【摘要】
本文結(jié)合引風機的實際工況，介紹了國產(chǎn)高壓大功率變頻器在淮北發(fā)電廠引風機上的應用。
【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用技術(shù)的日趨成熟，在電廠的應用已相當普遍，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、大功率的設備上應用，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用情況，也考察、論證了進口的高電壓大功率的變頻器應用業(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，具體如下幾點：
1、產(chǎn)品售后服務及時、周到、服務成本低，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機水泵等機械裝置進行調(diào)速控制來控制風量、流量的方法是當前國內(nèi)外主流技術(shù)，應用得非常廣泛，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。下面就以風機為例進行說明。
2.1風機的參數(shù)和特征
2.1.1風機的基本參數(shù)
風量Q：單位時間流過風機的空氣量（m3/s）；
風壓H：空氣流過時產(chǎn)生的壓力。其中風機給予每立方米空氣的總能量稱為風機的全壓Ht（Pa），它是由靜壓Hg和動壓Hd組成，即Ht＝Hg+Hd；
功率P：風機工作有效總功率Pt＝QHt（W）。如風機用有效靜壓Hg，則Pg＝QHg；
效率η：風機的軸功率因有部分損耗而不能全部傳給空氣，因此可以用風機效率這一參數(shù)衡量風機工作的優(yōu)劣，按照風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風機的特性曲線
表示風機性能的特性曲線有：
H-Q曲線：當轉(zhuǎn)速恒定時，風壓與風量間的關系特性
P-Q曲線：當轉(zhuǎn)速恒定時，功率與風量間的關系特性
η-Q曲線：當轉(zhuǎn)速恒定時，風機的效率特性
對于同類型的風機，根據(jù)風機參數(shù)的比例定律，在不同轉(zhuǎn)速時的H-Q曲線如圖1
根據(jù)風機相似方程：
當風機轉(zhuǎn)速從n變到n’，風量Q、風壓H及軸功率P的變化關系：
Q’=Q（n’/ n） (1)
H’=H（n’/ n）
2 (2)
P’=P（n’/ n）
3 (3)
上面的公式說明，風量與轉(zhuǎn)速成正比。風壓與轉(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)風阻特性曲線 當管網(wǎng)的風阻R保持不變時，風量與通風阻力之間的關系是確定不變的，即風量與通風阻力K按阻力定律變化，即
K=RQ
2式中： K－通風阻力，Pa；
R－風阻，（kg/m
2）
Q－風量，（m
3/s）
K－Q的拋物線關系稱為風阻特性曲線，如圖2-2所示。顯然，風阻越大曲線越陡。
風阻的K－Q曲線與管網(wǎng)阻力曲線相交的工作點成為工況點M。同一風機兩種不同轉(zhuǎn)速n、n’時的K－Q曲線與R風阻特性曲線相交的工況點分別為M及M’，與R1風阻曲線相交的工況點為M1及M1’。
2.3電動機容量計算 拖動風機的電動機所需的輸出軸功率為：
式中：ηb——風扇或風機的效率
ηc——傳動裝置效率。
2.4風機的節(jié)電方法及節(jié)能原理 從以上的介紹可知，風機、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)風機（或水泵）的轉(zhuǎn)速來節(jié)電。
2.4.1采用擋板控制風量和變頻調(diào)速控制風量的對比圖
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。
如果設備的配置都滿足設備的最佳運行狀態(tài)，從圖上看到：
2.4.1.1當流量Q＝1時，采用風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當流量從Q=1下降到Q=0.7時，采用風機擋板進行調(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當流量進一步下降到Q=0.5時，采用風機擋板調(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)風機理論，風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，采用風門擋板時的風機輸入功率為：
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 風機泵類流量、壓力、功率與轉(zhuǎn)速n關系為：
流量 Q∝n；
壓力 H∝n
2 功率 P∝n
3假設：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
