机械论文发表大容量中压变频调速装置在英那河水源泵站中的应用(2)
主要技术特点:与ROBICON基本相同，二者电路结构大同小异。只是他们采用的IGBT功率元件的耐压不同，所用的逆变器数量也不同。适配电机额定电压可达10kV。目前，生产输出电压为10kV的变频装置的公司比较少，因国外3kV电压等级用的较多，他们可能不太注重开发10kV的变频装置。
不足之处:使用功率元件的数量相比稍多，可能故障的环节就相对的多一些。采用风冷时，噪声比较大。IGBT具有快速的开关性能，但在高压变频中其导电损耗高，变频装置的发热是个不能轻视的问题。因其为国内公司研究开发的，应用时间不长，运行经验较少。尤其是适配电机功率达到2750kW的大容量高压变频器。
与国外同容量的变频装置相比价格占有优势。对电机没有特殊要求，可适用于任何电机，而不用配置输出滤波电抗器。
可直接适用于旧设备的改造，无须输出滤波器就可使输出电缆长度很长。对于原有10kV电机的，如果还利用原电机，则用HARSVERT的变频器比较合适。如果用其他的变频器，要配升压变压器将6kV升到10kV。
2.4 ABB公司采用IGCT的三电平大容量变频器(ACS1000)
IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor)是90年代在晶体管技术的基础上结合了GTO和IGBT技术开发的大功率新型器件，与IGBT相比，它开关快速，开通能力强、存储时间短、开关导电损耗较低。为减小引线电感，其管芯必须与门驱动电路集成安装、整体更换。IGCT由于其导通压降低，损耗低，比IGBT更适合于高电压、大容量使用。目前使用的IGCT元件电压等级最大做到4.5kV，接线原理与SIEMENS的高压IGBT三电平大容量变频器(SIMOVERT MV)基本相同，只是采用的元件不同，不需要元件串、并联。IGCT器件耐压等级提高以后，它将是构成大功率和超大功率高压变频器的优选功率器件。
主要技术特点为:输入侧设置变频传动变压器，三卷变压器二次侧分别采用Y、Δ接法，等效12脉冲整流使得电源输入侧谐波大为降低。变频传动变压器与变频器柜是分体的，功率元件是HV-IGCT，输出频率范围是0~150Hz，逆变器采用三电平PWM控制。采用了DTC-直接转矩控制专利技术，直接转矩控制(DTC)是交流传动中最佳的电动机控制方法，可以对电动机所有的关键变量进行直接控制。
表1
SIEMENSABBROBICON利德华福
技术原理三电平PWM三电平PWM多重化-PWM多重化-PWM
逆变功率元件HV-IGBTIGCTLV-IGBTIGCT
对4.16kV的变频器，
逆变器中需用功率
元件个数12个高压IGBT6个钳位二极管12个IGCT60个低压 IGBT
输入变压器三绕组变频整流变压器三绕组输入隔离变压器一体化干式多绕组变压器一体化干式多绕组变压器
功率因数≥96%≥95%(调速范围内)≥95%95%(>20%负载)
变频器本身效率≥98.5%(额定工作点)≥98%≥98.5%(调速范围内)≥95%(额定负载下)
谐波输出有低谐波分量有输出正弦滤波器，谐波含量极小谐波非常小谐波非常小
最高输出频率150Hz66Hz(可选122Hz)120Hz120Hz
逆变器电平数3311多电平
适配电机西门子电机最佳其他厂商的电机要另加输出滤波器可与标准的鼠笼型电机配用可与任意厂商生产的交流鼠笼型电机配用可与任意厂商生产的交流鼠笼型电机配用
电机电压(kV)2.3 3.3 4.16 62.3 3.3 4.162.3 3.3 4.16 63 6 10
电机功率范围800~4000kW315~5000kW400~7500kW300~4000kW
初投资价格(同容量)高高高低
不足之处:IGCT元件需要的触发电路要比IGBT元件所需要的触发电路复杂、触发功率大。当适配电机功率超过1800kW时，变频装置需要采用水冷，整套设备占地面积比较大。因对冷却循环水的水质有要求，要加一套净化水设备。实际上，运行人员更习惯于用风冷，也更喜欢用风冷。由于IGCT器件耐压的限制，某些型号的三电平变频器至今尚无输出电压6000伏规格的产品。
表1为4家中压大容量变频装置特性比较。
3 结论
综合各方面因素，经过招标，最后采用的是SIEMENS变频装置(6SE8033-1CA01)和配套电机(1RQ4562-6JV40)。
此规格变频器在欧洲已有应用，在国内水行业中还是头次应用，取得了一些经验。
(1)该工程于2000年10月开始设计，2001年7月一次通水成功，现已运行将近2年时间。通过这段时间的运行看，该泵站运行安全稳定，节能效果显著。根据最典型的应用工况，一期各方案经济比较见表2。
从表2分析结果知，b方案为最优方案，即2台调速泵方案最优。其次方案为a方案，即一台调速与一台恒速泵并联方案。虽然a方案的设备投资比b方案少425万元，但a方案比b方案一年的运行费用多108.84万元，这样b方案3.9年所省的运行费，即可抵消掉其设备所增加的投资，即静态回收期为3.9年。
从表2还可看出全调方案与阀调节方案的比较其节能效果:水位控制变频调速技术为泵站一年省电费378.25万元(一期工程), 静态回收期为2.25年。(注:上述的计算只是针对水库多年平均水位，电费按0.50元/度计算)
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