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

目前，阻礙變頻調(diào)速技術(shù)在高壓大功率交流傳動(dòng)中推廣應(yīng)用主要問題以下幾點(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(xiàn)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(yīng)用實(shí)現(xiàn)難度高，國內(nèi)高端應(yīng)用場合對(duì)國產(chǎn)高壓認(rèn)知度不高；三是5MW以下風(fēng)機(jī)泵類高壓變頻技術(shù)同質(zhì)化嚴(yán)重，技術(shù)門檻降低，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(xù)發(fā)力難度加大。這幾個(gè)難題阻礙了高壓大容量變頻調(diào)速技術(shù)的推廣應(yīng)用。

問題1：目前高壓變頻器發(fā)展的技術(shù)瓶頸是什么？

問題2：如何解決用戶所關(guān)心的投入產(chǎn)出比問題？

問題3：目前高壓變頻器行業(yè)除了風(fēng)機(jī)和水泵之外，更應(yīng)該關(guān)注哪個(gè)行業(yè)？

行業(yè)觀點(diǎn)

上海新時(shí)達(dá)電氣股份有限公司 研發(fā)中心 總監(jiān) 嚴(yán)彩忠

問題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(xiàn)而言，600A以下風(fēng)機(jī)水泵類高壓變頻器的實(shí)現(xiàn)我個(gè)人覺得已經(jīng)沒有什么技術(shù)瓶頸，只是很多廠家進(jìn)入該行業(yè)較晚，生產(chǎn)工藝和現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)上有所欠缺而已。當(dāng)前市場上主要的高壓變頻器實(shí)現(xiàn)技術(shù)是H橋級(jí)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、西門子等。

一、600A以下風(fēng)機(jī)泵類高壓變頻器無技術(shù)瓶頸

從1995年美國羅賓康公司在中國開始推廣CHB高壓變頻器至今17個(gè)年頭，國內(nèi)也已有超過20個(gè)廠家使用CHB實(shí)現(xiàn)了高壓變頻調(diào)速產(chǎn)業(yè)化。CHB采用1700V級(jí)電壓功率器件構(gòu)建功率單元模塊（也有采用3.3kV的廠家），可靠性高。通過若干個(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(shù)補(bǔ)償裝置，因此CHB深受國內(nèi)用戶青睞。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(tǒng)CHB相比，輸出電壓、電平數(shù)、可控器件數(shù)、整流電源數(shù)、變壓器復(fù)雜性及dv/dt等都類似，沒有突出優(yōu)點(diǎn)。所以在國內(nèi)占主導(dǎo)的依然是CHB。

二、600A以上高壓變頻器散熱、拓?fù)浼夹g(shù)有待發(fā)展

通過功率單元的串聯(lián)，H橋級(jí)聯(lián)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)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(guī)風(fēng)冷模式，需要將散熱器做的很大，同時(shí)系統(tǒng)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(yīng)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(tǒng)的安裝、維護(hù)及運(yùn)輸帶來了很多麻煩。加之“H橋”技術(shù)需要前級(jí)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(xiàn)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(dāng)然國際國內(nèi)對(duì)高壓變頻技術(shù)拓?fù)溲芯亢芑钴S，比如簡單的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(tǒng)一箝位多電平技術(shù)、（無獨(dú)立電源）級(jí)聯(lián)多電平技術(shù)、三相三電平單元級(jí)聯(lián)技術(shù)、多電平自平衡級(jí)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(duì)于一些追求高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的場合，比如冶金、機(jī)車牽引、橡機(jī)密煉機(jī)、船舶推進(jìn)、海上鉆井、礦井提升等，傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)水冷類高壓變頻器一是無法滿足過載要求，二是無法滿足動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求，三是無法滿足高可靠性要求。如何將低壓變頻器成熟的矢量控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)、四象限控制技術(shù)（PWM整流技術(shù)）、同步電機(jī)控制技術(shù)等應(yīng)用到高壓變頻器中也是個(gè)比較時(shí)尚的課題。

目前國內(nèi)四象限高壓變頻器的常規(guī)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(cè)電流正弦，功率因數(shù)可調(diào)，電網(wǎng)異常降低時(shí)關(guān)斷全部開關(guān)器件，無顛覆問題。

問題2：如何解決用戶所關(guān)心的投入產(chǎn)出比問題？

高壓變頻器在風(fēng)機(jī)水泵等應(yīng)用場合的節(jié)能效果已被用戶廣泛接受，另外采用變頻器控制電機(jī)后，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)及運(yùn)轉(zhuǎn)過程中均無沖擊電流，可大大延長電機(jī)、接觸器及機(jī)械散件、軸承等使用壽命。因此變頻改造后，不僅節(jié)約大量電能，而且可以減少設(shè)備維修保養(yǎng)費(fèi)。

隨著高壓變頻器產(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的投入還可能進(jìn)一步降低。一方面，高壓變頻器廠家需要通過提高技術(shù)進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，比如擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)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公司來負(fù)責(zé)設(shè)備的安裝，用戶初期投資極少。既達(dá)到了用戶節(jié)能的效果，又減少了前期投資，還能政府給予的一定支持。我覺得隨著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的投入產(chǎn)出問題的。