薛洛良：《從量變到質(zhì)變，迎接新能源行業(yè)新拐點(diǎn)》

 

本屆大會(huì)以“聚焦高質(zhì)量·引領(lǐng)新發(fā)展”為主題，集“展覽展示+主論壇+11場(chǎng)分論壇+新品發(fā)布+品牌評(píng)選”為一體。大會(huì)共邀請(qǐng)到200+演講嘉賓，匯聚了2000+來(lái)自政府部門(mén)、專家學(xué)者和充換電產(chǎn)業(yè)上下游企業(yè)高層，一同見(jiàn)證充換電產(chǎn)業(yè)的無(wú)限機(jī)遇，共話充換電產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展之路。
 

5月23日，河南新頁(yè)電源有限公司總經(jīng)理 薛洛良以《從量變到質(zhì)變，迎接新能源行業(yè)新拐點(diǎn)》為主題進(jìn)行演講。

 

演講整理

 

 

河南新頁(yè)電源有限公司  薛洛良 總經(jīng)理
 

各位朋友，大家好！

 

非常高興有這個(gè)機(jī)會(huì)跟大家在一起交流，我講的題目是《直流模塊新架構(gòu)》，不光是直流模塊，實(shí)際上是直流系統(tǒng)的新架構(gòu)，包括了配電變壓器和配電裝置。

 

昨天易能時(shí)代講了一級(jí)拓?fù)?，?shí)際上我這個(gè)就是一級(jí)拓?fù)洌?jīng)過(guò)了一級(jí)AC-DC轉(zhuǎn)換，達(dá)到了使用的電壓等級(jí)，單模塊功率可以達(dá)到200kW以上，效率也很高。

 

講直流充電避不開(kāi)整流要求，我下面把整流的簡(jiǎn)單要求給大家回顧一下。

 

（1）PFC。在整流過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量諧波，這個(gè)諧波是無(wú)功的一部分，因?yàn)闊o(wú)功由兩個(gè)因子組成：一個(gè)是電感或者電容使電流滯后或者超前電壓產(chǎn)生了無(wú)功；另外一個(gè)因子是諧波因子，諧波因子會(huì)產(chǎn)生很大的無(wú)功，在直流輸電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生占40%-60%的輸電能量。這個(gè)諧波產(chǎn)生的無(wú)功非常大，整流電路需要加PFS（無(wú)功功率的矯正裝置）。在特高壓輸電時(shí)候加了很多電容電感來(lái)去除這個(gè)諧波（去除無(wú)功），這個(gè)無(wú)功對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行是有害的。按照國(guó)家的要求，有功功率上網(wǎng)占到90%以上，所以我們要對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行控制。

 

（2）紋波。裝置需要平穩(wěn)的直流，所以需要對(duì)紋波進(jìn)行處理。

 

（3）功率控制。充電樁需要多大的功率是要控制它的，不是想充多少是多少。

 

（4）安全。涉及到設(shè)備安全和人員安全，整流裝置不能把設(shè)備損壞了，人接觸的部位不能有觸電的風(fēng)險(xiǎn)。

 

（5）接地點(diǎn)的選擇。整流裝置是交流跟直流在共同的電器回路上，有兩個(gè)接地點(diǎn)的話，就容易形成接地電流的回流，造成設(shè)備損壞和損耗的增加。不接地也不行，這個(gè)裝置會(huì)產(chǎn)生靜電過(guò)電壓或者產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓，也會(huì)損壞設(shè)備，所以接地點(diǎn)的選擇很重要，但是接地點(diǎn)定了以后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)副作用（共模干擾），不管是整流還是逆變都有共模干擾的問(wèn)題，你這個(gè)接地點(diǎn)選在哪兒，造成共模干擾的大小不一樣。

 

第二個(gè)是整流方式。

 

（1）工頻整流，三相全橋整流和單相全橋整流，電路的特點(diǎn)是損耗小，它沒(méi)有開(kāi)通或者關(guān)斷損耗，二極管關(guān)斷是靠換相電壓進(jìn)行的，它處于一個(gè)軟關(guān)斷狀態(tài)，所以它沒(méi)有關(guān)斷損耗。開(kāi)通的時(shí)候，二極管的電壓也很低，所以損耗很小。特高壓直流輸電的時(shí)候就用了全橋整流（低頻整流），它這個(gè)功耗低，但是它有一個(gè)副產(chǎn)品就是很大的無(wú)功，在特高壓變電站加無(wú)功裝置，消除這個(gè)諧波的無(wú)功場(chǎng)。

 

（2）高頻整流。采用脈寬調(diào)制技術(shù)的整流方式，優(yōu)點(diǎn)是PFC整流到1，功率控制穩(wěn)定，這是兩個(gè)非常優(yōu)秀的特點(diǎn)。這個(gè)優(yōu)秀的特點(diǎn)建立在三相交流電是一個(gè)非常優(yōu)秀的電源。按理說(shuō)，這么優(yōu)秀就能給電動(dòng)汽車(chē)充電了，但是有幾個(gè)因素限制這么優(yōu)秀的特性也完成不了給電動(dòng)汽車(chē)充電。因?yàn)樗虚_(kāi)斷過(guò)程，所以有開(kāi)通和截止損耗比較大。

 

現(xiàn)有的架構(gòu)是兩級(jí)變換，一個(gè)是從AC-DC，AC主要是380V的三相交流電，通過(guò)Boost（VIENNA）整流到800V，完成PFC=1控制。第二個(gè)是DC-DC變換，這個(gè)地方要盡量提高它的功率密度，同時(shí)起到了隔離的作用（電器跟前一級(jí)的隔離），使后一級(jí)的電壓對(duì)地穩(wěn)定，并且這一級(jí)功率控制也很簡(jiǎn)單，這是現(xiàn)在的兩級(jí)控制。

 

我的整流回路是新型并聯(lián)Buck整流回路，剛才說(shuō)的是Boost的整流回路，Boost整流回路是升壓整流，我這個(gè)Buck整流回路是降壓整流電路。它的單模塊并聯(lián)運(yùn)行，這個(gè)模塊功率比較大，開(kāi)關(guān)元器件少、成本低，只有AC-DC變換，它的效率比現(xiàn)在整流效率能減少40%的損失，甚至50%。Buck整流電路是電流源降壓型整流電路，和Boost的整流電路是對(duì)應(yīng)的“對(duì)偶”關(guān)系。

 

前面是現(xiàn)在架構(gòu)的方式，專用變壓器380V有一個(gè)接地點(diǎn)，AC-DC變換跟DC-DC變換有隔離，我現(xiàn)在是一級(jí)變換，中心點(diǎn)不直接接地，電壓也不能用380V，要用在660V甚至更高。我選了兩個(gè)電壓等級(jí)，一個(gè)是660V，一個(gè)是1140V，這樣的輸出就可以達(dá)到750V直流或者1000V直流的作用。

 

這是Boost整流回路典型拓?fù)鋱D，這個(gè)開(kāi)關(guān)管并在了整流橋二極管的兩端，它是并聯(lián)結(jié)構(gòu)，通過(guò)開(kāi)關(guān)管的截止跟導(dǎo)通，使電感儲(chǔ)能跟放能來(lái)升高直流輸出電壓。我現(xiàn)在用的Buck整流電路，它的開(kāi)關(guān)管是串在二極管上面，它靠L4來(lái)作為儲(chǔ)能元件，通過(guò)導(dǎo)通給L4儲(chǔ)能，然后在截止時(shí)放能，來(lái)控制它的功率輸出。

 

Buck整流電路是電流源降壓型，Boost是電壓源升壓型，兩者在電路與控制上是“對(duì)偶”的。但是我們現(xiàn)在普遍用得最多的就是Boost整流電路，很少用Buck整流電路，它有很多不好并聯(lián)的地方，等會(huì)兒我會(huì)跟大家說(shuō)。

 

剛才說(shuō)了高頻整流電路可以同時(shí)控制PFC，可以同時(shí)控制功率，有非常優(yōu)秀的性能。但是為什么不能用在直流電動(dòng)車(chē)充電上呢？有幾個(gè)情況。

 

（1）直流母線電壓對(duì)地波動(dòng)。整流出來(lái)的直流母線電壓是高頻波動(dòng)的，這樣放在電動(dòng)車(chē)上就不行，它對(duì)外殼感應(yīng)電。

 

（2）電壓不合適。輸入三相交流電壓380V時(shí)：Boost升壓直流輸出＞537V功率才可控，Buck 降壓直流輸出＜537V功率才可控，＜330V功率因數(shù)才能到1。

 

（3）還有產(chǎn)生共模干擾、建立空載電壓難的問(wèn)題。

 

我簡(jiǎn)單說(shuō)一下電壓波動(dòng)的問(wèn)題，這是一個(gè)單相的全橋整流電路，下面是接地，上面是火線（如圖）。如果上半周工作的時(shí)候，是D1跟D4二極管導(dǎo)通，D4導(dǎo)通就是把負(fù)極接到了地；如果是下半周工作的時(shí)候，是D2跟D3導(dǎo)通，D2導(dǎo)通的時(shí)候，就把正極接了地。所以我們交流50赫茲的時(shí)候，這個(gè)半周是正接地，那個(gè)半周是負(fù)接地，這樣帶設(shè)備就運(yùn)行不成了。

 

高頻整流也是一樣，在380V配電變壓器有一個(gè)接地點(diǎn)，輸出的直流正負(fù)極通過(guò)開(kāi)關(guān)管來(lái)開(kāi)通和關(guān)斷，母線會(huì)出現(xiàn)對(duì)地波動(dòng)，這樣我們的設(shè)備就用不成，它的對(duì)地波動(dòng)頻率比較高，會(huì)在電動(dòng)汽車(chē)的外殼上感應(yīng)電。

 

那怎么辦？我們接地點(diǎn)需要重新選擇一下。這是特高壓輸電的拓?fù)鋱D（如圖），可控硅整流出來(lái)以后怎么辦？我們把接地點(diǎn)選在這里，這樣直流母線的兩極對(duì)地電壓就穩(wěn)定了，不然特高壓輸電就沒(méi)法弄，如果我們選擇了變壓器的中性點(diǎn)接地，正負(fù)母線對(duì)地電壓波動(dòng)，特高壓輸電就沒(méi)有一個(gè)參考點(diǎn)了。所以，特高壓輸電把接地點(diǎn)選在這里，而沒(méi)有選在變壓器中性點(diǎn)，穩(wěn)定了母線的對(duì)地電壓，有利于特高壓輸電的運(yùn)行。換流站現(xiàn)在都是用三組變，用18脈波整流，每相相差20度，產(chǎn)生18脈波整流的效果，18脈波整流主要是降低諧波含量（降低無(wú)功量）。

 

我把這個(gè)接地點(diǎn)也進(jìn)行了改造，使變壓器繞組中性點(diǎn)不接電，會(huì)產(chǎn)生什么結(jié)果呢？這個(gè)變壓器在空載的時(shí)候可能會(huì)出現(xiàn)靜電或者感應(yīng)電壓，我們要采取一些措施。另外，接地點(diǎn)選擇了在輸出點(diǎn)正負(fù)母線之間，正負(fù)母線對(duì)地電壓得到正負(fù)絕對(duì)值相等，符號(hào)相反。這個(gè)接地點(diǎn)把對(duì)地電壓波動(dòng)的問(wèn)題解決了，這樣可以對(duì)外帶負(fù)荷，母線正負(fù)電壓對(duì)地穩(wěn)定了。

 

包括控制地，現(xiàn)在高頻整流、Boost整流，因?yàn)榭刂频囟夹枰ㄒ粋€(gè)虛擬地，我們現(xiàn)在這個(gè)地定了以后，在直流部分就不需要再建了，直流部分就用這個(gè)地做控制地用了，這樣也簡(jiǎn)化了線路的結(jié)構(gòu)。

 

剛才說(shuō)了要選一個(gè)合適的電壓等級(jí)，在Boost整流的時(shí)候，這個(gè)電壓要大于537V，輸出功率才可控。為什么大于537V？這是升壓整流的拓?fù)鋱D（如圖），假設(shè)6個(gè)開(kāi)關(guān)管都不工作，我們二極管就是一個(gè)全橋接線，它會(huì)輸出一個(gè)固定的537V，低于537V，這個(gè)電路是不可控的。Buck整流電路是低于330V，它的PF是不可控的，所以要低于這個(gè)電壓等級(jí)，這個(gè)Buck電路才能工作。我選了660V電壓等級(jí)，這是我們國(guó)家發(fā)布的電壓等級(jí)，在這個(gè)電壓等級(jí)下有配電裝置，還有一個(gè)是1140電壓等級(jí)也是我們國(guó)家發(fā)布的電壓等級(jí)，在礦山、油田經(jīng)常用這兩個(gè)電壓等級(jí)。660V適合0-750V的直流輸出，1140V適合0-1000V的輸出。

 

Buck電路節(jié)能調(diào)制，可以減少損耗，功率密度可以降低。這是Buck并聯(lián)的典型接線圖，為什么要并聯(lián)？提高頻率，提高功率輸出。

 

傳統(tǒng)的并聯(lián)為什么不行？電感的L2，這個(gè)電路是不對(duì)稱的，不好并聯(lián)，我有一個(gè)讓它對(duì)稱的辦法，不在這里說(shuō)了，將來(lái)有合作機(jī)會(huì)再說(shuō)。

 

剛才我說(shuō)共模干擾，因?yàn)檫x擇接地點(diǎn)以后，這個(gè)共模電壓跟電容會(huì)產(chǎn)生共模干擾，如果選擇在這個(gè)點(diǎn)接地，共模干擾就小，但是我們選擇那端接地就干擾大。

 

另外是安全用電，我三年前去一個(gè)公司講，他說(shuō)你的電安不安全，這個(gè)安全用電取決于兩個(gè)，一個(gè)是對(duì)設(shè)備安全，一個(gè)是對(duì)人身安全。對(duì)設(shè)備安全就是不能過(guò)電壓，對(duì)人身安全就是這個(gè)電不能出絕緣環(huán)節(jié)，這符合國(guó)家電氣安全規(guī)則的。

 

另外就是成本控制，660V的電壓等級(jí)我們都有現(xiàn)成的配電裝置。我去年委托我國(guó)網(wǎng)智研院做了拓?fù)潋?yàn)證，基本上都沒(méi)什么問(wèn)題了，馬上進(jìn)入滿功率驗(yàn)證，我們所做的電路功率非常大。