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100kVar SVG模块主电路选型分析
电力电子李博士
本文介绍了批量出货的100kVar 三电平SVG选型主拓扑方案，对其中的主器件选型进行分析。
图1、无顶盖整机图
额定参数如下：
额定功率：100kVar
额定电压：380V
额定电流：150A
图2、一次电路图
一次电路图如图2所示，采样3相4线制进线，三电平方案，转换效率高，下面对各个主器件选型进行分析。
1、 熔芯3个FWP-200A，由于模块内部没有断路器，根据电气安全规范要求，必须有在设备内部短路的情况下，设备能够断开与电网的连接，熔芯的作用所在。
2、 压敏电阻TVR20D102 共7只，焊接在电路板上，在机械开关动作时的操作过电压保护使用，保护IGBT过压损坏(模块内部没有防雷器件)。
3、 滤波方案采样LCL滤波方式，外电感每相使用一个单只150A/25uH电感，电感量小，8根漆包线并绕，制作不难。
4、 滤波电容每相使用6只250Vac/10uF薄膜电容并联，等效电容60uF，注意LCL滤波方案易与电网谐振，因此电容回路中串联了阻尼电阻。
5、 主开关每相采用3只T92S7继电器并联使用，单只T92有2个常开30A触点，这样的话共6只30A触点并联等效180A，主要是继电器无灭弧能量，同时触点并联时均流是个问题，为了降低成本采用该方案，对产品长期使用的稳定性有很大考验。
6、 直流电容预充电方案还是常规变频器上面的2相开关上面并联10欧左右的充电电阻，方案不好，如果模块损坏了，岂不是直流电容一直带电，况且电解电容漏液短路问题非常普遍，经常见到上电IGBT、电解电容炸机的情况。
7、 内电感每相采用6只1200uH/30A电感并联，等效200uH/180A使用，电感的并联同时也存在不均流问题，设计时要留有余量。
图3、IGBT前主器件实物图
8、 IGBT选用英飞凌F3L300R07 650V I型三电平模块(左边)，由图5可见，摆放很紧凑。也可采用F3L300R12PT4 T型三电平模块(右边)，驱动设计会简单一些，同时市面市面上有成熟驱动产品，方便选型。
图4、三电平IGBT模块原理图
图5、3相IGBT位置布置图
9、 直流电容采用50个450V/680uF电解电容串并联而成，等效容量为8500uF/900V，模块中由于尺寸限制，使用了2块直流电容板，通过铜螺柱进行短接。
图6、直流电容板1
图7、直流电容板3
10、控制板采用双核控制芯片，SVG由于牵扯到所需无功功率的计算，若单纯是无功功率补偿，TMS320F28335DSP可以满足要求，但是该SVG方案由有源电力滤波器(APF)演变而来，估计控制方案也是延续之前的设计。
图8、主控板
图9、感性无功100kVar额定输出下的三相电流波形
总体来说，该100kVar SVG模块已经批量出货，得到了市场的认可和运行环境的检验，采用分层的布局结构，主电路器件放在风道中，与控制电路分开布置，对防尘非常有好处，但也造成了生产工序的不方便，人工工时较高。
发表于 2019-3-11 18:12:22
发表于 2019-6-16 12:53:44
