Magasfeszültsű inverterek frissítése erőművekben

1 Alapvető Szerkezet és Működési Mechanizmus Magfeszültségi Inverterek Esetén

1.1 Modulok Összetétele

• Rectifier Modul: Ez a modul az árambejövő magfeszültségű AC-t átalakít DC-re. A rectifikációs szekció főleg thyristorokból, diodákból, vagy más erőgépi szemilettek-nélkül működő eszközökön alapszik, amelyek elérhetik az AC-ből DC-be történő konverziót. Ezen felül egy irányító egység révén bizonyos tartományon belül feszültség-szabályozás és energia-kiegyensúlyozás is lehetséges.

• DC Szűrő Modul: A rectifikált DC energia egy szűrő áramkörben dolgozódik fel, hogy sima legyen a feszültség-fluktuáció, formálva egy stabil DC busz feszültséget. Ez a feszültség nem csak energiatámogatást nyújt a későbbi inverter szakasz számára, de kulcsfontosságú szerepet játszik az output feszültség stabilitásának és dinamikus válasz képességének biztosításában is.

• Inverter Modul: A szűrt DC energia visszaalakítódik AC-é az inverter modulban, IGBT-ek és impulzus szélesség moduláció (PWM) technológia használatával. A PWM jel kötegelt arányát és kapcsolófrekvenciáját beállítva, az inverter precízen szabályozhatja a kimeneti AC amplitúdóját és frekvenciáját, különböző terheléseket, mint például motoreket, szellőztetőket és csapágyakat kiszolgálva. Ez a technológia lehetővé teszi, hogy az inverter olyan funkciókat biztosítson, mint a lágy indítás, lépcsőnélküli sebesség-szabályozás, optimalizált működési feltételek, és energiamegtakarítás.

1.2 Működési Mechanizmus

A magfeszültségi inverterek láncrendszeres többszintű topológiát alkalmaznak, ami egy kimeneti hullámformát hoz létre, ami nagyon közel áll a szinusz hullámhoz. Ezek közvetlenül magfeszültségű AC energiát tudnak előállítani a motorok meghajtására. Ez a konfiguráció további szűrőket vagy emelő transzformátort sem igényel, és alacsony harmonikus tartalommal rendelkezik. A motor sebessége $n$ a következő egyenlettel fejezhető ki:

Ahol: $P$ a motor póluspárjainak száma; $f$ a motor működési frekvenciája; $s$ a csúszásarány. Mivel a csúszásarány tipikusan kis érték (általában 0–0,05 tartományban), a motor tápláló frekvenciájának $f$ beállítása lehetővé teszi a valódi sebesség $n$ megfelelő szabályozását. A motor csúszásaránya $s$ pozitívan korrelál a terhelés intenzitásával – minél nagyobb a terhelés, annál nagyobb a csúszásarány, ami csökkenti a motor valódi sebességét.

1.3 Technikai Választás Fontos Faktorai

• Feszültség Illeszkedés: Válasszon megfelelő illeszkedési sémákat, mint például a "High-High" vagy a "High-Low-High", a motor nominális feszültségének megfelelően. 1000 kW-nál nagyobb teljesítményű motorok esetén ajánlott a "High-High" séma. 500 kW alatti motorok esetén a "High-Low-High" séma prioritásba kerülhet.

• Harmonikus Csökkentés: A magfeszültségi inverterek bemeneti és kimeneti termináljain könnyen keletkeznek harmonikusok. Az ilyen hatás csökkentéséhez multiplexing technológiák vagy további szűrők alkalmazhatók. A szűrők megfelelő beállításával a harmonikus torzítást 5%-on belül lehet szabályozni, hatékonyan csökkentve a harmonikusokat.

• Környezeti Alkalmazkodás: A magfeszültségi invertereknek szükségük van lég- vagy vízhűtésre, hogy a vezérlő doboz belső hőmérséklete 40°C alatt maradjon. Az inverter helyszínén általában szitáló berendezések és klímaberendezések vannak telepítve. Speciális területeken, ahol nincs klíma, a komponensek hőmérsékleti besorolását a tervezés során figyelembe kell venni, és a hűtőrendszer szellőztetési kapacitását növelni, hogy biztosítsa a stabil működést.

2 Magfeszültségi Inverterek Alkalmazási Példája Erőművekben

Egy erőmű energiaszerkezete általában gőzturbogenerátorkészülékek, ketelpark, vízkezelés, szénzárpult, és deszulfurizáló rendszerek készülékeit tartalmazza. A turbós rész a tápláló és cirkuláló vízpumpák ellátását biztosítja, a ketel rész pedig a primáris szellőztetőket (elsődleges szellőztetőket), másodlagos szellőztetőket, és visszaszívó szellőztetőket, míg a szénzárpult a szalagfutók működtetését. A magfeszültségi inverterek segítségével ezeknek az eszközöknek a sebességét a terhelés változásai alapján változtathatják, ami csökkenteni fogja az energiafelhasználást, csökkentve az auxiliáris energiaigényt, és javítva a működési gazdaságosságot.

Indonézia Morowali-i nikkel-vas termelési projektje, Sumatra szigeten, 2019 és 2023 között nyolc 135 MW generátort üzembe helyezett. A belső működések további optimalizálása és a termelési költségek csökkentése érdekében 2023 és 2024 között technikai frissítéseket hajtottak végre, magfeszültségi inverterek telepítésével az 1, 2, 3, 4, és 7-as egységek kondenzációs pumpjain, valamint a 2-es és 5-ös egységek tápláló pumpjain.

2.1 Berendezések Állapota

A projekt pirómétallurgiai nikkel-vas folyamatot használ 25 gyártási vonalon, amelynek a háromnegyede Dongfang Electric DG440/13.8-II1 cirkuláló fluidizált ágyu ketelt és nyolc 135 MW középső újratermelő kondenzációs párgőzturbogenerátorkészüléket tartalmaz. Minden egység két rögzített frekvenciájú kondenzációs pumpával, két hidraulikus csatlakozóval szabályozott pumpával, és hat hidraulikus csatlakozóval szabályozott szellőztetővel van felszerelve.

A tápláló pumpák és szellőztetők redundanciával vannak kialakítva, 10%–20% mentesíti a teljesítményt. Az 5-ös és 6-os egységek szigetmódban működnek, körülbelül 70% terhelési arány mellett. A motorok sebességének optimalizálása a tényleges terhelési igényekhez, valamint a regeneratív fékezési energia visszacsatolása a hálózatra, csökkenti a szellőztetők, pumpák, és egyéb eszközök felesleges energiafelhasználását, tovább csökkentve a rendszer energiaveszteségeit.

2.2 Frissítési Terv

A tényleges berendezési működési feltételek alapján a 135 MW generátorkészülékek tápláló és kondenzációs pumpjainak magfeszültségi inverterekkel történő frissítését hajtották végre.

• Tápláló Pumpa Frissítés: "Automatikus Egy-egy" konfigurációt alkalmaztak, ahol minden tápláló pumpának saját magfeszültségi invertere van, beleértve a bypass dobozt is, hogy garantálja a rendszer megbízhatóságát.

• Kondenzációs Pumpa Frissítés: "Egy-Két" konfigurációt alkalmaztak, ahol két kondenzációs pumpa osztja meg egy magfeszültségi invertert, egyensúlyozva a hatékonyságot és a költséghatékonyságot.

A helyi történeti maximális hőmérséklet tartomány (23–32°C) figyelembevételével a komponenseket 40°C környezeti hőmérsékletre választották. Ezen felül a hűtő doboz kényszeres kibocsátásának tervezése 40°C szobahőmérsékletre volt módosítva, hogy biztosítja a hatékony hőledését, kivitelezve a dedikált inverterterem vagy klíma rendszerek nélkül.

2.3 Gazdasági Haszon Értékelés

Ez a frissítési projekt összesen körülbelül 6 millió RMB-et került, beleértve 5 millió RMB-et a berendezésekért, 400 000 RMB-et a szerelésért, és 600 000 RMB-et a kliens által biztosított segédanyagokért. A számítások szerint évente 6,58 millió RMB energiamegtakarítási hasznot jelent, ami lehetővé teszi, hogy a befektetést egy év alatt visszafizessen, sikeresen elérve az elvárt gazdasági célokat.

3 Következtetés

A magfeszültségi inverter technológia gyors fejlődésével alkalmazási területei gyorsan bővültek különböző iparágakban. Az erőmű termelési rendszereiben aktívan kell promóciózni a magfeszültségi inverter technológiát. Elsőbbséget kell adni a hosszú működési idővel rendelkező egységek, vagy a szükséges frissítésekre, mivel ilyen intézkedések jelentős gazdasági értéket és stratégiai fontosságot kínálnak.