Seónú Seachadadh i nInveaitéirí Ardsholaimh 6kV

Is mó tábhachtach iad inbhirteoirí airgidh-ard do rialú luas moitire AC agus cuirtear iad go forleathan i bhfeidhm i réimsí cosanta, meiteallúrach, ola agus gineadh fuinnimh. Ina theannta sin, tar éis fadtéarmach, is minic a tharlaíonn deifir neamhghnách i dtreo inbhirteoirí airgidh-ard 6kV le factóirí cosúil le haghaidh an ghride agus tionchar na loada, rud a bhíonn ag cur go mór ar shábháilteacht agus ionraíocht córais rialú luas moitire.

Chun a chinntiú go mbeidh rialú luas VFD airgidh-ard (Variable Frequency Drive) ag obair go stiúirthe, a chur chun cinn eficiúlacht tionsclaíoch agus laghdú ar úsáid fuinnimh, tá sraith beartas curtha i bhfeidhm ag an rialtas chun taighde agus feidhmiú teicneolaíochta inbhirteora airgidh-ard a spreagadh. Mar sin, is minic a dhéantar anailís mhion a bheith riachtanach ar chúrsaí a bhrú deifir neamhghnách i dtreo inbhirteoirí airgidh-ard 6kV agus forbairt bearta cáineachta chun a chosc, a bhfuil tábhacht mór ag teacht ar aghaidh le teicneolaíocht VFD airgidh-ard agus cothrombhar tionsclaíochta.

1 Lorgaireacht ar Inbhirteoirí Airgidh-ard 6kV

Is ealaín cumhachtach eleactrach é inbhirteoir airgidh-ard 6kV a úsáideann IGBTs mar eileamhanna scuaine agus úsáideann struchtúr il-leibhéal chun rialú luas athrú-freisin a bhaint amach ag 6kV agus níos airde. Is gnách go ndéanann a lógaí cumhacht trí-leibhéal clúdach-puingeolaí (3L-NPC) nó cúig-leibhéal clúdach-puingeolaí gníomhach (5L-ANPC) a úsáid, a bhunófar trí chascáid submódúil. Gach submódúil áirithe conláin 6-24 IGBT agus diodacha freewheeling, ag cruthú dromchla stapaí 9-17 leibhéal, a d'fhéadfadh a bheith ina shínúshoimh tar éis scagadh.

Tá raon cumhacht tíopach ó 3000 go 14,000 kVA, le leibhéal voltaga a chuirfear isteach 6kV, 10kV, agus 35kV. Do riachtanais níos airde, is féidir struchtúr modular multilevel converter (MMC) a úsáid, áit a bhfuil submódúil a úsáideann struchtúr half-bridge nó full-bridge, le céadainí submódúil stacáilte in aghaidh an phhais, a chuirfear le chéile chun leibhéal voltaga go dtí 220kV agus cumhacht aonad singil go dtí 400 MVA, a oiriúnach don ghníomhaíocht cosúil le grid-integration fuinnimh atá nuálaithe, gaoth tráchtála ar farraige, agus trasna DC fleascach. Tá stratéis rialú inbhirteora airgidh-ard casta, a chuirfear le chéile teicneolaíochtaí príomha cosúil le modúladh cathscuaine, cothrombhuil curnam, détection gan sensor, agus optimiseoireacht field-weakening.

2 Deifir Neamhghnách i dtreo Inbhirteoirí Airgidh-ard 6kV

Le linn oibriú, is minic a tharlaíonn deifir i dtreo inbhirteoirí airgidh-ard 6kV mar gheall ar sheachtmhairí cosúil le currachadh breise, voltaga breise, agus téarmaíocht breise. Tarlaíonn seachtmhairí currachaidh breise go minic le linn tosú nó athrú loada súbithe, áit a d'fhéadfadh an currachadh sochúil a bheith níos mó ná 2-3 uair an t-am ráta. Má thagann an currachadh os cionn 1600A ar feadh níos mó ná 100ms nó 2000A ar feadh níos mó ná 10ms, dúntaíonn an inbhirteoir IGBT agus scoiltíonn an contacóir output, ag brú deifir chosaint hardwair.

Tarlaíonn seachtmhairí voltaga breise go minic mar gheall ar aghaidh an ghride nó athrú loada súbithe. Nuair a thagann an bus DC os cionn 1.2 uair an t-am ráta (1368V), gníomhaíonn an córas chosaint software overvoltage; má thagann sé os cionn 1.35 uair an t-am (1026V), brúonn an córas chosaint hardwair deifir. Tarlaíonn seachtmhairí téarmaíocht breise go minic i gcúlraí airde-teorainne agus le linn oibriú overload fadtéarmach. Nuair a thagann téarmaíocht IGBT os cionn 90°C nó téarmaíocht heatsink os cionn 70°C ar feadh níos mó ná 5 noiméad, seolann an córas comhartha ardmhéadar; brúonn deifir go díreach má thagann na téarmaíochtaí go 100°C nó 80°C, go huile. Is gnách go mbíonn an méideán triúchaí seachtmhairí seo ag brú an córas chosaint inbhirteora, a chuirfear le chéile chun a chosc ar output trí IGBT agus contacóir a scoilt, ag cur chuig reathaí cosúil le stop moitor ginearálta agus comharthaí deifir scintillating.

3 Bearta Cáineachta
3.1 Cúrsóir Currachaidh

Chun seachtmhairí currachaidh breise a choisc, is féidir cúrsóir currachaidh a ceangal in series idir an output inbhirteora agus an moitor. Léiríonn tomhasanna faoin spéir go nuair a tosnaíonn inbhirteoir 6kV/1500kVA moitor 380kW nó níos mó, is féidir an currachadh tosaithe sochúil a bheith idir 5-8 uair an t-am ráta, go maith os cionn an líomh seachtmhairí currachaidh.

Chun an currachadh tosaithe a chosc, is féidir cúrsóir wire-wound nó varistor zinc-oxide nonlinear a úsáid le tiúchaint 1-3Ω agus cumhacht ráta 200-500W. An tarna aon duine a bhfuil tiúchaint réamhscoile os cionn 100Ω agus tiúchaint a laghdú go tapa le haghaidh an churrachaidh a mhéadú, ag cur leis an currachadh tosaithe a chosc go dtí 2-3 uair an t-am ráta. Tar éis tosú moitor, nuair a thagann an freisin output inbhirteora os cionn 40Hz agus an currachadh faoi an ráta, is í an titim voltaga ar an cúrsóir níos lú ná 50V.

Ag an bpointe seo, a dhéanann contacóir bypass an cúrsóir a chur ar an láthair chun a chosc ar an bpéirseachú forleathan. Má tharlaíonn currachaidh súbithe le linn tosú, nuair a mheastar an transformer currachaidh luach a bheith os cionn 1200A, seolann an córas rialú comhartha; má thagann sé go 1500A, dúntaíonn an inbhirteoir IGBT agus oscailte an contacóir bypass, ag cur ar ais an cúrsóir currachaidh chun an currachadh a chosc go tapa. Ansin, a dhéanann an contacóir bypass a dhúnadh arís chun a chur ar ais go dtí oibriú normal. Tógann an próiseas switching go léir níos lú ná 0.5s, ag cur leis an currachadh spikes, a chur ar moitor tosú sothúil, agus ag cur go mór chun ionraíocht inbhirteora.

3.2 Ciorcal Clúdach Voltaga

Chun seachtmhairí voltaga breise a choisc, is féidir ciorcal clúdach voltaga a cheangal in parallel lena bus DC. Consistíonn an ciorcal seo go príomha as varistor metal oxide (MOV), thyristor sciobtha (GTO), agus córas détection. Léiríonn sonraí faoin spéir go nuair a mheastar an córas chosaint software overvoltage a bheith ag obair nuair a tharlaíonn aghaidh an ghride níos mó ná 15% nó nuair a tharlaíonn laghdú loada a chuirfear le chéile bus DC voltaga a bheith os cionn 1300V ar feadh níos mó ná 20ms.

Chun a chosc ar theipeanna mar seo, is féidir MOV TYN-20/141 a úsáid, le tiúchaint 1420V, an currachadh scuaine is airde 20kA, agus an cumas absorption energy 8800J aonad. Nuair a thagann an bus voltaga os cionn 1350V, thosaíonn an MOV ag scuabadh agus ag glacadh leis an energy breise; más é go tagann an voltaga go 1400V, triotar an GTO, ag scuabadh go tapa an energy overvoltage isteach i cúrsóir chun a chur ar ais go dtí leibhéal sábháilte. Tá an córas détection ag monatóireacht leanúnach an bus voltaga.

Nuair a thagann an voltaga faoi 1250V agus a mheastar é go dtí 50ms, seoltar comhartha release, ag dúntaíonn an GTO agus ag a chur ar ais go dtí oibriú córas normal. Más é go mheastar an bus voltaga a bheith os cionn 1400V ar feadh níos mó ná 100ms, a aithnítear deifir overvoltage an-dian, agus an inbhirteoir ag dul isteach sa stád lockout software, ag iarraidh reset manual roimh tosú arís. Léiríonn an t-eispéireas go le haghaidh an ciorcal clúdach seo, is féidir inbhirteoir 6kV a chosc ar 35% overvoltage sochúil agus a chur ar ais go dtí 1.05 uair an t-am ráta voltaga laistigh de 100ms. Tá an freagra tapa agus ionraíoch, ag cur go mór chun a chosc ar deifir overvoltage sochúil agus ag cur go mór chun leanúlacht agus ionraíocht an chórais.

3.3 Desean Chomhroinnte

Chun seachtmhairí téarmaíocht breise a choisc, is féidir teicneolaíocht comhroinnte a úsáid chun a chosc ar ghineadh heat i gcórais tábhachtach cosúil le IGBT agus heatsinks, ag a chosc ar deifir téarmaíocht.

I gcónaí iad comharthaí cosúil le 1-2 capacitor electrolytic a cheangal in parallel ar an positive agus negative bus DC gach lógaí cumhacht. Ba chóir go mbeadh capacitance capacitor 1000-2200μF, voltaga ráta ≥1600V, agus currachaidh ripple leanúnach ≥100A. Nuair a thagann an currachadh output inbhirteora os cionn 1.2 uair an t-am ráta (mar shampla, 900A), is féidir leis na capacitor parallel a chur ar fáil 10%-20% cumas comhroinnte, ag cur leis an currachadh fíor IGBT a chur ar ais go 720-810A. Le linn nach raibh IGBT losses conduction ina iomlán leis an carrachadh, an modh seo ag cur go mór chun a chosc ar an temperature rise.

Sa fhoirmle: PCPC is ea an IGBT loss conduction (W); VCEVCE is ea an IGBT saturation voltage (V), a bhfuil gaol líneach leis an currachadh ICIC (A); UηUη is ea an turn-on voltage den IGBT (V); $K$ is ea an currachadh amplification factor den IGBT.

Is féidir a fheiceáil go tar éis an tógáil shunt, is féidir an loss conduction IGBT a chosc go 19% go 36%, agus an temperature junction chip a chur ar ais 10°C go 25°C, ag cur go mór chun a chosc ar an scéal heating den inbhirteoir.

Ina theannta sin, cuir 1 go 2 electric fan in parallel ag an inlet agus outlet den inbhirteoir heatsink, le cumhacht airgeadra >= 3000 m³/h, a chuirfear le chéile chun a chosc ar an effect cooling den heatsink. Cuir 6 go 8 sensor temperature lasmuigh den cabinet control chun a chosc ar temperature na lógaí cumhacht, Mother board, IGBT drive board, agus mar sin de, in real-time. Nuair a thagann an temperature ar aon pointe os cionn 65°C, tosnaíonn an córas rialú an electric fan ar full speed agus seolann "load reduction warning" signal chuig an unit control inbhirteoir.

Más é go mheastar an temperature a leanúint ar aghaidh go 75°C agus a mheastar é go dtí 10 noiméad, seolann an córas "over-temperature alarm" signal, ag cosc ar an currachadh output inbhirteoir a bheith faoi 50% den ráta, go dtí go mbeidh an temperature faoi 60°C, ag an bpointe a chur ar ais "over-temperature alarm".

Más é go mheastar an temperature ar aon pointe a bheith os cionn 85°C agus an currachadh moitor a bheith faoi 30% den ráta, dúntaíonn an inbhirteoir hardware agus stopann an output. Chun a chur chun cinn an effect cooling, úsáideann nanomaterials cosúil le graphene nó carbon nanotubes ar an heatsink IGBT gach lógaí cumhacht, ag úsáid a thermal conductivity an-dian chun a chur ar ais an heat dissipation den IGBT chips, ag cur go mór chun a chosc ar an temperature junction.

4 Oibriú Bearta Cáineachta
4.1 Tógáil Eispéireachta

Úsáideadh an ZINVERT-6kV/1500kVA intelligent high-voltage inverter mar an test object, agus rinneadh eispéireacht rialú grúpa chun a chur chun cinn measaimh na trí bearta cáineachta. Rinneadh na heispéireachtaí faoin gcóras rialú ráta (input voltage: 6kV±5%; temperature amhbhail: 25°C±2°C; relative humidity: 65%±5%). Rinneadh an t-eispéireacht ina dhiaidh sin ina dhiaidh roinnt grúpa: an grúpa rialú a úsáideadh gan aon beart cáineachta; Grúpa A a úsáideadh 2.2Ω/350W current-limiting resistor le MSC-500 fast bypass switch; Grúpa B a úsáideadh circuit clúdach voltaga a chuirfear le chéile as varistor TYN-20/141 agus IXYS-GTO, leis an voltaga clúdach suite ag 1420V; Grúpa C a úsáideadh 2000μF/1600V capacitor electrolytic (Hitachi HCG series) a chuirfear le chéile le comhroinnte currachaidh, leis an bhfan blaiseadh variable-speed (EBM-W3G450) chun a chur chun cinn an effect cooling.

Oibrigh gach grúpa leanúnach ar feadh 72 uair, agus an currachadh output inbhirteoir, voltaga bus DC, agus temperature junction IGBT a chur síos gach 6 uair. Bhí an data bailithe ag Fluke 435-II power quality analyzer agus HIOKI 8847 data logger. Le linn an t-eispéireachta, trí scénáir theipeanna typaí a chur i bhfeidhm: inrush overcurrent (8 uair an t-am ráta / 0.5s), fluctuation voltaga an ghride (+20% / 1s), agus oibriú full-load (temperature amhbhail 35°C / 2h). Tá an t-eispéireacht setup léiríodh in Figure 1.

4.2 Anailís Torthaí

Tar éis 72 uair oibriú leanúnach, bailíodh agus anailísíodh an data ó na ceithre grúpa, agus taispeántar na torthaí i Table 1. Tharla deifir i ngach trí scénár theipeanna san grúpa rialú, agus an grúpa eispéireachta le bearta cáineachta a léirigh a chosc ar theipeanna. In Grúpa A, a chur ar ais an currachadh tosaithe go 2.2 uair an t-am ráta, ag a chosc ar deifir overcurrent. In Grúpa B, a chuir an circuit clúdach voltaga an maximum bus DC voltaga fluctuation go 1368V, go maith faoi 1420V protection threshold. In Grúpa C, a chuir an comhroinnte currachaidh agus an effect cooling an maximum temperature junction IGBT faoi 87.5°C, go maith faoi 100°C threshold deifir. Ina theannta sin, an time response den trí beart cáineachta a bhí laistigh de 100ms, ag cloisteáil an riachtanas chun a chosc tapa. Níor tharla aon trigging míchruinn le linn an t-eispéireachta, ag léiríodh an oibriú córas stiúirthe agus ionraíoch.

5 Críochnú

Ina theannta sin, an t-eolas seo a chur chun cinn anailís systemach ar chúrsaí a bhrú deifir i dtreo inbhirteoirí airgidh-ard 6kV agus a chur chun cinn bearta cáineachta áitiúil. Léiríonn na torthaí eispéireachta go bhfuil an cúrsóir currachaidh a chosc go héifeachtach ar an currachadh inrush, an circuit clúdach voltaga a chur go mór chun a chosc ar overvoltage bus DC, agus an comhroinnte currachaidh leis an effect cooling a chur go mór chun a chosc ar an risk IGBT overheating, ag cur go mór chun a chosc ar an ionraíocht system overall.