变频器在电厂企业里的应用

宋晖

1.变频器发展历史

早期通用变频器如东芝TOSVERT-130系列，FUJI FVRG5/P5系列，SANKEN SVF系列等大多数为开环恒压比的控制方式.其优点是控制结构简单，成本较低，缺点是系统性能不高，比较适合应用在风机，水泵调这场合。具体来说，其控制曲线会随着负载的变化而变化，转矩响应慢，电视转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降稳定性变差等。对变频器控制系统的改造主要经历了三个阶段，第一个阶段是八十年代初日本研究者提出了基本磁通轨迹的电压空间矢量，该方法以三相波形的整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成二相调制波形。这种方法被称为电压空间矢量控制，典型机种如1989年前后进入中国市场的FUJI，FRN5OOOG5/P5，SANKEN-MF系列等。第二个阶段是矢量控制，也称磁场定向控制，它是七十年代初由西德 F.Blasschke等人首先提出，以直流电动机和交流电动机比较的方法分析阐述了这一原理，由此开创了交流电动机等效直流电动机控制的先河，它使人们看到交流电动机尽管控制复杂，但同样可以实现转矩，磁场独立控制的内在本质， 矢量控制的基本点是控制转子磁链，以转子磁通定向，然后分解定子电流，使之成为转矩和磁场两个分量，经过坐标变换实现正交或解耦控制，但是由于转子磁链难以准确观测，以及矢量变换的复杂性，使得实际控制效果往往难以达到理论分析的效果，这是矢量控制技术在实践上的不足。第三个阶段是1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授首先提出直接转矩控制理论，直接转矩控制与矢量控制不同，它不是通过控制电流，磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量来控制。转矩控制的优越性在于：转矩控制是控制定子磁链，在本质上并不需要转速信息；控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化鲁棒性良好，因而能方便地实现无速度传感器化。这种控制方法被应用于通用变频器的设计之中，这种控制被称为无速度传感器直接转矩控制。

2.变频器在发电厂的应用

随着电力系统厂网分家，电厂发电竞价上网的实施，在燃煤电厂的设计上，不仅要考虑在建设时降低成本和缩短建设周期，而且降低电厂的运行成本也成为了一个重要的考虑因数。比如适当的提高控制水平，虽然在初期增加了投资，但是可以人工成本，而且能够更好的控制运行指标，降低煤耗，最终从电厂整个寿命期进行考虑的，尤其是在电气设计中，厂用电率是一个重要的指标，目前主要靠工艺优化设计，降低设备耗电来降低厂用电率。电气专业虽然通过电气网络设计和设备选择的优化也能降低厂用电率，但效果不明显。 国外电厂的厂用电指标与国内电厂相比明显要低。经调查了解到，主要是在辅机的经济运行方面存在差距。国外电厂的风机水泵已纷纷增设调速装置，而国内除少量汽动力给水泵，液力耦合器及双速电机外，其他风机，水泵基本采用定速驱动。定速驱动在机组负荷偏低时，效率会降低，而调速驱动则能一直保持较高效率。在各种调速手段中，变频器技术是一种特点比较突出，效率高的一项调速技术。 变频器技术作为一种新兴的技术，随着电力电子技术的发展而兴起。它通过控制频率来控制转速，调节输出功率，提供了优秀的节能效应。该技术目前已经在其他行业如石油，化工得到广泛的应用。在电力行业也有广阔的应用前景，而且在国外电厂也得到了广泛的应用。它的主要优点可以概括为两方面，分别是节能和工艺控制性能，对于发电厂来说，合理的采用变频器可以降低厂用电率和提高全厂的工艺控制水平。

3.变频器在风机，水泵类辅机的优点

从目前的研究来看，变频器在发电厂的风机，水泵类辅机的优点突出，采用变频调节的优点主要是节能，与传统挡扳阀门调节相比，其优点主要从五个方面体现，第一点是利用变频调速技术改变设备的运行转速，以调节给水量和给风量的大小，既可以满足生产运行工况的要求，又可以达到节约电能的目的，同时减少因频繁调节阀门挡板而造成阀门挡板损坏，管道磨损和经常停机检修所造成的经济损失。第二点是高压变频器与发电厂DCS相连接，可以实现高精度范围的无级调速，全面满足各种复杂工艺的需要，提高生产效率和机组自动化水平。挡板阀门调节的执行机构一般为大力矩的电动执行器，故障较多，不能适应长期频繁调节，挡板阀门动作迟缓，手动时人员不易操作，操作不当还会造成风机震动。第三点是能延长电动机水泵和风机的使用寿命，变频器可以实现电动机的软启动功能，减少启动冲击，延长设备的使用寿命，节省维护费用，而采用挡板调节时异步电动机在直接起动时起动电流一般达到电机额定电流的6倍左右，启动电流很大，容易产生操作过电压，损伤电动机绝缘，严重威胁电动机的使用寿命，而且因此采用变频器调节后，减少机械部分的磨损振动，延长风机和水泵的大修周期，节省大量的检修费用。第四点是高压变频器可对电动机功率因数实现就地补偿，提高电厂用变压器容量的有效利用率，避免风机，水泵启动时厂用电电压的大幅波动，变频器具有高功率因数，高效率，高质量输出，安装变频器后功率因数一般效率达96%以上。第五点是方便实现电动机频繁启停，方便实现电动机正反转，能最大限度的不间断无跳闸运行。变频器对电网电压波动有极强的适应能力在一定范围可以满载输出，变频器可以在情况下电网电压下降降额运行，在完全失去电网电压5个周波内，可满载运行不跳闸，轻载时时间更长。