摘要：按照“十二五”节能规划，国家将大力推广节能技术，重点开展节能降耗。在火电厂中，高压辅机通常都是大功率用电设备，拥有较高的电量消耗，是厂用电的主要用户，容易造成能源浪费。近几年来，高压变频器在火电厂大功率辅机中得到了广泛运用，取得了较好的节能效果。
关键词：变频技术；发电厂；风机控制；设计；应用
引言
在如今的各大工业领域中，变频调速技术取得了相当广泛的应用，节能效果十分显著，借助于本文的研究成果，能有效降低风机运行电耗，能实现变频器启动、停运、变频切工频，与机组运行相关的连锁保护控制；能有效降低变频器故障状况下切换到工频运行时对发电机组稳定运行的影响；能切实提高机组自动化控制水平、保障发电机组安全稳定运行、降低机组发电能耗，提升发电企业的核心竞争力。
1变频调速技术在火力发电厂中应用前景
变频调速技术由电机定子线圈中电源的频率，可由变频器进行调节后对输入频率进行适当下降，其电机的同步转速也会逐渐降低，通过改变电机频率、电压实现电机转速调速功能。输入端的交流电进入变频系统，将由整流系统整流为直流电，再经逆变装置把直流电逆变为可调节频率的交流电，提供给交流电机使用，以实现电机转速达到我们的预想值。在当今国内电网发展的新形势下，火力发电厂运行成本高居不下，降低发电单耗、节能环保，提高发电企业经济效益是企业生存、发展的方向。对于一些相对陈旧的运行设备，可通过相应的技术改造，将有效的降低厂用电，发电单耗得以下降，使火力发电厂的盈利水平得以明显提高。火力发电厂的高压电机可通过变频调速技术进行软启动，使电机启动电流由零渐进升起，平滑、缓慢升至额定电流，不会瞬时出现巨大的启动电流，电机转速由频率增加而缓慢提升，将不会出现转速突然上升现象，设备正常后依据机组负荷要求，由运行人员通过改变变频装置输入频率来改变电机转速，将电机运行工况得以改善，实现节能、降秏的目的。
2高压变频技术基本原理
2.1高压变频调速结构及其原理
高压变频调速系统的结构由移相变压器、功率单元和控制器、配套旁路柜组成。6kV系列有15个功率单元，每5个功率单元串联构成一相；6.6kV系列有18个功率单元，每6个功率单元串联构成一相；lOkV系列有24个功率单元，每8个功率单元串联构成一相。高压变频调速系统采用功率单元串联技术解决器件耐压问题，多级串联PWM信号移相后叠加，减少了输出侧谐波、降低输出电压的dv/dt；通过电流多重化技术减少对电网反馈的谐波，减小对电网的谐波污染；主控制器采用数字信号处理器、可编程门阵列为核心，配合数据采集单元、单元控制器和光纤通信回路以及可编程逻辑控制器（PLC）构成控制系统。
2.2变频器功率单元结构
变频器各功率单元具有完全相同的结构，有互换性。功率单元主要由输入熔断器、三相全桥式整流器、电容器组、工GBT逆变桥构成，同时还包括电源、驱动、保护监测、通讯等组件组成的控制电路。其电路结构为基本的交一直一交单相逆变电路，整流侧为二极管三相全桥，通过对工GBT逆变桥进行正弦PWM控制。
2.3烟风系统主要设备技术参数
发电厂300MW循环流化床机组采用亚临界、一次中间再热、单汽包自然循环、单炉膛、平衡通风、汽冷式旋风分离器、露天布置的循环流化床锅炉。烟风系统主要配置有两台一次风机、两台二次风机、三台高压流化风机、两台动叶可调轴流式引风机。
2.4变频器控制电源设计
变频器的控制电源是影响变频器工作可靠性一个因素，变频器核心控制采用PLC或微处理器，其工作电源应稳定可靠且保证变频器正确记录各类事件信号。大多数高压变频器的控制电源采用双路外供电源+UPS供电方式，但相应增加UPS供电的回路，增加维护工作量与回路复杂性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆结合发电厂工艺特点及一、二次风机技术参数，对控制电源采用一路现场提供控制电源AC380V，一路专门设计的由移相变压器附加绕组输出一组电源AC380V，实时冗余热备份，两路控制电源之间无切换时间，以保证变频器控制电源及变频器柜顶冷却风机电源供电。只要变频器高压主电源存在、变频器就会保持持续工作，不会因控制电源掉电而停机。当控制电源和高压主电源均掉电后，系统仍然能够通过超级电容供电保证变频器安全停止，最大限度提高系统的可用性。同时，为提高变频器供电电源系统可靠性，将由现场为每台变频器提供一路三相380V控制电源采用供电可靠性更高的机组保安段电源提供。
3风机变频改造的实际应用效果
3.1一次风机变频改造后的节能效果
利用该设计原理对公司的机组实行变频调速改造后，系统的工作状态比较稳定，节能效果显著，笔者将改造的机组A、B一次风机与未进行改造的机组A、B一次风机同时运行一段时间后进行相关参数的统计和对比分析，发现经过改造后的风机节能效果比较理想，为企业节约了大量的经济成本，具有显著的经济效益。
3.2一次风机进行变频改造后的优缺点
变频改造后的优缺点如下。
3.2.1改造后的风机减少了风机启动时的电流冲击
一次风机的电机在启动时最大启动电流约为额定电流的７倍，其他启动方式也有好几倍，但是从技术改造后的风机启动时的负载曲线可以看出，改造后的风机启动时基本上没有电流冲击，即使电流随着转速的提高而增加，但是仍然不会超过电机的额定电流，一定程度上大大减轻了系统的维护保养的费用。
3.2.2恒压—限流充电阶段（T2）
此阶段中最大充电电流限制在允许充电电流之内，当电池最高电压等于设置值后，充电电流自动减小，当充电电流下降到规定值后，停止充电。
3.2.3电池组开路静置阶段（T3）
电池组完成整个恒流－恒压充电过程后，电池组由BMS控制进入充电回路开路静置状态，随时监测电源系统直流输出端电压，确保放电回路连通，若交流电停电，ＢＭＳ控制电池组无延迟进入放电状态。
3.2.4间歇式补充电阶段（T4）
电池组充电回路处于开路静置状态，直至容量减少到电池组充电限制电压初始容量的90%~95%SOC时，由BMS控制电池组重新进入补充电状态，补充电方式也遵循恒流－恒压充电方式。
3.2.5电池组放电过程（T5）
电池组根据负载情况提供能量，当电池最低电压或电池组端电压达到终止电压时，停止放电。集成式磷酸铁锂电池的充电过程是由BMS控制的，原有开关电源的均浮充转换条件是根据铅酸电池的特性及要求而设定。通过了解，不同铁锂电池厂家对均充周期、时长、及均浮充转换条件的设定值大不相同，且取值是参照铅酸电池设定。磷酸铁锂电池化学反应过程中不存在氧循环需求，单体电压一致性是由BMS管理控制，无需通过均充来保持一致性，这些方面与铅酸电池存在极大差别。且间歇式充电模式完全能满足铁锂电池的满容量充电需求，因此磷酸铁锂电池在开关电源上的均浮充转换条件、均充周期、均充时长等参数可不设定，避免两者重复管理。
结语
采用变频控制调节后，一次、二次风机运行电耗较挡板节流调节有大幅度的降低，节能效率在50%以上。实现了一、二次风机变频控制的变频器启动、停运、变频切工频、工频切变频，与机组运行相关的连锁保护自动化控制，切实提高机组自动化控制水平、保障发电机组安全稳定运行、降低机组发电能耗，为发电厂风机变频控制提供了参考。
参考文献：
[1]朱兆恒.火力厂热工自动化系统试验.北京：中国电力出版社，2015：185~214
[2]罗万金.电力热工过程自动调节.北京：中国水利电力出版社，2017：79~134
[3]吕传波.变频调速在火电厂中的应用[J].吉林电力技术，2017.
论文作者:李薇,雷集晴
论文发表刊物:《基层建设》2019年第22期
论文发表时间:2019/10/30
标签：风机论文; 变频器论文; 电源论文; 机组论文; 电池组论文; 电流论文; 电机论文; 《基层建设》2019年第22期论文;