高壓變頻調速技術在發電廠節能方面的研究與應用

南京國電南自新能源科技有限公司 吳 婷

在發電廠發電運行中，對于發電廠的風機以及水泵等機組設備應用變頻調速技術進行調速運行控制后，能夠實現對于發電廠機組設備發電運行中需要的電能進行節約減少。在實際運行中，發電廠中380伏以下的低壓電動機設備已經對于變頻調速技術有廣泛的應用實現，以滿足發電廠中的節能需求。而在發電廠生產運行中，發電廠的風機以及水泵等機組設備的生產運行，具有需求電壓高以及運行功率大的特點，因此，如果在發電廠的風機以及水泵等高壓機組設備中進行變頻調速技術方式的應用，對于發電廠生產運行的節能需求能更加的滿足，并且能夠節約發電廠的發電生產與運行成本，降低發電生產運行能耗等積極作用和意義。另一方面，在實際應用中變頻調速技術具有調速精度高以及啟動電流小、機械振動與摩擦小、變頻調速操作簡單等特征優勢，與其他調速方式與技術相比，在發電廠節能生產中的應用優勢更加明顯和突出。

1.高壓變頻調速技術的發展與技術特點分析

近年來，隨著電力生產與應用中對于節能環保要求的提出，高壓功率變化換技術在世界各國的研究與應用中越來越受重視，電力運行中高壓功率變換技術也是現階段電力電子技術的最新發展與研究的重要方向之一。結合高壓變頻調速技術的具體發展應用情況，先后出現了以下幾種高壓變頻調速系統形式。

首先，最先應用的是高-低-低的高壓變頻調速方式，這種系統形式主要是先通過將高電壓使用變壓器進行降壓實現后，再使用低壓變頻器進行低壓大功率電動機的拖動運行，這種高壓變頻調速系統實際上并不是真正的高壓變頻調速技術與系統。其次，在電力生產以及運行中，還有一種比較常見高壓變頻調速系統形式，即高-低-高高壓變頻調速系統，它在進行高壓設備與機組系統的調速變頻實現中，主要是首先將高電壓系統與設備經過變壓器進行降壓后，再輸入低壓變頻器，通過低壓變頻器輸出電壓經過變壓器升壓后，進行高壓電動機的運行拖動。這種高壓變頻調速技術與系統形式在實際變頻調速應用中，不僅占地比較大，并且諧波比較多，需要使用濾波器進行電力保護運行。再次，還有一種高壓變頻系統形式被稱為是高-高高壓變頻調速系統形式，它在進行高壓變頻調速運行中，主要通過專門的逆變器設備在以多個功率的開關器件串聯的方式下，在系統電壓比較高，并且功率開關器件的耐壓比較低時，對于串聯的功率開關器件需要的數量就比較多，同時逆變器的損耗就會增大，高壓變頻調速系統的可靠性以及效率就比較低。此外，在實際變頻調速應用中高-高變頻調速系統的諧波比較大，需要濾波器輔助應用，并且系統維護比較復雜。

在高壓變頻調速應用中，多電平高壓變頻調速系統也是一種應用較多，并且比較常見的高壓變頻調速技術形式，它也是目前高壓變頻調速技術中比較理想的一種技術方式。與前幾種高壓變頻調速技術方式相比，多電平高壓變頻調速技術方式中功率器件的開關頻率有很大的降低變化。多電平高壓變頻調速技術形式在進行高壓的變頻調速實現中，主要是在先將高壓切分成為多個低壓電平的情況下，再使用多電平功率逆變器將低壓電平疊加合成正弦電壓波形式，并隨著電平數目的增加，最后合成的階梯波形分級越多，并且合成的電壓畸變就越小。在實際應用中，多電平高壓變頻調速方式能夠運用常規的低壓功率開關器件進行高壓變頻調速實現，并且能夠從根本上解決諧波問題，避免變頻調速過程中對于電動機造成損壞。

2.高壓變頻調速技術在發電廠節能生產應用分析

根據上述各種高壓變頻調速技術方法特點，結合發電廠發電生產中風機以及水泵等機組設備的運行特點，多電平高壓變頻調速技術方法是一種比較理想的進行風機以及水泵高壓機組設備變頻調速控制運行實現，滿足發電廠發電需求的技術方法。

以5電平為例，在以多電平高壓變頻調速技術方式進行發電廠風機、水泵高壓、大功率機組的變頻調速運行控制中，多電平變頻調速方式首先使用多繞組將變壓器進行隔離，并高電壓分割成多組低壓，然后再利用常規的低壓功率器件構成整流電流形態，同時應用逆變器進行多個低壓電平疊加，合成為正弦高電壓波形，進行電動機的帶動運行。圖1所示為5電平功率變換器的拓撲結構示意圖。

圖1 5電平功率變換器的拓撲結構示意圖

如圖1所示，應用這種多電平高壓變頻調速技術方式進行發電廠高壓大功率機組設備的運行控制中，不僅能夠提高機組設備運行中對于電壓的利用效率，消除低次諧波，并且在實際運行應用中，該控制系統中的高次諧波成分比較小，不需要使用濾波器，同時，這種高壓變頻調速技術方式在實際應用中還能夠提高真個系統的功率因數，具有比較理想的節能發電應用效果。例如，某集團動力中心在該企業動力部門的供水系統中就應用了17電平的高壓變頻器，進行該集團動力部門供水系統機組設備的變頻調速控制運行應用，就取得了比較好的系統運行效果與綜合經濟效益，圖2所示為該集團動力部門供水系統中應用的17電平高壓變頻器系統結構示意圖。

圖2 17電平高壓變頻器系統結構示意圖

3.結束語

高壓變頻調速技術在實際中的推廣應用，不僅能夠提高生產產量，降低生產維護費用，節約生產使用能源，而且能夠提高國民經濟綜合發展效益，促進我國相關技術產業的發展進步，具有積極作用和意義。

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