赵明德

摘 要：近年来随着经济的发展，能源消耗问题成为我国所重点关注的问题。我国强调经济可持续发展，并且把能源节约利用作为对能源开发的一种发展方向，在火力发电厂中应用了多种节能技术。本文就在火力发电厂中应用的变频器技术作出概述，文章首先对变频器工作原理进行分析，介绍了变频器和电机的工作原理，简单介绍了控制变频器的方法和以及变频器内部结构；其次，优化设计控制方案，提高变频器技术在火力发电厂中的节能降耗表现；最后概述了在火力发电厂中变频器改造方案的作用。

关键词：变频技术；火力发电厂；节能降耗

近年来，能源使消耗问题一直是人类所关注的问题。能源不仅为人类的生存提供了能源条件，而且是经济发展和社会进步必不可缺少的。我国的能源储量虽然位居世界前列，但因为我国人口数量众多，能源人均占有量并不靠前，同时由于部分地区生产设备落后，能源利用效率比较低，造成了非常严重的污染。近年来我国积极转变经济发展方式，节约能源越来越得到大家的重视。火力发电厂作为能源消耗的重要部分，响应国家的节能源号召，越来越多的节能方式应用于火力发电厂中。在火力发电厂中应用节能技术不仅能够节约能源，而且可以提高经济效益和节约能源技术的发展，变频器节能技术在火力发电厂中得到了广泛的应用。本文就该技术进行了分析和研究。

一 变频器及电机调速原理

变频器是利用半导器件的电流通断作用来调节控制交流电动机的转速，变频器作为一种新型设备，将变频技术和微电子技术节结合起来，通过内部的主电路和控制电路实现交流—直流—交流的变换。在变频器中，主电路可以分为电压型和电流型，主电路不仅可以实现交流直流的整流电路，而且包括直流变交流的逆变电路。其中电压型可以将电压源直流变为交流，而电流型可以将电流源直流变为交流。在回路中对电流应用霍耳传感器进行检测，通过使用电容进行滤波。

开环控制和闭环控制是变频调速的两种主要控制方式。开环控制主要包含 V/F控制和转差频率控制；闭环控制主要包含矢量控制和直接转矩控制。

1 V/F控制

在异步电机中转数n和电子电源频率f以及极对数N三者中存在着相互的联系。三者相互影响，可以通过改变频率f实现对转速的调节，也可以通过调节电压实现对频率f的控制。

2 转差频率控制

在电机学中电机转距同转差频率和气隙磁通之积成正比。可以实现对转差频率的控制实现对电机转矩的控制。该控制方式相较V/F控制提高了精度，但对动态控制效果不佳。

3 矢量控制

矢量控制可以将交流电机上存在的交流电流分解为直流电机上的电枢电流和磁通电流。这样不仅可以在交流电机上获得与直流电机相似的优良特性，而且可以通过矢量控制实现对转矩的控制。当对快速响应有要求时适量控室系统应用较好。

4直接转矩控制

直接转去控制方法没有矢量控制那么繁琐，该控制方法了通过分析三相电动机在定子空间矢量中的数学模型，实现直接控制系统的转速和转矩，同时也可以直接控制输出的PWM波形，该控制方法较矢量控制方法拥有更加的控制性能。

二 设计改造方案

通过对传统方案进行改造设计，不仅能够为系统安全运行提供保障，而且使结构设计更加合理，操作更加简便，同时能够保证在变频器发生故障时，维持机组的正常运行。

该方案应用了一托一工频和变频自动切换的方案，该方案是在传统方案中存在的高压电动机与断路器的基础上，将变频器同电动机通过动力电缆连接起来。图中，放置于母线上的QF表示高压开关，变频器用TF进行表示，电动机用M进行表示。该方案中QF1、QF2和QF3组合起来共同实现水泵中工频-变频的功能自动切换。为防止短路现象的发生，高压开关QF2和QF3中不仅应用了电气闭锁，而且应用了逻辑闭锁。在QF1和QF2闭合时，启动变频器后，水泵采用变频技术进行流量调节。当变频器发生故障时，QF1和QF3断开，QF2此时处于闭合状态，在此状态下通过工频技术对水泵流量进行调节。该方案中位QF1和QF2设置了6KV的保护电路。为QF3配置了保护装置，当处于合跳回路以及监视回路是，停止使用保护功能。

变频器的稳定工作离不开稳定且合适的环境，为变频器工作提供一单独小间同时安装空调，不仅可以为变频器的稳定运行提供良好的环境，同时合适的环境温度也为变频器的稳定运行提供了保障。在对循环水泵的逻辑组态设计中，变频器有三种工作方式：实现对变频器启/停控制的调节；能够在变频器正常工作状态下实现手動控制变频—工频的切换；自动在变频器发生故障实现变频—工频的切换。

三 变频器改造方案在火力发电厂中应用

循环水泵在该火力发电厂中功率为1900KW，额定电流为229.5A，对变频器进行合理的设计不仅可以变频器功能完善，而且对变频器后续维护提供良好的条件。因此变频器应满足一下几点选择要求：高压变频器连线方式选用内部连接，拥有输入、输出、电源、控制信号接口，在高压开关柜与高压电机之间串联变频器；变频器应在国内电网电源波动时使用，并且保证在瞬时断电后维持5个周期的满载运行；变频器不能够对电网产生谐波污染，同时不必要功率补偿装置的添加；变频器应尽可能模块化设计，不仅可以使操作方便简单，而且为日后的维护奠定了基础。

统计其余火力发电厂中水泵变频改造后节点可以得到，改造方案后水泵可节约9%左后的能量。以1900KW功率的循环水泵来进行计算，假设电价为0.35元，每年可以节省6000h计算，每年可以节约 ，能够省下 万元。从中可以得到，改造变频器后不仅可以节约能源，而且为电力企业提高经济效益，节约了成本。

四 改造后的结论与建议

1 变频器机组在经过方案改造后，功率与转速的三次方成正比关系，可以有效的降低功率，同时将该方案同其他火力发电厂进行统计对比后可以得出，该方案可以节约9%左右的电量，通过改造方案后的变频器机组不仅可以实现节能降耗的目标，同时为电力企业在经济效益方面做出了贡献，节约了经济成本提高了经济效益。

2 在经过方案改造后，为了使系统在额定状态下运行可以通过调节循环水泵的转速实现，不仅能够使水泵内部的零部件的使用寿命得到延长，而且因为减弱了管道内部的冲击，减少了管道故障的发生，降低维修成本以及维修费用，为电力企业提高了经济效益。

3 在该方案调速系统中运用了计算机联锁控制，不仅能够使得变频机组在发生故障时自动报警，同时也减轻了工作人员的负担，工作人员的工作重点从以前的手动操作转移到了监控运行中，为设备的稳定运行提供了良好的环境，促进了生产效率的提高。

4在该方案中，变频器使用软启动对循环水泵进行控制，不仅可以使得电机启动时电流极大的小于额定电流，而且可以延长启动时间，使得减小对电网的冲击力。

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