高压变频器比较(内部)

800KW/6.3KV高压变频调速装置的性能、可靠性、服务比较及说明目录第一章：概述---------------------3第二章：高压大功率变频器的性能---------------------4第三章：技术服务----------------------13第四章：ROBICON公司在国内的业绩----------------------16第五章：高压变频器综合技术参数比较：----------------------21一、概述1、常用高压变频器分类1.1.按输出电压方式：高高型：直接输出3kV或6KV高压，变频器输出没有升压变压器；其特点是可靠性高、效率高、价格贵。高低高型：使用低压变频器输出2300V或690V，再增加升压变压器升到3KV或6KV；其特点是相对效率低（系统效率为95%）、高可靠性、价格便宜、维护成本低。1.2.按中间环节类型：电压源：中间直流环节为电容。电流源：中间直流环节为电感。1.3.按电路结构型式：三电平(中心点钳位)：输出电压有3个电平。功率单元电压串联结构：6KV系列输出电平有13电平。2、变频器基本结构整流电路直流滤波环节逆变电路的控制3、变频器拓扑结构一般都由三部分组成:整流电路:ACtoDC(交流-直流);中间直流环节:滤波和能量储存;逆变器:DCtoAC(直流-交流).输出的电压(电流)和频率进行协调控制AC-DCAC-DCConversionDC-ACConversionDCLinkACInput;fixedFrequency,fixedVoltageACOutput;variableFrequency,variableVoltageMotorCapacitororInductor二、高压大功率变频器的性能高压大功率变频器有输入谐波、输入功率因素、输出波形质量、可靠性四项重要性能指标2.1.指标之1——输入谐波2.1.1.输入谐波的概念：谐波就是无用和有害的电压和电流，一般频率变化并且和基波叠加在一起；谐波产生于非线性负载，使得电流和电压不成比例。下例是加入5次谐波的波形300300Hz高压变频器输入整流环节都为非线性的，会对电网产生谐波，其输入谐波的幅值与变频器整流环节的脉冲数(或多重化的次数)密切相关。输入谐波对电力系统的影响：如果变频器输入电流谐波较大，对电力系统会影响继电保护装置、测量仪器仪表、计算机系统及通信设备的正常工作。谐波会使挂在同一电网的电机，变压器和电容器等用电设备损耗增大，严重时会过热或烧损。输入谐波的标准：IEEE519-1992国际标准 GB/T14549-93国家标准GB/T14549-93国家标准：对电压而言，就6KV和10KV电网要求电压总谐波不超过4%对电流而言，在基准短路容量为100MVA的条件下，对每次谐波电流的幅值提出了具体的要求，对6KV电网：2次谐波电流小于43A3次谐波电流小于34A4次谐波电流小于21A5次谐波电流小于34A6次谐波电流小于14A将各次谐波换算成百分比，也为4%左右。12脉冲二极管整流电路12脉冲二极管整流电路输入电流12脉冲晶闸管整流电路12脉冲晶闸管整流电路输入电流2.1.2.消除输入谐波的有效方法减少输入谐波的有效措施是将输入变压器进行多重化设计形成多脉冲整流。从理论上可以推导出下列结论：12脉冲整流：11次以下谐波自动抵销18脉冲整流：17次以下谐波自动抵销24脉冲整流：23次以下谐波自动抵销30脉冲整流：29次以下谐波自动抵销36脉冲整流：35次以下谐波自动抵销而谐波的幅值与次数是成反比的。完美无谐波高压变频器采取多重化有效消除输入谐波。以6KV变频器为例，变压器的18个二次绕组，采用延变三角形联结，分成6个不同的相位组，互差10度电角度，形成36脉波的二极管整流电路结构。功率单元功率单元B1功率单元A1功率单元C1功率单元A2功率单元B2功率单元C2功率单元C3功率单元B3功率单元A3高压电机中央控制系统功率单元结构单元控制板三相高压输入三相变压变频高压输出光纤连接完美无谐波3KV高压变频器组成结构18脉冲整流结构集成一体式变压器完美无谐波6KV系列高压变频器结构(一体式整流干式隔离变压器36脉冲整流)完美无谐波高压变频器满载时输入波形不同整流结构输入电流谐波失真比较6脉冲电压源加2.5%LR40%6脉冲电流源加2.5%LR30%12脉冲电流源加5%LR15%12脉冲电压源加5%LR9%单元串联多电平变频器(5cells/phase)<2%2.1.3.输入谐波结论按照输入谐波标准并对照各种整流电路可以得出下列结论：整流电路脉冲数至少多于18脉冲(包括18脉冲)才能满足输入谐波的标准。美国罗宾康公司完美无谐波高压变频器6KV系列整流电路脉冲数为36脉冲，谐波远远小于规定的标准，一般为2%以内，不会对电网产生影响。2.2.性能指标之二——输入功率因素变频器输入功率因素主要与变频器中间直流环节(电压源型或电流源型)有关。电压源型直流环节为电容，电机需要的无功电流由电容提供，而不需要和电网交换，变频器输入功率因素高，在整个速度范围段内基本保持不变。电流源型直流环节为大电感，电机需要的无功电流还需与电网交换，功率因素较低，且随着电机负载的降低而降低输入功率因数曲线PerfectHarmonyPerfectHarmony完美无谐波变频CSI普通电流源变频美国罗宾康公司完美无谐波高压变频器输入功率因素大于0.952.3.性能指标之三——输出波形质量2.3.1.变频器输出波形质量包括输出谐波、dv/dt、共模电压转矩脉动等指标。变频器输出谐波与变频器逆变器的结构密切相关。变频器输出波形对电机的影响：变频器输出谐波会引起的电机附加发热和转矩脉动，噪音增加，输出dv/dt和共模电压会影响电机的绝缘。由于应用变频调速很大部分是属于旧有设备的改造，原有的普通电机是设计成为电网直接运行的，而电网电压波形基本为正弦波。如果变频器输出波形质量不好的话，会对电机产生影响。如果为新电机，如果变频器输出质量不好，必须选用变频电机，价钱比普通电机贵很多。2.3.2.常用逆变器结构GTO/SGCT电流源型逆变器NPC:中心点箝位式(三点式)电压源型逆变器单元串联多电平移相式PWM电压源型逆变器GTO/SGCT6KV电流源型逆变器GTO/SGCT电流源型逆变器输出波形VoltageVoltageCurrentCurrentNPC中心点嵌位式逆变器(又称三电平)NPC逆变器输出波形美国罗宾康完美无谐波3KV高压变频器结构完美无谐波变频器输出线电压/电流波形单元串联多电平移相式PWM电压源型逆变器POWERCELLPOWERCELLB1POWERCELLA1POWERCELLC1POWERCELLA2POWERCELLB2POWERCELLC2POWERCELLC3POWERCELLB3POWERCELLA3高压电机CENTRALCONTROLSYSTEM功率单元LOCALCONTROLS三相高压输入三相变压变频高压输出FIBEROPTICS集成一体式变压器2.3.3.完美无谐波变频器输出波形质量完美无谐波变频器输出的波形与正弦波非常相识，而且dv/dt幅值小，不必设置输出滤波器，就可以使用原有的普通旧国产异步电机。在国内大部分应用中都是6KV旧国产电机，其中很多绝缘等级都是B级，从应用的情况看，没有对电机产生危害。2.4.性能指标之四——可靠性2.4.1.美国罗宾康公司完美无谐波高压变频器的可靠性主回路结构简单明了，没有附加的输入滤波器、输出滤波器、功率因素补偿器、缓冲电路、升压变压器等附加电路采用广泛使用、驱动简单可靠的IGBT功率器件公司有多年设计、生产、调试高压变频器的经验全球业绩已达1400台，运行最大功率达19000HP有内部功率单元旁路技术，在某一个功率单元出现故障时可以在250ms以内被旁路掉，变频器降额运行旁路状态可以长期运行，等适当时候停机处理。对6KV系列而言，在一个功率单元出现故障时，变频器还可以输出满载(功率单元旁路技术是罗宾康公司的专利).IGBT特点IGBT是目前使用最广泛的功率器件IGBT开关速度快，损耗小导通压降适当IGBT门极驱动电路简单IGBT目前做到3300V/1200AIGCT/SGCT特点IGCT集成门极换流晶闸管(integratedgate-commutatedthyristor)是由GCT(gatecommutatedturn-offthyristor)和其门极控制电路集中成一体化的组件。将IGCT内的反并联续流二极管去掉就是SGCT器件。GCT是在GTO基础上发展起来的新器件，它保留了GTO导通压降小，电压电流高的优点，又改善了其开关性能。GCT特点：GCT和GTO都基于晶闸管机理，与基于晶体管机理的器件IGBT相比，导通压降小，电压、电流高,最大电流ITSM和I2t高。由于GCT的门极驱动峰值电流非常大，驱动电路需要相当容量的MOSFET和相当数量的电解电容，电路非常复杂，要求很高，所以一般由GCT生产厂家把门极触发及状态监视电路和GCT管芯，成为IGCT/SGCTIGCT/SGCT作为一种的电力电子器件，刚刚开始工业应用，其实际性能如何，还有待于现场应用的考验。目前IGCT/SGCT的电压可达6.5KV/3000A，用于三电平逆变器时，直流母线电压做到6.6KV，适合配交流4160V的电机，如要求更高的生产电压，比如6KV交流输出，只能采取器件直接串联。单个小单个小IGCT驱动电路--222个部件ElectrolyticCaps12DriverFET’s844个IGBT驱动电路--48个部件三、技术服务3.1ROBICON现场技术服务罗宾康国内工程师有着丰富的调试经验，可以为用户提供最好的服务。如果用户设备有任何问题，我们会在24小时内响应。ROBICON现场服务人员的目的是使所供设备安全、正常投运。初步的现场服务计划如下。现场服务计划表序号技术服务内容计划人日数派出人员构成职称人数1开箱检验1中级12安装指导1中级13现场调试、试验及培训5中级13.2罗宾康公司现场服务工程师情况表3.3ROBICON现场服务人员的职责ROBICON现场服务人员的任务主要包括设备催交、货物的开箱检验、设备质量问题的处理、指导安装和调试、参加试运和性能验收试验。在安装和调试前，ROBICON技术服务人员将向买方进行技术交底，讲解和示范将要进行的程序和方法。对重要工序(见下表)，ROBICON技术人员要对施工情况进行确认和签证，否则业主不能进行下一道工序。经ROBICON确认和签证的工序如因ROBICO技术服务人员指导错误而发生问题，ROBICON负全部责任。ROBICON提供的安装、调试重要工序表序号工序名称工序主要内容备注1起吊和安装指导包括起吊变频器和安装变频器的要求2调试措施交底包括调试内容、步骤3调试调试4运行变频器带负载运行3.4培训为使合同设备能正常安装和运行，ROBICON公司提供下列培训：序号培训内容计划人日数培训教师构成地点备注人员职称1电机和变频器基础理论1天中级待定2变频器菜单操作和设置1天3完美无谐波高压变频器原理1天4检修内容和故障处理1天5现场培训(对操作人员、技术人员进行培训)1天现场四、ROBICON公司在国内的业绩罗宾康完美无谐波变频器部分国内用户名单用户名功率电压数量负载泰州市三水厂900KW6000V1给水泵张家港市第四自来水厂1000KW6000V1给水泵长庆靖咸管线1650KW4160V2油泵辽河油田兴隆台采油厂750KW6000V1注水泵辽河油田油气集输公司850KW6000V1输油泵1000KW6300V1输油泵抚顺石化公司石油二厂1600KW6000V1给水泵大庆石化522KW6000V2油泵辽河石化2200KW6000V1压缩机呼和浩特石化公司355KW6000V1油泵中国南海东部石油开采公司750KW4160V31电潜泵菲利普斯中国石油XJ-24-3平台500HP-650HP3300V-4160V8电潜泵菲利普斯中国石油XJ-30-2平台650HP4160V8电潜泵菲利普斯中国石油PLA19-3平台300~1000Kva3300V~416021电潜泵呼和浩特引黄工程315KW6000V2水泵560KW6000V2水泵上海大场水厂1350KW3300V2水泵北京水厂2550kw6000V2水泵北京水厂1550kw6000v1取水泵苏州新加坡工业园区泵站680KW3300V2取水泵上海合流污水二期工程1600KW6000V2污水泵1000KW6000V2污水泵1100KW6000V2污水泵上海临江水厂1000KW6000V1水泵东莞第四水厂1250KW4160V2水泵温州水厂500KW6000V1水泵800KW6000V1水泵苏州清源水业630KW6000V1水泵宜宾五粮液酒厂供水720KW6000V1水泵250KW6000V1水泵上海闵行电厂#9机组750KW6000V2引风机上海闵行电厂#8机组750KW6000V2引风机上海闵行电厂#10机组750KW6000V2引风机上海闵行电厂#13机组750KW6300V2引风机大庆新华1250kw6000V4引风机2300kw6000V1水泵青岛发电厂500KW6000V1冲灰水泵500KW6000V2一次风机500KW6000V2一次风机600KW6000V1灰浆泵600KW6000V1水泵1000KW6000V2凝结水泵三门峡电厂1600KW6300V2引风机湖南石门电厂560KW6000V1水泵山东烟台电厂560KW6300V2引风机山东潍坊电厂2000KW6300V2引风机1000KW6300V2送风机沈阳第二热电厂1500HP6000V1水泵山东淄博张店热电厂2000KW6000V1水泵山东淄博张店热电厂2000KW6000V1水泵山东莱城发电厂1250KW60000V2一次风机徐塘电厂I1400KW6000V2风机徐塘电厂II1400KW6000V2风机海口电厂700KW6000V2风机东营电厂1400KW6000V2水泵胜利电厂1400KW6000V2引风机山西榆社电厂#1炉710KW6000V2引风机山西榆社电厂#2炉710KW6000V2引风机山西大唐平旺电厂1250KW6000V4风机下花园发电厂#2机组550KW6000V2吸风机下花园发电厂#2机组550KW6000V2送风机下花园发电厂#3组430KW6000V1水泵镇海发电厂#4炉1400KW6000V2引风机镇海发电厂#5炉1400KW6000V2引风机镇海发电厂#6炉1400KW6000V2引风机长山热电厂1250KW6000V2引风机辽宁通辽发电厂#3炉1500HP6000V2引风机辽河油田热电厂450KW6000V2引风机710KW6000V1送风机1000KW6000V1送风机清河电厂1500KW6000V2引风机丰城电厂1600KW6300V2风机张家口电厂5#6#炉2000KW6000V4风机张家口电厂7#炉1800KW6000V2风机临沂电厂800KW6000V2水泵广州石化441KW6000V1水泵燕山石化750KW3300V1挤出机辽阳石化1000KW6000V2逆风机780KW6000V2引风机亚洲水泥厂500KW3300V1风机柳州钢铁公司630KW6000V1鼓风机梅山钢铁1000KW6000V1风机包钢第二炼钢厂2500HP6600V1二次除尘风机武钢能源总厂500KW6000V1鼓风机长治钢铁集团公司一炼钢厂630KW6000V1除尘风机邢台钢厂800KW6000V1除尘风机新疆独山子甲乙酮项目450KW6000V2往复式柱塞泵上海高桥炼油厂2800KW6000V1压缩机镇海炼化315KW6000V1风机400KW6000V1风机500KW6000V1风机630KW6000V1风机上海化学工业园区水厂630KW6000V1水泵450KW6000V1水泵哈尔滨风洞（I）1000KW6000V1风机哈尔滨风洞（II）9500KW6000V1风机靖惠管线1340KW4160V1油泵450KW4160V1油泵克瓦纳800KW3300V1挤出机西山煤电450kw6000V2介质泵陡河电厂1250kw6000V27#机组送风机东莞第五水厂1600kw4160V3水泵东莞第五水厂1250kw4160V1水泵太原煤气900kw6000V1风机太原煤气630kw6000V1风机胜利油田2200kw6000V3注水泵胜利发电厂1000kw6000V2水泵胜利油田河口采油厂1000kw6000V1注水泵高坝电厂1400kw6000V2风机首钢焦化1000kw6000V1风机武钢能源II500kw6000V1风机南京钢铁厂3500kw7200V2水泵夏港电厂1000kw6000V2水泵朝阳电厂1530kw6000v2引风机莱芜电厂#3号炉550kw6000v2风机宝钢能源部300kw3000v1水泵胜利油田东辛采油厂1000kw6000V1注水泵邢台钢铁厂800kw6000V2风机(续购)高资电厂（600MW机组）1800kw6000V4一次风机镇海电厂1400kw6000V2风机(续购)大港电厂新上机组1250kw6000v4一次风机阳城电厂2300kw6000V2取水泵辽河油田850kw6000V1输油泵兰州石化1400kw6000V1兰州石化公司第三循环水厂冷水泵锦西炼化热电厂1600kw6000V1给水泵新海电厂1400kw6000V2凝结水泵宝钢能源部300kw3300V1水泵兰州石化延迟焦化项目3000kw6000V1压缩机丰城电厂2004年1600kw6000V1引风机烟台电厂315kw6000V2风机（续购）烟台电厂1000kw6000V2凝结水泵（续购）王曲电厂(600MW机组)2200kw6000v4水泵五、高压变频器综合技术参数比较：5.1.著名品脾（高压变频器）综合技术参数比较（见下表）品牌ABBRobincon罗宾康Rockwell罗克维尔Siemens西门子系列ACS1000PerfectHarmonyPowerFlex7000SIMOVERTMV脉冲控制方式PWMPWM六拍+SHEPWM结构电压源型电压源型电流源型电压源型输出电平数三电平13电平二电平三电平标准输入脉冲数1236612整流元件二极管二极管可极硅二极管逆变元件IGCTIGBTSGCTIGBT逆变元件类型晶闸管系列（电流驱动型）MOS和达林顿复合系列（电压控制型）晶闸管系列（电流驱动型）MOS和达林顿复合系列（电压控制型）驱动电路复杂简单复杂简单驱动功率/损耗极高低极高低输出电压变化率dv/dt极高很低较低极高输出电缆长度很短〈20km〈15km很短输出转矩脉动一般极小（0.1%）大一般输出功率因数0.950.95低，且随负载下降而下降0.9