50~100kVA 380Vac三电平APF/SVG驱动方案

【行业背景】

      近年来新能源发电,智能电网,轨道交通,新能源汽车等产业的迅速发展,接入电网的相关电力电子设备越来越多,非线性负荷的大量应用造成的电网内电压电流谐波畸变问题日趋严重。于此同时,随着城乡经济发展,家庭电力负荷急剧增加,末端电压低,负荷不平衡等无功问题突出。APF(有源电力滤波器)/SVG(静止无功发生器)作为新一代有源谐波/无功补偿设备,得到大量应用。

      随着产品“高功率密度,低系统成本”的应用需求,模块化的APF/SVG产品成为发展趋势,基于NPC I型三电平逐渐成为业内主流的拓扑结构。

      目前主流针对380Vac配网的模块化APF/SVG的机型按额定补偿电流分为:25A,50A,75A,100A,150A。




【系统方案】

方案优势

      传统的APF/SVG,采用两电平IGBT模块,存在效率低,体积大,成本高的缺点,基于NPC I型的三电平系统方案成为未来发展趋势,可以带来以下好处:


  • 降低开关系统热损耗提高系统效率4-5%
  • 提高开关频率,减小滤波器体积,降低近30%
  • 降低系统成本10-20%

 

系统拓扑


NPC I型三电平APF/SVG系统图

IGBT模块选型:英飞凌EasyPACK封装模块:F3L100R07W2E3_B11,F3L150R07W2E3_B11 (单管或者并联)

注:该系列APF/SVG还可选用英飞凌EconoPACKTM4封装模块:F3L200R07PE4,F3L300R07PE4,具体参考《50~100kW 380Vac三电平储能逆变器驱动方案》


驱动挑战:NPCI型三电平拓扑方案虽然有上述优势,但是在驱动技术层面存在两大技术难点:

1,内外管关断时序问题 任何情况下,外管优先于内管关断,尤其是在短路故障或者欠压故障情况下。

2,内管关断电压尖峰过高 由于拓扑结构比传统两电平复杂,内管存在大换流回路,实际模组设计母排杂散电感很大,很容易导致模块过压损坏。

3,驱动功率大 为了提高APF高次谐波补偿效果,往往需要提高开关频率(最大可达25kHz),单路驱动功率最大可达2W。




【驱动方案】


  针对上述应用场合以及行业痛点,Firstack采用NPC I型三电平专用数字驱动核C-Core,

专门针对EasyPACKTM模块开发了相应的驱动方案,技术优势:

   

智能时序管理OS 解决故障条件下关断时序问题

   

分级关断技术 解决内管关断尖峰过大问题

   

4W/20A 强大的驱动能力,最大支持25kHz开关频率应用


该模组的具体方案资料全部公开,详见《应用手册》和《设计资料》,

基于该设计资料,可以缩短工程师近50%的研发周期。

文档下载
产品说明书
C-Core说明书
《FS8003IA40D70C100产品说明书》
应用手册
《PS800系列功率套件组建模组说明》
《NPC 三电平SPWM调制原理及实现》
《数字IGBT驱动技术在高可靠性APF_SVG产品中的应用》
测试报告
《FS8003IA40D70C100测试报告》
设计资料
PS800S3A套件设计资料