變頻器技術在火力發電廠節能降耗中的應用

趙明德

摘 要：近年來隨著經濟的發展，能源消耗問題成為我國所重點關注的問題。我國強調經濟可持續發展，并且把能源節約利用作為對能源開發的一種發展方向，在火力發電廠中應用了多種節能技術。本文就在火力發電廠中應用的變頻器技術作出概述，文章首先對變頻器工作原理進行分析，介紹了變頻器和電機的工作原理，簡單介紹了控制變頻器的方法和以及變頻器內部結構；其次，優化設計控制方案，提高變頻器技術在火力發電廠中的節能降耗表現；最后概述了在火力發電廠中變頻器改造方案的作用。

關鍵詞：變頻技術；火力發電廠；節能降耗

近年來，能源使消耗問題一直是人類所關注的問題。能源不僅為人類的生存提供了能源條件，而且是經濟發展和社會進步必不可缺少的。我國的能源儲量雖然位居世界前列，但因為我國人口數量眾多，能源人均占有量并不靠前，同時由于部分地區生產設備落后，能源利用效率比較低，造成了非常嚴重的污染。近年來我國積極轉變經濟發展方式，節約能源越來越得到大家的重視。火力發電廠作為能源消耗的重要部分，響應國家的節能源號召，越來越多的節能方式應用于火力發電廠中。在火力發電廠中應用節能技術不僅能夠節約能源，而且可以提高經濟效益和節約能源技術的發展，變頻器節能技術在火力發電廠中得到了廣泛的應用。本文就該技術進行了分析和研究。

一 變頻器及電機調速原理

變頻器是利用半導器件的電流通斷作用來調節控制交流電動機的轉速，變頻器作為一種新型設備，將變頻技術和微電子技術節結合起來，通過內部的主電路和控制電路實現交流—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，主電路不僅可以實現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為交流，而電流型可以將電流源直流變為交流。在回路中對電流應用霍耳傳感器進行檢測，通過使用電容進行濾波。

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

1 V/F控制

在異步電機中轉數n和電子電源頻率f以及極對數N三者中存在著相互的聯系。三者相互影響，可以通過改變頻率f實現對轉速的調節，也可以通過調節電壓實現對頻率f的控制。

2 轉差頻率控制

在電機學中電機轉距同轉差頻率和氣隙磁通之積成正比。可以實現對轉差頻率的控制實現對電機轉矩的控制。該控制方式相較V/F控制提高了精度，但對動態控制效果不佳。

3 矢量控制

矢量控制可以將交流電機上存在的交流電流分解為直流電機上的電樞電流和磁通電流。這樣不僅可以在交流電機上獲得與直流電機相似的優良特性，而且可以通過矢量控制實現對轉矩的控制。當對快速響應有要求時適量控室系統應用較好。

4直接轉矩控制

直接轉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機在定子空間矢量中的數學模型，實現直接控制系統的轉速和轉矩，同時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 設計改造方案

通過對傳統方案進行改造設計，不僅能夠為系統安全運行提供保障，而且使結構設計更加合理，操作更加簡便，同時能夠保證在變頻器發生故障時，維持機組的正常運行。

該方案應用了一托一工頻和變頻自動切換的方案，該方案是在傳統方案中存在的高壓電動機與斷路器的基礎上，將變頻器同電動機通過動力電纜連接起來。圖中，放置于母線上的QF表示高壓開關，變頻器用TF進行表示，電動機用M進行表示。該方案中QF1、QF2和QF3組合起來共同實現水泵中工頻-變頻的功能自動切換。為防止短路現象的發生，高壓開關QF2和QF3中不僅應用了電氣閉鎖，而且應用了邏輯閉鎖。在QF1和QF2閉合時，啟動變頻器后，水泵采用變頻技術進行流量調節。當變頻器發生故障時，QF1和QF3斷開，QF2此時處于閉合狀態，在此狀態下通過工頻技術對水泵流量進行調節。該方案中位QF1和QF2設置了6KV的保護電路。為QF3配置了保護裝置，當處于合跳回路以及監視回路是，停止使用保護功能。

變頻器的穩定工作離不開穩定且合適的環境，為變頻器工作提供一單獨小間同時安裝空調，不僅可以為變頻器的穩定運行提供良好的環境，同時合適的環境溫度也為變頻器的穩定運行提供了保障。在對循環水泵的邏輯組態設計中，變頻器有三種工作方式：實現對變頻器啟/停控制的調節；能夠在變頻器正常工作狀態下實現手動控制變頻—工頻的切換；自動在變頻器發生故障實現變頻—工頻的切換。

三 變頻器改造方案在火力發電廠中應用

循環水泵在該火力發電廠中功率為1900KW，額定電流為229.5A，對變頻器進行合理的設計不僅可以變頻器功能完善，而且對變頻器后續維護提供良好的條件。因此變頻器應滿足一下幾點選擇要求：高壓變頻器連線方式選用內部連接，擁有輸入、輸出、電源、控制信號接口，在高壓開關柜與高壓電機之間串聯變頻器；變頻器應在國內電網電源波動時使用，并且保證在瞬時斷電后維持5個周期的滿載運行；變頻器不能夠對電網產生諧波污染，同時不必要功率補償裝置的添加；變頻器應盡可能模塊化設計，不僅可以使操作方便簡單，而且為日后的維護奠定了基礎。

統計其余火力發電廠中水泵變頻改造后節點可以得到，改造方案后水泵可節約9%左后的能量。以1900KW功率的循環水泵來進行計算，假設電價為0.35元，每年可以節省6000h計算，每年可以節約 ，能夠省下 萬元。從中可以得到，改造變頻器后不僅可以節約能源，而且為電力企業提高經濟效益，節約了成本。

四 改造后的結論與建議

1 變頻器機組在經過方案改造后，功率與轉速的三次方成正比關系，可以有效的降低功率，同時將該方案同其他火力發電廠進行統計對比后可以得出，該方案可以節約9%左右的電量，通過改造方案后的變頻器機組不僅可以實現節能降耗的目標，同時為電力企業在經濟效益方面做出了貢獻，節約了經濟成本提高了經濟效益。

2 在經過方案改造后，為了使系統在額定狀態下運行可以通過調節循環水泵的轉速實現，不僅能夠使水泵內部的零部件的使用壽命得到延長，而且因為減弱了管道內部的沖擊，減少了管道故障的發生，降低維修成本以及維修費用，為電力企業提高了經濟效益。

3 在該方案調速系統中運用了計算機聯鎖控制，不僅能夠使得變頻機組在發生故障時自動報警，同時也減輕了工作人員的負擔，工作人員的工作重點從以前的手動操作轉移到了監控運行中，為設備的穩定運行提供了良好的環境，促進了生產效率的提高。

4在該方案中，變頻器使用軟啟動對循環水泵進行控制，不僅可以使得電機啟動時電流極大的小于額定電流，而且可以延長啟動時間，使得減小對電網的沖擊力。

參考文獻：

[1]朱洪飛.高壓變頻技術在火電廠實踐淺思[J].科技展望，2015，25（09）：85.

[2]郝彪.變頻器在火力發電廠的應用分析[J].科技風，2013（13）：74.

[3]張永鵬. 火力發電廠高壓變頻器運行常見問題分析[A]. 重慶市電機工程學會.重慶市電機工程學會2010年學術會議論文集[C].重慶市電機工程學會：重慶市科學技術協會，2010：1.

[4]王序文，辛昊飛.變頻器在火力發電廠中的應用[J].機電信息，2010（24）：11+25.

[5]崔艷華，馬宏忠.變頻調速技術在火力發電廠風機與泵中的應用[J].能源技術與管理，2009（02）：108-110.