【摘要】
本文結(jié)合引風(fēng)機的實際工況，介紹了國產(chǎn)高壓大功率變頻器在淮北發(fā)電廠引風(fēng)機上的應(yīng)用。
【Abstract】
This text combines the actual work condition of lead the breeze machine, introducing the strong power of domestic high pressure to change the machine of inverter in the huai-bei power plant leads the on board application of breeze.
【鍵詞】
高壓變頻器 風(fēng)機 節(jié)能
【Key words】
high-voltage inverter Fan Energy saving
一、概述
中國大唐集團公司淮北發(fā)電廠位于淮北市相山西南麓，興建于1970年。先后建成2×50MW 、2×125MW、3×200MW共7臺燃煤發(fā)電機組，總裝機容量達950MW，經(jīng)增容改造現(xiàn)總裝機容量達1022.5MW。
高壓變頻技術(shù)隨著功率元器件耐壓等級的提高和計算機應(yīng)用技術(shù)的日趨成熟，在電廠的應(yīng)用已相當(dāng)普遍，節(jié)能效果及控制水平已被電力系統(tǒng)所認識。但在高電壓、大功率的設(shè)備上應(yīng)用，淮北發(fā)電廠之前沒有嘗試，基本沒有這方面的經(jīng)驗。2004年淮北發(fā)電廠組織各個專業(yè)人員對國內(nèi)外高電壓、大功率的變頻器這一新技術(shù)進行了考查、論證。既考察了國產(chǎn)的高壓大功率變頻器應(yīng)用情況，也考察、論證了進口的高電壓大功率的變頻器應(yīng)用業(yè)績。最后得出結(jié)論：國產(chǎn)高電壓、大功率變頻調(diào)速裝置，完全能夠適應(yīng)，具體如下幾點：
1、產(chǎn)品售后服務(wù)及時、周到、服務(wù)成本低，能夠滿足生產(chǎn)的及時性。
2、產(chǎn)品備件采購方便、備件成本低。
3、 變頻器操作簡單，人機界面簡單，易于掌握。
4、 通過近多年來國內(nèi)生產(chǎn)廠家的努力，應(yīng)該說國產(chǎn)大功率變頻器并不比進口的性能差，有的方面還優(yōu)于進口的變頻器。
5、 國產(chǎn)造價比進口的低：
所以公司決定對#5、#6機組共四臺引風(fēng)機和#6機組的凝結(jié)水泵采用高壓變頻器調(diào)速裝置，并且大唐集團公司在國際上公開招標采購高壓變頻器。我公司為國內(nèi)唯一中標單位，并一舉中標我公司5臺高壓變頻器。
二、高壓變頻器的節(jié)能原理過去，我們對風(fēng)機、水泵采用擋板、閥門進行流量控制、造成了大量的能源浪費。現(xiàn)在國際上普遍采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式進行節(jié)能，雖然有多種方式，但是其中應(yīng)用效果最好的為變頻調(diào)速方式。
采用直接高壓控制電動機定子的電壓源型變頻器對風(fēng)機水泵等機械裝置進行調(diào)速控制來控制風(fēng)量、流量的方法是當(dāng)前國內(nèi)外主流技術(shù)，應(yīng)用得非常廣泛，大量采用該項技術(shù)進行節(jié)能，對于我國經(jīng)濟發(fā)展具有重要的意義。
風(fēng)機和水泵雖然是兩類不同的機械裝置，但是均屬于“平方轉(zhuǎn)矩負載”，分析的方法也基本相同。下面就以風(fēng)機為例進行說明。
2.1風(fēng)機的參數(shù)和特征
2.1.1風(fēng)機的基本參數(shù)
風(fēng)量Q：單位時間流過風(fēng)機的空氣量（m3/s）；
風(fēng)壓H：空氣流過時產(chǎn)生的壓力。其中風(fēng)機給予每立方米空氣的總能量稱為風(fēng)機的全壓Ht（Pa），它是由靜壓Hg和動壓Hd組成，即Ht＝Hg+Hd；
功率P：風(fēng)機工作有效總功率Pt＝QHt（W）。如風(fēng)機用有效靜壓Hg，則Pg＝QHg；
效率η：風(fēng)機的軸功率因有部分損耗而不能全部傳給空氣，因此可以用風(fēng)機效率這一參數(shù)衡量風(fēng)機工作的優(yōu)劣，按照風(fēng)機的工作方式及參數(shù)的不同，效率分別有：
全壓效率ηt＝QHt/P
靜壓效率ηg＝QHg/P
2.1.2風(fēng)機的特性曲線
表示風(fēng)機性能的特性曲線有：
H-Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時，風(fēng)壓與風(fēng)量間的關(guān)系特性
P-Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時，功率與風(fēng)量間的關(guān)系特性
η-Q曲線：當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時，風(fēng)機的效率特性
對于同類型的風(fēng)機，根據(jù)風(fēng)機參數(shù)的比例定律，在不同轉(zhuǎn)速時的H-Q曲線如圖1
根據(jù)風(fēng)機相似方程：
當(dāng)風(fēng)機轉(zhuǎn)速從n變到n’，風(fēng)量Q、風(fēng)壓H及軸功率P的變化關(guān)系：
Q’=Q（n’/ n） (1)
H’=H（n’/ n）
2 (2)
P’=P（n’/ n）
3 (3)
上面的公式說明，風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比。風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。
2.2管網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線 當(dāng)管網(wǎng)的風(fēng)阻R保持不變時，風(fēng)量與通風(fēng)阻力之間的關(guān)系是確定不變的，即風(fēng)量與通風(fēng)阻力K按阻力定律變化，即
K=RQ
2式中： K－通風(fēng)阻力，Pa；
R－風(fēng)阻，（kg/m
2）
Q－風(fēng)量，（m
3/s）
K－Q的拋物線關(guān)系稱為風(fēng)阻特性曲線，如圖2-2所示。顯然，風(fēng)阻越大曲線越陡。
風(fēng)阻的K－Q曲線與管網(wǎng)阻力曲線相交的工作點成為工況點M。同一風(fēng)機兩種不同轉(zhuǎn)速n、n’時的K－Q曲線與R風(fēng)阻特性曲線相交的工況點分別為M及M’，與R1風(fēng)阻曲線相交的工況點為M1及M1’。
2.3電動機容量計算 拖動風(fēng)機的電動機所需的輸出軸功率為：
式中：ηb——風(fēng)扇或風(fēng)機的效率
ηc——傳動裝置效率。
2.4風(fēng)機的節(jié)電方法及節(jié)能原理 從以上的介紹可知，風(fēng)機、水泵負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，因此我們可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)機（或水泵）的轉(zhuǎn)速來節(jié)電。
2.4.1采用擋板控制風(fēng)量和變頻調(diào)速控制風(fēng)量的對比圖
下面我們對采用擋板閥門及變頻調(diào)速方式調(diào)節(jié)流量的能量消耗進行分析，以便對變頻調(diào)速方式下的節(jié)能原理有一個理論上的了解。
如果設(shè)備的配置都滿足設(shè)備的最佳運行狀態(tài)，從圖上看到：
2.4.1.1當(dāng)流量Q＝1時，采用風(fēng)機擋板和采用變頻器時使用的功率將會一致，這是因為它們的輸入功率都為AH0K所包圍的面積；
2.4.1.2當(dāng)流量從Q=1下降到Q=0.7時，采用風(fēng)機擋板進行調(diào)節(jié)時的輸入功率為BI0L所包圍的面積，而采用變頻調(diào)速后，其功率下降為DG0L包圍的面積，從圖上看，這個面積比BI0L包圍的面積小很多；
2.4.1.3當(dāng)流量進一步下降到Q=0.5時，采用風(fēng)機擋板調(diào)節(jié)時的輸入功率為CJ0P包圍的面積，而采用變頻調(diào)速時的輸入功率為EF0P包圍的面積，從圖上看到，這個面積與CJ0P相比，其值更小。
所以我們可以從直觀的圖形上看到采用變頻調(diào)速技術(shù)時比采用風(fēng)門擋板時會節(jié)約大量的能量，也就是說：采用變頻調(diào)速是一種節(jié)能的好辦法。
那么，其計算方法怎么得到？
根據(jù)風(fēng)機理論，風(fēng)機運行時在需要流量變化時，可以采用閥門或者擋板進行調(diào)節(jié)，其輸入功率的計算公式為：
Pnn=P×Hnn×Qnn
其中：Hnn＝U-(U-1) Q
2nn U為系統(tǒng)流量為零時壓力極值
所以，采用風(fēng)門擋板時的風(fēng)機輸入功率為：
Pnn=P×Hnn×Qnn＝P×[U-(U-1) Q
2nn]×Qnn
式中：Pnn為某個狀態(tài)下的輸入功率標么值；Hnn為某個狀態(tài)下的壓力標么值；Qnn為某個狀態(tài)下的流量標么值；P為額定狀態(tài)下的輸入功率。
2.5采用變頻調(diào)速時的功率計算：
2.5.1異步電機的轉(zhuǎn)數(shù)為：
轉(zhuǎn)數(shù)n=60f(1-s)/p
2.5.2 風(fēng)機泵類流量、壓力、功率與轉(zhuǎn)速n關(guān)系為：
流量 Q∝n；
壓力 H∝n
2 功率 P∝n
3假設(shè)：額定流量為Q0，額定功耗為P0；所需流量為Q1，功耗為Pg.in；由上述正比關(guān)系得出下式：
P0：n0
3 =Pg.in：n1
3
2.5.3 不同負荷情況下節(jié)能效果曲線圖（圖3）
橫坐標代表水泵的負荷狀態(tài)。①為調(diào)節(jié)閥門時電機輸入功率的曲線，②為調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速時電機輸入功率的曲線，③為采用變頻調(diào)速方法時，相對于調(diào)節(jié)閥門而帶來的節(jié)能效益曲線。
曲線③沒有考慮調(diào)速裝置本身的效率，也忽略調(diào)速后水泵本身的效率變化情況，綜合考慮這兩個因素后，曲線③將略微下降。
三、DHVECTOL-DI變頻器的原理
DHVECTOL-DI變頻裝置采用多電平串聯(lián)技術(shù)，6kV系統(tǒng)由移相變壓器、功率單元和控制器組成。6kV變頻裝置有24個功率單元，每8個功率單元串聯(lián)構(gòu)成一相。每個功率單元結(jié)構(gòu)以及電氣性能完全一致，可以互換，其電路結(jié)構(gòu)如圖4，為基本的交-直-交單相逆變電路，整流側(cè)為二極管三相全橋，通過對IGBT逆變橋進行正弦PWM控制，可得到如圖5所示的波形。輸入側(cè)由移相變壓器給每個單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組，構(gòu)成48脈沖整流方式；這種多級移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近1。另外，由于變壓器副邊繞組的獨立性，使每個功率單元的主回路相對獨立，每個功率單元等效為一臺單相低壓變頻器。輸出側(cè)由每個單元的U、V輸出端子相互串接成星型接法直接給高壓電機供電，通過對每個單元的PWM波形進行重組，可得到如圖6所示的階梯正弦PWM波形。這種波形正弦度好，dv/dt小，可減少對電纜和電機的絕緣損壞，無須輸出濾波器就可以使輸出電纜長度很長，電機不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造；同時，電機的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機械振動，減小了軸承和葉片的機械應(yīng)力。
四、主要技術(shù)特點a. 輸入諧波小
DHVECTOL-DI變頻器使用了“多重化移相整流技術(shù)和單元電平串連疊加技術(shù)”，符合GB/T14549－2002及IEEE519-1992對電壓、電
