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。可以預(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(guó)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(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(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(guó)內(nèi)高端應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)國(guó)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(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(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(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(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(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(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(jué)得已經(jīng)沒(méi)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(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)上有所欠缺而已。當(dāng)前市場(chǎng)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(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(jī)泵類高壓變頻器無(wú)技術(shù)瓶頸

從1995年美國(guó)羅賓康公司在中國(guó)開(kāi)始推廣CHB高壓變頻器至今17個(gè)年頭，國(guó)內(nèi)也已有超過(guò)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(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(shù)補(bǔ)償裝置，因此CHB深受國(guó)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(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(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(méi)有突出優(yōu)點(diǎn)。所以在國(guó)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(guò)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(lái)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(guó)際國(guó)內(nèi)對(duì)高壓變頻技術(shù)拓?fù)溲芯亢芑钴S，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(tǒng)一箝位多電平技術(shù)、（無(wú)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(chǎng)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(wú)法滿足過(guò)載要求，二是無(wú)法滿足動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求，三是無(wú)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(guó)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(kāi)關(guān)器件，無(wú)顛覆問(wèn)題。

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

高壓變頻器在風(fēng)機(jī)水泵等應(yīng)用場(chǎng)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(guò)程中均無(wú)沖擊電流，可大大延長(zhǎng)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(guò)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(lái)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(jué)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(wèn)題的。

企業(yè)觀點(diǎn)

利德華福EMC公司 副總工程師 劉軍祥

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

目前，越來(lái)越多的客戶選擇有品牌影響力的國(guó)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(xiàng)目一次性投資大、存在節(jié)能預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)，投入產(chǎn)出比不確定等問(wèn)題。通過(guò)節(jié)能項(xiàng)目融資、風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)嫁、節(jié)能收益分享的模式，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)在零風(fēng)險(xiǎn)的情況下取得顯著的節(jié)能經(jīng)濟(jì)收益和良好的社會(huì)效益。同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能設(shè)備制造商、金融機(jī)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(guó)天生就是節(jié)能產(chǎn)品，高壓變頻器EPC模式是國(guó)家大力提倡的，我司作為國(guó)內(nèi)最大的高壓變頻器生產(chǎn)銷售廠家對(duì)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(shí)成為國(guó)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(yíng)銷模式。我們的EPC模式除了大家所熟知的無(wú)需用戶投資，節(jié)能分成之外的益處之外，將會(huì)從提高變頻器的效率，保證變頻器運(yùn)行環(huán)境，改善負(fù)載管路系統(tǒng)和提高相關(guān)工藝自動(dòng)化程度入手解決節(jié)能問(wèn)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(fèi)將會(huì)獲得更大的收益。

對(duì)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(jìn)性，因?yàn)楣?jié)能合同用戶投資很小，用戶往往會(huì)對(duì)項(xiàng)目的質(zhì)量大意，甚至有反正我不出錢(qián)我就不管的心態(tài)。其實(shí)EPC合同一經(jīng)簽訂就是幾年，如果項(xiàng)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(yán)格要求技術(shù)條件的同事要給實(shí)施節(jié)能的廠家比較寬松的商務(wù)條件，因?yàn)榇朔N模式的投入是長(zhǎng)期的，很多投資方會(huì)考慮不周，如果投資方后來(lái)發(fā)現(xiàn)繼續(xù)投入不劃算就會(huì)使項(xiàng)目質(zhì)量下降，無(wú)形中造成了用戶的損失。

問(wèn)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)？

利德華福自2000年研制成功國(guó)內(nèi)第一臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高壓大功率變頻調(diào)速系統(tǒng)以來(lái)，目前產(chǎn)品與服務(wù)行銷中國(guó)及歐洲、北美、南美、非洲、西亞、東南亞、澳洲等市場(chǎng)區(qū)域，為全球工業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能降耗及工藝進(jìn)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(jī)車應(yīng)用等工業(yè)領(lǐng)域，各類客戶正通過(guò)利德華福提供的高壓大功率變頻調(diào)速裝置對(duì)拖動(dòng)風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)等各類負(fù)載的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行著自動(dòng)控制，在節(jié)能降耗及工藝進(jìn)步方面取得巨大進(jìn)步的同時(shí)，也收獲了可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。所用的應(yīng)用場(chǎng)所對(duì)高壓變頻器有一個(gè)共同的要求就是連續(xù)運(yùn)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(kāi)發(fā)出適應(yīng)各個(gè)行業(yè)特殊情況的配套產(chǎn)品技術(shù)。比如針對(duì)火力發(fā)電廠我們開(kāi)發(fā)出了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，針對(duì)鋼鐵廠我們開(kāi)發(fā)出了無(wú)擾投切技術(shù)和快速加減速相應(yīng)技術(shù)，針對(duì)水泥生產(chǎn)我們的設(shè)備要適應(yīng)負(fù)荷突變的工況等。

國(guó)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(jī)、水泵等平方轉(zhuǎn)矩類負(fù)載應(yīng)用。隨著高壓變頻技術(shù)的進(jìn)步和國(guó)家節(jié)能降耗可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn)，高壓變頻器產(chǎn)品應(yīng)用將更多的向皮帶機(jī)、礦井提升機(jī)、港機(jī)、絞砂船等專業(yè)性更強(qiáng)、應(yīng)用更復(fù)雜、控制精度更高的行業(yè)應(yīng)用發(fā)展。