工程概况
不锈钢公司供水系统设计安装6台1400kW/3kV高压水泵，根据目前生产能力的用水要求，在轧钢用水高峰时，两台水泵运行尚不能满足1.2MPa的供水压力要求，压力会下降到1.0MPa以下，不能满足生产工艺要求;在不轧钢用水低谷时，开一台水泵运行供水过剩，供水压力又偏高(1.6MPa)。因为一个轧钢周期约为7分钟左右，其间用水高峰约为3分钟，用水低谷为4分钟左右。而高压大功率电动机又不允许频繁起停，现通过出口阀门开度来调节供水压力，同样不能满足生产工艺的要求，还造成约10~20%左右的节流功率损耗，不符合构建节约型社会的要求，故拟进行水泵变频调速节能改造。
1. 水泵参数：
型号与类型：400SP1600 D= 695 mm
额定流量：2250 m3/h
额定扬程：1600kPa(160m)
轴功率： 1400kW
水泵(内)效率：84%
额定转速：1480r/m
2. 电动机参数：
电机型号：
额定功率：1400kW 实际输出功率：1280kW
额定电压：3000V 实际母线电压： 3270V
额定转速：1450r/m
定子额定电流：319A 实际定子电流：273.6A
额定功率因数：0.87 实际功率因数: 0.80
2 高压变频器的组成和原理
CL2700系列高压变频器是深圳市科陆变频器有限公司生产的具有自主知识产权，无电网污染的调速系统，采用的结构为多单元串联，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。
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的谐波抑制标准，功率因数高，不必采用功率因数补偿装置，输出波形好，不存在谐波引起的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，就可以使用普通的异步电机。
2.1 输入变压器
CL2700系列高压变频器的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个不同的相位组，分别有±5o、±15o、±25o移相角度，形成36脉波的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地消除35次以下的谐波。对电网谐波污染小，直接满足IEEE519-1992的谐波抑制标准。
2.2 功率单元
如图1，电网送来的三相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，单相输出的交直交PWM电压源型逆变器结构，相邻功率单元的输出端串接起来，形成Y接结构，实现变压变频的直接输出，6kV输出电压每相由6个额定电压为580V的功率单元串联得到，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，电机所需的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，可保持在0.96以上，且在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。
每个功率单元通过光纤通讯接收主控系统发送的调制信息以产生负载电机需要的电压和频率，而功率单元的状态信息也通过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的唯一连接，因而每个功率单元与主控系统是完全电气隔离的。
2.3 高压变频器PWM技术
高压变频器的PWM技术是变频器研究中一个关键技术，它不仅决定功率变换的实现与否，而且对变频器输出电压波形的质量，电路中有源和无源器件的应力，系统损耗的减少与效率的提高等方面都有直接的影响。
CL2700系列高压变频器采用了移相式多电平PWM技术，它是传统的两电平PWM技术的扩展，它的本质是PWM技术与多重化技术的有机结合。这里以2单元串联的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的串联示意图。
图2 两个功率单元串联示意图
图3给出了移相式多电平PWM调制的波形图。图中两个功率单元的载波互差180度相位角，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，驱动开关器件的驱动信号、由此产生的两个功率单元输出电压波形以及合成电压波形如图所示。
图3 载波移相多电平PWM调制
由图3得出，对于6功率单元串联高压变频器，各单元采用共同的调制波信号，各载波的相位相互错开载波周期的1/6，对每个功率单元进行SPWM控制，通过载波的移相，使得每个功率单元输出的PWM脉冲相互错开，这样在叠加后，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)，同时输出波形的等效开关频率达到单元开关频率的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。同时输出电压的每个电平台阶只有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，就可以使用原有的电机。其输出波形如图4所示。
