凝结水泵变频系统的仿真运行.docx

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凝结水泵变频系统的仿真运行

330MW机组凝结水泵变频系统的仿真研究

摘要

近年来，随着火电厂对节能减排技术的迫切需求，对因此火电机组及其辅机设备的节能改造工作是非常重要的。

一般电厂采用的凝结水泵都是定速驱动的水泵，通过改变出口阀的开度来调节流量，这种调节方式存在严重的节流损耗。

本文通过对准能矸电330MW机组凝结水泵变频系统的仿真研究，比较了凝结水泵的节能改造方法，提出了水泵变频改造的计划。

改造后运行表明，改造后有效减少了凝结水泵电动机起动时的电流冲击，并且节能效果明显，对于安全运行，延长设备的寿命都有着重要的意义，为火电厂凝结水泵变频改造提供借鉴。

关键词：

火电厂；330MW直接空冷机组；凝结水泵；电动机；变频改造

ZHUNNENGGANGUEELECTRICITYOFCONDENSATEPUMPFREQUENCYCONVERSIONSYSTEMOF330MWdirectaircoolingunitSIMULATIONRESEARCH

Abstract

Inrecentyears,theurgentneedofenergyconservationandemissionsreductiontechnologyasthepowerplant,forthermalpowerunitanditsauxiliaryequipmentofenergy-savingrenovationworkisveryimportant.Condensatepumpgeneralplantareusedinconstantspeedpumpdrivenbytheopening,changetheoutletvalvetoregulateflow,thisregulationhastheseriousthrottleloss.Inthispaper,aimattobottlesofcondensatepumpfrequencyconversionsystemof330mwpowersimulation,comparisonofthecondensatepumpenergysavingtransformationmethod,proposedthewaterpumpfrequencyconversiontransformationplan.Aftertransformingoperationshowthatthemodifiedeffectivelyreducedthecondensatepumpmotorstartingcurrentshock,andenergysavingeffectobviously,andforthesafeoperation,hasanimportantsignificancetoprolongtheservicelifeofequipment,providereferenceforpowerplantcondensatepumpvariablefrequencymodification.

KeyWords：

thermalpowerplant；330MWunit；condensatepump；frequency-varyingretrofit

目录

摘要I

AbstractII

1绪论1

1.1研究背景及变频改造的意义1

1.2国内外发展现状及发展趋势1

1.3本文主要工作4

2准能矸电330MW锅炉设备规范及直接空冷系统介绍5

2.1锅炉型式及特点5

2.2汽水系统6

2.3风烟系统7

2.4直接空冷系统8

3发电厂凝结水泵介绍10

3.1凝结水泵在电厂中的作用10

3.2凝结水泵简介及其工作原理10

3.3凝结水泵的参数及特征11

4异步电动机调速14

4.1异步电动机调速介绍14

4.2变极调速14

4.3变频调速14

4.4变频器的调速类型16

4.5变频控制回路中的PWM控制策略17

4.6电厂凝结水泵变频调速应注意的问题18

5准能矸电330MW凝结水泵变频系统的仿真研究19

5.1准能矸电330MW凝结水泵变频改造19

5.2仿真研究算法说明21

5.3凝结水泵变频改造的运行分析27

5.4改造后优缺点29

5.4.1变频调节优点29

5.4.2存在的不足30

6结论31

参考文献32

致谢34

1绪论

1.1研究背景及变频改造的意义

目前，在我国发电结构中，火电装机容量占74%，发电量占80%；因此火电机组及其辅机设备的节能改造工作是非常重要的。

火电厂中的各类辅机设备中，风机水泵类设备占了绝大部分，而在国民经济高速发展的当代，火电机组调峰力度也随之加大，这些机组的负荷变化范围很大，必须实时调节风机水泵的流量，蕴藏着巨大的节能潜力。

目前调节流量的方式多为节流阀调节，他并不能大范围调节电动机的输出功率，所以浪费了大量的能源。

随着世界能源危机影响范围越来越广，人们对节约能源的意识也越来越强，我国在电力行业的改革为适应新形势逐步的深化。

降低发电成本发提高单位能耗的发电量，已成为各火电厂努力追求的经济目标，要求也越来越迫切。

而采用变速调节风机和泵类达到节能目的，已成为共识。

以前由于高压变频技术并不十分成熟，再加上价格昂贵等因素，使变频调速技术在火电厂高电压大功率交流传动中的推广应用较少。

近年来，随着电力电子技术和微电子控制技术的飞速发展，高压变频技术日趋成熟，可靠性和性价比得到大幅提高。

准能矸电电厂是两台330MW火电机组，由于负荷机组在用电高峰期间可以满发，但多数时期不能够保证满负荷发电，近年来节能降耗在火电机组中开展，创“两型”企业，降低厂用电率，通过调查其他火电厂的变频改造，证实火电厂采用高压变频调速后不但可以获得显著的直接经济效益，还可以改善调节品质、提高设备安全性，企业变频改造的投资通常可在1～2年内全部收回，采用变频凋速在技术和经济上都是可行的。

1.2国内外发展现状及发展趋势

近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传动技术，交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。

而电机交流调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段，而在交流调速中最活跃、发展最快的就是变频调速技术，它是交流调速的基础和主要内容。

它以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

目前，变频调速技术，已广泛应用于低压电动机的调速传动中，随着技术的进步和制造工艺的提高，高电压大功率变频调速器生产技术也已逐渐趋于成熟，正逐渐应用于各个领域。

例如，在大功率交—交变频（循环变流器）调速技术方面，法国阿尔斯通公司已能提供单机容量达3万kW的电气传动设备用于船舶推进系统；在大功率无换向器电机变频调速技术方面，意大利ABB公司提供了单机容量6万kW的设备用于抽水蓄能电站；罗克韦尔自动化公司生产的A—B变频器已经达到8500kW，德国西门子公司SimovertA电流型晶闸管变频调速设备单机容量为10—5600kVA和SimovertPGTOPWM变频调速设备单机容量为100—900kVA；而目前性能最好的就是美国ROBICON公司推出的“完美无谐波”高压变频调速装置，采用多级低电压小功率IGBT—PWM功率变换单元串联输出高压变频电能，并实现大功率集成。

国外交流变频调速技术高速发展有以下特点：

（1）市场的大量需求。

随着工业自动化程度不断提高和能源全球性短缺，变频器越来越广泛地应用在机械、纺织、化工造纸、冶金、食品等各个行业以及风机、水泵等的节能场合，并取得显著的经济效益。

（2）功率器件的发展。

近年来高电压、大电流的SCR、GTO、IGBT、IGCT等大伯的生产以及并联、串联技术的发展应用，使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。

（3）控制理论和微电子技术的发展。

矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论基础；16位、32位高速微处理器以及信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能化提供了硬件手段。

（4）基础工业和各种制造业的高速发展，变频器相关配套件社会化、专业化生产。

我国在高压电机变频调速领域起步较早，目前已有少数科研单位有能力制造，例如北京先行新机电技术有限公司研制成功高压大功率直接变换变频调速系统（HVF），单机容量已达6000kVA（10.5kV），并已获得实际应用。

这项技术在我国还处于萌芽状态，有大量的工作要做，且市场需求旺盛。

但在功率器件发展、控制系统数字化和可靠性方面与国外还有相当的差距，其总体电气传动的技术水平较国际先进水平差距10～15年。

在大功率交-交变频、无换向器电机等变频技术方面，国内只有少数科研单位有能力制造，但在数字化及系统可靠性方面与国外还有相当差距。

国内的交流变频调速技术产业状况大致表现如下：

（1）变频器的整机技术落后，国内虽有很多单位投入了一定的人力、物力，

但由于力量分散，并没有形成一定的技术和生产规模。

（2）变频器产品所用半导体功率器件的制造业薄弱。

（3）相关配套产业及行业较为落后。

（4）产销量较少，可靠性及工艺水平不高。

交流变频调速技术是强弱电混合、机电一体的综合性技术，既要处理巨大电能的转换（整流、逆变），又要处理信息的收集、变换和传输，因此它的共性技术必定分成功率和控制两大部分。

前者要解决电子器件的应用技术问题，后者要解决硬软件开发问题，其发展方向主要有以下几项：

（1）实现高水平的控制。

基于电动机和机械模型的控制策略，有矢量控制、

磁场控制、直接转矩控制和机械扭振补偿等；基于现代理论的控制策略，有滑模变结构技术、模型参考自适应技术、采用微分几何理论的非线性解耦、鲁棒观察器，在某种指标意义下的最优控制技术和逆奈奎斯特阵列设计方法等；基于智能控制思想的控制策略，有模糊控制、神经元网络、专家系统和各种各样的自优化、自诊断技术。

（2）缩小装置的尺寸。

紧凑型变流器要求功率和控制无件具有高的集成度，其中包括智能的开关电源，以及采用新型电工材料制造的小体积变压器（如水冷、

蒸发冷却和热管）对缩小装置的尺寸也很有效。

（3）开发清洁电能的变流器。

所谓清洁电能变流器是指变流器的功率因数为:

网侧和负载侧有尽可能低的谐波分量，以减少对电网的公害和电动机的转矩脉动。

对中小容量变流器，提高开关频率的PWM控制是有效的。

对大容量变流器，在常规的开关频率下，可改变电路结构和控制方式，实现清洁电能的变换。

（4）高速度的数字控制。

以32位高速微处理器为基础的数字控制模板有足够的能力实现各种控制算法，Windows操作系统的收入使得可自由设计，图形编程的控制技术也有很大的发展。

（5）模拟与计算机辅助设计（CAD）技术。

电机模拟器、负载模拟器以及各种CAD软件的引入对变频器的设计和测试提供了强有力的支持。

今后主要研究的开发项目主要有以下几项：

（1）数字控制的大功率交-交变频器供电的传动设备。

（2）大功率负载换流电流型逆变器供电的传动设备在抽水蓄能电站、大型风机和泵上的推广应用。

（3）电压型GT