传统手工艺的传承 [应用高新技术改造传统产业实现绿色环保和高效节能]

　　摘 要：文中分析高压变频器的应用前景、技术特征、关键技术和应用案例，说明了在传统产业中采用高压变频器进行技术改造，不仅降低了能耗，平均节电率超过24%，还带来了系统应用的便利性，实现了传统产业的绿色环保和高效节能。还介绍了新能源产业中的光伏逆变器产品的原理和应用情况。
　　关键词：高压变频器传统产业绿色环保高效节能；光伏发电；光伏逆变器
　　Application of high technology to transform traditional industry, realize the green environmental protection and high efficiency and energy saving
　　LAI Cheng-yi
　　（Eastern Hitachi electric control equipment limited company，Sichuan Chengdu 611731）
　　Abstract: This paper introduces the application of high voltage inverter prospects, technical characteristics, key technologies and application case, described in traditional industry using high voltage inverter for technological transformation, not only reduces the energy consumption, the average saving rate over 24%, also brought the convenience of application system, the traditional industry of the green environmental protection and high efficiency and energy saving. This paper also introduces the new energy industry in PV inverter products, principle and application.
　　Keywords: High voltage inverter traditional industry green energy efficient; photovoltaic; photovoltaic inverter
　　1 变频器应用的市场前景
　　据统计，我国各类电动机的能耗占工业用电总能耗的70%左右，而工业场合配置的电动机系统普遍容量偏大，所以节能降耗的潜力巨大。如全国的火电机组能耗降低20%，相当于新建了60座1 000 MW的火电机组，节约标煤1300万吨/年。
　　火电厂中大量使用了风机和水泵负载，如送风机、引风机、增压风机、凝结水泵、电动给水泵等。由于风机水泵类负载的容量在设计时一般按额定工况设计，且留有一定余量，而一般的火电机组不可能长期工作在额定工况，所以为了调节负荷，常使用调节风门挡板或者阀门开度的方式来调节流量。这种方式是通过改变风道或管道系统的内阻来改变流量，风机的出力基本无影响，多余的功率消耗在了内阻上，所以这种方式效率很低，基本不节能。一般的电厂采用异步电动机拖动负载，还存在功率因数较低的问题，影响系统效率，另外电动机的直接合闸运行会对电动机寿命造成一定的影响，且对电源的容量要求大。要解决这些问题，采用变频调速的方式是目前最科学、效果最好的一种。变频器可以通过控制电力电子器件的开关状态，实现输出电压的幅值和频率可调，配合电动机对象的控制策略，可以达到在保证电动机处于最佳运行状态时，改变电动机转速。由于风机水泵类负载属于平方转矩类负载，其功率与转速成三次方正比关系，所以略微降低电动机的转速，功率将按三次方下降。采用变频器调速后，风门或阀门挡板的开度保持最大，即系统的内阻最小，通过改变负载的转速，降低系统的压力来调节流量。这样，系统的损耗最小，流量又得到调节，输出功率也大大降低，达到了节能的目的。采用变频器后，电动机的无功需求由变频器提供，所以从电源侧看变频器和电动机，功率因数也大大提高，一般可达0.96。采用变频器调速后，启动时的电动机电流远小于额定电流，不会对电动机造成冲击，可以频繁的启停。变频器还具有自动调节的控制功能，可以根据系统的压力进行自动的PID调节，使用非常方便。由此可见，采用变频调速不仅通过改变电动机转速降低负载功率，同时提高功率因数，对系统无冲击，可以实现自动控制，所以是目前节能降耗的主要手段。
　　2 高压变频器及其关键技术
　　由于目前的功率器件性能限制，高压变频器无法使用普通低压变频器的拓扑结构。高压变频器一般采用器件串联承受高耐压的方式或者采用功率组件串联的方式。由于功率器件的特性，直接使用器件串联有一定的缺陷，需要解决的问题很多，所以器件串联方式一般采用三电平和五电平的拓扑结构。这种拓扑结构简单，使用器件少，但对器件的要求高，且中性点钳位技术控制复杂，性能容易受到影响，目前可关断器件(IGBT、IGCT)产品的水平只能支持6 kV电动机使用三电平和五电平拓扑结构，却很难支持10 kV电动机使用此类拓扑结构。另外一种就是目前最常见的级联式高压变频器拓扑，这种拓扑结构使用了多个独立低压的功率模块串联形成高压，每个模块承担N(串联级数)分之一的电压和全部的电流，功率模块串联级数随电动机电压的需求可多、可少。由于每个功率模块结构简单且完全一致，所以生产和维护都比较容易。
　　高压变频器是一种复杂的电力电子产品，主要核心技术为电力电子技术三角形，即大容量功率器件的应用技术、高性能的软硬件控制平台技术和先进的对象控制策略。高压变频器除了完成电动机的调速外，在恶劣的工作环境中要保持稳定运行，在保证自身硬件安全的同时还要保证系统的可靠性，还要能够适应电网、负载等因素的变化，所以高压变频器还需要各类适应性功能。如级联式变频器的功率单元旁路功能能够快速切除发生故障的功率单元，解决了功率模块较多，单个模块出现问题引起变频器停机的问题；瞬时停电再启动功能在变频器输入电压异常时停止输出，复电时自动将电动机拖动起来，解决了电网的短时波动或者电网开关切换引起变频器停机的问题；飞车启动功能可以在电动机还在转动时通过检测运行状态，用合适的策略将其拖动起来，解决了负载在任意状态下无法快速用变频器拖动的问题；自动工变互切功能可以在变频器出现故障时自动将电动机投入工频，在变频器维修完成后自动从工频切换为变频器运行，解决了变频器影响系统可靠性的问题。诸如此类的功能还很多，这些技术体现了变频器产品的先进性。