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    微能中低压超大功率“并机”结构变频器在热电厂的应用

    2008-08-01 深圳市微能科技有限公司

    1、引言
    在国内通用低压(AC1000V以下)传动市场上,多数变频器生产厂家一般只生产315KW以下的机型,对于更大功率(355-1000KW)等级的电机,很多厂家都束手无策或者采用国外的产品,深圳微能科技公司针对市场上客户的需求以及目前国内在这一领域上的空白,组织研发力量进行研发,于2005年底先后完成了560、630、710、800、1000kW 380V及660~690V的设计。公司于06年初提供了首台380V 630kW变频器在山东招远某厂投入运行,最早投运的机器已运行两年多,实践证明现场运行稳定、可靠。这标志着微能科技公司在生产低压超大功率变频器技术方面达到了一个新的高度,也为国人在掌握这方面技术上做出有益的尝试和突破。
    2、变频调速方案介绍
      由于电机电压,变频器输入电压等级不同, 合理的电压等级选用显的至关重要,微能公司结合工程项目经验和微能变频器特性一般按如下原则选用经济合理的方案即电动机变频调速有如下三种方案:
      1)、低---低方案:AC380V,500KW以下电动机采用380V变频器+低压电动机方案。
      2)、高—低--高方案:1000kW以内的高压电动机采用,变压器+低压变频器+变压器+高压电动机方案
      3)、高---高方案:1000KW以上优选高压变频器+高压电动机方案。
     但是在国内有着许许多多的负载特别是大功率的风机和水泵功率都在315KW以上,而电压等级都是380-690V,国内变频器厂家受到功率开关器件容量限制,单个变频器的容量是十分有限的,使得国内超大功率变频器的技术发展停止不前。
    深圳微能科技公司经过研发和实践,对于实现大容量的变频器,同样也可以采用并联技术。通过多个变频器并联进行扩容,不仅可以充分利用新型IGBT开关器件的优势,减少系统的体积,降低噪声,还可以提高系统的动态响应速度,与此同时经比较高-低-高或高-高方案可节约一倍以上的成本投入。
    3、变频器并机的原理
    所谓“并机”就是用二台小功率变频器共同驱动一台大功率电机,但是交流变频器间的并联运行远比直流电源并联运行复杂,由于是逆变频率输出,必须要解决以下问题:
    1)两台或多台投入并联运行时,相互间及系统的频率、相位、幅度必须达到一致或小于容许误差时才能投入,否则会引起系统不稳定或各逆变单元间产生环流;
    2)并联工作过程中,各台变频器输出必须保持一致,否则,频率微弱差异的积累将造成系统输出幅度的周期性变化和波形畸变,相位不同使输出幅度不稳;
    3)均流要求高,均流包括有功和无功均流,即功率的平均分配包括有功功率和无功功率的平均分配;
    4)故障保护除单台变频器故障保护外,当均流或同步异常时,要将相应有故障的变频器切除,确保系统的稳定。
    解决上述问题的关键是解决均流问题,鉴于此,采用有功和无功并联控制方式,目前生产之机器均流水平均很理想,每台机器电流不均衡部分均限制在±1%额定电流范围内。微能公司集电力电子运用于电机驱动控制的专业技术,采用先进的SVPWM优化调制方法,将光电隔离/传输技术运用于变频器的控制与驱动。结合先进的电力电子器件,微能“并机”结构超大功率变频器具有技术先进、性能稳定、体积小、价位低的特点
    4、实际运用
    我们通过在福建某热电厂锅炉引风机上的实际改造来说明:
    电厂锅炉行业中,已大量对风机、水泵类进行变频改造,并取得了显著的节能效果。但其进行节能改造的低压设备大部分是315KW以下,而这次微能公司改造的是690V,560KW的交流电机。
    1)并机方案
    在该改造项目中,针对引风机驱动电机功率较大,使用微能公司最新研发的“并机”机型(就是用二台小功率变频器共同驱动一台大功率电机),其具有以下优势:
    * 不需要进行单独的结构设计; 
        * 可以大幅提高交期速度;
    * 对品质的容易控制;
    * 较高的性价比;
    并机方案示意图如下所示:



    具有如下特点:
    1)共用一个控制键盘和控制主板保证系统的频率、相位、幅度达到一致。
    2)共用输入与输出合成电抗器,保证两台变频器输出功率平衡。
    3) 共用直流母线,实现有功和无功的并联,解决均流问题
    4)每个并联运行的变频器采用全数字化控制,易于在变频器之间更好地 进行均流控制和通信,或者在变频器模块中实现复杂的均流控制算法,从而实现高可靠性、高冗余度的逆变单元并联运行系统;

    微能变频适合中国国情,具有以下产品特点:
    1)±20%电压波动设计,适用中国大型工矿企业电网状况;
    2)SVPWM优化调制技术,配合专业的波型处理电路,降低整机热损耗1/3以上,提高产品稳 定性及寿命;
    3)光电隔离技术运用在变频器控制与驱动电路中,以达到精确信号采集与控制,异常现象保护灵敏、准确;
    4)多种负载运行控制及保护,如过流、过压、过载、欠压、缺相、短路等;
    5)灵活的控制方式,如RS-485控制、PI调节、多段速度、程序控制、比例联动,控制端子 与模拟信号端子可自由编程设定,方便组成多种控制系统;

    微能变频器采用国际领先的矢量控制,具有以下性能特点:
     具有矢量控制、V/F控制切换功能,可按使用要求在V/F控制、V/F带PG、无速度传感器矢量控制、矢量控制带PG的四种模式中任选
     具有电机参数自辨识功能,负载适应能力强
     开环低速高额定转矩输出,速度控制可达100:1
     闭环零速亦可进行全转矩控制,控制范围可达1000:1
     先进的电机自动调谐功能,可使电机工作在最佳状态
     节能控制功能可使电机高效运行。配合PID调节器可实现完全的自动化运行
     滑差补偿功能可使电机稳定运行
     内置自动转矩补偿功能,有/无PG均可获得超强的启动转矩
     使用速度反馈进行速度控制,可使电机高精度稳定运行
     使用力矩控制功能,可使电机恒力矩运行
     具有故障自动复位功能,可在非实质性故障状态下连续运行
     大屏幕LCD显示,界面友好,多种参数可在线调整且具有参数拷贝功能,使用方便
     对电网污染小,可高功率运行  
    5、投资成本与回报比较
      我们已电厂560KW做投资成本分析,在通常设计中风门依然保留,以及电缆等成本不列入比较之中,以下成本分析旨在比较各方案的差异性。
      1)、风门+电动机控制 合计成本(RMB)20万

    主要设备 成本(RMB)
    560KW电动机 10万
    低压控制柜 10万
           优点:投资成本低,系统简单
      缺点:启动电流大,不节能,控制精度低,难维护,自动化程度不高。
    2)、液力耦合器+电动机 合计成本(RMB)26万
    主要设备 成本(RMB)
    560KW电动机 10万
    低压控制柜 10万
    变频器 16万
            优点:电流小,减少电网冲击,调速稳定,节能。
      缺点:投资成本高,设备维护成本高,自动化程度低,节能效果不明显。
      3)、变频器+电机 合计成本(RMB)36万
    主要设备 成本(RMB)
    560KW电动机 10万
    低压控制柜 10万
    变频器 16万
            优点:平均节能30%以上,电机软启动对电网无冲击,可靠性高,免维护,调速特性优良,机械振动小和磨损较少,保护功能完善,自动化程度高,容易实现自动调节控制和计算机通讯。
      缺点:产生一定的谐波电流,对电网和周遍设备有干扰。
      以每年运行5000小时来算,节能计算/年:500KW×5000h×30%×0.4=336000元(RMB)
      比较以上三种方案可见,从电厂工艺状况和投资回报率角度考虑,投入成本半年即可收回。低压变频方案是最经济可靠的。
    6、结束语
          国家节能部门经过实施电机设备节能减排工作,企业收效明显,相关负责人说:“大功率和超大功率变频器的市场前景日益被业内看好。变频调速的典型应用是以节能为目的的风机调速、泵类调速。而经过对使用变频器的专业技术人员和管理人员的访谈得知,目前我国大功率和超大功率变频器的主导品牌是西门子、ABB和三菱。微能自前年公司推出“并机”机型以来,一直受到市场瞩目,中、大机型的出货量持续增长,微能变频器将领导国产大功率和超大功率变频器新一轮竞争的开始 。

    参考文献:
    1.《WIN-9GV 使用说明书》


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