Cải tạo bộ biến tần điện áp cao trong nhà máy điện
1 Cấu trúc cơ bản và Cơ chế hoạt động của Bộ biến tần điện áp cao
1.1 Thành phần mô-đun
Mô-đun chỉnh lưu: Mô-đun này chuyển đổi nguồn điện xoay chiều có điện áp cao thành điện một chiều. Phần chỉnh lưu chủ yếu bao gồm các thyristor, điôt hoặc các thiết bị bán dẫn công suất khác để thực hiện việc chuyển đổi từ AC sang DC. Ngoài ra, thông qua đơn vị điều khiển, có thể thực hiện điều chỉnh điện áp và bù công suất trong một phạm vi nhất định.
Mô-đun lọc DC: Điện DC đã được chỉnh lưu được xử lý bằng mạch lọc để làm phẳng dao động điện áp, tạo ra điện áp bus DC ổn định. Điện áp này không chỉ cung cấp hỗ trợ năng lượng cho giai đoạn biến tần tiếp theo mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ ổn định của điện áp đầu ra và khả năng phản hồi động.
Mô-đun biến tần: Điện DC đã được lọc được chuyển đổi trở lại thành điện AC trong mô-đun biến tần sử dụng các thiết bị bán dẫn công suất như IGBT và công nghệ điều chế rộng xung (PWM). Bằng cách điều chỉnh chu kỳ làm việc và tần số chuyển mạch của tín hiệu PWM, biến tần có thể kiểm soát chính xác biên độ và tần số của điện AC đầu ra, đáp ứng yêu cầu của các tải khác nhau như động cơ, quạt và bơm. Công nghệ này cho phép biến tần cung cấp các chức năng như khởi động mềm, điều khiển tốc độ vô cấp, điều kiện vận hành tối ưu và tiết kiệm năng lượng.
1.2 Cơ chế hoạt động
Bộ biến tần điện áp cao sử dụng cấu trúc đa cấp nối tiếp, tạo ra sóng hình sin gần đúng. Chúng có thể trực tiếp sản xuất điện AC có điện áp cao để điều khiển động cơ. Cấu hình này loại bỏ nhu cầu về bộ lọc bổ sung hoặc biến áp tăng áp và mang lại lợi thế là hàm lượng谐波内容似乎被截断了，但根据要求，我将继续翻译剩余部分。以下是完整的翻译：
```html
Bộ biến tần điện áp cao sử dụng cấu trúc đa cấp nối tiếp, tạo ra sóng hình sin gần đúng. Chúng có thể trực tiếp sản xuất điện AC có điện áp cao để điều khiển động cơ. Cấu hình này loại bỏ nhu cầu về bộ lọc bổ sung hoặc biến áp tăng áp và mang lại lợi thế là hàm lượng谐波很低。电机转速n满足以下方程： Trong đó: P là số cặp cực của động cơ; f là tần số hoạt động của động cơ; s là tỷ lệ trượt. Do tỷ lệ trượt thường nhỏ (thông thường nằm trong khoảng 0–0.05), việc điều chỉnh tần số cung cấp cho động cơ f cho phép điều chỉnh tương ứng tốc độ thực tế n. Tỷ lệ trượt s của động cơ có mối quan hệ thuận với cường độ tải—càng lớn tải, tỷ lệ trượt càng lớn, dẫn đến giảm tốc độ thực tế của động cơ. 1.3 Các yếu tố kỹ thuật quan trọng trong lựa chọn Khớp điện áp: Chọn các phương án khớp phù hợp như "Cao-Cao" hoặc "Cao-Thấp-Cao" dựa trên điện áp định mức của động cơ. Đối với động cơ có công suất vượt quá 1.000 kW, nên chọn phương án "Cao-Cao". Đối với động cơ dưới 500 kW, có thể ưu tiên phương án "Cao-Thấp-Cao". Giảm thiểu谐波：高压变频器的输入和输出端容易产生谐波。为了减少其影响，可以采用多重化技术或附加滤波器。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：高压变频器需要空气冷却或水冷系统，以确保控制柜内部温度低于40°C。通常在变频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 高压变频器在发电厂中的应用示例 发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。汽轮机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，而输煤部分则操作带式输送机。通过使用高压变频器根据负载变化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。 位于印度尼西亚苏门答腊岛莫罗瓦利的一个镍铁生产项目，在2019年至2023年间投产了八台135兆瓦发电机组。为进一步优化内部运营并降低成本，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变频器的技术改造。 2.1 设备状态 该项目采用火法镍铁工艺，拥有25条生产线，配备了八台东方电气DG440/13.8-II1循环流化床锅炉和八台135兆瓦中间再热凝汽式汽轮发电机组。每个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%至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载需求，并结合再生制动能量反馈到电网，减少了风机、水泵等设备不必要的能源消耗，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进行了高压变频器改造。 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变频器，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变频器，平衡效率和成本效益。 考虑到当地历史最高温度范围为23至32°C，选择能在40°C环境温度下工作的组件。此外，根据40°C室温调整了变频器柜的强制排气设计，以确保有效散热，无需专门的变频器室或空调系统。 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，不到一年即可回收投资，成功实现了预期的经济效益。 3 结论 随着高压变频器技术的快速发展，其应用已在各行各业迅速扩展。在发电厂生产系统中，应积极推广高压变频器技术。优先对运行时间长或急需升级的机组进行改造，这些措施具有显著的经济价值和战略意义。
