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摘要：针对3MVA以上大功率岸电，采用低压拓扑需要较多的变流器并联，电缆数量多、直径大，造成连接复杂、困难，设计了一种H桥级联式的多电平高压岸电电源，用相对独立的低压变换单元，通过串联的办法来解决高压问题，因而有很高的推广价值。
关键词：大功率岸电；H桥级联；高压
1．级联型多电平高压岸电的原理
级联型多电平高压岸电采用10kV/50Hz输入，6.6kV/60Hz输出，一般采用直接将高压进行变频变压的方式。整体框图如图1所示，主要包括输入开关，高压逆变器，输出电抗器，输出计量装置，输出开关以及高压大电流电源连接器等[1]。10kV/50Hz三相高压交流电，经由高压开关输入到岸电电源后，通过整流逆变，输出三相准正弦波。再经过输出滤波电抗器将波形进一步校正，从而得到理想的三相6.6kV/60Hz正弦电压，经高压大电流电源连接器给船舶供电。针对船舶的低压岸电需求，可配置6.6kV/440V降压装置。这种高压岸电技术具有很多优点：高压逆变技术交流输入侧采用移相变压器进行整流，功率因数接近为1，对电网污染很小；逆变输出直接为准正弦波，采用电抗器稍微滤波，即可得到近乎完美的正弦波输出；输入输出额定电流小，便于连接使用。
2．功率单元电路
功率模块组由24个模块串联而成，24个模块分3组、每组8个，对应三相电源输出。
每个单元模块由三相整流单元、功率滤波单元、全桥逆变单元、逆变驱动单元、PWM输出与逻辑判断保护单元以及旁路单元组成。其中，三相整流单元输入为高压移相变压器的三相二次绕组，同时直流母线外接电源柜正负极；功率滤波单元作用是进行工频整流滤波、平滑直流；由4个IGBT组成的逆变桥把整流后的直流电压变换为交流PWM信号，功率模块的每个开关管由电气隔离的逆变驱动单元控制；PWM输出与逻辑判断保护单元实现接收主控单元下发的PWM指令信号并分解为当前模块PWM信号输出，另外对整个不间断电源模块的逻辑保护点进行检测与保护控制；旁路单元为旁路切换开关，其允许当前功率在发生故障时切除当前串联回路，使整个高压不间断电源短时降额使用，为负荷排除供电危险提供时间。不间断电源模块自主控制波形输出，但各单元之间同步由中央控制单元统一协调，同时不间断电源运行过程中相关状态通过光纤以曼码通信方式主动上报中央控制单元。
旁路侧由可控硅组成，当任意功率模组出现故障时，故障信号通过光纤信号传输给DSP控制器，DSP控制器收到故障报警后，分析故障类型，检测输出电压，当本模组过零关断时，可控硅开通，封锁IGBT开通信号，从而将出现故障的IGBT功率模组屏蔽。DSP控制器改变SVPWM计算方法，输出适当的PWM信号重新合成输出电压波形，仍然输出失真度较小的正弦电压波形，同时由人机交互界面发出声光电报警信号，避免输出波动，保证系统正常运行。每个IGBT功率模组硬件电路一致，互换性好。
图3单元电路主电路图
3．H桥级联式高压岸电电源技术优点
（1）输入端采用隔离移相变压器进行48脉冲整流，输入功率因数>0.99，满足国标GB/T14549-2002及IEEE519-1992对网测电压、电流波形畸变的严格要求，无需SVG功率因数补偿设备；
（2）逆变控制采用了载波移相、中性点漂移、空间矢量等一系列数字化控制技术，使得系统运行稳定可靠；
（3）逆变单元模块化冗余设计，任意IGBT功率模组出现故障，IGBT停止工作，旁路SCR自动打开，岸电电源连续运行不停机；
（4）逆变单元控制电源采用独立于高压之外的低压不间断供电技术，增强了系统的可靠性；
（5）高压主回路与控制器光纤通信，抗干扰能力强，安全可靠。
4．高压岸电电源输出实验与分析
高压岸电电源系统采用SVPWM载波移相变频技术，IGBT功率模组输出的波形组合叠加，再经输出电抗器滤波，输出波形失真度<3%。24个IGBT功率模组叠加滤波后的输出经变压器隔离后波形如图4所示，输出电压6600V，波形失真度（THD）约为3%。
图4高压岸电输出的相电压阶梯波形图
参考文献：
[1]王兆安，张明勋.电力电子设备设计和应用手册[M].北京：机械工业出版社，2002：151-157
[2]BendreA，VenkataramananG，SrinivasanV.Modelinganddesignofaneutralpointvoltageregulatorforathreeleveldiodeclampedinverterusingmultiplecarriermodulation.EPE，2003：565-569
[3]宋强.大容量多电平逆变器的控制方法及其系统设计.北京：清华大学出版社，2003：55-58