图4 SIMOVERT MV系列变频器的原理结构图

    由于变频器的整流部分是非线性的，会产生高次谐波，此高次谐波将使电网的电压和电流波形发生畸变，对电网造成污染。图4所示的SIMOVERT MV系列变频器的12脉冲整流原理接线图中，三相桥式整流相当于六相整流，现将两组三相桥式整流电路用整流变压器联系起来，其初级绕组结成三角形，次级绕组一组结成三角形，一组结成星形，得到DycDdo的连接组别，整流变压器次级2个绕组的线电压相同，但2个绕组的线电压相位相差30°，这样5次、7次谐波在变压器的初级将会有180°的相移，因而能够相互抵消，同样17、19次也相互抵消。这样经过2个整流桥的串联叠加后，即可得到12波头的整流输出波形，比6个波头更平滑，并且每桥的整流二极管耐压降低一半。采用12相整流电路减少了特征谐波含量，由于N＝KP±1(P为整流相数，K为自然数，N为特征谐波的次数)，所以网侧特征谐波只有11、13、23、25等。同理采用24脉冲整流电路网侧谐波被更进一步抑制。两种选择方案均可使输入功率因数在整个功率范围内保证在0.95以上，不需功率因数补偿电容器。SIMOVERT MV系列变频器的逆变部分采用传统的三电平方式，所以不可避免地会产生比较大的谐波分量，这是三电平逆变方式所固有的。因此SIMOVERT MV系列变频器的输出侧需要配置输出滤波器才能用于通用的电动机，否则必须配用西门子的专用电动机。同样由于谐波的影响，电动机的功率因数和工作效率都会受到一定的影响，只有在额定运行点处才能达到最佳的工作状态，随着转速的降低，工作效率和功率因数都会相应降低。这是该类型高压变频器的缺点所在，因而限制了其应用。

    另外，SIMOVERT MV系列变频器的一个特色是可以提供有源前端(AFE)，AFE也采用三电平技术，因而可以实现电动机的4象限传动方案，即可以进行双向电动和能量反馈制动运行。如图5所示为有源前端的整流器，由于 AFE反并联了12个反馈二极管，因此可提供直流环节富余能量回馈电网的通路。有源前端的引入为该系列变频器在交流传动的应用提供了较大的空间。

图5 有源前端(AFE)原理图

    两种类型的高压变频器各有优缺点，多重化变频器能够提供无谐波的变频，在对谐波要求比较严格的电力系统有着比较大的应用前景，但其缺点目前来说是比较明显的，即变频器体积大，安装不便，造价高，这成为影响其推广使用的一大难题。采用高耐压开关器件的变频器体积小，可靠性相对较高，但不可否认的是其比较严重的谐波污染及对电动机的特殊要求，若考虑输出滤波器的因素，其造价也不低。所以在应用过程中应根据实际需求选用性能价格比较高的变频器。

    2 变频器在6 kV供电系统中的使用方式
  
    由于整套系统的要求各不相同，各地所用电动机的额定电压、额定功率也就不同，所以选用的变频器和整个系统的组成方式也各不相同。为了很好地满足系统的需求，应该根据实际情况选用性能价格比较好的变频器和系统组成方式。对于6 kV供电系统，变频器的应用有如下几种方式。

    2.1 高—高方式

    用额定电压为6 kV的高压PWM电压型变频器直接驱动电机，实现变频调速。此种方式整体效率高，当电厂辅机电机容量在1 MW时应用较合适。当电机容量较小时(小于700 kW)，相当于“大马拉小车”，再采用6 kV高压变频器，价格就显得比较高了。

    2.2 高—低—高方式

    用输入变压器将6 kV高压降为600 V(或460V)，用低压电流源型变频器实现变频调速，再用输出变压器升压至6 kV，以控制电机调速。此种方式较适合中等或中等偏下功率电机的应用(100～1500 kW)，所以价格比较合理，调速平稳、使用可靠，缺点是增加输出升压变压器，系统效率略微降低，且占地面积大。适合的变频器选择范围比较宽。

    2.3 高—中—中方式

    如果将6 kV的高压电机改装成3 kV电机，就可使用3 kV的变频器，提高系统效率，降低投资费用，而性能与直接控制方式相同。采用多重化技术的变频器或高耐压开关器件的变频器均可，选择面相对较宽。

    2.4 高—低—低方式

    当电机的功率在500 kW以下时，最好的方法是选用新的低压电机(如国产380 V电机)取代原有高压电机。经输入降压变压器降压后，用低压变频器直接控制调速。此方案性能良好，变频器即使加上新电机的成套费用，比其他方式还要低，而且不含高压器件，维修使用方便，变频器选择范围很大。

    3 变频调速技术在火力发电厂中的应用前景

    3.1 火电厂中的节能应用

    目前，在中国电源结构中，火电占74%(发电量占80%)，水电占25%(发电量占19%)，核电仅占1%左右，因此火电机组及其辅机设备的节能工作是非常重要的。火力发电厂中的各种动力设备中，风机水泵类负载占绝大部分。由于各电厂调峰力度的加大，这些设备的负荷变化范围很大，所以必须实时调节风机水泵的流量。目前调节流量的方法多为节流阀调节，由于这种调节方法仅仅是改变了通道的通流阻抗，而驱动源的输出功率并没有改变，所以浪费了大量能源。尤其现在电力行业改革不断深化，厂网分开、竞价上网政策的开展实施，降低厂用电率、降低发电成本提高出厂电价的竞争力，就成为各个电厂的当务之急。采用变频调速技术对这些辅机设备进行改造是非常适合的，而且节能非常明显。例如大庆华能新华发电厂1997、1998年分别在4、5号灰浆泵400 kW电动机和5号炉2台1 250 kW电动机上采用变频器，至今运行良好，每台变频器年节约资金在35万元以上。

    3.2 火电厂中的软起动应用

    直接起动的交流电机因起动电流大(通常为5～7倍的额定电流)，在很短的起动过程中，笼型绕组或阻尼绕组将承受很高的热应力和机械应力，致使笼条(或导条)和端环在很高的应力作用下疲劳断裂。直接起动时的大电流还会在绕组端部产生很大电磁力，使绕组端部变形和振动，造成定子绕组绝缘的机械损伤和磨损，而导致定子绕组绝缘击穿。起动时的大电流还会造成铁心振动，使铁心松弛，引起电动机的发热。在火力发电厂中，高压大容量交流异步电动机应用非常广泛，由于直接起动所造成的电动机烧毁和转子断条事故，屡屡发生，给主机设备的安全经济运行带来很大的威胁，因此大容量异步电动机采用软起动方式，对于延长电动机使用寿命，减少对电网的冲击，保证正常生产是非常必要的。由于电动机在变频起动过程中可实现高起动转矩并且平滑无冲击，所以采用变频器作为软起动装置是非常合适的。

    3.3 变频器在电厂控制中的应用

    交流变频调速技术在最近几年有了很大的发展，特别是矢量控制技术的应用，使得交流电力拖动逐步具备了宽的调速范围、高的调速精度、快的动态响应以及在四象限做可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面已可与直流拖动相媲美。因此在电厂中，不仅在节能和软起动方面需要变频器，许多需要精确控制流量、压力及液位的场所都可以采用变频器。例如，石家庄热电厂13号锅炉给粉机由滑差调速改为变频调速后，煤粉的供给更加均匀，锅炉的燃烧更加稳定。

    4 综述

    目前高压变频器虽然在技术和价格上还存在许多难题，但是随着电力电子技术和变频调速技术的不断发展，相信高压变频技术及变频装置都将会有很大的发展，这一技术的推广应用将为火力发电厂在节能降耗、提高经济效益、提高上网电价的竞争力方面发挥巨大的作用。