂态过电压，它主要由甩负荷时系统机电过程和励磁调节系统的作用造成的。操作过电压可以分为操作电容器组过电压、操作空载线路过电压、解列过电压、弧光接地过电压和操作电感负荷过电压。谐振过电压可以分为铁磁谐振过电压、参数谐振过电压、非全相(断路器拒动)谐振过电压、水轮发电机不对称短路或负荷严重不平衡产生的谐振过电压、有串联补偿的线路中的铁磁谐振过电压和异步电动机的自励磁过电压。对于高压变频器过电压保护，它是对电力系统中的某个设备进行过电压保护，电力系统过电压的分类方法对高压变频器过电压而一言显得不太合适。  

     上提高脉宽控制信号精度，缩短响应时间，增强脉宽控制信号的安全稳定性，解决了控制脉冲信号误发的问题。对于高压变频器外部过电压，它们都具有随机性，难以预测，并且危害严重，难以预防，目前很少看到相关研究。因此，本文针对IGCT串联6kV中性点箱位三电平高压变频外部过电压进行研究，分析外部过电压的表现形式。 不管是雷击过电压还是电力系统故障引起的输入过电压，它们都通过24脉波整流桥对直流电容CDcl和CDc:充电，导致高压变频器直流母线过电压，进而造成逆变部分输入过电压，导致电力电子器件过电压损坏，使得高压变频器无法正常工作。电动机相对于高压变频器处于发电状态的原因通常是:负载电动机减速时，变频器设定减速时间过短，使得电动机转速高于变频器输出频率对应转速;电动机受外力影响使得电动机转速高于变频器输出频率对应转速。此时的电动机转差率为负，其产生的电磁转矩为制动转矩，电动机处于发电状态，它将变频器供电。电动机所发出的电能通过逆变部分IGCT反并联续流二极管对直流电容CDcl和CDc:充电，导致高压变频器直流母线过电压，进而造成逆变部分输入过电压。高压变频器输出短路故障有单相接地短路、相间短路、相间接地短路、三相短路 和三相接地短路。下面依次分析各种短路情况。当高压变频器输出发生单相接地短路故障时，故障相电流通过LC输出滤波器流入大地，使得故障相电流增大，由于电力电子开关器件工作频率很高，导致电流变化率相应增大，进而造成系统中的电感器件感应电压增大，从而造成直流母线电压异常升高，最后导致逆变部分输入过电压。当高压变频器输出发生相间短路时，故障两相通过直流环节形成回路，由于直流环节限流电阻阻值很小154]，因此流过限流电阻的电流很大，又因为电力电子开关器件工作频率很高，导致电流变化率也相应很大，进而造成系统中的电感器件感应电压很大，从而造成直流母线电压异常升高，最后造成过电压情况。