近幾年來(lái)，高壓變頻調(diào)速技術(shù)這一嶄新的、變革性的技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)重要的行業(yè)正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。特別是國(guó)內(nèi)一些生產(chǎn)廠家的技術(shù)水平，已接近世界同行業(yè)的領(lǐng)先水平。作為高壓變頻調(diào)速的最新技術(shù)，單元串聯(lián)多電平高壓變頻器，采用多重化技術(shù)，提供無(wú)諧波的波形、具有顯著的節(jié)能效果，是其他高壓變頻調(diào)速技術(shù)所無(wú)法比擬的。
　　內(nèi)陸城市是國(guó)內(nèi)嚴(yán)重的缺水城市，水資源的嚴(yán)重匱乏，使供水量的調(diào)節(jié)尤為重要。平山水源泵站有4臺(tái)10KV、功率710KW的水泵機(jī)組。每臺(tái)機(jī)組的額定流量為1800m3/h，揚(yáng)程為120米。總管流量根據(jù)用戶需要及水源蓄水狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般的波動(dòng)區(qū)間為2000~3800m3/h，為提供一地區(qū)供水，所以一般要開(kāi)兩臺(tái)泵，最多時(shí)須同時(shí)開(kāi)啟三臺(tái)泵。原來(lái)使用調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度的方法改變管網(wǎng)流量，既不直觀，又造成了能源的浪費(fèi)。公司經(jīng)過(guò)大量的調(diào)研工作，決定采用國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的高壓變頻調(diào)速技術(shù)－單元串聯(lián)多電平高壓變頻調(diào)速技術(shù)，并選用了上海億思特電氣有限公司IDrive系列變頻器。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的運(yùn)行，我們發(fā)現(xiàn)上海億思特電氣有限公司IDrive系列變頻器具有節(jié)能效果明顯，操作簡(jiǎn)便，穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。

　　二、IDrive系列變頻器原理

　　IDrive系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2.1，由移相變壓器、功率單元和控制器組成。10000V系列有24個(gè)功率單元，每8個(gè)功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。

 圖2.1 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　每個(gè)功率單元結(jié)構(gòu)上完全一致，可以互換，其電路結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2.2，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側(cè)為二極管三相全橋，通過(guò)對(duì)IGBT逆變橋進(jìn)行正弦PWM控制，可得到如圖2.3所示的波形。

           功率單元原理圖                     功率單元輸出波形實(shí)測(cè)圖

　　輸入側(cè)由移相變壓器給每個(gè)單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組，構(gòu)成48脈沖整流方式；經(jīng)多級(jí)移相疊加的整流方式，可改善電流波形，是逼近標(biāo)準(zhǔn)正弦波，高次諧彼＜2％，完全符合1992年制定的IEEE519標(biāo)準(zhǔn)和GB／T14549，93國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》要求。負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1。
　　另外，由于變壓器副邊繞組的獨(dú)立性，使每個(gè)功率單元的主回路相對(duì)獨(dú)立，類似常規(guī)低壓變頻器，便于采用現(xiàn)有的成熟技術(shù)。

　　輸出側(cè)由每個(gè)單元的U、V輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過(guò)對(duì)每個(gè)單元的PWM波形進(jìn)行重組，可得到如圖2.4所示的階梯PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對(duì)電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無(wú)須輸出濾波器就可以使輸出電纜長(zhǎng)度很長(zhǎng)，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造；同時(shí)，電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動(dòng)，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。

實(shí)測(cè)輸出側(cè)線電壓波形

　　變頻器系統(tǒng)安全、可靠，保護(hù)裝置功能齊全，具有過(guò)電壓、欠壓、過(guò)電流、過(guò)熱、缺相等保護(hù)裝置。具有完整的故障監(jiān)測(cè)電路、精確的故障報(bào)警保護(hù)。

　　三、調(diào)速方案

　　根據(jù)實(shí)際情況，我們確定的調(diào)速方案為：選擇1、4號(hào)泵為可調(diào)速水泵，正常運(yùn)行時(shí)其中任一臺(tái)運(yùn)行于調(diào)速狀態(tài)，而另一臺(tái)泵作為備用，也可隨時(shí)投入工頻狀態(tài)運(yùn)行。兩臺(tái)泵運(yùn)行狀態(tài)的切換采用手動(dòng)方式。并要求兩臺(tái)泵不能同時(shí)投入變頻狀態(tài)，或同時(shí)投入工頻狀態(tài)運(yùn)行，對(duì)此要求，在設(shè)計(jì)旁路切換柜時(shí)特別設(shè)計(jì)了機(jī)械聯(lián)鎖裝置。實(shí)際的原理接線圖如圖3.1：

圖3.1 旁路切換柜原理圖

　　 其中：KA1、KA2為高壓開(kāi)關(guān)
　　　　　KG1-KG4 為隔離開(kāi)關(guān)

　　四、水泵調(diào)速替代閥門(mén)節(jié)流后的節(jié)能情況

　　1.節(jié)能分析 

　　如果通過(guò)水泵調(diào)速方式改變流量，使流量由Q1變至Q2，速度由N1調(diào)至N2，則工作點(diǎn)由B點(diǎn)降到C點(diǎn)；如果水泵定速為N1運(yùn)行，通過(guò)閥門(mén)改變流量，則水泵從A點(diǎn)變?yōu)锳點(diǎn)。水泵在B、C兩工作點(diǎn)的功率分別為：PC=H1×Q2, PB =H2×Q2；
　　假設(shè)水泵在A、C兩點(diǎn)效率差別不大，都約為η，則調(diào)速方式相對(duì)于關(guān)閥方式，節(jié)能效益

　　2. 實(shí)際節(jié)能情況

　　五、方便的閥門(mén)聯(lián)鎖功能

　　IDrive系列高壓變頻器配備了西門(mén)子公司的S7－200系列PLC，在實(shí)現(xiàn)外部邏輯控制時(shí)顯得尤為方便。其閥門(mén)聯(lián)鎖功能的作用是：在啟動(dòng)水泵升速過(guò)程中，水泵出口水壓逐漸增高，當(dāng)大于設(shè)定的“最小開(kāi)閥出口水壓”時(shí)，閥門(mén)開(kāi)始打開(kāi)，直至開(kāi)全；在停泵時(shí)，閥門(mén)同步關(guān)閉；如果開(kāi)泵時(shí)，閥門(mén)因各種原因未能開(kāi)全，將提示“閥門(mén)沒(méi)有開(kāi)全”，停泵時(shí)，如閥門(mén)未關(guān)嚴(yán)，將提示“閥門(mén)沒(méi)有關(guān)嚴(yán)”。實(shí)際運(yùn)用中，我們將“最小開(kāi)閥水壓”設(shè)定為0.9MPa，這樣在開(kāi)泵和停泵過(guò)程中，值班人員無(wú)需再對(duì)閥門(mén)執(zhí)行任何操作，不僅減少了操作的失誤，而且在開(kāi)閥、關(guān)閥過(guò)程中對(duì)管網(wǎng)的沖擊也很小。

　　六、方便快捷的操作