高压变频调速技术应用现状与发展趋势

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1、高压变频调速技术应用现状与发展趋势2007-6-41、引言   通常，我们把用来驱动1kV以上交流电动机的中、大容量变频器称为高压变频器。按照国际惯例和我国国家标准，当供电电压大于或等于10kV时称高压，小于10kV时称中压。因此，相应额定电压1～10kV的变频器应分别称为中压变频器和高压变频器。但考虑到在这一电压范围内的变频器有着共同的特征，且我们习惯上也把额定电压为3kV或6kV的电动机称为“高压电机”，因此，为简化叙述起见，本文也称之为“高压变频器”。   截止2006年底，我国发电装机总容量已突破5亿kW，为5.08亿kW。其中火电装机

2、约占80%，为4亿kW左右。全国年发电量已突破2万亿kWh。而我国的能源利用率却平均比发达国家低20%左右！   全国电动机装机总容量已达4亿多kW，年耗电量达12000亿kWh，占全国总用电量的60%，占工业用电量的80%；其中风机、水泵、压缩机的装机总容量已超过2亿kW，年耗电量达8000亿kWh，占全国总用电量的40%左右。70%以上的风机、水泵、压缩机应调速运行，而至今仅有约5%左右调速运行。   若按风机、水泵和压缩机总装机容量的50%进行调速节能改造，则可改造容量达1亿kW，其中40%为中高压电机，容量占60%。若按电机平均出力为6

3、0%，年运行4000h，平均节电率为20～30%（平均25%）计算，则年节电潜力为600亿kWh！整个电机系统的节电潜力约为1000亿kWh，改造和更新预计需投入2000～3000亿元人民币。   根据国家节能计划，我国每年应节约和少用能源7000万吨标准煤，通过基本建设项目及技术改造措施，每年可形成约3000万吨标准煤的节能能力，而每形成一吨标准煤的节能能力需投资2000元（约为开发等量能源费用的三分之一），则每年需节能投资600亿元，“十五”期间共需3000亿元人民币，“十一五”期间将更多。   由于我国经济的高速发展,发电装机仍以高速发展

4、。但电力运行的一些主要指标和装备指标与发达国家相比仍有很大差距我国火电机组的平均煤耗为400gkWh,比发达国家高出约70～100gkWh;发达国家发电厂的厂用电率为3.7%～6%,而我国的厂用电率为4.7%～10.5%,加之线损,我国送到用户的电能要比发达国家多耗电9.5%,相当于22000MW装机容量,即22个百万大厂的年发电量。因此,我国的节能形势十分严峻！   2、变频调速技术的发展历史及现状   变频调速技术涉及到电力、电子、电工、信息与控制等多个学科领域。随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的发展，以变频调速为代表的近代交流调

5、速技术有了飞速的发展。交流变频调速传动克服了直流电机的缺点，发挥了交流电机本身固有的优点（结构简单、坚固耐用、经济可靠、动态响应好等），并且很好地解决了交流电机调速性能先天不足的问题。交流变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果以及在国民经济各领域的广泛适用性，而被公认为是一种最有前途的交流调速方式，代表了电气传动发展的主流方向。变频调速技术为节能降耗、改善控制性能、提高产品的产量和质量提供了至关重要的手段。变频调速理论已形成较为完整的科学体系，成为一门相对独立的学科。   20世纪是电力电子变频技术由诞生到发展的一个全盛时代。最初的交流

6、变频调速理论诞生于20世纪20年代，直到60年代，由于电力电子器件的发展，才促进了变频调速技术向实用方向发展。70年代席卷工业发达国家的石油危机，促使他们投入大量的人力、物力、财力去研究高效率的变频器，使变频调速技术有了很大发展并得到推广应用。80年代，变频调速已产品化，性能也不断提高，发挥了交流调速的优越性，广泛地应用于工业各部门，并且部分取代了直流调速。进入90年代，由于新型电力电子器件如IGBT（绝缘栅双极型晶体管InsolatedGateBipolarTransistor）、IGCT（集成门极换流型晶闸管IntegratedGateCo

7、mmutatedThyristor）等的发展及性能的提高、计算机技术的发展，如由16位机发展到32位机以及DSP（数字信号处理器DigitalSignalProcessor）的诞生和发展（如磁场定向矢量控制、直接转矩控制）等原因，极大地提高了变频调速的技术性能，促进了变频调速技术的发展，使变频器在调速范围、驱动能力、调速精度、动态响应、输出性能、功率因数、运行效率及使用的方便性等方面大大超过了其它常规交流调速方式，其性能指标亦已超过了直流调速系统，达到取代直流调速系统的地步。目前，交流变频调速以其优异的性能而深受各行业的普遍欢迎，在电力、轧钢、

8、造纸、化工、水泥、煤炭、纺织、铁路、食品、船舶、机床等传统工业的改造中和航天航空等高新技术的发展应用中无不看到变频调速技术的踪影，变频调速技术取得了显