高壓交流變頻調速技術(shù)是上世紀90年代迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型電力傳動(dòng)調速技術(shù)，主要用于交流電動(dòng)機的變頻調速，其技術(shù)和性能勝過(guò)其它任何一種調速方式（如降壓調速、變極調速、滑差調速、內反饋串級調速和液力耦合調速）。變頻調速以其顯著(zhù)的節能效益、高精確的調速精度、寬范圍的調速范圍、完善的電力電子保護功能，以及易于實(shí)現的自動(dòng)通信功能，得到了廣大用戶(hù)的認可和市場(chǎng)的確認，在運行的安全可靠、安裝使用、維修維護等方面，也給使用者帶來(lái)了極大的便利和快捷的服務(wù)，使之成為企業(yè)采用電機節能方式的首選。

　　山東德州滬平永發(fā)造紙集團有限公司始建于1987年,其前身系平原縣板紙廠(chǎng),1992年與香港永發(fā)印務(wù)有限公司合資組建德州滬平永發(fā)造紙有限公司，是平原縣首家合資企業(yè)。公司位于三國古城平原縣城西10km,西鄰105國道3km,位置優(yōu)越,交通便利。公司占地面積148萬(wàn)m2，員工1880人，資產(chǎn)總額7.3億元，其中固定資產(chǎn)5.5億元。建有8條高強瓦楞原紙生產(chǎn)線(xiàn)（另有在建3條），采用亞銨法半化學(xué)漿制漿工藝，以麥草和進(jìn)口廢紙為原料，現年設計生產(chǎn)能力20萬(wàn)噸（在建工程投產(chǎn)后年設計生產(chǎn)能力將達30萬(wàn)噸），配套建設18MW熱電廠(chǎng)和35KV變電站，同時(shí)配建4萬(wàn)m3/d懸掛鏈式深層曝氣廢水生化處理工程和300t/d臥管式黑液噴膜蒸發(fā)站（六體五效）工程，以制漿黑液為原料生產(chǎn)黏合劑和干粉，年產(chǎn)量約10萬(wàn)噸。公司年銷(xiāo)售收入近10億元，年利稅超億元，是山東省內集制漿、造紙、發(fā)電、治污、廢液綜合開(kāi)發(fā)利用于一體的規模較大的重點(diǎn)造紙企業(yè)。

    2.變頻節能改造項目

　　該自備發(fā)電廠(chǎng)中的風(fēng)機、水泵配置的電動(dòng)機基本上都是250kW至400KW的高壓電動(dòng)機，因此變頻變流量節能應用都需要高壓變頻器。但生產(chǎn)流程中處在不同位置的風(fēng)機或水泵，和高壓變頻器組成的控制系統跟蹤的目標是不同的，節能的效果也是不同的。

火力發(fā)電廠(chǎng)生產(chǎn)流程示意圖

　　如圖中的循環(huán)水泵8。因冷卻水受發(fā)電負荷、氣候的影響，冷卻水溫會(huì )發(fā)生變化，從而影響冷凝器4的冷凝壓力并波及汽輪機3的出力和效率，即影響發(fā)電機18的出力和效率，因此循環(huán)水泵8和高壓變頻器組成的控制系統應當跟蹤的是冷凝器4的冷凝壓力，以克服發(fā)電負荷、氣候變化對發(fā)電效率的影響，保持發(fā)電機組在變工況的高效運行，同時(shí)由于控制系統能夠根據發(fā)電出力和氣候變化自動(dòng)調節冷卻水量，冷卻泵8也以最小的能耗，實(shí)現了發(fā)電系統的高效運行，自身也得到了最大的節能效果。

　　又如，圖中的引風(fēng)機17，分析它和變頻器構成的控制系統跟蹤的應是鍋爐爐膛21的負壓恒定，以保證在發(fā)電變負荷、大氣壓力隨氣候變化時(shí)變鍋爐的高效燃燒，從而保持發(fā)電系統變工況時(shí)的高效運行。

　　再如，圖中的送風(fēng)機15，分析它和變頻器、蒸汽用量傳感器、煤量傳感器構成的復合控制系統跟蹤的應是鍋爐燃燒的風(fēng)煤比，以保證在發(fā)電變負荷、大氣壓力隨氣候變化時(shí)鍋爐的高效燃燒，從而保持發(fā)電系統的高效運行。

　　分析引風(fēng)機17和送風(fēng)機15的變頻變流量控制系統都基本上是定壓變流量系統，這是風(fēng)機、水泵節能工程中最常用的模式。雖然從理論上可以證明定壓變流量節能模式是不節能的，但如果它服從整個(gè)發(fā)電系統高效運行的整體目標，以最小的代價(jià)實(shí)現整個(gè)發(fā)電系統的高效運行，發(fā)電系統總體上仍是節能的，它為系統的整體節能目標做出了貢獻，也就發(fā)揮了變頻器的極致作用，取得了優(yōu)良的節能效果。同時(shí)由于風(fēng)機、水泵配置容量比實(shí)際的需求容量普遍偏大（至少大30%），變頻器的使用也有掩蓋這個(gè)缺點(diǎn)取得“遮丑”的節能效果。

    3.自備發(fā)電廠(chǎng)中的風(fēng)機、水泵改造過(guò)程簡(jiǎn)述

　　近兩年，高壓變頻器發(fā)展迅猛，涌現出生產(chǎn)高壓變頻器的大小廠(chǎng)數十家。但是，各廠(chǎng)家的主拓撲結構都相差無(wú)幾。通過(guò)各種途徑的考察與比較，山東德州滬平永發(fā)造紙集團有限公司最終選擇深圳英威騰電氣股份有限公司的自主研發(fā)、生產(chǎn)的多單元串聯(lián)的高─高形式的CHH100系列高壓變頻器， 在2008年09月在該自備發(fā)電廠(chǎng)中的風(fēng)機、水泵配置的電動(dòng)機安裝高壓變頻器, 進(jìn)行變頻節能改造，都取得良好的節能效果，下面對改造情況作一簡(jiǎn)單介紹。

　　1.為減小安裝成本，動(dòng)力電纜保留了原高壓柜至電機的電纜，將電纜原接線(xiàn)由高壓柜牽至高壓變頻器，再重新由高壓柜到高壓變頻器敷設一根動(dòng)力電纜，由于高壓變頻器房緊鄰高壓室，此電纜長(cháng)度較短。

　　2.高壓變頻器具有遠程和本機控制功能。本機控制時(shí)通過(guò)高壓變頻器控制柜上觸摸屏可就地人工啟動(dòng)、停止高壓變頻器，可以調整電機轉速、頻率。遠程控制放在控制室，設有操作臺和上位機，由配電工操作控制。通過(guò)上位機配電工可以隨時(shí)了解設備的運行情況，通過(guò)操作臺可實(shí)現對高壓變頻器進(jìn)行簡(jiǎn)單的遠方操作。配電工可以根據工況自由選定高壓變頻器“手動(dòng)/自動(dòng)”調速運行。

　　3.系統要求控制的壓力值由手操器給定（4～20mA電流信號），母管壓力反饋信號經(jīng)壓力變送器檢測后，再由DCS供給。壓力比較和PID運算均由DCS完成，其變換出來(lái)信號作為變頻器給定信號，以控制電動(dòng)機轉速，使管網(wǎng)的壓力穩定在壓力設定值上，達到自動(dòng)跟蹤管網(wǎng)壓力的目的。同時(shí)，通過(guò)變頻器的模擬量輸出接口將管網(wǎng)壓力、實(shí)際電壓、電流、頻率反饋到DCS監控系統上。變頻器仍然作為一個(gè)執行機構，類(lèi)似擋板特性，只是時(shí)間系數需要重新調整，這種調節方式比較簡(jiǎn)便合理，只需要DCS根據以往的工頻調節方式增加變頻調節回路，以前的工頻擋板控制方式繼續保留備用。

    4.自備發(fā)電廠(chǎng)中的風(fēng)機、水泵變頻調速節能分析計算

　　1.風(fēng)機水泵變頻調速的節能原理

　　當采用變頻調速時(shí)，可以按需要升降電機轉速，改變風(fēng)機水泵的性能曲線(xiàn)，使風(fēng)機水泵的額定參數滿(mǎn)足工藝要求，根據風(fēng)機水泵的相似定律，變速前后流量、壓力、功率與轉速之間的關(guān)系為：

　　Q1/Q2=N1/N2

　　H1/H2=（N1/N2） ?

　　P1/P2= （N1/N2）?

　　Q1、H1、P1—風(fēng)機水泵在N1轉速時(shí)的流量、壓力、功率

　　Q2、H2、P2—風(fēng)機水泵在N2轉速時(shí)相似工況下的流量、壓力、功率

　　假如轉速降低一半，即：N2/N1=1/2，則P2/P1=1/8，可見(jiàn)降低轉速能大大降低軸功率達到節能的目的。當轉速由N1降為N2時(shí)，風(fēng)機水泵的額定工作參數Q、H、P都降低了。但從效率曲線(xiàn)л-Q看，Q2與Q1點(diǎn)的效率值基本是一樣的。也就是說(shuō)當轉速降低時(shí)，額定工作參數相應降低，但效率不會(huì )降低，有時(shí)甚至會(huì )提高。因此在滿(mǎn)足操作要求的前提下，風(fēng)機水泵仍能在同樣甚至更高的效率下工作。

　　降低了轉速，流量就不再用關(guān)小閥門(mén)來(lái)控制，閥門(mén)始終處于全開(kāi)狀態(tài)，避免了由于關(guān)小閥門(mén)引起的壓力損失增加，也就避免了總效率的下降，確保了能源的充分利用。

　　工頻50Hz電網(wǎng)直接啟動(dòng)，對電網(wǎng)和機械沖擊較大，聲響很大，估算其啟動(dòng)一次的損耗WS=0.5JωO2（1+R1/R2）TM/ TM- TL，風(fēng)機水泵負載的平方轉矩特性與異步電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)的機械特性曲線(xiàn)部分相似，可以TM/ TM- TL =1計。而變頻軟起動(dòng)損耗很小，只有上述WS的1/10，則每年的起動(dòng)節能也是很可觀(guān)的。

　　當采用變頻調速時(shí)，50Hz滿(mǎn)載時(shí)功率因數為接近1，工作電流比電機額定電流值要低許多，這是由于變頻裝置的內濾波電容產(chǎn)生的改善功率因數的作用，可以為電網(wǎng)節約容量20%左右。

　　2. 自備發(fā)電廠(chǎng)中的風(fēng)機、水泵高壓變頻調速節能分析計算

　?。?）設備參數

　?。?）發(fā)電機不同負荷下風(fēng)機運行參數統計

　?。?）風(fēng)機水泵節能效果分析計算

　　工頻情況的功率計算：

　　由于在運行過(guò)程中，爐側需根據機組負荷變化的要求同時(shí)調整A、B風(fēng)機水泵完成過(guò)程控制量的調節，且A、B風(fēng)機水泵運行性能指標一致;因此可以對A、B引風(fēng)機運行數據分別合并處理。并且采用流量百分比和擋板開(kāi)度之間關(guān)系的變化趨勢曲線(xiàn)對風(fēng)機水泵的變頻功耗進(jìn)行推倒。

　　Pd：電動(dòng)機功率;U：電動(dòng)機輸入電壓;I：電動(dòng)機輸入電流;COSφ：功率因數。計算公式：Pd=1.732×U×I×COSφ?，F取14、17MW負荷點(diǎn)的平均開(kāi)度百分比和電動(dòng)機總功率數據對100%開(kāi)度情況下的總耗電功率數據特性趨勢進(jìn)行計算，并且推測出100%開(kāi)度情況下的總耗電功率值,即：100%擋板開(kāi)度電動(dòng)機全速運行情況下的實(shí)際總功率.

　　變頻情況下的功率計算及節電率分析：

　　風(fēng)機設備屬平方轉矩負載，其轉速N與流量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關(guān)系：Q∝N,H∝N2,P∝N3,即，流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，

　　軸功率與轉速的立方成正比。通過(guò)風(fēng)機數據，依據

　　P//Pdn=（ N // N0）3=（Q//Q0）3公式

　　可依次求得風(fēng)機在采用變頻調速運行時(shí)各負荷對應的風(fēng)機總功耗。Pdn為擋板100%全開(kāi)情況下的功率值等于P100。對于風(fēng)機負載，閥門(mén)開(kāi)度的比值可近似看成是流量的比值。

　　變頻運行情況下，較工頻運行情況下的節電率：

　　л= （Pd- Pb）/ Pd×100%。

    5.結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)廠(chǎng)網(wǎng)分開(kāi)，競價(jià)上網(wǎng)日趨激烈，如何降低發(fā)電成本、提高發(fā)電企業(yè)競價(jià)上網(wǎng)的競爭能力、加強內部管理、挖潛節能是電廠(chǎng)必須認真研究的一件大事，采用高壓變頻器對電廠(chǎng)高能耗用電設備如：送風(fēng)機、引風(fēng)機、給水泵、循環(huán)水泵等技術(shù)改造，不僅能收到直接的降低廠(chǎng)用電、降低供電煤耗，增大上電網(wǎng)電量帶來(lái)的直接經(jīng)濟效益，而且設備乃至機組的安全可靠性提高，減少機組故障帶來(lái)的隱形經(jīng)濟效益。高壓變頻器技術(shù)在發(fā)電廠(chǎng)有值得推廣應用的廣闊空間。