高壓變頻器在綏化中盟熱電廠熱網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用

0 引言

綏化市現(xiàn)有建筑面積831.4 萬(wàn)m2，2006 年綏化中盟熱電廠投產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)集中供熱640萬(wàn)m2。

綏化中盟熱電廠是綏化市目前唯一的熱電聯(lián)產(chǎn)的燃煤電廠，含2 臺(tái)B25-8.83/0.294 背壓機(jī)和1 臺(tái)CC25-8.83/0.98/0.294 雙抽凝汽機(jī)，配2 臺(tái)25 MW發(fā)電機(jī)和1臺(tái)30 MW 發(fā)電機(jī)。還建有4 臺(tái)130 t/h高溫高壓循環(huán)流化床蒸汽鍋爐和2臺(tái)116 MW 循環(huán)流化床熱水鍋爐，配套建設(shè)17.87 km 一級(jí)熱力網(wǎng)、20.5 km二級(jí)熱力網(wǎng)和32 個(gè)熱力站，建設(shè)蒸汽熱力網(wǎng)4.51 km。

該工程全年生產(chǎn)能力為供熱量523.2伊104 GJ，其中供采暖416.9伊104 GJ，供工業(yè)用汽106.27伊104 GJ，發(fā)電量為39.89伊104 MW·h。

熱力網(wǎng)的穩(wěn)定主要取決于鍋爐、熱網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng)和管線。鍋爐安全、穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行一般遵循“一守三動(dòng)”的控制原則，即主要是以風(fēng)、灰、煤相互配比來(lái)完成鍋爐的經(jīng)濟(jì)性燃燒。而熱網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng)主要保證水循環(huán)穩(wěn)定和壓力恒定，即控制好水位達(dá)到安全運(yùn)行的目的。

供熱負(fù)荷變化時(shí)需要調(diào)節(jié)水量，如果通過(guò)調(diào)節(jié)泵的出口閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上是靠壓損來(lái)減少給水流量，而電機(jī)的出力并沒(méi)有變化。所以熱網(wǎng)循環(huán)泵最佳方案就是采用變頻器進(jìn)行調(diào)速，這樣就可以將出口閥門(mén)全部打開(kāi)，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來(lái)控制流量，可以方便地調(diào)整機(jī)組的供熱量，這樣具有非常大的節(jié)能潛力。2006年10月綏化市中盟熱電廠實(shí)現(xiàn)了對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)泵的電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。

1 高壓變頻器的原理

哈爾濱九洲公司Power SmartTM系列高壓變頻器采用交-直-交直接高壓(高-高)方式，它主要由輸入切分變壓器、功率單元柜和控制單元柜三部分組成。

主電路開(kāi)關(guān)器件為IGBT。由于IGBT耐壓所限，無(wú)法直接逆變輸出10 kV，所以變頻器采用功率單元串聯(lián)，疊波升壓，充分利用常壓變頻器的成熟技術(shù)，因而具有很高的可靠性。Power SmartTM系列高壓變頻器典型系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

隔離變壓器為三相干式整流變壓器，變壓器一次輸入為10 kV，Y 接;二次繞組數(shù)量27 相，延邊三角形接法，為每個(gè)功率單元提供三相電源輸入。為了最大限度抑制輸入側(cè)諧波含量，同一相的二次繞組通過(guò)延邊三角形接法移相，繞組間的相位差即移相角度= 60毅/每相單元數(shù)量。由于為功率單元提供電源的變壓器二次繞組間有一定的相位差，從而消除了大部分由單個(gè)功率單元所引起的諧波電流，所以Power SmartTM系列高壓變頻器輸入電流的總諧波含量(THD)遠(yuǎn)小于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)5%的要求，并且能保持接近1的輸入功率因數(shù)。圖2為變頻器輸入電流波形實(shí)錄，電流峰值136 A，幾近完美的正弦波。

變頻器輸出是將多個(gè)三相輸入、單相輸出的低壓功率單元串聯(lián)疊波得到。如額定輸出641 V功率單元9個(gè)串聯(lián)時(shí)產(chǎn)生5 770 V相電壓，相鄰單元之間的脈沖在時(shí)間上相差1/9個(gè)開(kāi)關(guān)周期，單元串聯(lián)疊加后的相電壓共有19(2伊9+1)個(gè)不同的電平，輸出線電壓為10 kV。

由于增加了電壓波形的電平數(shù)使電壓的波形接近正弦，從而減小了dv/dt 對(duì)電機(jī)絕緣的破壞，并大大削弱了輸出電壓的諧波含量，圖3 為10 kV變頻器輸出的Uab線電壓波形實(shí)錄圖，峰值電壓為14.1 kV。

因?yàn)殡姍C(jī)電感的濾波效果，輸出電流波形更優(yōu)于電壓波形，圖4 即為輸出電流Ia的實(shí)錄波形圖，額定電流96 A。

變頻器控制單元由控制器(包括三塊光纖板，一塊信號(hào)板，一塊主控板)及外圍保護(hù)電路構(gòu)成，如圖1所示。主控制器的結(jié)構(gòu)為單元組合式，其核心為雙DSP 的CPU 單元，通過(guò)總線與接口板和相控A、B、C板互通信息。CPU板根據(jù)操作命令、給定信號(hào)及其它輸入信號(hào)，計(jì)算出控制信息及狀態(tài)信息。相控A、B、C板接受來(lái)自CPU 板的控制信息，產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，經(jīng)電/光轉(zhuǎn)換器向功率單元發(fā)送控制信號(hào)。來(lái)自功率單元的應(yīng)答信號(hào)在相控A、B、C 板中轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，予處理后送CPU板處理。狀態(tài)信息可通過(guò)接口板和接口子模板送出。

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