Vifaa vya Inverter ya Mwendo wa Nguvu Iliyokuzwa katika Viwanda vya Nishati

1 Muundo msingi na Mfumo wa Kufanya Kazi wa Inverters za Kiwango Kikuu

1.1 Muundo wa Moduli

• Moduli ya Rectifier: Moduli hii huanza nguvu ya AC ya kiwango kikuu kuwa DC. Sekta ya rectification ina maudhui kama thyristors, diodes, au vifaa vingine vya semiconductor vya nguvu ili kufanikiwa kutumia AC kuwa DC. Pia, kupitia kitengo cha udhibiti, uwezo wa kudhibiti tena na kutoa mali ya nguvu unaweza kutimizwa.

• Moduli ya DC Filter: Nguvu ya DC iliyotengenezwa hutathiriwa na mzunguko wa filter kusaidia kuhakikisha kwamba wito wa voltage unafanana na ukubwa wa DC bus voltage. Hii voltage husaidia tu kutoa msaada wa nguvu kwa hatua ifuatayo ya inverter lakini pia ina umuhimu mkubwa katika kuhakikisha ustawi wa voltage chenji na uwezo wa majibu ya kijamii.

• Moduli ya Inverter: Nguvu ya DC iliyofilter hutengenezwa tena kuwa AC kwenye moduli ya inverter kwa kutumia vifaa vya semiconductor vya nguvu kama vile IGBTs na teknolojia ya pulse width modulation (PWM). Kwa kubadilisha duty cycle na mfano wa PWM signal, inverter anaweza kukidhibiti kwa uhakika ukubwa na mfano wa nguvu ya AC chenji, kutosha mahitaji ya nyuzi mbalimbali kama vile motors, fans, na pumps. Teknolojia hii inafanikiwa kutoa funguo kama vile soft start, speed control bila hatua, masharti sahihi ya kufanya kazi, na kutokoselea nguvu.

1.2 Mfumo wa Kufanya Kazi

Inverters za kiwango kikuu huchukua muundo wa cascaded multilevel, kutengeneza mwonekano wa chenji ambao unafanana sana na sine wave. Wanaweza kutengeneza nguvu ya AC ya kiwango kikuu moja kwa moja kudrive motors. Muundo huu unafuta hitaji wa filters zinazozidi au transformers za step-up na unatoa faida ya kudhibiti harmonic wenye ukubwa mdogo. Umbo wa motori $n$ unafanana na maelezo yafuatayo:

Hapa: $P$ ni idadi ya pole pairs za motori; $f$ ni mfano wa kufanya kazi wa motori; $s$ ni slip ratio. Tangu slip ratio zinazotumika mara nyingi ni ndogo (kawaida kwenye ulimwengu wa 0–0.05), kubadilisha mfano wa supply wa motori $f$ inaweza kudhibiti kwa uhakika umbo halisi wake $n$. Slip ratio ya motori $s$ inahusiana na umbo wa load—ingawa umbo wa load unakuwa juu, slip ratio inakuwa juu, kusababisha umbo halisi wa motori kunuka.

1.3 Viwango Vya Msingi katika Chaguo la Teknolojia

• Kuambatana kwa Voltage: Chagua mikakati sahihi kama vile "High-High" au "High-Low-High" kutegemea na rated voltage ya motori. Kwa motors zinazokuwa na nguvu zinazopita zaidi ya 1,000 kW, mikakati ya "High-High" yanapendekezwa. Kwa motors zinazokuwa chini ya 500 kW, mikakati ya "High-Low-High" zinaweza kujitolea kwa utaratibu wa awali.

• Kudhibiti Harmonics: Harmonics zinaweza kuzalishwa kwa urahisi kwenye terminal za input na output za inverters za kiwango kikuu. Kupunguza athari yao, teknolojia za multiplexing au filters zinazozidi zinaweza kutumiwa. Kwa kudhibiti vizuri filters, harmonic distortion inaweza kudhibitiwa chini ya 5%, kufanikiwa kudhibiti harmonics.

• Uwezo wa Kuambatana na Mazingira: Inverters za kiwango kikuu huchukua mifumo ya air-cooling au water-cooling ili kuhakikisha kwamba joto la ndani ya cabinet ya kudhibiti linatumaini chini ya 40°C. Dehumidifiers na units za air conditioning zinachukua makazi kwenye eneo la inverters. Katika maeneo maalum ambayo hauna air conditioning, ratings ya joto la components lazima liangaliwe wakati wa design, na uwezo wa cooling systems unapaswa kuongezeka ili kuhakikisha kufanya kazi kwa usahihi.

2 Misalio ya Matumizi ya Inverters za Kiwango Kikuu katika Vikundi vya Nguvu

Mifumo ya nguvu vya vikundi vya nguvu vinajumuisha vifaa kutoka kwa turbine generators, boilers, water treatment, coal conveying, na desulfurization systems. Sekta ya turbine hutoa nguvu kwa feedwater pumps na circulating water pumps, sekta ya boiler hutoa forced draft fans (primary fans), secondary fans, na induced draft fans, huku sekta ya coal conveying hutumia belt conveyors. Kwa kutumia inverters za kiwango kikuu kudhibiti umbo wa variable-speed wa vifaa hivi kulingana na mabadiliko ya load, inaweza kureduka matumizi ya nguvu, kupunguza matumizi ya nguvu ya msaada, na kuboresha uchumi wa kufanya kazi.

Projekti ya uchaji wa nickel-iron Morowali, Indonesia, ikifunika kwenye Sumatra Island, imetumia watu wa generator unit wa 135 MW wawili kati ya 2019 na 2023. Kupunguza zaidi gharama za uchaji na kuboresha operations za ndani, technical retrofits iliyotumia kuleta inverters za kiwango kikuu zilikuwa zinatengeneza condensate pumps za Units 1, 2, 3, 4, na 7, pamoja na feedwater pumps za Units 2 na 5 kati ya 2023 na 2024.

2.1 Hali ya Vifaa

Projekti hii huchukua mifumo ya pyrometallurgical nickel-iron na miaka 25 miaka ya uchaji, imeandikwa na boilers za Dongfang Electric DG440/13.8-II1 na generators za steam turbine intermediate reheat wa 135 MW wawili. Kila unit imeandikwa na condensate pumps wa fixed-frequency wa wawili, hydraulic coupler-regulated pumps wa wawili, na fans wa hydraulic coupler-regulated sita.

Feedwater pumps na fans zimeundwa na redundancy, kutoa backup capacity ya 10%–20%. Units 5 na 6 huendesha kwa mode ya island na rate ya load ya karibu 70%. Kwa kuboresha umbo wa motori ili kufanana na mahitaji ya load halisi na kuingiza regenerative braking energy feedback kwenye grid, matumizi ya nguvu siyo ya haja kutokana na fans, pumps, na vifaa vingine vinaweza kupunguzika, kuboresha zaidi matumizi ya nguvu ya system.

2.2 Mikakati ya Retrofit

Kulingana na hali halisi ya vifaa vilivyotumika, high-voltage inverter retrofits zilikuwa zinatengeneza feedwater na condensate pumps za generator set za 135 MW.

• Retrofit ya Feedwater Pump: Mikakati ya "Automatic One-to-One" ilichukuliwa, ambako kila feedwater pump ilikuwa imeandikwa na high-voltage inverter ya kipekee, ikiwa na bypass cabinet ili kuhakikisha usawa wa system.

• Retrofit ya Condensate Pump: Mikakati ya "One-to-Two" ilihusishwa, ambako condensate pumps wawili walikuwa wanashiriki high-voltage inverter moja, kubalansha efficiency na cost-effectiveness.

Kutokana na range ya maximum ya joto ya historia ya eneo la kimataifa ya 23–32°C, components zilichaguliwa kufanya kazi kwenye temperature ya ambient ya 40°C. Pia, insha ya forced exhaust ya inverter cabinet ilibadilishwa kutegemea kwenye temperature ya chumba ya 40°C ili kuhakikisha heat dissipation yenye umuhimu, kusisitisha need ya inverter room maalum au mifumo ya air conditioning.

2.3 Uchanganuzi wa Faedha ya Kiuchumi

Investment kamili ya projekti hii ya retrofit ilikuwa karibu 6 million RMB, ikiwa ni 5 million RMB kwa vifaa, 400,000 RMB kwa construction, na 600,000 RMB kwa auxiliary materials zinazotolewa na mteja. Hisabati zinatonyesha faedha ya kusokoteka ya energy ya mwaka wa 6.58 million RMB, kusaidia investment kurudi chini ya mwaka mmoja, kufanikiwa kushinda malengo ya kiuchumi yanayotarajiwa.

3 Mwisho

Kutokana na maendeleo machache ya teknolojia ya high-voltage inverter, matumizi yake yameongezeka kwa haraka kwenye industries mbalimbali. Katika mifumo ya uchaji wa vikundi vya nguvu, teknolojia ya high-voltage inverter lazima lipelekwe mbele. Utaratibu unapaswa kutumika kwa ajili ya retrofitting units zinazokuwa na masaa mengi ya kufanya kazi au zinazohitaji ugumu wa kushughulikia, kama vile masuala hayo yanaweza kutumia thamani ya kiuchumi na importance ya kiutamaduni.