变频调速节能技术研究报告(山东会议版)1

变频调速节能技术研究报告2011年5月山东泰安报告人：窦旺13851768776一．变频节能技术二．变频改造工程实施三．ASD6000S大功率变频器简介报告提纲•2009年12月，丹麦哥本哈根会议我国正式对外宣布控制温室气体排放的行动目标，决定到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%。•《十二五规划纲要》明确提出“单位国内生产总值能源消耗降低16%，单位国内生产总值二氧化碳排放降低17%，主要污染物排放总量显著减少，化学需氧量、二氧化硫排放分别减少8%，氨氮、氮氧化物排放分别减少10%”•火电企业消耗了国家每年煤炭总产量的一半，因此火电企业的节能减排，是关系到国家能源政策目标能否实现的关键。一、变频节能技术1、意义•调速：异步电动机的转速n和电源频率f，转差率s，电机极对数p这3个参数有关：–转速n和电源频率f成正比，只要改变频率，就可以改变电机转速。•节能：对风机水泵等平方转矩负载流量：流量与转速成正比转矩：转矩与转速二次方成正比功率：功率与转速三次方成正比–转速下降到80％，功率为原来的一半2、变频节能原理一、变频节能技术•出口端节流调节•进口端节流调节•离心式风机的导叶调节•轴流式风机的导叶调节•液力耦合器的变速调节•采用变频调速的调节方法3、各种调节方式对比一、变频节能技术•出口端节流调节–风机出口管路上的节流部件调节流量的调节方式。–优点：简单、可靠、方便、调节装置的初期投资很低–缺点：节流时能量损失很大，并且随着调节量的增加而愈加严重，同时它只能向小于额定流量的方向进行调节，并且随着流量的减小，其轴功率反而增大，因此该调节方式不但不经济，还有导致电动机过载的危险性–一般不推荐采用这种调节方式。3、各种调节方式对比一、变频节能技术•进口端节流调节–进口管路上的节流部件来调节风机流量的调节方式–风机采用进口端调节时，不仅改变了管路性能曲线，同时也改变了风机的性能曲线。–一般来说进口端调节比出口端调节要经济些。3、各种调节方式对比一、变频节能技术•离心式风机的导叶调节–在离心式风机叶轮前的入口附近,设置一组可调节转角的静导叶,并把它和进气箱一起视为离心式风机的一个组成部分。通过改变静导叶的角度以实现风机运行时的流量调节方式。–优点：构造简单及装置尺寸小、运行可靠和维护管理简便、初期投资低等。–随着调节量的增加，它的节流效应逐渐增强，调节效果不断降低。–目前火电厂大型机组的离心式送、引风机已经比较普遍采用了这种联合调节方式。3、各种调节方式对比一、变频节能技术•轴流式风机的导叶调节–通过改变入口导叶安装角来实现在运行中流量调节的方式称为入口导叶调节。–既可作正预旋（减小流量）的调节，又可作一定程度的负预旋（增加流量）的调节。比只能做正预旋调节的离心风机入口导流调节具有更高的运行经济性，–国内火力发电厂的锅炉引风机有不少均采用了导叶调节的轴流式风机。3、各种调节方式对比一、变频节能技术•液力耦合器的变速调节–液力耦合器调速装置是将电动机的动能通过泵轮和涡轮之间油的传递获得机械能。–优点：操作简单，有一定的节能效果–缺点：效率低，调速精度差，调速范围小，启动冲击电流大，一旦出现问题，必须停机，影响生产；存在油路导管漏油问题，故障率高，占地面积大，安装复杂。3、各种调节方式对比一、变频节能技术•采用变频调速的调节方法–优点：调速效率高；调速范围宽；调速精度高；可旁路运行；能兼作启动设备，延长设备使用寿命，减少维护量；风机、灰浆泵及管路的磨损程度也大大减少；自控水平高。–缺点：变频器初期投资比较高；谐波，对电动机及电源会产生种种不良影响。3、各种调节方式对比一、变频节能技术•变频调速更接近理想曲线•流量50％处，变频调速能耗为挡板调节的1/3，液力耦合的1/23、各种调节方式对比一、变频节能技术3、各种调节方式对比一、变频节能技术1：排出管路阀门控制2：液力耦合器，3：变频调速控制•两电平高压变频–电流源型两电平高压变频器–电压源型两电平高压变频器•电压源型三电平高压变频器•单元串联多电平高压变频器4、常见高压变频器产品情况一、变频节能技术4、常见高压变频器产品情况一、变频节能技术电压源型两电平高压变频器主电路原理图4、常见高压变频器产品情况一、变频节能技术电压源型两电平高压变频器产品示意图•电压源型两电平高压变频器–结构简单，效率高–功率管均压电路复杂4、常见高压变频器产品情况一、变频节能技术电流源型两电平高压变频器主电路原理图4、常见高压变频器产品情况一、变频节能技术PowerFlex7000,CourtesyofRockwellAutomation4、常见高压变频器产品情况一、变频节能技术电流源型两电平高压变频器1)优点：易于控制电流，便于实现能量回馈和四象限运行。2)缺点：变频器的性能与电机的参数有关，不易实现多机联动，通用性差；电流的谐波成分大，污染和损耗较大；共模电压高，dv/dt大，对电机绝缘影响大。4、常见高压变频器产品情况一、变频节能技术电压源型三电平高压变频器主电路原理图4、常见高压变频器产品情况一、变频节能技术电压源型三电平高压变频器产品示意图4、常见高压变频器产品情况一、变频节能技术•电压源型三电平高压变频器–输入一般采用12脉冲整流方式，对谐波要求严格时仍然需要进行谐波抑制；–输出侧的谐波含量大，仍然需要输出滤波器，否则会影响电动机的绝缘；–受器件耐压水平限制，最高电压输出只能到4.16kV，有些变频器通过内置变压器升压；–三电平电压源高压变频器主回路器件发生故障时，只能停机，无法实现“带病”降额运行；–主器件较少，但是辅助器件较多。4、常见高压变频器产品情况一、变频节能技术单元串联高压变频器主电路原理图4、常见高压变频器产品情况一、变频节能技术单元串联高压变频器产品示意图4、常见高压变频器产品情况一、变频节能技术优点：1.模块化结构，通过串联单元的个数适应电压要求;2.较好的输入输出波形;3.易实现冗余设计。缺点：1.使用的功率器件数量太多，6kV系统要使用150只功率器件(90只二极管，60只IGBT)，装置的体积大;2.无法实现能量回馈及四象限运行，且无法实现制动;3.容量受IGBT模块限制，随着容量的上升，体积和成本大幅度上升。5、技术性能对比一、变频节能技术形式电压源型串联两电平三电平电流源型串联两电平单元串联多电平方案IGCT电压源型串联两电平IGCT三电平中点钳位SGCT电流源型IGBT串联多电平代表者ASD6000D国电南自ASD6000TABPowerFlex7000西门子罗宾康高压变频器整流方式12脉或24脉整流12脉冲整流18脉整流多脉冲整流逆变器件6000VIGCT4500VIGCT6500VSGCT1700VIGBT输出电压6kV3kV/4.16kV/6kV3.3kV/4.16KV/6kV3kV/6kV/10kV效率97%（系统）97%（系统）98%（不含变压器）97%（系统）功率因数0.98（24脉将更高）0.96（测试）0.95（技术手册）0.96（估算）过载能力150％1分钟150％1分钟110％1分钟120％1分钟输出电压畸变3%2%4%2%输出变压器无与输出滤波一体化无无5、技术性能对比一、变频节能技术形式电压源型串联两电平三电平电流源型串联两电平单元串联多电平体积1250kW4.7×1.2×2.4米6.3×1.2×2.4米5.6×1.0×2.65米4.78×1.2×2.48米结构工艺简单简单简单整流较复杂成本较低高较低低主回路寿命长长长较长或一般器件数量较少（48）少（34）较少（36）多（150）性能特点国际首创，可靠性高，精度高，应用广泛，低功率时成本较高，便于实现四象限运行，结构简单国际领先，可靠性高，精度高，应用广泛成本较高，便于实现四象限运行，结构简单等国际首创，精度高，功率大时成本低，便于实现四象限运行，结构简单。但谐波较大成本相对较低，适用于风机、水泵等无须能量回馈和四象限运行的场合，输出波形好应用场合风机水泵、较重负载等一般传动、风机水泵、扎钢机、机车牵引等风机水泵风机水泵四、变频器厂商情况•罗克韦尔（ROCKWELL）–SGCT电流源两电平PowerFlex7000•ABB–IGCT三电平产品ACS1000、ACS5000、ACS6000•西门子–IGBT三电平SINAMICSGM150/SM150系列–PH原罗宾康完美无谐波多电平•其他–美国通用电气（GE）公司IGCT、IGBT三电平H桥，以工程应用为主。–意大利安萨尔多（ANSALDO）公司高压3kVIGBT，H桥串技术；IGBT三电平3kV变频器,应用于大功率轧机主传动。–法国阿尔斯通（ALSTOM）公司有IGBT元件直接串联两电平变频器和IGBT多电平变频器（2kV－6kV）。GTO三电平变频器，3kV,应用于大功率轧机主传动。GTO电流型变频器（同ROCKWELL的AB中压变频器）3kV－10kV，应用于大功率风机泵。6、国内外厂商四、变频器厂商情况6、各厂商对比型号ABBACS1000西门子SIMOVERTMV西门子（罗宾康）PerfectHarmony罗克韦尔（AB）PowerFlex7000北京利德华福HARSVERT-A合康亿盛科HIVERT国电南自ASD6000D国电南自ASD6000T国电南自ASD6000S全套解决方案无无无无有有有有电力行业经验较强较强较强较强一般强强强售后服务高收费高收费高收费高收费售后服务盈利免费或成本免费或成本免费或成本产品拓扑IGCT三电平中点钳位HV—IGBT三电平中点钳位IGBT低压单元多重化SGCT电流源型IGBT低压单元多重化IGCT电压源型串联两电平IGCT三电平中点钳位IGBT串联多电平输入变压器三分裂降压变压器（用户另配）三分裂降压变压器（用户另配）多绕组移相变压器需隔离变压器多绕组移相变压器三分裂降压变压器（用户另配）三分裂降压变压器（用户另配）多绕组移相变压器整流方式12脉冲二极管整流（标准）12脉冲二极管整流（标准）二极管18脉冲二极管整流二极管12脉或24脉整流12脉冲整流多脉冲整流逆变器件IGCTHV—IGBTIGBTSGCTIGBTIGCTIGCTIGBT四、变频器厂商情况6、各厂商对比型号ABBACS1000西门子SIMOVERTMV西门子（罗宾康）PerfectHarmony罗克韦尔（AB）PowerFlex7000北京利德华福HARSVERT-A合康亿盛科HIVERT国电南自ASD6000D国电南自ASD6000T国电南自ASD6000S输出电压等级2.3kV,3.3kV,4.16kV2.3kV,3.3kV,4.16kV,6kV6.6kV（输出变压器另配）3.3kV,4.16kV6kV2.3kV,3.3kV,4.16kV,6.6kV3kV,6kV,10kV3.3kV,4.16kV,6kV3.3kV/4.16kV/6kV3.3kV/6kV/10kV控制方式SVPWMDTCSVPWMVC多重化PWMCSI-PWM多重化PWMSHEPWMSVPWM多重化PWM效率98%（变频器）97%（变频器）96%（系统）98%（变频器）96%（系统）97%（系统）97%（系统）97%（系统）功率因数0.95（技术手册）0.96（技术手册）0.96（技术手册）0.95（技术手册）0.95（技术手册）0.98（24脉更高）0.96（测试）0.96（估算）过载能力110％（过载1分钟）110％（过载1分钟）120％（过载1分钟）110％（过载1分钟）120％（过载1分钟）150％（过载1分钟）150％（过载1分钟）120％（过载1分钟）输出电压畸变率2.8%（量测）2%（标准）1.2%（手册）4%（标准）2%（手册）3%2%2%7、国内高压变频器市场情况中国高压变频器市场规模预测（2009-2011年）年度项目200920102011可调速高压大功率电机容量(MW)105,021115,524127,076每年改造比率(%)4.42%6.49%9