眾所周知，大功率風(fēng)機、水泵的變頻調速方案，可以收到顯著(zhù)的節能效果，其直接經(jīng)濟效益很大，宏觀(guān)經(jīng)濟效益及社會(huì )效益則更大?？梢灶A計，大功率交流電機變頻調速新技術(shù)的發(fā)展是我國節能事業(yè)的主導方向之一。

目前，阻礙變頻調速技術(shù)在高壓大功率交流傳動(dòng)中推廣應用主要問(wèn)題以下幾點(diǎn)：一是高電壓大電流功率器件缺乏，散熱技術(shù)水平較低，超大功率產(chǎn)品實(shí)現難度高；二是高性能矢量控制技術(shù)等低壓成熟技術(shù)在高壓變頻器上應用實(shí)現難度高，國內高端應用場(chǎng)合對國產(chǎn)高壓認知度不高；三是5MW以下風(fēng)機泵類(lèi)高壓變頻技術(shù)同質(zhì)化嚴重，技術(shù)門(mén)檻降低，硬件和售后服務(wù)成本高，回款率低，從而造成了高壓變頻器企業(yè)持續發(fā)力難度加大。這幾個(gè)難題阻礙了高壓大容量變頻調速技術(shù)的推廣應用。

問(wèn)題1：目前高壓變頻器發(fā)展的技術(shù)瓶頸是什么？

問(wèn)題2：如何解決用戶(hù)所關(guān)心的投入產(chǎn)出比問(wèn)題？

問(wèn)題3：目前高壓變頻器行業(yè)除了風(fēng)機和水泵之外，更應該關(guān)注哪個(gè)行業(yè)？

行業(yè)觀(guān)點(diǎn)

上海新時(shí)達電氣股份有限公司 研發(fā)中心 總監 嚴彩忠

問(wèn)題1：目前高壓變頻器發(fā)展的技術(shù)瓶頸是什么？

從高壓變頻器技術(shù)的實(shí)現而言，600A以下風(fēng)機水泵類(lèi)高壓變頻器的實(shí)現我個(gè)人覺(jué)得已經(jīng)沒(méi)有什么技術(shù)瓶頸，只是很多廠(chǎng)家進(jìn)入該行業(yè)較晚，生產(chǎn)工藝和現場(chǎng)應用經(jīng)驗上有所欠缺而已。當前市場(chǎng)上主要的高壓變頻器實(shí)現技術(shù)是H橋級聯(lián)技術(shù)（CHB）和中點(diǎn)箝位三電平技術(shù)（NPC-3L）。采用CHB的有：西門(mén)子（羅賓康）、施耐德（利德華福）、合康等；采用NPC-3L的有：ABB、富士、西門(mén)子等。

一、600A以下風(fēng)機泵類(lèi)高壓變頻器無(wú)技術(shù)瓶頸

從1995年美國羅賓康公司在中國開(kāi)始推廣CHB高壓變頻器至今17個(gè)年頭，國內也已有超過(guò)20個(gè)廠(chǎng)家使用CHB實(shí)現了高壓變頻調速產(chǎn)業(yè)化。CHB采用1700V級電壓功率器件構建功率單元模塊（也有采用3.3kV的廠(chǎng)家），可靠性高。通過(guò)若干個(gè)功率單元串聯(lián)便可直接輸出高壓電，多重化整流和多電平疊加的方式有效地抑制了輸入輸出諧波，不必再采用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置，因此CHB深受?chē)鴥扔脩?hù)青睞。而以ABB等為代表的多電平高壓變頻技術(shù)，為解決6kV/10kV的輸出電壓，需采用4.5kV器件串聯(lián)，dv/dt過(guò)大，而后采用的混合式三電平H橋技術(shù)，雖可將電壓提高到6kV，但與傳統CHB相比，輸出電壓、電平數、可控器件數、整流電源數、變壓器復雜性及dv/dt等都類(lèi)似，沒(méi)有突出優(yōu)點(diǎn)。所以在國內占主導的依然是CHB。

二、600A以上高壓變頻器散熱、拓撲技術(shù)有待發(fā)展

通過(guò)功率單元的串聯(lián)，H橋級聯(lián)技術(shù)可以實(shí)現高電壓高功率輸出。但600A以上產(chǎn)品單個(gè)功率的電流較大，功率單元體積大，散熱要求高。采用常規風(fēng)冷模式，需要將散熱器做的很大，同時(shí)系統散熱風(fēng)扇要求較大，柜體體積大。如何將諸如水冷、熱管、空-水冷等技術(shù)應用到大功率單元中去，是值得研究的一個(gè)課題。同時(shí)，600A以上的移相變壓器體積重量大，這給系統的安裝、維護及運輸帶來(lái)了很多麻煩。加之“H橋”技術(shù)需要前級移相變壓器，在原材料成本日益上升的情況下，大功率高壓變頻器的實(shí)現成本也隨之上升。這將是高壓變頻器面臨的又一個(gè)技術(shù)瓶頸。當然國際國內對高壓變頻技術(shù)拓撲研究很活躍，比如簡(jiǎn)單的IGBT直接串聯(lián)技術(shù)、二極管/飛躍電容箝位多電平技術(shù)、統一箝位多電平技術(shù)、（無(wú)獨立電源）級聯(lián)多電平技術(shù)、三相三電平單元級聯(lián)技術(shù)、多電平自平衡級聯(lián)技術(shù)、MMC技術(shù)等。

三、高性能高壓變頻技術(shù)還需發(fā)展

對于一些追求高動(dòng)態(tài)響應的場(chǎng)合，比如冶金、機車(chē)牽引、橡機密煉機、船舶推進(jìn)、海上鉆井、礦井提升等，傳統的風(fēng)機水冷類(lèi)高壓變頻器一是無(wú)法滿(mǎn)足過(guò)載要求，二是無(wú)法滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)響應要求，三是無(wú)法滿(mǎn)足高可靠性要求。如何將低壓變頻器成熟的矢量控制技術(shù)、直接轉矩控制技術(shù)、四象限控制技術(shù)（PWM整流技術(shù)）、同步電機控制技術(shù)等應用到高壓變頻器中也是個(gè)比較時(shí)尚的課題。

目前國內四象限高壓變頻器的常規做法是把H橋的整流改為PWM整流，能把再生能量回饋至電網(wǎng)，四象限工作。網(wǎng)側電流正弦，功率因數可調，電網(wǎng)異常降低時(shí)關(guān)斷全部開(kāi)關(guān)器件，無(wú)顛覆問(wèn)題。

問(wèn)題2：如何解決用戶(hù)所關(guān)心的投入產(chǎn)出比問(wèn)題？

高壓變頻器在風(fēng)機水泵等應用場(chǎng)合的節能效果已被用戶(hù)廣泛接受，另外采用變頻器控制電機后，電動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)及運轉過(guò)程中均無(wú)沖擊電流，可大大延長(cháng)電機、接觸器及機械散件、軸承等使用壽命。因此變頻改造后，不僅節約大量電能，而且可以減少設備維修保養費。

隨著(zhù)高壓變頻器產(chǎn)業(yè)的提升及電力電子技術(shù)的發(fā)展，采用高壓變頻器用戶(hù)的投入還可能進(jìn)一步降低。一方面，高壓變頻器廠(chǎng)家需要通過(guò)提高技術(shù)進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，比如擴大生產(chǎn)規模降低制造成本、提高可靠性降低售后成本、采用新技術(shù)減少原材料成本等。另一方面，EMC（合同能源管理）是一個(gè)很好的方法，由EMC公司來(lái)負責設備的安裝，用戶(hù)初期投資極少。既達到了用戶(hù)節能的效果，又減少了前期投資，還能政府給予的一定支持。我覺(jué)得隨著(zhù)EMC的深入，加上高壓變頻器成本的降低，是完全可以解決用戶(hù)的投入產(chǎn)出問(wèn)題的。