高压变频调速技术在发电厂节能方面的研究与应用

　　0 引言

　　众所周知，风机、水泵采用变频调速后可节约电能，380V以下的低压电动机已广泛应用。电厂运行的特点是风机、水泵的电压高、功率大，如推广采用变频调速则不仅大幅度降低能耗和发电成本，而且变频调速具有调速精度高、启动电流小、减少机械振动和摩擦、操作简单等优点。是其他调速方式，如滑差调速、液力耦合调速、变极调速、串极调速等无可比拟的，是当前交流传动系统中公认的最理想的调速方案[1] 。

　　1 高压变频调速的技术特点

　　近几年来，世界各国都非常重视中高压功率变换技术的研究，是当前电力电子技术最新发展动向之一。目前实际的高压变频系统主要有以下方式：

　　a.高—低—低方式：先将高电压用变压器降压，然后用低压变频器拖动低压大功率电动机，这种方式不是真正的高压变频。

　　b.高—低—高方式：先将高电压经变压器降压后输入低压变频器，低压变频器输出再经变压器升压后拖动高压电动机。这种方式占地多，有谐波，需配备滤波器。

　　c.高—高方式：直接高—高功率变换方式的逆变器采用多个功率开关器件串联方式，当系统电压较高且功率开关器件耐压较低时，需要串联的功率开关器件个数较多，逆变器损耗增大，系统可靠性和效率降低，另外，该方式运行中产生的du/dt较高，谐波成分较大，必须配备滤波器使用，维护复杂。

　　d.多电平方式：多电平功率变换是目前较理想的高压变频方式，该方式与前几种方式的重要区别是功率器件的开关频率大大降低。其工作原理是先将高电压切分成多个低压电乎，然后再利用多电平功率逆变器叠加合成正弦电压波形，随着电平数的增加，合成阶梯波形分级越多，合成的电压畸变越小，国外文献称之为“完美无谐波的交流功率变换器”。其优点是可使用常规低压功率开关器件实现高压变频调速技术，并从根本上解决谐波及EMI问题，还可避免较高的du/dt导致电动机损坏。其缺点是使用的功率开关器件数量较多，功率变换、变频控制系统较复杂。国产先行公司的高压变频器和美国罗宾康公司的高压变频器均采用多电平方式[2、3] 。

　　除了上述几种高压变频方式外，还有无刷双馈电机调速方式，也是一种很好的高压变频调速方式，但需要采用无刷双馈电机且调速范围较小[4] 。

　　2 多电平变频调速方式的工作原理

　　针对发电厂现有风机、水泵的运行特点，在技术更新时采用多电平变频调速方式较为理想。以5电平为例说明多电平变频调速系统的工作原理。5电平功率变换器的拓扑结构如图1所示。