100kVar SVG模塊主電路選型分析

電力電子李博士

本文介紹了批量出貨的100kVar 三電平SVG選型主拓撲方案，對其中的主器件選型進行分析。

圖1、無頂蓋整機圖

額定參數如下：

額定功率：100kVar

額定電壓：380V

額定電流：150A

圖2、一次電路圖

一次電路圖如圖2所示，采樣3相4線制進線，三電平方案，轉換效率高，下面對各個主器件選型進行分析。

1、 熔芯3個FWP-200A，由于模塊內部沒有斷路器，根據電氣安全規范要求，必須有在設備內部短路的情況下，設備能夠斷開與電網的連接，熔芯的作用所在。

2、 壓敏電阻TVR20D102 共7只，焊接在電路板上，在機械開關動作時的操作過電壓保護使用，保護IGBT過壓損壞(模塊內部沒有防雷器件)。

3、濾波方案采樣LCL濾波方式，外電感每相使用一個單只150A/25uH電感，電感量小，8根漆包線并繞，制作不難。

4、濾波電容每相使用6只250Vac/10uF薄膜電容并聯，等效電容60uF，注意LCL濾波方案易與電網諧振，因此電容回路中串聯了阻尼電阻。

5、主開關每相采用3只T92S7繼電器并聯使用，單只T92有2個常開30A觸點，這樣的話共6只30A觸點并聯等效180A，主要是繼電器無滅弧能量，同時觸點并聯時均流是個問題，為了降低成本采用該方案，對產品長期使用的穩定性有很大考驗。

6、直流電容預充電方案還是常規變頻器上面的2相開關上面并聯10歐左右的充電電阻，方案不好，如果模塊損壞了，豈不是直流電容一直帶電，況且電解電容漏液短路問題非常普遍，經常見到上電IGBT、電解電容炸機的情況。

7、內電感每相采用6只1200uH/30A電感并聯，等效200uH/180A使用，電感的并聯同時也存在不均流問題，設計時要留有余量。

圖3、IGBT前主器件實物圖

8、 IGBT選用英飛凌F3L300R07 650V I型三電平模塊(左邊)，由圖5可見，擺放很緊湊。也可采用F3L300R12PT4 T型三電平模塊(右邊)，驅動設計會簡單一些，同時市面市面上有成熟驅動產品，方便選型。

圖4、三電平IGBT模塊原理圖

圖5、3相IGBT位置布置圖

9、直流電容采用50個450V/680uF電解電容串并聯而成，等效容量為8500uF/900V，模塊中由于尺寸限制，使用了2塊直流電容板，通過銅螺柱進行短接。

圖6、直流電容板1

圖7、直流電容板3

10、控制板采用雙核控制芯片，SVG由于牽扯到所需無功功率的計算，若單純是無功功率補償，TMS320F28335DSP可以滿足要求，但是該SVG方案由有源電力濾波器(APF)演變而來，估計控制方案也是延續之前的設計。

圖8、主控板

圖9、感性無功100kVar額定輸出下的三相電流波形

總體來說，該100kVar SVG模塊已經批量出貨，得到了市場的認可和運行環境的檢驗，采用分層的布局結構，主電路器件放在風道中，與控制電路分開布置，對防塵非常有好處，但也造成了生產工序的不方便，人工工時較高。

審核編輯：湯梓紅