高頻高壓電源簡介

北極星大氣網訊:摘 要：本文介紹了電除塵用高頻高壓電源的一種技術方案，分析了其方案原理和技術特性。實際使用表明，電除塵采用高頻調壓、恒頻逆變的工作方式，具有功率因數(shù)高，電網電流諧波含量小，高壓輸出波動小，電流輸出能力強、輸出電流調節(jié)快速等優(yōu)點。

關鍵詞：濕式電除塵;PWM整流;恒高頻;恒頻逆變;功率因數(shù);電能質量

序言

高頻高壓電源由于其顯著的性能優(yōu)勢在電除塵行業(yè)得到了大量應用，其調節(jié)速度快，滿足了電除塵器大部分的要求，提高了電除塵設備的除塵效率。與可控硅電源有著本質的不同，采用的諧振式電路結構使高頻電源具有良好的恒流源特性，電源可工作在穩(wěn)態(tài)短路情況，非常適合電除塵工況。

隨著高頻電源逐步替代工頻電源，特別是濕式電除塵應用中，除塵本體需要單機容量更大的高頻電源設備，傳統(tǒng)的高頻電源為調頻型工作方式，目前大容量高頻電源往往采用水冷散熱方式，系統(tǒng)復雜、維護困難、成本高的問題非常突出。同時隨著電源設備容量的提高，高頻除塵電源的電網輸入功率因數(shù)、電網電流諧波畸變率等電能質量問題對廠區(qū)電網的影響逐漸受到重視，新建電除塵項目時，電網系統(tǒng)中往往需要額外配置無功補償和電力濾波設備，但由于電除塵應用的特殊性，本體發(fā)生閃絡時電源立即關斷電能輸出，容易引起電網無功功率過補償，損壞補償電容，電力濾波器也易發(fā)生諧振燒毀。

針對調頻式高頻電源在實際應用中存在的問題，市場上出現(xiàn)了調幅型高頻電源，電流輸出能力強，電源工況適應性得到大幅提高，其中基于空間矢量PWM整流技術(SVPWM)的綠色恒高頻電源，通過高頻整流調壓，恒頻逆變的方式運行，具有功率因數(shù)高(>0.99)，電網電流諧波含量小(<5%)，電源轉換效率高(>93%)等特點，在多個濕電除塵項目得到驗證，是工頻電源和調頻型高頻電源的提效與節(jié)能改造理想的更新?lián)Q代產品。

1電除塵高頻電源對比分析

1.1調頻型高頻電源

調頻型電除塵高頻電源方案出現(xiàn)較早，來源于阿爾斯通90年代的技術方案，通過二極管不控整流將電網三相交流電壓轉換為530V直流電壓，其上疊加有300Hz的交流電壓，通過單相橋式逆變電路將直流電壓逆變?yōu)?kHz~20kHz的交流電壓，經高頻變壓器升壓后通過高壓硅堆整流得到疊加有300Hz交流紋波的直流電壓。通過調節(jié)逆變頻率來實現(xiàn)對輸出電流平均值的調節(jié)，大功率高頻電源由于變壓器輸入為高頻大電流，IGBT和高頻變壓器功耗大，往往需要采用并聯(lián)方案，主電路結構如圖1所示。

調頻型高頻電源使用的高頻變壓器一次電壓低，一次電流大，變壓器變比大，造成變壓器的銅耗和鐵耗大，電源轉換效率低。IGBT開關頻率高，為降低IGBT的損耗必須使IGBT工作軟開關狀態(tài)，而軟開關的實現(xiàn)依賴于諧振電容、變壓器漏感、變壓器匝間電容、除塵本體等效電容等參數(shù)，調頻型高頻電源的逆變頻率時刻在變化，易造成IGBT失去軟開關而工作在硬開關狀態(tài)，大幅增加IGBT的功耗而損壞。

1.2調頻型高頻電源

隨著電力電子技術的發(fā)展，出現(xiàn)了空間矢量PWM整流技術，目前廣泛應用于光伏逆變器、高壓變頻器、電動汽車充電樁等領域，相較于傳統(tǒng)技術方案具有不可比擬的技術優(yōu)勢。針對傳統(tǒng)調頻型高頻電除塵高壓電源在實際中存在的問題，市場上出現(xiàn)了基于空間矢量PWM技術的綠色恒高頻電除塵高壓電源產品，相對于傳統(tǒng)高頻電源的性能優(yōu)勢在多個濕電項目中得到了驗證。

綠色恒高頻電源通過三相IGBT整流橋對電網交流電壓進行高頻整流并升壓，IGBT逆變橋對得到的直流電壓進行恒頻逆變，通過PWM整流方式對變壓器一次電壓的幅值進行快速調節(jié)，進而對二次直流輸出直流高壓進行調節(jié)，采用的主電路結構如圖2所示。

通過空間矢量PWM整流方式，將電網交流電壓整流為幅值可調(600～1300V)的直流電壓，高頻電源的逆變頻率恒定不變，通過調節(jié)一次電壓的幅值對高壓輸出電流進行快速調節(jié)，二次電壓輸出無300Hz交流紋波問題，電源輸出的平均電壓更接近擊穿點，除塵效率更高。

采用空間矢量PWM整流方式，電源的電網輸入電流的幅值和相位任意可調，任意輸出功率下均可實現(xiàn)電網輸入功率因數(shù)恒為1。

采用空間矢量PWM整流方式，電網輸入電流無低次諧波，只有高頻開關紋波，通過簡單的LC濾波方式，電網輸入電流總諧波畸變率小。

采用調幅工作方式，對除塵本體集成電容等參數(shù)無要求，變壓器工作中恒高頻狀態(tài)，電源的電流輸出能力強，工況適應性好。

1.3性能對比

綠色恒高頻除塵電源與傳統(tǒng)調頻型高頻電源性能對比如表1所示：

綠色恒高頻電源對輸出瞬時功率的峰值進行控制，控制每次輸出給本體的能量大小，使輸出電壓盡可能接近火花放電點，并根據(jù)本體目前的運行工況實時快速變化，變壓器恒高頻(18kHz)運行，電源的電流輸出能力強，特別是濕式電除塵應用中，由于噴淋系統(tǒng)產生的以及煙氣本身攜帶的水汽，造成火花閃絡點的隨機性，綠色恒高頻電源有很好的適應性，其輸出的瞬時能量調節(jié)波形如圖3所示。瞬時功率峰值控制帶來的另一個優(yōu)勢就是可以實現(xiàn)火花的能級控制，當發(fā)生瞬間閃絡或者微弱火花時，持續(xù)時間極端，此時電源不關機，當發(fā)生大火花時，電源在亞微妙時間內關閉輸出，顯著提供本體的除塵效率。

傳統(tǒng)的調頻型高頻電源通過對輸出功率的平均值進行調節(jié)，即控制單位時間內輸出能量的份數(shù)，調節(jié)速度慢，要保證本體不放電，只能使平均輸出電壓遠離閃絡點，同一本體情況下的電流輸出能力弱，特別是工況惡劣場合，為本體避免放電，開關頻率很低(有時小于6kHz)，常出現(xiàn)空升試驗電流輸出正常而帶載運行時電流很小的情況，傳統(tǒng)的調頻型高頻電源對輸出能量平均值的調節(jié)如圖4所示。電除塵本體可等效為電阻與電容的并聯(lián)，而電容的容抗與頻率呈反比，即頻率越高電容的容抗越小，本體的阻抗就越小，同樣輸出電壓下電場的電暈電流就越大，除塵效率就越高，與傳統(tǒng)調頻高頻電源在惡劣工況下的差異尤為明顯。

綠色恒高頻電源相較于傳統(tǒng)的調頻型高頻電源在除塵效率、轉換效率、電能質量、工況適應性、工程電纜費用、運行電費等方面均有提高。

2濕電應用案例

綠色恒高頻電除塵電源在焦化、鋼鐵等多個行業(yè)得到了實際應用，性能優(yōu)異。臨汾某焦化公司的煤炭焦化產線產生的煙氣經脫硫后原先為直接排放方式，為滿足大氣污染物排放限值，脫硫后煙氣增加濕式電除塵處理，高壓電源選用綠色恒高頻電源，項目目前已經經過環(huán)保局組織的驗收，項目概況如下：

綠色恒高頻電源運行界面如圖5所示，二次電流滿載輸出，對輸出瞬時峰值峰值進行控制，輸出能量盡可能接近放電點并根據(jù)放電點快速變化，電源輸出能力強。二次高壓輸出經過第三方檢測儀表檢驗，真實可靠，電網輸入功率因數(shù)和有功功率在低壓配電室配置多功能功率表實時監(jiān)測，數(shù)據(jù)一致，不存在電源規(guī)格虛標情況。

采用CA8331三相電能質量分析儀對綠色恒高頻電源的電能質量進行測試，電網電流諧波畸變率和功率因數(shù)如圖6所示，指標優(yōu)異，體現(xiàn)綠色電源的特性。特別是對于類似該項目的小型廠礦企業(yè)，由于電網容量小，除塵電源的電能質量對系統(tǒng)的影響較大。

3結束語

綠色恒高頻電除塵電源具有除塵效率高，轉換效率高、電暈電流輸出能力強、電能質量指標最優(yōu)等特點，恒高頻運行方式使電源能夠適應各種復雜工況。采用綠色恒高頻電源，不需用戶增配無功補償與電力濾波設備，工程建設電纜相對同容量的調頻型高頻電源可減小一個規(guī)格，同時節(jié)省用戶的運行電費，是工頻電源和調頻型高頻電源的提效與節(jié)能改造理想的更新?lián)Q代產品。

參考文獻

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