摘要：本文介绍了一种单机大功率变频电源的实际应用思路、设计过程、工作原理、一直到最后成套交付与安装的全过程。并且给出了各种负载下的实验过程。

        一、概述
　　
　　多功能变频电源是一种新式岸电电源模式:包括变频电源、负荷站、能量回馈三项一体的岸电电源。
　　
　　该设备的电压与容量为:
　　
　　输入电压:AC10kV
　　
　　频率:50/60Hz
　　
　　输出电压:AC10kV/6.6kV/0.69kV
　　
　　频率:50/60Hz
　　
　　单套额定功率:4MVA,总共2套,总功率为8MVA,每套4MVA电源放置在独立集装箱内,可移动,两台4MkVA电源可并联组成8MVA电源;
　　
　　1.1该设备的主要功能为
　　
　　(1)作为变频电源使用
　　
　　把4MVA变频电源设备做成标准集装箱形式,根据需要可以组合成8MVA变频电源设备,也可以根据需要设定4MVA电源中的部分逆变器工作,适应更小功率的设备。作为变频电源使用时,可以单独使用或者并联组合使用,并具有扩展功能;
　　
　　(2)作为负荷站使用
　　
　　4MVA电源设备工作于负荷站模式时，可与干电阻式负荷站并联使用;具有发电机静态、波动、突加、突卸、谐波分析测试,提供多种数据图表直观显示以及自动分析，并且提供分析结果(有中英文转换功能)，从而大大提高工作效率。控制方式:操作者可以通过手动旋钮或者本地电脑控制和笔记本电脑远程控制，调整负载投入容量和数据采集。
　　
　　(3)作为能量回馈装置使用
　　
　　安装好的发电机都要做负荷试验,向船东、船检交验,以往发电机负荷试验时是在电阻消耗能量过程中,测试出发电机的各种性能及参数,白白浪费掉大量的能量,而现在能量回馈技术已经试验成功,把发电机负荷试验时发出的电,用工厂负载代替电阻消耗能量,推广到豪华邮轮港口岸电节能技术上,同时加上测试模块,把发电机负荷试验时所
　　
　　需要的参数测出,既可达到负荷试验测试的目的,又可以将发电机发出来的电用于工厂用电,从而节省大量的外网电力。
　　
　　1.2多功能变频电源主要优势
　　
　　既然变频电源、负荷站、能量回馈这三样设备是必须的,那么利用这个时机,改变传统的模式,把三种设备合为一体,做成几组分体式《多功能变频电源》的模块,根据工作需要可以随时拆分、可以随时组合的方式,满足邮轮泊位船舶岸电供电和实验需要。
　　
　　通过前期使用,多功能变频电源用于邮轮修造是可行的。
　　
　　二、系统方案说明
　　
　　2.1变频电源设备原理框图与系统组成
　　
　　大功率电源系统采用高-低-高方式设计,10kVAC/50Hz电源直接进入中压变频电源的整流移相变压器,经过功率模块变换后再经过输出变压器转成AC0.69/6.6/10kV电源连接到泊位前沿供船只使用,满足船只及数据中心的电源要求。
　　
　　8MVA电源系统主要包括以下设备:8MVA岸电电源由2套4MVA电源组成,8MVA干电阻式电源,统一集成管理8MVA岸电电源和8MVA干电阻式负荷站,4MVA功率柜模块化功率单元柜,每个800kVA,共5组以及负荷站管理软件,如图1所示。
　　
　　4MVA电源整体放在45尺集装箱内,平面布局见图2所示。
　　
　　4MVA电源原理一次系统图如图3所示。
　　
　　2.2多功能变频电源设备功能和技术参数
　　
　　高压动力回路:交流10kV±10%、50Hz±2%、三相三线。
　　
　　低压辅助动力回路:交流400V±10%、50Hz、三相四线。
　　
　　照明回路:AC、220V、50Hz、单相三线。
　　
　　(1)变频电源所具有的功能
　　
　　输出电源:0.69/6.6/10kV,50/60Hz可调,三相交流正弦波电源。
　　
　　输入/输出电压波形总谐波失真度:THDu<3%。
　　
　　输出频率:50Hz-60Hz可调,0～100%负载变化时,输出频率稳态精度偏差小于0.1%;
　　
　　变频电源系统整体效率≥95%(100%负荷);
　　
　　运行温度0～55℃(40℃以上降容使用)
　　
　　相对湿度:≤95%,[(40±2)℃,无凝露]
　　
　　冷却方式:空水冷却。
　　
　　其工作原理框图如图4所示:
　　
　　(2)变频电源所具备的负荷站功能
　　
　　在本地发电机负荷试验时,能够替代或部分替代干电阻性能使用。其原理如图5所示,在船舶本地发电机负荷试验时,能够替代干电阻性能使用。
　　
　　首先根据船舶发电机试验大纲要求,满足对船舶发电机进行单机25、50%、75%、100%、110%升负荷及110、100%、75%、50%、25%降负荷的逐步增加或者逐步减少的功能需求。根据船舶发电机试验大纲要求,满足对船舶发电机进行并机25、50%、75%、100%、110%升负荷及110、100%、75%、50%、25%降负荷的逐步增加或者逐步减少的功能需求
　　
　　具有0.69kV/6.6kV/10kV多档输人电压，输出10kV/50Hz，可以与市电网有效自动对接（电压、相序、频率都有效对接)。该设备从电网摄取的负荷具有可以逐步增加或者逐步减少的功能，增加或者减少的负荷值要按照负荷试验要求值进行。
　　
　　控制方式:操作者可以通过手动旋钮或者本地电脑控制和笔记本电脑远程控制,调整负载投入容量和数据采集;
　　
　　该具有发电机静态、波动、突加、突卸,提供多种数据图表直观显示以及自动分析,并且提供分析结果,从而大大提高工作效率;
　　
　　系统能够自动完成加载测试,并能把发电机组的电压、电流、功率、频率在加载中出现的变化、恢复时间和曲线以表格和图形的方式存储和显示,并支持打印;可以查询历史数据系统能满足国标、船标、电信标准的测试。测试精度能达到标准要求;从电网摄取的负荷要调节到具有突加、突卸的功能
　　
　　在做大功率发电机单机特性试验突加突卸时,为了防止对电网的冲击,该套系统采取切换到干电阻模式运行;
　　
　　在做小功率发电机单机特性试验突加突卸时,没有形成对电网的冲击,该套系统可以不用切换到干电阻模式运行;
　　
　　在使用负荷站功能时要具备试验数据自动形成,且按照船舶发电机负荷试验要求表格形式形成,还可以保存和打印下来。
　　
　　作者简介
　　
　　郜克存,博士学历,清华大学博士后,高级工程师,2005年3月参加工作,现为青岛创统科技发展有限公司总裁,主要从事兆瓦级电力电子设备研发工作。
　　
　　隋学礼,应用研究员,青岛创统科技集团公司董事长,电力电子专家对供配电系统具有深厚的研究。
　　
　　编辑：Harris