3 变频电源技术分析

　　通过对船上负荷的分析，对变频电源器的技术要求如下：

　　(1)本次岸电采用SVPWM控制的基本原理脉宽调制技术(PWM)在整流和逆变电源中广泛应用，其基于冲量相等效果相同的采样控制理论，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在惯性环节上时，输出的相应波形基本相同。PWM电路基本上是电压型的。

　　以逆变电路为例，通过IGBT对直流电压进行开关控制，控制其输出的脉冲宽度(占空比)，即可控制输出交流电压的频率和相位。为了获得所需要的波形，通常将所需要的波形作为调制信号，并对高频率的载波进行调制。理想的载波是等腰三角波，因为等腰三角波上下宽度与高度成线性关系且左右对称，当它与低频的调制波相交时，在交点时刻控制IGBT的通断，就可以得到宽度正比于调制波幅值的脉冲，从而输出与调制波一模一样的波形。这就是俗称的SVPWM控制。

　　(2)拓扑结构和滤波技术

　　本工程拟采用的拓扑结构如图2所示，降压变压器输出690V、50Hz交流，通过整流再逆变实现690V、60Hz输出，再经过隔离降压变压器，输出440V、60Hz上船。整流桥采用690V输入是一个成熟的技术方案，这个电压在风电中广泛使用。根据SVPWM的电压利用率，690V的输入电压对应约1000V的直流母线电压，这样，在保证IGBT的工作电压安全裕度下，充分降低工作电流。针对本工程的800kVA的容量，整流和逆变采用单桥即可满足要求。

　　图2 变频器拓扑结构图

　　整流桥前的LCL滤波器实际上具有BOOST升压的功能，Udc还可以适当抬高，根据IGBT的额定电压水平，各厂家的Ud有差异。斩波器Chopper回路是为低电压穿越而设计的。在双馈型风机中，当电网出现短路时，一方面，风机定子的直流分量将引起转子显著的交流分量而导致转子过流，进而引起Udc过压;另一方面，逆变器为了抑制直流电压，导致其输出电流增大，引起IGBT过流。因此必须采取措施来限制转子的过电流和直流侧的过电压，通过Chopper导通电阻是措施之一，另外一个措施是转子使用跨接器(Crowbar)导通三相灭磁电阻来吸收转子的能量。

　　本工程采用Chopper来应对输出侧短路时，直流母线出现的过电压，但这个拓扑并不能从根本上解决逆变器IGBT的过流问题，后面将对该问题进行论述。

　　(3)核心元器件

　　变频器的主要核心器件如下：

　　①IGBT

　　IGBT作为变频器的核心器件，目前供应基本都是国外厂家，包括英飞凌、三菱、ABB以及西门康等。随着国内高铁、新能源发电的快速发展，国内市场对IGBT需求巨大，中国已经成为国际主流IGBT厂家的最大市场。目前低压变频器中广泛使用的IGBT型号为德国英飞凌(infineon)公司，型号FF1400R17IP4，额定电压：1700V，额定电流1400A。