1高压变频器主电路原理图
该高压变频器具有运行稳定、调速范围广、输出波形正弦好、输入电流功率因数高、效率高等特点，对电网谐波污染小，总体谐波畸变THD小于4%，直接满足IEEE519-1992谐波抑制标准，功率因数高，不必采用功率因数补偿装置，输出波形好，不存谐波引起电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，不必加输出滤波器，就可以使用普通异步电机。
2电网送来三相6kV/50HZ交流电经输入变压器降压后给功率单元供电，功率单元为三相输入，单相输出交直交PWM电压源型逆变器结构，相邻功率单元输出端串接起来，形成Y接结构，实现变压变频直接输出，6kV输出电压每相由6个额定电压为580V功率单元串联到，输出相电压3480V，线电压可达6kV。
每个功率单元采用电压源型结构，直流环节为滤波电容，电机所需无功功率由电容提供，而不需要和电网交换，变频器输入功率因数高，可保持0.96以上，且整个速度范围段内基本保持不变，不需采用功率因数补偿装置。
建设兵团新疆奎屯电厂二厂装机容量为2×250MW。循环供水系统中，是由循环水泵实现水资源循环利用，经热交换后热水进入冷却设施进行冷却，使其水温降至允许值，然后又重复将冷却水输入凝汽器而循环使用。系统水位基本上是稳定，故循环水泵扬程也基本稳定，而其容量按计算水量确定。两台机组使用共有循环水管供水，配备4台功率为176kW循环水泵，配套电机为250kW/6kV及220kW/6kV各两台。
1变频器选型
改造循环水泵是两台双侧布置，甲乙两台水泵均采用调节阀门开度方式控制流量，电机设计时冗余较大，加上流量控制采用阀门调节引起阻力损耗，电能浪费特别严重，影响机组经济运行。
一般情况下，变频器容量应不小于电动机容量，这样能满足电机额定出力内进行不同转速调节。现实生产工作中，实际运行工况来选择合适变频器容量，既能满足生产需要，又能节省变频器投资及减少配套设施。奎屯电厂循环水泵配套电机功率为6kV/250kW，满足50Hz时满负荷运行要求，为其配备了容量为320kVA变频器以满足各种工况下不同转速调节要求。
变频改造前，水量调节是过调节水泵阀门开度来实现，水泵及电动机运行低效率工作区，能源浪费严重，同时奎屯电厂属于独立电网，工频直接启动对电动机和电网冲击都很大，并容易造成电机笼条松动、有开焊断条危险。
基于以上原因，奎屯电厂决定对机组循环水泵进行了变频改造，考察，最后选择广东明阳龙源电力电子有限公司型号为MLVERT-D06/320变频器对两台250kW/6kV电机进行“一拖二”改造。
2高压变频器组成和原理
MLVERT-D系列高压变频器是广东明阳龙源电力电子有限公司生产具有自主知识产权，无电网污染调速系统，采用结构为多单元串联，输出为多电平移相式PWM方式。特别适合于风机、泵类工业应用现场，已经被广大工业用户接受和充分认可。下面以6kV系列为例说明其原理，变频器主电路结构见图1。
2.1输入变压器
MLVERT-D06系列高压变频器输入侧隔离变压器采用移相式变压器，变压器原边绕组为6kV，副边共18个绕组分为三相。每个绕组为延边三角形接法，分成6个不同相位组，分别有±5o、±15o、±25o移相角度，形成36脉波二极管整流电路结构。每个副边绕组接一个功率单元，这种移相接法可以有效消除35次以下谐波。对电网谐波污染小，直接满足IEEE519-1992谐波抑制标准。
2.2功率单元
每个功率单元光纤通讯接收主控系统发送调制信息以产生负载电机需要电压和频率，而功率单元状态信息也光纤反馈给主控系统，由主控系统进行统一控制。该光纤是模块与主控系统之间唯一连接，每个功率单元与主控系统是完全电气隔离。
2.3高压变频器PWM技术
高压变频器PWM技术是变频器研究中一个关键技术，它决定功率变换实现与否，对变频器输出电压波形质量，电路中有源和无源器件应力，系统损耗减少与效率提高等方面都有直接影响。
MLVERT-D06系列高压变频器采用了移相式多电平PWM技术，它是传统两电平PWM技术扩展，它本质是PWM技术与多重化技术有机结合。这里以2单元串联高压变频器为例说明其基本原理，图2给出了2单元串联高压变频器其中一相串联示意图。
2两个功率单元串联示意图
3给出了移相式多电平PWM调制波形图。
3中两个功率单元载波互差
180°相位角，2个载波调制同一信号波，调制方法是，当信号波大于三角载波时，给出导通控制信号；相反则给出关断控制信号。图3中每个功率单元两个半桥上下桥臂开关管互补导通和关断，驱动A+1、B-1、A+2、B-2开关器件驱动信号、由此产生两个功率单元输出电压波形以及合成电压波形如图3所示。
、3载波移相多电平PWM调制
，6功率单元串联高压变频器，各单元采用共同调制波信号，各载波相位相互错开载波周期1/6，对每个功率单元进行SPWM控制，载波移相，使每个功率单元输出PWM脉冲相互错开，这样叠加后，使输出波形为多电平（相电压13种电平，线电压25种电平输出），同时输出波形等效开关频率达到单元开关频率6倍，大大改善输出波形，减少输出谐波，使输出电压非常接近正弦波。同时输出电压每个电平台阶单元直流母线电压大小，dv/dt很小，对电机没有危害，不必设置输出滤波器，就可以使用原有电机。其输出波形如图4所示。
4高压变频器输出电压和电流波形
3循环水泵变频改造方案
3.2系统方案
对电厂循环水泵变频改造遵循了“最小改动，最大可靠性，最优经济性”原则，为两台循环水泵电机进行了“一拖二”改造，此方案优点是两台电机可以其中任何一台变频运行，另外一台工频运行或工频备用，电机变频方案示意图如图5所示。
5循环水泵变频方案示意图
5中工频旁路系统由两个高压柜组成，每个高压柜内有3个高压隔离开关，其中刀闸QS1、QS2与QS3，QS4、QS5与QS6有机械互锁，不能同时合；QS1与QS4、QS5，QS4与QS1、QS2有电气互锁，不能同时合。进行变频改造后，循环水泵阀门开度保持全开，基本不需要改变。实际所需水量，由DCS系统PID调节，输出4～20mA模拟电流信号送给变频器，变频器调节输出频率改变电机转速，达到调节流量目，满足运行工况要求。
同时，变频改造后电机启动和调节过程中，转速平稳变化，没有出现任何冲击电流，解决了电机启动时大电流冲击问题，消大启动电流对电机、传动系统、主机及管道冲击应力，大大降低维护保养费用。
4节能分析
4.1节能原理
水泵工作原理与运行曲线，可以到图6中100％转速运行曲线，这条曲线配合水泵不同流量运行时特性曲线（阻抗曲线）可以到未应用变频调速情况下使用阀门调节控制流量、压力。
理论上，全流量工作时，采用变频器和阀门调节时，输入功率一致，其功率为AI0K包围面积，当水泵运行点由A（100％流量）点移动到B点（80％流量）时，采用阀门调节控制时，电动机功率为BH0L包围面积，采用变频器拖动水泵后，特性改变，其输入功率为EJ0L包围面积，其节能效果为：BHJE包围面积。理论上，采用变频器改造水泵后，将会取很好节能效果。
6水泵阀门调节与变频调节运行曲线图
由流体力学可知流量Q与转速n一次方成正比，压力H与转速n平方成正比，轴功率Ps与转速n立方成正比，即Q∞n，H∞n²，Ps∞n³。
当所需要流量减少，水泵转速降低时，其轴功率按转速三次方下降。如所需流量为额定流量80%，则转速也下降为额定转速80%，那么水泵轴功率将下降为额定功率51.2%；当所需要流量为额定流量50%时，水泵轴功率将下降为其额定功率12.5%。当然转速降低时，效率也会有所降低，同时还应考虑控制装置附加损耗等影响。
4.2经济效益
MLVERT-D06/320.A变频器自2005年建设兵团新疆奎屯电厂投运以来，运行良好，达到了改造目。
变频改造前后运行记录，变频改造前，每一班8小时，耗电为2000kWh；变频改造后，每一班8小时，耗电为1400kWh，变频改造后相比改造前节能达30％。年平均运行300天计算，年节电可达：（2000－1400）kWh/班×3班/天×300天＝54万度，经济效益十分可观。
变频改造以后，循环泵调节阀门一直处于全开状态，对其维护量大大减少。变频启动时电机转速从零逐渐平稳升到所需转速，没有任何冲击，电流从零开始上升，不会超过额定电流，解决了电机启动时大电流冲击问题，消大启动电流对电机、传动系统和主机冲击应力，大大降低日常维护保养费用，延长了电机、水泵寿命。
该高压变频器具有运行稳定、调速范围广、输出波形正弦好、输入电流功率因数高、效率高等特点，对电网谐波污染小，总体谐波畸变THD小于4%，直接满足IEEE519-1992谐波抑制标准，功率因数高，不必采用功率因数补偿装置，输出波形好，不存谐波引起电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，不必加输出滤波器，就可以使用普通异步电机。
2电网送来三相6kV/50HZ交流电经输入变压器降压后给功率单元供电，功率单元为三相输入，单相输出交直交PWM电压源型逆变器结构，相邻功率单元输出端串接起来，形成Y接结构，实现变压变频直接输出，6kV输出电压每相由6个额定电压为580V功率单元串联到，输出相电压3480V，线电压可达6kV。
每个功率单元采用电压源型结构，直流环节为滤波电容，电机所需无功功率由电容提供，而不需要和电网交换，变频器输入功率因数高，可保持0.96以上，且整个速度范围段内基本保持不变，不需采用功率因数补偿装置。
建设兵团新疆奎屯电厂二厂装机容量为2×250MW。循环供水系统中，是由循环水泵实现水资源循环利用，经热交换后热水进入冷却设施进行冷却，使其水温降至允许值，然后又重复将冷却水输入凝汽器而循环使用。系统水位基本上是稳定，故循环水泵扬程也基本稳定，而其容量按计算水量确定。两台机组使用共有循环水管供水，配备4台功率为176kW循环水泵，配套电机为250kW/6kV及220kW/6kV各两台。
1变频器选型
改造循环水泵是两台双侧布置，甲乙两台水泵均采用调节阀门开度方式控制流量，电机设计时冗余较大，加上流量控制采用阀门调节引起阻力损耗，电能浪费特别严重，影响机组经济运行。
一般情况下，变频器容量应不小于电动机容量，这样能满足电机额定出力内进行不同转速调节。现实生产工作中，实际运行工况来选择合适变频器容量，既能满足生产需要，又能节省变频器投资及减少配套设施。奎屯电厂循环水泵配套电机功率为6kV/250kW，满足50Hz时满负荷运行要求，为其配备了容量为320kVA变频器以满足各种工况下不同转速调节要求。
变频改造前，水量调节是过调节水泵阀门开度来实现，水泵及电动机运行低效率工作区，能源浪费严重，同时奎屯电厂属于独立电网，工频直接启动对电动机和电网冲击都很大，并容易造成电机笼条松动、有开焊断条危险。
基于以上原因，奎屯电厂决定对机组循环水泵进行了变频改造，考察，最后选择广东明阳龙源电力电子有限公司型号为MLVERT-D06/320变频器对两台250kW/6kV电机进行“一拖二”改造。
2高压变频器组成和原理
MLVERT-D系列高压变频器是广东明阳龙源电力电子有限公司生产具有自主知识产权，无电网污染调速系统，采用结构为多单元串联，输出为多电平移相式PWM方式。特别适合于风机、泵类工业应用现场，已经被广大工业用户接受和充分认可。下面以6kV系列为例说明其原理，变频器主电路结构见图1。
2.1输入变压器
MLVERT-D06系列高压变频器输入侧隔离变压器采用移相式变压器，变压器原边绕组为6kV，副边共18个绕组分为三相。每个绕组为延边三角形接法，分成6个不同相位组，分别有±5o、±15o、±25o移相角度，形成36脉波二极管整流电路结构。每个副边绕组接一个功率单元，这种移相接法可以有效消除35次以下谐波。对电网谐波污染小，直接满足IEEE519-1992谐波抑制标准。
2.2功率单元
每个功率单元光纤通讯接收主控系统发送调制信息以产生负载电机需要电压和频率，而功率单元状态信息也光纤反馈给主控系统，由主控系统进行统一控制。该光纤是模块与主控系统之间唯一连接，每个功率单元与主控系统是完全电气隔离。
2.3高压变频器PWM技术
高压变频器PWM技术是变频器研究中一个关键技术，它决定功率变换实现与否，对变频器输出电压波形质量，电路中有源和无源器件应力，系统损耗减少与效率提高等方面都有直接影响。
MLVERT-D06系列高压变频器采用了移相式多电平PWM技术，它是传统两电平PWM技术扩展，它本质是PWM技术与多重化技术有机结合。这里以2单元串联高压变频器为例说明其基本原理，图2给出了2单元串联高压变频器其中一相串联示意图。
2两个功率单元串联示意图
3给出了移相式多电平PWM调制波形图。
3中两个功率单元载波互差
180°相位角，2个载波调制同一信号波，调制方法是，当信号波大于三角载波时，给出导通控制信号；相反则给出关断控制信号。图3中每个功率单元两个半桥上下桥臂开关管互补导通和关断，驱动A+1、B-1、A+2、B-2开关器件驱动信号、由此产生两个功率单元输出电压波形以及合成电压波形如图3所示。
、3载波移相多电平PWM调制
，6功率单元串联高压变频器，各单元采用共同调制波信号，各载波相位相互错开载波周期1/6，对每个功率单元进行SPWM控制，载波移相，使每个功率单元输出PWM脉冲相互错开，这样叠加后，使输出波形为多电平（相电压13种电平，线电压25种电平输出），同时输出波形等效开关频率达到单元开关频率6倍，大大改善输出波形，减少输出谐波，使输出电压非常接近正弦波。同时输出电压每个电平台阶单元直流母线电压大小，dv/dt很小，对电机没有危害，不必设置输出滤波器，就可以使用原有电机。其输出波形如图4所示。
4高压变频器输出电压和电流波形
3循环水泵变频改造方案
3.2系统方案
对电厂循环水泵变频改造遵循了“最小改动，最大可靠性，最优经济性”原则，为两台循环水泵电机进行了“一拖二”改造，此方案优点是两台电机可以其中任何一台变频运行，另外一台工频运行或工频备用，电机变频方案示意图如图5所示。
5循环水泵变频方案示意图
5中工频旁路系统由两个高压柜组成，每个高压柜内有3个高压隔离开关，其中刀闸QS1、QS2与QS3，QS4、QS5与QS6有机械互锁，不能同时合；QS1与QS4、QS5，QS4与QS1、QS2有电气互锁，不能同时合。进行变频改造后，循环水泵阀门开度保持全开，基本不需要改变。实际所需水量，由DCS系统PID调节，输出4～20mA模拟电流信号送给变频器，变频器调节输出频率改变电机转速，达到调节流量目，满足运行工况要求。
同时，变频改造后电机启动和调节过程中，转速平稳变化，没有出现任何冲击电流，解决了电机启动时大电流冲击问题，消大启动电流对电机、传动系统、主机及管道冲击应力，大大降低维护保养费用。
4节能分析
4.1节能原理
水泵工作原理与运行曲线，可以到图6中100％转速运行曲线，这条曲线配合水泵不同流量运行时特性曲线（阻抗曲线）可以到未应用变频调速情况下使用阀门调节控制流量、压力。
理论上，全流量工作时，采用变频器和阀门调节时，输入功率一致，其功率为AI0K包围面积，当水泵运行点由A（100％流量）点移动到B点（80％流量）时，采用阀门调节控制时，电动机功率为BH0L包围面积，采用变频器拖动水泵后，特性改变，其输入功率为EJ0L包围面积，其节能效果为：BHJE包围面积。理论上，采用变频器改造水泵后，将会取很好节能效果。
6水泵阀门调节与变频调节运行曲线图
由流体力学可知流量Q与转速n一次方成正比，压力H与转速n平方成正比，轴功率Ps与转速n立方成正比，即Q∞n，H∞n²，Ps∞n³。
当所需要流量减少，水泵转速降低时，其轴功率按转速三次方下降。如所需流量为额定流量80%，则转速也下降为额定转速80%，那么水泵轴功率将下降为额定功率51.2%；当所需要流量为额定流量50%时，水泵轴功率将下降为其额定功率12.5%。当然转速降低时，效率也会有所降低，同时还应考虑控制装置附加损耗等影响。
4.2经济效益
MLVERT-D06/320.A变频器自2005年建设兵团新疆奎屯电厂投运以来，运行良好，达到了改造目。
变频改造前后运行记录，变频改造前，每一班8小时，耗电为2000kWh；变频改造后，每一班8小时，耗电为1400kWh，变频改造后相比改造前节能达30％。年平均运行300天计算，年节电可达：（2000－1400）kWh/班×3班/天×300天＝54万度，经济效益十分可观。
变频改造以后，循环泵调节阀门一直处于全开状态，对其维护量大大减少。变频启动时电机转速从零逐渐平稳升到所需转速，没有任何冲击，电流从零开始上升，不会超过额定电流，解决了电机启动时大电流冲击问题，消大启动电流对电机、传动系统和主机冲击应力，大大降低日常维护保养费用，延长了电机、水泵寿命。
