Yüksek Gerilimli Inverterlerin Elektrik Üretim Tesisi Yeniden Yapılandırması

1 Yüksek Gerilimli İnverterlerin Temel Yapısı ve İşlem Mekanizması

1.1 Modül Bileşimi

• Dikdörtgenleyici Modül: Bu modül, giriş yüksek gerilimli AC gücünü DC gücüne dönüştürür. Dikdörtgenleme bölümü, genellikle thyristorlar, diyotlar veya diğer güç yarıiletken cihazları kullanarak AC'den DC'ye dönüşümü gerçekleştirir. Ayrıca, bir kontrol birimi aracılığıyla, belirli bir aralıkta gerilim düzenleme ve güç telafisi sağlanabilir.

• DC Filtre Modülü: Dikdörtgenleştirilmiş DC gücü, voltaj dalgalanmalarını düzeltmek için bir filtre devresiyle işlenerek, sabit bir DC ana hat gerilimi oluşturur. Bu gerilim, sadece sonraki inverter aşaması için enerji desteği sağlar, aynı zamanda çıkış geriliminin istikrarlı kalmasını ve dinamik tepki yeteneğini de sağlar.

• Inverter Modülü: Filtrelenmiş DC gücü, IGBT'ler ve darbe genişliği modülasyonu (PWM) teknolojisi gibi güç yarıiletken cihazlar kullanılarak inverter modülünde tekrar AC gücüne dönüştürülür. PWM sinyalinin dolgu faktörünü ve anahtarlama frekansını ayarlayarak, inverter, motor, fan ve pompalar gibi çeşitli yüklerin gereksinimlerini karşılamak için çıkış AC gücünün genliğini ve frekansını hassas bir şekilde kontrol edebilir. Bu teknoloji, inverter'in yumuşak başlatma, adım arası hız kontrolü, optimize edilmiş çalışma koşulları ve enerji tasarrufu gibi fonksiyonları sağlamasına olanak tanır.

1.2 İşlem Mekanizması

Yüksek gerilimli inverterler, bir sinüzoidal dalgaya yakın bir çıkış dalgası üretmek için kademeli çok seviyeli topoloji kullanır. Doğrudan yüksek gerilimli AC gücü çıkaran bu yapılandırma, ek filtreler veya yükseltici transformatörlere ihtiyaç duymaz ve düşük harmonik içeriği avantajı sunar. Motor hızı $n$, aşağıdaki denklemi sağlar:

Burada: $P$, motordanın kutup çift sayısıdır; $f$, motorun çalışma frekansıdır; $s$, kayma oranı (slip ratio)dir. Kayma oranı genellikle küçük olup (genellikle 0-0,05 aralığında), motorun besleme frekansını $f$ ayarlayarak, gerçek hızını $n$ uygun şekilde düzenleyebilirsiniz. Motor kayma oranı $s$, yük yoğunluğu ile pozitif olarak ilişkilidir - yük越高电压逆变器的输入和输出端容易产生谐波。为了减少其影响，可以采用多路技术或附加滤波器。通过合理配置滤波器，可以将谐波失真控制在5%以内，实现有效的谐波抑制。 环境适应性：高压逆变器需要空气冷却或水冷却系统，以确保控制柜内部温度低于40°C。通常在逆变器现场安装除湿机和空调设备。在没有空调的特殊区域，设计时必须考虑组件的温度等级，并增加冷却系统的通风能力，以确保稳定运行。 2 高压逆变器在电厂中的应用实例 电厂的电力系统通常包括汽轮发电机、锅炉、水处理、输煤和脱硫系统等设备。汽轮部分为给水泵和循环水泵提供动力，锅炉部分提供一次风机（引风机）、二次风机和引风机，而输煤部分则运行带式输送机。通过根据负荷变化使用高压逆变器对这些设备进行调速控制，可以降低能耗，减少辅助电力消耗，提高运行经济性。 印度尼西亚莫罗瓦利的一个镍铁生产项目，位于苏门答腊岛，在2019年至2023年间投入了八台135兆瓦发电机组。为进一步优化内部运营并降低生产成本，该项目在2023年至2024年间对1号、2号、3号、4号和7号机组的凝结水泵以及2号和5号机组的给水泵进行了高压逆变器的技术改造。 2.1 设备状况 该项目采用火法镍铁工艺，拥有25条生产线，配备了东方电气DG440/13.8-II1循环流化床锅炉八台和135兆瓦中间再热凝汽式汽轮发电机组八台。每台机组配置有两台定频凝结水泵、两台液力耦合器调节泵和六台风机。 给水泵和风机设计有冗余，提供10%-20%的备用容量。5号和6号机组以孤岛模式运行，负荷率约为70%。通过优化电机转速以匹配实际负荷需求，并结合再生制动能量反馈到电网，减少了风机、泵等设备的不必要能耗，进一步降低了系统能耗。 2.2 改造方案 根据实际设备运行情况，对135兆瓦发电机组的给水泵和凝结水泵实施了高压逆变器改造。 给水泵改造：采用“一对一自动”配置，每台给水泵配备一台专用高压逆变器，包括旁路柜以确保系统可靠性。 凝结水泵改造：采用“一对二”配置，两台凝结水泵共用一台高压逆变器，平衡效率和成本效益。 考虑到当地历史最高气温范围为23-32°C，选择了能在40°C环境温度下工作的组件。此外，基于40°C的室温调整了逆变器柜的强制排风设计，确保有效散热，无需专门的逆变器室或空调系统。 2.3 经济效益评估 该改造项目的总投资约为600万元人民币，其中设备投资500万元，施工费用40万元，客户提供的辅助材料费用60万元。计算显示，年节能效益为658万元人民币，投资回收期不到一年，成功实现了预期的经济效益。 3 结论 随着高压逆变器技术的快速发展，其应用已在各行各业迅速扩展。在电厂生产系统中，应积极推广高压逆变器技术。优先考虑对运行时间长或急需升级的机组进行改造，因为这些措施具有显著的经济价值和战略重要性。