一.市場意義，我國電力工業(yè)2004年底發(fā)電總裝機容量達到4.4億kW，年發(fā)電量達到了218700億kWh。平均每年15%的增長速度，滿足不了社會日益增長的電力需求。連續(xù)四年的“電荒”，已讓國民經(jīng)濟遭受了一萬億元的巨大損失。一方面電力供給不足，另一方面我國低效率、高電耗的工業(yè)裝備和民用設(shè)施還在迅速增長，單位GDP產(chǎn)能消耗的電能為發(fā)達國家的3-5倍。同國際先進水平的差距仍在繼續(xù)拉大。
目前，全世界正在為能源緊缺而困擾，我國的能源形勢尤其嚴峻。在這樣的背景下，國家頒布了《節(jié)能法》，并號召各級政府、廠礦企業(yè)為建設(shè)資源節(jié)約型社會而努力。推動社會各方面的節(jié)能改造，是當前重要工作之一。
     節(jié)能改造有各種不同的方面，如加強廢物利用、利用可再生能源、禁用耗能設(shè)備等，但是，通過對拖動風機、水泵、空氣壓縮機的高電壓大功率電動機變頻調(diào)速方式來實現(xiàn)節(jié)能，無疑是潛力比較大的節(jié)能方式。風機和水泵在國民經(jīng)濟各部門的數(shù)量眾多，分布面極廣，耗電量巨大。據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計，全國風機、水泵電動機裝機總?cè)萘考s35000MW，耗電量約占全國電力消耗總量的40%左右。目前，風機和水泵大多數(shù)還采用定速運行的方式，利用閥門或擋板的節(jié)流進行調(diào)節(jié)，如果采用調(diào)速節(jié)能，據(jù)估計可達300～500億kWh/年，相當于6～10個裝機容量為1000MW級的大型火力發(fā)電廠的年發(fā)電總量。
風機、水泵類負載80%的耗電集中在高壓大功率電動機上，功率大多集中在300-5000KW之間，分布在各大電廠、自來水廠、鋼廠、石油化工企業(yè)，進行節(jié)能改造易于操作；經(jīng)過前期的論證和選擇，改造后節(jié)能一般在20%-40%之間。
    3250kW/6kV是迄今為止我公司生產(chǎn)的比較大功率的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，也是目前國產(chǎn)高壓交-直-交電壓源型變頻調(diào)速系統(tǒng)達到的比較大功率，其額定輸出電流達到400A。3250kW/6kV高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的開發(fā)成功，進一步滿足了市場對大容量高品質(zhì)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的需求，標志著我公司高壓大功率變頻器技術(shù)又邁上了一個新的臺階。
下面就其系統(tǒng)原理、功能特點、應(yīng)用范圍、優(yōu)化設(shè)計、技術(shù)參數(shù)等方面進行詳細闡述。
二.系統(tǒng)原理
HARSVERT-A系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用直接“高-高”變換形式，為單元串聯(lián)多電平拓撲結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)由多組功率模塊串聯(lián)而成，從而由各組低壓疊加而產(chǎn)生需要的高壓輸出，它對電網(wǎng)諧波污染小，輸入電流諧波畸變小于4%，電網(wǎng)輸入電壓諧波畸變小于2%，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標準，輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補償裝置；輸出波形質(zhì)量好，輸出電流諧波畸變小于2%，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機。3250kW/6KV高壓變頻系統(tǒng)共有15個功率單元，每5個功率單元串連構(gòu)成一相，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖，其中(1)為高壓開關(guān)；(2)為干式移相隔離變壓器；(3)為電動機；(4)為功率單元；(5)為主控箱；(6)人機接口；(7)為可編程控制器；(8)為電流霍爾；(9)為電壓檢測。

功率單元
每個功率單元分別由輸入變壓器的一組副邊供電，功率單元之間及變壓器二次繞組之間相互絕緣，二次繞組采用延邊三角形接法，實現(xiàn)多重化，以達到降低輸入諧波電流的目的。每個功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，其電路結(jié)構(gòu)圖如下，系統(tǒng)為基本的單相逆變電路，整流側(cè)為二極管三相全橋，IGBT逆變橋的控制方式為PWM控制，并且有自動單元旁路功能。
功率單元內(nèi)器件承受的比較高電壓為單元內(nèi)直流母線的電壓，可以直接使用低壓功率器件，器件不必串聯(lián)，不存在器件串聯(lián)引起的均壓問題，而且功率單元中采用的低壓IGBT功率模塊，驅(qū)動電路簡單，技術(shù)成熟可靠，器件工作在低壓狀態(tài)，不易發(fā)生故障。
單元旁路功能：當某個功率模塊發(fā)生故障時自動旁路運行，變頻裝置不停機，但需降額使用，即在每個功率單元輸出端之間并聯(lián)旁路電路，當功率單元故障時，封鎖該功率單元IGBT的觸發(fā)信號，然后讓旁路SCR導通，保證電機電流能通過，仍形成通路。這樣能維持生產(chǎn)要求，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性。
三.HARSVERT-A系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)性能特點
Ø 變頻器為高－高結(jié)構(gòu)，6kV直接輸出，不需輸出升壓變壓器，輸出為單元串聯(lián)移相式PWM方式；
Ø 系統(tǒng)一體化設(shè)計，包括輸入干式隔離變壓器，變頻器等所有部件及內(nèi)部連線，用戶只須連接高壓輸入、高壓輸出、低壓控制電源和控制信號線即可。整套系統(tǒng)在出廠前進行整體測試；
Ø 30脈沖輸入符合并優(yōu)于IEEE519～1992及GB/T14549～93標準對電壓失真和電流失真比較嚴格的要求；
Ø 在20～100%的負載變化情況內(nèi)達到或超過0.95的功率因數(shù)，并且電流諧波少，無須功率因數(shù)補償/諧波抑制裝置；
Ø 無需濾波器變頻器就可輸出正弦輸出電流和電壓波形，對電機沒有特殊的要求，可以使用普通異步電機，電機不必降額使用。具有軟起動功能，沒有電機啟動沖擊引起的電網(wǎng)電壓下跌，可確保電機安全、長期運行；
Ø 變頻裝置輸出波形不會引起電機的諧振，轉(zhuǎn)矩脈動小于0.1%。可避免風機喘振現(xiàn)象。變頻器有共振點頻率跳躍功能；
Ø 變頻裝置對輸出電纜無特殊要求，電機不會受到共模電壓和dv/dt的影響；
Ø 變頻器可在輸出不帶電機的情況下進行空載調(diào)試，也可在沒有6kV高壓情況下用低壓電進行空載調(diào)試；
Ø 控制系統(tǒng)采用全數(shù)字微機控制，有很強的自診斷功能，能對所發(fā)生的故障類型及故障位置提供中文指示，能在就地顯示并遠方報警，便于運行人員和檢修人員能辨別和解決所出現(xiàn)的問題；
Ø 具有就地監(jiān)控方式和遠方監(jiān)控方式。在就地監(jiān)控方式下，通過變頻器上的觸摸屏顯示，可進行就地人工啟動、停止變頻器，可以調(diào)整轉(zhuǎn)速、頻率；就地控制窗口采用中文操作界面，功能設(shè)定、參數(shù)設(shè)定等均采用中文。賣方提供的變頻裝置支撐軟件為漢化的比較新的正版軟件；
Ø 變頻器高壓主回路與控制器之間為光纖連接，具有很高的通信速率和抗干擾能力，安全性好；
Ø 轉(zhuǎn)矩特性：0～50Hz恒轉(zhuǎn)矩特性，額定轉(zhuǎn)矩輸出，轉(zhuǎn)矩階躍響應(yīng)＜200ms。50Hz以上恒功率特性，比較大轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比下降；
Ø 輸出頻率0-60Hz(根據(jù)電機情況可設(shè)定)；
Ø 變頻器抗地震能力為7級，振動0.5G；
Ø 臨界速度可跳過(共2組，可任意設(shè)定)；
Ø 安裝、設(shè)定、調(diào)試簡便；
Ø 功率電路模塊化設(shè)計，維護簡單；
Ø 完整的故障監(jiān)測電路、精確的故障報警保護；
Ø 自帶冷卻風機，風機電源與控制電源分開取電，電源取自輸入側(cè)變壓器；
Ø 內(nèi)置PLC，易于改變控制邏輯關(guān)系，適應(yīng)多變的現(xiàn)場需要；
Ø 可靈活選擇現(xiàn)場控制/遠程控制；
Ø 可接受和輸出0～10V/4～20mA工業(yè)標準信號；
Ø 可根據(jù)用戶需要內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器；
Ø 完整的通用變頻器參數(shù)設(shè)定功能；
Ø 優(yōu)異的性能/價格比；
Ø 自備UPS，可維持30分鐘。
Ø 旋轉(zhuǎn)再起動功能
Ø 單個功率單元故障時，輸出電壓仍可達到93%以上，在大多數(shù)情況下不影響負載的運行。
四.高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用范圍
火力發(fā)電：引風機、送風機、吸塵風機、凝結(jié)泵、排污泵、鍋爐給水泵等；
冶 金：引風機、除塵風機、通風機、泥漿泵、除垢泵等；
石油化工：主管道泵、注水泵、循環(huán)水泵、鍋爐給水泵、電潛泵、鹵水泵、引風機、除垢泵等；
市政供水：水泵等；
污水處理：污水泵、凈化泵、清水泵等；
水泥制造：窯爐引風機、壓力送風機、冷卻器吸塵風機、生料碾磨機、窯爐供氣風機、
冷卻器排風機、分選器風機、主吸塵風機等；
造 紙：打漿機等；
制 藥：清洗泵等；
其 它：風洞試驗等。
五.3250kW/6kV高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計
3250kW/6kV高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由控制柜、功率柜、變壓器柜三大部分組成，其各個部分不僅繼承了以前產(chǎn)品的優(yōu)點，而且在產(chǎn)品外觀、可靠性、模塊設(shè)計、散熱設(shè)計等各方面都作了許多的改進，具有一些新的特點，如下所示。
1．3250kW/6kV與2500kW/6kV高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的功率柜部分尺寸完全相同，這樣就相當于把2500kW/6kV高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)整流逆變部分的功率密度提高了30%。
我們通過在設(shè)計上采用新的散熱器（與2500kW/6kV使用的散熱器外形尺寸相同，散熱面積增大一倍），新型號的電解電容，IGBT等，成功的解決了電解電容的容量和功率模塊的發(fā)熱等一系列的問題，大大提高了系統(tǒng)的功率密度，減小了設(shè)備的體積，為變頻器的現(xiàn)場應(yīng)用提供了方便。
2．系統(tǒng)全部使用新的拼裝機柜。
拼裝機柜不僅外觀上更加美觀，而且提高了機柜的強度，門與柜體間安裝了新的壓條式密封條，增強了門的密封性能，提高了系統(tǒng)的防護等級。我們通過將變壓器柜底座密封，在變壓器柜柜門上加裝通風濾網(wǎng)，設(shè)計標準的散熱風道等，使系統(tǒng)的防護等級從IP20提高到IP31，通過特殊設(shè)計，還可以達到IP42。
3．系統(tǒng)安裝了更加友好的人機界面，并采用了低功耗、可靠性高的嵌入式人機界面。
新的人機界面集成了變頻器產(chǎn)品在各個行業(yè)的應(yīng)用經(jīng)驗，針對各個不同的用戶，只需根據(jù)現(xiàn)場的實際情況在界面中進行設(shè)置即可，不需要對程序進行改動，這樣就避免了因為頻繁改動程序而造成失誤的可能，提高了軟件的可靠性；新的嵌入式人機界面取消了老式工控機中的一些易損部件，例如CPU風扇，電源風扇等，并用閃存代替了硬盤存儲器，使操作界面的可靠性更高，真正實現(xiàn)了免維護；系統(tǒng)采用微軟公司的Windows CE操作系統(tǒng)代替了Windows 2000操作系統(tǒng)，使之更加適合變頻器產(chǎn)品，進一步提高變頻器產(chǎn)品的可靠性。
4．系統(tǒng)優(yōu)化了電量的檢測電路。
高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)需要檢測輸入、輸出側(cè)的電量參與控制和顯示，在3250kw/6kV系統(tǒng)中，改變了原來的檢測電路體積大、結(jié)構(gòu)笨重的不足，提高了變頻器低頻運行時的檢測精度，不僅提高了系統(tǒng)的性能，更為下一步高性能的變頻器—矢量控制型高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。
 

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