眾所周知，大功率風機、水泵的變頻調速方案，可以收到顯著的節能效果，其直接經濟效益很大，宏觀經濟效益及社會效益則更大。可以預計，大功率交流電機變頻調速新技術的發展是我國節能事業的主導方向之一。

目前，阻礙變頻調速技術在高壓大功率交流傳動中推廣應用主要問題以下幾點：一是高電壓大電流功率器件缺乏，散熱技術水平較低，超大功率產品實現難度高；二是高性能矢量控制技術等低壓成熟技術在高壓變頻器上應用實現難度高，國內高端應用場合對國產高壓認知度不高；三是5MW以下風機泵類高壓變頻技術同質化嚴重，技術門檻降低，硬件和售后服務成本高，回款率低，從而造成了高壓變頻器企業持續發力難度加大。這幾個難題阻礙了高壓大容量變頻調速技術的推廣應用。

問題1：目前高壓變頻器發展的技術瓶頸是什么？

問題2：如何解決用戶所關心的投入產出比問題？

問題3：目前高壓變頻器行業除了風機和水泵之外，更應該關注哪個行業？

行業觀點

上海新時達電氣股份有限公司 研發中心 總監 嚴彩忠

問題1：目前高壓變頻器發展的技術瓶頸是什么？

從高壓變頻器技術的實現而言，600A以下風機水泵類高壓變頻器的實現我個人覺得已經沒有什么技術瓶頸，只是很多廠家進入該行業較晚，生產工藝和現場應用經驗上有所欠缺而已。當前市場上主要的高壓變頻器實現技術是H橋級聯技術（CHB）和中點箝位三電平技術（NPC-3L）。采用CHB的有：西門子（羅賓康）、施耐德（利德華福）、合康等；采用NPC-3L的有：ABB、富士、西門子等。

一、600A以下風機泵類高壓變頻器無技術瓶頸

從1995年美國羅賓康公司在中國開始推廣CHB高壓變頻器至今17個年頭，國內也已有超過20個廠家使用CHB實現了高壓變頻調速產業化。CHB采用1700V級電壓功率器件構建功率單元模塊（也有采用3.3kV的廠家），可靠性高。通過若干個功率單元串聯便可直接輸出高壓電，多重化整流和多電平疊加的方式有效地抑制了輸入輸出諧波，不必再采用輸入諧波濾波器和功率因數補償裝置，因此CHB深受國內用戶青睞。而以ABB等為代表的多電平高壓變頻技術，為解決6kV/10kV的輸出電壓，需采用4.5kV器件串聯，dv/dt過大，而后采用的混合式三電平H橋技術，雖可將電壓提高到6kV，但與傳統CHB相比，輸出電壓、電平數、可控器件數、整流電源數、變壓器復雜性及dv/dt等都類似，沒有突出優點。所以在國內占主導的依然是CHB。

二、600A以上高壓變頻器散熱、拓撲技術有待發展

通過功率單元的串聯，H橋級聯技術可以實現高電壓高功率輸出。但600A以上產品單個功率的電流較大，功率單元體積大，散熱要求高。采用常規風冷模式，需要將散熱器做的很大，同時系統散熱風扇要求較大，柜體體積大。如何將諸如水冷、熱管、空-水冷等技術應用到大功率單元中去，是值得研究的一個課題。同時，600A以上的移相變壓器體積重量大，這給系統的安裝、維護及運輸帶來了很多麻煩。加之“H橋”技術需要前級移相變壓器，在原材料成本日益上升的情況下，大功率高壓變頻器的實現成本也隨之上升。這將是高壓變頻器面臨的又一個技術瓶頸。當然國際國內對高壓變頻技術拓撲研究很活躍，比如簡單的IGBT直接串聯技術、二極管/飛躍電容箝位多電平技術、統一箝位多電平技術、（無獨立電源）級聯多電平技術、三相三電平單元級聯技術、多電平自平衡級聯技術、MMC技術等。

三、高性能高壓變頻技術還需發展

對于一些追求高動態響應的場合，比如冶金、機車牽引、橡機密煉機、船舶推進、海上鉆井、礦井提升等，傳統的風機水冷類高壓變頻器一是無法滿足過載要求，二是無法滿足動態響應要求，三是無法滿足高可靠性要求。如何將低壓變頻器成熟的矢量控制技術、直接轉矩控制技術、四象限控制技術（PWM整流技術）、同步電機控制技術等應用到高壓變頻器中也是個比較時尚的課題。

目前國內四象限高壓變頻器的常規做法是把H橋的整流改為PWM整流，能把再生能量回饋至電網，四象限工作。網側電流正弦，功率因數可調，電網異常降低時關斷全部開關器件，無顛覆問題。

問題2：如何解決用戶所關心的投入產出比問題？

高壓變頻器在風機水泵等應用場合的節能效果已被用戶廣泛接受，另外采用變頻器控制電機后，電動機啟動時及運轉過程中均無沖擊電流，可大大延長電機、接觸器及機械散件、軸承等使用壽命。因此變頻改造后，不僅節約大量電能，而且可以減少設備維修保養費。

隨著高壓變頻器產業的提升及電力電子技術的發展，采用高壓變頻器用戶的投入還可能進一步降低。一方面，高壓變頻器廠家需要通過提高技術進一步降低生產成本，比如擴大生產規模降低制造成本、提高可靠性降低售后成本、采用新技術減少原材料成本等。另一方面，EMC（合同能源管理）是一個很好的方法，由EMC公司來負責設備的安裝，用戶初期投資極少。既達到了用戶節能的效果，又減少了前期投資，還能政府給予的一定支持。我覺得隨著EMC的深入，加上高壓變頻器成本的降低，是完全可以解決用戶的投入產出問題的。

企業觀點

利德華福EMC公司 副總工程師 劉軍祥

問題2：如何解決用戶所關心的投入產出比問題？

目前，越來越多的客戶選擇有品牌影響力的國內高壓變頻企業采取合同能源管理（EMC）的方式，解決企業節能項目一次性投資大、存在節能預期風險，投入產出比不確定等問題。通過節能項目融資、風險轉嫁、節能收益分享的模式，實現了企業在零風險的情況下取得顯著的節能經濟收益和良好的社會效益。同時，也實現了節能設備制造商、金融機構、生產企業與地方政府的多方共贏的新局面。

高壓變頻器在中國天生就是節能產品，高壓變頻器EPC模式是國家大力提倡的，我司作為國內最大的高壓變頻器生產銷售廠家對此模式也非常重視，但是比起專業的節能公司我們的步伐有些落后，2011年我們成立了北京利德華福節能投資有限公司，同時成為國家發改委的節能備案公司，專業從事高壓變頻器的EPC營銷模式。我們的EPC模式除了大家所熟知的無需用戶投資，節能分成之外的益處之外，將會從提高變頻器的效率，保證變頻器運行環境，改善負載管路系統和提高相關工藝自動化程度入手解決節能問題，在很多生產工藝中我們將提高通用變頻器節能10%以上，用戶與我們分享節約電費將會獲得更大的收益。

對于EPC模式用戶一定要注意投資企業的規模和可持續發展，以及他們所用的節能技術的先進性，因為節能合同用戶投資很小，用戶往往會對項目的質量大意，甚至有反正我不出錢我就不管的心態。其實EPC合同一經簽訂就是幾年，如果項目失敗用戶很難立即更換廠家，能耗甚至生產損失還是非常大的。用戶在嚴格要求技術條件的同事要給實施節能的廠家比較寬松的商務條件，因為此種模式的投入是長期的，很多投資方會考慮不周，如果投資方后來發現繼續投入不劃算就會使項目質量下降，無形中造成了用戶的損失。

問題3：目前高壓變頻器行業除了風機和水泵之外，更應該關注哪個行業？

利德華福自2000年研制成功國內第一臺具有自主知識產權的高壓大功率變頻調速系統以來，目前產品與服務行銷中國及歐洲、北美、南美、非洲、西亞、東南亞、澳洲等市場區域，為全球工業領域的節能降耗及工藝進步提供世界一流的產品與解決方案、服務支持及技術培訓。在電力、能源、冶金、采礦、石油化工、水及污水處理、水泥、造紙、制藥、船舶及機車應用等工業領域，各類客戶正通過利德華福提供的高壓大功率變頻調速裝置對拖動風機、水泵、空氣壓縮機等各類負載的電動機進行著自動控制，在節能降耗及工藝進步方面取得巨大進步的同時，也收獲了可觀的經濟和社會效益。

目前我司的變頻器主要應用在火力發電，鋼鐵冶煉，水泥生產，煤炭挖掘運輸等領域。所用的應用場所對高壓變頻器有一個共同的要求就是連續運行的可靠性，因此我們要想盡一切方法提高設備的可靠性，然后是開發出適應各個行業特殊情況的配套產品技術。比如針對火力發電廠我們開發出了協調控制系統，針對鋼鐵廠我們開發出了無擾投切技術和快速加減速相應技術，針對水泥生產我們的設備要適應負荷突變的工況等。

國內的高壓變頻器行業還主要局限于通用型變頻器產品面向風機、水泵等平方轉矩類負載應用。隨著高壓變頻技術的進步和國家節能降耗可持續發展戰略的推進，高壓變頻器產品應用將更多的向皮帶機、礦井提升機、港機、絞砂船等專業性更強、應用更復雜、控制精度更高的行業應用發展。