高压变频技术在洛阳双源热电有限责任公司节能改造中的应用
日期：2008-10-22 23:30:01 来源：中国自动化网
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1 引言
随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的发展，电气传动技术正经历着比较大的革新。工业生产领域大量使用的高压感应异步电动机，已经可以进行直接的电子控制，即由原来的改变其它机械环节的控制方法到直接改变供给的交流电源的频率和幅值的变压变频控制方法，进行速度调节和位移控制，从而可以提高生产工艺水平，降低能源消耗。由于高压感应电动机的耗能比例较大，因而针对它的交流变频调速技术，虽然不如低压系统那么完善，但节能效益显著。特别是在当今面临能源危机的条件下，节能降耗不仅有近期的直接经济效益，更有长远的社会效益。
采用新型高压大功率电力电子器件构成的直接“高-高”式变频器，具有结构简单，工作可靠的特点，有很好的调速、起动与制动性能。由于采用不控整流和全控器件进行开关调制，具有输入侧高功率因数、装置优良的控制性能和高的运行效率等特点。特别是通过改变送给电动机的电流的频率，在很宽的转速范围内进行高效率的转速调节，可以取得很好的节电效果，在风机和水泵的节能改造上已经得到广泛证实。
2 高压变频器的系统组成和原理
一般直接“高-高”式高压变频器可以采用公用直流母线的三电平或两电平电路结构，也可以采用悬浮供电的级连多单元串联多电平方式。洛阳双源热电有限责任公司送风机变频器就是采用的是悬浮供电的级连多单元串联多电平方式，其电路结构如图1所示。
图1多单元串联多电平系统原理图
2.1功率模块的串联
变频器是由多个功率模块串联而成，以6kV每相六模块串联为例,电压叠加如图2所示。每相由六个相同的功率模块串联而成，相电压为3464V。每个功率模块输出有效值Ve＝577V，峰值输出电压Vp= Ve＝816V。
图2 6kV变频器电压叠加示意图
2.2 功率模块的电气原理
功率模块主要由三相桥式整流器、电容器组、IGBT逆变桥构成，同时还包括驱动、保护、监测、通讯等组件组成的控制电路。通过控制IGBT的工作状态，输出PWM电压波形。如图3所示。
图3 变频器功率模块图
各功率模块具有完全相同的结构，有互换性。将每相N个功率模块的输出电压叠加，产生多重化的相电压波形，使相电压产生出2N+1个电压台阶，图4所示的是六个功率模块输出的PWM波形及叠加之后的相电压波形图。
图4 变频器的模块输出波形及相电压叠加波形
2.3移相变压器
移相变压器电气原理图如图5所示: 变压器（以6kV变频器输入变压器为例）原边绕组为6kV, 副边共十八个绕组分为三相。每个绕组为延边三角形接法，分别有±5o 、±15o 、±25o 等移相角度，每个绕组接一个功率模块。这种移相接法可以有效地消除35次以下的谐波。因此，采用移相变压器进行隔离降压，使得输入侧功率因数在0.96以上，不会对电网造成超过国家标准的谐波干扰。
图5 移相变压器电气原理图
2.4 IGBT驱动原理
在MLVERT-D变频器的功率模块中，使用高性能、智能化的专用IGBT驱动模块对主控系统输出的PWM控制信号进行隔离、缓冲处理后，使弱电信号（TTL电平）能够驱动高压回路中的大功率IGBT器件，输出装置需要的SPWM电压。
驱动模块辅助功能还包括：对IGBT进行短路、过流、欠压监测和保护。当负载或功率模块一旦出现短路、过流、欠压等方面故障，驱动模块将故障信号上传到主控系统，主控系统的微处理器将根据故障类型进行辨别处理后，发出命令使驱动模块停止工作，禁止该功率模块的输出。与此同时主机中故障处理控制逻辑还会根据故障类型进行更进一步判断，以决定系统是否发生真正的故障，以便系统采取报警停机或继续运行，以保护变频器与配电系统的安全，不至于造成更大的故障和更大的经济损失。
2.5 输出电压波形
电压输出波形如图6所示,由波形叠加而成正弦波。
图6 电压输出波形
3 控制原理
在变频改造以前，#1炉两台送风机均采用调节风板开度的方式控制锅炉进风量，由于其电机裕量较大，因而电能的浪费特别严重，进行变频改造后，根据实际所需的风压，由DCS系统通过PID调节计算，输出4～20mA模拟电流信号发送给变频器，调节变频器运行频率，从而调节电机转速，由此控制送风量。
4 变频改造后的节能效果分析
以甲送风机为例，风机传动电机功率为710kW、额定电压6kV。其变频改造后的具体节能效果分析如附表所示：
附表 变频改造后的具体节能效果分析
5 结束语
大唐洛阳双源热电有限公司#1炉送风机采用广东明阳龙源电力电子有限公司生产的MLVERT-D高压变频器进行了技术改造，取得了很好的应用效果，节约了电能，降低了运行成本，有较好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1> 黄立培. 电动机控制. 北京:清华大学出版社,2003
[2> 胡崇岳. 现代交流调速技术. 北京:机械工业出版社2001
[3> 李永东. 交流电机数字控制系统. 北京:机械工业出版社,2003
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随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的发展，电气传动技术正经历着比较大的革新。工业生产领域大量使用的高压感应异步电动机，已经可以进行直接的电子控制，即由原来的改变其它机械环节的控制方法到直接改变供给的交流电源的频率和幅值的变压变频控制方法，进行速度调节和位移控制，从而可以提高生产工艺水平，降低能源消耗。由于高压感应电动机的耗能比例较大，因而针对它的交流变频调速技术，虽然不如低压系统那么完善，但节能效益显著。特别是在当今面临能源危机的条件下，节能降耗不仅有近期的直接经济效益，更有长远的社会效益。
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采用新型高压大功率电力电子器件构成的直接“高-高”式变频器，具有结构简单，工作可靠的特点，有很好的调速、起动与制动性能。由于采用不控整流和全控器件进行开关调制，具有输入侧高功率因数、装置优良的控制性能和高的运行效率等特点。特别是通过改变送给电动机的电流的频率，在很宽的转速范围内进行高效率的转速调节，可以取得很好的节电效果，在风机和水泵的节能改造上已经得到广泛证实。
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2 高压变频器的系统组成和原理
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一般直接“高-高”式高压变频器可以采用公用直流母线的三电平或两电平电路结构，也可以采用悬浮供电的级连多单元串联多电平方式。洛阳双源热电有限责任公司送风机变频器就是采用的是悬浮供电的级连多单元串联多电平方式，其电路结构如图1所示。
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2.1功率模块的串联
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变频器是由多个功率模块串联而成，以6kV每相六模块串联为例,电压叠加如图2所示。每相由六个相同的功率模块串联而成，相电压为3464V。每个功率模块输出有效值Ve＝577V，峰值输出电压Vp= Ve＝816V。
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2.2 功率模块的电气原理
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功率模块主要由三相桥式整流器、电容器组、IGBT逆变桥构成，同时还包括驱动、保护、监测、通讯等组件组成的控制电路。通过控制IGBT的工作状态，输出PWM电压波形。如图3所示。
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各功率模块具有完全相同的结构，有互换性。将每相N个功率模块的输出电压叠加，产生多重化的相电压波形，使相电压产生出2N+1个电压台阶，图4所示的是六个功率模块输出的PWM波形及叠加之后的相电压波形图。
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2.3移相变压器
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移相变压器电气原理图如图5所示: 变压器（以6kV变频器输入变压器为例）原边绕组为6kV, 副边共十八个绕组分为三相。每个绕组为延边三角形接法，分别有±5o 、±15o 、±25o 等移相角度，每个绕组接一个功率模块。这种移相接法可以有效地消除35次以下的谐波。因此，采用移相变压器进行隔离降压，使得输入侧功率因数在0.96以上，不会对电网造成超过国家标准的谐波干扰。
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2.4 IGBT驱动原理
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2.5 输出电压波形
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3 控制原理
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4 变频改造后的节能效果分析
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以甲送风机为例，风机传动电机功率为710kW、额定电压6kV。其变频改造后的具体节能效果分析如附表所示：
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5 结束语
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大唐洛阳双源热电有限公司#1炉送风机采用广东明阳龙源电力电子有限公司生产的MLVERT-D高压变频器进行了技术改造，取得了很好的应用效果，节约了电能，降低了运行成本，有较好的经济效益和社会效益。
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参考文献：
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[1> 黄立培. 电动机控制. 北京:清华大学出版社,2003
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[2> 胡崇岳. 现代交流调速技术. 北京:机械工业出版社2001
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[3> 李永东. 交流电机数字控制系统. 北京:机械工业出版社,2003
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