在火電廠中，多數(shù)輔機(jī)（如風(fēng)機(jī)、灰漿泵、鍋爐給水泵等）都是以鼠籠電動(dòng)機(jī)類型為主體，轉(zhuǎn)速不可控的電氣拖動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，這些系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出功率不能隨之進(jìn)行調(diào)節(jié)。如傳統(tǒng)一次風(fēng)機(jī)通常采用入口擋板調(diào)節(jié)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)一直保持額定出力，因此存在以下缺點(diǎn)：一是能耗大。因一次風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)不具備隨負(fù)荷變化調(diào)節(jié)出力的能力，長期運(yùn)行在額定出力狀況下造成大量電能的浪費(fèi)；二是擋板調(diào)節(jié)不理想。在擋板調(diào)節(jié)的過程中存在卡塞隱患，常使驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)短時(shí)間強(qiáng)烈振動(dòng)現(xiàn)象，影響電機(jī)壽命；三是調(diào)節(jié)范圍有限。由于上述問題造成大量電能的浪費(fèi)，直接影響到電廠的經(jīng)濟(jì)效益，因此對(duì)一次風(fēng)機(jī)提出設(shè)備改造。通過對(duì)一次風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)加裝調(diào)頻裝置，以解決現(xiàn)有設(shè)備的缺陷
上虞風(fēng)機(jī)。
1高壓變頻器無諧波高壓變頻器由若干個(gè)低壓PWM變頻功率單元組成串聯(lián)的方式，實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出。該變頻器由于具有對(duì)電網(wǎng)諧波污染極小，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音及共模電壓等問題。因此不必加裝輸出濾波器，就可以應(yīng)用于普通的異步電機(jī)。
1.1基本結(jié)構(gòu)高壓變頻器組成的系統(tǒng)如所示，當(dāng)用戶需要改造原有系統(tǒng)或者在新建工程中使用變頻器時(shí)，只需在原設(shè)計(jì)中將電動(dòng)機(jī)與QF1斷開并在中間加入變頻器，即可完成改造。變頻器中QS1和QS2為高壓隔離開關(guān)，QS1為單刀單擲，QS2為單刀雙擲。變頻器的輸出端配有電壓互感器PT，用來檢測變頻器的輸出電壓。當(dāng)要使用變頻器時(shí)，先將QS1合通，QS2置為變頻狀態(tài)即“1狀態(tài)，再由變頻器給出用戶開關(guān)合閘允許信號(hào)，QF1合通，變頻器進(jìn)入充電狀態(tài)，充電完成后，就可以正常啟動(dòng)變頻器。
1.2變頻器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)―DI系列無電網(wǎng)污染高壓大功率變頻器是采用直接高壓（高一高）式的變換形式，由多個(gè)功率單元構(gòu)成單元串聯(lián)多電平的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)功率單元可以按照主控系統(tǒng)的指令做到低壓交流輸出，再由多個(gè)功率單元串聯(lián)成三相，每一相疊加輸出為所需的相交流高壓。以6kV每相五個(gè)功率單元串聯(lián)為例，疊加之后的主回路如所示。
每個(gè)功率單元輸入三相交流電壓，經(jīng)整流、逆變后輸出單相交流電壓，每相由五個(gè)相同的功率單元串聯(lián)而成，三相的一端經(jīng)過短接形成中性點(diǎn)，三相的另外三個(gè)端口的線電壓為6kV可以直接連接交流電動(dòng)機(jī)，所以該級(jí)聯(lián)式主回路拓?fù)溆殖３７Q為“單元串聯(lián)多電平”直接高壓變頻器結(jié)構(gòu)。
1.2.1移相變壓器移相變壓器電氣原理如所示：變壓器（以6kV變頻器輸入變壓器為例）原邊繞組為6kV副邊共十五個(gè)繞組分為三相。每個(gè)繞組為延邊三角形接法，分別有0士1224等移相角度，每個(gè)繞組接一個(gè)功率單元。這種移相接法可以有效地消除30次以下的諧波。因此，采用移相變壓器進(jìn)行隔離降移相變壓器電氣原理。2.2功率單元功率單元主要由輸入熔斷器FU1、FU2、三相全橋整流器（V1V2）、濾波電容器組（C1C3）、IGBT逆變橋（1一T4）直流母線和旁通回路構(gòu)成。功率單元電路如所示。
在一個(gè)變頻器之內(nèi)的功率單元，具有完全相同的結(jié)構(gòu)，可以互換。每一個(gè)功率單元由移相變壓器的一組副邊供電，通過三相全橋整流器將交流輸入變?yōu)橹绷?，并將能量?chǔ)存在電容器組中。電容器組可根據(jù)單元電壓選擇并聯(lián)或串聯(lián)。電子控制部件接收主控系統(tǒng)發(fā)送的PWM信號(hào)并通過控制IGBT的工作狀態(tài)，輸出PWM電壓波形。監(jiān)控電路實(shí)時(shí)監(jiān)控IGBT和直流母線的狀態(tài)，并將IGBT的狀態(tài)反饋回主控系統(tǒng)。在某一個(gè)功率單元電路，若出現(xiàn)重故障時(shí)，主控系統(tǒng)將接通該功率單元的旁通回路，使該功率單元進(jìn)入旁通狀態(tài)，而整個(gè)變頻器可以繼續(xù)工作。
當(dāng)故障消失之后，變頻器將退出旁通并自動(dòng)恢復(fù)到原工作狀態(tài)。
將每相N個(gè)功率單元輸出的PWM電壓波形進(jìn)行疊加，產(chǎn)生出2N+1個(gè)電壓臺(tái)階的多重化相電壓波形，五個(gè)功率單元輸出的PWM波形及疊加之后的相電壓波形如所示。
3應(yīng)用效果3.1經(jīng)濟(jì)效果當(dāng)負(fù)荷變化而風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低時(shí)，則輸出功率按三次方遞減，而變頻調(diào)速能夠很好地解決這一問題，達(dá)到節(jié)能的目的。某發(fā)電公司一期四臺(tái)一次風(fēng)機(jī)改造后每年將節(jié)能降耗總費(fèi)用300余萬元，并且實(shí)現(xiàn)一次風(fēng)機(jī)平滑的頻率調(diào)節(jié)和擴(kuò)展調(diào)節(jié)范圍。如按單臺(tái)風(fēng)機(jī)的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)7000小時(shí)計(jì)算，利用小時(shí)數(shù)為5300小時(shí)。TRL工況為2917小時(shí)，75%負(fù)荷的工況時(shí)間1750小時(shí)，<50%負(fù)荷的工況時(shí)間為2333小時(shí)。如果按上網(wǎng)電價(jià)按0.5元計(jì)算，四臺(tái)風(fēng)機(jī)每年可以節(jié)約728萬元。4臺(tái)一次風(fēng)機(jī)均加裝變頻裝置，需要一次性增加投資約1800萬人民幣，按上網(wǎng)電價(jià)按0.5元計(jì)算需要2.5年能收回投資。
在采用高壓變頻器后，實(shí)現(xiàn)了隨著機(jī)組負(fù)荷變化而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)風(fēng)量，大大減少擋板截流損失，節(jié)約了電能，且減少了設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。而且節(jié)能效果顯著，使廠用電率降低0.1%. 3.2技術(shù)效果實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)，常規(guī)電壓下電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流可高達(dá)額定電流的4~8倍，如此大的沖擊電流既是對(duì)電能的浪費(fèi)，又對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣是致命的威肋、，大多數(shù)電機(jī)是在啟動(dòng)時(shí)燒毀而不是在運(yùn)行中燒毀的。高壓變頻調(diào)速裝置因?yàn)榭梢噪S意設(shè)定電機(jī)的啟動(dòng)初始轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速上升速度，從而避免了對(duì)電機(jī)產(chǎn)生大的沖擊，大大延長了設(shè)備壽命。提高自動(dòng)控制系統(tǒng)的品質(zhì)，并可實(shí)現(xiàn)短時(shí)間失電無跳閘運(yùn)行、旋轉(zhuǎn)無沖擊帶負(fù)載啟動(dòng)等特殊功能，易于實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。
4結(jié)束語綜上所述，裝設(shè)高壓變頻調(diào)速裝置，是目前電廠電機(jī)節(jié)能最優(yōu)的解決方式。在能源日益短缺和緊張的今天，變頻調(diào)速裝置將在節(jié)能降耗中大顯身手，是企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。
