高压变频调速技术在热电厂循环水泵中的应用_1.docx

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1、高压变频调速技术在热电厂循环水泵中的应用型号为MLVERT-D06/320的变频器对两台250KW/6KV电机进展一拖二改造。2高压变频器的组成和原理MLVERT-D系列高压变频器是广东明阳龙源电力电子有限公司消费的具有自主知识产权，无电网污染的调速系统，采用的构造为多单元串联，输出为多电平移相式PWM方式。十分合适于风机、泵类工业应用现场，已经被广阔工业用户承受和充分认可。下面以6kV系列为例讲明其原理。该高压变频用具有运行稳定、调速范围广、输出波形正弦好、输入电流功率因数高、效率高等特点，对电网谐波污染小，总体谐波畸变THD小于4%，直接知足IEEE519-1992的谐波抑制标准，功率因数

2、高，不必采用功率因数补偿装置，输出波形好，不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题，不必加输出滤波器，就可以使用普通的异步电机。2.1输入变压器MLVERT-D06系列高压变频器的输入侧隔离变压器采用移相式变压器，变压器原边绕组为6kV，副边共18个绕组分为三相。每个绕组为延边三角形接法，分成6个不同的相位组，分别有5o、15o、25o移相角度，形成36脉波的二极管整流电路构造。每个副边绕组接一个功率单元，这种移相接法可以有效地消除35次以下的谐波。对电网谐波污染小，直接知足IEEE519-1992的谐波抑制标准。2.2功率单元电网送来的三相6KV/50HZ

3、沟通电经输入变压器降压后给功率单元供电，功率单元为三相输入，单相输出的交直交PWM电压源型逆变器构造，相邻功率单元的输出端串接起来，形成Y接构造，实现变压变频的直接输出，6kV输出电压每相由6个额定电压为580V的功率单元串联得到，输出相电压3480V，线电压可达6kV。每个功率单元采用电压源型构造，直流环节为滤波电容，电机所需的无功功率由电容提供，而不需要和电网交换，变频器输入功率因数高，可保持在0.96以上，且在整个速度范围段内根本保持不变，不需采用功率因数补偿装置。每个功率单元通过光纤通讯接收主控系统发送的调制信息以产生负载电机需要的电压和频率，而功率单元的状态信息也通过光纤反应给主控系

4、统，由主控系统进展统一控制。该光纤是模块与主控系统之间的唯一连接，因此每个功率单元与主控系统是完全电气隔离的。2.3高压变频器PWM技术高压变频器的PWM技术是变频器研究中一个关键技术，它不仅决定功率变换的实现与否，而且对变频器输出电压波形的质量，电路中有源和无源器件的应力，系统损耗的减少与效率的进步等方面都有直接的影响。MLVERT-D06系列高压变频器采用了移相式多电平PWM技术，它是传统的两电平PWM技术的扩展，它的本质是PWM技术与多重化技术的有机结合。这里以2单元串联的高压变频器为例讲明其根本原理。两个功率单元的载波互差180度相位角，2个载波调制同一信号波，调制方法是，当信号波大于

5、三角载波时，给出导通控制信号；相反那么给出关断控制信号。每个功率单元两个半桥上下桥臂开关管互补导通和关断，驱动开关器件的驱动信号、由此产生的两个功率单元输出电压波形以及合成电压波形。对于6功率单元串联高压变频器，各单元采用共同的调制波信号，各载波的相位互相错开载波周期的1/6，对每个功率单元进展SPWM控制，通过载波的移相，使得每个功率单元输出的PWM脉冲互相错开，这样在叠加后，使输出波形为多电平相电压13种电平，线电压25种电平输出，同时输出波形的等效开关频率到达单元开关频率的6倍，大大改善输出波形，减少输出谐波，使输出电压非常接近正弦波。同时输出电压的每个电平台阶只有单元直流母线电压大小，

6、dv/dt很小，对电机没有危害，不必设置输出滤波器，就可以使用原有的电机。3循环水泵变频改造方案3.1变频器选型改造的循环水泵是两台双侧布置，甲乙两台水泵均采用调节阀门开度的方式控制流量，由于电机设计时冗余较大，加上流量控制采用阀门调节引起的阻力损耗，电能的浪费十分严重，影响机组的经济运行。一般情况下，变频器容量应不小于电动机容量，这样能知足电机在额定出力内进展不同转速的调节。在现实消费工作中，根据实际运行工况来选择适宜的变频器容量，既能知足消费需要，又能节省变频器投资及减少配套设施。奎屯电厂循环水泵的配套电机功率为6KV/250KW，为了知足50Hz时满负荷运行要求，为其装备了容量为320k

7、VA的变频器以知足各种工况下不同转速调节的要求。3.2系统方案对电厂循环水泵的变频改造遵循了最小改动，最大可靠性，最优经济性原那么，为两台循环水泵电机进展了一拖二改造，此方案的优点是两台电机可以其中任何一台变频运行，另外一台工频运行或者工频备用，电机的变频方案。工频旁路系统由两个高压柜组成，每个高压柜内有3个高压隔分开关，其中刀闸QS1、QS2与QS3，QS4、QS5与QS6有机械互锁，不能同时合；QS1与QS4、QS5，QS4与QS1、QS2有电气互锁，不能同时合。进展变频改造后，循环水泵的阀门开度保持全开，根本不需要改变。根据实际所需的水量，由DCS系统通过PID调节，输出420mA模拟电

8、流信号送给变频器，变频器通过调节输出频率改变电机的转速，到达调节流量的目的，知足运行工况的要求。同时，变频改造后电机在启动和调节经过中，转速平稳变化，没有出现任何冲击电流，解决了电机启动时的大电流冲击问题，消除了大启动电流对电机、传动系统、主机及管道的冲击应力，大大降低维护保养费用。4节能分析4.1节能原理根据水泵工作原理与运行曲线，我们可以得到100转速运行曲线，这条曲线配合水泵在不同流量运行时的特性曲线阻抗曲线可以得到在未应用变频调速情况下使用阀门调节控制流量、压力。理论上，全流量工作时，采用变频器和阀门调节时，输入的功率一致，其功率为AI0K包围的面积，当水泵运行点由A100流量点挪动到

9、B点80流量时，假如采用阀门调节控制时，电动机的功率为BH0L包围的面积，但是采用变频器拖动水泵后，由于特性的改变，其输入功率为EJ0L包围的面积，其节能效果为：BHJE包围的面积。因此在理论上，采用变频器改造水泵后，将会获得很好的节能效果。由流体力学可知流量Q与转速n的一次方成正比，压力H与转速n的平方成正比，轴功率Ps与转速n的立方成正比，即Qn，Hn2，Psn3。当所需要的流量减少，水泵转速降低时，其轴功率按转速的三次方下降。如所需流量为额定流量的80%，那么转速也下降为额定转速的80%，那么水泵的轴功率将下降为额定功率的51.2%；当所需要流量为额定流量的50%时，水泵的轴功率将下降为

10、其额定功率的12.5%。当然转速降低时，效率也会有所降低，同时还应考虑控制装置的附加损耗等影响。4.2效益MLVERT-D06/320.A变频器自2005年在建立兵团新疆奎屯电厂投运以来，运行良好，到达了改造的目的。根据变频改造前后的运行记录，在变频改造前，每一班8小时，耗电为2000KWh；变频改造后，每一班8小时，耗电为1400KWh，变频改造后相比改造前节能达30。按照年平均运行300天计算，年节电可达：20001400330054万度，经济效益特别可观。变频改造以后，循环泵调节阀门一直处于全开状态，对其维护量大大减少。变频启动时电机转速从0逐渐平稳的升到所需转速，没有任何冲击，电流从零

11、开场上升，不会超过额定电流，解决了电机启动时的大电流冲击问题，消除了大启动电流对电机、传动系统和主机的冲击应力，大大降低日常的维护保养费用，延长了电机、水泵寿命。5完毕语对奎屯电厂1机组循环水泵施行了变频改造后，节约了大量的电能，改善了工艺经过，电机实现了软启动，延长设备的使用寿命，减少维修量，获得了预期的效果。十一五规划中明确提出了要突出抓好在电厂等行业中的节能工作及重点工程电机系统节能在煤炭等行业进展电动机拖动风机、水泵系统优化改造。高压变频器的推广使用对于建立节约型社会具有重大意义。作者简介张平军1977-男武汉大学电力电子专业硕士毕业现就职于广东明阳龙源电力电子有限公司从事高压变频研究工作。