Надградби на високонапонски инвертори во електрани

1 Основна структура и начин на работа на високонапонските инвертори

1.1 Составни делови

• Модул за правоугуливање: Овој модул конвертира входната високонапонска алтернативна енергија во директна енергија. Секцијата за правоугуливање вешто се состои од тиристори, диоди или други моќни полупроводнички уреди за да се постигне конверзија од АЦ во ДЦ. Поминувајќи низ контролен јазол, може да се регулира напонот и да се компенсира моќта во определен опсег.

• Модул за филтрирање на ДЦ: Продравената ДЦ енергија се процесира со помош на филтрување на кружници за да се изгладат флуктуациите на напонот, формирајќи стабилен ДЦ шина напон. Овој напон не само што овозможува енергенско поддршка за следната инверторска фаза, туку и игра важна улога во осигурувањето на стабилноста на излезната напонска стабилност и динамичката респонзивност.

• Инверторски модул: Филтрираната ДЦ енергија се конвертира повторно во АЦ енергија во инверторскиот модул користејќи моќни полупроводнички уреди како IGBT и технологија за широчина на импулс (PWM). Регулирајќи го должинскиот циклус и честотата на сврчување на сигналот PWM, инверторот може прецизно да контролира амплитудата и честотата на излезната АЦ енергија, задоволувајќи ги барањата на различни оптерења како мотори, вентилатори и помпи. Оваа технологија овозможува на инверторот да обезбеди функции како мек започнување, бесступенчена регулација на брзината, оптимизирани работни услови и штедење на енергија.

1.2 Начин на работа

Високонапонските инвертори користат каскадна многунивошна топологија, произведувајќи излезната формација која приближно прифали синусна врвка. Тие можат директно да произведат високонапонска АЦ енергија за да приведат мотори. Оваа конфигурација елиминира потребата за дополнителни филтри или трансформатори за повисување на напонот и нуди предноста на ниско содржание на хармоници. Брзината на моторот $n$ задоволува следната равенка:

Каде: $P$ е бројот на парови на полова на моторот; $f$ е работната честота на моторот; $s$ е степенот на клизање. Бидејќи степенот на клизање е типично мал (обично во опсегот од 0–0,05), регулацијата на рабочата честота $f$ на моторот овозможува соодветна регулација на неговата реална брзина $n$. Степенот на клизање на моторот $s$ е позитивно корелиран со интензитетот на оптерењето – колку повеќе е оптерењето, толку е поголем степенот на клизање, што доведува до намалување на реалната брзина на моторот.

1.3 Клучни фактори во техничката избор

• Прилагодување на напонот: Изберете соодветни схеми за прилагодување како „Високо-високо“ или „Високо-ниско-високо“ според номиналниот напон на моторот. За мотори со моќ над 1,000 kW, препорачлива е схемата „Високо-високо“. За мотори под 500 kW, схемата „Високо-ниско-високо“ може да се даде првенство.

• Смањување на хармониите: Лесно се генерираат хармонии на входните и излезните терминали на високонапонските инвертори. За да се намали нивниот влијание, можат да се користат мултиплексирана техника или дополнителни филтри. Со правилна конфигурација на филтрите, искривувањето на хармониите може да се контролира под 5%, постигнувајќи ефективно подолго на хармониите.

• Приспособливост на околината: Високонапонските инвертори бараат системи за хлаѓање со воздух или вода за да се осигура дека температурата во вградениот кабинет останува под 40°C. Обично се инсталираат деумидификатори и кондиционери на местата на инверторите. Во специјални области без кондиционер, при дизајнирањето треба да се земат предвид температурните карактеристики на компонентите, а капацитетот за вентилација на системите за хлаѓање треба да се зголеми за да се осигура стабилна работа.

2 Пример за применување на високонапонски инвертори во електростанции

Електросистемата на една електростанца типично вклучува опрема од турбогенератори, котлони, системи за третман на вода, превоз на ѓубре и системи за десулеризација. Турбинската секција доставува моќ на помпи за поднесување на вода и циркулаторни помпи, додека котлонската секција доставува притисни вентилатори (први вентилатори), втори вентилатори и индуцирани вентилатори, додека секцијата за превоз на ѓубре оперира лентни транспортни системи. Користејќи високонапонски инвертори за варијабилна регулација на брзината на овие уреди според варијациите на оптерењето, може да се намали потрошуването на енергија, да се намали помошната консумација на енергија и да се подобри економиската ефикасност на операциите.

Проектот за производство на никел-жеже во Моровалу, Индонезија, расположен на островот Суматра, влезе во експлоатација осум 135 MW генераторски агрегати во периодот од 2019 до 2023 година. За да се подобрат внатрешните операции и да се намалат производствените трошоци, технички ремонти со инсталација на високонапонски инвертори беа изведени во периодот од 2023 до 2024 година за кондензационите помпи на Агрегатите 1, 2, 3, 4 и 7, како и за помпите за поднесување на вода на Агрегатите 2 и 5.

2.1 Станување на опремата

Проектот користи пирометалуршки процес на никел-жеже со 25 производствени линии, опремени со осум Dongfang Electric DG440/13.8-II1 циркулаторни флуидизирани котлони и осум 135 MW средно-повторно нагревање на кондензациони турбогенераторски агрегати. Секој агрегат е конфигуриран со две фиксни честоти кондензациони помпи, две хидравлички куплер-регулирани помпи и шест хидравлички куплер-регулирани вентилатори.

Помпите за поднесување на вода и вентилаторите се дизајнирани со резервна капацитет од 10%–20%. Агрегатите 5 и 6 работат во режим на остров со стапка на оптерење од околу 70%. Оптимизирајќи го брзината на моторите за да се прилагоди на реалните барања за оптерење и инкорпорирајќи го регенеративното тормозење со обратна енергија до мрежата, се намалува неопходното потрошуване на енергија од вентилаторите, помпите и друга опрема, што дополнително намалува губитоци на енергија во системот.

2.2 Шема за ремонтирање

На основа на реалните услови на работа на опремата, беа изведени ремонти на високонапонски инвертори за помпи за поднесување на вода и кондензациони помпи на 135 MW генераторски агрегати.

• Ремонтирање на помпи за поднесување на вода: Беше применета конфигурација „Автоматско Еден-Еден“, каде секоја помпа за поднесување на вода е опремена со посебен високонапонски инвертор, вклучувајќи ја и шкафа за обида за да се осигура надежноста на системот.

• Ремонтирање на кондензациони помпи: Беше применета конфигурација „Еден-Два“, каде две кондензациони помпи споделуваат еден високонапонски инвертор, балансирајќи ефикасноста и економичноста.

Земајќи ги предвид историските максимални температурни опсеги на местото од 23–32°C, компонентите беа избрани да работат при околна температура од 40°C. Додатно, дизајнот на принудено исцедување на кабинетот на инверторот беше прилагоден според температурата на собата од 40°C за да се осигура ефективно исцедување, елиминирајќи ја потребата за посебна соба за инвертор или систем за кондиционирање на воздухот.

2.3 Економски бенефици

Тоталната инвестиција за овој проект за ремонтирање беше околу 6 милиони јуана, вклучувајќи 5 милиони јуани за опрема, 400,000 јуани за изградба и 600,000 јуани за помошни материјали доставени од клиентот. Пресметките покажуваат дека годишниот економски бенефит е 6,58 милиони јуани, што овозможува инвестицијата да се враќа за помалку од една година, успешно постигнувајќи очекуваните економски цели.

3 Заклучок

Со брзото развитие на технологијата на високонапонските инвертори, нивните применувања се прошируваат брзо во различни индустрии. Во производствените системи на електростанциите, треба активно да се промовира технологијата на високонапонските инвертори. Приоритет треба да се даде на ремонтирање на агрегати со долга време на работа или на она што се спешно потребни за ажурирање, бидејќи такви мерки нудат значајна економска вредност и стратегичка важност.