李鈺

摘要：高壓變頻裝置不僅節(jié)能效果明顯，還實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，延長了電機(jī)的壽命，減少了機(jī)械部分的磨損。但在運(yùn)行可靠性上也存在不足，相繼出現(xiàn)了一些問題，影響了機(jī)組的安全運(yùn)行，這就要求變頻器廠家和技術(shù)人員加大攻關(guān)，促進(jìn)設(shè)備升級(jí)換代，來滿足電力企業(yè)安全運(yùn)行和節(jié)能降耗的雙重目標(biāo)，為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)建節(jié)約型社會(huì)做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù);電廠;高壓設(shè)備;應(yīng)用

1目前高壓變頻技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1高耐壓開關(guān)器件在高壓變頻技術(shù)中的應(yīng)用分析

傳統(tǒng)的變頻調(diào)速器的開關(guān)器件種類主要包括GTO、GTR以及IGBT等，因制作工藝及制作材料限制，使其耐壓直接應(yīng)用在6kV等高壓變頻器上很難實(shí)現(xiàn)，近年來，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的不斷發(fā)展，Cegelec、ABB、GE以及西門子等公司都在傳統(tǒng)的交流變頻器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上自行深入研制了專門的高耐壓開關(guān)器件。其中以西門子公司的SIMOVERTMV系列最具代表性。

1.1.1逆變部分采用的是三電平PWM模式

三電平PWM模式最大的特點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生較大的諧波分量，受較大的諧波分量影響，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)只能在機(jī)械特定的定額運(yùn)行點(diǎn)才能達(dá)到最佳工況，且電動(dòng)機(jī)的工作效率以及功率因數(shù)也會(huì)隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的降低而相應(yīng)降低，影響電動(dòng)機(jī)的工作穩(wěn)定性。因此，若想SIMOVERTMV系列高壓變頻器可作為通用的電動(dòng)機(jī)變頻器，必須在其輸出側(cè)配置相應(yīng)的輸出濾波器，或者配置西門子自行研制的專用電動(dòng)機(jī)，增加其穩(wěn)定性。

1.1.2整流部分采用的整流器是12或24脈沖二極管

變頻調(diào)速器的整流部分呈現(xiàn)的是非線性結(jié)構(gòu)，極易產(chǎn)生高次諧波進(jìn)而會(huì)使電網(wǎng)的電流波形及其電壓發(fā)生畸變，造成電網(wǎng)諧波污染。

SIMOVERTMV系列高壓變頻器采用12或24脈沖二極管，可通過串聯(lián)疊合兩個(gè)整流橋即可整流輸出12波頭或24波頭的波形，而且相較6個(gè)波頭串聯(lián)更加平滑，也可降低1/2的每橋整流二極管的耐壓水平，也減少了高次諧波的含量。

1.1.3可提供AFE（有源前端）

在SIMOVERTMV系列高壓變頻器中可利用三電平技術(shù)配置AFE整流器。AFE整流器通過能量反饋機(jī)制以及雙向電動(dòng)從而為直流環(huán)節(jié)提供富余能量開設(shè)電網(wǎng)回饋通路，可以為SIMOVERTMV系列高壓變頻器在交流傳動(dòng)中開創(chuàng)更大的空間。

1.2多重化技術(shù)在高壓變頻技術(shù)中的應(yīng)用

多重化技術(shù)主要是指每相電壓都是由幾個(gè)低壓PWM功率單元相互串聯(lián)而成，而每一個(gè)PWM功率單元的供電會(huì)通過一個(gè)多繞組隔離變壓器完成，并且通過光纖以及高速微處理機(jī)進(jìn)行控制和通信。多重化技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于可實(shí)現(xiàn)無諧波變頻處理。

1.2.1高壓（6kV）大容量變頻器拓?fù)鋱D

6KV的高壓大容量變頻器的主要結(jié)構(gòu)是由多個(gè)低壓PWM功率單元組成，通過多個(gè)低壓功率單元的相互疊加從而輸出大功率高壓功率。

1.2.2低壓PWM功率單元的結(jié)構(gòu)原理

低壓PWM功率單元主要是一種基本結(jié)構(gòu)為IGBT模式組成，電壓由三相輸入，而輸出為單相形式的脈寬調(diào)制型變頻器。電壓的輸出范圍可在0～690V內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，電壓的輸出頻率范圍可在0～120Hz變動(dòng)，電壓輸出為1、0、-1三電平形式，每相5個(gè)低壓PWM功率單元相互疊加即可產(chǎn)生不同等級(jí)電壓，可極大的減少脈沖形成的諧波。

2高壓變頻器的種類

高壓變頻器的種類繁多，其分類方法也多種多樣。按中間環(huán)節(jié)有無直流部分，可分為交交變頻器和交直交變頻器;按直流部分的性質(zhì)，可分為電流型和電壓型變頻器;按有無中間低壓回路，可分為高高變頻器和高低高變頻器;按輸出電平數(shù)，可分為兩電平、三電平、五電平及多電平變頻器;按電壓等級(jí)和用途，可分為通用變頻器和高壓變頻器;按嵌位方式，可分為二極管嵌位型和電容嵌位型變頻器等等。下面以兩種具有代表性的變頻器探討其優(yōu)缺點(diǎn)

2.1高一低一高式高壓變頻調(diào)速體系

這種方案的結(jié)構(gòu)是由于受功率元件耐壓級(jí)數(shù)的限定而推出的。早期電流型變頻器構(gòu)成的高一低一高式高壓變頻調(diào)速體系在使用中產(chǎn)生了一些不安全因素，存在安全隱患。為管理這一問題，根據(jù)國家經(jīng)貿(mào)委下達(dá)的高壓變頻調(diào)速技能創(chuàng)新項(xiàng)目，開發(fā)成了使用電壓型變頻器構(gòu)成的高一低一高式高壓變頻調(diào)速體系。它具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）不受電機(jī)電壓的限定，使用靈活。（2）具有較高的可靠性。（3）投資較少，成本低。（4）原有的老電機(jī)不需調(diào)換，避免不必要的浪費(fèi)。經(jīng)過一段時(shí)間的檢驗(yàn)，本體系至今運(yùn)行非?？煽?，且操作方便、性能精良、節(jié)能效果顯著，這也是國內(nèi)第一臺(tái)接納電壓型變頻器構(gòu)成的高一低一高式高壓變頻的調(diào)速體系，它曾被國家經(jīng)貿(mào)委譽(yù)為是經(jīng)濟(jì)實(shí)用、運(yùn)行可靠的高壓變頻調(diào)速體系。

2.2高一高式高壓變頻器

高高變頻器無需升降壓變壓器，功率器件在電網(wǎng)與負(fù)載設(shè)備之間直接構(gòu)建變換器。由于功率器件耐壓問題難于解決，目前國際通用做法是采用器件串聯(lián)的辦法來提高電壓等級(jí)，其缺點(diǎn)是需要解決器件均壓和緩沖難題，技術(shù)復(fù)雜，難度大。但這種變頻器由于沒有升降壓變壓器，故其效率較高低高方式的高，而且結(jié)構(gòu)比較緊湊。

3高壓變頻器使用于電廠的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用

就目前我國發(fā)電廠的高壓水泵、高壓電機(jī)而言，主要存在以下幾方面的問題。第一，運(yùn)行方式落后，由于大多數(shù)老舊機(jī)組的高壓電機(jī)、高壓水泵仍使用定速驅(qū)動(dòng)、閥門式擋板調(diào)節(jié)方式，在高負(fù)荷狀態(tài)下，因于調(diào)節(jié)方式的不靈活性，雖然設(shè)備在額定的功率下運(yùn)行，但實(shí)際運(yùn)行效率低下，能源損耗較大。第二，實(shí)際運(yùn)行效率不高，設(shè)備運(yùn)行工況下，高壓水泵和高壓電機(jī)的運(yùn)行普遍偏離高效點(diǎn)，偏離最優(yōu)的運(yùn)行工況區(qū)域。高壓變頻器的使用，完美解決了這些問題。它是一種新型電力傳動(dòng)調(diào)速技術(shù)，其技術(shù)和性能勝過其他任何一種調(diào)速方式，如傳統(tǒng)的降壓調(diào)速、變極調(diào)速、滑差調(diào)速等等。它以其顯著的節(jié)能效益、高清準(zhǔn)的調(diào)速精度、寬泛的調(diào)速范圍、完善的繼電保護(hù)特性以及易于實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)通訊功能，得到了廣大用戶和市場的認(rèn)可。且在運(yùn)行的安全可靠、安裝使用、運(yùn)維方面也有無可比擬的優(yōu)勢(shì)，故已經(jīng)成為企業(yè)采用高壓電機(jī)節(jié)能方式的首選。

綜上所述，高壓變頻器完全可以被廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠的高壓流化風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)及各類水泵電機(jī)等高壓電機(jī)。特別對(duì)于啟停頻繁、工況變化多樣、轉(zhuǎn)速變化需求大的高壓電機(jī)有極大優(yōu)勢(shì)，且高壓變頻器有利于促進(jìn)發(fā)電廠自動(dòng)化控制程度，提高設(shè)備繼電保護(hù)特性，有效減小設(shè)備機(jī)械損傷。高壓變頻器與常規(guī)工頻運(yùn)行相配合，亦能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行方式互備及高效轉(zhuǎn)換，降低發(fā)電廠廠用電率、達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

結(jié)束語：

變頻調(diào)速技術(shù)及裝置在我國有著突飛猛進(jìn)的發(fā)展，由于變頻調(diào)速在頻帶領(lǐng)域、動(dòng)態(tài)相應(yīng)、低頻轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償、功率因數(shù)、效率等方面是過去的交換調(diào)速方法無法比擬的，因此在眾多行業(yè)有了廣泛的應(yīng)用，并且在節(jié)能降耗、改善工況、提高生產(chǎn)效率等方面發(fā)揮了巨大作用，取得了巨大經(jīng)濟(jì)效益。

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