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0 引言
采样控制理论中有一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。PWM控制技术就是以该结论为理论基础,对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。
PWM控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件发展水平的制约,在上世纪80年代以直未能实现。直到进入上世纪80年代,随着全控型电力电子器件的出现和发展,PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用,PWM控制技术获得了的发展。到目前为止,已出现了多种PWM控制技术,根据PWM控制技术的特点,到目前为止主要有以下8类方法。
1 相电压控制PWM
1.1 等脉宽PWM法[1]
VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)装置在早期是采用PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技术来实现的,其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压。等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的,是PWM法中为简单的一种。它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波,通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比可以调压,采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。相对于PAM法,该方法的优点是简化了电路结构,提高了输入端的功率因数,但同时也存在输出电压中除基波外,还包含较大的谐波分量。
1.2 随机PWM
在上世纪70年代开始至上世纪80年代初,由于当时大功率晶体管主要为双性达林顿三管,载波频率一般不过5kHz,电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注。为求得改善,随机PWM方法应运而生。其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声(在线频率坐标系中,各频率能量分布是均匀的),尽管噪音的总分贝数未变,但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱。正因为如此,即使在IGBT已被广泛应用的今天,对于载波频率限制在较低频率的场合,随机PWM仍然有其特殊的;另一方面则说明了机械和电磁噪音的方法不是盲目地提高工作频率,随机PWM技术正是提供了一个分析、解决这种问题的全新思路。
1.3 SPWM法
SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的、目前使用较广泛的PWM法。提到的采样控制理论中的一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。SPWM法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。该方法的实现有以下几种方案。
1.3.1 等面积法
该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释,用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波,然后计算各脉冲的宽度和间隔,并把这些数据存于微机中,通过查表的方式生成PWM信号控制开关器件的通断,以达到预期的目的。由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点,可以准确地计算出各开关器件的通断时刻,其所得的的波形很接近正弦波,但其存在计算繁琐,数据占用内存大,不能实时控制的缺点。
1.3.2 硬件调制法
硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的,其原理就是把所希望的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波,通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波作为载波,当调制信号波为正弦波时,所得到的就是SPWM波形。其实现方法简单,可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路,用比较器来确定它们的交点,在交点时刻对开关器件的通断进行控制,就可以生成SPWM波。但是,这种模拟电路结构复杂,难以实现的控制。
1.3.3 软件生成法
由于微机技术的发展使得用软件生成SPWM波形变得比较容易,因此,软件生成法也就应运而生。软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法,其有两种基本算法,即自然采样法和规则采样法。
1.3.3.1 自然采样法[2]
以正弦波为调制波,等腰三角波为载波进行比较,在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断,这就是自然采样法。其优点是所得SPWM波形接近正弦波,但由于三角波与正弦波交点有任意性,脉冲在一个周期内不等距,从而脉宽表达式是一个方程,计算繁琐,难以实时控制。
1.3.3.2 规则采样法[3]
规则采样法是一种应用较广的工程实用方法,一般采用三角波作为载波。其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波,再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断,从而实现SPWM法。当三角波只在其点(或底点)位置对正弦波进行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在一个载波周期(即采样周期)内的位置是对称的,这种方法称为对称规则采样。当三角波既在其点又在底点时刻对正弦波进行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在一个载波周期(此时为采样周期的两倍)内的位置一般并不对称,这种方法称为非对称规则采样。
规则采样法是对自然采样法的改进,其主要优点就是是计算简单,便于在线实时运算,其中非对称规则采样法因阶数多而接近正弦。其缺点是直流电压利用率较低,线性控制范围较小。
以上两种方法均只适用于同步调制方式中。
1.3.4 低次谐波消去法[2]
低次谐波消去法是以消去PWM波形中某些主要的低次谐波为目的的方法。其原理是对输出电压波形按傅氏级数展开,表示为u(ωt)=ansinnωt,确定基波分量a1的值,再令两个不同的an=0,就可以建立三个方程,联立求解得a1,a2及a3,这样就可以消去两个频率的谐波。
该方法虽然可以很好地所的低次谐波,但是,剩余未消去的较低次谐波的幅值可能会相当大,而且同样存在计算复杂的缺点。该方法同样只适用于同步调制方式中。
1.4 梯形波与三角波比较法[2]
所介绍的各种方法主要是以输出波形尽量接近正弦波为目的,从而忽视了直流电压的利用率,如SPWM法,其直流电压利用率仅为86.6%。因此,为了提高直流电压利用率,提出了一种新的方法——梯形波与三角波比较法。该方法是采用梯形波作为调制信号,三角波为载波,且使两波幅值相等,以两波的交点时刻控制开关器件的通断实现PWM控制。
由于当梯形波幅值和三角波幅值相等时,其所含的基波分量幅值已过了三角波幅值,从而可以有效地提高直流电压利用率。但由于梯形波本身含有低次谐波,所以输出波形中含有5次、7次等低次谐波。
2 线电压控制PWM
所介绍的各种PWM控制方法用于三相逆变电路时,都是对三相输出相电压分别进行控制的,使其输出接近正弦波,但是,对于像三相异步电动机这样的三相无中线对称负载,逆变器输出不必追求相电压接近正弦,而可着眼于使线电压趋于正弦。因此,提出了线电压控制PWM,主要有以下两种方法。
2.1 马鞍形波与三角波比较法
马鞍形波与三角波比较法也就是谐波注入PWM方式(HIPWM),其原理是在正弦波中加入一定比例的三次谐波,调制信号便呈现出马鞍形,而且幅值明显降低,于是在调制信号的幅值不过载波幅值的情况下,可以使基波幅值过三角波幅值,提高了直流电压利用率。在三相无中线系统中,由于三次谐波电流无通路,所以三个线电压和线电流中均不含三次谐波[4]。
除了可以注入三次谐波以外,还可以注入其他3倍频于正弦波信号的其他波形,这些信号都不会影响线电压。这是因为,经过PWM调制后逆变电路输出的相电压也必然包含相应的3倍频于正弦波信号的谐波,但在合成线电压时,各相电压中的这些谐波将互相抵消,从而使线电压仍为正弦波。
2.2 单元脉宽调制法[5]
因为,三相对称线电压有Uuv+Uvw+Uwu=0的关系,所以,某电压任何时刻都等于另外两个线电压负值之和。现在把一个周期等分为6个区间,每区间60°,对于某电压例如Uuv,半个周期两边60°区间用Uuv本身表示,中间60°区间用-(Uvw+Uwu)表示,当将Uvw和Uwu作同样处理时,就可以得到三相线电压波形只有半周内两边60°区间的两种波形形状,并且有正有负。把这样的电压波形作为脉宽调制的参考信号,载波仍用三角波,并把各区间的曲线用直线近似(实践表明,这样做引起的误差不大,可行),就可以得到线电压的脉冲波形,该波形是对称,且规律性很强,负半周是正半周相应脉冲列的反相,因此,只要半个周期两边60°区间的脉冲列一经确定,线电压的调制脉冲波形就地确定了。这个脉冲并不是开关器件的驱动脉冲信号,但由于已知三相线电压的脉冲工作模式,就可以确定开关器件的驱动脉冲信号了。
该方法不仅能抑制较多的低次谐波,还可减小开关损耗和加宽线性控制区,同时还能带来用微机控制的方便,但该方法只适用于异步电动机,应用范围较小。
3 电流控制PWM
电流控制PWM的基本思想是把希望输出的电流波形作为指令信号,把实际的电流波形作为反馈信号,通过两者瞬时值的比较来决定各开关器件的通断,使实际输出随指令信号的改变而改变。其实现方案主要有以下3种。
3.1 滞环比较法[4]
这是一种带反馈的PWM控制方式,即每相电流反馈回来与电流给定值经滞环比较器,得出相应桥臂开关器件的开关状态,使得实际电流跟踪给定电流的变化。该方法的优点是电路简单,动态性能好,输出电压不含特定频率的谐波分量。其缺点是开关频率不固定造成较为严重的噪音,和其他方法相比,在同一开关频率下输出电流中所含的谐波较多。
3.2 三角波比较法[2]
该方法与SPWM法中的三角波比较方式不同,这里是把指令电流与实际输出电流进行比较,求出偏差电流,通过放大器放大后再和三角波进行比较,产生PWM波。此时开关频率一定,因而克服了滞环比较法频率不固定的缺点。但是,这种方式电流响应不如滞环比较法快。
3.3 预测电流控制法[6]
预测电流控制是在每个调节周期开始时,根据实际电流误差,负载参数及其它负载变量,来预测电流误差矢量趋势,因此,下一个调节周期由PWM产生的电压矢量必将减小所预测的误差。该方法的优点是,若给调节器除误差外多的信息,则可获得比较快速、准确的响应。目前,这类调节器的局限性是响应速度及过程模型系数参数的准确性。
4 空间电压矢量控制PWM[7]
空间电压矢量控制PWM(SVPWM)也叫磁通正弦PWM法。它以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通,由它们的比较结果决定逆变器的开关,形成PWM波形。此法从电动机的角度出发,把逆变器和电机看作一个整体,以内切多边形逼近圆的方式进行控制,使电机获得幅值恒定的圆形磁场(正弦磁通)。
具体方法又分为磁通开环式和磁通闭环式。磁通开环法用两个非零矢量和一个零矢量合成一个等效的电压矢量,若采样时间足够小,可合成任意电压矢量。此法输出电压比正弦波调制时提高15%,谐波电流有效值之和接近小。磁通闭环式引入磁通反馈,控制磁通的大小和变化的速度。在比较估算磁通和给定磁通后,根据误差决定产生下一个电压矢量,形成PWM波形。这种方法克服了磁通开环法的不足,解决了电机低速时,定子电阻影响大的问题,减小了电机的脉动和噪音。但由于未引入转矩的调节,系统性能没有得到根本性的改善。
5 矢量控制PWM[8]
矢量控制也称磁场定向控制,其原理是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia,Ib及Ic,通过三相/二相变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1及Ib1,再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1及It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流;It1相当于与转矩成正比的电枢电流),然后模对直流电动机的控制方法,实现对交流电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度、磁场两个分量进行立控制。通过控制转子磁链,然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量,经坐标变换,实现正交或解耦控制。
但是,由于转子磁链难以准确观测,以及矢量变换的复杂性,使得实际控制效果往往难以达到理论分析的效果,这是矢量控制技术在实践上的不足。此外.它直接或间接地得到转子磁链在空间上的位置才能实现定子电流解耦控制,在这种矢量控制系统中需要配置转子位置或速度传感器,这显然给许多应用场合带来不便。
6 直接转矩控制PWM[8]
1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授提出直接转矩控制理论(Direct Torque Control简称DTC)。直接转矩控制与矢量控制不同,它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩,而是把转矩直接作为被控量来控制,它也不需要解耦电机模型,而是在静止的坐标系中计算电机磁通和转矩的实际值,然后,经磁链和转矩的Band-Band控制产生PWM信号对逆变器的开关状态进行控制,从而在很大程度上解决了上述矢量控制的不足,能方便地实现无速度传感器化,有很快的转矩响应速度和很高的速度及转矩控制精度,并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了发展。
但直接转矩控制也存在缺点,如逆变器开关频率的提高有限制。
7 非线性控制PWM
单周控制法[7]又称积分复位控制(Integration Reset Control,简称IRC),是一种新型非线性控制技术,其基本思想是控制开关占空比,在每个周期使开关变量的平均值与控制参考电压相等或成一定比例。该技术同时具有调制和控制的双重性,通过复位开关、积分器、触发电路、比较器达到跟踪指令信号的目的。单周控制器由控制器、比较器、积分器及时钟组成,其中控制器可以是RS触发器,其控制原理如图1所示。图中K可以是任何物理开关,也可是其它可转化为开关变量形式的抽象信号。
单周控制在控制电路中不需要误差综合,它能在一个周期内自动稳态、瞬态误差,使周期的误差不会带到下一周期。虽然硬件电路较复杂,但其克服了传统的PWM控制方法的不足,适用于各种脉宽调制软开关逆变器,具有反应快、开关频率恒定、鲁棒性强等优点,此外,单周控制还能优化系统响应、减小畸变和抑制电源干扰,是一种很有前途的控制方法。
8 谐振软开关PWM
传统的PWM逆变电路中,电力电子开关器件硬开关的工作方式,大的开关电压电流应力以及高的du/dt和di/dt限制了开关器件工作频率的提高,而高频化是电力电子主要发展趋势之一,它能使变换器体积减小、重量减轻、成本下降、性能提高,特别当开关频率在18kHz以上时,噪声将已过人类听觉范围,使无噪声传动系统成为可能。
谐振软开关PWM的基本思想是在常规PWM变换器拓扑的基础上,附加一个谐振网络,谐振网络一般由谐振电感、谐振电容和功率开关组成。开关转换时,谐振网络工作使电力电子器件在开关点上实现软开关过程,谐振过程短,基本不影响PWM技术的实现。从而既保持了PWM技术的特点,又实现了软开关技术。但由于谐振网络在电路中的存在必然会产生谐振损耗,并使电路受固有问题的影响,从而限制了该方法的应用。
9 结语
本文较详细地总结了各种PWM控制方法的原理,并简单说明了各种方法的优缺点。PWM控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限,结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。
1 引言
混凝是净水工艺中重要的环节,混凝效果的好坏直接影响到水处理的全过程。长期以来,生水预处理混凝加药由于要求不高,一直是人工调节控制。加药量全凭运行人员根据出水水质、入水水质和经验决定,很难保混凝效果和出水质量。
为了达到混凝处理的工况进一步提高现场设备运行的自动化水平。保预处理出水质量,目前现场都开始逐步对混凝剂人工加系统进行改造,用变频控制技术实现加药量的自动控制。由PID调节变频器控制加药泵电视,从而调整混凝剂加量,实现预处理混凝效果的变频自动控制,这套自动控制系统己非常成熟[1]。在预处理混凝过程中应用的关键就是PID调节器的输入信号。
混凝效果的好坏与好多因素有关[2],如处理工艺、进水浊度、PH值、温度、处理水量、配水方式、混凝剂种类、加地点、混合方式、混凝剂浓度、加量等。现场一般调节加药量来调整混凝澄清效果,控制澄清池出水质量。混凝剂加量有一个值,太少则混凝效果不好,水中胶体未脱稳;太多则发生再稳现象,不仅出水效果变差,而且浪费混凝剂。胶体在水中的稳定性是由它的动电电位ξ决定,ξ越大,胶体越稳定;越小到越不稳定,互相碰撞就可聚集成大颗粒而沉降。水中胶体多带负电荷,向水中加入带相反电荷的混凝剂,就可使水中胶体ξ降低,直至发生聚沉。ξ降为0是理想的状态,此时水中胶体脱稳,混凝剂加量,没有剩余。因此,ξ电位是反映胶体状态的理想参数[3]。目前尚无法直接测定ξ电位。但可测定ξ电位正相关的流动电流这一混凝本质因子,从而反映ξ电位的大小。研究表明[4],影响混凝效果的几种主要因素在一定程度上都反映在流动电流这一项混凝本质参数上。所以只需测定和控制这单一个参数,就可实现混凝剂加量的准确控制,再不用监测任何原水水质参数和水量参数。利用流动电流这一参数作为调节器的输入信号就可实现混凝剂加的自动控制,保证混凝处理的工况。特别适用于水处理工艺电解质混凝剂的加控制。
2 自控加药系统
有效的混凝处理加控制方法,可以在实际加药量的意义上控制混凝剂投加,从而达到以少的剂获得理想的出水水质效果。以水中胶体混凝后ξ电位产生的流动电流为信号,由PID调节变频器控制加药泵电机,调整混凝剂加量,实现预处理混凝剂的变频自动控制,从而实现混凝处理的工况。自动控制系统是利用流动电流原理,由微电脑控制的在线胶体电荷测控系统,系统由检测传感器、控制仪、变频控制系统、加药泵组成,如图1所示。在传感器的检测室内,水样连续通过两个电之间的毛细管通路时,胶体杂质会吸附于毛细管壁上,其反离子层受到水力剪切产生移动,从而产生流动电流,经由电检出,输出代表当前水中胶体电荷状态的流动电流即SC值,并通过信号线传送给控制仪。控制仪在所设定的工况下,经与设定值对比、判断后,输出一个4~20mA标准信号,由PID调节控制变频器对电机调速,使计量泵处于对应的工作状态之下,从而可以向水中投加定量的混凝剂。然后,投加剂的水样又流入传感器进行检测,并进行投药量的再调节。如此循环往复,连续运作,实现连续自动调节加药量,保证混凝处理维持在优工况。
系统中流动电流仪采用北京精密单因子科技有限公司生产的SC-3000A型单因子混凝投药自控仪(由SC-30S自清洁远程传感器和电脑控制仪组成),变频控制柜中采用日本三肯变频器;加药泵采用德国JESCO公司生产的隔膜式计量泵(48L/h)。
3 系统调试
该厂澄清池为机械搅拌澄清池,两台,互为备用,出力400t/h;原水为黄河下游水库水,悬浮物为200~600mg/L;pH为6.8~7.9;混凝剂采用聚合氯化铝。
混凝剂加在澄清池配水井中,混凝剂在配水井中和管道中混合后,流动电流促所测水样取自澄清池入口,两点之间距离大约为20米左右。混凝剂靠管道混合后,使胶体脱稳,ξ降低理论上ξ为0时,流动电流SC值亦为0,胶体易聚合沉降。但所测水样取自澄清池入口,如果控制此时SC值为0,则脱稳胶体形成的矾花进入澄清池混合区后就会被打碎,影响混凝效果;如果控制SC值为正,则加入的带正电荷的混凝剂过量,不经济;SC值为负值,此时胶体即将脱稳,在澄清池中混合、反应后可良好的混凝效果。流动电流值的大小反映了混凝处理的工况,SC值从“负值—零—正值”的过程直接反映了“原水胶体未脱稳—脱稳—混凝剂过量”的混凝处理工况。所以采用SC值在0附近并偏负。系统采用检测水样中胶体的SC值,测定值与设定值相比,输出4~20mA信号以此调整加药泵电机频率,改变加药量,适应各种条件的变化,以维持的混凝、澄清效果,获得理想的出水水质。经试验确定SC值为-10时为除浊值,出水浊度为0.5FTU,加药量也少。
对于水中不同物质的去除,由于其性质不同应设置不同的SC值[5]。去除二氧化硅的SC值为0,去除COD的SC值为5,出水铝离子残留含量小的SC值位-20。
4 结论
经过一年多的运行实践证明,采用该预处理混凝加药自动控制装置可以实现混凝处理的工况,该系统具有如下特点:
1)系统自动化水平高、运行稳定、维护量小,劳动强度大大降低。
2)降耗节能效果明显,加药泵功率大为降低,而且变频调速运行,节电60~70%。
3)明显改善澄清池出水水质,出水浊度长期稳定在0.5FTU左右。对入水的适应能力很强,无论水质和水量的变化,尤其在汛期,可自动调节加药量,维持正常的运行工况。
4)混凝剂耗量大大减少,小加药量了混凝效果,节约混凝剂25~40%。
5)酸碱耗明显降低,澄清池出水水质好,减轻了后续除盐设备的负担,酸耗减少35~40%,碱耗减少40~46%。同时排废酸、废碱量大为减少,有利于保护环境。
6)具有良好的经济效益和环保效益,具有较高的投入产出比。
0 引言
火力发电厂在生产过程中,当发电负荷发生变化时,需要对锅炉燃烧工况进行调节。具体调节方法是通过改变锅炉的给煤量、风量、给水量来进行调节。而目前各电厂水量、风量的调节一般是通过改变阀门或挡板的开度来实现的,但这种调节方式属于节流调节,在运行中这种调节方式存在许多问题。
1 节流调节方式在运行中存在的问题
1.1节流调节方式浪费电能。锅炉在设计时,选用风机的额定容量通常大于实际需要量,其配套拖动电机的额定容量则大。实际运行时不得不关小风门进行节流调节。在我厂,在额定工况下,风机风门开度仅为60%。在节流过程中,风机特性曲线不变,转速不变,仅仅依靠关小风门,人为增加管道阻力来减小流量。风门开度减小,阻力损失相应增加,但系统输入功率并无减小,而是白白损失在节流过程中。
1.2节流调节的系统稳定性及控制精度差。由于风门的档板开度与流量的非线性关系,加上执行机构机械传动间隙的影响,档板开度调节既不灵敏又不,无法实现流量的快速、准确调节。
1.3节流调节运行费用大。在节流调节方式中,风机长期处于高速、大负载下运行,消耗电能大,维护工作量大,设备寿命低,并且运行现场噪音大。
2 100MW机组送风机变频装置的应用
交流变频调速技术是20世纪80年代发展起来的一种新型交流传动技术。交流变频调速装置充分应用了微计算机控制技术和交流电动机控制技术,一般采用正弦波脉宽调制电路,能模拟直流电动机的控制特点对交流电动机进行控制,使交流电动机具有直流电动机同样的调速性能。过去变频调速装置多为进口产品,较贵。近年来,国产变频调速装置的生产已经上了一个台阶,性逐步提高,价格也有大幅度下降。
柳林电厂一期安装两台2×100MW燃煤发电机组,每台发电机组配置两台型号为YKK 560-6、功率900kW、电压等级6kV并列运行的送风机。2005年6月、9月分别在1#机1#送风机、2#机2#送风机安装了北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVERT―A系列高压变频器。设备投运使用以来,运行稳定,节能效果明显。尤其是全中文的设置界面,给调试和维护工作带来很多便利。
3 送风机改造后节能情况分析:
3.1典型工况连续运行1小时节能情况
以1小时为单位,考核1小时内各段负荷同工况(出口风压相同、制粉系统运行方式相同)情况下,工频运行和变频运行时的节能效果。
下#1、2送风机总耗电的比较:
1#炉
2#炉
注:工频电耗是指送电机在电压6kV频率在50Hz状态下负荷稳定运行1小时的实际耗电量。
3.2典型工况连续运行三天送风机节能情况 单位:万kWh
3.3送风机改造经济效益分析
3.3.1按照单位小时节能情况分析:
概算按各个负荷段的平均数计算,#1炉每小时节约电量216 kWh,#2炉每小时节约电量242.25kwh,全天双机运行共可以节约电量1.0998万kwh;以年发电量完成12亿kWh,日完成电量400万kWh,全年双机运行300天(相当于全年运行7200小时)计算,两台送风机全部技改后,全年可节约电量329.94万kWh,按现电价0.35元/kWh计算,一年可节约115.47万元。
3.3.2送风机连续运行三天节能情况分析:
安装两台送风机变频后,全年可节约电量263.52万kWh,按现电价0.35元/kWh计算,一年可节约92.23万元。
上述两结论从数据上看基本相近,说明以上数据真实可信.本次变频效益。
4 送风机变频改造后对设备的影响
送风机采用变频运行后,除了节能和控制特性改善外,风机系统的运行工况也明显改善,有以下优点:
4.1实现风门全开,不再调整风门,运行自动化程度大为提高,运行和维护工作量降低。
4.2送风机变频改造后,电机实现了软启动,降低了电机的故障率。
4.3功率因数提高。从电网角度看,工频运行时功率因数为0.85左右,变频运行时功率因数达到0.95。因此,即使同样是满负荷运行,变频运行时,高压输入电流明显比工频运行时小,这有利于节能和设备运行。
4.4采用变频和旁路工频双套运行方式,当变频器故障时,电机可投工频旁路,电机定速运行,不影响设备运行,保证了机组的运行。
5 结束语:
将交流变频调节装置应用于锅炉大型风机,不仅节能,而且大大改善了控制品质和运行工况,了显著的社会效益和经济效益,使设备的运行方式趋合理,设备自动化程度、控制水平进一步提高。虽然高压交流变频调速装置的一次性投资较大,但它所带来的回报是的、长期的,建议大力推广使用。
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