一、引言
目前,我國大型異步電動機應用變頻調速剛剛起步，可是，國外已經廣泛使用，而且隨著電力電子器件的發展，高壓變頻裝置的型式也是多種多樣。按拓撲結構分就有IGBT直接串聯型，三電平型和多單元串聯電壓疊加型等。
通過長期的運行實踐可以發現：大功率風機、水泵等需調速的設備運用高壓變頻調速系統驅動表現出良好的經濟效益、其可靠性也得到保證。而且,變頻調速以其優異的調速、起動和制動性能、易于自動化控制、高效率、高功率因數、良好的節電效果及廣泛的適用范圍等優點被國內外公認為是最有發展前途的調速方式。
在低壓變頻器驅動的低壓電動機進行節能改造后，驅動大型水泵和風機的高壓大功率電動機的節能改造正在以驚人的速度推進，高壓變頻器、內饋調速等多種高壓電動機的調速方法發展迅速，特別是高壓頻器以良好的調速性能和較高的效率得到了廣大客戶的認可。
二、工況
盛虹集團有限公司位于江蘇吳江市盛澤鎮，公司成立于一九九二年，前身為江蘇盛虹印染有限公司，經過十三年快速穩健的發展，已經形成了以印染、化纖、酒店、熱電、房地產等五大主業為核心，資本運營與實業經營互動發展的現代化企業集團。目前集團控股子公司10家，三級分公司及分廠10家，總資產50億元，凈資產超過20億元。集團印染引進意大利、臺灣等進口先進設備，屬國內領先水平，主要加工和銷售滌絲紡系列，尼絲紡系列，春亞紡系列，桃皮絨系列，塔絲隆系列，錦滌系列，牛津布系列，錦棉/滌棉混紡系列，麂皮絨系列，色丁系列，仿真絲系列，彈力系列，人造絲系列。年印染加工能力達10億米，產能居亞洲第一，產品遠銷美國、德國、土耳其、法國及周邊國家和地區。其中電廠有兩個15MW的發電機組和一個30MW的發電機組，除了給自主產供電、供氣外，還給市區供曖、供電。15MW的兩個發電機組共有三臺鍋爐組成，三臺鍋爐的給水泵由四臺1000kW/6KV的高壓電機驅動，正常運行的時候是三用一備。
經過多方的研究和論證，將鍋爐給水泵由原來的閥門調節改為變頻調速恒壓給水。考慮到壓力變化差不大，只將2＃給水泵進行變頻節能改造。
三、改造方案
近兩年，高壓變頻器發展迅猛，涌現出生產高壓變頻器的大小廠數十家。但是，各廠家的主拓撲結構都相差無幾。通過各種途徑的考察與比較，盛虹集團最終選擇深圳市庫馬克新技術股份有限公司的自主研發、生產的多單元串聯的高─高形式的ES9000系列高壓變頻器，這種結構的高壓變頻器具有良好的輸入、輸出波形，非常高的性價比，可靠性高，即便個別單元有故障，也可將其所在的一組單元旁路，降頻使用。這對于風機、水泵的運行特性具有相當的可靠性。
ES9000系列智能高壓變頻調速系統采用多個功率單元串聯的形式。電壓疊加原理類同于“電池組疊加”技術。對于6kV系統，每相六單元串聯，每個功率單元輸出交流有效值Vo為578V，相電壓為3468V，線電壓為6000V。
輸入側
ES9000系列智能高壓變頻調速系統在6kV電源側采用多達36重化的整流技術，電網側諧波污染小，功率因數高，無需功率因數補償及諧波抑制裝置，對同一電網上用電的其它電氣設備不產生諧波干擾。
輸出側
在輸出側由每個單元的L1、L2輸出端子相互串接而成星型接法給電機供電，由于采用多重化的正弦脈寬調制SPWM技術，輸出諧波非常小，可消除葉片與軸承的振動，無需諧波抑制裝置可直接適配各種電機。
控制器
主控制部分以雙專用DSP(數字信號處理器)為控制核心，輔以可編程邏輯器件，實現SPWM波形控制及各種信號的檢測、分析判斷和處理。控制器雙屏直觀顯示，具備虛擬示波器功能，可實時顯示輸入、輸出交流電壓電流波形，高達128點的快速傅利葉變換，進行諧波分析、實時刷新頻譜分析。控制電源采用三路電源切換技術，保證供電可靠性。另外，當控制電源掉電后，可由系統配備的UPS繼續供電。
主控制部分和單元控制部分通過光纖進行信號傳輸，可有效避免電磁干擾，增強系統的可靠性。
（一）、根據現場情況和可具備的各種條件，決定采取以下改造方案：
1、 2＃給水泵采用一拖一的方式，因有備用設備未使用工頻旁路系統；
2、 從母管上取壓力變送器的4~20mA電流信號作為反饋，給定頻率根據用戶從DCS系統直接給定；
3、 運行信號、停止信號從DCS系統給定；
4、 高壓變頻器的狀態信號從變頻器的控制柜里送到DCS系統，以便實時觀察；
5、 改造后的母管壓力值達到工藝要求6.8MPa以上；
6、 將每臺水泵的旁通閥關閉，用高壓變頻器調節高壓電機的轉速來調節所需的流量。
（二）、閉環控制：
將各泵的旁通閥關閉，利用變頻系統自帶的PID功能實現的閉環控制，由DCS給出給定連續可調的4~20mA對應0~10MP壓力，由母管上的壓力變壓器0~10MP壓力信號對應4~20mA反饋給變頻器，通過PID功能來控制輸出轉速的高低，實現自動調整給水流量的目的。
四、效益分析
從流體力學的原理得知，使用感應電機驅動的風機，軸功率P與風量Q，揚程H的關系為：
當電動機的轉速由n1變化到n2時, Q、 H、 P與轉速的關系如下:
可見流量Q和電機的轉速n是成正比關系的，而所需的軸功率P與轉速的立方成正比關系。所以當需要80％的額定流量時，通過調節電機的轉速至額定轉速的80％，即調節頻率到40赫茲即可，這時所需功率將僅為原來的51.2％。
如下圖所示，從風機的運行曲線圖來分析采用變頻調速后的節能效果。
當所需流量從Q1減小到Q2時，如果采用調節擋板的辦法，管網阻力將會增加，管網特性曲線上移，系統的運行工況點從A點變到新的運行工況點B點運行，所需軸功率P2與面積H2×Q2成正比；如果采用調速控制方式，風機轉速由n1下降到n2，其管網特性并不發生改變，但風機的特性曲線將下移，因此其運行工況點由A點移至C點。此時所需軸功率P3與面積HB×Q2成正比。從理論上分析，所節約的軸功率Delt(P)與（H2-HB）×（C-B）的面積成正比。
考慮減速后效率下降和調速裝置的附加損耗，通過實踐的統計，風機類通過調速控制可節能20％～50％。因此，當然用水量降低的時候可以用降低電機的轉速來滿足生產需，而無需再用閥門調節，如此就可以省下用閥門調節損耗的電能了。
以下是2＃水泵變頻改造前和改造后的數據對比（采集一個月的數據，得出平均值，每月按30天計算，每年按360天計算）：
從上述表格的數據可以看出，每年的電費就可以省下77萬多元。
五、結束語
隨著國家對節能環保越來越重視和大量的節能減排優惠政策陸續出臺，企業對生產過程當中能源的浪費現象日益重視，紛紛加強合理利用能源的管理，降低生產成本，提高企業的競爭力，為變頻器的發展與推廣起到了關鍵作用，也為風機與水泵的節能運行和提高其運行效率提供了有效途經。
