摘要：針對國內(nèi)的電力迅猛發(fā)展，為進(jìn)一步節(jié)能減排，提出了在電廠應(yīng)用中壓變頻。本文介紹了冷凝泵在電廠的運(yùn)行工況，分析了水泵的變頻節(jié)能原理。對珞璜電廠的變頻改造提出了系統(tǒng)方案，包括系統(tǒng)的動(dòng)力方案和系統(tǒng)的控制方案。著重介紹了ACS5000中壓變頻器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、技術(shù)特點(diǎn)和控制方式。最后通過電廠的實(shí)測數(shù)據(jù)證明了ACS5000中壓變頻系統(tǒng)具有很高的系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)性能，凈節(jié)電率超過40%。

關(guān)鍵字：中壓變頻器；ACS5000；直接轉(zhuǎn)矩控制；IGCT；電廠；冷凝泵

Application Analysis of ABB ACS5000 MV Drives in Luohuang Power Plant Guan Eryong1, Peng Jingtao2, Jin Shi1, Wu Shaobin2 1. ABB Beijing drive systems Co., Ltd. 100015 2. Chongqing Luohuang Power Plant of Huaneng group 402283 Abstract：For the domestic development of electrical power, MV （medium voltage） drives are proposed in power plant to deeply save energy. This paper introduces the operation condition of condensation pump and saving principle with MV drives. A system scheme including system power scheme and system control scheme, is put forward to retrofit the Luohuang power plant. This paper presents in detail the topology configuration, technical feature and control scheme of ACS5000 MV drives. According to the data in real running derived from power plant, ACS5000 MV drives is verified to be with excellent static and dynamic performance, and also save energy much more than 40%. Keyword：MV drives；ACS5000；DTC；IGCT；Power plant；Condensation pump

1.引言（Introduction）

隨著國民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，對于電力的需求日益增加，全國電力工業(yè)一直保持著快速增長的勢頭。截至2006年底，我國電力工業(yè)全國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到6.22億千瓦，同比增長20.3%。火電達(dá)到4.84億千瓦，約占總?cè)萘?7.82%，同比增長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)，每臺發(fā)電機(jī)設(shè)2×100％容量立式凝結(jié)水泵，其中一臺運(yùn)行，一臺備用。為節(jié)能降耗，降低廠用電率，2008年8月對凝泵進(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，即一臺發(fā)電機(jī)的兩臺凝泵共用一臺變頻器，通過6個(gè)旁路刀閘來切換。 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凝泵電機(jī)，這時(shí)另一臺凝泵工頻運(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。原來凝結(jié)器控制是通過調(diào)門來維持水位，改變頻后要由變頻器來控制水位，在低轉(zhuǎn)速時(shí)還得靠調(diào)門來協(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?，表明在某一轉(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)對水流的阻力，其與管路的直徑和長度、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?，表明閥門在某一開度下，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?？刂齐娫床捎媒涣?20VAC，兩路供電，自動(dòng)切換。

表1 凝泵電機(jī)參數(shù) Tab.1 motor parameter of condensation pump

表2 凝結(jié)水泵參數(shù) Tab.2 Condensation pump parameter

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。

圖2 系統(tǒng)主電路原理圖 Fig.2 System main circuit schematic diagram

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。

（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2路： 1#、2#高壓開關(guān)分閘信號：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熔斷器設(shè)計(jì)使得ACS5000變頻器具有與生俱來的高可靠性?；谥苯愚D(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。

圖3 變頻器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) Fig.3 Converter topology configuration

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。

圖4 功率單元電路圖 Fig.4 Power cell circuit diagram

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，降低了功率單元對電網(wǎng)的諧波干擾。這對改善用電設(shè)備對電網(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)簡單使得擁有的成本最低

●DTC， 無與倫比的控制性能

●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中壓開關(guān)器件。具有低開關(guān)損耗、低通態(tài)損耗、無需緩沖電路、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)使得器件對壓力不對稱的敏感程度大為降低。因此對器件安裝所需的機(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合的可靠性。

無熔斷器設(shè)計(jì) ACS5000是一種無需熔斷器保護(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)對上級電網(wǎng)或更高一級電網(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，對電網(wǎng)具有友好性。對電網(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。

圖5 電網(wǎng)側(cè)電壓電流波形 Fig.5 Network voltage and current waveform

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?/p>

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。

圖6 電機(jī)電壓電流波形 Fig.6 Motor voltage and current waveform

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)信號和處理傳動(dòng)系統(tǒng)控制和保護(hù)的電壓和電流信號。 AMC-33主控板和INT接口板均采用DSP數(shù)字信號處理器（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，來簡要計(jì)算＃5機(jī)凝泵的節(jié)能效果。 [align=center]表3 變頻改造前后的技術(shù)數(shù)據(jù) Tab.3 Electrical data before and after retrofit[/align]

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)房內(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ALSTOM的360MW機(jī)組，三期機(jī)組（＃5機(jī)、＃6機(jī)）是國產(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)，按市場價(jià)買三臺10匹的空調(diào)，約需6萬元人民幣。 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20萬度，折合人民幣7萬元。 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426萬千瓦時(shí)，折合人民幣約150萬元，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20萬元人民幣左右。每年節(jié)約空調(diào)運(yùn)行耗電費(fèi)用7萬元，而變頻器直接節(jié)電節(jié)約的費(fèi)用高達(dá)150萬元人民幣。

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，尤其是國產(chǎn)機(jī)組，國內(nèi)設(shè)計(jì)院考慮的容量較保守，裕量較大，所以國產(chǎn)機(jī)組的輔機(jī)變頻改造的節(jié)能空間很大。本案例對電廠的冷凝泵進(jìn)行的變頻改造，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際運(yùn)行測量結(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%。

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