变频技术在电厂高压设备中的应用

李钰

摘要：高压变频装置不仅节能效果明显，还实现了电机的软启动，延长了电机的寿命，减少了机械部分的磨损。但在运行可靠性上也存在不足，相继出现了一些问题，影响了机组的安全运行，这就要求变频器厂家和技术人员加大攻关，促进设备升级换代，来满足电力企业安全运行和节能降耗的双重目标，为企业可持续发展和创建节约型社会做出贡献。

关键词：变频技术;电厂;高压设备;应用

1目前高压变频技术的发展现状

1.1高耐压开关器件在高压变频技术中的应用分析

传统的变频调速器的开关器件种类主要包括GTO、GTR以及IGBT等，因制作工艺及制作材料限制，使其耐压直接应用在6kV等高压变频器上很难实现，近年来，随着变频调速技术的不断发展，Cegelec、ABB、GE以及西门子等公司都在传统的交流变频器的结构设计基础上自行深入研制了专门的高耐压开关器件。其中以西门子公司的SIMOVERTMV系列最具代表性。

1.1.1逆变部分采用的是三电平PWM模式

三电平PWM模式最大的特点是会产生较大的谐波分量，受较大的谐波分量影响，导致电动机只能在机械特定的定额运行点才能达到最佳工况，且电动机的工作效率以及功率因数也会随着电动机转速的降低而相应降低，影响电动机的工作稳定性。因此，若想SIMOVERTMV系列高压变频器可作为通用的电动机变频器，必须在其输出侧配置相应的输出滤波器，或者配置西门子自行研制的专用电动机，增加其稳定性。

1.1.2整流部分采用的整流器是12或24脉冲二极管

变频调速器的整流部分呈现的是非线性结构，极易产生高次谐波进而会使电网的电流波形及其电压发生畸变，造成电网谐波污染。

SIMOVERTMV系列高压变频器采用12或24脉冲二极管，可通过串联叠合两个整流桥即可整流输出12波头或24波头的波形，而且相较6个波头串联更加平滑，也可降低1/2的每桥整流二极管的耐压水平，也减少了高次谐波的含量。

1.1.3可提供AFE（有源前端）

在SIMOVERTMV系列高压变频器中可利用三电平技术配置AFE整流器。AFE整流器通过能量反馈机制以及双向电动从而为直流环节提供富余能量开设电网回馈通路，可以为SIMOVERTMV系列高压变频器在交流传动中开创更大的空间。

1.2多重化技术在高压变频技术中的应用

多重化技术主要是指每相电压都是由几个低压PWM功率单元相互串联而成，而每一个PWM功率单元的供电会通过一个多绕组隔离变压器完成，并且通过光纤以及高速微处理机进行控制和通信。多重化技术最大的优势在于可实现无谐波变频处理。

1.2.1高压（6kV）大容量变频器拓扑图

6KV的高压大容量变频器的主要结构是由多个低压PWM功率单元组成，通过多个低压功率单元的相互叠加从而输出大功率高压功率。

1.2.2低压PWM功率单元的结构原理

低压PWM功率单元主要是一种基本结构为IGBT模式组成，电压由三相输入，而输出为单相形式的脉宽调制型变频器。电压的输出范围可在0～690V内进行调整，电压的输出频率范围可在0～120Hz变动，电压输出为1、0、-1三电平形式，每相5个低压PWM功率单元相互叠加即可产生不同等级电压，可极大的减少脉冲形成的谐波。

2高压变频器的种类

高压变频器的种类繁多，其分类方法也多种多样。按中间环节有无直流部分，可分为交交变频器和交直交变频器;按直流部分的性质，可分为电流型和电压型变频器;按有无中间低压回路，可分为高高变频器和高低高变频器;按输出电平数，可分为两电平、三电平、五电平及多电平变频器;按电压等级和用途，可分为通用变频器和高压变频器;按嵌位方式，可分为二极管嵌位型和电容嵌位型变频器等等。下面以两种具有代表性的变频器探讨其优缺点

2.1高一低一高式高压变频调速体系

这种方案的结构是由于受功率元件耐压级数的限定而推出的。早期电流型变频器构成的高一低一高式高压变频调速体系在使用中产生了一些不安全因素，存在安全隐患。为管理这一问题，根据国家经贸委下达的高压变频调速技能创新项目，开发成了使用电压型变频器构成的高一低一高式高压变频调速体系。它具有如下优点：（1）不受电机电压的限定，使用灵活。（2）具有较高的可靠性。（3）投资较少，成本低。（4）原有的老电机不需调换，避免不必要的浪费。经过一段时间的检验，本体系至今运行非常可靠，且操作方便、性能精良、节能效果显著，这也是国内第一台接纳电压型变频器构成的高一低一高式高压变频的调速体系，它曾被国家经贸委誉为是经济实用、运行可靠的高压变频调速体系。

2.2高一高式高压变频器

高高变频器无需升降压变压器，功率器件在电网与负载设备之间直接构建变换器。由于功率器件耐压问题难于解决，目前国际通用做法是采用器件串联的办法来提高电压等级，其缺点是需要解决器件均压和缓冲难题，技术复杂，难度大。但这种变频器由于没有升降压变压器，故其效率较高低高方式的高，而且结构比较紧凑。

3高压变频器使用于电厂的优势和应用

就目前我国发电厂的高压水泵、高压电机而言，主要存在以下几方面的问题。第一，运行方式落后，由于大多数老旧机组的高压电机、高压水泵仍使用定速驱动、阀门式挡板调节方式，在高负荷状态下，因于调节方式的不灵活性，虽然设备在额定的功率下运行，但实际运行效率低下，能源损耗较大。第二，实际运行效率不高，设备运行工况下，高压水泵和高压电机的运行普遍偏离高效点，偏离最优的运行工况区域。高压变频器的使用，完美解决了这些问题。它是一种新型电力传动调速技术，其技术和性能胜过其他任何一种调速方式，如传统的降压调速、变极调速、滑差调速等等。它以其显著的节能效益、高清准的调速精度、宽泛的调速范围、完善的继电保护特性以及易于实现的自动通讯功能，得到了广大用户和市场的认可。且在运行的安全可靠、安装使用、运维方面也有无可比拟的优势，故已经成为企业采用高压电机节能方式的首选。

综上所述，高压变频器完全可以被广泛应用于发电厂的高压流化风机、一次风机、二次风机及各类水泵电机等高压电机。特别对于启停频繁、工况变化多样、转速变化需求大的高压电机有极大优势，且高压变频器有利于促进发电厂自动化控制程度，提高设备继电保护特性，有效减小设备机械损伤。高压变频器与常规工频运行相配合，亦能实现设备的运行方式互备及高效转换，降低发电厂厂用电率、达到可持续发展的目标。

结束语：

变频调速技术及装置在我國有着突飞猛进的发展，由于变频调速在频带领域、动态相应、低频转矩、转差补偿、功率因数、效率等方面是过去的交换调速方法无法比拟的，因此在众多行业有了广泛的应用，并且在节能降耗、改善工况、提高生产效率等方面发挥了巨大作用，取得了巨大经济效益。

参考文献：

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[2]朱洪飞.高压变频技术在火电厂实践浅思[J].科技展望，2015，09：85.