0 引言
二十大以来，党中央高质量发展理念深入人心。同时随着国家对能源需求的不断增加，大众对环境保护以及能源节约的重视程度越来越高，对节能型社会的构建理念已经深入人心。核电站如何在保证自身安全可靠运行的前提下尽可能降低能耗已成为各方高度重视的课题。除采用各种能耗等级更高的设备外，采用变频器配套改造也已成为核电站节能的重要手段之一。
同时，由于近年来我国核电发展重新进入快车道，核电厂址已不限于南方沿海，江浙一带以及东北地区都有新的在建核电项目。不同于东南沿海，由于北方冬夏季节海水温差大，冬季海水温度低，所需循环水量远远低于夏季。如果循坏水泵无法进行流量调节，冬季过多的低温海水会对汽轮机产生一系列的不利影响。同时冬季循环水泵提供过多的循环水还增加了不必要的电耗，影响电站的经济性。
1 设计需求
在核电站的设计过程中，调节海水流量的方法有很多，由于变频调速技术可以根据水温/水位的变化对机组水量按需调节，灵活性更好，所以近年来变速调频技术在控制循环水泵流量方面得到了越来越多的应用。在核电站中应用高压大容量变频装置，其设计目标是要利用变频技术，通过变频器改变循环水泵的电源频率，从而对循环水泵的转速进行控制，最终实现对对循环水泵流量的控制，以避免冬季过冷的海水可能对汽轮机造成的不利影响，同时在这一过程中实现节能的目的。
目前国内火电厂等采用变频技术的泵和风机等一般只配置变频器，无工频旁路。核电站循环水系统以一台汽轮机组配备两台循环水泵为主，而采用变频器的方案是在变频调速的基础上辅以工频旁路，提高核电站运行的稳定性和可靠性。而且以国内某核电项目为例，在变频器发生故障时，可利用旁路功能将电机电源从可变功率紧急切换到厂用电工频电源，使系统以固定的转速运行，将对生产的危害降低到最小。图1示意了交直交变频传动系统的旁路结构配置实例。其中的旁路通道可以包括用于电压等级匹配的变压器。
图1：采用变频调速技术方案示意
同时为进一步提升设备的可靠性，对设备的元器件互换性以及冗余性也需要提出较高要求。设备的主要模块如整流模块、逆变模块必须快速可更换。同时在变频器发生部分故障时，宜有可利用的冗余的元器件，可以使整个变频系统正常运行。
针对百万千瓦容量的核电机组，一般情况下为一台循环水泵提供电源所需要的变频装置容量大约在8000kW，电压等级为6.6kV或者10kV，功率因数大于0.87，变频输出范围0-50Hz。同时要求变频装置输出波形不会引起电机的谐振。
在核电中采用变频调速技术同时也有缺点，一方面需要增加变频器设备和变频器厂房的费用，另一方面而且由于核电行业的特点，以及循环水泵停运后会直接导致停堆，所以对设备可靠性的要求远远高于其他行业，大容量变频器在核电站应用较少，某核电项目上所使用的大容量变频设备故障频发引发了多次导致停堆的后果。在后续核电项目的建设中，如何进一步提升大容量变频设备的可靠性，是所有从业者需要面临的重要问题。
2 市场状况
变频调速技术出现于20世纪70年代初，而高压变频器到20世纪80年代才开始规模化生产和应用。在中国，90年代后期高压变频器开始在电力、冶金等少数行业得到应用，由于产品和技术都由国外厂商垄断，价格高昂，且进口产品对中国电力运行环境的适应性较差，导致产业发展缓慢。1998年1月1日开始实施的《中华人民共和国节约能源法》，将变频调速列入通用节能技术并加以推广，有力地推动了市场发展进程。
成立于1964 年的美国罗宾康公司在1994 年研制成功第一台功率单元电压串联型高压变频器，被称为电压源型完美无谐波变频器。2005 年西门子公司收购了罗宾康公司。由于功率单元电压串联型高压变频器在输入输出谐波波形上相对完美，功率单元模块化设计可靠性高，控制技术成熟，故这种形式的变频器在近几年迅速普及，许多国内厂家都生产了自己品牌的高压变频器。
目前国内高压变频器市场，外资品牌主要有西门子、东芝三菱、ABB、施耐德等，此类品牌进入中国市场早，积累了大量的经验，同时这些品牌产品性能较好，可靠性高，积累了不少长期客户。近年来在国产化浪潮下，国产化品牌奋起直追，也产生了不少优秀的品牌，例如北京合康、广州智光、沈阳远大、上海能传、荣信电力电子等。
3 国产化分析
高压变频设备主要分为几个部分，主要有输入模块、移相变压器、功率单元模块、输出模块、控制模块、旁路模块等。在输入、输出以及旁路部分，国产化不存在任何困难。主要难度在移相变压器、功率单元、以及控制模块上。
移相变压器是一台特殊结构的干式变压器，该变压器的原理就是延边三角形的移相原理，将变压器多重化设计，产生了多个低压二次绕组，在经过移项降压之后，所有的功率单元都会提供三相电源，绕组数目由变频功率单元的级数和电压等级确定。目前国内的新华都、北变、明珠电气等厂家均有非常成熟的移相变压器产品，且有大量业绩。产品设计上重点需要解决的问题就是变压器的效率以及散热问题，同时国内已有厂家可以生产出大容量水冷移相变压器，如果采用水冷方案，应重点做好水路系统的密封，并处理好冷却水对管路的腐蚀，做好防护。在功率单元模块部分，IGBT是变频器中的核心部件，前期IGBT市场主要被英飞凌、三菱、富士等品牌所垄断，近些年，国内品牌如中车等也已经打破了国外品牌的垄断，取得了一定的市场份额。国内一些变频设备生产厂家也有采用国产IGBT的产品推出。目前国产IGBT所欠缺的是在产品大量被应用的过程中通过市场的逐步增长、经验的积累、技术水平的进步、人才梯队的培育达成一个良性循环。在控制模块部分，国内PLC厂家浙大中控已有成熟的产品可供选择，但是相比于国外企业，国内企业一是调速控制方面，控制理论相对落后，调速曲线特性较差；二是因为应用较少，在控制算法的可靠性和成熟度上，国内厂家还有较大的进步空间。
4 结语
大功率水泵、风机等设备在各行各业应用都非常普遍。对应的大功率变频驱动装置以往大多采用进口设备，不仅存在建设成本高、维护繁琐、维护成本高等问题，还存在进口设备关键技术被“卡脖子”的窘境。近几年随着电力电子技术的发展，国产高压大功率变频器取得了重要突破，打破了国外技术垄断。本文在了解了高压大功率变频装置市场状况的基础上对国产化情况进行了分析，以期对有需要的读者提供借鉴意义。
