引言
　　
　　*，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*的，是当前交流传动系统中*的的调速方案[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“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。
　　
　　先用多绕组隔离变压器将高电压分割成多组低压，然后利用常规低压功率器件构成整流、逆变器进行多电平叠加，合成正弦高电压波形。这种方法的zui大优点是可以从根本上解决高压变频器的可靠性问题。该系统具有以下特点：
　　
　　a．高压分割隔离变压器的设计采用Y／△多点形式，即使得多个副边绕组产生的电压初相角不同，其目的在于提高电压利用率，消除低次谐波。
　　
　　b.级联多重叠加式5电平高压功率变换器就其一相而言，可输出+2U，+U，O，-U，-2U等5个电平（U指单元直流侧电压），再利用局部SPWM优化技术，可得到非常的正弦波输出电流波形（见图2），仿真结果表明，高次谐波成分很小，实际系统不需要滤波器。
　　
　　c．由于变频器相当于在电机与电网之间加了一级容性隔离，使整个系统的功率因数大为提高，可达95％以上。　　
　　3高压变频调速系统的实际应用
　　
　　北京燕山集团动力部于1997年将国产第1台6kV／290kVA，17电子高压变频器安装在供水系统，投资约为32万元。水泵电动机的额定功率为200kW，额定电压6kV，额定转速14705r／min。其供水系统结构如图3所示。17电平高压变频器系统结构如图4所示，它主要由输入隔离变压器和功率变换器构成。输入隔离变压器二次侧将三相电源电压转换为24个独立的切分电压，分别为24个独立功率单元供电。每相功率变换器由8个低压功率单元串联而成，按星形连接成三相输出，输出相电压为17电平，线电压为33电平。功率单元原理如图5所示，每个功率单元是由4只100A／1200V的IGBT模块构成的三相输入、单相输出的脉宽调制型变频器，各功率单元可独立产生0V～540V输出电压，通过“波形连接变换方法”将所有功率单元输出电压叠加在一起，得到频率和大小均可连续调节的高压输出，相电压为0V～4320V，对应的线电压为0V—7500V调频范围。　　
　　该系统运行在满足供水要求的工况下，白天实际平均管压调整为0．55MPa，转速自动调整在1250r／min，节电可达38．6％；夜间实际平均管压为0．5MPa，转速自动调整在1150r／min，节电可达51．6％，日平均节电达40％，功率因数提高了0．13~0．19，变频器输出主要谐波分量为：5次谐波小于2．24％，7次谐波小于0．78％，电机启停电流变化平缓，综合指标优良。据前两年的统计数据表明：年平均节电503MW·h，按0．5元／（kW·h）计算，年平均节约电费25．2万元。当电动机直接运行时，水泵日出水量约为11000m3，采用变频调速运行时，水泵日出水量约为9000m3，一年可节水达73万m3，按0．204元／m3计算，年平均节约水费14．9万元。以上两项合计，年节约费用约40．1万元，大约1年就可收回全部设备投资，综合经济效益相当可观。
　　
　　以往电厂高压电机多采用液力耦合调速；液力耦合装置体积大、噪声大、调速范围窄、效率低，给系统带来许多不便。大庆新华电厂将高压变频装置用于大型机组的锅炉引风机上，200MW发电机组的锅炉用2台6kV／1250kW引风机。引风机电动机铭牌参数如下：型号为YKK6304-8；额定功率为1250kW；频率为50Hz；额定电压为6kV；额定电流为156A；功率因数为0．85；Y接线；额定转速为744r／min。
　　
　　该项目采用美国罗宾康公司生产的2台1250kW、11电平变频装置，11电平变频器的结构原理如图6所示。该装置每相由5个额定电压为690V的功率单元串联而成，输出相电压为11电平，线电压为21电平，zui高相电压可达3450V，zui高线电压可达6kV。每个功率单元只提供1／5的相电压和1／5的输出功率，改变每相功率单元的串联个数或改变每个功率单元的输出电压，就可实现不同等级的输出电压，输入变压器的15个二次绕组采用延边三角形接法，互相相差12°电角度，形成30个脉冲整流电路结构，输出电流非常接近正弦波，总谐波失真率仅在1％左右。输入侧综合功率因数可达95％以上。11电平高压变频器主电路结构如图7所示。该锅炉引风机变频器技术改造于1999年完成并投入使用，经2年的运行表明，该装置安全、可靠。经黑龙江省电力科学研究院测试表明，发电机组在额定工况下（有功功率200MW），采用变频装置后，由原来的1790kW下降到1288kW，下降约28％；有功负荷在80MW～180MW间运行时，下降为31％～56％。统计采用变频装置前后的1个月的耗电量进行对比，由1327MW·h下降到877MW·h，月节电450MW·h，节能效果非常显著。按照1年节电5GW·h，0.5元／（kW·h）计算，1年可节约电费约250万元。回收期约为2年。
　　
　　其他系统应用高压变频器后，系统工况也得到不同程度的改善[2、5~7]。　　
　　4结语
　　
　　大力研究和推广应用中高压变频调速技术，对提高产量、降低维护费用、节约能源及提高国民经济综合效益、推动和促进我国相关高技术产业的发展，具有非常重要意义。