探秘 IGBT 驱动器:如何为国内最大容量66kV直挂SVG设备铸就安全快速无功调节 “利器”

1月 14日,由思源清能研发、设计并生产的国内最大容量的66kV直挂SVG装置(±120Mvar),在甘肃电网秦川750kV变电站顺利投运,为特高压变电站实现动态精准补偿、降损节能提供了实践经验。

 66kV直挂SVG装置

 

在秦川 750kV 输变电工程中,所配备的  66kV ±120Mvar SVG(静止无功发生器)设备的核心功能在于主动跟随电网无功变化,实现对系统电压的快速精细化调节,提高电网安全稳定水平并减少电能损耗。其常见的拓扑结构为链式 H 桥级联多电平拓扑,结构如下: 

H桥级联拓扑结构

 

每个 H 桥模块由四个 IGBT(绝缘栅双极型晶体管)及其反并联二极管组成,形成一个 “H” 形状的电路结构。IGBT 作为全控型开关器件,通过控制其导通与关断,可以实现对输出交流电压幅值和相位控制。

每个 H 桥模块能够产生三种电平输出:正电平(+Ud/2,其中 Ud 为 H 桥模块直流侧电容电压)、负电平(- Ud/2)和零电平(0)。通过多个 H 桥模块的级联,可以输出更多的电平数,有效提高输出电压的波形质量。

级联H桥拓扑输出线电压波形

 

而飞仕得IGBT 数字驱动器1FSD08110对于这套 SVG 设备而言,更是发挥着至关重要的核心作用。飞仕得数字驱动器出色的IGBT开关控制和保护能力,是 SVG 设备实现安全、快速无功调节的基础。

飞仕得1FSD08110 3300V数字驱动器

针对高压直挂式SVG应用场景,面临着电网复杂的应用条件,在极限工况下,直流母线电压波动最大到额定电压的1.3-1.4倍(比如Vdc_nom=1800V,Vdc_max=2400V)。对于装置核心器件IGBT工作带来极大的挑战和过压失效风险。飞仕得1FSD08110即插即用数字驱动器,具有两大核心技术优势,可以有效解决上述问题。

1. 高级数控动态有源钳位

在系统出现过载或者负载侧短路时,IGBT的关断电流会大幅增加。在这些工况下,有源钳位技术可以保护IGBT,避免由于关断过压引起的失效。

为了提升钳位效果和钳位电路可靠性,Firstack引入了专利技术:高级数控动态有源钳位,在门极增加了一个“数控电流源”。当流过TVS的电流IZ大于某个阈值后,关断N管,同时启动“数控电流源”。此时,IZ=IG+ID,通过数控电流源,将IZ保持在一个低值,TVS一直处于微弱的击穿状态,直到关断结束。

高级数控动态有源钳位原理结构图

该钳位技术相比较进口品牌驱动的高级有源钳位技术在钳位效果和TVS管功耗控制方面具有显著的优势,TVS管损耗只有竞品的1/4,如下图XX?,且随关断电流变大,损耗基本不变,大大提高了有源钳位电路的寿命,以及在极端工况下的可靠性。

数控有源钳位关键参数对比

2. 分级关断技术

飞仕得数字驱动器,在IGBT关断的不同阶段,通过投切不同阻值的电阻,来优化整个关断过程,达到抑制电压尖峰的作用。

分级关断原理图

图XX为测试FF1000R17IE4模块,带分级关断以及不带分级关断的电压尖峰VCE_MAX,在同等实验条件下,不带分级关断的VCE_MAX=1630V,带分级关断的VCE_MAX=1330V,电压尖峰下降了近20%。

 

未投分级关断

投分级关断

 

同时,为了保障IGBT在发生故障时的能有效进行快速故障定位,飞仕得数字驱动智能故障通信功能。

相比较进口品牌驱动器,通过对故障信息进行编码传输的串行通信方式,如图XX所示,可以将驱动的故障是哪个类型,哪个故障先发生告知上位机,通过故障类型的区分,可以进行协助整机快速定位故障。助力电网关键设备核心器件的数智化管理。

智能故障通信示意图

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