變頻調(diào)速在電廠節(jié)能中的應(yīng)用

李林

（中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東火電工程總公司核電工程公司 廣東廣州 510000）

電力生產(chǎn)是我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要支撐之一。在傳統(tǒng)的電力生產(chǎn)中需要持續(xù)不斷的進(jìn)行生產(chǎn)，但是在用戶端的電力使用是不斷變化的，為保證用戶電力應(yīng)用不出現(xiàn)中斷，在生產(chǎn)過程中就必須持續(xù)性的將電力設(shè)備配置在最大生產(chǎn)力狀態(tài)，這就使得在進(jìn)行電力生產(chǎn)的同時浪費(fèi)了大量的能量和資源。整個社會的資源是有限的，為適應(yīng)節(jié)約型社會的發(fā)展需求就必須在電廠中采用節(jié)能節(jié)電技術(shù)，降低設(shè)備的能量損耗。變頻調(diào)速技術(shù)是一種具有良好使用效果的電廠節(jié)能技術(shù)，在電力生產(chǎn)系統(tǒng)中配置變頻調(diào)速相關(guān)設(shè)備對電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，可以有效控制和降低電力生產(chǎn)過程中的能源損耗。

1 變頻調(diào)速技術(shù)及相關(guān)設(shè)備概述

1.1 變頻調(diào)速技術(shù)及其優(yōu)點(diǎn)分析

變頻調(diào)速技術(shù)是一種基于電力電子的自動化控制技術(shù)，其利用單片機(jī)、計算機(jī)等核心處理器件對電力設(shè)備的工作功率進(jìn)行控制和調(diào)整，可以獲得比交流電機(jī)調(diào)速和直流電機(jī)調(diào)速等調(diào)速方式更佳的功率控制效果。

基于變頻調(diào)速技術(shù)形成的變頻調(diào)速器可以與多種電廠生產(chǎn)設(shè)備中的電機(jī)進(jìn)行適配，進(jìn)而調(diào)整其電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度，智能控制電機(jī)的工作功率。在電廠中，水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備屬于高損耗必需設(shè)備，這類設(shè)備在整個電廠的電量損耗中占據(jù)了超過百分之五十的份額，因此，變頻調(diào)速技術(shù)及相關(guān)設(shè)備在這些設(shè)備中的應(yīng)用是降低電廠能量損耗的關(guān)鍵點(diǎn)。變頻調(diào)速器的優(yōu)點(diǎn)在于：通過SPWM控制方法可以對適配設(shè)備的電機(jī)進(jìn)行磁場控制，使其工作磁場由旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)變?yōu)槠孕未艌觯@種磁場具有更小的轉(zhuǎn)矩脈動，因而具有更低的電能損耗。

1.2 變頻調(diào)速器的節(jié)能實現(xiàn)

以風(fēng)機(jī)中的變頻調(diào)速器為例，其電機(jī)中的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：

而異步電機(jī)的軸轉(zhuǎn)速率表達(dá)式為：

上述兩個表達(dá)式中，表示定子頻率，p表示磁極對數(shù)，s表示異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率。綜合分析上述兩式可以發(fā)現(xiàn)，若對定子頻率進(jìn)行控制和修正即可實現(xiàn)對風(fēng)機(jī)工作電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，進(jìn)而實現(xiàn)對風(fēng)機(jī)工作功率的控制。將上述原理進(jìn)行拓展，對電廠所使用的離心泵和離心風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)、機(jī)床以及卷繞機(jī)等使用電機(jī)的設(shè)備進(jìn)行分析可以獲得如下結(jié)論。

在上述電廠設(shè)備中，其電機(jī)工作時恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載與電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系無非正比、常數(shù)以及平方比三種關(guān)系。對于正比關(guān)系的恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，若能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)速降低一半，則可以實現(xiàn)百分之五十的節(jié)能效果；對于常數(shù)關(guān)系的恒功率負(fù)載，其在實際使用中應(yīng)用較少，可忽略不計；對于多次方比例關(guān)系的恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)載，若將流量降低80%，其所能夠節(jié)約的能耗能夠達(dá)到將近50%。綜上所述，采用變頻調(diào)速器對電機(jī)的轉(zhuǎn)動速率進(jìn)行調(diào)整可以有效實現(xiàn)電廠的節(jié)能。

2 變頻調(diào)速器在電廠節(jié)能中的應(yīng)用分析

2.1 電廠變頻調(diào)速節(jié)能應(yīng)用概述

電廠中使用的設(shè)備種類和數(shù)量眾多，其中大部分均能夠配合使用變頻節(jié)能器進(jìn)行節(jié)能調(diào)節(jié)。以300MW的火力發(fā)電機(jī)組為例，若電廠能夠達(dá)到300MW的產(chǎn)能，至少需要分別配置兩臺引風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率至少要達(dá)到2500kW，送風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率至少要達(dá)到1600kW；凝結(jié)水泵和再循環(huán)風(fēng)機(jī)泵同樣需要分別至少配置兩臺，其中，前者的電機(jī)功率不應(yīng)低于1000kW，后者的電機(jī)功率不應(yīng)低于475kW；除此之外，還應(yīng)該配備不低于三臺的循環(huán)水泵以及不低于四臺的排粉風(fēng)機(jī)，其中，循環(huán)水泵中的電機(jī)功率為1100kW，排粉風(fēng)機(jī)中的電機(jī)功率為850kW。

可見，在電廠中需要使用電機(jī)的相關(guān)設(shè)備眾多，并且每種設(shè)備的工作能耗均處于較高的狀態(tài)，但是在實際應(yīng)用中，每種設(shè)備可能不需要達(dá)到最高工作功率，只需要根據(jù)負(fù)載的實際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整即可。這就可以充分發(fā)揮變頻調(diào)速器的功能優(yōu)勢以及性能特點(diǎn)，將其廣泛應(yīng)用在上述設(shè)備中進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化和生產(chǎn)工藝優(yōu)化。

2.2 變頻調(diào)速器在風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

在電廠中所使用的風(fēng)機(jī)屬于無靜壓設(shè)備，其產(chǎn)生的流量與所需的轉(zhuǎn)速之間為正比例關(guān)系，與所消耗的功率成三次方關(guān)系。應(yīng)用1.2節(jié)中的變頻調(diào)速器節(jié)能實現(xiàn)在風(fēng)機(jī)中的拓展對風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行改造即可實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的節(jié)能。若希望在風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中得到50%的能耗降低，只需要風(fēng)機(jī)的流量調(diào)整到原來的80%即可完成，可見，該節(jié)能方式還是較為容易實現(xiàn)和應(yīng)用的。

2.3 變頻調(diào)速器在泵機(jī)中的應(yīng)用

泵機(jī)系統(tǒng)特性與風(fēng)機(jī)系統(tǒng)特性相反，具有較高的靜壓值，也就是說在風(fēng)機(jī)中所使用的節(jié)能方式并不適用于泵機(jī)，此時為達(dá)到節(jié)能的目的，需要對泵機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行高壓高頻改造，該改造方案的實質(zhì)在于改變電源的頻率，即1.2節(jié)中的f1。該應(yīng)用中，首先對電機(jī)繞組中的隔離變壓器進(jìn)行高壓分割，然后利用相關(guān)器件對分割后的電壓進(jìn)行整流和疊加等操作恢復(fù)高壓波形，之后將恢復(fù)的高壓供給泵機(jī)系統(tǒng)。這種工作方式不僅能夠達(dá)到節(jié)能的目的，還能夠增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。綜合來看，通過該節(jié)能改造方法，可以在泵機(jī)系統(tǒng)中獲得30%~40%的能耗降低。

3 結(jié)語

應(yīng)用節(jié)能技術(shù)對電廠進(jìn)行節(jié)能改造是電廠今后的必然發(fā)展趨勢。本文分析了變頻調(diào)速技術(shù)和變頻調(diào)速器在電廠中的應(yīng)用，希望能夠為電廠節(jié)約能耗，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益，維持可持續(xù)發(fā)展提供支持。

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