众所周知，大功率风机、水泵的变频调速方案，可以收到显著的节能效果，其直接经济效益很大，宏观经济效益及社会效益则更大。可以预计，大功率交流电机变频调速新技术的发展是我国节能事业的主导方向之一。

目前，阻碍变频调速技术在高压大功率交流传动中推广应用主要问题以下几点：一是高电压大电流功率器件缺乏，散热技术水平较低，超大功率产品实现难度高；二是高性能矢量控制技术等低压成熟技术在高压变频器上应用实现难度高，国内高端应用场合对国产高压认知度不高；三是5MW以下风机泵类高压变频技术同质化严重，技术门槛降低，硬件和售后服务成本高，回款率低，从而造成了高压变频器企业持续发力难度加大。这几个难题阻碍了高压大容量变频调速技术的推广应用。

问题1：目前高压变频器发展的技术瓶颈是什么？

问题2：如何解决用户所关心的投入产出比问题？

问题3：目前高压变频器行业除了风机和水泵之外，更应该关注哪个行业？

行业观点

上海新时达电气股份有限公司 研发中心 总监 严彩忠

问题1：目前高压变频器发展的技术瓶颈是什么？

从高压变频器技术的实现而言，600A以下风机水泵类高压变频器的实现我个人觉得已经没有什么技术瓶颈，只是很多厂家进入该行业较晚，生产工艺和现场应用经验上有所欠缺而已。当前市场上主要的高压变频器实现技术是H桥级联技术（CHB）和中点箝位三电平技术（NPC-3L）。采用CHB的有：西门子（罗宾康）、施耐德（利德华福）、合康等；采用NPC-3L的有：ABB、富士、西门子等。

一、600A以下风机泵类高压变频器无技术瓶颈

从1995年美国罗宾康公司在中国开始推广CHB高压变频器至今17个年头，国内也已有超过20个厂家使用CHB实现了高压变频调速产业化。CHB采用1700V级电压功率器件构建功率单元模块（也有采用3.3kV的厂家），可靠性高。通过若干个功率单元串联便可直接输出高压电，多重化整流和多电平叠加的方式有效地抑制了输入输出谐波，不必再采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置，因此CHB深受国内用户青睐。而以ABB等为代表的多电平高压变频技术，为解决6kV/10kV的输出电压，需采用4.5kV器件串联，dv/dt过大，而后采用的混合式三电平H桥技术，虽可将电压提高到6kV，但与传统CHB相比，输出电压、电平数、可控器件数、整流电源数、变压器复杂性及dv/dt等都类似，没有突出优点。所以在国内占主导的依然是CHB。

二、600A以上高压变频器散热、拓扑技术有待发展

通过功率单元的串联，H桥级联技术可以实现高电压高功率输出。但600A以上产品单个功率的电流较大，功率单元体积大，散热要求高。采用常规风冷模式，需要将散热器做的很大，同时系统散热风扇要求较大，柜体体积大。如何将诸如水冷、热管、空-水冷等技术应用到大功率单元中去，是值得研究的一个课题。同时，600A以上的移相变压器体积重量大，这给系统的安装、维护及运输带来了很多麻烦。加之“H桥”技术需要前级移相变压器，在原材料成本日益上升的情况下，大功率高压变频器的实现成本也随之上升。这将是高压变频器面临的又一个技术瓶颈。当然国际国内对高压变频技术拓扑研究很活跃，比如简单的IGBT直接串联技术、二极管/飞跃电容箝位多电平技术、统一箝位多电平技术、（无独立电源）级联多电平技术、三相三电平单元级联技术、多电平自平衡级联技术、MMC技术等。

三、高性能高压变频技术还需发展

对于一些追求高动态响应的场合，比如冶金、机车牵引、橡机密炼机、船舶推进、海上钻井、矿井提升等，传统的风机水冷类高压变频器一是无法满足过载要求，二是无法满足动态响应要求，三是无法满足高可靠性要求。如何将低压变频器成熟的矢量控制技术、直接转矩控制技术、四象限控制技术（PWM整流技术）、同步电机控制技术等应用到高压变频器中也是个比较时尚的课题。

目前国内四象限高压变频器的常规做法是把H桥的整流改为PWM整流，能把再生能量回馈至电网，四象限工作。网侧电流正弦，功率因数可调，电网异常降低时关断全部开关器件，无颠覆问题。

问题2：如何解决用户所关心的投入产出比问题？

高压变频器在风机水泵等应用场合的节能效果已被用户广泛接受，另外采用变频器控制电机后，电动机启动时及运转过程中均无冲击电流，可大大延长电机、接触器及机械散件、轴承等使用寿命。因此变频改造后，不仅节约大量电能，而且可以减少设备维修保养费。

随着高压变频器产业的提升及电力电子技术的发展，采用高压变频器用户的投入还可能进一步降低。一方面，高压变频器厂家需要通过提高技术进一步降低生产成本，比如扩大生产规模降低制造成本、提高可靠性降低售后成本、采用新技术减少原材料成本等。另一方面，EMC（合同能源管理）是一个很好的方法，由EMC公司来负责设备的安装，用户初期投资极少。既达到了用户节能的效果，又减少了前期投资，还能政府给予的一定支持。我觉得随着EMC的深入，加上高压变频器成本的降低，是完全可以解决用户的投入产出问题的。