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5月23日，河南新頁電源有限公司總經理 薛洛良以《從量變到質變，迎接新能源行業新拐點》為主題進行演講。

 

演講整理

 

 

河南新頁電源有限公司  薛洛良 總經理
 

各位朋友，大家好！

 

非常高興有這個機會跟大家在一起交流，我講的題目是《直流模塊新架構》，不光是直流模塊，實際上是直流系統的新架構，包括了配電變壓器和配電裝置。

 

昨天易能時代講了一級拓撲，實際上我這個就是一級拓撲，經過了一級AC-DC轉換，達到了使用的電壓等級，單模塊功率可以達到200kW以上，效率也很高。

 

講直流充電避不開整流要求，我下面把整流的簡單要求給大家回顧一下。

 

（1）PFC。在整流過程中會產生大量諧波，這個諧波是無功的一部分，因為無功由兩個因子組成：一個是電感或者電容使電流滯后或者超前電壓產生了無功；另外一個因子是諧波因子，諧波因子會產生很大的無功，在直流輸電過程中會產生占40%-60%的輸電能量。這個諧波產生的無功非常大，整流電路需要加PFS（無功功率的矯正裝置）。在特高壓輸電時候加了很多電容電感來去除這個諧波（去除無功），這個無功對電網運行是有害的。按照國家的要求，有功功率上網占到90%以上，所以我們要對無功功率進行控制。

 

（2）紋波。裝置需要平穩的直流，所以需要對紋波進行處理。

 

（3）功率控制。充電樁需要多大的功率是要控制它的，不是想充多少是多少。

 

（4）安全。涉及到設備安全和人員安全，整流裝置不能把設備損壞了，人接觸的部位不能有觸電的風險。

 

（5）接地點的選擇。整流裝置是交流跟直流在共同的電器回路上，有兩個接地點的話，就容易形成接地電流的回流，造成設備損壞和損耗的增加。不接地也不行，這個裝置會產生靜電過電壓或者產生感應過電壓，也會損壞設備，所以接地點的選擇很重要，但是接地點定了以后會產生一個副作用（共模干擾），不管是整流還是逆變都有共模干擾的問題，你這個接地點選在哪兒，造成共模干擾的大小不一樣。

 

第二個是整流方式。

 

（1）工頻整流，三相全橋整流和單相全橋整流，電路的特點是損耗小，它沒有開通或者關斷損耗，二極管關斷是靠換相電壓進行的，它處于一個軟關斷狀態，所以它沒有關斷損耗。開通的時候，二極管的電壓也很低，所以損耗很小。特高壓直流輸電的時候就用了全橋整流（低頻整流），它這個功耗低，但是它有一個副產品就是很大的無功，在特高壓變電站加無功裝置，消除這個諧波的無功場。

 

（2）高頻整流。采用脈寬調制技術的整流方式，優點是PFC整流到1，功率控制穩定，這是兩個非常優秀的特點。這個優秀的特點建立在三相交流電是一個非常優秀的電源。按理說，這么優秀就能給電動汽車充電了，但是有幾個因素限制這么優秀的特性也完成不了給電動汽車充電。因為它有開斷過程，所以有開通和截止損耗比較大。

 

現有的架構是兩級變換，一個是從AC-DC，AC主要是380V的三相交流電，通過Boost（VIENNA）整流到800V，完成PFC=1控制。第二個是DC-DC變換，這個地方要盡量提高它的功率密度，同時起到了隔離的作用（電器跟前一級的隔離），使后一級的電壓對地穩定，并且這一級功率控制也很簡單，這是現在的兩級控制。

 

我的整流回路是新型并聯Buck整流回路，剛才說的是Boost的整流回路，Boost整流回路是升壓整流，我這個Buck整流回路是降壓整流電路。它的單模塊并聯運行，這個模塊功率比較大，開關元器件少、成本低，只有AC-DC變換，它的效率比現在整流效率能減少40%的損失，甚至50%。Buck整流電路是電流源降壓型整流電路，和Boost的整流電路是對應的“對偶”關系。

 

前面是現在架構的方式，專用變壓器380V有一個接地點，AC-DC變換跟DC-DC變換有隔離，我現在是一級變換，中心點不直接接地，電壓也不能用380V，要用在660V甚至更高。我選了兩個電壓等級，一個是660V，一個是1140V，這樣的輸出就可以達到750V直流或者1000V直流的作用。

 

這是Boost整流回路典型拓撲圖，這個開關管并在了整流橋二極管的兩端，它是并聯結構，通過開關管的截止跟導通，使電感儲能跟放能來升高直流輸出電壓。我現在用的Buck整流電路，它的開關管是串在二極管上面，它靠L4來作為儲能元件，通過導通給L4儲能，然后在截止時放能，來控制它的功率輸出。

 

Buck整流電路是電流源降壓型，Boost是電壓源升壓型，兩者在電路與控制上是“對偶”的。但是我們現在普遍用得最多的就是Boost整流電路，很少用Buck整流電路，它有很多不好并聯的地方，等會兒我會跟大家說。

 

剛才說了高頻整流電路可以同時控制PFC，可以同時控制功率，有非常優秀的性能。但是為什么不能用在直流電動車充電上呢？有幾個情況。

 

（1）直流母線電壓對地波動。整流出來的直流母線電壓是高頻波動的，這樣放在電動車上就不行，它對外殼感應電。

 

（2）電壓不合適。輸入三相交流電壓380V時：Boost升壓直流輸出＞537V功率才可控，Buck 降壓直流輸出＜537V功率才可控，＜330V功率因數才能到1。

 

（3）還有產生共模干擾、建立空載電壓難的問題。

 

我簡單說一下電壓波動的問題，這是一個單相的全橋整流電路，下面是接地，上面是火線（如圖）。如果上半周工作的時候，是D1跟D4二極管導通，D4導通就是把負極接到了地；如果是下半周工作的時候，是D2跟D3導通，D2導通的時候，就把正極接了地。所以我們交流50赫茲的時候，這個半周是正接地，那個半周是負接地，這樣帶設備就運行不成了。

 

高頻整流也是一樣，在380V配電變壓器有一個接地點，輸出的直流正負極通過開關管來開通和關斷，母線會出現對地波動，這樣我們的設備就用不成，它的對地波動頻率比較高，會在電動汽車的外殼上感應電。

 

那怎么辦？我們接地點需要重新選擇一下。這是特高壓輸電的拓撲圖（如圖），可控硅整流出來以后怎么辦？我們把接地點選在這里，這樣直流母線的兩極對地電壓就穩定了，不然特高壓輸電就沒法弄，如果我們選擇了變壓器的中性點接地，正負母線對地電壓波動，特高壓輸電就沒有一個參考點了。所以，特高壓輸電把接地點選在這里，而沒有選在變壓器中性點，穩定了母線的對地電壓，有利于特高壓輸電的運行。換流站現在都是用三組變，用18脈波整流，每相相差20度，產生18脈波整流的效果，18脈波整流主要是降低諧波含量（降低無功量）。

 

我把這個接地點也進行了改造，使變壓器繞組中性點不接電，會產生什么結果呢？這個變壓器在空載的時候可能會出現靜電或者感應電壓，我們要采取一些措施。另外，接地點選擇了在輸出點正負母線之間，正負母線對地電壓得到正負絕對值相等，符號相反。這個接地點把對地電壓波動的問題解決了，這樣可以對外帶負荷，母線正負電壓對地穩定了。

 

包括控制地，現在高頻整流、Boost整流，因為控制地都需要建一個虛擬地，我們現在這個地定了以后，在直流部分就不需要再建了，直流部分就用這個地做控制地用了，這樣也簡化了線路的結構。

 

剛才說了要選一個合適的電壓等級，在Boost整流的時候，這個電壓要大于537V，輸出功率才可控。為什么大于537V？這是升壓整流的拓撲圖（如圖），假設6個開關管都不工作，我們二極管就是一個全橋接線，它會輸出一個固定的537V，低于537V，這個電路是不可控的。Buck整流電路是低于330V，它的PF是不可控的，所以要低于這個電壓等級，這個Buck電路才能工作。我選了660V電壓等級，這是我們國家發布的電壓等級，在這個電壓等級下有配電裝置，還有一個是1140電壓等級也是我們國家發布的電壓等級，在礦山、油田經常用這兩個電壓等級。660V適合0-750V的直流輸出，1140V適合0-1000V的輸出。

 

Buck電路節能調制，可以減少損耗，功率密度可以降低。這是Buck并聯的典型接線圖，為什么要并聯？提高頻率，提高功率輸出。

 

傳統的并聯為什么不行？電感的L2，這個電路是不對稱的，不好并聯，我有一個讓它對稱的辦法，不在這里說了，將來有合作機會再說。

 

剛才我說共模干擾，因為選擇接地點以后，這個共模電壓跟電容會產生共模干擾，如果選擇在這個點接地，共模干擾就小，但是我們選擇那端接地就干擾大。

 

另外是安全用電，我三年前去一個公司講，他說你的電安不安全，這個安全用電取決于兩個，一個是對設備安全，一個是對人身安全。對設備安全就是不能過電壓，對人身安全就是這個電不能出絕緣環節，這符合國家電氣安全規則的。

 

另外就是成本控制，660V的電壓等級我們都有現成的配電裝置。我去年委托我國網智研院做了拓撲驗證，基本上都沒什么問題了，馬上進入滿功率驗證，我們所做的電路功率非常大。