Retrovanja visokonaponskih invertera u elektranama

1 Osnovna struktura i mehanizam rada visokonaponskih invertera

1.1 Sastav modula

• Modul rektifikatora: Taj modul pretvara ulaznu visokonaponsku naponsku struju u strujni tok. Sekcija rektifikacije glavno se sastoji od tiristora, dioda ili drugih moćnih poluprovodnih uređaja za postizanje pretvorbe iz AC u DC. Također, putem kontrolne jedinice, može se ostvariti regulacija napona i kompenzacija snage unutar određenog raspona.

• Modul DC filtera: Rektificirani strujni tok obrađuje se pomoću filtra kako bi se izgladili fluktuacije napona, stvarajući stabilni DC bus napon. Taj napon ne samo pruža energetsku podršku sljedećoj fazi invertera, već igra ključnu ulogu u osiguravanju stabilnosti izlaznog napona i dinamičke sposobnosti odgovora.

• Modul invertera: Filtrirani strujni tok ponovno se pretvara u AC strujni tok u modulu invertera koristeći moćne poluprovodne uređaje poput IGBT-a i tehnologiju širine impulsa (PWM). Prilagođavanjem dužine radnog ciklusa i frekvencije preključivanja signala PWM, inverter može precizno kontrolirati amplitudu i frekvenciju izlazne AC struje, zadovoljavajući zahtjeve različitih opterećenja kao što su motori, ventilatori i čempresori. Ova tehnologija omogućuje inverteru da pruži funkcije poput lagane pokretne faze, bezstupanjskog upravljanja brzinom, optimiziranih radnih uvjeta i uštede energije.

1.2 Mekhanizam rada

Visokonaponski inverteri koriste kaskadnu višenivoevnu topologiju, proizvodeći izlazni valni oblik koji se blizu približava sinusoidi. Mogu direktno isporučivati visokonaponsku AC struju za pogon motora. Ova konfiguracija eliminira potrebu za dodatnim filtrima ili transformatorima za povećanje napona i nudi prednost niske harmonijske sadržaje. Brzina motora $n$ zadovoljava sljedeću jednadžbu:

Gdje: $P$ je broj parova polova motora; $f$ je radna frekvencija motora; $s$ je koeficijent klizišta. Budući da je koeficijent klizišta tipično mali (obično u rasponu 0–0,05), prilagođavanjem frekvencije isporuke motora $f$ omogućuje se odgovarajuće reguliranje njegove stvarne brzine $n$. Koeficijent klizišta motora $s$ pozitivno je koreliran s intenzitetom opterećenja – što je veće opterećenje, to je veći koeficijent klizišta, što rezultira smanjenjem stvarne brzine motora.

1.3 Ključni faktori u tehničkom odabiru

• Poklapanje napona: Odaberite odgovarajuće sheme poklapanja, poput "High-High" ili "High-Low-High", na temelju nominalnog napona motora. Za motive s snalom preko 1000 kW preporučljiva je "High-High" shema. Za motive ispod 500 kW može se priorizirati "High-Low-High" shema.

• Smanjenje harmonika: Harmonici lako nastaju na ulaznim i izlaznim priključcima visokonaponskih invertera. Da bi se smanjilo njihovo utjecaj, mogu se koristiti multiplexne tehnike ili dodatni filtri. Pravilnom konfiguracijom filtara, harmonijska deformacija može biti kontrolirana unutar 5%, postizajući učinkovito smanjenje harmonika.

• Prikladnost okruženju: Visokonaponskim inverterima potrebni su sustavi hlađenja zrakom ili vodom kako bi se osiguralo da unutarnja temperatura kontrolne ograde ostane ispod 40°C. Na lokacijama invertera obično se instaliraju sušači vlage i klimatski uređaji. U posebnim područjima bez klimatskog uređaja, tijekom dizajna mora se uzeti u obzir temperaturna ocjena komponenti, a kapacitet hlađenja treba povećati kako bi se osigurala stabilna operacija.

2 Primjer primjene visokonaponskih invertera u elektranama

Energetska sistema elektranama obično uključuje opremu od turbine-generatora, kotlova, sustava za obradu vode, prevoza ugljena i sustava za desulfurizaciju. Turbina sekcija opskrbljuje vodopompama i cirkulacijskim pompama, kotlovna sekcija pruža primarne ventilatore (primarne ventilatore), sekundarne ventilatore i inducirane ventilatore, dok sekcija prevoza ugljena upravlja trakama za prevoz. Korištenjem visokonaponskih invertera za promjenjivu brzinu upravljanja ovim uređajima na temelju varijacija opterećenja, može se smanjiti potrošnja energije, smanjiti potrošnju pomoćne energije i poboljšati ekonomiju rada.

Projekt proizvodnje nikela-željeza u Morowali, Indoneziji, smješten na otoku Sumatra, u periodu od 2019. do 2023. godine upotrijebio je osam generatora snage 135 MW. Da bi se dalje optimizirale interne operacije i smanjili troškovi proizvodnje, između 2023. i 2024. godine provedeni su tehnički nadogradnji uključujući instalaciju visokonaponskih invertera za kondenzatorske pompe jedinica 1, 2, 3, 4 i 7, te vodopompe jedinica 2 i 5.

2.1 Stanje opreme

Projekt koristi pirometalurški proces proizvodnje nikela-željeza s 25 linija proizvodnje, opremljenih sa osam Dongfang Electric DG440/13.8-II1 cirkulacijskih fluidiziranih kamenih kotlova i osam 135 MW srednje-reheat kondenzatorskih parnih turbine-generatora. Svaka jedinica je opremljena dvije fiksne frekvencije kondenzatorske pompe, dvije hidraulički spregnutih pompe i šest hidraulički spregnuta ventilatora.

Vodopompe i ventilatori dizajnirani su s冗余设计，提供10%至20%的备用容量。5号和6号机组以孤岛模式运行，负荷率约为70%。通过优化电机转速以匹配实际负荷需求，并结合再生制动能量反馈到电网，减少了风机、泵等设备不必要的能耗，进一步降低了系统能耗。 请注意，您提供的中文文本中有一段未翻译成英文的内容。以下是该段落的克罗地亚语翻译：

Vodopompe i ventilatori dizajnirani su s redundantnim projektom, pružajući 10%–20% rezervne kapacitete. Jedinice 5 i 6 operiraju u modu otočnog sustava s stopom opterećenja od približno 70%. Optimizacijom brzine motora da odgovara stvarnim zahtjevima opterećenja i inkorporiranjem regenerativne freniranja i povratka energije u mrežu, smanjuje se nepotreban potrošnja energije od ventilatora, pumpi i drugih uređaja, što dodatno smanjuje gubitke energije sustava.