變頻器在電廠企業里的應用

宋暉

1.變頻器發展歷史

早期通用變頻器如東芝TOSVERT-130系列，FUJI FVRG5/P5系列，SANKEN SVF系列等大多數為開環恒壓比的控制方式.其優點是控制結構簡單，成本較低，缺點是系統性能不高，比較適合應用在風機，水泵調這場合。具體來說，其控制曲線會隨著負載的變化而變化，轉矩響應慢，電視轉矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區效應的存在而性能下降穩定性變差等。對變頻器控制系統的改造主要經歷了三個階段，第一個階段是八十年代初日本研究者提出了基本磁通軌跡的電壓空間矢量，該方法以三相波形的整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉磁場軌跡為目的，一次生成二相調制波形。這種方法被稱為電壓空間矢量控制，典型機種如1989年前后進入中國市場的FUJI，FRN5OOOG5/P5，SANKEN-MF系列等。第二個階段是矢量控制，也稱磁場定向控制，它是七十年代初由西德 F.Blasschke等人首先提出，以直流電動機和交流電動機比較的方法分析闡述了這一原理，由此開創了交流電動機等效直流電動機控制的先河，它使人們看到交流電動機盡管控制復雜，但同樣可以實現轉矩，磁場獨立控制的內在本質， 矢量控制的基本點是控制轉子磁鏈，以轉子磁通定向，然后分解定子電流，使之成為轉矩和磁場兩個分量，經過坐標變換實現正交或解耦控制，但是由于轉子磁鏈難以準確觀測，以及矢量變換的復雜性，使得實際控制效果往往難以達到理論分析的效果，這是矢量控制技術在實踐上的不足。第三個階段是1985年德國魯爾大學Depenbrock教授首先提出直接轉矩控制理論，直接轉矩控制與矢量控制不同，它不是通過控制電流，磁鏈等量來間接控制轉矩，而是把轉矩直接作為被控量來控制。轉矩控制的優越性在于：轉矩控制是控制定子磁鏈，在本質上并不需要轉速信息；控制上對除定子電阻外的所有電機參數變化魯棒性良好，因而能方便地實現無速度傳感器化。這種控制方法被應用于通用變頻器的設計之中，這種控制被稱為無速度傳感器直接轉矩控制。

2.變頻器在發電廠的應用

隨著電力系統廠網分家，電廠發電競價上網的實施，在燃煤電廠的設計上，不僅要考慮在建設時降低成本和縮短建設周期，而且降低電廠的運行成本也成為了一個重要的考慮因數。比如適當的提高控制水平，雖然在初期增加了投資，但是可以人工成本，而且能夠更好的控制運行指標，降低煤耗，最終從電廠整個壽命期進行考慮的，尤其是在電氣設計中，廠用電率是一個重要的指標，目前主要靠工藝優化設計，降低設備耗電來降低廠用電率。電氣專業雖然通過電氣網絡設計和設備選擇的優化也能降低廠用電率，但效果不明顯。 國外電廠的廠用電指標與國內電廠相比明顯要低。經調查了解到，主要是在輔機的經濟運行方面存在差距。國外電廠的風機水泵已紛紛增設調速裝置，而國內除少量汽動力給水泵，液力耦合器及雙速電機外，其他風機，水泵基本采用定速驅動。定速驅動在機組負荷偏低時，效率會降低，而調速驅動則能一直保持較高效率。在各種調速手段中，變頻器技術是一種特點比較突出，效率高的一項調速技術。 變頻器技術作為一種新興的技術，隨著電力電子技術的發展而興起。它通過控制頻率來控制轉速，調節輸出功率，提供了優秀的節能效應。該技術目前已經在其他行業如石油，化工得到廣泛的應用。在電力行業也有廣闊的應用前景，而且在國外電廠也得到了廣泛的應用。它的主要優點可以概括為兩方面，分別是節能和工藝控制性能，對于發電廠來說，合理的采用變頻器可以降低廠用電率和提高全廠的工藝控制水平。

3.變頻器在風機，水泵類輔機的優點

從目前的研究來看，變頻器在發電廠的風機，水泵類輔機的優點突出，采用變頻調節的優點主要是節能，與傳統擋扳閥門調節相比，其優點主要從五個方面體現，第一點是利用變頻調速技術改變設備的運行轉速，以調節給水量和給風量的大小，既可以滿足生產運行工況的要求，又可以達到節約電能的目的，同時減少因頻繁調節閥門擋板而造成閥門擋板損壞，管道磨損和經常停機檢修所造成的經濟損失。第二點是高壓變頻器與發電廠DCS相連接，可以實現高精度范圍的無級調速，全面滿足各種復雜工藝的需要，提高生產效率和機組自動化水平。擋板閥門調節的執行機構一般為大力矩的電動執行器，故障較多，不能適應長期頻繁調節，擋板閥門動作遲緩，手動時人員不易操作，操作不當還會造成風機震動。第三點是能延長電動機水泵和風機的使用壽命，變頻器可以實現電動機的軟啟動功能，減少啟動沖擊，延長設備的使用壽命，節省維護費用，而采用擋板調節時異步電動機在直接起動時起動電流一般達到電機額定電流的6倍左右，啟動電流很大，容易產生操作過電壓，損傷電動機絕緣，嚴重威脅電動機的使用壽命，而且因此采用變頻器調節后，減少機械部分的磨損振動，延長風機和水泵的大修周期，節省大量的檢修費用。第四點是高壓變頻器可對電動機功率因數實現就地補償，提高電廠用變壓器容量的有效利用率，避免風機，水泵啟動時廠用電電壓的大幅波動，變頻器具有高功率因數，高效率，高質量輸出，安裝變頻器后功率因數一般效率達96%以上。第五點是方便實現電動機頻繁啟停，方便實現電動機正反轉，能最大限度的不間斷無跳閘運行。變頻器對電網電壓波動有極強的適應能力在一定范圍可以滿載輸出，變頻器可以在情況下電網電壓下降降額運行，在完全失去電網電壓5個周波內，可滿載運行不跳閘，輕載時時間更長。