Pagsasabog ng High-Voltage Inverter sa mga Power Plant

1 Pamantayan at Mekanismo ng Paggana ng Mataas na Voltaheng Inverter

1.1 Komposisyon ng Modulo

• Modulo ng Rectifier: Ang modulo na ito ay nagpapalit ng input na mataas na voltaheng AC power sa DC power. Ang seksyon ng rectification ay pangunahing binubuo ng thyristors, diodes, o iba pang mga power semiconductor device upang makamit ang pagpapalit mula AC tungo sa DC. Bukod dito, sa pamamagitan ng isang control unit, maaaring maisakatuparan ang voltage regulation at power compensation sa loob ng isang tiyak na range.

• Modulo ng DC Filter: Ang narektify na DC power ay pinoproseso ng isang filtering circuit upang i-smooth ang mga pagbabago ng voltage, na nagpapabuo ng isang matatag na DC bus voltage. Ang voltage na ito hindi lamang nagbibigay ng suporta sa enerhiya para sa sumusunod na inverter stage kundi naglalaro rin ng mahalagang papel sa pagtitiyak ng estabilidad ng output voltage at dynamic response capability.

• Modulo ng Inverter: Ang nafilter na DC power ay ipinapalit pabalik sa AC power sa modulo ng inverter gamit ang mga power semiconductor device tulad ng IGBTs at pulse width modulation (PWM) technology. Sa pamamagitan ng pag-adjust ng duty cycle at switching frequency ng PWM signal, maaaring kontrolin ng inverter ang amplitude at frequency ng output na AC power, na sumasaklaw sa mga requirement ng iba't ibang loads tulad ng motors, fans, at pumps. Ang teknolohiya na ito nagbibigay ng mga function tulad ng soft start, stepless speed control, optimized operating conditions, at energy savings.

1.2 Mekanismo ng Paggana

Ang mga mataas na voltaheng inverter ay gumagamit ng cascaded multilevel topology, na nagpapabuo ng isang output waveform na malapit na tumutugon sa sine wave. Maaari silang direktang maglabas ng mataas na voltaheng AC power upang i-drive ang motors. Ang configuration na ito nagwawala ng pangangailangan para sa karagdagang filters o step-up transformers at nagbibigay ng abilidad ng mababang harmonic content. Ang bilis ng motor $n$ ay sumasapat sa sumusunod na equation:

Kung saan: $P$ ang bilang ng pole pairs ng motor; $f$ ang operating frequency ng motor; $s$ ang slip ratio. Dahil ang slip ratio ay tipikal na maliit (karaniwang sa range ng 0–0.05), ang pag-adjust ng supply frequency $f$ ng motor ay nagbibigay ng corresponding regulation sa aktwal na bilis $n$. Ang slip ratio $s$ ng motor ay positibong korreleto sa intensity ng load—ang mas mataas ang load, mas mataas ang slip ratio, na nagreresulta sa pagbaba ng aktwal na bilis ng motor.

1.3 Mahahalagang Factors sa Teknikal na Piliin

• Voltage Matching: Piliin ang appropriate matching schemes tulad ng "High-High" o "High-Low-High" batay sa rated voltage ng motor. Para sa motors na may power na lumampas sa 1,000 kW, inirerekomenda ang "High-High" scheme. Para sa motors na bababa sa 500 kW, maaaring prioritized ang "High-Low-High" scheme.

• Harmonic Mitigation: Madaling lumikha ng harmonics sa input at output terminals ng mataas na voltaheng inverter. Upang bawasan ang epekto nito, maaaring gamitin ang multiplexing techniques o karagdagang filters. Sa pamamagitan ng proper na configuration ng filters, maaaring kontrolin ang harmonic distortion sa loob ng 5%, na nagpapabuti ng effective harmonic suppression.

• Environmental Adaptability: Ang mga mataas na voltaheng inverter ay nangangailangan ng air-cooling o water-cooling systems upang tiyakin na ang internal temperature ng control cabinet ay mananatiling mas mababa sa 40°C. Karaniwang ininstall ang dehumidifiers at air conditioning units sa mga lugar ng inverter. Sa espesyal na lugar na walang air conditioning, kailangang isaalang-alang ang component temperature ratings sa panahon ng disenyo, at dapat palakihin ang ventilation capacity ng cooling systems upang tiyakin ang stable operation.

2 Halimbawa ng Application ng Mataas na Voltaheng Inverter sa Power Plants

Ang power system ng isang power plant tipikal na binubuo ng equipment mula sa turbine generators, boilers, water treatment, coal conveying, at desulfurization systems. Ang turbine section nagbibigay ng power sa feedwater pumps at circulating water pumps, ang boiler section nagbibigay ng forced draft fans (primary fans), secondary fans, at induced draft fans, habang ang coal conveying section nagpapatakbo ng belt conveyors. Sa pamamagitan ng paggamit ng mataas na voltaheng inverter para sa variable-speed control ng mga device na ito batay sa variation ng load, maaaring mabawasan ang energy consumption, mabawasan ang auxiliary power consumption, at mapabuti ang operational economy.

Ang isang nickel-iron production project sa Morowali, Indonesia, na matatagpuan sa pulo ng Sumatra, ay komisyunado ang walong 135 MW generator units mula 2019 hanggang 2023. Upang lalo pang i-optimize ang internal operations at mabawasan ang production costs, ang technical retrofits kasama ang installation ng mataas na voltaheng inverter ay inimplemento mula 2023 hanggang 2024 para sa condensate pumps ng Units 1, 2, 3, 4, at 7, pati na rin sa feedwater pumps ng Units 2 at 5.

2.1 Katayuan ng Equipment

Ang project ay gumagamit ng pyrometallurgical nickel-iron process na may 25 production lines, na equipped ng walong Dongfang Electric DG440/13.8-II1 circulating fluidized bed boilers at walong 135 MW intermediate reheat condensing steam turbine generator sets. Bawat unit ay nakonfigure ng dalawang fixed-frequency condensate pumps, dalawang hydraulic coupler-regulated pumps, at anim na hydraulic coupler-regulated fans.

Ang feedwater pumps at fans ay designed na may redundancy, na nagbibigay ng 10%–20% backup capacity. Ang Units 5 at 6 ay nag-ooperate sa island mode na may load rate na humigit-kumulang 70%. Sa pamamagitan ng pag-optimize ng motor speed upang tugunan ang aktwal na load demands at pag-integrate ng regenerative braking energy feedback sa grid, maaaring mabawasan ang hindi kinakailangang energy consumption mula sa fans, pumps, at iba pang equipment, na nagpapababa pa ng system energy losses.

2.2 Retrofit Scheme

Batay sa aktwal na operating conditions ng equipment, ang high-voltage inverter retrofits ay inimplemento para sa feedwater at condensate pumps ng 135 MW generator sets.

• Feedwater Pump Retrofit: Isinagawa ang "Automatic One-to-One" configuration, kung saan bawat feedwater pump ay equipped ng isang dedicated high-voltage inverter, kasama ang bypass cabinet upang tiyakin ang reliability ng sistema.

• Condensate Pump Retrofit: Isinagawa ang "One-to-Two" configuration, kung saan ang dalawang condensate pumps ay nagbabahagi ng isang high-voltage inverter, na nagbabalanse ng efficiency at cost-effectiveness.

Sa pag-consider ng lokal na historical maximum temperature range na 23–32°C, ang mga components ay pinili upang makapag-operate sa 40°C ambient temperature. Bukod dito, ang forced exhaust design ng inverter cabinet ay inadjust batay sa 40°C room temperature upang tiyakin ang effective heat dissipation, na nagwawala ng pangangailangan para sa dedicated inverter room o air conditioning systems.

2.3 Economic Benefit Evaluation

Ang kabuuang investment para sa retrofit project na ito ay humigit-kumulang 6 milyong RMB, kasama ang 5 milyong RMB para sa equipment, 400,000 RMB para sa construction, at 600,000 RMB para sa auxiliary materials na ibinigay ng client. Ang mga calculation ay nagpapakita ng taunang energy-saving benefit na 6.58 milyong RMB, na nagpapahintulot sa investment na ma-recover sa loob ng less than one year, na matagumpay na natamo ang inaasahang economic goals.

3 Conclusion

Sa mabilis na pag-unlad ng teknolohiya ng mataas na voltaheng inverter, ang kanyang application ay lumaganap nang mabilis sa iba't ibang industriya. Sa power plant production systems, dapat na aktibong ipromote ang teknolohiya ng mataas na voltaheng inverter. Dapat bigyan ng prayoridad ang retrofitting ng mga unit na may mahabang oras ng operasyon o ang mga urgently nangangailangan ng upgrades, dahil ang mga measure na ito ay nagbibigay ng significant economic value at strategic importance.