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合康高壓變頻器在沈陽聯(lián)美熱力供暖有限公司二分廠的供電改造

時(shí)間:2018-10-18 15:12:34來源:合康新能

導(dǎo)語:?熱力公司冬季耗電量大,由于電的能價(jià)比高,在資金有限的情況下,積極引進(jìn)節(jié)電項(xiàng)目能創(chuàng)造更大的效益,減少成本。本項(xiàng)目為合康四象限高壓變頻器能量回饋的一個(gè)應(yīng)用,能為用戶節(jié)約用電,具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

摘要:熱力公司冬季耗電量大,由于電的能價(jià)比高,在資金有限的情況下,積極引進(jìn)節(jié)電項(xiàng)目能創(chuàng)造更大的效益,減少成本。本項(xiàng)目為合康四象限高壓變頻器能量回饋的一個(gè)應(yīng)用,能為用戶節(jié)約用電,具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞:變頻節(jié)能發(fā)電

一、前言

我國北方冬季時(shí)間長,熱力公司承擔(dān)著冬季供暖的任務(wù),溫暖著千家萬戶。正因如此,熱力公司冬季耗電量大,由于電的能價(jià)比高,在資金有限的情況下,積極引進(jìn)節(jié)電項(xiàng)目能創(chuàng)造更大的效益,減少成本。沈陽聯(lián)美熱力供暖有限公司二分廠供電改造項(xiàng)目為合康四象限高壓變頻器能量回饋的一個(gè)應(yīng)用,能為用戶節(jié)約用電,具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

二、改造方案

本項(xiàng)目所用變頻器為合康HIVERT-YVF10/154,矢量控制、能量回饋、四象限運(yùn)行,采用轉(zhuǎn)子帶速度反饋的矢量控制技術(shù)。由汽輪機(jī)+電機(jī)+四象限高壓變頻器構(gòu)成一套完整的發(fā)電系統(tǒng)。系統(tǒng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定控制由汽輪機(jī)按DCS指令統(tǒng)一調(diào)度。變頻器接收來自本地或上位機(jī)的給定和邏輯指令,根據(jù)這些指令,由變頻控制自動(dòng)完成發(fā)電運(yùn)行的過程。變頻器采用反力矩方式控制發(fā)電。

圖1現(xiàn)場系統(tǒng)拓?fù)鋱D

在該項(xiàng)目中監(jiān)視器主要包含三方面:上位通訊數(shù)據(jù)交換、實(shí)現(xiàn)功率閉環(huán)功能、系統(tǒng)保護(hù);控制器主要實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)功能:轉(zhuǎn)速啟動(dòng)、反力矩方式控制、防反轉(zhuǎn)功能。

2.1功率開環(huán)/閉環(huán)控制

開環(huán)控制:上位機(jī)給定系統(tǒng)發(fā)電量,監(jiān)視器采用接口板所采集的變頻器輸入功率作為反饋信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)。

閉環(huán)控制:上位機(jī)給定變電所進(jìn)線功率目標(biāo)值,然后通過通信將變電所進(jìn)線功率的實(shí)時(shí)采樣值傳輸給監(jiān)視器,監(jiān)視器將其作為反饋值進(jìn)行閉環(huán)PI調(diào)節(jié)。

因此開環(huán)控制與閉環(huán)控制所采用的控制模式是一樣的,但是采用的輸入值與反饋值存在區(qū)別。

監(jiān)視器功率閉環(huán)控制框圖如下所示:

圖2功率閉環(huán)控制框圖

2.2系統(tǒng)保護(hù)功能包括:

(1)廠用電速降功率:

當(dāng)變電所進(jìn)線功率小于廠用電速降功率時(shí),則系統(tǒng)進(jìn)入斜坡停車狀態(tài),變頻器減小發(fā)電功率,防止超發(fā)。

(2)廠用電速停功率

當(dāng)變電所進(jìn)線功率小于廠用電立停功率后,變頻器立即停車,停止發(fā)電。

通常設(shè)置時(shí),廠用電速降功率>廠用電立停功率。

(3)汽輪機(jī)最低轉(zhuǎn)數(shù)

當(dāng)變頻器所測轉(zhuǎn)速小于汽輪機(jī)最低轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)置值后,系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入斜坡停車狀態(tài),變頻器減小發(fā)電量。當(dāng)變頻器所測轉(zhuǎn)速不再小于汽輪機(jī)最低轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)置值,則自動(dòng)恢復(fù)至正常狀態(tài)。其中還包括汽輪機(jī)停機(jī)轉(zhuǎn)數(shù),當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)小于某一轉(zhuǎn)數(shù),則變頻器立刻停機(jī),當(dāng)前設(shè)置為300rpm。

(4)通訊故障保護(hù)

閉環(huán)運(yùn)行狀態(tài)下,當(dāng)檢測到系統(tǒng)發(fā)生通訊斷線(通過心跳位進(jìn)行判斷),則變頻器側(cè)將自動(dòng)由閉環(huán)運(yùn)行狀態(tài)切換至開環(huán)運(yùn)行狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行。

2.3系統(tǒng)限制功能

(1)轉(zhuǎn)矩限制功能

轉(zhuǎn)矩限制值包括用戶在DCS直接設(shè)置的轉(zhuǎn)矩限制值以及伺服電流限制邏輯計(jì)算得到的轉(zhuǎn)矩限制值。對(duì)于用戶在DCS直接設(shè)置的轉(zhuǎn)矩限制值。當(dāng)系統(tǒng)反饋值還未達(dá)到系統(tǒng)給定值時(shí),如果轉(zhuǎn)矩輸出值達(dá)到限制值后,將以限制值作為輸出。比如,開環(huán)運(yùn)行狀態(tài)下,當(dāng)轉(zhuǎn)矩限制為30%時(shí),如果尚未達(dá)到給定量,則PI輸出一直限制在30%,分別在積分值與PI輸出處進(jìn)行限制。但是有一點(diǎn),假如運(yùn)行情況下轉(zhuǎn)矩限制值為30%,此時(shí)上位機(jī)修改轉(zhuǎn)矩限制值為20%,需要斜坡下降到20%,不能直接到20%,防止汽輪機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速巨大波動(dòng)。

汽輪機(jī)汽門開度(伺服電流反饋值)達(dá)到汽輪機(jī)汽門開度限制值(伺服電流設(shè)定值)后,計(jì)算得出的當(dāng)前轉(zhuǎn)矩輸出值。轉(zhuǎn)矩限制邏輯中,將以較小的數(shù)值為準(zhǔn)。

(2)發(fā)電量限制功能

發(fā)電量限制值由用戶直接在上位機(jī)上設(shè)定。開環(huán)狀態(tài)時(shí),發(fā)電量限制由變頻器輸入功率直接進(jìn)行判斷。當(dāng)變頻器輸入功率絕對(duì)值達(dá)到發(fā)電量限制值時(shí),則將給定信號(hào)進(jìn)行限制。閉環(huán)狀態(tài)時(shí),給定值為進(jìn)線功率目標(biāo)值,反饋值為實(shí)際進(jìn)線功率。此時(shí)的發(fā)電功率限制值,同樣與變頻器輸入功率進(jìn)行比較,變頻器輸入功率的絕對(duì)值達(dá)到發(fā)電功率限制值后,需要對(duì)進(jìn)線功率目標(biāo)值進(jìn)行修正。

例如:進(jìn)線功率目標(biāo)值=500kW;當(dāng)前變電所實(shí)際進(jìn)線功率=1000kW;發(fā)電功率限制值為300kW。當(dāng)變頻器輸入功率達(dá)到-300kW時(shí),進(jìn)線功率目標(biāo)值將自動(dòng)調(diào)整至700kW。

2.4其它功能

(1)開環(huán)、閉環(huán)狀態(tài)自由平滑切換

閉環(huán)運(yùn)行狀態(tài)下,如果遇到通訊故障,則自動(dòng)切換到開環(huán)運(yùn)行狀態(tài),等通訊恢復(fù)后,在用戶DCS監(jiān)控界面可以直接切換至閉環(huán)狀態(tài)。正常運(yùn)行情況下,用戶也可以在DCS監(jiān)控界面對(duì)控制狀態(tài)進(jìn)行隨意切換。

(2)斜坡停車功能

斜坡停車狀態(tài)下,系統(tǒng)發(fā)電量將以斜坡形式緩慢降落,以防止汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)。若斜坡停車期間再次按下運(yùn)行按鈕,則系統(tǒng)重新開始運(yùn)行。

2.5轉(zhuǎn)速啟動(dòng)

轉(zhuǎn)速啟動(dòng)又為:“飛車啟動(dòng)”,即在電機(jī)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下啟動(dòng)。變頻器轉(zhuǎn)速啟動(dòng)存在于轉(zhuǎn)速啟動(dòng)與轉(zhuǎn)矩控制啟動(dòng)兩種方式中。在啟動(dòng)變頻器前控制器一直檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)速,一旦接到啟動(dòng)命令,變頻器立即輸出該轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)的頻率,并在此頻率基礎(chǔ)上加減轉(zhuǎn)速或者加減轉(zhuǎn)矩,直到達(dá)到給定數(shù)值。

2.6反力矩方式控制

反力矩方式控制即通常所說的轉(zhuǎn)矩控制方式。本系統(tǒng)為汽輪機(jī)+電機(jī)+四象限高壓變頻器構(gòu)成的發(fā)電系統(tǒng),以此變頻器運(yùn)行在第四象限,即轉(zhuǎn)矩給定方向與系統(tǒng)轉(zhuǎn)速方向相反。

圖3四象限運(yùn)行圖

2.7防反轉(zhuǎn)功能

防反轉(zhuǎn)功能:通常情況下,由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在軸瓦內(nèi)旋轉(zhuǎn)需要油膜,否則就會(huì)燒損,但是油膜形成需要條件之一就是有油楔,因?yàn)橛托ㄊ菃蜗虻?,長時(shí)間反轉(zhuǎn)會(huì)燒損軸瓦,故汽輪機(jī)一般不能反轉(zhuǎn)。當(dāng)主軸動(dòng)力源消失,變頻器轉(zhuǎn)矩輸出不變的情況下會(huì)將系統(tǒng)拖到反向最大轉(zhuǎn)速。因此,控制器做出如下處理:

監(jiān)視器設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行最低頻率(絕對(duì)值),當(dāng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速運(yùn)行至最低頻率時(shí),變頻器將系統(tǒng)轉(zhuǎn)速維持在最低頻率運(yùn)行。這么做存在著弊端:如果變頻器處于電動(dòng)狀態(tài),將會(huì)維持在最小頻率,到達(dá)不了最高頻率限制。

系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中,汽輪機(jī)先行運(yùn)轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速通常設(shè)定在1000rpm-1400rpm區(qū)間,變頻器飛車啟動(dòng)去匹配汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速,而且處于發(fā)電狀態(tài),因此不會(huì)存在運(yùn)行于最低限制頻率。當(dāng)汽輪器主動(dòng)力源消失,系統(tǒng)轉(zhuǎn)速下降,維持在最低限制頻率,達(dá)到防止反轉(zhuǎn)功能。同時(shí),監(jiān)視器檢測實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速,當(dāng)轉(zhuǎn)速低于最低頻率,則進(jìn)行停機(jī)處理并報(bào)故障。

三、合康高壓變頻器主要技術(shù)規(guī)范

3.1設(shè)備參數(shù)

電機(jī)的基本參數(shù):

變頻器主要技術(shù)性能指標(biāo):

3.2變頻器工藝簡介

1.變頻器內(nèi)部通訊采用光纖連接,以提高通訊速度和抗干擾能力,變頻器內(nèi)部強(qiáng)弱電信號(hào)分開置光電隔離、鐵殼屏蔽,對(duì)本體控制系統(tǒng)就地控制柜沒有諧波影響,柜內(nèi)設(shè)有屏蔽端子和接地設(shè)施。變頻器裝置冷卻系統(tǒng)可靠,考慮沉余配置。單臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)故障不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行,并報(bào)警遠(yuǎn)傳到控制室。每一套冷卻裝置拆裝方便,并不影響變頻裝置的安全可靠運(yùn)行。

2.變頻裝置提供電動(dòng)機(jī)所需的過載、過流、過壓、欠壓、過熱、缺相保護(hù)以及進(jìn)線變壓器的保護(hù)和變頻器過載,變頻器過熱等保護(hù)功能。

3.變頻裝置動(dòng)力電源和控制電源分開供電,動(dòng)力電源為變頻調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)部供電,控制電源獨(dú)立于動(dòng)力電源系統(tǒng)。控制電源故障時(shí),變頻器不能立即停機(jī),能保持運(yùn)行半小時(shí)以上,以便維護(hù)人員處理電源故障。變頻器自備UPS,可維持30min。變頻器可在輸出不帶電機(jī)的情況下進(jìn)行空載調(diào)試,也可在使用380VAC進(jìn)行控制調(diào)試。

四、經(jīng)濟(jì)效益分析:

現(xiàn)場情況:9臺(tái)100t鍋爐,平時(shí)3臺(tái)備用,11月份運(yùn)行4臺(tái),以此類推,12月份運(yùn)行5臺(tái),1月份最冷月份6臺(tái)鍋爐全運(yùn)行。

未使用發(fā)電系統(tǒng)用電情況如下表:

使用發(fā)電系統(tǒng)后節(jié)能計(jì)算:

裝3臺(tái)1600kW變頻器,電機(jī)電流108A,如果滿負(fù)荷運(yùn)行1500kW/臺(tái),則每天發(fā)電量計(jì)算為:1500kW*3*24=108000度電。

通過對(duì)比可知,使用了汽輪機(jī)+電機(jī)+四象限高壓變頻器構(gòu)成的發(fā)電系統(tǒng)后,沈陽聯(lián)美熱力供暖有限公司二分電廠每天可節(jié)約了108000度電。

五、結(jié)論

由此可見:應(yīng)用汽輪機(jī)+電機(jī)+四象限高壓變頻器構(gòu)成的發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行良好,具有明顯的節(jié)電效能,在冬季用電量高時(shí),為企業(yè)節(jié)約了不少電能。采用變頻技術(shù)(反力矩控制算法)節(jié)電效果明顯,符合國家節(jié)能政策,達(dá)到了節(jié)約能源,降低廠用電量的目的,值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

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