摘要：本文介绍了向阳发电厂引风机运用高压变频调速的技术和经济分析。　
　　随着电力行业的改造不竭深化，厂网分炊，竞价上网政策的慢慢实施，下降厂用电率，下降发电成本，提高上网的竞争力，已成为各火电厂起劲追求的经济方针，要求越来越迫切。在火电厂各类辅机装备的能源消耗中，风机水泵类装备占了尽年夜部门，蕴躲着庞大的节能潜力。
　　1、概述
　　国电电力向阳发电厂位于辽宁省向阳市龙城区马山北麓，运行着我国自行设计、制造安装的台和第三台200MW双水内冷汽轮机发机电组，两台机组划分于1972年12月和1975年5月并网发电。2号炉两台引风机功率均为1250kW，电压品级6kV,双机并联运行，采用进口挡板方式进行风量调理，挡板在60％－100％之间变化，电流在12左右变化。挡板节省损失年夜，运行效率低，浪费年夜量的电能，使厂用电率升高，供电煤耗高，发电成本高。为了顺应改造的潮水，提高公司在市场上的竞争能力，2002年公司起头研究对其实施节能改造的可行性。在进行改造前，经由过程现场的现实测试，掌控了年夜量的一手资料，有充实的证据显示改造后将会有很是好的效益。经由过程认真考查、分析、研究，从产物质量、性能、售后服务、改造成本等综合斟酌，后决议选用成都东方凯奇电气有限责任公司生产的DFCVERT-MV系列变频器来实施引风机的变频改造。
　　2、变频器的节能原理
　　我国现行的火电设计规程SDJ-79划定，燃煤汽锅的送、引风机的风量裕度划分为5和5～10，风压裕度划分为10和10～15。这是由于在设计进程中，很难准确地计较出管网的阻力，并斟酌到持久运行进程中可能发生的各类问题，凡是总是把系统的年夜风量和风压敷裕量作为选择风机型号的设计值。但风机的型号和系列是有限的，往往在选用不到合适的风机型号时，只好往年夜机号上靠。这样，电站汽锅送、引风机的风量和风压敷裕度达20～30是比力常见的。汽锅送、引风机的用电量中，很年夜一部门是因风机的型号与管网系统的参数不匹配及调理方式不妥而被调理门消耗失落的。同时，发电厂的负荷必需要追随用户的使用状态而改变，发机电的负荷调理必然要求汽锅追随而动，响应的送引风机等也必需进行调理，在调理的进程中又有年夜量的能量被浪费了。是以，改良离心风机的调理方式是提高风机效率，下降风机耗电量的有用途径。
　　风机和水泵都是流体机械，由流体动力学可知，流量Q∝n，压力H∝n²，机电功耗N∝n³。
　　当流量由额定值Q0降至Q1时，与额定功耗N0相比力，采用转速调理的机电的功耗为：
　　Nt=（n1/n0）³N0
　　如流量有100下降到50，则转速响应降到50，压力降到25，而机电功耗降到12.5，也就是勤俭电能87.5。扣除节门调理时的功耗与额定功耗的差、转速下降可能会引发机电的效率下降等身分，节电效果也长短常显著的。
　　3、单元串联多重化电压源型变频器的基来源根基理
　　成都东方凯奇电气有限责任公司哄骗单元串联多重化技术，生产出功率为110kVA～7100kVA的无电网污染(DFCVERT-MV)高压变频器，无须输出变压器实现了直接3kV、6kV或10kV高压输出；国内首家在高压变频器中采用了进步前辈的IGBT功率开关器件，到达了完善无谐波的输出波形，无须外加滤波器即可知足供电部门对谐波的严酷要求；输进功率因数可达0.95以上，THD<1％，整体效率（包括输进隔离变压器在内）高达97％；对机电无附加硬力，将年夜年夜延长机电的使用寿命。
　　所谓多重化技术就是每相由几个低压PWM功率单元串联组成，各功率单元由一个多绕组的隔离变压器供电，用高速微处置器实现控制和以光导纤维隔离驱动。多重化技术从基本上解决了一般6脉冲和12脉冲变频器所发生的谐波问题，可实现完善无谐波变频。
　　图1为6kV变频器的主电路拓扑图，每组由8个额定电压为433V的功率单元串联，是以相电压为433V×8=3464V，所对应的线电压为6000V。每一个功率单元由输进隔离变压器的24个二次绕组划分供电，24个二次绕组分成8组，每组之间存在一个7.5°的相位差。所需相差角度可经由过程变压器的分歧联接组别来实现。
　　图2中的每一个功率单元都是由低压尽缘栅双极型晶体管（IGBT）组成的三相输进，单相输出的低压PWM电压型逆变器。功率单元电路见图3。每一个功率单元输出电压为1、0、－1三种状态电平，每相8个单元叠加，就可发生17种分歧的电平品级，划分为±8、±7、±6、±5、±4、±3、±2、±1和0。图4为一相合成的正波输出电压波形。用这类多重化技术组成的高压变频器，也称为单元串联多电平PWM电压型变频器，采用功率单元串联，而不是用传统的器件串联来实现高压输出，所以不存在器件均压的问题。每一个功率单元承受全数的输出电流，但仅承受1/8的输出相电压和1/24的输出功率。变频器由于采用多重化PWM技术，由8对依次相移7.5°的三角载波对基波电压进行调制。对A相基波调制所得的8个旌旗灯号，划分控制A1～A8八个功率单元，经叠加可得图4所示的线电压波形，线电压波型具有33阶梯电平，它相当于48脉波变频，理论上47次以下的谐波都可以抵消，总的电压和电流失真率可划分低于1.2％和0.8％，可谓无谐波污染变频器。它的输进功率因数可达0.95以上，没必要设置输进滤波器和功率因数抵偿装配。变频器统一相的功率单元输出不异的基波电压，串联各单元之间的载波错开一定的相位，每一个功率单元的IGBT开关频率若为600Hz，则当8个功率单元串联时，等效的输出相电压开关频率为9.6kHz。功率单元采用低的开关频率可以下降开关消耗，而高的等效输出开关频率和多电平可以年夜年夜改善输出波形。波形的改善除减小输出谐波外，还可以下降噪声、dv/dt值和机电的转矩脉动。所以这类变频器对机电无非凡要求，可用于普遍笼型机电，且没必要降额使用，对输出电缆长度也无非凡限制。
　　
　　由于功率单元有足够的滤波电容，变频器可承受－30％电源电压下降和3秒的电源损失。这类主电路拓扑结构虽然使器件数目增加，但由于IGBT驱动功率很低，且没必要采用均压电路、吸收电路和输出滤波器，可以使变频器的效率高达96％以上。
　　
　　DFCVERT-MV系列变频器单元串联多重化的优点是：
　　1）由于采用功率单元串联，可采用技术成熟、靠得住的低压IGBT组成逆变单元，经由过程串联单元的个数顺应分歧的输出电压要求；
　　2）完善的输进输出波形，使其能顺应任何场所及机电使用；
　　3）厂家在设计单元的串联时充实斟酌到用户系统运行的靠得住性，抛却了六级单元的结构，采用8级单元进行串联。由于多功率单元具有不异的结构及参数，便于将功率单元做成模块化，实现冗余设计，即使在个体单元故障时也可经由过程单元旁路功能将该单元短路，系统仍能正常或降额运行。8级功率单元串联的变频器在旁路失落两级功率单元后，变频器依然能够正常运行。

　　4）采用纯中文人机界面（触摸屏），操作利便，故障记实准确靠得住。
　　5）整套变频器设置装备摆设手动旁路柜，变频器需要检修时可切进工频旁路运行，从而保证系统的接连运行。系统图见图5。
　　4、现实运用
　　高压变频技术今朝在国内还处于成长阶段，可是经由过程众多厂家现实的使用来看，技术应当仍是比力成熟靠得住的。我们经由过程考查分析得出结论：高压变频器能否成功运用跟现场的用户准确使用也很要害。由于变频器内部有年夜量的微电子，半导体，集成电路和电阻，电容组成的复杂的电力电子装备，虽然寿命长，靠得住性高，可是由于存在离散性，故障偶发性及使用条件不妥，变频器运行一段时间后发生故障也是可能的。是以这就要求变频器必需运行在清洁、透风优秀、干燥的室内。
　　我公司2号炉两台引风机进行变频改造选择在机组年夜修时代进行。2004年3月20日安装终了，4月24日起头调试，在调试进程中，各类连锁靠得住，故障声报警准确，和DCS系统毗连利便、控制精度高，调试顺遂。随着电厂年夜修进行终了，5月18日变频器起头正式投进试运行。试运行时代，曾泛起了一次变频器过热停机。斟酌到机组的稳定运行，我们频频的分析查询拜访，经由过程厂家查找技术参数，后得出结论：凭据厂家提供的变频器的发烧量，假设要靠自然冷却方式的话，基本没法保证变频器的正常运行。可是假设要接纳传统的方式，将变频器室全密封，经由过程装空调来保证变频器的散热的话，投资成本又较年夜。因而我们公司技术人员深图远虑，频频计议，在厂家的年夜力配合下，决议给变频器加装风道（将变频器柜顶风机排出的风经由过程风道直接排向室外），同时又为了保证变频器室的风量，将原来的两个窗户改成进风口，加装滤网。
　　整个改造工作完成后，低压送电，模拟启动变频器，经由过程风速仪测试变频器功率单元的进风量，发现改造后的风量为改造前的一半，没法保证变频器的散热。我们经由过程现场的现实分析发现，主要的缘由仍是由于加装风道后，风机间的风阻，影响了风机的出风。因而我们决议在每个风道的出风口，安装一个2.2kW/380VAC的轴流风机向外抽风。经由过程后来的测试发现，加装轴流风机后，风量完全合适变频器的设计需求。变频器投运至今，运行优秀，没有再泛起过故障。
　　5、经济效益分析
　　经由过程现实计量，我们取以下两组数据进行对比：
　　安装变频器前的2003年6月份发电量为117，946，800kWh，两台引风机耗电量为
　　1，683，540kWh，引风机耗电率为1.427％。
　　安装变频器后的2004年6月份发电量为135，864，000kWh，两台引风机耗电量为
　　1，011，852kWh，引风机耗电率为0.745％。
　　每一年按发电12亿kWh计较，年节电（1.427％－0.745％）×1200000000＝818.4万kWh，
　　每一年可勤俭人平易近币8184000×0.30＝245.52万元，效益长短常显著的。

　　6、竣事语
　　经由过程变频器执政阳发电厂的成功运用，我们不难看出：
　　（1）采用变频器在电厂引风机上的运用，节能效果较着；
　　（2）国产高压变频装备是成熟靠得住的，应当获得年夜力推行；
　　（3）要想保证改造后系统的接连靠得住运行，变频器必需运行在清洁、透风优秀、干燥的室内。
　　（4）在电厂对送风机、一次风机、水泵进行变频改造一样会发生优秀的效益。
　　（5）变频器在发电厂要运行优秀，用户的使用、维护长短常要害的，必需引发高度重视。