变频调速技术在发电厂上的应用

变频调速技术在发电厂上的应用

摘要：目前，交流调速传动系统上升为电气调速传动的主流，由于变频器可靠性、可用率和可服务性得以充实，其在火力发电厂中具有广泛的应用前景。详细地介绍了变频调速技术的原理、变频器基本性能和在火力发电厂应用的目的和产生的效益，并分析了其在使用中的局限性和对发电厂应用变频器过程中的注意事项以及如何根据负载的性质来确定变频装置及变频调速技术发展做了较详细的探讨。

关键词：交流调速传动；变频器；火力发电厂

中图分类号：TM621.6 文献标识码：B 文章编号：

Frequency control technology for power plants on the application

Abstract:Today,AC drive system becomes popular in electric reqular .Because the reliability, availability and serviceability of frequency convertor are enhanced,it will be widely useded in thermal power plant. Detailed description of the principle of frequency control technology, the drive performance and in power plant applications of basic purpose and the benefits, and analyzes the limitations of its use and application of the drive for power plants in the process of note and how to determine the nature of the load devices and VF frequency has done a more detailed discussion.

Keys: AC variable speed drive; converter: power plant

上网等政策的逐步实施，降低厂用电率，降0 前言

近年来，作为一项集电力电子、自动控低发电成本提高电价竞争力，已成为各发电制、微电子、电机学等学科领域技术于一身厂努力追求的经济目标。 的高新技术，交流变频调速技术的应用范围因此，在发电厂推广变频调速技术，不日益广泛。发电厂是应用大功率异步电动机仅是当前推进企业降耗节能，提高产品质量最为频繁的企业。而以往电厂设计，只有少的重要手段，也是实现经济增长方式转变的量的电动机(如给粉机等)采用直流电动机必然要求。 调速。交流电动机如能大规模使用交流变频1 变频调速方法 调速装置对电动机电源进行技术改造势必变频调速就是通过改变输入到交流电机会节能降耗、提高效率。 的电源频率，从而达到调节交流电动机转速

在火力发电厂中．风机和水泵也是最的目的。交流异步电动机转速由下式确定: 主要的耗电设备，且容量大、耗电多。加上

n?60f?1?s?p （1）

这些设备都是长期连续运行和常常处于低负荷及变负荷运行状态，其节能潜力则更加式中:n—电动机的转速; 巨大。据统计，全国火力发电厂下述八种风f—输入的电源频率; 机和水泵：送风机、引风机、一次风机、排s—电动机的转差率; 粉风机、锅炉给水泵，循环水泵、凝结水泵、p—电机的极对数。 灰浆泵配套电动机的总容量为15000MW，由公式(1)可知，电动机的输出转速与年总用电量为520亿kW·h，占全国火电输入的电源频率、转差率、电机的极对数有发电量的5．8％。发电厂铺机电动机的经关系，因而交流电动机的直接调速方式主要济运行，直接关系到厂用电率的高低。随着有变极调速(调整p)、转子串电阻调速或串电力行业改革的不断深化，厂网分家，竟价

级调速或内反馈电机(调整s)和变频调速(调整f)等。

由式(1)可知，转速咒与频率厂成正比，只要改变率，即可改变电动机的转速，当频率厂在0～50Hz范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。频器主要采用交一直一交方式，先把工频交流电源过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

实施变频的方案：

方案一，直接高压变频调速，如图1所示。变频装置采用IGBT大功率单元，多重化的脉宽调制设计，无谐波污染纯净功率输入，效率达96％以上，适用于1 000 kW以上的电动机。

方案二，高一低一高变频调速，见图2，由升、降压变压器、变频器、滤波器等构成。标准配置采用6脉冲二极管整流器，也可选用12脉冲或24脉冲二极管整流器，用于要求供电线路中反馈谐波与干扰低，且没有无功功率要求的场合。适用于300～1 000 kW，6kV的电动机。

方案三，高一低变频调速，见图3，由降压变压器、变频器和低压变频电动机构成。变频专用电动机代替原电动机，技术上较为合理，效率较高，适用于200kW以上的电动机。

高压母线变频器M 电动机图1 交流变频调速

高压母线变频器M 输入升压变压器 输出降压变压器 高压电机

图2 高低高变频调速

高压母线低压变频器M 变频电机 输入降压变压器图3 高低变频调速

:风机(或类设备均属平方转矩负载，其转速nq、压力(扬程)h以及轴功率p具有:

q1q2?n1n2 (2)

h1h2??n1n2?2 (3) p1p2??n1n2?3 (4)

:q1、h1、p1—风机(或水泵)在n1(或扬程)、轴功率; 、p2—风机(或水泵)在n2转速时的压力(或扬程)、轴

(2)、(3)、(4)可知，风机(或水(或扬程)轴功率与其转速的(4)可知，在其它运行通过下调电机的运行速例如若工况只需要则可以将电机的转速调此时电机消耗的功率仅为12.5％，即理论上节能可达

保持挡板全开，采用变频控电动机消耗的功率＝(80％)3≈50％，转速控制的节电效果十分

2 调速节能的原理通过流体力学的基本定律可知水泵)与流量如下关系式中转速时的流量、压力q2、h2相似工况条件下的流量、功率。由公式泵)的流量与其转速成正比，压力与其转速的平方成正比，立方成正比。由公式条件不变的情况下，度，其节电效果是与转速降落成立方的关系，节电效果非常明显。50％的风量或水量，节为额定的一半，额定时的87.5％。 风机在变速状态下运行，通过改变风机转速来调整风量，制时，与其他控制相比，明显。电厂风机的各种调速装置的比较，如图4所示。

电动机输入功率、轴功率P(pu)路结构不尽一致，但都较为成功地解央了高电压大容量这一难题，当然在性能指标及价格上也各有差异。虽然高压变频器的品种繁多，但是归纳起来可分为三类。 1.01)两电平变额器 120.5美国洛克韦尔(A—B)公司的53Bulletinl557系列，是采用功率器件GTO

01.00.5 风量Q（pu)直接串联的两电平交一直一交电流源型变

频器。成都佳灵公司则生产采用低压IGBl

图4 风机的输入功率—风机特性 模块直接串联的交一直一交电压源型两电

图4中：1．输出端风门控制时电动机的输入功率；平变频器。由于两电平变频器输入输出谐波 2．输入端风门控制时电动机的输入功率； 大及输出dv／dr大，必须采用进线电抗器 3．转差功率调速控制(差电动机或液力耦和输出滤波器，才能将谐波水平降低到有关

合器)时电动机输入功率； 标准的允许范围之内。就是这样也还是会对

4．变频器调速控制时电动机的输入功率； 普通的异步电机造成附加发热和震动以及

5．调速控制时电动机的轴功率 对电机的绝缘产生不利的影响。 电厂水泵的各种调速装置的比较，如图52)多电平变频器 所示。 a)中性点钳位三电平变频器，ABB公司

的ACSl000系列；b)电容分压四电平变频器，法国ALSTOM公司的ALSPA VDM600系列；多

1.01电平变频器的谐渡含量和dv／dt指标都比

二电平变频器好，但还是不能满足普通异步0.5 2 3电动机的要求，还必须要加输出滤波器方能4使用到普通异步电动机上。 01.00.5 流量Q（pu)3)单元串联多重化电压源型变额器

图5泵的输入功率—流量特性 美国罗宾康(BOBICON)公司利用单元串图5中:1—排出管路阀门控制时电动机输入功联多重化技术，首家在高压变频器中采用了

率; 先进的IGBT功率开关器件，达到了完美无

2—转差功率调节控制(转差电动机或液 谐波的输出波形， 无须外加滤波器即可满足

力耦合器)时电动机输入功率; 各国供电部门对谐波的严格要求。达到这么3—变频器调速控制时电动机的输入功高指标的原因是采用了三项新的高压变频率; 技术：一是在输出逆变部分采用了具有独立4—调速控制时电动机轴功率。 电源的单相桥式SPWM逆变器的直接串联叠当采用变频调速时，50hz满载时功率加；二是在输入整流部分采用了多相多重叠因数为接近1，工作电流比电机额定电流值加整流技术；三是在结构上采用了功率单元要低许多，这是由于变频装置的内滤波电容模块化技术。 产生的改善功率因数的作用，可以为电厂节4节能改造工程变频器容量的合理选约容量20%左右。 型

风机水泵变频调速节能改造，要求低投3 不同拓扑结构变的性能要求频器

目前世界上的高压变频器不象低压变入、高回报，也即要求在尽可能短的时间内频器一样具有成熟的一致性的拓扑结构，而由节电效益收回投资成本。因此，除了最大是限于采用目前电压耐量的功率器件。如何限度的获得节电效益外，还要尽可能减少投面对高压使用条件的要求，国内外各变频器入的资金。所以，在变频调速系统的设计和生产厂商八仙过海，各有高招，因此其主电

电动机输入功率、轴功率P（pu) 4变频器功率容量的确定时．一定要做到经济合理，避免再次出现大马拉小车的现象。

一般情况下，对于在工作过程中经常或有时电动机的负载达到或接近其额定容量时，变频器容量应为电动机额定容量的l 10％，以保证电动机的额定出力。但是在实际生产中，由于设计中的层层加码，普遍存在着大马拉小车的现象，即使在拖动负载额定出力时，电动机的负载率依然不足，在这种情况下就应根据实际运行工况来选择合适的变频器容量，既能满足生产的需要，又能节省变频器和相应配套设施的投资。例如，某电厂200MW视组的引风机，由于空气预热器漏风，引风量不足，所以将风机叶片加长5cm同时将电动机功率由1600kW增加到1850kW。后来在空气预热器漏风问题解决以后，将风机改为了原样，但电动机功率未改，目前的风门开度仅为55％左右，即可满足机组带满负荷运行的需要，此时的电动机功率仅为1300kW。如果采用变频调速，风门全开，节流损失会大大减少，且变频器从50Hz向下调速，风机的功率将更不会大于1300kW，为此完全没有必要接电动机的额定容量来选择变频器。同时考虑到风机的转动惯性较大，起动时间较长等因素，选择容量为NOOk W的变频器应能满足上述风机在各种工况下不同转速调节的要求。可节约投资20％以上，为进一步降低变频器的容量和投资。还可以考虑采用变频器和人口导叶联合凋节方式，即在30—80％额定风量范围内采用变频调速．在80—100％额定风量范围内则采用人口导叶调节。采用联合调节方式后，变频器的容量仅为800 k W，使变频容量和投资降低了近一半，大大降低了改造成本。但这种联合调节方式存在变频／工频动态切换问题。会影响机组运行的可靠性，所以在设计时应慎重考虑。

总之，电力行业是国民经济的重要基础产业，是社会公共事业的重要组成部分，要通过电力改革，打破电力垄断的局面，健全电价制定与管理机制，优化资源配置，构建政企分开 公平竞争、开放有序、健康发展的电力市场体系。可以说，只有进一步深化电力体制改革，才能适应中国经济社会发展的客观要求。

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作者简介：金凤（1986-），安徽淮南人，安徽理工大学电力电子与电力传动专业硕士研究生，研究方向模块化多电平变频器控制策略研究

5 结束语

随着厂网分开，竞价上网改革的深入，节能已成为各发电企业的重要工作，只有降低厂用电率、降低发电成本、才能提高上网电价的竞争力，因此，采用变频技术，对电厂辅机进行节能改造，是各电厂的当务之急。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/c19x.html