变频器低电压穿越装置的研究

变频器低电压穿越装置的研究

杨攀林白智勇

（国电投宁夏能源铝业临河发电分公司发电运行部宁夏灵武750411）

摘要：近年来，随着火电厂内部辅机系统变频器的大规模使用，出现了电网发生瞬时电压波动引起大量火电机组跳机的问题，由于变频调速设备不具备低电压穿越功能，触发了变频器的低电压保护，致使变频器闭锁输出，最终导致事故发生。为满足工业现场对变频器低电压穿越的实际需求，变频器低电压穿越电源装置成为解决问题的关键。

关键词：变频器；低压穿越；装置；分析

1导言

变频器已经成为火电厂重要的辅机调速设备，特别是火电厂燃煤机组给煤机变频器的应用更为广泛。在电网发生故障而引起电压跌落时，若电压降落达到变频器极限运行电压，而变频器本身不具备低电压穿越能力，会直接导致运行中机组给煤机全停，触发全炉膛燃料丧失保护导致机组跳闸。另外给煤机控制器一般均取至厂用交流电源，控制器本身工作电源也有一定的范围，若电网电压跌落导致给煤机控制器不能正常工作时也会导致给煤机停运。

2变频器概述

变频器（Variable-frequencyDrive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

3功能作用

3.1变频节能

变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。

3.2功率因数补偿节能

无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。

4变频器低电压穿越电源

4.1变频器低电压穿越电源装置构成

变频器低电压穿越电源拓扑。该设备的主功率输入为系统三相交流电源和直流保安电源，主功率输出包括一路三相交流电源和一路直流电源。其中直流保安电源输入为可选择项。

交流三相电源分为两路为变频器进行供电:一路为交流供电通路，可通过原有送电线路或设置旁路开关，将三相交流电直接送人变频器A/B/C三相交流输人端子;另一路为直流供电通路，三相交流电能经手动断路器QF1送人二极管整流桥TM1-3构成的整流回路，再经过电控开关KM1变换为直流电能并储存于电容C1和C2。电感L1与IGBT构成BOOST型式的升压斩波电路，可将C1/C2上的直流电能变换为电压等级更高的直流电能储存于电容C3/C4，并经二极管防反回路和熔断器后，送人变频器的直流输人端子。电动开关KM1与电阻YR1构成预充电回路，当预充电结束之后闭合KM1，实现在装置初始上电时为电容C1/C2/C3/C4的平稳充电功能。

直流保安电源输人为可选择项。直流保安电源并联于C1/C2的直流母线处，当系统电压低于20%时，由保安电源为后续升压回路供电，从而保证装置在0}100%的全电压范围内均可保证变频器的稳定运行。

在现场改造施工中，变频器低电压穿越电源串接在系统三相380V电源与变频器之间，无需对变频器的配置、设置做任何改动，并可利用现场已铺设的电缆，无需新增任何电力线缆。

4.2变频器低电压穿越电源装置工作原理

变频器低电压穿越电源装置的控制目标为在系统电压跌落时保证变频器及其拖动电机系统的转速、功率、转矩不变。其工作原理介绍如下。

装置挂网运行时，断路器QF1r-J电动开关KM1均处于闭合状态。在系统电压正常的状态下，电能通过交流送电回路送人变频器交流输人端子，装置中的电力电子器件均处于旁路状态，不参与装置运行。在系统电压发生跌落，进而造成C1/C2上整流得到的直流电压跌落时，装置内置的控制系统实时监测到此电压跌落趋势，将电感L1与IGBT构成的BOOST斩波升压回路快速投人运行，保证在A/B/C三相电压跌落期间，C3/C4上的直流电压被举高，维持到可保证变频器输出功率、电机转矩、电机转速均不变的电压水平。在系统电压跌落结束，系统电压恢复正常后，IGBT停止运行，BOOST回路退出工作状态，变频器的供电仍由三相交流送电回路提供。装置中，交流送电通道与直流送电通道的切换由电力电子器件(SCR)完成，切换动作时间小于lms，为无缝切换，对变频器的稳定运行不会造成冲击。

4.3变频器低电压穿越电源的特点

1)更高的安全可靠性。保留原有送电线路或设置旁路开关作为旁路电路，在系统电压正常的情况下，装置工作于旁路模式，变频器由电力系统直接供电，电源变换模块部分处于休眠状态，不参与装置运行。由此降低装置中电力电子器件投人使用的工作时间，从而降低故障概率。2)高效的定期自检与故障自诊断，免维护应用。装置采用免维护设计，其使用过程中无需工作人员对其进行任何操作和维护。该装置集成定期自检功能，对于自检中发现的问题，具备强大的故障自诊断功能，并可将故障诊断结果通过硬接点、通讯等多种方式送至后台管理系统，方便故障的统计与记录。3)宽温度范围，长运行寿命。核心部件为目前世界上最先进的第五代IGBT，其耐受能力达到巧。150℃以上。装置整机的稳定运行温度范围可达到-20℃一++550C。可实现各种恶劣工况下的长寿命运行。4)定制化产品，接线简单，界面友好，易于操作。接线方式非常简单，基本配置中仅包含交流动力电缆、直流动力电缆与二次硬接点端口。同时，依据现场需要，可扩展以太网、CAN网、485等多种通讯方式与后台连接。5)分布式供电解决方案，提高系统整体可利用效率。可以为每台变频器配备独立的装置，任意一台变频器的故障均不会影响到其他变频器系统的安全运行，提高了系统整体的可利用效率与可靠性。同时在安装方式上，装置与变频器就近安装，最大限度地缩短了电缆连接线的长度，极大地降低了连接线路短路的风险。

5结论

经过改造，可实现在电网电压发生跌落过程中，变频器及其拖动系统输出转矩、转速、功率均不变，进而保证低电压过程中，系统稳定运行；实现系统稳定、可靠的低电压穿越；避免低电压造成的生产事故，提高整体生产安全的可靠性。

参考文献

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