高壓變頻調(diào)速技術(shù)在發(fā)電廠節(jié)能方面的研究與應(yīng)用

南京國(guó)電南自新能源科技有限公司 吳 婷

在發(fā)電廠發(fā)電運(yùn)行中，對(duì)于發(fā)電廠的風(fēng)機(jī)以及水泵等機(jī)組設(shè)備應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行控制后，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于發(fā)電廠機(jī)組設(shè)備發(fā)電運(yùn)行中需要的電能進(jìn)行節(jié)約減少。在實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)電廠中380伏以下的低壓電動(dòng)機(jī)設(shè)備已經(jīng)對(duì)于變頻調(diào)速技術(shù)有廣泛的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，以滿(mǎn)足發(fā)電廠中的節(jié)能需求。而在發(fā)電廠生產(chǎn)運(yùn)行中，發(fā)電廠的風(fēng)機(jī)以及水泵等機(jī)組設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行，具有需求電壓高以及運(yùn)行功率大的特點(diǎn)，因此，如果在發(fā)電廠的風(fēng)機(jī)以及水泵等高壓機(jī)組設(shè)備中進(jìn)行變頻調(diào)速技術(shù)方式的應(yīng)用，對(duì)于發(fā)電廠生產(chǎn)運(yùn)行的節(jié)能需求能更加的滿(mǎn)足，并且能夠節(jié)約發(fā)電廠的發(fā)電生產(chǎn)與運(yùn)行成本，降低發(fā)電生產(chǎn)運(yùn)行能耗等積極作用和意義。另一方面，在實(shí)際應(yīng)用中變頻調(diào)速技術(shù)具有調(diào)速精度高以及啟動(dòng)電流小、機(jī)械振動(dòng)與摩擦小、變頻調(diào)速操作簡(jiǎn)單等特征優(yōu)勢(shì)，與其他調(diào)速方式與技術(shù)相比，在發(fā)電廠節(jié)能生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更加明顯和突出。

1.高壓變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展與技術(shù)特點(diǎn)分析

近年來(lái)，隨著電力生產(chǎn)與應(yīng)用中對(duì)于節(jié)能環(huán)保要求的提出，高壓功率變化換技術(shù)在世界各國(guó)的研究與應(yīng)用中越來(lái)越受重視，電力運(yùn)行中高壓功率變換技術(shù)也是現(xiàn)階段電力電子技術(shù)的最新發(fā)展與研究的重要方向之一。結(jié)合高壓變頻調(diào)速技術(shù)的具體發(fā)展應(yīng)用情況，先后出現(xiàn)了以下幾種高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)形式。

首先，最先應(yīng)用的是高-低-低的高壓變頻調(diào)速方式，這種系統(tǒng)形式主要是先通過(guò)將高電壓使用變壓器進(jìn)行降壓實(shí)現(xiàn)后，再使用低壓變頻器進(jìn)行低壓大功率電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)運(yùn)行，這種高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)際上并不是真正的高壓變頻調(diào)速技術(shù)與系統(tǒng)。其次，在電力生產(chǎn)以及運(yùn)行中，還有一種比較常見(jiàn)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)形式，即高-低-高高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，它在進(jìn)行高壓設(shè)備與機(jī)組系統(tǒng)的調(diào)速變頻實(shí)現(xiàn)中，主要是首先將高電壓系統(tǒng)與設(shè)備經(jīng)過(guò)變壓器進(jìn)行降壓后，再輸入低壓變頻器，通過(guò)低壓變頻器輸出電壓經(jīng)過(guò)變壓器升壓后，進(jìn)行高壓電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行拖動(dòng)。這種高壓變頻調(diào)速技術(shù)與系統(tǒng)形式在實(shí)際變頻調(diào)速應(yīng)用中，不僅占地比較大，并且諧波比較多，需要使用濾波器進(jìn)行電力保護(hù)運(yùn)行。再次，還有一種高壓變頻系統(tǒng)形式被稱(chēng)為是高-高高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)形式，它在進(jìn)行高壓變頻調(diào)速運(yùn)行中，主要通過(guò)專(zhuān)門(mén)的逆變器設(shè)備在以多個(gè)功率的開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)的方式下，在系統(tǒng)電壓比較高，并且功率開(kāi)關(guān)器件的耐壓比較低時(shí)，對(duì)于串聯(lián)的功率開(kāi)關(guān)器件需要的數(shù)量就比較多，同時(shí)逆變器的損耗就會(huì)增大，高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的可靠性以及效率就比較低。此外，在實(shí)際變頻調(diào)速應(yīng)用中高-高變頻調(diào)速系統(tǒng)的諧波比較大，需要濾波器輔助應(yīng)用，并且系統(tǒng)維護(hù)比較復(fù)雜。

在高壓變頻調(diào)速應(yīng)用中，多電平高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)也是一種應(yīng)用較多，并且比較常見(jiàn)的高壓變頻調(diào)速技術(shù)形式，它也是目前高壓變頻調(diào)速技術(shù)中比較理想的一種技術(shù)方式。與前幾種高壓變頻調(diào)速技術(shù)方式相比，多電平高壓變頻調(diào)速技術(shù)方式中功率器件的開(kāi)關(guān)頻率有很大的降低變化。多電平高壓變頻調(diào)速技術(shù)形式在進(jìn)行高壓的變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)中，主要是在先將高壓切分成為多個(gè)低壓電平的情況下，再使用多電平功率逆變器將低壓電平疊加合成正弦電壓波形式，并隨著電平數(shù)目的增加，最后合成的階梯波形分級(jí)越多，并且合成的電壓畸變就越小。在實(shí)際應(yīng)用中，多電平高壓變頻調(diào)速方式能夠運(yùn)用常規(guī)的低壓功率開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行高壓變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)，并且能夠從根本上解決諧波問(wèn)題，避免變頻調(diào)速過(guò)程中對(duì)于電動(dòng)機(jī)造成損壞。

2.高壓變頻調(diào)速技術(shù)在發(fā)電廠節(jié)能生產(chǎn)應(yīng)用分析

根據(jù)上述各種高壓變頻調(diào)速技術(shù)方法特點(diǎn)，結(jié)合發(fā)電廠發(fā)電生產(chǎn)中風(fēng)機(jī)以及水泵等機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)，多電平高壓變頻調(diào)速技術(shù)方法是一種比較理想的進(jìn)行風(fēng)機(jī)以及水泵高壓機(jī)組設(shè)備變頻調(diào)速控制運(yùn)行實(shí)現(xiàn)，滿(mǎn)足發(fā)電廠發(fā)電需求的技術(shù)方法。

以5電平為例，在以多電平高壓變頻調(diào)速技術(shù)方式進(jìn)行發(fā)電廠風(fēng)機(jī)、水泵高壓、大功率機(jī)組的變頻調(diào)速運(yùn)行控制中，多電平變頻調(diào)速方式首先使用多繞組將變壓器進(jìn)行隔離，并高電壓分割成多組低壓，然后再利用常規(guī)的低壓功率器件構(gòu)成整流電流形態(tài)，同時(shí)應(yīng)用逆變器進(jìn)行多個(gè)低壓電平疊加，合成為正弦高電壓波形，進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)運(yùn)行。圖1所示為5電平功率變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 5電平功率變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

如圖1所示，應(yīng)用這種多電平高壓變頻調(diào)速技術(shù)方式進(jìn)行發(fā)電廠高壓大功率機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行控制中，不僅能夠提高機(jī)組設(shè)備運(yùn)行中對(duì)于電壓的利用效率，消除低次諧波，并且在實(shí)際運(yùn)行應(yīng)用中，該控制系統(tǒng)中的高次諧波成分比較小，不需要使用濾波器，同時(shí)，這種高壓變頻調(diào)速技術(shù)方式在實(shí)際應(yīng)用中還能夠提高真?zhèn)€系統(tǒng)的功率因數(shù)，具有比較理想的節(jié)能發(fā)電應(yīng)用效果。例如，某集團(tuán)動(dòng)力中心在該企業(yè)動(dòng)力部門(mén)的供水系統(tǒng)中就應(yīng)用了17電平的高壓變頻器，進(jìn)行該集團(tuán)動(dòng)力部門(mén)供水系統(tǒng)機(jī)組設(shè)備的變頻調(diào)速控制運(yùn)行應(yīng)用，就取得了比較好的系統(tǒng)運(yùn)行效果與綜合經(jīng)濟(jì)效益，圖2所示為該集團(tuán)動(dòng)力部門(mén)供水系統(tǒng)中應(yīng)用的17電平高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 17電平高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.結(jié)束語(yǔ)

高壓變頻調(diào)速技術(shù)在實(shí)際中的推廣應(yīng)用，不僅能夠提高生產(chǎn)產(chǎn)量，降低生產(chǎn)維護(hù)費(fèi)用，節(jié)約生產(chǎn)使用能源，而且能夠提高國(guó)民經(jīng)濟(jì)綜合發(fā)展效益，促進(jìn)我國(guó)相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，具有積極作用和意義。

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