以下為演講實(shí)錄：

 

　　今天這個(gè)題目可能是一個(gè)老話題，但是對(duì)于變流器來(lái)講它也是一個(gè)長(zhǎng)期的話題，今天我主要是和大家匯報(bào)一下我們變流器在老話題上在技術(shù)上有哪些進(jìn)步。

 

　　先說(shuō)一下我們?yōu)槭裁匆褂么蠊β什⒙?lián)的變流技術(shù)。

 

　　首先是風(fēng)電發(fā)展的這幾個(gè)方向：大型化是毋庸置疑的，之前我記得這個(gè)圖是和空客比較；另外一個(gè)是海上風(fēng)電，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化和能源網(wǎng)絡(luò)化依然是發(fā)展的趨勢(shì)，能源網(wǎng)絡(luò)化更多是基于數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化的開展獲取實(shí)施。不管是大型化還是海上風(fēng)電，它都需要變流器具備這種大功率的變流技術(shù)。

 

　　變流技術(shù)目前在電壓等級(jí)上主要有三個(gè)類型：一個(gè)是低壓就是我們常用的690V的電壓等級(jí)；另外一個(gè)是中壓1140V也好，3300V也好；還有一個(gè)是我們?cè)谘幸舱J(rèn)為是以后的方向就是基于10千伏的中高壓。那我們基于針對(duì)這三個(gè)690V的低壓、1140V的中壓和10千伏的中高壓方向進(jìn)行深入的開發(fā)和研究，為什么這樣去選擇呢？主要是不管是690，1140還是10千伏基于都是1700VIGBT平臺(tái)，而這個(gè)不管是功率模塊、驅(qū)動(dòng)還是電源本等技術(shù)是成熟的，功率可靠性高，我們發(fā)現(xiàn)這三款做出來(lái)經(jīng)濟(jì)性好、輸出特性是最好的。所以我們出現(xiàn)的這四種方面。

 

　　我們做了一系列的方案比較，低壓、中壓、高壓的究竟它的優(yōu)勢(shì)在哪里？哪塊更好一點(diǎn)呢？我們以5MVA的變流器為例發(fā)現(xiàn)額定電流，可以發(fā)現(xiàn)電流器的成本肯定是隨著電壓等級(jí)的逐步抬升而越來(lái)越高，成本都會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于低壓。但是高壓有什么樣的好處？如果變流器放在塔底的情況下，它的線纜成本會(huì)成倍增加，如果這樣的話用于線纜成本，其實(shí)變流器這種控制部件在整個(gè)風(fēng)機(jī)里占到很小的一部分，相反線纜占到一個(gè)大頭，這樣的話總體成本隨著電壓的升高是逐步降低的。在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上，低壓就是傳統(tǒng)的兩電平，中壓肯定是用三電平的方案，中高壓一定是多電平。最后我要講的可以看到在擴(kuò)容方式上不管是低壓還是中壓的比較好的擴(kuò)容方式就是電容器的并聯(lián)，當(dāng)然最原始的就是單橫擴(kuò)容，就是把器件用得容量越來(lái)越大，但是這種方式并不好，所以我今天的主題就是大功率并聯(lián)變流器的并聯(lián)。

 

　　這種并聯(lián)特別適合于中低壓的場(chǎng)合，優(yōu)點(diǎn)就是易于產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)、易于物料歸一化，歸一化之后造成直接的優(yōu)勢(shì)就是我的測(cè)試驗(yàn)證、產(chǎn)品成本低、可靠性高，最終帶來(lái)的客戶收益率會(huì)提高。

 

　　我們?nèi)绻炎兞髌鞅茸饕粋€(gè)人體，大家可以看到基本上人體的三個(gè)主要部件一個(gè)是骨骼肌肉造成整個(gè)框架，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是大腦里的神經(jīng)元，最后一個(gè)是智力水平。這三塊究竟對(duì)應(yīng)的是變流器的哪幾塊？骨骼肌肉對(duì)應(yīng)的就是功率平臺(tái)，整個(gè)主回路的功率流；神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的就是控制平臺(tái)，我們的信號(hào)是如何采樣進(jìn)來(lái)的？如何進(jìn)行綜合計(jì)算的，控制板卡或者是中央控制器，如果把計(jì)算出來(lái)的信號(hào)下發(fā)到功率器件上讓它動(dòng)起來(lái)；智力水平就是我們的算法平臺(tái)，就是芯片嵌入什么樣的算法，怎么樣實(shí)現(xiàn)基于模型的電壓電流雙閉環(huán)或者是功率的控制，實(shí)現(xiàn)咱們現(xiàn)在比較先進(jìn)的虛擬控制機(jī)等等。那這三塊究竟有什么樣的技術(shù)難點(diǎn)？首先是功率平臺(tái)關(guān)鍵是在于拓?fù)浞桨傅挠?xùn)練，拓?fù)浞桨赣泻芏?，究竟選擇哪種拓?fù)浞桨父鼮楹线m？控制平臺(tái)主要是我們?nèi)绾渭嫒輸U(kuò)展，隨著機(jī)組的擴(kuò)大，你的單一的控制板和機(jī)組的資源無(wú)法滿足，這就需要讓控制平臺(tái)去擴(kuò)容，擴(kuò)容起來(lái)如果沒(méi)有進(jìn)行的統(tǒng)一的規(guī)范化是很難。最終在算法平臺(tái)是環(huán)流抑制。

 

　　接下來(lái)我展示一下我認(rèn)為的分享應(yīng)該是怎么樣的。

 

　　首先是大功率并聯(lián)拓?fù)浞桨冈O(shè)計(jì)以兩臺(tái)為例。比較常用的一共有6種，這邊的主線是不共母線，就是DC端不連在一起，那邊是把DC端連在一起，另外一個(gè)是VC端怎么處理，這個(gè)就是我的網(wǎng)速用多繞組的電壓器，這樣叫全隔離的方案，還有一種不共母線的半隔離方案，最底下的一個(gè)叫無(wú)隔離方案，可以看到機(jī)側(cè)網(wǎng)更恰當(dāng)一些，從整個(gè)硬件可以看到兼容性最好的肯定是底下這個(gè)，因?yàn)樽畹紫碌臒o(wú)隔離方案可以應(yīng)用于半隔離或者是全隔離的，對(duì)于變流器都一樣，所以它對(duì)不管是這邊的變壓器也好對(duì)電器也好都沒(méi)有太大的壓力，多繞組也可以用。這種拓?fù)渚烤惯x哪個(gè)更好？其實(shí)各有各的優(yōu)勢(shì)，那我們選擇最底下的主要目的是便于擴(kuò)展，便于應(yīng)用。它的好處就是對(duì)變壓器、電機(jī)無(wú)特殊要求，適應(yīng)性強(qiáng)，并聯(lián)拓展性強(qiáng)。這個(gè)方案有沒(méi)有一些問(wèn)題？也有，這是我最后和大家說(shuō)的。

 

　　這兩個(gè)方案是共母線好還是不共母線好？我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于兩電平來(lái)說(shuō)不共目線的并聯(lián)拓?fù)涫亲詈玫?，因?yàn)閿U(kuò)展性極強(qiáng)，而且不受物理環(huán)境的安裝制約。大家知道想把直流進(jìn)行擴(kuò)容是非常難的，因?yàn)橹绷鞫四妇€容量要做大，而且通常要用銅排，如果想用線纜的話，最好是交流擴(kuò)容，交流擴(kuò)容就沒(méi)有這種方式，直接把這兩端用線纜直接連就可以了。對(duì)于共母線來(lái)講最好是三電平的拓?fù)?，因?yàn)槿娖降目刂颇繕?biāo)是讓中點(diǎn)電位平衡，傳統(tǒng)的方式很難實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)、諧波、效率同步優(yōu)化。

 

　　下面說(shuō)一個(gè)關(guān)于控制平臺(tái)怎么擴(kuò)容。

 

　　把控制平臺(tái)比作身體的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最核心的部分就是人的大腦，同樣對(duì)照控制器最核心的部分就是中央控制器就是相關(guān)的板卡，一般分為核心板卡，比如我們的DSP、FPGA還有外設(shè)板卡比如發(fā)破的這些電路。它擴(kuò)容的時(shí)候有一些問(wèn)題，對(duì)于核心板卡擴(kuò)容的問(wèn)題就是計(jì)算資源不足，算法成倍的增加想增加更多的阻尼的特征，增加各種各樣的算法，會(huì)發(fā)現(xiàn)不太夠用，需要擴(kuò)容；對(duì)于調(diào)理電路就是通道數(shù)量不足。外設(shè)擴(kuò)展，那引發(fā)的問(wèn)題是核心板卡不變，所以我的計(jì)算資源是無(wú)法增加的，除非我換芯片，換芯片的話可供選擇的芯片就這幾款，很困難。主控制器外設(shè)板不再是外設(shè)板，有主控制器進(jìn)行運(yùn)算，由主控制器發(fā)到從控制器，引發(fā)的問(wèn)題確實(shí)解決了單一外出擴(kuò)展的一些不好的地方，但是同樣有些問(wèn)題就是一致性兼容性是比較低的，就的主從不能替代，主占據(jù)核心的位置，容錯(cuò)性也一樣，一旦容錯(cuò)壞了這系統(tǒng)就崩潰了。

 

　　我們比較推薦的方案就是對(duì)等性的擴(kuò)容，沒(méi)有主從之分。這是在實(shí)際的應(yīng)用案例，這是我們開發(fā)的一款基于高壓直掛式APF的產(chǎn)品，你的控制間隙要非常短，計(jì)算資源要特別多，而且是高壓的，那么外設(shè)板也有很多，所以我們采用三種中央控制器并聯(lián)。在風(fēng)電以后的發(fā)展上尤其是由低壓走向中壓、高壓一定會(huì)遇到擴(kuò)容的方式。這種中央控制器的好處是我們現(xiàn)在已經(jīng)升級(jí)到的整體的控制盒采用DSP28377，我們和西門子做了長(zhǎng)期的戰(zhàn)略新的合作，發(fā)現(xiàn)20US最小控制周期在世界上都是領(lǐng)先的水平。支持對(duì)等式擴(kuò)展，計(jì)算資源、接口數(shù)量無(wú)理論上限?？刂破鏖g采用私有協(xié)議，單位之周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵變量的傳輸，控制器具備聯(lián)合組網(wǎng)計(jì)算能力。單臺(tái)控制器采用模塊化插卡式設(shè)計(jì)，根據(jù)項(xiàng)目需求增減外社板卡，減少不必要浪費(fèi)配置高速USB接口，便于拓展存儲(chǔ)空間，確保海量數(shù)據(jù)收錄。

 

　　最后說(shuō)一下這個(gè)算法平臺(tái)。

 

　　剛才說(shuō)了這種無(wú)隔離的并聯(lián)有好處，但是也有壞處，有哪些壞處？在這幅圖上就能展示出來(lái)，我們的系統(tǒng)環(huán)流分成兩部分：一中是交叉環(huán)流，一中是零序環(huán)流。交叉環(huán)流的特點(diǎn)是不共母線，而零序環(huán)流貫穿整個(gè)母線。在這種情況下，我們?nèi)綦x方案其實(shí)是根本不存在這種環(huán)流的，因?yàn)檎麄€(gè)環(huán)流路徑被物理隔離了，不存在這種交互；而對(duì)于半隔離并聯(lián)的話存在這種零序，但是不存在這種交叉環(huán)流，哪邊被隔離哪邊都不存在。對(duì)于無(wú)隔離的并聯(lián)方案這兩個(gè)都存在，存在就有問(wèn)題，就需要一定的方法去解決，我們只不過(guò)把硬件的解決方式變成了軟件用算法實(shí)現(xiàn)的。

 

　　這是一個(gè)常規(guī)的控制方式，一般的情況下包括整個(gè)外環(huán)一般是母線還有無(wú)功的控制外環(huán)發(fā)出的電流控制指令值，進(jìn)行常規(guī)的電流計(jì)算，最后進(jìn)行常規(guī)的調(diào)值發(fā)出PWM。在并聯(lián)中會(huì)發(fā)出什么問(wèn)題？首先交叉環(huán)流、零序環(huán)流是路徑會(huì)不一樣，被控對(duì)象與正常電流不同，所以我們采用常規(guī)的電流器是無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)流的有效抑制；第二個(gè)是常規(guī)調(diào)制算法基于αβ平面的，無(wú)法生成零序分量，無(wú)法抑制這種零序的環(huán)流；最后通過(guò)我們的研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)流大小與母線的波動(dòng)程度有關(guān)，但是傳統(tǒng)的PI控制有一個(gè)問(wèn)題，是無(wú)法兼顧快速性和靜態(tài)波動(dòng)抑制。所以這三種都需要進(jìn)行升級(jí)。

 

　　這個(gè)是我們推薦的一種控制模式，可以發(fā)現(xiàn)最大的就是控制器這一塊不僅有常規(guī)控制器，還有交叉環(huán)流和零序環(huán)流的控制器，對(duì)于母線的控制上常規(guī)的PI控制進(jìn)行一個(gè)升級(jí)。整體的解決方案就是首先在常規(guī)電流控制基礎(chǔ)上并聯(lián)零序/交叉環(huán)流控制器，解除控制鍵的耦合效應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)環(huán)流有效抑制，單位全隔離、半隔離相同的輸出特性；我們采用的三維調(diào)制技術(shù)；最后一個(gè)是和高校合作把自抗擾控制技術(shù)應(yīng)外在母線電壓控制環(huán)，實(shí)現(xiàn)靜動(dòng)態(tài)條件下有效抑制母線電壓波動(dòng)，進(jìn)一步抑制系統(tǒng)環(huán)流。

 

　　最后說(shuō)一下瑞能的兩個(gè)案例。

 

　　一個(gè)是我們基于這種不共母線的拓?fù)浞桨搁_發(fā)出3-7MW的全功率的變流器，這種變流器是支撐無(wú)隔離的變流方案，我們以1.5MW和2MW為最小的交直交單元，最大可以擴(kuò)容到6并聯(lián)，也就說(shuō)這款變流器最大可以擴(kuò)到12MW，而且1.5和2MW長(zhǎng)期在場(chǎng)，整體的效率因?yàn)槲覀儾捎谜{(diào)制算法效果可以達(dá)到97.8%，這是我們經(jīng)過(guò)第三方的測(cè)試得出的結(jié)論，同時(shí)功率偏差很低。

 

　　另一款就是三電平的控制器，是共母線的并聯(lián)拓?fù)?，同樣支持無(wú)隔離的方案，都可以用于無(wú)隔離、半隔離、全隔離，就是我的機(jī)側(cè)單一繞組也沒(méi)有問(wèn)題，可以看到這些共母線設(shè)計(jì)做到效率、功率偏差、中點(diǎn)定位統(tǒng)一的優(yōu)化，這是共母線所能達(dá)到的更好的效果，而不共母線3.0達(dá)不到這種效果。

 

　　最后做一下總結(jié)。

 

　　首先并聯(lián)技術(shù)我們認(rèn)為適用于中低壓的場(chǎng)合，易于產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)、物料歸一化，最終給客戶帶來(lái)更大的收益；還有功率拓?fù)浞矫?，無(wú)隔離系統(tǒng)兼容性高、并聯(lián)擴(kuò)展性強(qiáng)；其中，兩電平拓?fù)渫扑]不共母線；三電平推薦共母線；控制系統(tǒng)方面隨著并聯(lián)數(shù)量和性能精度要求的提升，我們推薦無(wú)主從對(duì)等式的控制器方式解決上述的問(wèn)題。而在算法方面無(wú)隔離的系統(tǒng)有一個(gè)問(wèn)題就是環(huán)流問(wèn)題突出，我們對(duì)電流內(nèi)環(huán)、母線外環(huán)及調(diào)制方法做多元優(yōu)化可有效抑制系統(tǒng)環(huán)流；最后基于大功率并聯(lián)技術(shù)開發(fā)690V3-7MW系列兩電平和1140V4-10MW的三電平技術(shù)。

 

　?。▋?nèi)容來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)速記，未經(jīng)本人審核）