Augstsprieguma invertoru modernizācija elektrostacijās

1 Augstsprieguma invertoru pamata struktūra un darbības mehānisms

1.1 Moduļu sastāvs

• Rektifikatora modulis: Šis modulis pārveido ievades augstsprieguma maiņstrādes enerģiju par galdstrādes enerģiju. Rektifikācijas daļa galvenokārt sastāv no tioristiem, diodēm vai citām jaudas poluprovadītāju ierīcēm, lai sasniegtu maiņstrādes pārveidošanu par galdstrādi. Turklāt, caur kontrolējošo vienību, var realizēt sprieguma regulēšanu un jaudas kompensāciju noteiktā apmērā.

• Galdstrādes filtra modulis: Rektificētā galdstrāde tiek apstrādāta ar filtrēšanas šķērsojumu, lai izlīdinātu sprieguma svārstības, veidojot stabila galdstrādes autobusa spriegumu. Šis spriegums ne tikai nodrošina enerģijas atbalstu nākamajam invertera posmam, bet arī spēlē būtisku lomu, nodrošinot izvades sprieguma stabilitāti un dinamisko atbildes spēju.

• Invertera modulis: Filtrētā galdstrāde tiek atkal pārveidota par maiņstrādi invertera modulī, izmantojot jaudas poluprovadītāju ierīces, piemēram, IGBT, un impulsskaita modulācijas (PWM) tehnoloģiju. Regulējot PWM signāla impulsu attiecību un pārslēguma frekvenci, inverteris var precīzi kontrolēt izvades maiņstrādes amplitūdu un frekvenci, saskanāmi ar dažādu iebrukumu prasībām, piemēram, dzinējiem, ventilātoriem un pompām. Šī tehnoloģija ļauj inverterim nodrošināt funkcijas, piemēram, mīksta uzsākšana, bezstabiņu ātruma regulēšana, optimizētas darbības apstākļi un enerģijas taupība.

1.2 Darbības mehānisms

Augstsprieguma invertori izmanto kaskādu multilīmeņu topoloģiju, veidojot izvadi, kas tuvu piepildīta sinusoidale. Tie var tieši izveidot augstsprieguma maiņstrādes enerģiju, lai palaistu dzinējus. Šāda konfigurācija nozīmē, ka nav nepieciešamas papildu filtras vai paaugstinātāju transformatoru, un tā piedāvā priekšrocību ar zemu harmoniku saturu. Dzinēja ātrums $n$ atbilst šādai vienādojumam:

Kur: $P$ ir dzinēja polu pāru skaits; $f$ ir dzinēja darbības frekvence; $s$ ir slīpuma koeficients. Tā kā slīpuma koeficients parasti ir mazs (parasti diapazonā no 0–0.05), dzinēja piegādes frekvences $f$ pielāgošana ļauj atbilstoši regulēt tā faktisko ātrumu $n$. Dzinēja slīpuma koeficients $s$ ir pozitīvi saistīts ar iebrukuma intensitāti — jo lielāks iebrukums, jo lielāks slīpuma koeficients, kas rezultē dzinēja faktiskā ātruma samazināšanos.

1.3 Galvenie tehniskās izvēles faktori

• Sprieguma atbilstība: Izvēlieties atbilstošus savienojumu shēmas, piemēram, "Augsts-Augsts" vai "Augsts-Zems-Augsts", atkarībā no dzinēja nominālā sprieguma. Dzinējiem ar jaudu, kas pārsniedz 1,000 kW, ir ieteicams "Augsts-Augsts" shēmas. Dzinējiem zem 500 kW var prioritizēt "Augsts-Zems-Augsts" shēmu.

• Harmoniku mazināšana: Augstsprieguma invertori viegli ģenerē harmonikas ievades un izvades kontaktos. Lai samazinātu to ietekmi, var izmantot multiplexēšanas tehnoloģijas vai papildu filtras. Pareizi konfigurējot filtras, harmonikas deformāciju var kontrolēt līmenī līdz 5%, sasniedzot efektīvu harmoniku mazināšanu.

• Vides adaptējamība: Augstsprieguma invertori prasa gaisa vai ūdens dzesēšanas sistēmas, lai nodrošinātu, ka kontroļu skapiņu iekšējā temperatūra paliek zemāka par 40°C. Inverteru vietās parasti tiek instalētas mitruma novēršanas ierīces un kondicionieru sistēmas. Speciālās teritorijās, kur nav kondicionieru, projektēšanas laikā jāņem vērā komponentu temperatūras reitingi, un jāpalielina dzesēšanas sistēmu ventilācijas spēja, lai nodrošinātu stabīgu darbību.

2 Augstsprieguma inverteru piemērs elektrumu ražošanas stacijās

Elektrumu ražošanas stacijas enerģijas sistēma parasti ietver aprīkojumu no turbinu dzinējiem, katlu, ūdens apstrādes, ogļu transportēšanas un desulfurēšanas sistēmām. Turbinu daļa nodrošina enerģiju uzplūstošo un cirkulāro ūdens pompām, katlu daļa nodrošina piespiešanas ventilātorus (primāros ventilātorus), sekundāros ventilātorus un izvadīšanas ventilātorus, savukārt ogļu transportēšanas daļa darbojas ceļu transportētājos. Izmantojot augstsprieguma inverterus, lai mainītu šo ierīču ātrumu atkarībā no iebrukuma, var samazināt enerģijas patēriņu, samazināt palīgējo enerģijas patēriņu un uzlabot operatīvo ekonomiku.

Nikelā un dzelzs ražošanas projekts Morowalī, Indonēzijā, Sumatra salā, starp 2019. un 2023. gadu komisijā deva astoņus 135 MW dzinēju blokus. Lai vēl vairāk optimizētu iekšējo darbību un samazinātu ražošanas izmaksas, no 2023. līdz 2024. gadam tika veikti tehniski remontdarbi, ieviešot augstsprieguma inverterus kondensācijas pompām 1., 2., 3., 4. un 7. dzinējiem, kā arī uzplūstošajām pompām 2. un 5. dzinējiem.

2.1 Aprīkojuma statuss

Projekts izmanto termometallurgisku nikela un dzelza procesu ar 25 ražošanas līnijām, aprīkotas ar astoņām Dongfang Electric DG440/13.8-II1 cirkulācijas plūsmas loža katlām un astoņām 135 MW vidēja pārcilpuma kondenzācijas garām turbinu dzinēju komplektiem. Katrs dzinējs ir aprīkots ar divām fiksētas frekvences kondensācijas pompām, divām hidrauliskām kopkopēm regulētām pompām un sešām hidrauliskām kopkopēm regulētām ventilātoriem.

Uzplūstošās pompas un ventilātori ir dizainēti ar rezervēto jaudu, nodrošinot 10%–20% rezerves kapacitāti. 5. un 6. dzinēji darbojas salas režīmā ar iebrukuma rādītāju aptuveni 70%. Optimizējot dzinēju ātrumu, lai atbilstu faktiskajam iebrukuma pieprasījumam, un iekļaujot regeneratīvo brezāšanas enerģijas atgriešanu tīklā, tiek samazināts nepieciešamais ventilātoru, pompām un citām ierīcēm enerģijas patēriņš, vēl vairāk samazinot sistēmas enerģijas zudumu.

2.2 Remonta shēma

Atbilstoši faktiskajiem aprīkojuma darbības apstākļiem, tika īstenoti augstsprieguma inverteru remonti 135 MW dzinēju bloku uzplūstošajām un kondensācijas pompām.

• Uzplūstošās pompas remonts: Tika pieņemta "Automātiska viens pret vienu" konfigurācija, kur katrai uzplūstošajai pompai ir piešķirts atsevišķs augstsprieguma inverteris, ieskaitot apgāžu skapiņu, lai nodrošinātu sistēmas drošību.

• Kondensācijas pompas remonts: Tika īstenota "Viens pret diviem" konfigurācija, kur divas kondensācijas pompas dalās vienā augstsprieguma inverterī, balansējot efektivitāti un izmaksas.

Ņemot vērā vietējo vēsturisko maksimālo temperatūras diapazonu no 23–32°C, komponenti tika izvēlēti, lai strādātu 40°C vide. Papildus, invertera skapiņu piespiediena izplūdes dizains tika pielāgots, balstoties uz 40°C istabas temperatūru, lai nodrošinātu efektīvu siltuma izplūdi, neveicot specifisku invertera istabu vai kondicionieru sistēmu.

2.3 Ekonomiskā labuma novērtējums

Šī remonta projekta kopējā investīcija bija aptuveni 6 miljoni RMB, ieskaitot 5 miljonus RMB aprīkojumam, 400,000 RMB būvniecībai un 600,000 RMB klienta sniegumiem. Aprēķini rāda, ka gada enerģijas taupības labums ir 6.58 miljoni RMB, ļaujot atgūt investīcijas mazāk nekā vienu gadu, veiksmīgi sasniedzot sagaidāmos ekonomiskos mērķus.

3 Secinājums

Ar augstsprieguma inverteru tehnoloģijas straujo attīstību, tās lietojums ir strauji paplašinājies dažādos nozarēs. Elektrumu ražošanas sistēmās augstsprieguma inverteru tehnoloģijas jāaktivizē. Prioritāte jādod dzinējiem ar ilgu darbības laiku vai tiem, kuri steidzami nepieciešami modernizēšanai, jo šādas pasākumi piedāvā nozīmīgu ekonomisko vērtību un stratēģisku nozīmību.