微能結(jié)構(gòu)變頻器在熱電廠的應(yīng)用

本文介紹了微能超大功率變頻器在熱電廠上的節(jié)能改造，討論了微能超大功率變頻器的控制系統(tǒng)和功能要求及與采用“并機”結(jié)構(gòu)的先進之處。

1、引言

在國內(nèi)通用低壓（AC1000V以下）傳動市場上，多數(shù)變頻器生產(chǎn)廠家一般只生產(chǎn)315KW以下的機型，對于更大功率（355－1000KW）等級的電機，很多廠家都束手無策或者采用國外的產(chǎn)品，深圳微能科技公司針對市場上客戶的需求以及目前國內(nèi)在這一領(lǐng)域上的空白，組織研發(fā)力量進行研發(fā)，于2005年底先后完成了560、630、710、800、1000kW380V及660～690V的設(shè)計。公司于06年初提供了首臺380V630kW變頻器在山東招遠某廠投入運行，最早投運的機器已運行兩年多，實踐證明現(xiàn)場運行穩(wěn)定、可靠。這標(biāo)志著微能科技公司在生產(chǎn)低壓超大功率變頻器技術(shù)方面達到了一個新的高度，也為國人在掌握這方面技術(shù)上做出有益的嘗試和突破。

2、變頻調(diào)速方案介紹

由于電機電壓，變頻器輸入電壓等級不同，合理的電壓等級選用顯的至關(guān)重要，微能公司結(jié)合工程項目經(jīng)驗和微能變頻器特性一般按如下原則選用經(jīng)濟合理的方案即電動機變頻調(diào)速有如下三種方案：

1）、低——-低方案：AC380V,500KW以下電動機采用380V變頻器+低壓電動機方案。

2）、高—低——高方案：1000kW以內(nèi)的高壓電動機采用，變壓器＋低壓變頻器+變壓器＋高壓電動機方案

3）、高——-高方案：1000KW以上優(yōu)選高壓變頻器+高壓電動機方案。

但是在國內(nèi)有著許許多多的負載特別是大功率的風(fēng)機和水泵功率都在315KW以上，而電壓等級都是380－690V，國內(nèi)變頻器廠家受到功率開關(guān)器件容量限制，單個變頻器的容量是十分有限的，使得國內(nèi)超大功率變頻器的技術(shù)發(fā)展停止不前。

深圳微能科技公司經(jīng)過研發(fā)和實踐，對于實現(xiàn)大容量的變頻器，同樣也可以采用并聯(lián)技術(shù)。通過多個變頻器并聯(lián)進行擴容，不僅可以充分利用新型IGBT開關(guān)器件的優(yōu)勢，減少系統(tǒng)的體積，降低噪聲，還可以提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，與此同時經(jīng)比較高-低-高或高-高方案可節(jié)約一倍以上的成本投入。

3、變頻器并機的原理

所謂“并機”就是用二臺小功率變頻器共同驅(qū)動一臺大功率電機,但是交流變頻器間的并聯(lián)運行遠比直流電源并聯(lián)運行復(fù)雜，由于是逆變頻率輸出，必須要解決以下問題：

1）兩臺或多臺投入并聯(lián)運行時，相互間及系統(tǒng)的頻率、相位、幅度必須達到一致或小于容許誤差時才能投入，否則會引起系統(tǒng)不穩(wěn)定或各逆變單元間產(chǎn)生環(huán)流；

2）并聯(lián)工作過程中，各臺變頻器輸出必須保持一致，否則，頻率微弱差異的積累將造成系統(tǒng)輸出幅度的周期性變化和波形畸變，相位不同使輸出幅度不穩(wěn)；

3）均流要求高，均流包括有功和無功均流，即功率的平均分配包括有功功率和無功功率的平均分配；

4）故障保護除單臺變頻器故障保護外，當(dāng)均流或同步異常時，要將相應(yīng)有故障的變頻器切除，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定。

解決上述問題的關(guān)鍵是解決均流問題，鑒于此，采用有功和無功并聯(lián)控制方式，目前生產(chǎn)之機器均流水平均很理想，每臺機器電流不均衡部分均限制在±1%額定電流范圍內(nèi)。微能公司集電力電子運用于電機驅(qū)動控制的專業(yè)技術(shù)，采用先進的SVPWM優(yōu)化調(diào)制方法，將光電隔離/傳輸技術(shù)運用于變頻器的控制與驅(qū)動。結(jié)合先進的電力電子器件，微能“并機”結(jié)構(gòu)超大功率變頻器具有技術(shù)先進、性能穩(wěn)定、體積小、價位低的特點

4、實際運用

我們通過在福建某熱電廠鍋爐引風(fēng)機上的實際改造來說明：

電廠鍋爐行業(yè)中，已大量對風(fēng)機、水泵類進行變頻改造，并取得了顯著的節(jié)能效果。但其進行節(jié)能改造的低壓設(shè)備大部分是315KW以下，而這次微能公司改造的是690V,560KW的交流電機。

1）并機方案

在該改造項目中，針對引風(fēng)機驅(qū)動電機功率較大，使用微能公司最新研發(fā)的“并機”機型（就是用二臺小功率變頻器共同驅(qū)動一臺大功率電機），其具有以下優(yōu)勢：

　　■不需要進行單獨的結(jié)構(gòu)設(shè)計；

　　■可以大幅提高交期速度；

　　■對品質(zhì)的容易控制；

　　■較高的性價比；

　　并機方案示意圖如下所示：

具有如下特點

　　1）共用一個控制鍵盤和控制主板保證系統(tǒng)的頻率、相位、幅度達到一致。

　　2）共用輸入與輸出合成電抗器，保證兩臺變頻器輸出功率平衡。

　　3）共用直流母線，實現(xiàn)有功和無功的并聯(lián)，解決均流問題

　　4）每個并聯(lián)運行的變頻器采用全數(shù)字化控制，易于在變頻器之間更好地進行均流控制和通信，或者在變頻器模塊中實現(xiàn)復(fù)雜的均流控制算法，從而實現(xiàn)高可靠性、高冗余度的逆變單元并聯(lián)運行系統(tǒng)；

微能變頻適合中國國情，具有以下產(chǎn)品特點

　　1）±20%電壓波動設(shè)計，適用中國大型工礦企業(yè)電網(wǎng)狀況；

　　2）SVPWM優(yōu)化調(diào)制技術(shù)，配合專業(yè)的波型處理電路，降低整機熱損耗1/3以上，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性及壽命；

　　3）光電隔離技術(shù)運用在變頻器控制與驅(qū)動電路中，以達到精確信號采集與控制，異?，F(xiàn)象保護靈敏、準(zhǔn)確；

　　4）多種負載運行控制及保護，如過流、過壓、過載、欠壓、缺相、短路等；

　　5）靈活的控制方式，如RS-485控制、PI調(diào)節(jié)、多段速度、程序控制、比例聯(lián)動，控制端子與模擬信號端子可自由編程設(shè)定，方便組成多種控制系統(tǒng)；

　　微能變頻器采用國際領(lǐng)先的矢量控制，具有以下性能特點：

　　■具有矢量控制、V/F控制切換功能，可按使用要求在V/F控制、V/F帶PG、無速度傳感器矢量控制、矢量控制帶PG的四種模式中任選

　　■具有電機參數(shù)自辨識功能，負載適應(yīng)能力強

　　■開環(huán)低速高額定轉(zhuǎn)矩輸出，速度控制可達100：1

　　■閉環(huán)零速亦可進行全轉(zhuǎn)矩控制，控制范圍可達1000：1

　　■先進的電機自動調(diào)諧功能，可使電機工作在最佳狀態(tài)

　　■節(jié)能控制功能可使電機高效運行。配合PID調(diào)節(jié)器可實現(xiàn)完全的自動化運行

　　■滑差補償功能可使電機穩(wěn)定運行

　　■內(nèi)置自動轉(zhuǎn)矩補償功能，有/無PG均可獲得超強的啟動轉(zhuǎn)矩

　　■使用速度反饋進行速度控制，可使電機高精度穩(wěn)定運行

　　■使用力矩控制功能，可使電機恒力矩運行

　　■具有故障自動復(fù)位功能，可在非實質(zhì)性故障狀態(tài)下連續(xù)運行

　　■大屏幕LCD顯示，界面友好，多種參數(shù)可在線調(diào)整且具有參數(shù)拷貝功能，使用方便

　　■對電網(wǎng)污染小，可高功率運行

5、投資成本與回報比較

我們已電廠560KW做投資成本分析，在通常設(shè)計中風(fēng)門依然保留，以及電纜等成本不列入比較之中，以下成本分析旨在比較各方案的差異性。

優(yōu)點：平均節(jié)能30%以上，電機軟啟動對電網(wǎng)無沖擊，可靠性高，免維護，調(diào)速特性優(yōu)良，機械振動小和磨損較少，保護功能完善，自動化程度高，容易實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)控制和計算機通訊。

缺點：產(chǎn)生一定的諧波電流，對電網(wǎng)和周遍設(shè)備有干擾。

以每年運行5000小時來算，節(jié)能計算/年：500KW×5000h×30%×0.4=336000元（RMB）

比較以上三種方案可見，從電廠工藝狀況和投資回報率角度考慮，投入成本半年即可收回。低壓變頻方案是最經(jīng)濟可靠的。

6、結(jié)束語

國家節(jié)能部門經(jīng)過實施電機設(shè)備節(jié)能減排工作，企業(yè)收效明顯，相關(guān)負責(zé)人說：“大功率和超大功率變頻器的市場前景日益被業(yè)內(nèi)看好。變頻調(diào)速的典型應(yīng)用是以節(jié)能為目的的風(fēng)機調(diào)速、泵類調(diào)速。而經(jīng)過對使用變頻器的專業(yè)技術(shù)人員和管理人員的訪談得知，目前我國大功率和超大功率變頻器的主導(dǎo)品牌是西門子、ABB和三菱。微能自前年公司推出“并機”機型以來，一直受到市場矚目，中、大機型的出貨量持續(xù)增長，微能變頻器將領(lǐng)導(dǎo)國產(chǎn)大功率和超大功率變頻器新一輪競爭的開始。