Как известно, высоковольтные преобразователи частоты (ВПЧ) сегодня имеют широкое применение в различных областях промышленности, где требуется высокая мощность электропривода [1–4]. Кроме того, решения, применяемые в ВПЧ, находят применение в электроэнергетике в части вставок постоянного тока и распределительных устройств высокого напряжения (РУВН) и отдельных ячеек цифровых подстанций (рис. 1) [5–8].
Целью проведения экспериментальных исследований является проверка соответствия технических характеристик ВПЧ на примере ПЧ 10 кВ/8 МВт. Функциональная схема изделия приведена на рис. 2.
Преобразователь предназначен для частотного пуска и регулирования скорости вращения высоковольтного синхронного электродвигателя (СД), обеспечивающий работу технологических устройств различного назначения [9–12]. Трёхфазный многоуровневый преобразователь состоит из 8 силовых ячеек на фазу, соединённых последовательно (рис. 2).
Система управления ВПЧ организована следующим образом: главный контроллер (ГК) рассчитывает алгоритм векторного управления и выполняет алгоритм ШИМ для многоуровневого инвертора, формируя требуемые задания: уставки сравнения (скважности) для каждого силового модуля. Через интерфейс связи эти задания доставляются на каждый силовой модуль с частотой, равной частоте ШИМ. В обратной связи от контроллеров ячеек главный контроллер должен получает текущее напряжение на звене постоянного тока, так как это значение пульсирует в процессе работы, а учет напряжения нужен для расчета уравнений модуля ШИМ в ГК. Также ячейки отправляют на главный контроллер свой статус (работа, авария, отключен и т. п.) [13–16].
Инвертор имеет 8 силовых ячеек в фазе, каждая из которых может коммутироваться с частотой 500–2000 Гц. Таким образом, минимальная эквивалентная частота ШИМ составляет 8500 = 4 кГц. На данной частоте ГК должен доставить каждой силовой ячейке новую уставку. За время периода ШИМ реализовано два цикла отправки и приёма данных от ГК к силовым низковольтным ячейкам (СЯ) и обратно, чтобы повысить устойчивость к сбоям [17–20]. Таким образом, при эквивалентной частоте ШИМ инвертора равной 4 кГц частота полного цикла передачи пакетов от ГК к СЯ составляет 8 кГц. Таймеры ШИМ активного выпрямителя напряжения (АВН) и инвертора каждой СЯ должны быть синхронизированы между собой, коррекция таймера ШИМ ячейки производиться через посылку от ГК. Подстройка частоты ШИМ АВН может производиться на частоте 8 кГц. Для управления АВН была выбрана частота ШИМ 8 кГц, при которой в модели были настроены регуляторы АВН и получены результаты, удовлетворяющие требования к ВПЧ.