摘要：本文介紹了國產(chǎn)多電平高壓變頻器的原理及其在建設(shè)兵團(tuán)奎屯電廠中的應(yīng)用情況，結(jié)果表明，對(duì)電廠循環(huán)泵設(shè)備進(jìn)行變頻改造后，節(jié)能效果非常明顯，并提高了設(shè)備和系統(tǒng)的安全可靠性，改善了水泵和電機(jī)的使用壽命。
關(guān)鍵詞：高壓變頻器 節(jié)能 |
Application of High Voltage Inverter
In KuiTun Thermal Power Plant of XinJiang |
Abstract: This paper describes the chief principle of high voltage inverter and introduces its application in KuiTun Thermal Power Plant of XinJiang. The result shows that the power plant can acquire obvious benefit by using high voltage inverter, such as saving a lot of energy, improving the reliability of the system, and the operating life of the water pump and motor.
Keywords: High Voltage Inverter, Energy Saving
1 引言
隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，能源問題日益的突出，節(jié)能問題愈來愈受到重視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全國各類電機(jī)年耗電量約占全國總發(fā)電量的65%，而其中大功率風(fēng)機(jī)、泵類是年耗電量約占工業(yè)總耗電量的50%，******限度地降低風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備的耗電量對(duì)于節(jié)能具有重要意義。
建設(shè)兵團(tuán)新疆奎屯電廠二廠裝機(jī)容量為2×250MW。在循環(huán)供水系統(tǒng)中，是由循環(huán)水泵實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用的，經(jīng)熱交換后的熱水進(jìn)入冷卻設(shè)施進(jìn)行冷卻，使其水溫降至允許值，然后又重復(fù)將冷卻水輸入凝汽器而循環(huán)使用。由于系統(tǒng)水位基本上是穩(wěn)定的，故循環(huán)水泵的揚(yáng)程也基本穩(wěn)定，而其容量按計(jì)算水量確定。兩臺(tái)機(jī)組使用共有循環(huán)水管供水，配備4臺(tái)功率為176KW循環(huán)水泵，配套電機(jī)為250KW/6KV及220KW/6KV各兩臺(tái)。
在變頻改造前，水量調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)水泵閥門的開度來實(shí)現(xiàn)，水泵及電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在低效率工作區(qū)，能源浪費(fèi)嚴(yán)重，同時(shí)由于奎屯電廠屬于獨(dú)立電網(wǎng)，工頻直接啟動(dòng)對(duì)電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)的沖擊都很大，并容易造成電機(jī)籠條松動(dòng)、有開焊斷條的危險(xiǎn)。
基于以上原因，奎屯電廠決定對(duì)機(jī)組循環(huán)水泵進(jìn)行了變頻改造，通過考察，最后選擇廣東明陽龍?jiān)措娏﹄娮佑邢薰拘吞?hào)為MLVERT-D06/320的變頻器對(duì)兩臺(tái)250KW/6KV電機(jī)進(jìn)行“一拖二”改造。 2 高壓變頻器的組成和原理
MLVERT-D系列高壓變頻器是廣東明陽龍?jiān)措娏﹄娮佑邢薰旧a(chǎn)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，無電網(wǎng)污染的調(diào)速系統(tǒng)，采用的結(jié)構(gòu)為多單元串聯(lián)，輸出為多電平移相式PWM方式。特別適合于風(fēng)機(jī)、泵類工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場，已經(jīng)被廣大工業(yè)用戶接受和充分認(rèn)可。下面以6kV系列為例說明其原理，變頻器主電路結(jié)構(gòu)見圖1。
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| 圖1 高壓變頻器主電路原理圖 |
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該高壓變頻器具有運(yùn)行穩(wěn)定、調(diào)速范圍廣、輸出波形正弦好、輸入電流功率因數(shù)高、效率高等特點(diǎn)，對(duì)電網(wǎng)諧波污染小，總體諧波畸變THD小于4%，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)，功率因數(shù)高，不必采用功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，輸出波形好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，不必加輸出濾波器，就可以使用普通的異步電機(jī)。
2.1 輸入變壓器
MLVERT-D06系列高壓變頻器的輸入側(cè)隔離變壓器采用移相式變壓器，變壓器原邊繞組為6kV，副邊共18個(gè)繞組分為三相。每個(gè)繞組為延邊三角形接法，分成6個(gè)不同的相位組，分別有±5o、±15o、±25o移相角度，形成36脈波的二極管整流電路結(jié)構(gòu)。每個(gè)副邊繞組接一個(gè)功率單元，這種移相接法可以有效地消除35次以下的諧波。對(duì)電網(wǎng)諧波污染小，直接滿足IEEE519-1992的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn)。
2.2 功率單元
如圖1，電網(wǎng)送來的三相6KV/50HZ交流電經(jīng)輸入變壓器降壓后給功率單元供電，功率單元為三相輸入，單相輸出的交直交PWM電壓源型逆變器結(jié)構(gòu)，相鄰功率單元的輸出端串接起來，形成Y接結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)變壓變頻的直接輸出，6kV輸出電壓每相由6個(gè)額定電壓為580V的功率單元串聯(lián)得到，輸出相電壓3480V，線電壓可達(dá)6kV。
每個(gè)功率單元采用電壓源型結(jié)構(gòu)，直流環(huán)節(jié)為濾波電容，電機(jī)所需的無功功率由電容提供，而不需要和電網(wǎng)交換，變頻器輸入功率因數(shù)高，可保持在0.96以上，且在整個(gè)速度范圍段內(nèi)基本保持不變，不需采用功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。
每個(gè)功率單元通過光纖通訊接收主控系統(tǒng)發(fā)送的調(diào)制信息以產(chǎn)生負(fù)載電機(jī)需要的電壓和頻率，而功率單元的狀態(tài)信息也通過光纖反饋給主控系統(tǒng)，由主控系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一控制。該光纖是模塊與主控系統(tǒng)之間的唯一連接，因而每個(gè)功率單元與主控系統(tǒng)是完全電氣隔離的。
2.3 高壓變頻器PWM技術(shù)
高壓變頻器的PWM技術(shù)是變頻器研究中一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，它不僅決定功率變換的實(shí)現(xiàn)與否，而且對(duì)變頻器輸出電壓波形的質(zhì)量，電路中有源和無源器件的應(yīng)力，系統(tǒng)損耗的減少與效率的提高等方面都有直接的影響。
MLVERT-D06系列高壓變頻器采用了移相式多電平PWM技術(shù)，它是傳統(tǒng)的兩電平PWM技術(shù)的擴(kuò)展，它的本質(zhì)是PWM技術(shù)與多重化技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。這里以2單元串聯(lián)的高壓變頻器為例說明其基本原理，圖2給出了2單元串聯(lián)高壓變頻器其中一相的串聯(lián)示意圖。 |
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| 圖2 兩個(gè)功率單元串聯(lián)示意圖 |
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圖3給出了移相式多電平PWM調(diào)制的波形圖。圖中兩個(gè)功率單元的載波互差180度相位角，2個(gè)載波調(diào)制同一信號(hào)波，調(diào)制方法是，當(dāng)信號(hào)波大于三角載波時(shí)，給出導(dǎo)通控制信號(hào)；相反則給出關(guān)斷控制信號(hào)。圖3中每個(gè)功率單元兩個(gè)半橋上下橋臂開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通和關(guān)斷，驅(qū)動(dòng) 開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、由此產(chǎn)生的兩個(gè)功率單元輸出電壓波形以及合成電壓波形如圖所示。 |
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| 圖3 載波移相多電平PWM調(diào)制 |
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| 由圖3得出，對(duì)于6功率單元串聯(lián)高壓變頻器，各單元采用共同的調(diào)制波信號(hào)，各載波的相位相互錯(cuò)開載波周期的1/6，對(duì)每個(gè)功率單元進(jìn)行SPWM控制，通過載波的移相，使得每個(gè)功率單元輸出的PWM脈沖相互錯(cuò)開，這樣在疊加后，使輸出波形為多電平（相電壓13種電平，線電壓25種電平輸出），同時(shí)輸出波形的等效開關(guān)頻率達(dá)到單元開關(guān)頻率的6倍，大大改善輸出波形，減少輸出諧波，使輸出電壓非常接近正弦波。同時(shí)輸出電壓的每個(gè)電平臺(tái)階只有單元直流母線電壓大小，dv/dt很小，對(duì)電機(jī)沒有危害，不必設(shè)置輸出濾波器，就可以使用原有的電機(jī)。其輸出波形如圖4所示。 |
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