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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(wǎng)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(wǎng)輸入功率因數(shù)、電網(wǎng)電流諧波畸變率等電能質量問題對廠區(qū)電網(wǎng)的影響逐漸受到重視，新建電除塵項目時，電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(jīng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)輸入功率因數(shù)恒為1。

采用空間矢量PWM整流方式，電網(wǎng)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(wǎng)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(jīng)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(jīng)經(jīng)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(jīng)過第三方檢測儀表檢驗，真實可靠，電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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。