高压变频器技术

高压变频器技术（精选十篇）

高压变频器技术 篇1

随着社会的发展, 能源日渐短缺, 人们的节能意识越来越强。为了更好地节约能源, 人们开始重视各种可能节约能源的新技术, 特别是高压变频器技术。

1 高压变频器概述

1.1 高压变频器基本构成

高压变频器内部有18个结构一样的单元模块, 每6个模块合为1组, 每组各自对应着高压变频器的三相高压回路, 然后通过移相对变压器进行切分, 实现单元供电。

1.2 常见的高压变频器类型

按照不同分类方法, 可以得到不同高压变频器类型。如果依据高压变频器的结构划分, 有高—高型和高—低—高型2种;如果依据高压变频器的功率单元结构方式划分, 有单元串联多电平型和三电平型2种;如果依据高压变频器的滤波方式划分, 有电流和电压2种类型。

1.3 高压变频器的性能

(1) 应用实践性能强:

由于高压变频器的调速范围较宽, 可以实现高压变频器转速从0到工频的平滑调节, 所以高压变频器如果安置在较大的电机上可以达到较小电流就能启动的目的, 同时还可以根据工作现况及时调整高压变频器的启动时间及启动方式。

(2) 采用既新又稳的串联多重化叠加技术:

高压变频器可以避免电压的升降变换, 实现高—高型式的电力转换, 减小高压变频器装置电压转化的损耗, 有效增强高压变频器的可靠性能。

2 高压变频器技术的特点及现状

2.1 高压变频器技术的特点

高压变频器技术不仅可以减小设备活动功能损耗, 节约能源, 还可以实现多样化技术控制。除此之外, 其特点还表现在以下方面:

(1) 大功率:高压变频器大量采用SCR、GTO等, 同时结合并联、串联等技术, 进行大批量的高电压、大功率产品生产。

(2) 多样技术处理:为实现高压变频器在硬件配置上的高精度、多功能化, 研究并使用高速微处理器、DSP以及先进的ASIC等技术。

(3) 控制理论:结合矢量控制、智能控制等高压变频器技术控制理论作为技术研发的理论指导。

(4) 制造的科学与专业性:飞速发展的基础工业以及国内机械生产促使高压变频器的生产走向社会化、科学化乃至专业化。

2.2 高压变频器技术的现状

高压变频器技术涉及电力、电子、电工、信息与控制等多个学科领域。电子计算机信息、电力电子以及信息自动化智能控制等技术都推动了高压变频器技术的发展, 其不仅充分避免了直流电机的不足, 实现了交流变频调速传动元件构造简便、经久耐用、成本低以及较好的动态响应等特点, 同时弥补了交流电机调速原有的不足。

随着人们的重视, 高压变频理论也形成了一个较为完整的科学体系, 成为一门相对独立的学科, 甚至在20世纪伴随着电力电子变频技术的出现发展到鼎盛时期, 到20世纪20年代更是演变出交流变频调速理论。到60年代, 电力电子器件的发展促进了变频调速技术向实用方向发展。70年代, 发达的工业国家发生了震惊世界的石油危机, 但这不仅没有阻碍高压变频技术的发展, 反而大大促进了其前进的步伐;80年代, 变频调速已产品化, 性能也不断提高, 它发挥了交流调速的优越性, 广泛应用于各工业部门, 并且部分取代了直流调速。进入90年代, 新型电力电子器件如IGBT、IGCT等的发展及性能的提高与计算机技术的发展 (如磁场定向矢量控制、直接转矩控制等) , 促使高压变频器在调速范围、驱动能力、调速精度、动态响应、输出性能、功率因数、运行效率及使用的方便性等方面大大超过了其他常规交流调速方式, 其性能指标亦已超过了直流调速系统, 达到取代直流调速系统的地步。

目前, 交流变频调速以其优越的性能而深受各行业的普遍欢迎, 在电力、轧钢、造纸、化工、水泥、煤炭、纺织、铁路、食品、船舶、机床等传统工业的改造中和航天航空等高新技术的发展应用中无不看到变频调速技术的踪影, 变频调速技术取得了显著的经济效益。

3 高压变频器技术发展应用前景分析

20世纪末, 以电子功率变换技术、微电子控制技术为核心的高压变频器技术得到了惊人的发展。到了21世纪, 变频调速技术将会有更大的发展。下面进行介绍:

(1) 开关元件方面:不论是20世纪90年代就崭露头角的IGBT变频器, 还是21世纪成为主要高压变频器的IPM甚至智能化变频器, 都在高压变频器功率变换、控制、保护等方面实现了集成化, 增加了高节能、高性能、高智能等特性。

(2) 电路结构方面:利用电力电子智能自动控制器, 使用双PWM绿色变频控制电路, 充分缩小高压变频器直流活动滤波电容容量, 并因为电路元件采购成本较低而得到广泛认可。

(3) 电路控制方面:虽然20世纪80年代就利用16甚至32位微处理器研究高压变频器数字化控制, 但目前仍停留于此, 高压变频器仍普遍使用DSP系统。

(4) 控制技术方面:目前仍主要选择矢量控制技术 (如PWM技术、速度辨识、参数辨识、新型电力半导体器件、DSP、ASIC等) 以及直接转矩控制技术。直接转矩控制技术在低速范围的活动下还有着很多难题, 尤其是定子电阻的辨识问题仍困扰着各国的学者。对矢量控制低速范围已有了相应的解决方法, 其对于改善直接转矩控制系统的低速性能具有重大的现实指导意义。实践证明, 已不可能从电机本身来完善直接转矩控制技术, 必须另寻他法, 利用现代控制理论进行交流电机的调速研究改进, 并使用多样先进新型辅助技术即解决办法之一。

(5) PWM及多电平技术:消除机械和电磁噪音的最佳方法并不是盲目地提高工作频率, 而是要研发新技术, 比如PWM及多电平技术。由于PWM逆变器的开关损耗随着功率和频率的增加而迅速增加, 因此, 在高频化和大功率方面还有大量工作要做。目前, 提高开关频率的一个方法是采用谐波技术及在此基础上发展起来的软开关技术。在大功率装置方面, 除尽量优化PWM模式外, 多电平逆变器也越来越受到人们的重视, 此时开关损耗问题转化为多管串联的均压问题。

(6) 以网络配置为主的系统化:为了更好地实现高压变频器各项功能, 主要利用网络化对高压变频器进行配置, 根据高压变频器基本构成, 网络化的系统化配置主要有3个层面, 即设备层、控制层及信息层。我们在构建网络化配置的变频器时应争取实现以下特点:1) 设定精度较高的变频器频率。因为只有这样才能让变频器具有较高的通讯速率, 才能实现变频的稳定以及性能的可靠, 也才能得到简单明了的接线方式, 同时在高压变频器模拟量控制时, 减小由于模拟过程中2个不同的转换器位数以及工作导线产生的能量损耗等带来的误差, 得到较高的响应速度。2) 实现基本远程控制以及信息化。由于工作环境恶劣以及超负荷、超时效工作等原因, 高压变频器故障率较高。而随着高压变频器电子技术的发展, 原有的事后维修方式逐渐转变成故障预报以及整机在线维修。为了更好地进行故障监测, 我们需要对故障进行先诊断后分析的远程及智能化控制。3) 构建变频器远程诊断系统。为了缩短高压变频器系统的维护时间, 提高高压变频器的工作效率, 节约成本, 我们需要配置Profibus-DP、Modbus Plus等总线模块, 并且选用PLC集成到高压变频器系统网络中去, 同时构建同种语言、不分型号的高压变频器。

(7) 与同步电机的配合应用:传统的自控变频同步电机调速系统有转子位置传感器, 现正开发无转子位置传感器的系统, 且已取得重大进步, 并在市场上成功应用。同步电机的他控变频方式也可采用矢量控制, 其按转子磁场定向的矢量控制比异步电机更为简单。

4 结语

本文先研究了高压变频器的基本构成、常见类型、性能, 然后探讨了高压变频器技术的特点和现状, 在此基础上又分析了其发展应用实践前景, 希望可以对广大读者有所帮助。

参考文献

高压变频器技术 篇2

通常，我们把用来驱动1kV以上交流电动机的中、大容量变频器称为高压变频器，按照国际惯例和我国国家标准，当供电电压大于或等于10kV时称高压，小于10kV时称中压。因此，相应额定电压1～10kV的变频器应分别称为中压变频器和高压变频器。但考虑到在这一电压范围内的变频器有着共同的特征，且我们习惯上也把额定电压为3kV或6kV的电动机称为“高压电机”，因此，为简化叙述起见，本文也称之为“高压变频器”。

截止底，我国发电装机总容量已突破5亿kW，为5.08亿kW。其中火电装机约占80%，为4亿kW左右。全国年发电量已突破2万亿kWh。而我国的能源利用率却平均比发达国家低20%左右!

全国电动机装机总容量已达4亿多kW，年耗电量达1亿kWh，占全国总用电量的60%，占工业用电量的80%;其中风机、水泵、压缩机的装机总容量已超过2亿kW，年耗电量达8000亿kWh，占全国总用电量的40%左右。70%以上的风机、水泵、压缩机应调速运行，而至今仅有约5%左右调速运行。

若按风机、水泵和压缩机总装机容量的50%进行调速节能改造，则可改造容量达1亿kW，其中40%为中高压电机，容量占60%。若按电机平均出力为 60%，年运行4000小时，平均节电率为20～30%(平均25%)计算，则年节电潜力为600亿kWh!整个电机系统的节电潜力约为1000亿 kWh，改造和更新预计需投入2000～3000亿元人民币。

根据国家节能计划，我国每年应节约和少用能源7000万吨标准煤，通过基本建设项目及技术改造措施，每年可形成约3000万吨标准煤的节能能力，而每形成一吨标准煤的节能能力需投资2000元(约为开发等量能源费用的三分之一)，则每年需节能投资600亿元，“十五”期间共需3000亿元人民币， “十一五”期间将更多。

由于我国经济的高速发展，发电装机仍以高速发展。但电力运行的一些主要指标和装备指标与发达国家相比仍有很大差距：我国火电机组的平均煤耗为 400g/kWh，比发达国家高出约70～100g/kWh;发达国家发电厂的厂用电率为3.7%～6%，而我国的厂用电率为4.7%～10.5%，加之线损，我国送到用户的电能要比发达国家多耗电9.5%，相当于22000MW装机容量，即22个百万大厂的年发电量。因此，我国的节能形势十分严峻!

2变频调速技术的发展历史及现状

变频调速技术涉及到电力、电子、电工、信息与控制等多个学科领域。随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的发展，以变频调速为代表的近代交流调速技术有了飞速的发展。交流变频调速传动克服了直流电机的缺点，发挥了交流电机本身固有的优点(结构简单、坚固耐用、经济可靠、动态响应好等)，并且很好地解决了交流电机调速性能先天不足的问题。交流变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电效果以及在国民经济各领域的广泛适用性，而被公认为是一种最有前途的交流调速方式，代表了电气传动发展的主流方向。变频调速技术为节能降耗、改善控制性能、提高产品的产量和质量提供了至关重要的手段。变频调速理论已形成较为完整的科学体系，成为一门相对独立的学科。

20世纪是电力电子变频技术由诞生到发展的一个全盛时代。最初的交流变频调速理论诞生于20世纪代，直到60年代，由于电力电子器件的发展，才促进了变频调速技术向实用方向发展。70年代席卷工业发达国家的石油危机，促使他们投入大量的人力、物力、财力去研究高效率的变频器，使变频调速技术有了很大发展并得到推广应用。80年代，变频调速已产品化，性能也不断提高，发挥了交流调速的优越性，广泛地应用于工业各部门，并且部分取代了直流调速，

进入90年代，由于新型电力电子器件如IGBT(绝缘栅双极型晶体管InsolatedGateBipolarTransistor)、IGCT(集成门极换流型晶闸管IntegratedGateCommutatedThyristor)等的发展及性能的提高、计算机技术的发展，如由16位机发展到32位机以及DSP(数字信号处理器Digital SignalProcessor)的诞生和发展(如磁场定向矢量控制、直接转矩控制)等原因，极大地提高了变频调速的技术性能，促进了变频调速技术的发展，使变频器在调速范围、驱动能力、调速精度、动态响应、输出性能、功率因数、运行效率及使用的方便性等方面大大超过了其它常规交流调速方式，其性能指标亦已超过了直流调速系统，达到取代直流调速系统的地步。目前，交流变频调速以其优异的性能而深受各行业的普遍欢迎，在电力、轧钢、造纸、化工、水泥、煤炭、纺织、铁路、食品、船舶、机床等传统工业的改造中和航天航空等高新技术的发展应用中无不看到变频调速技术的踪影，变频调速技术取得了显著的经济效益。

变频调速技术的现状具有以下特点

(1)在功率器件方面，近年来高电压、大电流的SCR、GTO、IGBT、IGCT等器件的生产以及并联、串联技术的应用，使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。

(2)在微电子技术方面，16位、32位高速微处理器以及DSP和ASIC(专用集成电路ApplicationSpecificIC)技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能化提供了硬件手段。

(3)在控制理论方面，矢量控制、磁通控制、转矩控制、智能控制等新的控制理论为研制高性能变频器的发展提供了相关理论基础。

(4)在产品化生产方面，基础工业和各种制造业的高速发展，促进了变频器相关配套件的社会化、专业化生产。

3国内外高压变频器的分类、比较和应用情况

目前世界上的高压变频器不象低压变频器一样具有成熟的一致性的主电路拓扑结构，而是限于功率器件的电压耐量和高压使用条件的矛盾，国内外各变频器生产厂商，采用不同的功率器件和不同的主电路拓扑结构，以适应不同的电压等级和各种拖动设备的要求，因而在各项性能指标和适用范围上也各有差异。

一般来讲，在高压供电而功率器件耐压能力有限的情况下，可采用将功率器件串联的方法来解决。但是功率器件在串联使用时，因为各器件的动态电阻和极间电容不同，而存在静态均压和动态均压问题。如果采用与器件并联R和Rc的均压措施，会使电路复杂，损耗增加;同时，器件的串联对驱动电路的要求也大大提高，要尽量做到串联器件同时导通和关断，否则由于各器件开断时间不一致，承受电压不均，会导致器件损坏甚至整个装置崩溃。

谐波问题是所有变频器的共同问题，尤其在高压大功率变频调速中更为突出。谐波会污染电网，殃及同一电网上的其它用电设备，甚至影响电力系统的正常运行;谐波也会干扰通讯和控制系统，严重时会使通讯中断、系统瘫痪;谐波电流还会使电动机损耗增加，因而发热增加，效率及功率因数下降，以至不得不“降额” 使用。

还有效率问题，变频调速装置的容量愈大，调速系统的效率问题也就愈加重要。采用不同的主电路拓扑结构，使用的功率器件的种类和数量的多少，以及变压器、滤波器等的使用，都会影响系统的效率。为了提高系统效率，必须设法尽量减少功率开关器件和变频调速装置的损耗。

可靠性和冗余设计问题：一般的高压大功率拖动系统都要求很高的系统可靠性，尤其是国民经济的重要部门如电力、能源、冶金、矿山和石化等行业，一旦设备出现故障，将会造成人民生命财产的巨大损失。因此高压变频装置设计中是否便于采用冗余设计及旁路控制功能也是至关重要的。

对高压给水泵变频技术的分析 篇3

关键词给水泵;变频技术;刀闸;节能

中图分类号TM621.9文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)081-0130-02

1锅炉简介

1.1锅炉结构

锅炉为三压强制循环无补燃余热锅炉;锅炉采用塔式布置,全悬吊管箱结构;它由入口烟道、锅炉本体受热面管箱、出口烟道及烟囱、钢架、平台扶梯、高压锅筒、低压锅筒、除氧器及水箱、强制循环泵等组成。其中锅炉本体受热面管箱由高压过热器管箱,高压蒸发器(1)管箱,高压蒸发器(2)管箱,高压省煤器(1)及低压过热器管箱,高压省煤器(2)管箱,低压蒸发器管箱,高压省煤器(3)低压省煤器管箱,除氧蒸发器管箱,凝结水加热器管箱,总共9个管箱组成。锅炉钢架中心落地尺寸为30.3*14米,顶部标高30.5米,高压锅筒中心线标高24.8米,低压锅筒中心线标高32米,除氧水箱中心线标高为32.5米,烟囱出口标高60米。

1.2除氧系统

由汽机来的凝结水进入凝结水加热器加热,再进入除氧器,经过除氧后进入水箱,水箱水由除氧热水循环泵打入除氧蒸发器,吸热后成为汽水混合物回到分离器进行汽水分离,分离下来的水回到水箱的水空间,饱和蒸汽则通过蒸汽管道被送到除氧器,供除氧用。

1.3高压汽水系统

除氧水箱的水经高压给水泵加压经过给水调节门节流调节后依次进入高压省煤器(3)、高压省煤器(2)、高压省煤器(1),接近饱和温度的水进入高压汽包,汽包内的水经过下降管,强制热水循环泵后,在高压蒸发器(2)、(1)内受热后成为汽水混合物回到汽包,在汽包内的分离器中进行汽水分离后,分离出来的水回到汽包的水空间,饱和蒸汽则通过饱和蒸汽引出管被送到高压过热器。饱和蒸汽在过热器内继续被加热成为过热蒸汽,然后经过减温器调节到规定温度后,经过高压主蒸汽管被送到汽机做功。

2高压给水泵变频技改介绍

2.1技改前

2.1.1锅炉高压给水泵及电机有关参数

2.1.2#1炉高压给水泵技改前主电路(如图1)。

1#炉2#高压给水泵1#炉1#高压给水泵

图1

通常运行状况:在DCS上直接合开关6103或6104起动高压给水泵,通过高压给水调节阀节流调节给水流量(泵出口压力9.5MPa,节流调阀后压力5.8MPa),给水节流损失较大且高压给水泵定速运转,电能消耗大。

2.2电气方面

2.2.1高压给水泵及电机参数不变

2.2.2给水泵调速的改造

#1炉高压给水泵采用了广州智光电气股份有限公司的Zinvert型高压变频调速系统进行给水泵调速的改造,变频器的型号为A6H900/06Y。

2.2.3变频系统结构

采用功率单元串联技术,解决了器件耐压的问题,级间SPWM信号移相叠加,提高了输出电压谐波性能,降低输出电压的dv/dt;通过电流多重化技术降低输入侧谐波,减少对电网的谐波污染。主控器采用双数字信号处理器(DSP),超大规模集成电路可编程器件(CPLD和FPGA)为核心,配合数据采集,单元控制和光纤通信回路以及内置可编程器(PLC)构成系统控制部分。

2.2.4就地变频房里高压变频调速系组成部分

整流变压器柜,功率控制柜,旁路柜组成。

2.3热工DCS上的组态

变频器通过硬接线和DCS系统连接,DCS以给水调节阀开度信号(4-20mA)输入到变频器,由变频器实现对给水泵电机转速进行调节,满足给水系统运行需要。#1炉控制柜通过硬接线接收变频器输出的“变频器运行”、“变频器停止”等开关量信号。当变频器运行时给水调节阀全开,实现变频控制方式。当变频器因故障停运时给水调节阀回关到30%(三冲量调节时开度),防止因变频器故障后备用给水泵启动时由于调节阀全开导致汽包水位过高。控制方式切换到调节阀控制方式。控制示意图2:

当变频器运行时AS3=“1”,选择AS2“100%开度信号”给水调节阀全开,变频器接收DCS三冲量给水调节信号实现变频控制方式。

当变频器跳闸时AS3=“0”,BS3=“1”选择AS1、BS2“30%开度信号”给水调节阀开度为30%,20秒钟后BS3=“0”选择BS1“三冲量给水调节信号”切换到调节阀控制方式,操作员把给水调节阀投自动,则可以实现三冲量给水自动调节功能。通过组态在#1炉系统画面上可监视变频器“变频器运行”、“变频器停止”、“变频器故障”、“工频旁路状态”、“就地状态”等开关量信号;可对变频器进行起停、紧急停、复归等操作。

给水泵变频操作(以#1高压给水泵为例)。

图2

2.3.1冷态、热态起动变频器

1)在给水变频操作画面操作“#1高压给水泵变频允许”标把,确认#1高压给水泵变频。

2)在给水变频操作画面操作“选择#1高压给水泵变频”标把,选择#1高压给水泵变频。

3)在给水变频操作画面操作“#1高压给水泵运行”标把,合高压给水泵电机高压开关。

4)在给水变频操作画面操作“变频器远方启动”标把,启动变频器。

5)在给水变频操作画面操作“高压给水调节阀”标把,手动操作高压给水调节阀开至100%开度;也可以投入“自动”,高压给水调节阀自动开至100%开度。

6)在给水变频操作画面操作“变频器手/自动”标把,设定变频器初始频率为28HZ对应56%(热态),冷态初始频率为5HZ左右,观察汽包水位和给水流量情况,逐渐增加变频器的频率给定值,当机组满负荷时频率给定值约为41.5HZ左右。待水位平稳后选“变频器自动”标把,设定高压汽包水位目标值为0mm。

7)把#1、#2高压给水泵投“自动”,投入开关“联锁”。

2.3.2运行过程中变频切工频

1)当变频器故障停运时,高压给水调节阀自动回关到30%并到切手动方式,同时备用泵自动起,运行人员应根据高压汽包水位实际情况手动操作高压给水调阀。待高压汽包水位稳定后再投自动,切换到工频自动运行方式。

2)当高压汽包水位低于-150mm时,高压给水备用泵自动起,同时高压给水调节阀自动回关到30%保持不变并切手动;运行人员应根据高压汽包水位实际情况手动操作高压给水调阀。

2.4运行参数比较

2.5故障介绍

变频器投运以来2010年1月12日两次来“远方启停报警”的轻故障,就地有“过流速断报警”后对软件升级解决;2010年3月5日来“变频器故障报警”高压给水泵由变频切到另一台泵工频运行,因功率单元故障及风扇故障引起运行的泵开关跳掉,后经厂家处理正常。

3结语

对级联型高压变频器容错技术的研究 篇4

级联型逆变器由多个功率单元串联构成,包含大量元器件,因此故障点和故障概率必将大增。逆变桥开关器件由于其高速通断的工作特点和耐压和过流水平,在功率单元中最易损坏,并且往往是严重的不可恢复性故障。目前,级联型拓扑主要有两大类容错策略:一类是单元中有任意故障时,该单元出口即被旁路,这类策略已在工业产品中广泛应用[1,2,3,4,5];另一类主要侧重于逆变开关模块的故障,通过正常相模拟故障相故障类型,实现三相相、线电压都平衡[1]。

第二类容错策略存在很大的局限性:

(1)H桥4管中,最多只能有1管损坏,若损坏2管以上,则该单元只能输出+、0、-中的一种电平,另外两相按此重构则对应单元只能生成该固定电平,对线电压无任何贡献,并且实际开关管往往是成对损坏的(如2U封装);

(2)需要精确的检测技术对开关器件的故障点和故障类型准确确定,否则极易导致故障扩大;

(3)只适用于逆变桥功率器件损坏,若其他部件有问题,则故障单元必须旁路。

基于目前的技术水平和成本考虑,该类策略还处于理论研究阶段,距离工业应用还有较长时间,较可靠的策略应该是故障单元旁路技术,即一旦某个单元发生故障时,控制该单元出口旁路机构动作,使故障单元从主回路有效分离,并使与之相邻的2个正常单元相连,变频器可继续运行。旁路机构有多种实现方案,图1给出了3种常用方案[1,2,3]。

2 功率单元故障的3种常用旁路技术

如图2所示,5单元级联型变频器无故障时,功率单元100%可用,最大输出电压(即电压容量)为100%,三相相电压对称且相位互差120 o。若变频器A相单元A1和A2发生故障,若只旁路故障单元,则供给电机的三相电压将不对称,如图3所示。

不对称供电会给电机运行带来很多问题,如转矩脉动较大、转速不恒定,甚至损坏等。为此,目前主要有如下3种解决技术。

(1)三相对称旁路方式。即三相均旁路掉相同数量的单元,如A相2个单元故障时,需要同时旁路掉B、C相的正常单元各2个,来维持系统输出电压对称,如图4。目前,国内绝大部分品牌的级联型高压变频器大都采用这种策略[1,2]。该方式虽然避免了三相电压不平衡,但在旁路掉故障单元的同时,也旁路掉了某些正常单元,无法使其正常工作,电压容量也必然下降,图4的电压容量下降至60%。

需要指出,某公司采用该方式也有其理由,即6kV等级变频器采用7串而非5串时,即使对称旁路,电压容量下降幅度也相对小些。

(2)中性点偏移方式。由于级联型变频器三相的星型连接点悬浮而未与电动机中性点直接连接,因此变频器供电时,真正起作用的是线电压而非相电压。当故障单元被旁路后,尽管各相电压大小不同,但通过调整各相电压之间的相位差(不再是120 o)如图5,使系统获得最大的对称线电压,此时变频器输出三相线电压中性点不再位于三相的物理连接点,因此该方式被称为中性点偏移技术[1,2,3,4]。

文献[1-4]回避了一个问题,即未明确指出三相调制波中是否注入共模分量以提高电压利用率,但在中性点偏移控制下,三相相电压不再互差120 o,若仍注入3次分量,则两相电压之差(线电压)将无法抵消各自的注入分量,三相线电压中将仍包含注入分量,因此无法实现三相线电压保持对称的控制目标。因此,在考虑3谐波注入时,中性点偏移方式达不到文献[1,2]所给出的电压容量。

另外,中性点偏移为专利技术[1],实际产品实用可能还涉及专利侵权问题。

(3)功率单元N+1冗余备份方式。相对6 kV 5串方式,若每相都增加一个热备份单元,且每个单元仍按5串时要求设计和布置。在正常运行模式下,由PWM调节使得每个功率的输出电压为5串时的5/6运行,即可保证电机运行需要。当某个单元故障时,则该单元被旁路,由于系统具有N+1备份功能,调节提高该相其余单元输出电压,而非故障单元所在相的单元不用特别调节。N+1方式严格上已不属于n单元级联型变频器范畴,某种程度上没有可比性。

3 旁路容错控制后的暂态调整

设变频器每相额定级联单元数为N,若三相各有FA、FB、FC个单元故障,则每相有效单元数为:

式中:i=A,B,C。令比例系数Ki为:

功率单元发生故障后,无论采用何种旁路容错技术,变频器电压容量必下降。但变频器并非时时处于额定工况下(额定频率输出,或额定电压输出)运行,即调制比M未必为1(或者较高,如0.95等),否则变频节能就无意义。为尽量减小由故障旁路控制暂态影响,需考虑对功率单元的调制比M进行调整,如:

式中:M为系统完整时的调制比;Mi为调整后的i相调制比;Ki定义如式(2);Km ax={KA,KB,KC},Mm ax为最大调制比,如0.95或1等,防止越限。

现在证明按式(3)对各相调制比调整后,三相相电压仍然对称。假设功率单元交流输出电压为Eac(基波和其他主要有效分量,包括3次注入分量等),由PWM技术可知,Eac为调制比M和频率f的函数,并且Eac∝M,因此Eac可定义为:

式中:e(f)为单位调制比的频率函数(即与调制比无关的频率函数)。则i相相电压为:

由于M和Mmax/Kmax均为常数,可见,经调整后三相相电压对称,线电压也仍然对称。

由式(3、5)可知,各相调制比的调整不尽相同,但调整后三相输出相电压和线电压都保持对称。因此,提出第4种故障处理方式———只旁路故障单元方式,在该方式下,只需按式进行调整即可达到对称旁路方式的效果。但前者较后者有一个很大的优势在于“二次旁路的选择及电压容量”。图1给出的后2种常用旁路机构都包含半控型器件晶闸管,即导通可控,但关断不可控,需电流过零或反压才能关断。这种关断条件在变频器带载运行过程中基本很难满足。因此,只要旁路成功,功率单元即使完好都很难再次在线投入运行。对于中性点偏移控制,也存在调制比调整的需要,只需将式稍加改进为:

式中:M为系统完整时的调制比;M'为经调整后的占空比;KU定义为某个故障情况下通过中性点偏移控制的电压容量之倒数,如本例的一次和二次故障时KU分别为1/0.90和1/0.80。需要指出,在中性点偏移控制下,所有功率单元的占空比都相同。

举一例说明:5单元级联型高压变频器,某时刻A3首先发生故障,经过旁路控制后,又过一段时间B4发生故障。图6、7分别给出了2种旁路方式的整个控制过程,可见在对称旁路方式下,二次旁路时有4个完好单元A4、B3、C3和C4被旁路,后者的二次旁路时只有故障单元A3、B4退出运行。

由图7可见,只旁路故障单元方式下,二次旁路后的电压容量仍有80%,远高于前者。

运行单元的减少需对调制比M的进行调整,实际在运行频率也需要进行调整。由于在U/f控制下,U/f曲线即为调制比M和频率f的单值函数,即:

图8中所有U/f曲线均可表示为这一函数关系。

前面只对调制比M进行调节,实际还需对变频器的运行频率加以限制,特别是当变频器过载能力不大或所带电机不允许弱磁升速等。

式中:fmax为变频器在最大允许输出频率,该频率在M=Mmax/K通过求解式(7)的反函数取得,而K的取值与控制方式有关,在只旁路故障单元方式和中性点偏移方式下分别取Kmax和KU。

由分析可得,级联型高压变频器的旁路暂态调制包括电压调整(调制比调整)和频率调整2个方面。若旁路前的运行频率f不大于旁路调整后的最大频率fmax,则变频器经过暂态调整后仍能基本维持旁路前的输出(包括电压大小和频率);若f大于fmax,则变频器经过暂态调整后的输出频率必然限制在fmax以下,而电压输出也随着降低。

4 仿真分析

5单元级联型变频器,其单元直流电压1 kV。采用3次谐波注入型载波PWM,载波频率为0.6 kHz,采用恒压频比控制,且初始位于(0 Hz,0)和(50 Hz,1)两点的直线间。初始条件:高压变频器调制比和运行频率分别为0.8、40 Hz,0.03 s时A3故障,0.06 s时B4故障,分别采用3种容错技术。

将上述仿真结果列于表2,可见二次旁路时,只旁路故障单元方式相对于对称旁路方式在电压出力方面有显著优势,与中性点偏移控制相当;整个故障旁路过程中,只旁路故障单元方式的相电压和线电压都非常平稳,平滑程度甚至超过中性点偏移方式。

将图11～13的暂态调整情况示于图15和图16所示。观察(b)和(c),经过M的调整,系统输出始终位于(40 Hz,80%);而(a)中二次旁路后,系统输出为(40Hz,60%),偏离了U/f曲线,若长期运行,可能造成系统过电流等负面影响。

注:90.0%*、80.0%**为采用文献[1]所述中性点偏移控制的实际电容容量值,文献[1]中分别为92.9%和86.1%。

因此,对称旁路方式在二次旁路时,除M调整外,系统输出频率f也需调整,为尽可能维持输出电压,f下降至30 Hz,系统位于(30 Hz,60%),回归U/f曲线,如图16(c)。

为减小故障旁路对系统带来影响,M调整应非常迅速,并尽可能维持输出电压,但若电压出力够时,需调整f。由于级联型变频器制动回路不便布置或制动效果不佳,以及所负载回馈能量很大等原因,致使变频器输出频率f无法瞬间调整,只能徐徐下降。

图2给出了对称旁路方式二次旁路调频仿真波形,0.06 s时通过0.1 s(由于仿真机时原因,实际调整达数秒以上),将系统频率由40 Hz降至30 Hz。

5 结束语

故障单元旁路技术仍为目前级联型高压变频器的实际使用的容错技术。在实施保证线电压对称各种旁路控制的同时,为尽可能维持系统的稳定性,需对调制比M和输出频率f的进行调整。调制比M一般为瞬间调整,而当调整后的电压出力够时,需徐徐降低f,使系统工作点重新回归U/f曲线。对于对称旁路技术,文中提出的只旁路故障单元技术,在二次旁路时有显著优势,并且在某些情况下,可与中性点偏移技术媲美。

参考文献

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[8]张皓,续明进,杨梅.高压大功率交流变频调速技术[M].北京:机械工业出版社,2006.

高压变频器启动注意事项 篇5

2.如果变频器始终没有提供 “高压合闸允许”信号，请确认变频器控制电源是否合上，柜门是否关好，旁通柜隔离开关是否正确到位，变频器本身是否处于故障状态，以及和变频器相关的系统信号是否正确;

3.每次分断6kV高压开关后,必须至少在160秒后方可再次送电;

4.旁通柜隔离开关处在变频位置时，用户6kV高压开关合闸只相当于给变频器送电，电机并不启动，需要启动电机，还必须给变频器发运行命令指令;

5.启动变频器以前，风机挡板或水泵出口阀门最好处于关闭位置。并确认电机没有因为挡板或出口阀门不严和其他原因而反转，否则容易引起变频器启动时过流停机;

6.变频器需要启动时，如果风机或水泵刚停机不久，应确认风机或水泵已经完全停转，否则容易引起变频器启动时单元过电压，

7.DCS只有在变频器处于远程控制状态并同时得到变频器的“请求运行”信号后，才能给变频器发启动指令，正常启动变频器;

8.变频器启动后，自动将电机加速达到DCS的给定速度。如果当时DCS的给定速度小于最低速度设定值，变频器将按最低速度运转。

9.DCS给变频器发启动命令后，如果当时DCS的给定速度和变频器最低速度设定值均为0，则电机仍然不会转动，这时DCS必须设置一个合理的转速设定值。

10.电机通过变频器启动，对电机、高压开关开关、电网和负载系统的冲击都很小，只要满足以上条件，启动次数及时间间隔没有限制。

高压变频器在除尘系统的改造 篇6

1.引言

在高炉出铁的过程中，出铁场会产生大量的灰尘，烟气以及一些有害物质，除尘系统将这些有害物质进行处理。根据炼铁工艺，高炉每天平均出铁12炉，在出完铁20---30分钟后，出铁场基本没有灰尘，烟气。安钢炼铁厂1号高炉除尘风机采用160KW电机拖动，除尘风机在生产过程中处于工频状态运行，风机启动后电机按额定转速运行，通过调节风门挡板的开度来调节风量，以满足生产工艺要求。除尘风机的使用率大约70%左右，对于电量的需求非常的大，造成了很大的浪费；另外，风机在启动的过程中会造成巨大的振动，电机启动电流可能达到额定电流的3-7倍，对于电网会造成非常大的冲击。所以对出铁场除尘风机进行高压变频技术改造。

2.变频改造

2.1变频器的选型：安钢炼铁厂选用的是荣信RHVC系列高压变频器。荣信高压变频器是采用目前世界上先进的IGBT功率单元串联多电平技术，数字控制技术，SPWM脉宽调制技术及超导热管散热技术研制而成的系列高压电机节能调速产品。此产品具有高效节能、高功率因素及高可靠性等特点，结束了传统方法造成的能源和人力的浪费，延长了电机等设备的使用寿命，方便电机的保养和维护。

荣信RHVC系列变频器采用IGBT变频功率单元串联多重化叠加技术，属于高—高电压源型变频器，高压直接输入输出，无需输出变压器，效率高，输出频率范围宽。高压变频器实现了电机的软启动，启动电流小，而且可以连续调速，选择最佳速度，还可以根据用户的速度曲线图完成自动控制，既节约能源，又提高了生产效率，还可以实现远程监控和网络化控制，可以和用户现场灵活接口，满足用户的不同要求，采用光纤通讯技术，使系统抗电磁干扰的性能增强，运行更加安全可靠。

2.2变频器的安装：荣信RHVC高压变频器主要由功率柜、移项变压柜和旁路柜组成。在现有的高压配电室东面在建一个配电室，规格要求在14*10*4米，新的配电室内的装备有PLC控制柜、变频单元柜、变压器柜和旁路柜，对电机的控制实现本地和远程DCS两种控制方式。对于电机转速的控制是由变频装置来进行的，远程的DCS向变频装置发送相应的速度调节信号就能够实现对电机转速的控制，同时DCS还可以实现对电机运行情况的实时监控。DCS就是远程配电箱，运用DCS可以实现对变频器的远程控制。采用DCS装置时线路也要进行更改，电机启动柜的出现由最初的接入电机更改为经过新增的变频柜接入电机。其中旁柜的主要作用是进行变频运行和工频运行之间的切换。移项变压器可以有效的消除输入谐波，对变压器可以采用本地控制和DCS远程控制这两种方式来控制器启停，远程的DCS向变频装置发送相应的速度调节信号就能够实现对电机转速的控制，同时DCS还可以实现对电机运行情况的实时监控。DCS就是远程配电箱，运用DCS可以实现对变频器的远程控制，采用远程配电箱可以对变频器进行各种操作，包括启停、调速等。操作人员的所有操作都可以通过DCS来完成。

3.改造后的效果：

3.1带来经济效益 进行改造后，电机的运行更加稳定，频率维持在45Hz，一次侧电流也有原来的30A降到了现在的18A，这样就可以实现31%以上的节能，可以为企业带来一定的经济效益。

3.2延长电机使用寿命 改造后电机在启动和加速的过程中所受的冲击更小，同时电机运行也更加的平稳，噪音也小。采用DCS对电机的其他和加速仅需控制，电机的启动是缓慢的，加速是逐步进行的，因此电机在启动和急速过程中所受到的机械扭矩的冲击就会减小，电机不易受到损伤，电机的寿命得以延长。同时电机的运行更加的平稳，电机内各零部件的使用寿命也会延长。

3.3电网所受冲击变小 经过改造后，电机实现了软启动，电机的启动时间变长，加速也更加均匀，电机的启动电流也会相应的减小，电网所受到的冲击也会减小很多。

3.4电网污染减少 改造后，电机网侧功率因素大于0 .9 6，并且变频器输入输出谐波含量非常低，电网污染很容易就可以达到国家的制定的相应标准。

3.5降低操作人员的工作强度 改造后，操作人员运用DCS可以实现对变频器的远程控制，采用远程配电箱可以对变频器进行各种操作，包括启停、调速等。操作人员的工作强度进一步降低，工作效率也更高。

4、设备运行情况

4.1运行稳定，安全可靠。在改造之前，对电机的启停进行控制使用的是液力耦合器，这一做法的缺点是轴承的磨损特变大，平均40天左右就要进行一次更换，每次更换轴承都需要半天时间，在这半天中必须要停炉，所造成的经济损失是巨大的。但是是使用HARSVERT-A06/076变频器对电机进行控制和监控后，因为其具有免维护的特点，保养工作只是对通风滤网进行清洗就可以完成，而且不需要停炉，生产的连续性得到了保障。HARSVERT-A06/076变频器自从tourism使用以来一直保持正常的运转，在使用过程中也没有出现故障。

4.2节能效果好吨钢电耗明显降低。

4.3 HARSVERT-A06/076变频器的使用使电机的启停更加缓慢，同时变频器为电机提供的无谐波干扰和正弦波电流保证了电机运行的稳定，故障率明显降低。同时，变频器设置共振点跳转频率，电机在启动和急速过程中所受到的机械扭矩的冲击就会减小，电机不易受到损伤，电机的寿命得以延长。同时电机的运行更加的平稳，电机内各零部件的使用寿命也会延长。

4.4对于电机的保护方面，变频器要比继电器的保护效果更好。

4.5变频器对于电网的适应能力极强，就算是处于6.7KV的电网电压下，变频器仍能正常的工作。

4.6在改造之前，对电机的启停进行控制使用的是液力耦合器，采用这一方式对电机进行控制使得电机的运行噪音比较大，而使用变频器可以有效的降低电机的运行噪音。同时使用变频器对电机进行控制不需要定期的更换轴承，因为更换轴承而造成的环境污染问题也得到了有效的解决。

5、结束语

几个月的实践应用表明， HARSVERT-A06/076高压大功率变频器的性能比较稳定，同时使用效果也非常好，对于企业的节能、正常生产等都有非常大的帮助。我公司也在其他的风尘机中使用这一设备。

参考文献：

[1]刘凤袖. 高压变频器在广州发电厂给水系统改造中的应用[D].华南理工大学，2012.

[2]朱思国. 6KV-900KW功率单元级联型高压变频器的研制[D].湖南大学，2007.

[3]吴加林. IGBT直接串联高压变频器[J]. 电工技术杂志，2003，02：1-4.

高压变频器技术 篇7

关键词：电厂,引风机,变频器,定值,闭锁,一拖一

火力发电厂中往往都配置高耗能转动设备, 为了满足输出功率变动的要求需频繁改变挡板或阀门的开度, 进而形成了大量的节流损失。目前, 国内普遍采用“一拖一”高压变频技术解决此类问题。实际应用中发现, 随着变频装置的增加而使电动机拖动系统变得复杂, 增加了一个故障环节, 致使整个系统的可靠性大幅度降低。大庆地区某电厂曾多次因变频器故障引起停炉事故, 造成一定的经济损失。

1“一拖一”高压变频器存在的安全问题

大庆地区某电厂主要在锅炉引风机上引用变频技术, 该类型电动机因运行方式是连续、不间断地随着负荷变化而频繁进行调整, 因此为了能够获得调速节能优势, 往往采用“一拖一”高压变频运行方式。该运行方式的优点是接线简单, 投资少, 易于实现;缺点是一旦变频器故障便会造成高压电动机停止运行。

通过现场调查发现, “一拖一”高压变频运行方式存在以下几个问题:

◇引风机变频器内部多次因粉尘堵塞滤网引起IGBT温度升高或元器件击穿而导致跳闸;

◇多次因外部系统冲击导致变频器跳闸;

◇冷却风扇长期运行磨损严重, 频繁出现故障, 导致变频器跳闸;

◇因变频器元器件损坏而无备件, 致使引风机短期内无法投入运行。

上述问题严重影响引风机的安全平稳运行。根据2010年1月—2012年5月的数据统计, 引风机变频器共出现大小故障达20次之多, 引风机运行可靠性仅有92.7%, 严重时造成锅炉全停事故, 极大地影响大庆地区居民供热采暖。

2 提高变频器安全运行的技术措施

2.1 合理设置变频器保护参数设定值

大庆地区某电厂曾多次因外部系统冲击造成变频器失压跳闸, 主要是调试人员对现场了解不够, 致使变频器保护设定不合理造成的。通过反复试验决定:

1) 将引风机变频器设定值“控制电源失压跳闸”CSPF由原值75%设定为60%。

2) “主电源失压跳闸”MPSF设定值由原值75%设定为70%。

3) “过载跳闸”OL保护值由110%设定为115%。

4) 取消变频器柜的“门连锁跳闸”保护。为了防止变频器IGBT单元温度高或元器件击穿而导致跳闸, 必须定期清洗空气过滤器。由于清扫中存在触动“门连锁跳闸”保护跳闸的危险, 所以决定取消“门连锁跳闸”保护, 使变频器的维护和监视更加安全。

变频器柜顶轴流风机正常对输入变压器和IGBT单元进行冷却降温, 如果出现失电将直接引起变频器停电跳闸;另外, 变频器控制电源一旦消失也会引起变频器停电跳闸。根据现场引风机跳闸原因统计, 有62%的故障率来自风机电源和控制电源消失, 为此, 对风机电源及控制电源进行双电源自动切换设计。

2.2“一拖一”高压变频器旁路电源技术

考虑每台锅炉都配置2台引风机运行, 如果1台引风机变频器故障, 可让另1台引风机暂时全负荷运行, 短时降低锅炉负荷;当引风机由变频转换为工频运行后, 再调整回原来负荷情况, 这种短时调整可以满足现场实际的要求。在锅炉引风机上引用“一拖一”高压变频器加装工频旁路电源技术 (图1) 的优点是, 当变频器故障停机时可切换到旁路工频运行, 投资少, 容易实现;缺点是必须短时降低锅炉出力, 暂时停止风机运行, 进行工频、变频切换, 切换后再启动引风机运行。2011年夏季检修期间, 分别在1#~3#炉共计6台引风机上采用“一拖一”高压变频器加装工频旁路电源技术。

2.3 工频、变频回路闭锁技术

在电源断路器的DCS程序中设计了刀闸状态闭锁逻辑回路 (图2) 。程序闭锁条件为:

1) 取3GS刀闸和2GS刀闸的常开辅助接点作为逻辑判据条件。

2) 当3GS刀闸和2GS刀闸位置不对应时, 即3GS刀闸辅助接点为常开接点而2GS刀闸辅助接点为常闭接点时, 或者2GS刀闸辅助接点为常开接点而3GS刀闸辅助接点为常闭接点时, 允许操作引风机电源开关。

3) 当3GS刀闸和2GS刀闸位置对应时, 即全为闭接点或全为开接点时, 不允许操作断路器。

“一拖一”高压变频器加装手动工频旁路电源技术应用后, 风机工频运行时, 必须分开1GS刀闸和2GS刀闸, 以及变频器控制电源停电后才可进行工频操作, 所以变频器此时会给电源断路器发出跳闸信号, 造成电源断路器无法合闸, 风机无法工频运行。为此, 设计了2 GS隔离开关电气闭锁回路。选取2 GS刀闸常开辅助接点作为闭锁条件有两个好处:当工频运行时2 GS刀闸是断开的, 这样变频停电时故障信号虽然接通, 但2 GS辅助接点是断开的, 不能造成断路器跳闸, 保证了风机工频运行;选择2 GS刀闸常开辅助接点还可以提高变频运行的可靠性, 因为2 GS刀闸是变频器负荷侧刀闸, 其辅助触点会随变频器运行状态而自动变化, 减少人为误操作概率[1]。

3 结束语

为保障高压变频器安全运行, 采取了诸多技术措施。从实际运行效果来看, 引风机“一拖一”高压变频技术运行方式可靠性从改造前的92.7%提高到目前的100%, 保证了锅炉平稳运行, 达到了改造的预期效果, 能够满足电力系统对发电厂高标准的要求, 安全效益显著。

参考文献

高压变频器技术 篇8

在机车牵引、矿井提升等场合,都需要使用高压变频器对电机进行变频调速控制,以实现电机的高性能运行;在一些需要电机调速运行的场合,通过使用变频器控制电机转速,还可以起到显著的节能作用[1,2,3,4]。目前在6 k V以上的场合,基于级联H桥结构的变频器与其他类型的多电平技术方案相比,具有众多优势,因此在市场上占有绝对份额。级联H桥逆变器的基本思想是将多个变换器单元进行级联,从而输出高压[5,6,7,8]。各H桥单元的电容电压可以由独立电源供电,也可以采用一定的算法动态维持。典型的级联H桥型变频器的拓扑结构如图1所示。

图1给出了典型级联H桥型逆变器的拓扑结构,其中输入侧电网电压为6 k V/10 k V,经过多绕组移相变压器后,产生多组彼此电气隔离的三相输出电压,各绕组电压经过二极管不控整流后产生直流电,再经过各H桥逆变后产生交流电。级联H桥型变频器具有如下特点[9,10,11]。

1)扩展性好。通过增加变压器绕组个数和级联的H桥单元个数,可以进一步提高电压等级,满足不同功率场合的需求,易于扩展到更大容量中使用,因此具有较好的扩展性。

2)高度模块化。系统主要由移相变压器和各H桥单元构成(一般将三相整流桥与H桥一起集成于一个单元中),因此系统模块化程度高,易于生产和维护,并具有较好的通用性。

3)容错性好。由于系统中各H桥单元进行级联输出高压,当某个H桥单元发生故障时,可以旁路该H桥单元,实现系统的变结构降额运行,提高系统的可靠性和容错性。

4)电容电压易于维持。与其他多电平变换器拓扑相比,级联H桥型逆变器中,各H桥单元的电容仅起滤波作用,因此电容电压易于维持,有利于提高系统可靠性。

对于级联H桥逆变器的调制算法和控制策略等内容已经有很多文献介绍了[12,13,14,15]。文献[12]分析了级联H桥型变频器中的驱动脉冲产生方法,通过推导其脉冲模型,给出了不同优化目标下的优化算法;文献[13]通过将级联H桥型变频器中的不控整流桥换为PWM整流器,使系统具备了4象限运行能力;文献[14]则采用单相PWM整流器,进一步降低了系统成本;文献[15]讨论了基于级联H桥型变频器的电力系统储能系统,充分验证了级联H桥型变频器的可行性和良好的扩容能力。但在级联H桥型变频器中,有多个开关器件需要控制,以5级级联的系统而言,系统中共有60个脉冲信号,当考虑旁路开关、故障状态等通信需求时,所需要的通信量更加巨大。因此需要制定高效、合理、可靠的脉冲传输方案,而目前国内外对该问题的研究成果还鲜有报道。

本文以一套6 k V,5级级联的H桥型变频器为例,分析了其中的信号传输需求,研究了其脉冲产生机理,并对其中的脉冲编解码技术进行了阐述,制定了相关的信号协议,并设计了编解码流程和具体硬件电路。对于级联H桥型高压变频器的开发和应用有较好的参考价值。

2 拓扑结构

级联H桥型变频器的拓扑结构如图2所示,其中输入侧为高压工频6 k V/10 k V交流电,经过移相变压器后得到多个隔离的三相交流电,再经过各自的三相不控整流电路后得到多个独立的直流源,各直流电压基本相同,近似用Udc表示。图2中的系统拓扑图总体包括主电路和控制电路两大类。其中主回路包括激磁涌流柜、多绕组变压器、功率单元(内部包含整流器、逆变器),主要完成功率部分的转换和输出;控制回路包括速度/电压/电流检测、运算电路、PWM生成及驱动、保护电路等,主要完成整个变频器的闭环控制、实时状态检测和保护。变频器可以拖动三相6 k V/10 k V的同步/异步电机,实现对电机多种模式的控制。

图2中主电路的内部结构如图1所示,主要由二极管整流器和多个由IGBT构成H桥组成。控制电路独立于主电路,控制电路通过光纤将驱动信号送入各个H桥单元中,从而实现对每个单元中IGBT的控制。控制电路与主电路的连接关系如图3所示。

图3中,控制电路安放于控制柜中,控制柜发出的指令信号通过光纤传入各功率单元中,各功率单元根据得到的指令信号控制内部各开关器件动作,从而实现相应的电压输出,达到控制电机运动的目的。功率单元的信息通过光纤信号回传入控制柜中,这些信息包括温度信号,故障信号等。控制柜据此监控系统各模块的状态,在出现故障等情况时对故障信号进行封锁和完成系统报警等功能。

3 PWM 脉冲的产生算法

以级联H桥型变频器中的任意一相输出电压作为研究对象,其取值为该相中各H桥的输出电压之和。现以A相第1级H桥单元(见图4)的输出电压为研究对象,左、右2个桥臂的输出电压分别为uL(t)和uH(t),左右桥臂的2个开关状态互补,开关周期为Ts,以该H桥单元中直流母线电容负极为参考点。用x表示开关脉冲在1个Ts内的脉冲宽度,用xL和xR分别表示左右桥臂的脉冲宽度,其取值范围为0到2π。

以直流母线负端为参考点,则左桥臂的输出uL(t)在以区间[2kπ-π,2kπ+π]时(其中k为整数)可以表示为

其中,xL1和xL2分别表示xL位于竖轴2kπ左右两侧的脉冲宽度,采用对称三角波调制,载波频率为ωc,因此有xL1=xL2=xL/2。

将uL(t)进行周期性拓展,则在区间[2kπ-π,2kπ+π]内时,uL(t)可展开为

其中

式(1)中对于不同的k,xL取值可相同;但是无论k取何值,uL(t )均可表示为式(2)和式(3)的形式,由此可得

上式中,xL时变。同理,右桥臂的输出可以表示为

于是整个H桥的输出uH可表示为

从式(6)可以看出,当左右桥臂的脉冲宽度之和为2π时,可以消去开关频率奇数倍的谐波,且其余开关频率整数倍的谐波相位是载波的函数。

假设此时左右两桥臂的参考电压分别为uref - L(t)和uref - R(t),则可得两桥臂的脉冲宽度分别如下式:

由式(6)可知,当式(7)、式(8)之和为2π时,可以消去开关频率奇数倍的谐波。因此可得左右桥臂参考电压的关系为

对于级联个数为N的系统,当各级H桥的驱动脉冲依次相差π/N时,可以将等效开关频率提高为原来的2N倍,因此在得出第1级驱动脉冲的情况下,只需要将脉冲依次向后移动Ts/(2N)作为其余各级的驱动脉冲即可。

在实际系统中,PWM脉冲的产生和相位移动,由相应的PWM生成模块实现,如图5所示。

实际系统中,采用可编程逻辑器件实现PWM的生成,实现类似于DSP中的PWM模块功能,开关频率选择2 k Hz。系统中使用的晶振为40 MHz,维持一个锯齿波计数器实现2 k Hz的中断,其计数最大值Tprd为

计数器最大值的一半为

系统运行时,DSP通过向PWM生成模块中写入一个数值cmpr(0≤cmpr≤Thalf-prd)来改变输出的PWM脉冲波形,通过计数器与cmpr的比较关系,确定脉冲波形,如图6所示。

由图6所示,当需要改变PWM信号时,只需要改变cmpr,且cmpr取0~Thalf-prd时,对应的脉冲宽度为0~2π。整个产生PWM的过程仅需要使用参数cmpr,DSP在每个开关周期内向模块写入相应的cmpr即可。

4 PWM 脉冲的编码

基于图6所示的PWM生成方法产生一个H桥单元的驱动脉冲,采用可编程逻辑器件进行脉冲延迟后,即可以得到各H桥单元的脉冲。设计如图7所示的脉冲编码协议,对各H桥单元的驱动脉冲和控制信号进行编码控制。

图7中,完整的一帧数据总共用时10个Tbit,其中包括1个开始位,1个分隔位,4个数据位和4个停止位。开始位用来标示一帧数据的开始,当系统处于停止状态时,如果检测到信号跳变为0则进入接受状态。4个数据位用来标识左桥臂上管开关状态、右桥臂开关状态、封锁状态、备用信息。分隔位用来将4个数据位分隔为两组,避免4个数据位均为高被误判为停止位。使用4个停止位,使系统进入等待数据状态,确保系统可靠进行状态跳转,避免数据接收和解码错误。

由此可得传送帧数据的频率为400 kHz,对于2 k Hz的PWM信号,带来的PWM脉冲误差将不超过2/400=0.5%,可以满足系统要求。

5 PWM 脉冲的解码

图7中给出了PWM脉冲的编码协议,通过编码可以将PWM信号以及相关的控制信号转化为一条光纤信号进行传输。该光纤信号传送到各H桥单元后,单元内部的解码电路对光纤信号进行处理,由此得到PWM脉冲信号和控制信号。

对PWM信号的解码使用状态机完成,状态机的流程图如图8所示,计数器m1和m2用来辅助对状态机进行控制,其中m1用以完成信号封锁,m2用来控制接收数据过程。

串行信号的解码流程为一个典型的有限状态机,主要有6种状态,其状态跳转框图如图8所示。其中input为输入的串行PWM信号,计数器m1用来记录input持续为高的时间,m2用来控制接收数据的持续时间。

图8各状态的功能和跳转流程如下:1)状态0为等待,如果input为高则进入状态4,如果input为低则进入状态1;2)状态1为接收,由于每帧数据占100个时钟周期,而其中数据存在于前60个时钟周期中,因此读取连续60个时钟周期的input数据,该过程由计数器m2控制。当读取完毕后,跳转为状态2;3)状态2为更新,根据接收到的60个时钟周期数据,解析出每个器件的开关状态并进行更新。执行完毕后进入状态3;4)状态3将m2置0后返回状态0,从而开始接受下一帧数据;5)状态4中,将m1加1,若m1小于100则返回状态0,否则进入状态5;6)状态5为封锁,所有开关器件均被封锁,直到input为低时,进入状态6;7)状态6将m1置0后返回状态0;8)状态机运行过程中,若一直检测到连续100个高电平,则系统将会进入状态5封锁所有PWM脉冲,确保实验系统安全。

根据图8所示的PWM脉冲解码流程,可以获得左右桥臂上管的驱动脉冲,利用可编程逻辑器件加入死区后,即可作为驱动脉冲控制各IGBT动作,实现了PWM脉冲信号的还原。

6 实验验证

基于本文提出的脉冲编解码算法,采用ALTERA公司生产的CPLD芯片,完成了PWM信号的生成、编码和解码工作。6 k V/600 k W的系统采用5级级联,每个H桥单元中直流电容电压为1 000 V,采用1 700 V/300 A的IGBT作为功率开关器件。主控DSP选择TI公司的F28335,DSP通过数据线将数据写入CPLD,实现对系统的控制。

图9给出了运行过程中的串行编码信号波形,为便于分析和描述,图9中标出了一帧通信数据的开始位置和结束位置,可以看出在开始位置后连续250 ns时间内,信号为低,此时信号即为开始信号;之后2个250 ns为数据位3和2;之后1个250 ns为间隔位,其电平为低电平;之后2个250 ns为数据位1和0;之后4个250 ns为停止位,其电平为高。对比图9和图7可知,实验结果与理论设计协议吻合。

图10所示为第1级H桥单元输出的电压波形,其波形中有3种电平,分别为-1 000 V,0,+1 000 V,系统此时的输出频率为50 Hz,基波为正弦。

图11为此时第1级输出的电压波形的谐波分析。可以看出,虽然IGBT的开关频率为2 k Hz,但是每级H桥的输出电压中,最低次开关频率整数倍的谐波集中在4 k Hz附近,这与式(6)的分析结果相吻合,表明按照式(9)给出的参考电压选取方法,可以提高各级H桥单元输出电压的等效开关频率,且达到了优化输出电压谐波特性的目的。

图12给出了系统5级级联情况下的输出电压波形。可以看出级联后的输出电压波形最多达11种电平,且波形正弦度高,为进行电机控制、有源滤波等应用提供了条件。图12还给出了系统接电机空载运行时的电流波形,可以看出电流波形正弦度较高,频率与电压频率相同,表明高压变频器系统工作正常。

7 结论

高压变频器技术 篇9

1 SPWM概述

1.1 定义

SPWM是以PWM为基础的, 所谓PWM, 也就是脉冲宽度调制, 具体就是通过对输出方波占空比进行调整来确保实现输出电压等效的目的。在电动机调速以及阀门控制等领域的应用十分常见, 实践中我们较为熟悉的电动车电机调速就是采用的此种方式。SPWM就是在PWM基础之上对调制脉冲方式进行一定调整, 并依照正弦规律来排列脉冲宽度时间占空比, 以便对输出波形进行相应的滤波处理而实现正弦波输出。在逆变器中的应用十分普遍。

1.2 实现方案

(1) 等面积法。从本质上讲, 等面积法就是对SPWM法原理的直接阐述, 将正弦波用等幅一致但宽度不同的矩形脉冲序列所取代, 在此基础之上对各个脉冲的宽度及间隔进行计算, 并在计算机中对计算结果进行保存, 利用查表可以生成PWM信号并对开关器件通断的控制, 进而实现预期目标。该方法立足于SPWM控制基本原理, 能够对各个开关器件的通断时刻进行准确计算, 所得到的波形与正弦波十分类似, 其不足之处就是计算过程较为繁琐, 并且会占用较大内存, 无法实现控制的实时性。

(2) 硬件调制法。为对等面积法计算过程繁杂的不足进行弥补提出了硬件调制法, 即以所希望实现的波形充当调制信号, 载波就是接受调制的信号, 要想获取所想要的SPWM波形, 只需要对载波进行相应调制即可。一般情况下, 载波由等腰三角形来充当, SPWM波形在调制信号波为正弦波的情况下即可。

(3) 软件生成法。随着现代化计算机技术的迅猛发展, 软件生成SPWM波形的实现难度大大降低, 软件生成法随即出现。实际上, 软件生成法就是借助相应软件来达到调制目的, 有自然采样法以及规则采样法两种基本算法, 但都只有在同步调制中适用。

(4) 低次谐波消去法, 此方法的目的在于将SPWM波形中部分主要的低次谐波消除, 依照傅氏级数将输出电压波形展开。本方法能够将指定的低次谐波成功消除, 然而没有消除的较低谐波幅值可能会很大, 并且计算过程也相当繁杂, 也只能在同步调制方法中适用。

1.3 实施SPWM的基本要求

实施SPWM的基本要求主要有以下两点:第一, 需要对调制波与载波交点所对应的时间坐标进行实时性计算, 并以计算结果为主要依据, 向存在于逆变桥中的各个逆变器件按照一定的顺序发出通或者断的指令;第二, 在对频率进行调节的时候, 必须同时对调制波和载波周期进行改变, 与此同时, 要依照频率对调制波的振幅进行相应调整, 载波振幅无需变动, 这样在每次调节之后, 就需要重新计算全部交点所对应的时间坐标。随着现代化计算机技术的不断进步, 使上述两大要求的切实满足成为可能, 并且伴随大规模集成电路的发展, 出现了能够确保符合要求的SPWM波形的专用集成电路。

2 高压变频器设计中错位移相SPWM控制技术的应用

2.1 错位移相SPWM实现

错位移相SPWM实现的程序分为主程序、软件定时器中断程序以及脉冲计算子程序三大类。其中, 主程序的实现流程为赋三角波周期、赋正弦波频率、赋三角波频率、赋调制比、对第一个角以及错位移相角进行计算、将软件定时器中断予以启动, 最后一步是查询外部输入及状态。在初始赋值实现之后, 便将单片机软件定时器中断开启, 这样单片机便会在规定的时间进入SPWM脉冲计算程序。软件定时器中断程序的主要任务是计算各个功率单元SPWM脉冲, 并进行相应处理, 以便控制高压变频器中的功率单元, 确保高压变频器中功率单元逆变的实现, 生成错位叠加电压, 这样就为所有功率单元单相低电压输出的实现创造必要条件, 三相高电压输出需要在完成叠加之后方可实现;脉冲计算子程序主要任务是计算三相正弦值、各个功率单元脉冲上升及下降时间, 进而为脉冲输出提供高电平及低电平时间。

2.2 高压变频器技术原理

(1) 功率单元联结方式。单元串联多电平SPWM电压原型变频器在结构上选用的是数个低压SPWM功率单元串联的方式, 结合实际需求对功率单元额定功率及输出电压进行设计。之所以选择此种结构的电路, 原因有以下几点:第一, 此种结构的电路拥有优越的输出电压波形, 在使用过程中无需进行降额, 对于常规异步电动机同样适用;第二, 所有功率单元输出交流电压有效值为577伏, 容量为16.7KW, 未超出低压变频范围, 并且此技术已经较为成熟;第三, 给电网造成的污染较低, 功率因数较高;第四, 拥有相同的功率单元结构, 便于生产、调试等操作;最后, 对耐压要求较低, 无需考虑均压问题。

(2) 高压变频器结构及电路拓扑。高压变频器主要包括多重移相整流变压器、三相输入单相输出功率单元以及微机控制器等三部分内容。以数字处理器为核心组建微处理系统来充当高压变频器核心控制器, 其主要负责监控系统, 以及进行SPWM计算等工作。由于需要在弱电点环境中工作, 因此需要与强电电路进行有效隔离。一部分高压变频器功率单元的作用是产生高压输出, 功率单元和核心控制器借助光纤进行连接, 以确保DSP有效监控, 不仅如此, 还可以妥善处理强电与弱电之间的互连问题。

(3) 功率单元电路功能设计。高压变频器具体应用的场合不同, 对电压及功率的具体要求也有所区别, 对此选择功率单元模块化设计方法, 按照串联方法将数个低压变频器功率单元连接起来进行高压输出, 这样, 只用对各相功率单元数量进行调整便可以改变电压及功率输出, 从而可以在很大程度上提升高压变频器产品研发速度, 节约时间及成本。选择旁路方案设计功率单元输出端, 一旦功率单元中某部分发生故障, 利用旁路晶闸管能够在功率单元没有输出功率的情况下确保功率单元运行, 并且不会对其他功率单元运行造成任何影响, 从而有助于确保高压变频器运行可靠性的进一步提升。

(4) 控制器结构。控制系统是整个系统的核心内容。对于单元串联高压变频器而言, 所需要生成的控制信号共有十八个功率单元的三十六路SPWM控制信号, 当前可以满足控制信号这一需求的控制器尚未研发出来, 因此, 笔者在系统的控制器方案中选择的是DSP和FPGA相结合的方式, 其中, DSP充当主控制器, 其主要作用是采集数据, 进行人机交互, 通信控制, 计算SPWM信号并提供保护等;FPGA的作用主要是生成三十六路SPWM信号。系统控制信号数量较大, 为避免互相干扰问题, 通讯选用光纤实现, 借助光纤将FPGA所生成的SPWM信号向处于底层的驱动板进行传输, 与此同时, 借助光纤还可以实现DSP与驱动板之间的通信, 对变频器系统启动信号、功率单元旁路信号以及故障信号等进行传送。

3 结语

我国产值能耗在全球范围内居于前列, 在对相关技术进行改进的基础之上引入变频调速技术可以有效缓解产品高能耗现状。变频调速技术的应用为大容量高压变频调速技术的推广奠定了坚实基础。本文首先对多电平变频器SPWM调制方法进行介绍, 并对其在高压变频器设计中的应用情况进行阐述。综上所述, 在高压大容量领域中应用单元串联多电平高压变频器可以实现能源的有效节约, 并且可以实现对生产成本的有效控制。在电气传动技术发展的影响之下, 特别是变频调速技术的发展, 极大的推动了大容量高压变频调速技术的发展。本文首先对定义、具体的实现方案以及实施要求等方面对SPWM进行介绍, 错位移相SPWM实现的程序分为主程序、软件定时器中断程序以及脉冲计算子程序三大类。单元串联多电平SPWM电压原型变频器在结构上选用的是数个低压SPWM功率单元串联的方式, 结合实际需求对功率单元额定功率及输出电压进行设计。利用MATLAB软件及工具箱进行建模及仿真实验, 结果证实了方案的合理性。

摘要：我国产值能耗在全球范围内居于前列, 在对相关技术进行改进的基础之上引入变频调速技术可以有效缓解产品高能耗现状。变频调速技术的应用为大容量高压变频调速技术的推广奠定了坚实基础。文章首先对多电平变频器SPWM调制方法进行介绍, 并对其在高压变频器设计中的应用情况进行阐述。

关键词：SPWM技术,高压变频器,变频调速技术

参考文献

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高压变频器技术 篇10

锅炉引风机是发电厂的主要用电负荷之一, 属于耗电大户, 俗有“电老虎”之称, 仅引风机耗电量就约占到全部厂用电量的25%, 如引风机采用工频运行。为了维护锅炉炉膛负压及正常燃烧, 通常采用传统的手动调节引风机入口静叶开度的方式进行风量调节。正常运行中, 某电厂#5机组引风机风门挡板的开度约为40%~60%, 节流损失很大。高压变频器作为一种有效的调速工具, 具有无可比拟的优势: (1) 调速效率高, 属于高效调节方式; (2) 调速范围宽, 一般可达20:1 (50~2.5Hz) ; (3) 自动控制程度高, 能作高精度运行, 把转速波动率控制在0.5%~1%之间; (4) 电机启动电流小, 延长电机寿命。

但高压变频器是由电力电子器件组成的复杂系统, 因环境、器件老化等原因不可避免发生各类故障, 常用的故障处理方法是主动降低机组负荷, 通过炉膛投小油稳定炉压, 单侧停止故障变频器后, 进入工频运行, 检修恢复后再次降低负荷, 停止工频侧将变频器再次投入运行, 需要反复停机, 不仅影响负荷, 而且造成巨大的经济损失, 本文提出一种无扰切换技术, 可以在不影响负荷情况下实现变频、工频之间的无扰切换, 具有很高的应用价值。

2 项目介绍

某电厂有2台660MW亚临界机组, 此次改造为4套4500k W引风机, 具体参数如下。

电厂要求, 变频改造完成后, 引风机在变频运行中具备在不扰动负荷情况下进行“变频运行方式”和“工频运行方式”双向切换功能[1]。此次变频改造采用ASD6000U-5000级联变频器, 通过增加同步投切柜, 可以实现变频与工频之间无扰动切换。

3 无扰切换技术原理

高压变频无扰切换系统主回路原理图如图1所示。

高压变频同步切换系统主回路由切换开关QF1、QF2、QF3、高压变频器、并网电抗器L以及控制系统组成。其中控制系统进行数据采集、分析计算、脉冲处理、控制报警、输入输出锁相等功能。工频切换激活时, QF1闭合, 电机直接接入电网吸收有功和无功功率, 同时变频器加速升频至50Hz, 控制系统检测电网电压和变频器的输出电压, 通过比较并调节使两个幅值和相位完全一致后, QF2闭合, 变频器带上负荷, 经过200ms延时将QF3断开, 电机进入变频运行。同理变频向工频切换时, 同步切换系统通过检测电网电压和级联型变频器的输出电压, 通过比较并调节使两个幅值和相位完全一致后, 锁相成功后闭合QF3, QF3合闸后200ms延时高压变频封脉冲停止, 同时分断QF1和QF2, 完成切换过程。

4 锁相原理

无扰切换能否成功的关键在于切换瞬间变频输出电压与工频电压幅值、频率、相位是否一致, 采用锁相环则可保证切换时满足上述条件。变频器中的锁相环[2]主要包含鉴相器PD、环路滤波器LF以及压控振荡器VCO三个基本部件, 如图2所示。

其特点为锁相环工作原理为鉴相器检测输入信号与反馈信号质检的相位偏差, 利用相位偏差产生控制信号, 从而减少或消除相位偏差。PD对输入信号ui (t) 和反馈信号uf (t) 的相位作比较、运算处理, 得到误差信号ud (t) 。误差信号ud (t) 经线性低通网络LF得到控制信号uc (t) ;VCO是一个电压/频率变换装置, 它的输出信号u0 (t) 的频率ωv (t) 随uc (t) 变化, 一般可以表示成线性关系。经过线性化处理, 假设输入为固定频率信号:

经过分析计算得到输入信号和输出信号的相位差为:

式中:为输入信号频率与VCO固有频率之差, 称为环路固有频差;K为线性常数, 与锁相环结构有关;为起始相差。

当时, 由式 (2) 得

式 (3) 、 (4) 分别表示环路相差和频差的变化规律。dθe (t) /dt为瞬时频差。可见, 当输入信号频率与VCO固有频率相等时, 环路可消除起始偏差。由式 (2) 进一步分析, 当输入信号频率与VCO固有频率不相等时, 环路可以消除固有频差, 但仍存在一定相差。若LF的直流增益K足够大时, 相差也能消除。

5 技术问题

5.1 设计中技术难点

(1) 电压相位跟踪

在高压变频器拖动电动机负载运行时, 跟踪电网相位, 控制系统需要控制相位跟踪的速度。高压变频器控制系统采用经过锁相得到电网电压角度和高压变频器输出电压角度;两角度差值经过PI调节得到变频器需要输出的频率步长, 在50Hz的基础上加上这个步长作为变频器输出的频率。当变频器电压相位滞后于电网相位时, 变频器拖动电机加速追赶电网, 变频器对电机做功;当变频器电压相位超前于电网相位时, 变频器拖动电机制动跟踪电网相位, 变频器从电机吸收功率。如此反复, 直到电网的相位和变频器的相位完全一致, 如果相位跟踪得过快, 会造成变频器功率振荡, 影响电动机运行负载。为了保证变频器在跟踪电网相位时不产生功率振荡, PI调节器的输出限幅要很小, 但是如果PI调节器的输出限幅值设置过小, 变频器将无法跟踪电网电压相位。此时设置一个合适的限幅值来保证变频器即不产生功率振荡, 又能使变频器跟踪到电网的频率就非常有必要。

(2) 锁相角补偿

整流侧产生的谐波电流必然对并网侧电压产生影响。在对并网侧电压进行滤波的同时, 在锁相环的q轴反馈环节采用低通滤波器滤除高次谐波分量, 增加系统的可靠性。由于滤波环节将使锁相角度产生延时, 造成系统控制产生延时, 增加了不稳定因素。为了减小角度延时, 在锁相输出角度上对延时进行补偿, 确保了系统的稳定性, 如图3所示。

在电网侧电压存在谐波的情况下, 软件锁相环的直流环节引入低通滤波器, 以提高软件锁相环抗干扰能力, 同时为了减小滤波环节造成的延时, 对锁相角度进行补偿。

(3) 投切过程变频器相位选择

当变频器锁相成功后, 由于有PI调节器存在, 变频器的相位在电网的左右进行微小振荡, 当投切点选在变频器滞后于电网的点进行切换, 变频器将从电网吸收有功功率, 导致电网变频器直流电压升高, 直流电压升高导致变频器输出电压升高, 变频器电压升高的同时向电网发送感性无功功率, 感性电流逐渐增加可能会导致过流保护动作。为了保证切换过程的成功, 投切点选择在变频器相位略超前于电网相位点。此时, 变频器向电网输出少量有功功率, 不会触发保护动作而造成故障停机。

5.2 应用中技术问题

频工切换中, 当旁路开关合闸后存在一个QF3合闸后, 变频器出线断路器QF2同时合闸问题, 此时变频器停机后要迅速分闸QF2, 因为变频器出线电抗器的阻拦作用只有约1s, 否则会出现变频器倒灌电问题, 毁坏变频器。出现这种情况, 应立即分开旁路QF3, 同时频工切换程序退出, 变频器飞车启动加速至50Hz, 选择合适时机单侧停机, 检查出线开关QF2无法分断原因。

工频投切中, 锁相成功, QF2已经闭合, QF3分断命令发出后, 检测QF3状态, 800ms后仍处于合位, 则继续保持锁相, 进行频工投切, 停止变频器运行, 将变频器再次倒入工频运行状态。

同步投切过程中, 变频器发生重故障, 无法顺利进行频工投切, 会导致电机停止运行。鉴于此问题, 在DCS中增加变频器重故障检测点, 当同步投切过程中出现变频器重故障信号时, 则发命令直接分断QF1、QF2断路器, 同时关闭风机挡板, 根据机组负荷和母管风压选择适当延迟时间发命令闭合QF3, 进行工频独立运行。

6 投切流程

变频器的同步切换按照运行方式可分为工频投切和频工投切, 分别如图4、图5所示。工频投切:电动机在工频运行时, 变频器先空载运行并跟踪电网至锁相, 并网后将电动机从工频切出, 投入变频运行。频工投切:先由变频器拖动电机运行, 当变频器的输出频率、幅值、相位都与电网相符时, 并网后将电动机从变频切出, 投入电网运行。

7 实验验证

在一次机组发电启动中, 引风机使用变频方式启动, 当机组负荷运行至540MW, 两侧风机变频器运行频率为46Hz, 风机挡板开度100%, 变频器输出电流 (电机电流) 为330A, 将变频器自动调频改为手动, 逐渐增大运行频率, 减小挡板开度, 保持风压基本不变。当频率升至50Hz时, 点击“自动频工投切”按钮, 通过PLC执行一系列动作, 变频器锁相成功后, 自动切换至工频运行。待两侧二次风机均切换至工频运行一段时间后, 保持机组负荷基本不变, 挡板开度不变, 点击“自动工频投切”按钮, 通过PLC执行一系列动作, 变频器锁相成功后, 自动由工频切换至变频运行, 逐渐增大挡板开度至100%, 降低运行频率至满足自动调频要求, 如图6、7所示。整个过程中二次风压没有波动, 切换电流峰值亦在正常范围内, 同步投切正常成功。

8 结束语

经过试验结果验证, 变频器同步投切技术能较好的解决火电厂重要辅机变频改造后的连续运行问题。当变频器出现运行报警, 则使用频工投切功能将变频运行自动投切至工频运行, 当变频器检修完毕, 调试正常, 则使用工频投切功能将工频运行自动投切为变频运行, 节约厂用电, 取消了切换中的燃油及负荷损失, 经济效益明显。

参考文献

[1]张雪平.锁相技术在变频调速系统中的应用[J].化工自动化及仪表, 2005, 32 (1) :79-80.