【摘要】
本文结合引风机的实际工况，介绍了国产高压大功率变频器在淮北发电厂引风机上的应用。
【Abstract】
This text combines the actual work condition of lead the breeze machine, introducing the strong power of domestic high pressure to change the machine of inverter in the huai-bei power plant leads the on board application of breeze.
【键词】
高压变频器 风机 节能
【Key words】
high-voltage inverter Fan Energy saving
一、概述
中国大唐集团公司淮北发电厂位于淮北市相山西南麓，兴建于1970年。先后建成2×50MW 、2×125MW、3×200MW共7台燃煤发电机组，总装机容量达950MW，经增容改造现总装机容量达1022.5MW。
高压变频技术随着功率元器件耐压等级的提高和计算机应用技术的日趋成熟，在电厂的应用已相当普遍，节能效果及控制水平已被电力系统所认识。但在高电压、大功率的设备上应用，淮北发电厂之前没有尝试，基本没有这方面的经验。2004年淮北发电厂组织各个专业人员对国内外高电压、大功率的变频器这一新技术进行了考查、论证。既考察了国产的高压大功率变频器应用情况，也考察、论证了进口的高电压大功率的变频器应用业绩。最后得出结论：国产高电压、大功率变频调速装置，完全能够适应，具体如下几点：
1、产品售后服务及时、周到、服务成本低，能够满足生产的及时性。
2、产品备件采购方便、备件成本低。
3、 变频器操作简单，人机界面简单，易于掌握。
4、 通过近多年来国内生产厂家的努力，应该说国产大功率变频器并不比进口的性能差，有的方面还优于进口的变频器。
5、 国产造价比进口的低：
所以公司决定对#5、#6机组共四台引风机和#6机组的凝结水泵采用高压变频器调速装置，并且大唐集团公司在国际上公开招标采购高压变频器。我公司为国内唯一中标单位，并一举中标我公司5台高压变频器。
二、高压变频器的节能原理过去，我们对风机、水泵采用挡板、阀门进行流量控制、造成了大量的能源浪费。现在国际上普遍采用转速调节方式进行节能，虽然有多种方式，但是其中应用效果最好的为变频调速方式。
采用直接高压控制电动机定子的电压源型变频器对风机水泵等机械装置进行调速控制来控制风量、流量的方法是当前国内外主流技术，应用得非常广泛，大量采用该项技术进行节能，对于我国经济发展具有重要的意义。
风机和水泵虽然是两类不同的机械装置，但是均属于“平方转矩负载”，分析的方法也基本相同。下面就以风机为例进行说明。
2.1风机的参数和特征
2.1.1风机的基本参数
风量Q：单位时间流过风机的空气量（m3/s）；
风压H：空气流过时产生的压力。其中风机给予每立方米空气的总能量称为风机的全压Ht（Pa），它是由静压Hg和动压Hd组成，即Ht＝Hg+Hd；
功率P：风机工作有效总功率Pt＝QHt（W）。如风机用有效静压Hg，则Pg＝QHg；
效率η：风机的轴功率因有部分损耗而不能全部传给空气，因此可以用风机效率这一参数衡量风机工作的优劣，按照风机的工作方式及参数的不同，效率分别有：
全压效率ηt＝QHt/P
静压效率ηg＝QHg/P
2.1.2风机的特性曲线
表示风机性能的特性曲线有：
H-Q曲线：当转速恒定时，风压与风量间的关系特性
P-Q曲线：当转速恒定时，功率与风量间的关系特性
η-Q曲线：当转速恒定时，风机的效率特性
对于同类型的风机，根据风机参数的比例定律，在不同转速时的H-Q曲线如图1
根据风机相似方程：
当风机转速从n变到n’，风量Q、风压H及轴功率P的变化关系：
Q’=Q（n’/ n） (1)
H’=H（n’/ n）2 (2)
P’=P（n’/ n）3 (3)
上面的公式说明，风量与转速成正比。风压与转速的二次方成正比，轴功率与转速的三次方成正比。
2.2管网风阻特性曲线 当管网的风阻R保持不变时，风量与通风阻力之间的关系是确定不变的，即风量与通风阻力K按阻力定律变化，即
K=RQ2
式中： K－通风阻力，Pa；
R－风阻，（kg/m2）
Q－风量，（m3/s）
K－Q的抛物线关系称为风阻特性曲线，如图2-2所示。显然，风阻越大曲线越陡。
风阻的K－Q曲线与管网阻力曲线相交的工作点成为工况点M。同一风机两种不同转速n、n’时的K－Q曲线与R风阻特性曲线相交的工况点分别为M及M’，与R1风阻曲线相交的工况点为M1及M1’。
2.3电动机容量计算 拖动风机的电动机所需的输出轴功率为：
式中：ηb——风扇或风机的效率
ηc——传动装置效率。
2.4风机的节电方法及节能原理 从以上的介绍可知，风机、水泵负载转矩与转速的二次方成正比，轴功率与转速的三次方成正比，因此我们可以通过调节风机（或水泵）的转速来节电。
2.4.1采用挡板控制风量和变频调速控制风量的对比图
下面我们对采用挡板阀门及变频调速方式调节流量的能量消耗进行分析，以便对变频调速方式下的节能原理有一个理论上的了解。
如果设备的配置都满足设备的最佳运行状态，从图上看到：
2.4.1.1当流量Q＝1时，采用风机挡板和采用变频器时使用的功率将会一致，这是因为它们的输入功率都为AH0K所包围的面积；
2.4.1.2当流量从Q=1下降到Q=0.7时，采用风机挡板进行调节时的输入功率为BI0L所包围的面积，而采用变频调速后，其功率下降为DG0L包围的面积，从图上看，这个面积比BI0L包围的面积小很多；
2.4.1.3当流量进一步下降到Q=0.5时，采用风机挡板调节时的输入功率为CJ0P包围的面积，而采用变频调速时的输入功率为EF0P包围的面积，从图上看到，这个面积与CJ0P相比，其值更小。
所以我们可以从直观的图形上看到采用变频调速技术时比采用风门挡板时会节约大量的能量，也就是说：采用变频调速是一种节能的好办法。
那么，其计算方法怎么得到？
根据风机理论，风机运行时在需要流量变化时，可以采用阀门或者挡板进行调节，其输入功率的计算公式为：
Pnn=P×Hnn×Qnn
其中：Hnn＝U-(U-1) Q2nn U为系统流量为零时压力极值
所以，采用风门挡板时的风机输入功率为：
Pnn=P×Hnn×Qnn＝P×[U-(U-1) Q2nn]×Qnn
式中：Pnn为某个状态下的输入功率标么值；Hnn为某个状态下的压力标么值；Qnn为某个状态下的流量标么值；P为额定状态下的输入功率。
2.5采用变频调速时的功率计算：
2.5.1异步电机的转数为：
转数n=60f(1-s)/p
2.5.2 风机泵类流量、压力、功率与转速n关系为：
流量 Q∝n；
压力 H∝n2
功率 P∝n3
假设：额定流量为Q0，额定功耗为P0；所需流量为Q1，功耗为Pg.in；由上述正比关系得出下式：
P0：n03 =Pg.in：n13
2.5.3 不同负荷情况下节能效果曲线图（图3）
横坐标代表水泵的负荷状态。①为调节阀门时电机输入功率的曲线，②为调节水泵转速时电机输入功率的曲线，③为采用变频调速方法时，相对于调节阀门而带来的节能效益曲线。
曲线③没有考虑调速装置本身的效率，也忽略调速后水泵本身的效率变化情况，综合考虑这两个因素后，曲线③将略微下降。
三、DHVECTOL-DI变频器的原理
DHVECTOL-DI变频装置采用多电平串联技术，6kV系统由移相变压器、功率单元和控制器组成。6kV变频装置有24个功率单元，每8个功率单元串联构成一相。每个功率单元结构以及电气性能完全一致，可以互换，其电路结构如图4，为基本的交-直-交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过对IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，可得到如图5所示的波形。输入侧由移相变压器给每个单元供电，移相变压器的副边绕组分为三组，构成48脉冲整流方式；这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形，使其负载下的网侧功率因数接近1。另外，由于变压器副边绕组的独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，每个功率单元等效为一台单相低压变频器。输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接成星型接法直接给高压电机供电，通过对每个单元的PWM波形进行重组，可得到如图6所示的阶梯正弦PWM波形。这种波形正弦度好，dv/dt小，可减少对电缆和电机的绝缘损坏，无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长，电机不需要降额使用，可直接用于旧设备的改造；同时，电机的谐波损耗大大减少，消除了由此引起的机械振动，减小了轴承和叶片的机械应力。
四、主要技术特点
a. 输入谐波小
DHVECTOL-DI变频器使用了“多重化移相整流技术和单元电平串连叠加技术”，符合GB/T14549－2002及IEEE519-1992对电压、电