眾所周知，大功率風(fēng)機、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)濟效益很大，宏觀經(jīng)濟效益及社會效益則更大?？梢灶A(yù)計，大功率交流電機變頻調(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中推廣應(yīng)用主要問題以下幾點：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)用實現(xiàn)難度高，國內(nèi)高端應(yīng)用場合對國產(chǎn)高壓認知度不高；三是5MW以下風(fēng)機泵類高壓變頻技術(shù)同質(zhì)化嚴重，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)機和水泵之外，更應(yīng)該關(guān)注哪個行業(yè)？

行業(yè)觀點

上海新時達電氣股份有限公司 研發(fā)中心 總監(jiān) 嚴彩忠

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)的實現(xiàn)而言，600A以下風(fēng)機水泵類高壓變頻器的實現(xiàn)我個人覺得已經(jīng)沒有什么技術(shù)瓶頸，只是很多廠家進入該行業(yè)較晚，生產(chǎn)工藝和現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗上有所欠缺而已。當前市場上主要的高壓變頻器實現(xiàn)技術(shù)是H橋級聯(lián)技術(shù)（CHB）和中點箝位三電平技術(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個年頭，國內(nèi)也已有超過20個廠家使用CHB實現(xiàn)了高壓變頻調(diào)速產(chǎn)業(yè)化。CHB采用1700V級電壓功率器件構(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。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、拓撲技術(shù)有待發(fā)展

通過功率單元的串聯(lián)，H橋級聯(lián)技術(shù)可以實現(xiàn)高電壓高功率輸出。但600A以上產(chǎn)品單個功率的電流較大，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，是值得研究的一個課題。同時，600A以上的移相變壓器體積重量大，這給系統(tǒng)的安裝、維護及運輸帶來了很多麻煩。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現(xiàn)成本也隨之上升。這將是高壓變頻器面臨的又一個技術(shù)瓶頸。當然國際國內(nèi)對高壓變頻技術(shù)拓撲研究很活躍，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

對于一些追求高動態(tài)響應(yīng)的場合，比如冶金、機車牽引、橡機密煉機、船舶推進、海上鉆井、礦井提升等，傳統(tǒng)的風(fēng)機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)）、同步電機控制技術(shù)等應(yīng)用到高壓變頻器中也是個比較時尚的課題。

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后，電動機啟動時及運轉(zhuǎn)過程中均無沖擊電流，可大大延長電機、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(jié)約大量電能，而且可以減少設(shè)備維修保養(yǎng)費。

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一步降低。一方面，高壓變頻器廠家需要通過提高技術(shù)進一步降低生產(chǎn)成本，比如擴大生產(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）是一個很好的方法，由EMC公司來負責(zé)設(shè)備的安裝，用戶初期投資極少。既達到了用戶節(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。

企業(yè)觀點

利德華福EMC公司 副總工程師 劉軍祥

問題2：如何解決用戶所關(guān)心的投入產(chǎn)出比問題？

目前，越來越多的客戶選擇有品牌影響力的國內(nèi)高壓變頻企業(yè)采取合同能源管理（EMC）的方式，解決企業(yè)節(jié)能項目一次性投資大、存在節(jié)能預(yù)期風(fēng)險，投入產(chǎn)出比不確定等問題。通過節(jié)能項目融資、風(fēng)險轉(zhuǎn)嫁、節(jié)能收益分享的模式，實現(xiàn)了企業(yè)在零風(fēng)險的情況下取得顯著的節(jié)能經(jīng)濟收益和良好的社會效益。同時，也實現(xiàn)了節(jié)能設(shè)備制造商、金融機構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)與地方政府的多方共贏的新局面。

高壓變頻器在中國天生就是節(jié)能產(chǎn)品，高壓變頻器EPC模式是國家大力提倡的，我司作為國內(nèi)最大的高壓變頻器生產(chǎn)銷售廠家對此模式也非常重視，但是比起專業(yè)的節(jié)能公司我們的步伐有些落后，2011年我們成立了北京利德華福節(jié)能投資有限公司，同時成為國家發(fā)改委的節(jié)能備案公司，專業(yè)從事高壓變頻器的EPC營銷模式。我們的EPC模式除了大家所熟知的無需用戶投資，節(jié)能分成之外的益處之外，將會從提高變頻器的效率，保證變頻器運行環(huán)境，改善負載管路系統(tǒng)和提高相關(guān)工藝自動化程度入手解決節(jié)能問題，在很多生產(chǎn)工藝中我們將提高通用變頻器節(jié)能10%以上，用戶與我們分享節(jié)約電費將會獲得更大的收益。

對于EPC模式用戶一定要注意投資企業(yè)的規(guī)模和可持續(xù)發(fā)展，以及他們所用的節(jié)能技術(shù)的先進性，因為節(jié)能合同用戶投資很小，用戶往往會對項目的質(zhì)量大意，甚至有反正我不出錢我就不管的心態(tài)。其實EPC合同一經(jīng)簽訂就是幾年，如果項目失敗用戶很難立即更換廠家，能耗甚至生產(chǎn)損失還是非常大的。用戶在嚴格要求技術(shù)條件的同事要給實施節(jié)能的廠家比較寬松的商務(wù)條件，因為此種模式的投入是長期的，很多投資方會考慮不周，如果投資方后來發(fā)現(xiàn)繼續(xù)投入不劃算就會使項目質(zhì)量下降，無形中造成了用戶的損失。

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

利德華福自2000年研制成功國內(nèi)第一臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高壓大功率變頻調(diào)速系統(tǒng)以來，目前產(chǎn)品與服務(wù)行銷中國及歐洲、北美、南美、非洲、西亞、東南亞、澳洲等市場區(qū)域，為全球工業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能降耗及工藝進步提供世界一流的產(chǎn)品與解決方案、服務(wù)支持及技術(shù)培訓(xùn)。在電力、能源、冶金、采礦、石油化工、水及污水處理、水泥、造紙、制藥、船舶及機車應(yīng)用等工業(yè)領(lǐng)域，各類客戶正通過利德華福提供的高壓大功率變頻調(diào)速裝置對拖動風(fēng)機、水泵、空氣壓縮機等各類負載的電動機進行著自動控制，在節(jié)能降耗及工藝進步方面取得巨大進步的同時，也收獲了可觀的經(jīng)濟和社會效益。

目前我司的變頻器主要應(yīng)用在火力發(fā)電，鋼鐵冶煉，水泥生產(chǎn)，煤炭挖掘運輸?shù)阮I(lǐng)域。所用的應(yīng)用場所對高壓變頻器有一個共同的要求就是連續(xù)運行的可靠性，因此我們要想盡一切方法提高設(shè)備的可靠性，然后是開發(fā)出適應(yīng)各個行業(yè)特殊情況的配套產(chǎn)品技術(shù)。比如針對火力發(fā)電廠我們開發(fā)出了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，針對鋼鐵廠我們開發(fā)出了無擾投切技術(shù)和快速加減速相應(yīng)技術(shù)，針對水泥生產(chǎn)我們的設(shè)備要適應(yīng)負荷突變的工況等。

國內(nèi)的高壓變頻器行業(yè)還主要局限于通用型變頻器產(chǎn)品面向風(fēng)機、水泵等平方轉(zhuǎn)矩類負載應(yīng)用。隨著高壓變頻技術(shù)的進步和國家節(jié)能降耗可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推進，高壓變頻器產(chǎn)品應(yīng)用將更多的向皮帶機、礦井提升機、港機、絞砂船等專業(yè)性更強、應(yīng)用更復(fù)雜、控制精度更高的行業(yè)應(yīng)用發(fā)展。