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1.引言（Introduction）

    隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，對(duì)于電力的需求日益增加，全國(guó)電力工業(yè)一直保持著快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭。截至2006年底，我國(guó)電力工業(yè)全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到6.22億千瓦，同比增長(zhǎng)20.3%。火電達(dá)到4.84億千瓦，約占總?cè)萘?7.82%，同比增長(zhǎng)23.7%；而這一數(shù)字到2007年底已經(jīng)達(dá)到了7.13億千瓦，預(yù)計(jì)到今年年底，全國(guó)電力裝機(jī)容量將突破8億千瓦，而其中火電機(jī)組將占到78%[1]。

    隨著大批電源項(xiàng)目的相繼建成投產(chǎn)，電力供需形勢(shì)進(jìn)一步緩和，發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)大幅回落。從2006年開始，全國(guó)加快電源結(jié)構(gòu)調(diào)整，優(yōu)化節(jié)能環(huán)保經(jīng)濟(jì)調(diào)度，加大科學(xué)、精細(xì)和對(duì)標(biāo)管理實(shí)施力度，電力行業(yè)節(jié)能降耗取得持續(xù)進(jìn)展。2006年全國(guó)供電煤耗為366克/千瓦時(shí)，比2005年降低4克/千瓦時(shí)；電網(wǎng)輸電線路損失率比去年減少0.1個(gè)百分點(diǎn)，降為7.08%。

    由于電力生產(chǎn)的特殊性，決定了電力生產(chǎn)系統(tǒng)中的各種設(shè)備需要根據(jù)最大生產(chǎn)能力來(lái)進(jìn)行配置，而不能根據(jù)平均的電力需求配置系統(tǒng)[2]。在電力生產(chǎn)中，電力生產(chǎn)的最大生產(chǎn)能力是是根據(jù)主機(jī)（鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)）的出力決定的，輔機(jī)（各種風(fēng)機(jī)、水泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電氣控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)等）是根據(jù)主機(jī)的情況配置的。在設(shè)計(jì)過程中均考慮一定的裕量，因此造成在實(shí)際運(yùn)行中，多少風(fēng)機(jī)和水泵均需要調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)方式是節(jié)流，但是存在反應(yīng)慢、調(diào)節(jié)精度低、能耗大等問題，而中壓變頻因其調(diào)節(jié)性能優(yōu)良、節(jié)能效果好等因素，正逐漸應(yīng)用到電廠中風(fēng)機(jī)、水泵等流量調(diào)節(jié)中[3-4]。

    通過近幾年的中壓變頻應(yīng)用情況的統(tǒng)計(jì)分析可以看出，發(fā)電廠中冷凝泵輔機(jī)具有很大的變頻節(jié)能空間和應(yīng)用前景。

2.運(yùn)行工況（Operation condition）

    凝結(jié)水系統(tǒng)采用中壓凝結(jié)水精處理系統(tǒng)，每臺(tái)發(fā)電機(jī)設(shè)2×100％容量立式凝結(jié)水泵，其中一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。為節(jié)能降耗，降低廠用電率，2008年8月對(duì)凝泵進(jìn)行了中壓變頻器控制改造，選用ABB的變頻器。通過收集和反復(fù)的方案論證，為了追求最大的節(jié)能效果，同時(shí)方便運(yùn)行操作和檢修維護(hù)，凝泵改變頻采用一拖二的控制方式，即一臺(tái)發(fā)電機(jī)的兩臺(tái)凝泵共用一臺(tái)變頻器，通過6個(gè)旁路刀閘來(lái)切換。

    中壓變頻器與6KV開關(guān)連接，為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器加裝工頻旁路刀閘。當(dāng)凝泵電機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)，凝泵進(jìn)口調(diào)門開度全開，其水量通過改變凝泵電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)；當(dāng)變頻器故障時(shí)，發(fā)出跳變頻器支路開關(guān)的指令，同時(shí)自動(dòng)切換到備用凝泵的工頻運(yùn)行，恢復(fù)凝泵進(jìn)口調(diào)門的調(diào)節(jié)功能，同時(shí)變頻器轉(zhuǎn)入檢修；當(dāng)變頻器故障處理好后，可以啟變頻器帶一臺(tái)凝泵電機(jī)，這時(shí)另一臺(tái)凝泵工頻運(yùn)行，等變頻器達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后，再停工頻運(yùn)行的凝泵。

    機(jī)組正常運(yùn)行要保持一臺(tái)凝泵運(yùn)行，同時(shí)考慮變頻器故障時(shí)凝泵之間的切換，改造后既要保留原來(lái)的切換邏輯，還要考慮變頻切工頻及工頻切變頻等各種運(yùn)行方式，相應(yīng)增加了凝泵控制系統(tǒng)的控制邏輯。原來(lái)凝結(jié)器控制是通過調(diào)門來(lái)維持水位，改變頻后要由變頻器來(lái)控制水位，在低轉(zhuǎn)速時(shí)還得靠調(diào)門來(lái)協(xié)助變頻器維持水壓，以確保低旁減溫等重要用途的需要。

3.水泵變頻節(jié)能原理（Energy saving principle）

3.1. 揚(yáng)程特性

    揚(yáng)程是單位重量的水通過水泵所獲得的能量。在工程應(yīng)用中，常常體現(xiàn)為液體上揚(yáng)的高度[3]。

    以管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤幔砻髟谀骋晦D(zhuǎn)速下，水泵的揚(yáng)程與流量之間的關(guān)系特性為 ，稱之為揚(yáng)程特性。如圖1中的曲線1、2所示。揚(yáng)程反映了水泵出水流量的大小對(duì)供水揚(yáng)程的影響，即水泵的出水流量越大，則管道中的摩擦損耗以及增大流速所需要的揚(yáng)程也越大。故供水揚(yáng)程將越小。揚(yáng)程特性與轉(zhuǎn)速有關(guān)，即水泵的轉(zhuǎn)速下降，其供水能力也下降，揚(yáng)程特性曲線也將下移，如圖1中的曲線2所示。

3.2. 管阻特性

    管阻是閥門和管道系統(tǒng)對(duì)水流的阻力，其與管路的直徑和長(zhǎng)度、管路各部分的阻力系數(shù)，以及液體的流速等因數(shù)有關(guān)[3]。

    以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤幔砻鏖y門在某一開度下，供水揚(yáng)程與流量之間的關(guān)系的曲線 ，稱之為管阻特性，如圖1中的曲線3、4所示。

    管阻特性實(shí)際上是管道系統(tǒng)的負(fù)載特性，他表明為了在管路內(nèi)得到一定量的流量，水泵必須提供的揚(yáng)程。如果供水揚(yáng)程小于靜揚(yáng)程，將不能供水。

    當(dāng)閥門關(guān)小時(shí)，管阻系數(shù)將增加，管阻也將增大，在揚(yáng)程相同的情況下，流量將減小，管阻特性曲線將上揚(yáng)，如圖1中的曲線4所示。

 


    揚(yáng)程特性和管阻特性的交點(diǎn)，稱之為供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖1中的A、B、C、D點(diǎn)，在這一點(diǎn)上，供水系統(tǒng)既符合了揚(yáng)程特性，又符合了管阻特性，因此供水系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行。

    如果水泵上采用中壓變頻后，根據(jù)工藝的要求，通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)改變揚(yáng)程特性，而管道閥門保持全開放狀態(tài)，管阻特性如曲線3所示保持不變，這樣就可以使供水系統(tǒng)達(dá)到新的平衡，就可以達(dá)到節(jié)能的目的[3]。

4.系統(tǒng)方案（System scheme）

    利用電廠現(xiàn)有的設(shè)備（冷凝泵電機(jī)和凝結(jié)水泵，見表1和2），對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造，沒有單獨(dú)修建機(jī)房，同時(shí)也沒有配備空調(diào)系統(tǒng)，完全采用ABB變頻器本身的散熱系統(tǒng)。電氣控制方式采用DCS集中控制；采用一拖二控制的旁路，設(shè)置兩個(gè)旁路刀閘柜。控制電源采用交流220VAC，兩路供電，自動(dòng)切換。 




4.1. 系統(tǒng)動(dòng)力方案

    系統(tǒng)采用一拖二工頻/變頻手動(dòng)旁路的方案，系統(tǒng)主電路原理圖見圖2。該方案是由六個(gè)高壓隔離開關(guān)QS1～QS6組成（見下圖）。其中QS1和QS4,QS2和QS5電氣互鎖；QS2和QS3,QS5和QS6機(jī)械互鎖。如果兩路電源同時(shí)供電，M1工作在變頻狀態(tài)，M2工作在工頻狀態(tài)時(shí)，QS4和QS5、QS3分閘，QS1、QS2和QS6處于合閘狀態(tài)；M2工作在變頻狀態(tài)，M1工作在工頻狀態(tài)時(shí)，QS1和QS2、QS6分閘，QS4、QS5和QS3處于合閘狀態(tài)；如果檢修變頻器，QS3和QS6可以處于任一狀態(tài)，其它隔離開關(guān)都分閘，兩臺(tái)負(fù)載可以同時(shí)工頻運(yùn)行；當(dāng)一路電源檢修時(shí)，可以通過分合隔離開關(guān)使任一電機(jī)變頻運(yùn)行。



4.2. 系統(tǒng)控制方案

變頻系統(tǒng)受DCS系統(tǒng)控制，主要接口信號(hào)如下：

1）. 變頻器與旁路柜需要提供的開關(guān)量輸出30路

    （a） 變頻器待機(jī)狀態(tài)指示：表示變頻器高壓上電自檢正常，具備啟動(dòng)條件。

    （b） 變頻器運(yùn)行狀態(tài)指示：表示變頻器正在運(yùn)行。

    （c） 變頻器控制狀態(tài)指示：節(jié)點(diǎn)閉合表示變頻器控制權(quán)為現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程控制；節(jié)點(diǎn)斷開表示變頻器控制權(quán)為本地變頻器控制。

    （d） 變頻器輕故障指示：表示變頻器產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

    （e） 變頻器重故障指示：表示變頻器發(fā)生重故障，立即關(guān)斷輸出切斷高壓。

    （f） 1#電動(dòng)機(jī)高壓合閘允許指示：變頻器自檢通過或系統(tǒng)處于工頻狀態(tài)正常，具備上高壓條件，閉點(diǎn)有效，允許1#高壓開關(guān)操作。

    （g） 2#電動(dòng)機(jī)高壓合閘允許指示：變頻器自檢通過或系統(tǒng)處于工頻狀態(tài)正常，具備上高壓條件，閉點(diǎn)有效，允許2#高壓開關(guān)操作。

    （h） 旁路柜隔離開關(guān)合閘指示：表示該操作隔離開關(guān)已處于合閘狀態(tài)。每臺(tái)隔離開關(guān)二路共8路節(jié)點(diǎn)。

    （i）旁路柜隔離開關(guān)分閘指示：表示該操作隔離開關(guān)已處于分閘狀態(tài)。每臺(tái)隔離開關(guān)二路共8路節(jié)點(diǎn)。

    （j）1#電動(dòng)機(jī)在旁路狀態(tài)：表示QS2工頻狀態(tài)合閘，電動(dòng)機(jī)處于工頻旁路狀態(tài)。

    （k）2#電動(dòng)機(jī)在旁路狀態(tài)：表示QS4工頻狀態(tài)合閘，電動(dòng)機(jī)處于工頻旁路狀態(tài)。

    以上所有數(shù)字量采用無(wú)源接點(diǎn)輸出，定義為接點(diǎn)閉合時(shí)有效。除特別注明外，接點(diǎn)容量均為AC220V、3A/DC48V，3A。

2）. 變頻器應(yīng)提供模擬量輸出2路：

    （a） 變頻器輸出轉(zhuǎn)速百分比（0～1500rpm）

    （b） 變頻器電機(jī)電流（0～600A）

    變頻器提供2路4～20mADC的電流源輸出（變頻器供電），帶負(fù)載能力均為250Ω。

3）. 需要提供給變頻器的模擬量1路：

    (a） 變頻器轉(zhuǎn)速給定值

    現(xiàn)場(chǎng)提供1路4～20mADC二線制電流源輸出（DCS供電），帶載能力為250Ω，4～20mADC對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速低高限，呈線性關(guān)系。

4）. 需要提供給變頻器的開關(guān)量有3路：

    （a） 啟動(dòng)指令：干接點(diǎn)，最小1S最大3S脈沖閉合時(shí)有效，變頻器開始運(yùn)行。1路

    （b） 停機(jī)指令：干接點(diǎn)，脈沖閉合時(shí)有效，變頻器正常停機(jī)。1路

    （c） 急停指令：干接點(diǎn)，脈沖閉合時(shí)有效，變頻器立即停機(jī)關(guān)斷輸出。1路

5）. 變頻器與其他電氣設(shè)備接口

    變頻器給高壓開關(guān)柜的有4路：

    （a）高壓緊急分?jǐn)啵鹤冾l器出現(xiàn)重故障時(shí)，自動(dòng)分?jǐn)喔邏洪_關(guān)，閉點(diǎn)有效。2路

    （b）高壓合閘允許：變頻器自檢通過或系統(tǒng)處于工頻狀態(tài)，具備上高壓條件，閉點(diǎn)有效。2路

    以上所有數(shù)字量采用無(wú)源接點(diǎn)輸出，定義為接點(diǎn)閉合時(shí)有效。除特別注明外，接點(diǎn)容量均為DC110V，2.4A。
高壓開關(guān)柜給變頻器的狀態(tài)信號(hào)2路：

    1#、2#高壓開關(guān)分閘信號(hào)：高壓開關(guān)處于分?jǐn)鄷r(shí)，輔助節(jié)點(diǎn)閉合；2個(gè)。

5.ACS5000中壓變頻器（MV drives）

    目前，主要的中壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有三種：1）串聯(lián)H橋多電平結(jié)構(gòu)[5-6]；2）中性點(diǎn)箝位（NPC）多電平結(jié)構(gòu)[6-8]；

3）電容箝位結(jié)構(gòu)[6-8]。

5.1. 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    ACS5000變頻器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為電壓型9電平無(wú)熔斷器（VSI-MF）設(shè)計(jì)逆變器。基于新一代功率半導(dǎo)體器件IGCT技術(shù)和電壓源型九電平無(wú)熔斷器設(shè)計(jì)使得ACS5000變頻器具有與生俱來(lái)的高可靠性。基于直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）技術(shù)的ACS5000變頻器根據(jù)工藝的需求可提供精確的速度和轉(zhuǎn)矩控制。其主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖3所示。



    從圖中可以看出ACS5000是由三個(gè)相同的功率單元構(gòu)成。功率單元是一種實(shí)現(xiàn)電力頻率變換功能的電力半導(dǎo)體模塊，是中壓變頻器不可或缺的重要組成部分。如下圖4所示，該功率單元主要由三部分構(gòu)成，分別是12脈沖供電部分

    （1）、直流環(huán)節(jié)部分

    （2）和單相H橋式逆變器部分

    （3）。其主要工作原理：功率單元外部提供的兩個(gè)獨(dú)立的三相交流電通過12脈沖供電部分后，變成具有12脈沖的脈動(dòng)直流電。這種脈動(dòng)的直流電經(jīng)過直流環(huán)節(jié)部分的濾波和支撐后，形成穩(wěn)定的直流電源從而饋電給單相H橋式逆變器部分。逆變器部分通過采用先進(jìn)的空間矢量脈沖調(diào)制（SVPWM）模式，控制電力半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通時(shí)序，產(chǎn)生了幅值和頻率均可調(diào)的高質(zhì)量的單相交流電。



    在該功率單元中，12脈沖供電部分是由兩個(gè)6脈沖二極管供電單元串聯(lián)而成，利用功率單元的前級(jí)變壓器提供的兩個(gè)交流電源的角度差，從而消除了電流中的低次諧波，降低了功率單元對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾。這對(duì)改善用電設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾具有重要作用。

5.2. 技術(shù)特點(diǎn)

ACS5000的技術(shù)主要具有如下特點(diǎn)：

    ●部件數(shù)量最少，可靠性最高

    ●多電平無(wú)熔斷器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合IGCT和DTC技術(shù)使得系統(tǒng)效率最高。

    ●功率密度最高，占地面積最小

    ●36-脈沖配置，最優(yōu)化的電網(wǎng)友好性

    ●效率高，安裝、調(diào)試及維護(hù)簡(jiǎn)單使得擁有的成本最低

    ●DTC， 無(wú)與倫比的控制性能

    ●適用于標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)

IGCT功率半導(dǎo)體器件

    IGCT[7-8]是在GTO的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型復(fù)合型器件，兼有IGBT和GTO兩者的優(yōu)點(diǎn)，又克服了兩者的不足，是一種較為理想的兆瓦級(jí)中壓開關(guān)器件。具有低開關(guān)損耗、低通態(tài)損耗、無(wú)需緩沖電路、集成續(xù)流二極管、高可靠性等眾多優(yōu)點(diǎn)。

    與IGBT相比，IGCT的通態(tài)壓降更小，額定承受壓降更高，通過電流更大；與GTO相比，IGCT的體積更小，便于和反并聯(lián)二極管集成在一起，這樣就大大的簡(jiǎn)化了電壓源型逆變器的結(jié)構(gòu)，提高了裝置的可靠性。ABB公司推出的IGCT為單片器件，不再使用焊接或者鍵合導(dǎo)線，而是采用了獨(dú)立的彈簧壓力封裝技術(shù)。這一技術(shù)使得器件對(duì)壓力不對(duì)稱的敏感程度大為降低。因此對(duì)器件安裝所需的機(jī)械技術(shù)指標(biāo)有更高的容差，同時(shí)允許更高的安裝緊固壓力。所有這些技術(shù)都大大提高了器件在高壓大功率場(chǎng)合的可靠性。

無(wú)熔斷器設(shè)計(jì)

    ACS5000是一種無(wú)需熔斷器保護(hù)的中壓交流變頻器。其采用逆變器的IGCT 進(jìn)行保護(hù)。與熔斷器相比，IGCT 為功率部件提供了更加快速、可靠的保護(hù)。其關(guān)斷時(shí)間為25微秒，比傳統(tǒng)的快速熔斷器快100倍。可以有效的故障控制在設(shè)備本體內(nèi)，
不會(huì)對(duì)上級(jí)電網(wǎng)或更高一級(jí)電網(wǎng)造成影響。

網(wǎng)側(cè)友好性

    ACS5000的輸入側(cè)采用36脈沖二極管整流，對(duì)電網(wǎng)具有友好性。對(duì)電網(wǎng)側(cè)的諧波完全滿足IEEE-519和GB/T14549諧波標(biāo)準(zhǔn)。其網(wǎng)側(cè)電壓和電流波形如下圖5所示。



隔離變壓器

    由隔離變壓器的幾個(gè)副邊繞組向變頻器供電。為了36脈沖方式的相位移，要求使用多繞組變壓器。變壓器的另一個(gè)目的是提供足夠的阻抗將網(wǎng)側(cè)諧波限制在IEEE519-1992和GB/T14549-93所要求的限值范圍內(nèi)。對(duì)于36脈沖方式，隔離變壓器有六個(gè)副邊繞組，采用沿邊三角形或曲折接法，滿足36脈沖輸入整流橋的要求。根據(jù)使用場(chǎng)所的具體要求，可采用單獨(dú)安裝的變壓器，或?qū)τ谛」β实目刹捎眉勺儔浩鳌?BR>
輸入整流橋

    輸入整流橋向直流母排提供直流電壓和電流，包括三套獨(dú)立的串聯(lián)12脈波整流橋。

安全接地開關(guān)

    為了確保運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)變頻器進(jìn)行維護(hù)時(shí)的人身安全。所有帶高壓電的柜門都與安全接地開關(guān)聯(lián)鎖，確保在進(jìn)行維護(hù)之前供電電源已經(jīng)切斷，而且所儲(chǔ)存的電能（例如直流回路電容組的電能）已經(jīng)釋放掉。安全接地開關(guān)閉合時(shí)，將直流母排上的正端、中性點(diǎn)和負(fù)端的母線接地。

長(zhǎng)壽命直流電容器

    在直流回路中，使用了先進(jìn)的、自愈式且環(huán)保的金屬箔電容器，這種電容器是按照長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)的。與不可靠且維護(hù)量大的電解式直流電容器設(shè)計(jì)相比，ABB利用該技術(shù)使其明顯與眾不同。直流回路電容對(duì)整流橋的輸出進(jìn)行濾波，使其成為低阻抗的電壓源供逆變器工作。

di/dt電抗器

    變頻器中有兩個(gè)電抗器，用來(lái)限制輸入到逆變器電路中相應(yīng)的上、下兩部分電流的上升率，以防止IGCT承受過高的di/dt。當(dāng)直接接在直流回路上的一個(gè)IGCT導(dǎo)通時(shí)，從直流回路上吸取的電流迅速增加，在很短的時(shí)間內(nèi)（幾微妙），電抗器產(chǎn)生一個(gè)反電勢(shì)阻止電流的增大，從而有效地限制了di/dt。

    與每個(gè)電抗器相關(guān)的二極管、電阻和電容器組將電抗器在上述過程中儲(chǔ)存的能量釋放掉，并且，當(dāng)逆變器中IGCT在關(guān)斷時(shí)，防止過高的電壓加到IGCT上。

EMC濾波器

    逆變器的輸出直接接到一組EMC濾波器上，該濾波器對(duì)逆變器的輸出進(jìn)行濾波并消除高頻電壓成分。這樣大大地減少了加到電動(dòng)機(jī)的電壓的諧波含量，允許使用標(biāo)準(zhǔn)的電動(dòng)機(jī)。所有dv/dt的影響也大大地削弱，因此電動(dòng)機(jī)出線端的電壓振蕩問題也消除了。電機(jī)電壓電流波形如圖6所示。



電子控制裝置

    ACS5000為全數(shù)字智能型變頻器，其控制核心主要由兩塊電子線路板來(lái)完成：AMC-33電機(jī)與應(yīng)用控制板和INT系統(tǒng)接口板。AMC-33負(fù)責(zé)邏輯運(yùn)算、DTC電機(jī)模型計(jì)算以及與DTC算法相關(guān)的控制環(huán)的處理。INT負(fù)責(zé)產(chǎn)生IGCT門極觸發(fā)信號(hào)和處理傳動(dòng)系統(tǒng)控制和保護(hù)的電壓和電流信號(hào)。

    AMC-33主控板和INT接口板均采用DSP數(shù)字信號(hào)處理器（主頻150MHz）和ASIC特殊應(yīng)用集成電路，以滿足高速和可靠的控制技術(shù)的工藝要求。系統(tǒng)采用光纖通訊以確保高水平的噪聲抑制。

柜門機(jī)電聯(lián)鎖

    功率單元的柜門與接地開關(guān)以及主電路斷路器機(jī)電聯(lián)鎖，從而保證只有在斷開主電源，直流電容放電結(jié)束并且接地開關(guān)接地后，功率單元的柜門才能打開。同樣，只有在關(guān)好柜門并且接地開關(guān)處于斷開狀態(tài)，才能閉合主回路斷路器給變頻器上電。

5.3. 控制方式

    ACS5000采用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)[7-8]。直接轉(zhuǎn)矩控制DTC（Direct Torque Control）系統(tǒng)，又稱直接自控制系統(tǒng)DSR（德文Direkte Selbstregelung）。在轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，因而得名。

    直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）是交流傳動(dòng)的一種獨(dú)特的電機(jī)控制方式。逆變器的開關(guān)狀態(tài)由電機(jī)的核心變量磁通和轉(zhuǎn)矩直接控制。測(cè)量的電機(jī)電流和直流電壓作為自適應(yīng)電機(jī)模型的輸入，該模型每25微秒產(chǎn)生一組精確的轉(zhuǎn)矩和磁通的實(shí)際值。電機(jī)轉(zhuǎn)矩比較器將轉(zhuǎn)矩實(shí)際值與轉(zhuǎn)矩給定調(diào)節(jié)器的給定值作比較，磁通比較器將磁通實(shí)際值與磁通給定調(diào)節(jié)器的給定值作比較。依靠來(lái)自這兩個(gè)比較器的輸出，優(yōu)化脈沖選擇器決定逆變器的最佳開關(guān)狀態(tài)。

    DTC的控制周期為25μs，其響應(yīng)速度是目前最好的交流傳動(dòng)的10倍，直流傳動(dòng)的100倍；而且具有高動(dòng)態(tài)精度和靜態(tài)精度，快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。零速滿轉(zhuǎn)距的高啟動(dòng)轉(zhuǎn)距特性，適用于傳送帶設(shè)備和擠壓機(jī)應(yīng)用，高過載能力，適用于窯應(yīng)用。

6.改造效果及性能評(píng)價(jià)（Result and evaluation）

    華能珞璜電廠＃5機(jī)凝泵變頻器改造，于2008年8月11日開工，9月3日調(diào)試完成。9月10日開機(jī)，運(yùn)行觀察幾天后，電廠發(fā)電部反映節(jié)能效果明顯。

    現(xiàn)結(jié)合改造前和改造后凝泵電機(jī)的電流，來(lái)簡(jiǎn)要計(jì)算＃5機(jī)凝泵的節(jié)能效果。



    從表中可以看出，在發(fā)電機(jī)的負(fù)載不高于500MW情況下，凝泵變頻器節(jié)電率高于都高于40%，既便發(fā)電機(jī)滿發(fā)，節(jié)電率也高達(dá)34％。

    ＃5機(jī)變頻器安裝在三期汽機(jī)房?jī)?nèi)，沒有專門修建房間，也沒有配空調(diào)制冷，所以節(jié)電率是凈的節(jié)電率。

    華能珞璜電廠一期機(jī)組（＃1機(jī)、＃2機(jī)）和二期機(jī)組（＃3機(jī)、＃4機(jī)）都是成套引進(jìn)法國(guó)ALSTOM的360MW機(jī)組，三期機(jī)組（＃5機(jī)、＃6機(jī)）是國(guó)產(chǎn)600MW機(jī)組。

    在＃5機(jī)凝泵變頻器改造之前，電廠已經(jīng)在一、二期機(jī)組的凝泵和引風(fēng)機(jī)上進(jìn)行了變頻控制改造，都為變頻器修建了專門的房間，配備了制冷空調(diào)。一個(gè)變頻器房間的設(shè)計(jì)修建費(fèi)用需10－15萬(wàn)元人民幣，空調(diào)按凝泵電機(jī)容量的3％考慮，那么＃5機(jī)2200KW的電機(jī)，需配備30匹的空調(diào)，按市場(chǎng)價(jià)買三臺(tái)10匹的空調(diào)，約需6萬(wàn)元人民幣。

    假設(shè)機(jī)組年平均運(yùn)行小時(shí)按5000小時(shí)計(jì)算，其中三分之二時(shí)間使用空調(diào)，那么30匹的空調(diào)空調(diào)耗電約20萬(wàn)度，折合人民幣7萬(wàn)元。

    再假設(shè)每年運(yùn)行5000小時(shí)都是帶500MW的負(fù)載，那么每年使用變頻器的直接節(jié)電為426萬(wàn)千瓦時(shí)，折合人民幣約150萬(wàn)元，這樣只需一年半就能收回整個(gè)變頻器改造項(xiàng)目的投資。

    這樣，＃5機(jī)凝泵變頻器不修房間，不配空調(diào)，基建費(fèi)用可省20萬(wàn)元人民幣左右。每年節(jié)約空調(diào)運(yùn)行耗電費(fèi)用7萬(wàn)元，而變頻器直接節(jié)電節(jié)約的費(fèi)用高達(dá)150萬(wàn)元人民幣。

7.結(jié)論（Conclusion）

    發(fā)電廠中的輔機(jī)是很重要的發(fā)電設(shè)備。通過對(duì)華能珞璜電廠中的冷凝泵采用ABB ACS5000中壓變頻應(yīng)用情況的統(tǒng)計(jì)分析可以看出，發(fā)電廠中冷凝泵輔機(jī)具有很大的變頻節(jié)能空間和應(yīng)用前景，尤其是國(guó)產(chǎn)機(jī)組，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院考慮的容量較保守，裕量較大，所以國(guó)產(chǎn)機(jī)組的輔機(jī)變頻改造的節(jié)能空間很大。本案例對(duì)電廠的冷凝泵進(jìn)行的變頻改造，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行測(cè)量結(jié)果表明：動(dòng)靜態(tài)性能大幅度提升，節(jié)能效果明顯，節(jié)電率超過40%。

注:本文摘自傳動(dòng)網(wǎng)