趙明德

摘 要：近年來隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源消耗問題成為我國(guó)所重點(diǎn)關(guān)注的問題。我國(guó)強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，并且把能源節(jié)約利用作為對(duì)能源開發(fā)的一種發(fā)展方向，在火力發(fā)電廠中應(yīng)用了多種節(jié)能技術(shù)。本文就在火力發(fā)電廠中應(yīng)用的變頻器技術(shù)作出概述，文章首先對(duì)變頻器工作原理進(jìn)行分析，介紹了變頻器和電機(jī)的工作原理，簡(jiǎn)單介紹了控制變頻器的方法和以及變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)；其次，優(yōu)化設(shè)計(jì)控制方案，提高變頻器技術(shù)在火力發(fā)電廠中的節(jié)能降耗表現(xiàn)；最后概述了在火力發(fā)電廠中變頻器改造方案的作用。

關(guān)鍵詞：變頻技術(shù)；火力發(fā)電廠；節(jié)能降耗

近年來，能源使消耗問題一直是人類所關(guān)注的問題。能源不僅為人類的生存提供了能源條件，而且是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步必不可缺少的。我國(guó)的能源儲(chǔ)量雖然位居世界前列，但因?yàn)槲覈?guó)人口數(shù)量眾多，能源人均占有量并不靠前，同時(shí)由于部分地區(qū)生產(chǎn)設(shè)備落后，能源利用效率比較低，造成了非常嚴(yán)重的污染。近年來我國(guó)積極轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，節(jié)約能源越來越得到大家的重視。火力發(fā)電廠作為能源消耗的重要部分，響應(yīng)國(guó)家的節(jié)能源號(hào)召，越來越多的節(jié)能方式應(yīng)用于火力發(fā)電廠中。在火力發(fā)電廠中應(yīng)用節(jié)能技術(shù)不僅能夠節(jié)約能源，而且可以提高經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)約能源技術(shù)的發(fā)展，變頻器節(jié)能技術(shù)在火力發(fā)電廠中得到了廣泛的應(yīng)用。本文就該技術(shù)進(jìn)行了分析和研究。

一 變頻器及電機(jī)調(diào)速原理

變頻器是利用半導(dǎo)器件的電流通斷作用來調(diào)節(jié)控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，變頻器作為一種新型設(shè)備，將變頻技術(shù)和微電子技術(shù)節(jié)結(jié)合起來，通過內(nèi)部的主電路和控制電路實(shí)現(xiàn)交流—直流—交流的變換。在變頻器中，主電路可以分為電壓型和電流型，主電路不僅可以實(shí)現(xiàn)交流直流的整流電路，而且包括直流變交流的逆變電路。其中電壓型可以將電壓源直流變?yōu)榻涣?，而電流型可以將電流源直流變?yōu)榻涣鳌Ｔ诨芈分袑?duì)電流應(yīng)用霍耳傳感器進(jìn)行檢測(cè)，通過使用電容進(jìn)行濾波。

開環(huán)控制和閉環(huán)控制是變頻調(diào)速的兩種主要控制方式。開環(huán)控制主要包含 V/F控制和轉(zhuǎn)差頻率控制；閉環(huán)控制主要包含矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。

1 V/F控制

在異步電機(jī)中轉(zhuǎn)數(shù)n和電子電源頻率f以及極對(duì)數(shù)N三者中存在著相互的聯(lián)系。三者相互影響，可以通過改變頻率f實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，也可以通過調(diào)節(jié)電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率f的控制。

2 轉(zhuǎn)差頻率控制

在電機(jī)學(xué)中電機(jī)轉(zhuǎn)距同轉(zhuǎn)差頻率和氣隙磁通之積成正比?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)差頻率的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。該控制方式相較V/F控制提高了精度，但對(duì)動(dòng)態(tài)控制效果不佳。

3 矢量控制

矢量控制可以將交流電機(jī)上存在的交流電流分解為直流電機(jī)上的電樞電流和磁通電流。這樣不僅可以在交流電機(jī)上獲得與直流電機(jī)相似的優(yōu)良特性，而且可以通過矢量控制實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的控制。當(dāng)對(duì)快速響應(yīng)有要求時(shí)適量控室系統(tǒng)應(yīng)用較好。

4直接轉(zhuǎn)矩控制

直接轉(zhuǎn)去控制方法沒有矢量控制那么繁瑣，該控制方法了通過分析三相電動(dòng)機(jī)在定子空間矢量中的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)直接控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也可以直接控制輸出的PWM波形，該控制方法較矢量控制方法擁有更加的控制性能。

二 設(shè)計(jì)改造方案

通過對(duì)傳統(tǒng)方案進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，不僅能夠?yàn)橄到y(tǒng)安全運(yùn)行提供保障，而且使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理，操作更加簡(jiǎn)便，同時(shí)能夠保證在變頻器發(fā)生故障時(shí)，維持機(jī)組的正常運(yùn)行。

該方案應(yīng)用了一托一工頻和變頻自動(dòng)切換的方案，該方案是在傳統(tǒng)方案中存在的高壓電動(dòng)機(jī)與斷路器的基礎(chǔ)上，將變頻器同電動(dòng)機(jī)通過動(dòng)力電纜連接起來。圖中，放置于母線上的QF表示高壓開關(guān)，變頻器用TF進(jìn)行表示，電動(dòng)機(jī)用M進(jìn)行表示。該方案中QF1、QF2和QF3組合起來共同實(shí)現(xiàn)水泵中工頻-變頻的功能自動(dòng)切換。為防止短路現(xiàn)象的發(fā)生，高壓開關(guān)QF2和QF3中不僅應(yīng)用了電氣閉鎖，而且應(yīng)用了邏輯閉鎖。在QF1和QF2閉合時(shí)，啟動(dòng)變頻器后，水泵采用變頻技術(shù)進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)，QF1和QF3斷開，QF2此時(shí)處于閉合狀態(tài)，在此狀態(tài)下通過工頻技術(shù)對(duì)水泵流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。該方案中位QF1和QF2設(shè)置了6KV的保護(hù)電路。為QF3配置了保護(hù)裝置，當(dāng)處于合跳回路以及監(jiān)視回路是，停止使用保護(hù)功能。

變頻器的穩(wěn)定工作離不開穩(wěn)定且合適的環(huán)境，為變頻器工作提供一單獨(dú)小間同時(shí)安裝空調(diào)，不僅可以為變頻器的穩(wěn)定運(yùn)行提供良好的環(huán)境，同時(shí)合適的環(huán)境溫度也為變頻器的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。在對(duì)循環(huán)水泵的邏輯組態(tài)設(shè)計(jì)中，變頻器有三種工作方式：實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器啟/?？刂频恼{(diào)節(jié)；能夠在變頻器正常工作狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制變頻—工頻的切換；自動(dòng)在變頻器發(fā)生故障實(shí)現(xiàn)變頻—工頻的切換。

三 變頻器改造方案在火力發(fā)電廠中應(yīng)用

循環(huán)水泵在該火力發(fā)電廠中功率為1900KW，額定電流為229.5A，對(duì)變頻器進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)不僅可以變頻器功能完善，而且對(duì)變頻器后續(xù)維護(hù)提供良好的條件。因此變頻器應(yīng)滿足一下幾點(diǎn)選擇要求：高壓變頻器連線方式選用內(nèi)部連接，擁有輸入、輸出、電源、控制信號(hào)接口，在高壓開關(guān)柜與高壓電機(jī)之間串聯(lián)變頻器；變頻器應(yīng)在國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電源波動(dòng)時(shí)使用，并且保證在瞬時(shí)斷電后維持5個(gè)周期的滿載運(yùn)行；變頻器不能夠?qū)﹄娋W(wǎng)產(chǎn)生諧波污染，同時(shí)不必要功率補(bǔ)償裝置的添加；變頻器應(yīng)盡可能模塊化設(shè)計(jì)，不僅可以使操作方便簡(jiǎn)單，而且為日后的維護(hù)奠定了基礎(chǔ)。

統(tǒng)計(jì)其余火力發(fā)電廠中水泵變頻改造后節(jié)點(diǎn)可以得到，改造方案后水泵可節(jié)約9%左后的能量。以1900KW功率的循環(huán)水泵來進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)電價(jià)為0.35元，每年可以節(jié)省6000h計(jì)算，每年可以節(jié)約 ，能夠省下 萬元。從中可以得到，改造變頻器后不僅可以節(jié)約能源，而且為電力企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約了成本。

四 改造后的結(jié)論與建議

1 變頻器機(jī)組在經(jīng)過方案改造后，功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比關(guān)系，可以有效的降低功率，同時(shí)將該方案同其他火力發(fā)電廠進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比后可以得出，該方案可以節(jié)約9%左右的電量，通過改造方案后的變頻器機(jī)組不僅可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，同時(shí)為電力企業(yè)在經(jīng)濟(jì)效益方面做出了貢獻(xiàn)，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本提高了經(jīng)濟(jì)效益。

2 在經(jīng)過方案改造后，為了使系統(tǒng)在額定狀態(tài)下運(yùn)行可以通過調(diào)節(jié)循環(huán)水泵的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)，不僅能夠使水泵內(nèi)部的零部件的使用壽命得到延長(zhǎng)，而且因?yàn)闇p弱了管道內(nèi)部的沖擊，減少了管道故障的發(fā)生，降低維修成本以及維修費(fèi)用，為電力企業(yè)提高了經(jīng)濟(jì)效益。

3 在該方案調(diào)速系統(tǒng)中運(yùn)用了計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制，不僅能夠使得變頻機(jī)組在發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)也減輕了工作人員的負(fù)擔(dān)，工作人員的工作重點(diǎn)從以前的手動(dòng)操作轉(zhuǎn)移到了監(jiān)控運(yùn)行中，為設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供了良好的環(huán)境，促進(jìn)了生產(chǎn)效率的提高。

4在該方案中，變頻器使用軟啟動(dòng)對(duì)循環(huán)水泵進(jìn)行控制，不僅可以使得電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流極大的小于額定電流，而且可以延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間，使得減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊力。

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