Retrogradnje visokonapetostnih inverterjev v elektrarnah
1 Osnovna struktura in delovanje visokonapetostnih inverterjev
1.1 Sestavni moduli
Modul rektifikatorja: Ta modul pretvori vhodno visokonapetostno nizkopremonosno energijo v stalen tok. Sekcija rektifikacije se sestavlja predvsem iz tiristorjev, diod ali drugih močnih polprevodniških naprav, ki omogočajo pretvorbo iz nizkopremonosne v stalen tok. Dodatno lahko preko kontrolnega enota dosežemo reguliranje napetosti in odpravljanje moči v določenem obsegu.
Modul DC filtra: Rektificirana stala napetost je obdelana z filtrsko vezjo, da se izenačijo nihanja napetosti in ustvari stabilna stala napetost. Ta napetost ne le zagotavlja energetsko podporo za nadaljnji inverter, ampak je tudi ključnega pomena za zagotavljanje stabilnosti izhodne napetosti in dinamične odzivne sposobnosti.
Modul inverterja: Filtrirana stala napetost se v modulu inverterja spet pretvori v nizkopremonosno energijo z uporabo močnih polprevodniških naprav, kot so IGBT-ji in tehnologija širinskega modulacije impulzov (PWM). Z regulacijo dolžine impulza in frekvence preklopa PWM signala lahko inverter natančno nadzira amplitudo in frekvenco izhodne nizkopremonosne energije, kar odgovarja zahtevam različnih obremenitev, kot so motorji, ventilatori in črpalki. Ta tehnologija omogoča inverterju, da zagotovi funkcije, kot so mehka začetna, brezstopinjska regulacija hitrosti, optimizirane delovne pogoji in prihranek energije.
1.2 Način delovanja
Visokonapetostni inverterji uporabljajo kaskadno večstopenjsko topologijo, ki ustvarja izhodni val, ki je tesno približan sinusoidi. Lahko neposredno izdajajo visokonapetostno nizkopremonosno energijo za pogon motorjev. Ta konfiguracija onemogoča potrebo po dodatnih filtrov ali napetostnih transformatorjih in ponuja prednost nizke harmonične vsebine. Hitrost motorja n zadošča naslednji enačbi:
Kjer: P je število parov polov motorja; f je delovna frekvenca motorja; s je slip ratio. Ker je slip ratio tipično majhen (običajno v obsegu 0–0,05), je mogoče z regulacijo frekvence oskrbe motorja f ustrezen odziv na dejansko hitrost n. Slip ratio motorja s je pozitivno povezan z intenziteto obremenitve – večja obremenitev pomeni večji slip ratio, kar vodi do zmanjšanja dejanske hitrosti motorja.
1.3 Ključni faktorji pri tehnični izbiri
Pogostanje napetosti: Izberite ustrezne kombinacije, kot so "High-High" ali "High-Low-High", glede na nominalno napetost motorja. Za motorje z močjo, večjo od 1.000 kW, se priporoča shema "High-High". Za motorje pod 500 kW je morda boljša shema "High-Low-High".
Zmanjševanje harmonik: Harmoniki so lako generirani na vhodnih in izhodnih terminalih visokonapetostnih inverterjev. Za zmanjšanje njihovega vpliva se lahko uporabljajo multiplexne tehnike ali dodatni filtri. S pravilno konfiguracijo filtrov se lahko harmonična distorzija omeji na 5 %, kar omogoča učinkovito zmanjševanje harmonik.
Prilagodljivost okolju: Visokonapetostni inverterji zahtevajo hladilne sisteme z zračnim ali vodnim hladilom, da se notranja temperatura kontroldne skrinje ohranja pod 40 °C. Na mestu inverterjev so običajno nameščeni dehumidifikatorji in klimatski naprave. V posebnih območjih brez klimatskega naprave mora biti pri oblikovanju upoštevana temperaturna ocena komponent, ter bi se morala povečati zmogljivost hladilnih sistemov, da se zagotovi stabilno delovanje.
2 Uporaba visokonapetostnih inverterjev v elektrarnah
Sistem elektrarne običajno vključuje opremo od turbinnih generatorjev, kotlarskih sistemov, sistemi za čiščenje vode, prenašanje premoga in desulfurizacijskih sistemov. Turbinski del oskrbuje povratne črpalki in cirkulacijske črpalki, kotlarski del pa zagotavlja prisilne ventilatorje (glavne ventilatorje), sekundarne ventilatorje in inducirane ventilatorje, medtem ko del prenašanja premoga operira traktorske prenašalnice. Z uporabo visokonapetostnih inverterjev za variabilno hitrostno reguliranje teh naprav glede na spremembe obremenitve se lahko zmanjša poraba energije, zniža se poraba pomočne energije in izboljša gospodarnost delovanja.
Projekt proizvodnje nikla-železa v Morowali, Indoneziji, na otoku Sumatra, je med letoma 2019 in 2023 postavil osem generatorjev s 135 MW. Za nadaljnje optimiziranje notranjih operacij in zmanjšanje stroškov proizvodnje so bili med letoma 2023 in 2024 izvedeni tehnični posodobitvi, ki vključujejo namestitev visokonapetostnih inverterjev za kondenzacijske črpalki enot 1, 2, 3, 4 in 7, kot tudi za povratne črpalki enot 2 in 5.
2.1 Stanje opreme
Projekt uporablja pirometalurgični postopek proizvodnje nikla-železa z 25 proizvodnimi linijami, opremljenimi s osem DFCG440/13.8-II1 cirkulacijskimi fluidiziranimi ložnicami in osem 135 MW srednje presogovih kondenzacijskih parnih turbine generatorjev. Vsaka enota je opremljena z dvema fiksno-frekvenčnima kondenzacijskima črpalkama, dvema hidraulično združenima črpalkama in šestimi hidraulično združenimi ventilatorji.
Povratne črpalki in ventilatorji so oblikovani z nadomestkom, ki zagotavlja 10%–20% rezervne zmogljivosti. Enoti 5 in 6 delujeta v ostrvoznem načinu z obremenitvenim stopnjem približno 70%. Z optimizacijo hitrosti motorjev v skladu s stvarnimi zahtevami obremenitve in vključitvijo regenerativnega freniranja, ki energijo vrača na omrežje, se zmanjša nepotreben poraba energije iz ventilatorjev, črpalk in druge opreme, kar še naprej zmanjša izgube energije sistema.
2.2 Posodobitvena shema
Na podlagi dejanskih delovnih pogojev opreme so bile izvedene posodobitve visokonapetostnih inverterjev za povratne in kondenzacijske črpalki 135 MW generatorjev.
Posodobitev povratnih črpalk: Pravilnik "Avtomatsko ena-en" je bil sprejet, kjer je vsaka povratna črpalnik opremljena z dedičnim visokonapetostnim inverterjem, vključno z obhodno skrinjo, da se zagotovi zanesljivost sistema.
Posodobitev kondenzacijskih črpalk: Shema "Ena-dve" je bila implementirana, kjer si dve kondenzacijski črpalnik delita en visokonapetostni inverter, ravnotežen učinkovitost in ekonomičnost.
Ob upoštevanju lokalne zgodovinske najvišje temperature v obsegu 23–32 °C so bile komponente izbrane za delovanje pri ambientni temperaturi 40 °C. Dodatno je bila prilagojena obvezna izpuščna oblika skrinje inverterja na podlagi sobne temperature 40 °C, da se zagotovi učinkovito ohlajevanje, kar onemogoča potrebo po posebni sobi inverterja ali klimatskih naprav.
2.3 Ekonomski učinki
Skupna investicija v ta projekt posodobitve znaša približno 6 milijonov RMB, vključno s 5 milijoni RMB za opremo, 400.000 RMB za gradnjo in 600.000 RMB za pomožne material, ki jih je zagotovil stranka. Računi kažejo, da je letni prihranek energije 6,58 milijona RMB, kar omogoča vračanje investicije v manj kot eno leto, uspešno doseženje pričakovanih ekonomskih ciljev.
3 Zaključek
Z hitrim razvojem tehnologije visokonapetostnih inverterjev se njihove uporabe hitro razširjajo v različnih industrih. V proizvodnih sistemih elektrarn velja aktivno promovirati tehnologijo visokonapetostnih inverterjev. Prednost bi se morala dati modernizaciji enot z dolgimi delovnimi urami ali tistim, ki so nujno potrebne za posodobitve, saj takšne ukrepe ponujajo značilen ekonomski in strategski pomen.
