高压变频调速技术在发电厂节能方面的研究与应用

2013-04-24南京国电南自新能源科技有限公司

电子世界 2013年16期

南京国电南自新能源科技有限公司吴婷

在发电厂发电运行中，对于发电厂的风机以及水泵等机组设备应用变频调速技术进行调速运行控制后，能够实现对于发电厂机组设备发电运行中需要的电能进行节约减少。在实际运行中，发电厂中380伏以下的低压电动机设备已经对于变频调速技术有广泛的应用实现，以满足发电厂中的节能需求。而在发电厂生产运行中，发电厂的风机以及水泵等机组设备的生产运行，具有需求电压高以及运行功率大的特点，因此，如果在发电厂的风机以及水泵等高压机组设备中进行变频调速技术方式的应用，对于发电厂生产运行的节能需求能更加的满足，并且能够节约发电厂的发电生产与运行成本，降低发电生产运行能耗等积极作用和意义。另一方面，在实际应用中变频调速技术具有调速精度高以及启动电流小、机械振动与摩擦小、变频调速操作简单等特征优势，与其他调速方式与技术相比，在发电厂节能生产中的应用优势更加明显和突出。

1.高压变频调速技术的发展与技术特点分析

近年来，随着电力生产与应用中对于节能环保要求的提出，高压功率变化换技术在世界各国的研究与应用中越来越受重视，电力运行中高压功率变换技术也是现阶段电力电子技术的最新发展与研究的重要方向之一。结合高压变频调速技术的具体发展应用情况，先后出现了以下几种高压变频调速系统形式。

首先，最先应用的是高-低-低的高压变频调速方式，这种系统形式主要是先通过将高电压使用变压器进行降压实现后，再使用低压变频器进行低压大功率电动机的拖动运行，这种高压变频调速系统实际上并不是真正的高压变频调速技术与系统。其次，在电力生产以及运行中，还有一种比较常见高压变频调速系统形式，即高-低-高高压变频调速系统，它在进行高压设备与机组系统的调速变频实现中，主要是首先将高电压系统与设备经过变压器进行降压后，再输入低压变频器，通过低压变频器输出电压经过变压器升压后，进行高压电动机的运行拖动。这种高压变频调速技术与系统形式在实际变频调速应用中，不仅占地比较大，并且谐波比较多，需要使用滤波器进行电力保护运行。再次，还有一种高压变频系统形式被称为是高-高高压变频调速系统形式，它在进行高压变频调速运行中，主要通过专门的逆变器设备在以多个功率的开关器件串联的方式下，在系统电压比较高，并且功率开关器件的耐压比较低时，对于串联的功率开关器件需要的数量就比较多，同时逆变器的损耗就会增大，高压变频调速系统的可靠性以及效率就比较低。此外，在实际变频调速应用中高-高变频调速系统的谐波比较大，需要滤波器辅助应用，并且系统维护比较复杂。

在高压变频调速应用中，多电平高压变频调速系统也是一种应用较多，并且比较常见的高压变频调速技术形式，它也是目前高压变频调速技术中比较理想的一种技术方式。与前几种高压变频调速技术方式相比，多电平高压变频调速技术方式中功率器件的开关频率有很大的降低变化。多电平高压变频调速技术形式在进行高压的变频调速实现中，主要是在先将高压切分成为多个低压电平的情况下，再使用多电平功率逆变器将低压电平叠加合成正弦电压波形式，并随着电平数目的增加，最后合成的阶梯波形分级越多，并且合成的电压畸变就越小。在实际应用中，多电平高压变频调速方式能够运用常规的低压功率开关器件进行高压变频调速实现，并且能够从根本上解决谐波问题，避免变频调速过程中对于电动机造成损坏。

2.高压变频调速技术在发电厂节能生产应用分析

根据上述各种高压变频调速技术方法特点，结合发电厂发电生产中风机以及水泵等机组设备的运行特点，多电平高压变频调速技术方法是一种比较理想的进行风机以及水泵高压机组设备变频调速控制运行实现，满足发电厂发电需求的技术方法。

以5电平为例，在以多电平高压变频调速技术方式进行发电厂风机、水泵高压、大功率机组的变频调速运行控制中，多电平变频调速方式首先使用多绕组将变压器进行隔离，并高电压分割成多组低压，然后再利用常规的低压功率器件构成整流电流形态，同时应用逆变器进行多个低压电平叠加，合成为正弦高电压波形，进行电动机的带动运行。图1所示为5电平功率变换器的拓扑结构示意图。

图1 5电平功率变换器的拓扑结构示意图

如图1所示，应用这种多电平高压变频调速技术方式进行发电厂高压大功率机组设备的运行控制中，不仅能够提高机组设备运行中对于电压的利用效率，消除低次谐波，并且在实际运行应用中，该控制系统中的高次谐波成分比较小，不需要使用滤波器，同时，这种高压变频调速技术方式在实际应用中还能够提高真个系统的功率因数，具有比较理想的节能发电应用效果。例如，某集团动力中心在该企业动力部门的供水系统中就应用了17电平的高压变频器，进行该集团动力部门供水系统机组设备的变频调速控制运行应用，就取得了比较好的系统运行效果与综合经济效益，图2所示为该集团动力部门供水系统中应用的17电平高压变频器系统结构示意图。