基于FPGA的变频器惯性输出技术

　　1 引言

　　节能降耗是国家的基本国策，而电厂节能是电力系统节能降耗的重要环节，采用高压变频技术对电厂重要用电设备的驱动电源进行技术改造，是火电厂节能降耗有效途径。随着高压变频器已经在电厂中得到越来越广泛的应用，变频器运行的稳定可靠性将直接影响整个电厂的安全。在实际运行中如果变频器的主控制器死机或者复位将引起变频器停止输出，使负荷电动机停机，这将给电厂造成巨大的损失。针对目前使用最广泛的级联多电平变频器，本文采用基于fpga的变频器惯性输出技术，即fpga在检测到主控制器异常时，根据记忆值维持变频器的输出直至控制器恢复正常，将大大提高变频器的稳定可靠性。

　　2 级联多电平变频器工作原理

　　级联多电平变频器又称单元串联多电平变频器或完美无谐波变频器，通过串联若干低压功率单元的方式来实现高压输出，电压电流的谐波含量低，对电网谐波污染较小，输入功率因数较高，并且不必采用输入谐波滤波器和功率因数变换器，在实际中应用较为广泛[1]。以6kv变频器为例，每相由6个额定电压为577v的功率单元串联，三相共有18个功率单元，分别由输入隔离变压器的18个二次绕组供电，18个二次绕组分3组，每组之间存在20°相位差，形成相当于18脉冲整流。使得电压总畸变率只有3%，电流总畸变率小于4%。其结构图如图1所示。

　　图1 级联式6kv变频器结构图

　　功率单元的结构如图2所示，三相交流电整流后经滤波电容滤波形成直流母线电压，逆变器由4个耐压为1700v的igbt模块组成h桥式单相逆变电路，通过pwm控制，在输出端得到变压变频的交流输出，输出电压为单相交流0～577v，频率为0～50hz。旁路功能是一种当设备出现故障后断开故障点而使设备继续正常运行功能。当需要旁路时，通过晶闸管v导通，旁路该功率单元输出，平常正常工作时，晶闸管v处于关断状态。

　　图2 级联式变频器功率单元结构图

　　3 基于fpga的相位移载波spwm调制方法

　　相位移载波技术的基本原理是使用几个1.2khz三角载波信号和一个正弦参考信号(每相) 比较，产生spwm信号。将三角载波进行合适的移相，可以消除特定次数的谐波。以a相为例，正弦调制波和三角载波如图3所示。六级功率单元使用的正弦调制波的幅值和相位相同，而每级功率单元的三角载波形状相同相位不同，各载波间相角依次移动2π/6即60°，这样就可以有效抑制输出电压和电流变化率。h桥单元左右桥臂的调制波相位相反，有助于提高整个系统的等效载波比。试验已证明n级单元串联时的等效载波频率为三角载波的频率的2n倍，并且在该种方式控制下的直流电压利用率高。