《碩士論文：600MW機組循環(huán)水泵高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的工程應(yīng)用及效果分析》

1、上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文600MW機組循環(huán)水泵高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的工程應(yīng)用及效果分析系 別：電氣工程系學(xué)科專業(yè)：電氣工程作者姓名：瞿偉明指導(dǎo)教師：張焰答辯日期：2012年 1月 10日上海交通大學(xué)電氣工程系2011年12月 上海交通大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：瞿偉明 日期： 2012年 1月 10日 上海交通

2、大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)上海交通大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 保密，在 年解密后適用本授權(quán)書。本學(xué)位論文屬于 不保密。（請在以上方框內(nèi)打“”）學(xué)位論文作者簽名：瞿偉明日期：2012年 1月10 日指導(dǎo)教師簽名：張焰日期：2012 年1 月 10日 摘 要電力系統(tǒng)的節(jié)能減排對于推進(jìn)我國整體的節(jié)能減排戰(zhàn)略具有重要意義。循環(huán)水系統(tǒng)作為火力發(fā)電廠的重要組成部分，其優(yōu)化運

3、行對整個機組的安全和經(jīng)濟運行至關(guān)重要。本文結(jié)合上海吳涇第二發(fā)電有限責(zé)任公司實際，根據(jù)高壓變頻調(diào)速原理并借鑒國內(nèi)外高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)運行經(jīng)驗，對公司的循環(huán)水泵進(jìn)行了高壓變頻調(diào)速改造，改進(jìn)了機組循環(huán)水系統(tǒng)運行方式，提高了自動化水平。對相應(yīng)的循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，改善循環(huán)水泵的啟動特性，提高了運行的可靠性。通過節(jié)能量綜合分析，對循環(huán)水泵變頻改造后的效果進(jìn)行評估，證實了高壓變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)越性。論文成果對高壓變頻調(diào)速技術(shù)在發(fā)電企業(yè)中的推廣應(yīng)用具有很強的借鑒作用。關(guān)鍵詞：循環(huán)水泵，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，循環(huán)水系統(tǒng)，優(yōu)化運行，效果分析ABSTRACTThe energy-saving and pollutant

4、emission reduction strategy of the power system, which has important significance to the Chinas overall energy-saving and emission reducing task. The optimal control of the circulating water system has important significance to the safety and economy operation of the power plant. In this paper, a ne

5、w scheme is brought forward to improve the performance of the power plant system, which apply high voltage large power inverter system in circulating pump, the operation of circulating water system is modified meanwhile. The analysis of the working effect prove the project correctness. The conclusio

6、n can be made that, applying high voltage large power inverter system in fire power plants large power assistant motor system can effectively reduce wastage. This scheme can improve the whole sets control performance and be recommended to other similar systems.KEY WORDS: Circulating pump, high volta

7、ge large power inverter system, circulating water system, optimal operation, effectiveness analysis目 錄 TOC o 1-1 h z u HYPERLINK l _Toc307863241 摘 要 PAGEREF _Toc307863241 h vi HYPERLINK l _Toc307863242 ABSTRACT PAGEREF _Toc307863242 h vii HYPERLINK l _Toc307863243 目 錄 PAGEREF _Toc307863243 h xI HYPE

8、RLINK l _Toc307863244 第一章 緒論 PAGEREF _Toc307863244 h 1 HYPERLINK l _Toc307863245 1.1 課題研究的背景和意義 PAGEREF _Toc307863245 h 1 HYPERLINK l _Toc307863248 1.2 國內(nèi)外高壓變頻調(diào)速的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc307863248 h 2 HYPERLINK l _Toc307863249 1.2.1 國內(nèi)高壓大功率變頻器的發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc307863249 h 3 HYPERLINK l _Toc307863250 1.2.

9、2 國內(nèi)發(fā)電廠應(yīng)用變頻調(diào)速的現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc307863250 h 4 HYPERLINK l _Toc307863251 1.2.3 國外高壓大功率變頻器的發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc307863251 h 5 HYPERLINK l _Toc307863252 1.2.4 國外發(fā)電廠應(yīng)用變頻調(diào)速的現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc307863252 h 5 HYPERLINK l _Toc307863253 1.3 本文主要研究內(nèi)容 PAGEREF _Toc307863253 h 6 HYPERLINK l _Toc307863254 第二章 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本理論 P

10、AGEREF _Toc307863254 h 7 HYPERLINK l _Toc307863255 2.1 高壓變頻調(diào)速的原理和控制方式 PAGEREF _Toc307863255 h 7 HYPERLINK l _Toc307863256 2.1.1 高壓變頻調(diào)速的原理 PAGEREF _Toc307863256 h 7 HYPERLINK l _Toc307863257 2.1.2 變頻調(diào)速的控制方式 PAGEREF _Toc307863257 h 7 HYPERLINK l _Toc307863258 2.2 高壓變頻器的基本組成 PAGEREF _Toc307863258 h 8 H

11、YPERLINK l _Toc307863259 2.2.1 高壓變頻器硬件系統(tǒng)組成 PAGEREF _Toc307863259 h 9 HYPERLINK l _Toc307863260 2.2.2 高壓變頻器軟件系統(tǒng)組成 PAGEREF _Toc307863260 h 10 HYPERLINK l _Toc307863261 2.3 常見的兩種高壓變頻器 PAGEREF _Toc307863261 h 10 HYPERLINK l _Toc307863262 2.3.1 電流源型變頻器 PAGEREF _Toc307863262 h 10 HYPERLINK l _Toc307863263

12、 2.3.2 功率單元串聯(lián)多電平PWM電壓源型變頻器 PAGEREF _Toc307863263 h 11 HYPERLINK l _Toc307863264 2.4 高壓變頻調(diào)速在發(fā)電廠應(yīng)用中必須關(guān)注的問題 PAGEREF _Toc307863264 h 13 HYPERLINK l _Toc307863265 第三章600MW機組循環(huán)水泵高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)工程應(yīng)用 PAGEREF _Toc307863265 h 15 HYPERLINK l _Toc307863266 3.1循環(huán)水泵的運行現(xiàn)狀分析 PAGEREF _Toc307863266 h 15 HYPERLINK l _Toc3078

13、63267 3.2變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于循環(huán)水泵的具體論證 PAGEREF _Toc307863267 h 16 HYPERLINK l _Toc307863268 3.2.1循環(huán)水泵變頻改造選擇論證 PAGEREF _Toc307863268 h 16 HYPERLINK l _Toc307863269 3.2.2 循環(huán)水泵變頻應(yīng)用的經(jīng)濟性論證 PAGEREF _Toc307863269 h 163.3循環(huán)水泵高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)工程應(yīng)用設(shè)計. PAGEREF _Toc307863267 h 18 HYPERLINK l _Toc307863270 3.3.1 循環(huán)水泵高壓變頻系統(tǒng)方案設(shè)計 PAGE

14、REF _Toc307863270 h 18 HYPERLINK l _Toc307863271 3.3.2 高壓變頻器的選型 PAGEREF _Toc307863271 h 19 HYPERLINK l _Toc307863272 3.3.3 循環(huán)水泵變頻器技術(shù)性能 PAGEREF _Toc307863272 h 19 HYPERLINK l _Toc307863273 3.3.3.1 循環(huán)水泵變頻器技術(shù)參數(shù) PAGEREF _Toc307863273 h 19 HYPERLINK l _Toc307863274 3.3.3.2 循環(huán)水泵變頻器技術(shù)規(guī)范 PAGEREF _Toc3078632

15、74 h 20 HYPERLINK l _Toc307863275 3.3.4 循環(huán)水泵高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)接口設(shè)計 PAGEREF _Toc307863275 h 22 HYPERLINK l _Toc307863277 3.3.4.1 PLC系統(tǒng)與變頻器的接口方案 PAGEREF _Toc307863277 h 23 HYPERLINK l _Toc307863278 3.3.4.2 上位機PLC畫面增加內(nèi)容 PAGEREF _Toc307863278 h 24 HYPERLINK l _Toc307863279 3.3.5 循環(huán)水泵變頻調(diào)速控制方案 PAGEREF _Toc307863279

16、 h 25 HYPERLINK l _Toc307863280 3.4 變頻器的安裝位置和環(huán)境要求 PAGEREF _Toc307863280 h 28 HYPERLINK l _Toc307863281 3.5 循環(huán)水泵高壓變頻器產(chǎn)品結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc307863281 h 29 HYPERLINK l _Toc307863282 3.5.1 移相整流輸入變壓器 PAGEREF _Toc307863282 h 30 HYPERLINK l _Toc307863283 3.5.2 內(nèi)藏式主控制器 PAGEREF _Toc307863283 h 30 HYPERLINK l _Toc

17、307863284 3.5.3 功率單元插拔結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc307863284 h 30 HYPERLINK l _Toc307863285 3.5.4 人機界面 PAGEREF _Toc307863285 h 30 HYPERLINK l _Toc307863286 3.5.5 通風(fēng)設(shè)計 PAGEREF _Toc307863286 h 31 HYPERLINK l _Toc307863287 3.6電氣性能調(diào)試 PAGEREF _Toc307863287 h 32 HYPERLINK l _Toc307863288 3.6.1靜態(tài)調(diào)試 PAGEREF _Toc307863288

18、 h 32 HYPERLINK l _Toc307863289 3.6.2 動態(tài)調(diào)試 PAGEREF _Toc307863289 h 33 HYPERLINK l _Toc307863290 第四章 循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運行 PAGEREF _Toc307863290 h 34 HYPERLINK l _Toc307863291 4.1機組循環(huán)水系統(tǒng)中主要子系統(tǒng)介紹 PAGEREF _Toc307863291 h 34 HYPERLINK l _Toc307863292 4.1.1汽輪機特性的確定 PAGEREF _Toc307863292 h 34 HYPERLINK l _Toc3078633

19、23 4.1.2凝汽器特性的確定 PAGEREF _Toc307863323 h 34 HYPERLINK l _Toc307863324 4.2循環(huán)水流量變頻調(diào)速控制的節(jié)能原理 PAGEREF _Toc307863324 h 35 HYPERLINK l _Toc307863325 4.2.1循環(huán)水流量變頻調(diào)速控制的節(jié)能原理 PAGEREF _Toc307863325 h 35 HYPERLINK l _Toc307863326 4.2.2 變頻調(diào)速泵的運行工況及高效工作區(qū) PAGEREF _Toc307863326 h 36 HYPERLINK l _Toc307863327 4.3 循環(huán)

20、水系統(tǒng)優(yōu)化運行方式 PAGEREF _Toc307863327 h 37 HYPERLINK l _Toc307863328 4.3.1循環(huán)水溫度和機組負(fù)荷 PAGEREF _Toc307863328 h 37 HYPERLINK l _Toc307863330 4.3.2 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化前運行方式 PAGEREF _Toc307863330 h 38 HYPERLINK l _Toc307863332 4.3.3循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化后運行方式 PAGEREF _Toc307863332 h 39 HYPERLINK l _Toc307863334 4.3.4 變頻調(diào)速循環(huán)水泵1、4運行方式 PAG

21、EREF _Toc307863334 h 40 HYPERLINK l _Toc307863347 第五章600MW機組循環(huán)水泵高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的工程應(yīng)用效果分析 PAGEREF _Toc307863347 h 43 HYPERLINK l _Toc307863348 5.1循環(huán)水泵高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的工程應(yīng)用效果 PAGEREF _Toc307863348 h 43 HYPERLINK l _Toc307863349 5.1.1 循環(huán)水泵高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的工程應(yīng)用考核試驗 PAGEREF _Toc307863349 h 43 HYPERLINK l _Toc307863350 5.1.1.1

22、試驗情況介紹 PAGEREF _Toc307863350 h 43 HYPERLINK l _Toc307863351 5.1.1.2 試驗參照的標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)說明 PAGEREF _Toc307863351 h 44 HYPERLINK l _Toc307863352 5.1.2循環(huán)水泵高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的工程應(yīng)用的可靠性效果 PAGEREF _Toc307863352 h 44 HYPERLINK l _Toc307863353 5.1.3循環(huán)水泵高壓變頻技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟效果 PAGEREF _Toc307863353 h 46 HYPERLINK l _Toc307863354 5.1.3.1

23、冬季工況循環(huán)水泵高壓變頻技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟效果 PAGEREF _Toc307863354 h 47 HYPERLINK l _Toc307863355 5.1.3.2 春秋季工況循環(huán)水泵高壓變頻技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟效果 PAGEREF _Toc307863355 h 50 HYPERLINK l _Toc307863356 5.1.3.3 夏季工況試驗結(jié)果 PAGEREF _Toc307863356 h 54 HYPERLINK l _Toc307863357 5.1.3.4 循環(huán)水總流量與循環(huán)水泵功耗關(guān)系 PAGEREF _Toc307863357 h 57 HYPERLINK l _Toc3078

24、63358 5.1.3.5 各季節(jié)下最優(yōu)循泵頻率時凝汽器端差的變化對經(jīng)濟性的影響 PAGEREF _Toc307863358 h 57 HYPERLINK l _Toc307863359 5.2 循環(huán)水泵高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的工程應(yīng)用附加效果分析 PAGEREF _Toc307863359 h 59 HYPERLINK l _Toc307863360 5.2.1降低電動機啟動時的電流沖擊 PAGEREF _Toc307863360 h 59 HYPERLINK l _Toc307863361 5.2.2延長設(shè)備壽命 PAGEREF _Toc307863361 h 59 HYPERLINK l _T

25、oc307863362 5.2.3降低噪音 PAGEREF _Toc307863362 h 59 HYPERLINK l _Toc307863363 5.2.4有效地降低啟動時的輸入諧波和電網(wǎng)干擾 PAGEREF _Toc307863363 h 60 HYPERLINK l _Toc307863364 5.2.5啟動工況改善 PAGEREF _Toc307863364 h 60 HYPERLINK l _Toc307863365 5.3后記 PAGEREF _Toc307863365 h 60 HYPERLINK l _Toc307863366 第六章 總結(jié)與展望 PAGEREF _Toc30

26、7863366 h 61 HYPERLINK l _Toc307863367 6.1 本文創(chuàng)新點 PAGEREF _Toc307863367 h 61 HYPERLINK l _Toc307863368 6.2 結(jié)論 PAGEREF _Toc307863368 h 62 HYPERLINK l _Toc307863369 6.3 展望 PAGEREF _Toc307863369 h 62 HYPERLINK l _Toc307863370 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc307863370 h 63 HYPERLINK l _Toc307863371 致 謝 PAGEREF _Toc3078

27、63371 h 66 HYPERLINK l _Toc307863372 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 PAGEREF _Toc307863372 h 67第一章 緒論1.1 課題研究的背景和意義近二十年來，隨著電力電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展，帶動了現(xiàn)代電氣傳動技術(shù)日新月異的進(jìn)步。交流變頻調(diào)速取代直流調(diào)速已成為發(fā)展趨勢。電機交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)能、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)發(fā)展的一種主要手段。交流變頻調(diào)速以其卓越的調(diào)速、啟動制動性能、高功率因數(shù)、高效率和節(jié)能效果，廣泛的適用性等諸多優(yōu)點而被公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。當(dāng)前我國電力仍然是以火力發(fā)電為主的格局，截止到201

28、0年1月，我國火力發(fā)電機組裝機容量已達(dá)8.75億千瓦。據(jù)統(tǒng)計我國火電廠平均供電煤耗396g/(kWh)，比發(fā)達(dá)國家高出60-80g/kWh，其中一個主要原因就是國內(nèi)火電廠的廠用電率明顯偏高，主要大型輔機運行效率低下，使廠用電率長期徘徊在7%左右。隨著電力市場競價上網(wǎng)方針的貫徹實施，火力發(fā)電企業(yè)改善工藝流程、節(jié)能降耗勢在必行。尤其是在2000年以前投運的老機組，如何進(jìn)行設(shè)備改造、提高機組的運行效率、降低廠用電率和提高競價上網(wǎng)能力是火力發(fā)電企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。目前，火力發(fā)電企業(yè)大型輔機能耗高，而且日益擴大的電網(wǎng)對火力發(fā)電機組參與調(diào)峰的能力要求越來越高，更使大型輔機能耗居高不下，嚴(yán)重制約了發(fā)電企業(yè)

29、經(jīng)濟效益的提高。對發(fā)電企業(yè)大型輔機中的水泵、風(fēng)機進(jìn)行變頻改造節(jié)能效果非常明顯（一般可節(jié)電10%40%），降低了供電成本，提高了企業(yè)的綜合效益。多年來的電力體制改革也已迫使火力發(fā)電企業(yè)越來越成為獨立的市場經(jīng)營者，主觀上火力發(fā)電企業(yè)要不斷地追求經(jīng)濟效益的提高，與此同時，由于我國電網(wǎng)的迅速發(fā)展，客觀上又要求火力發(fā)電企業(yè)要不斷地降低供電成本，適應(yīng)競價上網(wǎng)的需要。因此，采用變頻調(diào)速技術(shù)，以其卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)能效果和容易與DCS控制系統(tǒng)接口實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)等特點，必將在火力發(fā)電企業(yè)的一次風(fēng)機、送引風(fēng)機、凝泵、循泵、給泵等高壓大型輔機(大約占廠用電的80% )的改造中得到廣泛的應(yīng)用。高壓大功率變頻調(diào)速系

30、統(tǒng)作為一種最新發(fā)展起來的高效節(jié)能的調(diào)速技術(shù)，能夠很好的實現(xiàn)輔機的節(jié)能降耗。因此，在火力發(fā)電企業(yè)大型輔機上采用變頻技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造，是降低廠用電率和供電煤耗的最有效措施之一。此外，由于近五年我國電網(wǎng)的負(fù)荷峰谷差越來越大，頻繁的調(diào)峰任務(wù)使火力發(fā)電機組的負(fù)荷率降低，增加了高壓大型輔機的啟停次數(shù)，同時伴隨著對輔機、電動機及電網(wǎng)的沖擊更加頻繁。從華東地區(qū)發(fā)電廠高壓電機的故障統(tǒng)計來看，高壓電機在啟動過程中因受沖擊而造成過熱、絕緣損壞以至燒毀的情況時有發(fā)生。而采用變頻調(diào)速技術(shù)，可實現(xiàn)高壓電機的軟啟動和軟停車，即電機從零轉(zhuǎn)數(shù)緩慢升至運行轉(zhuǎn)數(shù)或從運行轉(zhuǎn)速緩慢降至零轉(zhuǎn)速，從而大大改善高壓電機的運行環(huán)境，能延長大型

31、輔機使用壽命1-6。前面論述了變頻調(diào)速技術(shù)的諸多優(yōu)點，但我國高壓大功率變頻器的工程設(shè)計應(yīng)用還有很多問題需要完善，特別是火力發(fā)電廠中大型輔機的電動機大都采用6kV電壓等級，要在高壓大型輔機中運用變頻調(diào)速技術(shù)，取得更大的節(jié)能降耗的效果，必須要解決高壓變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用中的許多工程實際問題(如高壓電機變頻運行較工頻運行時發(fā)熱增加、變頻時的高次諧波、共振、噪音增大以及對繼電保護(hù)裝置的影響等)，因此本課題研究變頻技術(shù)在600MW機組上的應(yīng)用和推廣是非常迫切和有現(xiàn)實意義的7-15。上海吳涇第二發(fā)電有限責(zé)任公司的兩臺600MW機組配置四臺循泵，電動機容量3500kW，電壓等級為6kV，循環(huán)水的供水方式采用擴大

32、單元制（兩臺機組的循泵出口有聯(lián)絡(luò)電動蝶閥相互連通）。目前四臺循泵電動機均為工頻運行，夏季高溫期間采用兩臺機組四臺循泵運行(簡稱“二機四泵”),春秋兩季基本采用“二機三泵”運行，冬季采用“二機二泵”的運行方式。這種調(diào)節(jié)方式存在以下問題:一是運行過程中調(diào)節(jié)響應(yīng)慢，聯(lián)絡(luò)電動蝶閥頻繁動作，易損壞，對可靠性有較大影響；二是機組低負(fù)荷時電動機仍然保持滿負(fù)荷運行，循泵水流量偏大，造成部分能源損耗，當(dāng)負(fù)荷進(jìn)一步降低，循環(huán)水流量無法進(jìn)一步調(diào)整，這時造成的浪費將更大。為了節(jié)能增效，提高調(diào)節(jié)靈敏度,同時結(jié)合已經(jīng)進(jìn)行的凝泵變頻改造經(jīng)驗，我公司決定在2010年機組進(jìn)行C級檢修過程中對機組兩臺循泵加裝高壓變頻器，這也為本

33、課題的開展提供了更為具體的研究方向。1.2 國內(nèi)外高壓變頻調(diào)速的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀幾十年來，電力電子器件也從最初的晶閘管 (SCR)、門極可關(guān)斷晶閘管 (GTO)，經(jīng)過雙極型功率晶體管 (BJT)、金屬氧化物場效應(yīng)管 (MOSFET)、靜電感應(yīng)晶體管 (SIT)、靜電感應(yīng)晶閘管 (SITH)、MOS控制晶體管 (MGT)、MOS控制晶閘管 (MCT)，發(fā)展到今天的雙極性晶體管(GTR)、絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)、對稱門極換流晶閘管(SGCT)、集成門極換流晶閘管(IGCT)、智能功率集成電路(IPM )，器件的更新促使高壓變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛，市場規(guī)模隨之迅速擴大。高壓變頻調(diào)速技術(shù)是弱

34、強電混合，機電一體化的綜合技術(shù)，既要處理巨大電能的轉(zhuǎn)換，又要處理大量信息的收集、轉(zhuǎn)換和傳輸，因此它可分為主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制兩大部分。主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要解決與高壓大電流相關(guān)的技術(shù)問題，控制要解決軟硬件控制問題。主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有兩種：一種是二電平結(jié)構(gòu)；一種是級聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)。二電平結(jié)構(gòu)由于其控制電路的復(fù)雜，在6KV及以上電壓等級較難實現(xiàn)對逆變器的精確控制，因此高壓變頻調(diào)速多采用級聯(lián)多電平主電路的結(jié)構(gòu)形式。多電平因其采用功率單元模塊化的形式，所以在使用中很容易進(jìn)行維修，能實現(xiàn)在線更換功率單元，從而大大提高了高壓變頻器的可靠性。對逆變器的控制現(xiàn)階段多采用是V/F方式，多電平時采用PWM單元移相疊加進(jìn)

35、行高壓的輸出，能得到比較好的正弦電壓輸出波形，但在低頻時，由于采用了V/F方式進(jìn)行控制，其諧波的含量較大。而諧波的大量存在，容易使電機產(chǎn)生額外的發(fā)熱，進(jìn)而會縮短電機的使用壽命。所以為了進(jìn)一步減少諧波的影響，可采用空間矢量調(diào)制來對逆變器進(jìn)行控制，其控制同理采用PWM技術(shù)進(jìn)行。因此，未來高壓變頻調(diào)速技術(shù)也主要在主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制兩方面得到發(fā)展。同時，高壓變頻器也正在向模塊化、低成本、大容量、高功率因數(shù)、高性能、綠色化的方向發(fā)展3-6。1.2.1 國內(nèi)高壓大功率變頻器的發(fā)展現(xiàn)狀 我國高壓大功率變頻技術(shù)的研究和產(chǎn)業(yè)化也緊跟國際潮流，在產(chǎn)業(yè)化方面與美國、日本等發(fā)達(dá)國家相比各有優(yōu)劣，總體處于比較先進(jìn)的水

36、平。國內(nèi)的電力、冶金、石化等行業(yè)對高壓大功率變頻器的需求量很大，而每年數(shù)量迅速增長，給我國的高壓大功率變頻器的產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)造了非常好的市場條件。目前，我國高壓大功率變頻產(chǎn)品主要集中于功率單元級聯(lián)型多電平結(jié)構(gòu)。1996年，北京先行技術(shù)研制成功了功率單元串聯(lián)多電平的高壓變頻器產(chǎn)品，并在1997年成功運用于石化行業(yè)；2000年，北京利德華福電氣技術(shù)研制成了完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的功率單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)的HARSVERT-A高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，并成功投入運行。很快，HARSVERT-A高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)憑借先進(jìn)的技術(shù)、優(yōu)良的可靠性，和國外同類產(chǎn)品形成了相抗衡的陣勢。2003年，上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院和上?？?/p>

37、達(dá)機電控制也推出了具有多項創(chuàng)新技術(shù)的功率單元串聯(lián)多電平高壓變頻產(chǎn)品，尤其是其開發(fā)的無極性電力電容，使用壽命達(dá)20年，大大降低了高壓變頻器后續(xù)維護(hù)使用的費用；功率單元串聯(lián)多電平高壓變頻器得到了國內(nèi)廣大用戶的高度認(rèn)可，已成為我國高壓大功率變頻領(lǐng)域占有絕對優(yōu)勢的一種技術(shù)，被國內(nèi)后起的大多數(shù)高壓變頻器生產(chǎn)廠家所采用，例如哈爾濱九洲、東方日立等。當(dāng)然，隨著國內(nèi)高壓變頻器生產(chǎn)廠商的不斷增多，也有許多新型的高壓變頻技術(shù)正在逐步被開發(fā)應(yīng)用。例如:2003年，成都佳靈公司試制出了IGBT直接串聯(lián)形高壓變頻器，該方案完全舍棄了輸入輸出變壓器，使得其成為當(dāng)前世界上體積與占地面積最小的產(chǎn)品，其效率高達(dá)98%；2004

38、年，中山明陽龍源電力電子研制成功了國內(nèi)第一臺三電平高壓變頻器；2005年末，國電南京自動化股份與清華大學(xué)合作成功推出了基于IGCT 的三電平高壓變頻器。目前這幾家公司已成功推出了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的高壓變頻產(chǎn)品。國產(chǎn)廠家制造變頻器歷史盡管相對較短，技術(shù)積累相對較少，但是國內(nèi)產(chǎn)品價格較低，服務(wù)有優(yōu)勢。未來高壓大功率變頻器的發(fā)展趨勢除了走國產(chǎn)化的道路，還會注重給客戶提供整體節(jié)能方案及服務(wù)2-3。1.2.2 國內(nèi)發(fā)電廠應(yīng)用變頻調(diào)速的現(xiàn)狀發(fā)電煤耗、廠用電率已成為對發(fā)電廠考核的首要指標(biāo)。此外，由于電網(wǎng)的迅速發(fā)展，對發(fā)電廠機組的調(diào)峰能力要求也越來越高，調(diào)節(jié)輔機以適應(yīng)電力生產(chǎn)的安全、經(jīng)濟運行，直接影響到發(fā)電廠

39、的發(fā)電成本。國內(nèi)許多發(fā)電廠已采用變頻調(diào)速技術(shù)對已建和新建機組高壓大功率輔機（主要包括吸送風(fēng)機、一次風(fēng)機、凝泵、循泵等）進(jìn)行改造，并取得了非常好的經(jīng)濟效益。1999年，大慶新華發(fā)電廠引進(jìn)兩套德國SIMENS生產(chǎn)的SIMOVERT-A6SC24系列變頻器，安裝在400kw的灰漿泵系統(tǒng)中，開創(chuàng)了全國發(fā)電廠高壓大功率輔機變頻改造的先河，也為發(fā)電廠高壓變頻調(diào)速技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。而后該電廠采用美國ROBINCON（現(xiàn)被SIMENS下屬公司合并）的HARM0NY（完美無諧波）變頻裝置對2300kW給水泵進(jìn)行了變頻改造；2000年，山東龍口發(fā)電廠在一臺1000kW的吸風(fēng)機上也安裝了SIMENS公司生產(chǎn)

40、的高壓變頻器。2001年，河南新鄉(xiāng)火電廠為兩臺1250kW的送風(fēng)機安裝了美國ROBINCON的HARM0NY高壓變頻裝置，年節(jié)電492萬kWh，可節(jié)約156萬元，三年能收回全部投資460萬元。2002年，山東黃島發(fā)電廠#1、#2爐的兩臺800kW吸風(fēng)機引進(jìn)美國羅克韋爾PowerFlex700變頻裝置，年節(jié)電560萬kWh，可節(jié)約224萬元，兩年半左右即可收回全部投資460萬元；同年，四川華鎣山發(fā)電廠4#爐的送引風(fēng)機采用了4臺北京利德華福的HARSVERT800kW6kV高壓大功率變頻器，河北陡河發(fā)電廠#3發(fā)電機組兩臺1000kW吸風(fēng)機也采用HARSVERT高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，年節(jié)電600萬kWh

41、，投資回收期為兩年半，這也掀開了國產(chǎn)高壓大功率變頻器在國內(nèi)發(fā)電廠應(yīng)用的新篇章。2003年，江蘇徐塘發(fā)電有限責(zé)任公司在5 號機組的1000 kW凝結(jié)水泵安裝了北京利德華福的HARSVERT-A型高壓大功率變頻器，兩年內(nèi)可收回全部投資200萬元。2004年，云南宣威發(fā)電廠在一臺1250kW凝泵安裝了北京合康億盛公司的HIVERT 系列高壓變頻器。2005年，黑龍江牡丹江第二發(fā)電廠# 6 給水泵安裝了羅克韋爾A-B公司的變頻器，額定功率為2300kW。2006年，安徽淮北國安電力2號引進(jìn) 300 MW機組1000kW凝泵進(jìn)行了高壓變頻改造，變頻器選用東方日立(成都)電控設(shè)備生產(chǎn)的DHVECTOLDI

42、系列產(chǎn)品，全年節(jié)電量約為226萬kWh。2007年，上海吳涇第二發(fā)電有限責(zé)任公司對兩臺機組的2000kW的凝泵進(jìn)行了變頻改造，變頻器選用上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院和上?？七_(dá)機電控制生產(chǎn)的MAXF250060002800高壓變頻裝置，年節(jié)電量可達(dá)740多萬kWh，可節(jié)約260多萬元，不到兩年時間內(nèi)可收回改造投資費用470萬元。2008年山東濰坊發(fā)電在#3、#4號機組2240kW凝泵上安裝了北京利德華福電氣技術(shù)生產(chǎn)的HARSVERT-A06/260 型高壓變頻器7-11, 13-17。綜上所述，在2002年以前發(fā)電廠采用的變頻器多為國外品牌，其價格相對較高，這也使得項目投資回收期較長。雖然國外高壓

43、變頻技術(shù)總體而言優(yōu)勢是明顯的，但在發(fā)電廠應(yīng)用情況來看，也存在很多問題，具體表現(xiàn)為：維護(hù)成本高；備品備件方面不能滿足發(fā)電設(shè)備運行需要；人機界面不能很好滿足發(fā)電廠使用和維護(hù)上的需要；電壓波動適應(yīng)性上不能完全滿足發(fā)電廠設(shè)備運行需要；在設(shè)計制造上也存在一些設(shè)計和質(zhì)量方面問題，給發(fā)電廠用戶造成了一定的經(jīng)濟損失。而在2003年后，隨著國產(chǎn)變頻器品牌的崛起，尤其是國產(chǎn)高壓變頻器彌補了上述國外高壓變頻技術(shù)在國內(nèi)發(fā)電廠使用中碰到的問題，使得變頻器投資呈逐年下降趨勢，這就擴大了變頻器應(yīng)用的范圍，發(fā)電廠也越來越愿意在大功率輔機的變頻改造上進(jìn)行投資。1.2.3 國外高壓大功率變頻器的發(fā)展現(xiàn)狀國外第一臺高壓變頻器-交一

44、交變頻調(diào)速系統(tǒng)，由日本東芝公司在1980年研制成功，電動機容量為1800KW。其良好的使用效果得到了高壓變頻行業(yè)的廣泛關(guān)注。此后，國外許多處于世界領(lǐng)先地位的大公司都對高壓大功率變頻器的開發(fā)研究極其重視，尤其對泵、風(fēng)機類負(fù)載電機的高壓變頻調(diào)速裝置的開發(fā)更是如此。經(jīng)過多年的發(fā)展，國外高壓大功率變頻器調(diào)速技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，并向交一直一交變頻和直接高壓型方式發(fā)展。國外最具代表性的產(chǎn)品有：美國洛克韋爾自動化公司(AB)的高壓變頻器PowerFlex700系列，最大功率可達(dá)1.1萬kW，其結(jié)構(gòu)為交一直一交電流源型，采用功率器件SGCT串聯(lián)的兩電平逆變器；美國羅賓康(ROBICON)公司利用功率單元串聯(lián)

45、多電平化技術(shù)，生產(chǎn)出功率最大可達(dá)1萬KW的完美無諧波高壓變頻器；SIEMENS公司變頻器SIMOVERT MV系列采用3300V或更高的MV-IGBT元件，其逆變器采用的是二電平PWM逆變技術(shù)。ABB公司采用IGCT直接串聯(lián)二電平方式，能提供單機容量6萬kW的設(shè)備用于抽水蓄能電站；除此之外，通用電氣、阿爾斯通、三菱、富士和日立等公司也有類似產(chǎn)品推出12, 18-26。1.2.4 國外發(fā)電廠應(yīng)用變頻調(diào)速的現(xiàn)狀國外發(fā)電廠把鍋爐給水泵作為推廣應(yīng)用變頻調(diào)速節(jié)能改造的主要對象之一，其原因有:(1) 節(jié)能潛力大；(2)功率大。例如美國一火電廠的140MW機組的鍋爐給水泵采用了高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)后, 年節(jié)電效

46、益達(dá)160萬美元。此外，美國發(fā)電廠開始大量應(yīng)用GTO型高壓變頻器。截止到1989年已有65臺以上GTO電流源變頻器在發(fā)電廠大型電機上使用，功率最高可達(dá)5400KW；美國300MW燃?xì)鈾C組在兩臺3000KW輔機上安裝GTO型兩臺高壓變頻調(diào)速裝置，全年可節(jié)省費用100萬美元，兩年可收回投資。2003年，日本竹原火電廠在一臺7000kW的吸風(fēng)機安裝了日立公司生產(chǎn)的高壓直接變頻器，節(jié)電最高可達(dá)70%。日本已經(jīng)用變頻器調(diào)速技術(shù)改造了幾百臺火電廠的大功率輔機, 現(xiàn)在已開始大量在60OMW以上容量的機組上采用。國外發(fā)電廠已經(jīng)將高壓變頻調(diào)速技術(shù)廣泛地應(yīng)用于大功率輔機電機中，通過長期運行實踐可見，高壓大功率變頻

47、調(diào)速系統(tǒng)的經(jīng)濟效益良好，其可靠性也是可以得到保證的18,26。1.3 本文主要研究內(nèi)容本次課題研究的目標(biāo)是解決功率單元串聯(lián)多電平式變頻調(diào)速系統(tǒng)在600MW機組循環(huán)水泵上的工程應(yīng)用，并對其應(yīng)用效果及產(chǎn)生的節(jié)能量進(jìn)行綜合分析。主要研究內(nèi)容及需要解決的問題如下：第一，研究功率單元串聯(lián)多電平式變頻調(diào)速系統(tǒng)在循環(huán)水泵上的應(yīng)用，解決調(diào)速系統(tǒng)運行的連續(xù)可靠性。第二，在完成變頻改造的基礎(chǔ)上，通過在不同循環(huán)水溫度不同機組負(fù)荷不同凝汽器背壓下進(jìn)行變頻循泵的頻率調(diào)整試驗及變頻循泵和工頻循泵的切換試驗，解決聯(lián)絡(luò)電動蝶閥的頻繁動作和機組低負(fù)荷階段的循環(huán)水過量問題，并最終確定最優(yōu)的循泵優(yōu)化運行方案。第三，在最優(yōu)運行方案的

48、基礎(chǔ)上，通過對大量數(shù)據(jù)的分析，完成循泵變頻改造的效果評估。具體研究分為以下幾個方面進(jìn)行:1、從變頻器的基本原理入手，對不同類型的高壓變頻技術(shù)形態(tài)進(jìn)行對比分析，重點研究分析功率單元串聯(lián)變頻調(diào)速的原理，為循環(huán)水泵應(yīng)用變頻技術(shù)打下理論基礎(chǔ)。2、分析國內(nèi)外高壓變頻技術(shù)在火力發(fā)電廠的應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合上海吳涇第二發(fā)電有限責(zé)任公司凝結(jié)水泵變頻改造的成果，對循環(huán)水泵采用變頻技術(shù)的可行性進(jìn)行論證，并在此基礎(chǔ)上，確定采用國產(chǎn)功率單元串聯(lián)多電平式變頻器調(diào)速系統(tǒng)對循環(huán)水泵進(jìn)行變頻改造。3、通過散熱系統(tǒng)的改進(jìn)、功率單元的選型、啟動方式的選擇以及分部和整體調(diào)試，解決循泵變頻改造前后的問題和故障，從而保證循泵變頻調(diào)速系統(tǒng)的連

49、續(xù)可靠性。4、在循環(huán)水泵變頻改造完成后，通過現(xiàn)場變頻器特性試驗，變頻工頻并列運行試驗和循泵系統(tǒng)優(yōu)化運行試驗等一系列試驗，制定出循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行方案。5、對循環(huán)水泵變頻改造前后運行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，做出循泵變頻改造的效果評估。 第二章 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本理論2.1 高壓變頻調(diào)速的原理和控制方式 2.1.1 高壓變頻調(diào)速的原理異步電機的同步轉(zhuǎn)速遵從電機學(xué)的一個基本公式式中電機定子繞組的磁極對數(shù)（）一定，改變電源頻率（），即可改變電機同步轉(zhuǎn)速。異步電機的實際轉(zhuǎn)速總低于同步轉(zhuǎn)速，而且隨著同步轉(zhuǎn)速變化而變化。電源頻率增加，同步轉(zhuǎn)速增加，實際轉(zhuǎn)速也增加；電源頻率下降，異步電機轉(zhuǎn)速也下降，這種通過改變

50、電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的過程稱為變頻調(diào)速。 在工程中，鼠籠式電機在電機總數(shù)量中占大部分。因此，對高壓鼠籠式電機的調(diào)速控制成為電力行業(yè)中電機調(diào)速的主要部分。在變頻調(diào)速技術(shù)中，向高壓電機提供頻率可變的電源并控制電機轉(zhuǎn)速是由高壓變頻器完成的。高壓變頻器是變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心部分。變頻器與電動機完美的控制配合構(gòu)成了性能優(yōu)良的變頻調(diào)速系統(tǒng)3, 23-31。2.1.2 變頻調(diào)速的控制方式 三相異步電機定子每相電動勢的有效值是： 式中氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電勢有效值，單位為V； 定子頻率，單位為HZ； 定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；基波繞組系數(shù)；每極氣極隙磁通量，單位為Wb。因此，只要控制和，便可達(dá)到控制磁通的目的。

51、變頻調(diào)速的控制方式可分為以下2種 (一)基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速 要保持不變，當(dāng)頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時，必須降低，使為常數(shù)，即采用但定電勢頻率比的控制方式。這種控制又稱為恒磁通變頻率調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。繞組中的感應(yīng)電動勢是難以直接檢測和控制的，當(dāng)電勢較高時，可以認(rèn)為定子相電壓，則有為常數(shù)。這就是恒壓頻比的控制方式，是近似的恒磁通控制。低頻時，和都比較小，定子阻抗壓降就比較大一點，不能再忽略了。這時，可人為地把抬高一些，以便近似地補償定子壓降，使氣隙磁通基本保持不變，如圖2-1所示。圖2-1 恒壓頻比控制特性Fig. 2-1 Constant-frequency characteristi

52、cs than the control (二)基頻以上的弱磁變頻調(diào)速在基頻以上調(diào)速時，頻率可以從往上增高，但是電壓卻不能增加得比額定電壓還要大，這是由于受到電源電壓的制約，最多只能保持=不變。這樣，必然會使主磁通隨著的上升而減小，相當(dāng)于直流電機弱磁調(diào)速的情況。屬于近似的恒功率調(diào)速方式。 綜上所述兩種情況，異步電動機變頻調(diào)速的控制方式如圖2-2所示。圖2-2 異步電動機變壓變頻調(diào)速控制特性Fig. 2-2 Induction motor VVVF speed control characteristics2.2 高壓變頻器的基本組成常用高壓變頻器基本組成主要包括硬件和軟件系統(tǒng)兩部分，分別闡述如下

53、：2.2.1 高壓變頻器硬件系統(tǒng)組成高壓變頻器硬件系統(tǒng)主要由主回路(包括整流器、逆變器、中間直流環(huán)節(jié))和控制回路構(gòu)成。分別闡述如下:主回路1整流器稱電源側(cè)的變流器為整流器，其作用是把工頻交流電整流變成直流電。2逆變器 稱負(fù)載側(cè)的變流器為逆變器。最普通的結(jié)構(gòu)是用六個半導(dǎo)體主開關(guān)器件組成的橋式逆變電路。按要求控制逆變器中主開關(guān)的斷與通的狀態(tài)，可以得到頻率連續(xù)變化的交流電輸出。3中間直流環(huán)節(jié) 由于逆變器的負(fù)載為高壓異步電機，屬感性負(fù)載。無論電機處于電動狀態(tài)還是發(fā)電制動狀態(tài)，其功率因數(shù)總小于1。因此，在電機與中間直流環(huán)節(jié)之間一直會有無功功率的交換。這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件(電抗器或者電容

54、器)來緩沖。所以把中間直流環(huán)節(jié)習(xí)慣性稱為直流儲能環(huán)節(jié)。控制回路控制回路由下列回路構(gòu)成：對電壓、頻率協(xié)調(diào)控制的運算回路；主回路的電壓/電流檢測回路；電機的驅(qū)動回路；速度檢測回路；逆變器和電機的保護(hù)回路。控制回路沒有接收異步電機轉(zhuǎn)速檢測信號而根據(jù)設(shè)定參數(shù)工作時，為開環(huán)狀態(tài)；若將電機運行的速度信號也作為控制信號，則控制回路處于閉環(huán)狀態(tài)。閉環(huán)控制可進(jìn)行精確的控制。1、運算回路將檢測回路中的電壓、電流信號同反饋的轉(zhuǎn)矩信號、速度信號進(jìn)行比較并運算，決定了逆變器的輸出電壓與頻率。2、電壓/電流檢測回路檢測出主回路的一些主要電壓、電流量，這種檢測可通過霍爾元件等這一類的傳感器來實現(xiàn)。3、驅(qū)動電路將運算回路給出

55、的控制信號放大，控制主回路主開關(guān)元件按規(guī)律關(guān)斷與導(dǎo)通。4、速度檢測回路速度檢測器測出的轉(zhuǎn)速信號，送入運算回路，經(jīng)比較運算后，再由運算回路給出轉(zhuǎn)速指令。5.保護(hù)回路對主電路進(jìn)行安全監(jiān)測，進(jìn)行過流、過載、過壓的保護(hù)，保證逆變器和異步電機安全運行。目前的控制電路已基本實現(xiàn)數(shù)字化控制。2.2.2 高壓變頻器軟件系統(tǒng)組成高壓變頻器系統(tǒng)具有很多功能，而且不同產(chǎn)品的具體功能也不同，但從系統(tǒng)控制軟件的角度出發(fā)，可歸納為以下六個功能： 電機運行：這是高壓變頻器系統(tǒng)功能的最基礎(chǔ)和主要部分，包含所有與電機運行相關(guān)的功能，如轉(zhuǎn)向控制、調(diào)速、啟動、制動等。 狀態(tài)監(jiān)測：指監(jiān)測變頻調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，如電流、電壓，電壓一般

56、檢測直流母線上的電壓，而電流有直流母線電流和電機線電流的不同選擇，或兩者都監(jiān)測。軟件通過監(jiān)測上述關(guān)鍵參數(shù)可以判別高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的運行狀況。 故障處理：如果監(jiān)測到高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生故障，則需要判斷和調(diào)節(jié)處理。一般而言，需要區(qū)分和處理的故障至少包含過電壓、過電流、過熱、缺相等。而對這些不同種類的故障的不同處理，取決于現(xiàn)場經(jīng)驗積累和理論分析。 人工控制：提供一套人機界面系統(tǒng)，運行人員可通過其監(jiān)測和控制系統(tǒng)的運行，包括設(shè)定運行參數(shù)等，目前這種界面大多采用觸摸液晶屏作為輸入、顯示設(shè)備。 自動控制：提供一些必要的電子接口，通過這些接口可實現(xiàn)其它設(shè)備例如PLC來監(jiān)測和控制系統(tǒng)的運行，但不提倡通過接口來設(shè)

57、置變頻調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)部的參數(shù)。 主控：對上述五個功能的調(diào)度、相互間信息的傳遞及控制。在這個基礎(chǔ)上，功能較齊全的高壓變頻器可能會加入一些較復(fù)雜且具有自行判斷和命令記憶的功能，但這些都是基于上述基本功能分類之后在特殊情況和特殊參數(shù)下的組合設(shè)計。因此，在選用設(shè)計高電壓變頻器控制軟件時，需要考慮上述六項基本功能并加以實現(xiàn)。2.3 常見的兩種高壓變頻器高壓變頻器，按其主電路結(jié)構(gòu)可分為交交方式和交直交方式兩大類。交直交變頻方式按中間直流濾波環(huán)節(jié)的不同可分為：電流源型、三電平PWM 電壓源型、功率單元串聯(lián)多電平PWM 電壓源型、直接高高型、電壓浮動箝位式多電平電壓源型、高低高電壓源型等。本節(jié)重點討論常見的兩種高

58、壓變頻器，分別是電流型變頻器和功率單元串聯(lián)多電平PWM電壓源型變頻器32-40。2.3.1 電流源型變頻器 圖2-3是電流源型變頻器主電路的典型結(jié)構(gòu)。其特點是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感作為儲能元件，無功功率通過該電感來緩沖。由于電感的作用，直流電流趨于平穩(wěn)，電機的電流波形為階梯波或方波，電壓波形接近于正弦波。由于直流電源的內(nèi)阻較大，近似于電流源，故稱其為電流源型變頻器。 電流源型變頻器的一個突出優(yōu)點是，當(dāng)電機處于再生發(fā)電狀態(tài)時，回饋到直流側(cè)的再生電能可方便地回饋到電網(wǎng)，不需要在主電路內(nèi)附加任何設(shè)備。電流源型變頻器可用于頻繁減速、急加的大容量電機的傳動，以及大容量風(fēng)機與泵的節(jié)能調(diào)速。圖2-3 電流源

59、型變頻器的主電路框圖Fig. 2-3 Current source inverter main circuit diagram電流源型高壓變頻器由于中間直流環(huán)節(jié)大電感的電流不能突變，所以當(dāng)出現(xiàn)負(fù)載短路、晶閘管擊穿等問題時有充分的時間進(jìn)行電流保護(hù)，可靠性較高。但電流源型變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)較低，電抗器的發(fā)熱量較大，其效率比電壓源型變頻器低，且由于采用電流控制，輸出濾波器的設(shè)計也較麻煩；此外，其輸出側(cè)電壓電流波形不如功率單元串聯(lián)多電平PWM電壓源型變頻器好，對網(wǎng)側(cè)諧波的影響也較功率單元串聯(lián)多電平PWM電壓源型變頻器大。所以電流源型變頻器在高壓大功率異步電機應(yīng)用上的競爭優(yōu)勢不明顯。2.3.2 功率

60、單元串聯(lián)多電平PWM電壓源型變頻器功率單元串聯(lián)多電平PWM電壓源型變頻器采用多個獨立的功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出。該變頻器具有輸入功率因數(shù)高、可實現(xiàn)冗余、對電網(wǎng)諧波污染小、不需要采用輸入諧波濾波器和功率因數(shù)補償裝置，且輸出波形質(zhì)量好、dv/dt低、不存在諧波引起的電機轉(zhuǎn)矩脈動和等附加發(fā)熱特點，不用加裝輸出濾波器就可以應(yīng)用于普通高壓異步電機。其主電路結(jié)構(gòu)如下圖2-4所示：電壓經(jīng)過二次側(cè)多重化的移相隔離變壓器降壓后給各功率單元供電，功率單元為三相輸入，單相輸出的交直交PWM電壓源型逆變器結(jié)構(gòu)，將相鄰功率單元的輸出端串聯(lián)起來，形成Y聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓異步電機。以額