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图2 单元模块原理图
变频器的主电路图如图3所示，6kV电源经移相变压器后，输出21组不同相位的低压三相电源，每组三相电源各驱动一块功率单元模块。在每块功率单元模块中，三相电源经整流、逆变，得到单相电源。21块功率单元模块分成三组，每组7块进行串联输出，从而得到三相电源。各个功率单元模块采用移相PWM（脉宽调制波）技术，每相的功率单元模块输出相互叠加，形成非常完美的正弦波。
图3 变频器主电路图
3.1 单元串联多电平技术具有的优点
（1）由于变频器的输出是由多级功率单元模块输出的移相PWM叠加而成，输出波形十分接近正弦波，谐波很少，变频后电机的附加损耗小，因此该类型变频器可应用在普通的三相异步电动机上。
（2）功率单元模块的输入电源是经过不同角度的移相，这一方面削弱了变频器输入电源的谐波，另一方面也提高了变频器的功率因数和效率。变频器在额定功率下的功率因数可达0.95，效率达96%以上。
（3）变频器输出采用多级功率单元模块串联叠加输出，各单元模块分担电压较低，可采用低压功率元器件，可靠性高。
（4）各功率单元模块带有旁路功能（见图2中的电子开关K），任何一级单元模块故障，模块上的K闭合，单元模块故障自动旁路切除，分散了故障停机的风险。
3.2 单元串联多电平技术的缺点
（1）需要输入变压器，从严格意义上说不是真正高—高电压源型变频器。输入变压器造成变频器的体积较大，同时也带来新的故障点。
（2）需要的功率元器件数目较多，控制回路较复杂，成本较高。
4 效益估算
从能量损耗的过程来看，主要有变频器损耗、电动机损耗、风机损耗、管路损耗等。变频器在额定工况下效率为96%，在一般工况下效率略低些，现取效率为92%；高压电动机的效率为95%；风机效率取A、B两种工况效率的平均值75%；管路损耗较为复杂，现取效率为90%。整体效率约为：92%×95%×75%×90%=59%。以锅炉#1引风机为例，风机有效功率为97.28kW，估计改造后电动机功率为97.28/59%=165kW，估计可节电：(288.8-165)/288.8=43%。
5 变频改造情况及出现的问题
2003年6月，该热电厂对锅炉引风机实施了变频调速改造，并于6月底正式投入运行。变频器一直保持稳定运行，各项经济指标均满足设计要求。
运行期间曾出现过一次单元模块超温报警，故障单元模块自动旁路成功，变频器继续保持运行。事后经过分析，认定为测温元件受干扰误报警所致。利用锅炉小修的机会，厂家对变频器控制程序进行升级，增加抗干扰功能，消除了误报警误障。
因为变频器启动转矩较低（2倍额定转矩），所以在启动时要特别注意避免出现单元模块过流故障。锅炉在单引风机运行的特殊工况下，停运的引风机会因风门不严密而处于倒转状态。这时如果直接启动变频器，就会出现因过流而不法启动风机的现象。解决的方法是，在启动前先将风机进行制动，待风机停转后再启动变频器。
6 效益分析
引风机变频改造之后，对引风机的效率再次进行测试，数据如表3所示。
表3 改造后引风机运行数据
对比改造前后的数据可知，风机设备效率明显提高。#1引风机电功率由288.8kW降低至162.0kW，#2引风机由273.4kW降低至167.1kW，共节省电功率233.1kW，节电率达41.5%。与改造前效益估算基本相符。从运行实绩来看，2003年第三季度锅炉引风电耗比去年同期减少了57万kW·h，节能效果十分显著。 | 
