作者/ 徐杰彦1 刘2 彭爱军2 陈征1 冒咏秋2 贾容达1 赵才溢2 杨曦1

1.国网(北京)节能设计研讨院无限公司(北京 100052)

2.中国质量认证中心南京分中心(江苏 南京 210005)

*基金项目：国网节能效劳无限公司科技项目“配电网多元设备节能潜力广域尺度评价模型及其时空耦合性研讨”国度质量监视检验检疫总局科技方案项目(编号：2016IK088)

徐杰彦(1973-)，男，硕士，初级工程师，研讨方向：电力零碎及其自动化冒咏秋，男，硕士，工程师，研讨方向：节能及新动力技术。

摘要：本文重点研讨了基于IGBT模块的电能质量类管理设备的能耗情况及节能途径。首先，对典型拓扑构造的SVG、APF、MEC在额外输入工况下的损耗特性停止了剖析，确定了次要耗能局部随后，剖析了 IGBT模块能耗机理及降耗可行性途径最初，总结呈现阶段国际基于IGBT模块的电能质量类管理设备降低本身任务能耗的重点改良方向。

引言

　　随着电能替代战略的施行，电力需求的飞速增长将进一步加剧传统电网中存在的电力供给波动性缺乏、低电压等电能质量成绩[5]。电能质量成绩的存在可影响设备正常运转，招致线路损耗增大，甚至会危及电网平安。随着电力需求侧电能质量敏理性负荷的日益增多，电能质量成绩发生的危害也越来越大。数据标明，电能质量成绩招致企业用电本钱添加可达30%。随着平安牢靠、清洁高效的智能电网的建立，我国对进步电能质量、污染电网、进步电能应用效率的要求也日趋进步[6]。

　　目前，采用谐波抑制、无功补偿等技术手腕处置供电电压偏向、电力零碎频率偏向、三相电压不均衡、谐波抑制、电压动摇与闪变控制、电压暂降与短工夫中缀的缓解等典型电能质量成绩。普遍以为，电能质量成绩只能以电力电子技术为中心手腕来加以处理[7]，随着电力电子技术和微处置器的迅速开展， SVC(Static Var Compensation Device) 、SVG(Static Var Generator)、APF(Active Power Filter)、MEC(Multifunction Electricity Controller & Optimizer)等安装在无功补偿、滤除谐波等提升电能质量方面发扬出了良好效果。但是，随着电力电子器件开关频率的进步和开关容量的添加[8]，SVG、APF、MEC等电能质量类提升设备中运用的可关断大功率电子器件(如IGBT)任务时发生的电能损耗也急剧降低[9]。高电能损耗发生的热量既降低了设备全体电能应用效率，又能够由于散热才能的限制而降低设备功能，严重时可危及设备平安，少量的研讨对此类损耗给予了高度关注[10-13]。

　　目前，已有的相关研讨文献[8-14]大局部仅关注可关断大功率电子器件(如IGBT)的损耗，鲜见针对电力电子类电能质量提升安装能耗情况及能效提升办法的研讨。因而，有必要对电力电子类电能质量提升安装的全体任务损耗、重点耗能部位损耗及对应的能效提升手腕停止零碎性地研讨，以期为提升该类安装的能效程度提供无益的实际参考。

1 基于IGBT模块的电能质量设备损耗剖析

1.1 构造组成

　　SVG、APF和MEC三者都属于有源电能质量控制安装，它们都是经过发生指定电流对配电网完成有源补偿，而控制其电能质量参数的。因而，SVG、APF、MEC三者具有类似的组成构造，如图1所示。图1给出了典型的并联型有源电能质量控制安装构造框图，该类型安装次要由控制零碎、逆变主电路、输入滤波器等组成。控制零碎是整个安装的控制中枢，逆变主电路是整个安装的补偿电流发作源，零碎控制战略是该类安装的中心技术，也是不同类型产品间最次要差别之处。在不同的零碎控制战略下，安装会输入不同的指定电流，这在SVG、APF和MEC三类设备上辨别表现为：SVG可以输入一个与负荷无功电流反相位的特殊补偿电流APF可以输入一个与负荷谐波电流及基波无功电流反相位的特殊补偿电流MEC可以输入一个与负荷不均衡电流反相位的特殊补偿电流源。图1中所示的逆变主电路次要为IGBT模块组，输入滤波器则次要为滤波电感及电容等。因而，在研讨SVG、APF、MEC等有源电能质量控制安装能耗时，将其划分为控制零碎、逆变主电路(IGBT模块)和输入滤波器(滤波电感和电容)3个次要组成局部停止剖析。

1.2 损耗剖析

　　表1给出了额外输入工况下，各类电能质量控制设备的本身损耗状况，同容量的SVC与SVG相比，额外输入状况下，SVC总损耗较低，约占额外功率的1%左右。与以SVC为代表的传统无源器件相比，IGBT类电能质量控制设备的本身损耗均较高，在2.5%以上，尤其关于APF，作为谐波发作器，需求的直流电压更高，所以，其IGBT的开关损耗和电感损耗均较SVG、MEC更高，可达3%。

　　在计算出各类设备本身任务总损耗的根底之上，进一步细化剖析各次要损耗局部的占比状况，如图2所示。可以看出，SVC与SVG及其他IGBT类电能质量控制设备损耗构成的差异在于不存在IGBT模块损耗，而关于具有IGBT模块的各类设备，IGBT模块的损耗占比总损耗最大约为50%，其次为滤波电感、电容损耗，约45%，其他为控制零碎局部及其他损耗，约5%。可以看出，IGBT类电能质量控制产品的两大次要损耗为IGBT模块损耗、滤波电感及电容损耗，这两局部是降低设备本身任务损耗潜力的重点发掘对象。

2 IGBT模块损耗节能途径剖析

2.1 IGBT模块损耗构成

　　由1.2局部可知，基于IGBT模块的主回路损耗是SVG、APF、MEC等设备在任务形态下的次呼吁行业者在政府部门出台相关政策标准的之前，从业者一定要规范自己的行为准则健康有序的快速发展。要损耗之一。IGBT模块的损耗次要源自于外部IGBT及二级管(续流FWD、整流芯片)的损耗，次要是IGBT和FWD发生的损耗[11]。在实践的电力电子变换安装中，安装的IGBT损耗、FWD损耗、总损耗有如下计算关系[15]：

　　IGBT总损耗：

　　FWD总损耗：

　　总损耗：

　　式中，Pl,s-on、Pl,s-off和Pl,s-st为第l个IGBT的均匀守旧、关断和通态损耗Pl,d-off和Pl,d-st辨别为第l个FWDi的均匀关断和通态损耗。

　　进一步，第l个器件上IGBT的均匀守旧、关断和通态损耗，可按如下公式计算：