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高壓變頻裝置在送吸風機上的應用及留意事項 |
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作者：姚嵐 劉文忠 |
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摘要：先容了完美無諧波變頻器的工作原理及在送吸風機上的應用，對變頻器安裝、調試等階段中出現的題目進行了討論并提出建議。實踐證實，電機變頻調速是有效的節電措施。
關鍵詞：風機；高壓變頻器；調速；節能
Abstract:The paper introduces the working principle of perfect and no harmonic inverter and the application on fans. It also recounts the questions in the period of designing, putting into commission and other period , and raises recommends . Practice proves that is the effective means to adopt highvoltage inverter to adjust speed.
Keywords:fan；high voltage inverter;speed adjustment;energy saving
1 風機概述
河北馬頭電力股份有限公司8號機組容量為200 MW，鍋爐配離心式送吸風機各2臺，主要參數見表1。風機采用傳統的擋板調節來控制風量，風道壓流損失較大，是一種經濟效益差、耗能大、維護難度大的調節方式。風機廠用電率約為2.1%，負荷低時耗電率會更高。因此2004年底機組大修時，決定對8號爐送吸風機進行調速控制改造，降低能耗，同時配合機組的DCS改造，改善風機的調節性能，穩定鍋爐的燃燒，進步經濟效益。
通過對斬波內饋、變頻和液力偶合器等各種調速方式的比較，終極選用變頻調速方式，通過招標確定采用羅賓康公司多重化結構、36脈沖高-高電壓源型、完美無諧波變頻裝置，容量與送吸風機配套，分別為1 750和2 000 MV?A。這樣可以保證原送吸風機及電動機基礎不變，只在原斷路器和電動機之間串進變頻裝置即可。
2 高壓變頻裝置的應用情況
2.1變頻調速的基本原理
異步電動機的轉速n與電源頻率f、轉差率s、電機磁極對數p 3個參數有關，即n=60f/p×(1s)。變頻調速是通過改變電源頻率f來調節電動機轉速的�？梢钥闯�，n 與f之間為線性關系，轉速調節范圍寬。對于風機，由氣體動力學理論可知，氣體流量與風機轉速的一次方成正比，風機的轉矩與轉速二次方成正比，而其軸功率則與轉速的三次方成正比，當轉速減小時，電機的輸出功率將以三次方下降，節電效果非常明顯。
2.2變頻系統構成
2.2.1變頻部分
由控制機柜、功率單元柜組成。安裝在輸出功率單元內的單元控制板通過光纖與控制柜內的數字調制器通訊。所有板的控制電源由單元控制板上的開關電源提供。
2.2.2輸進隔離變壓器部分
6 kV輸進、輸出電源均從此柜引出，變壓器共有18個二次繞組，采用延邊三角形接法, 分為6個不同的相位組, 互差電角度30 °。
2.2.3 旁路單元
由旁路單元柜構成，內部設置進出線及旁路刀閘，出線刀閘與旁路刀閘實現互鎖，當變頻裝置故障時，可以不影響風機的工頻運行。送吸風機變頻裝置一次系統構成見圖1。
2.2.4I/O部分
與DCS及高壓開關接口的控制回路，包括模擬量輸進/輸出如轉速給定、變頻器輸出電流和輸出功率等，開關量輸進/輸出，如變頻器啟停、變頻器異常報警和跳閘等信號�？梢詫崿F風機的遠方順啟、順停及調速控制。
2.3 多功率單元串聯變頻裝置的工作原理
6 kV變頻裝置共有18個單元，每6個功率單元串聯構成一相，每個功率單元結構上完全一致，可以互換，其電路結構見圖2。整流橋采用三相不可控全橋，逆變部為基本的交-直-交單相逆變電路，通過IGBT逆變橋進行正弦PWM控制，即脈沖寬度調制，通過控制電力電子器件的通、斷時間及通斷次序將直流電壓轉換為一系列寬度不等的矩形電壓脈沖。
6 kV電網電壓經輸進隔離變壓器的18個二次線圈，移相降壓后給各功率單元供電，形成36脈沖的二極管整流電路結構，總的輸進諧波電流失真很低；逆變器采用多電平移相式PWM技術,每個功率單元額定電壓630 V，每相6個，因此相電壓為3 780V，對應的線電壓為6 600 V，相鄰功率單元的輸出端串聯起來，形成Y型結構，實現變壓變頻的高壓直接輸出，供給高壓電動機。
由于給功率單元供電的輸進變壓器二次線圈互相存在一個相位差，實現了輸進多重化，由此可大大減弱電網側電流諧波，功率因數可達0.95以上。變頻器輸出側多重化，可以在不加濾波器的情況下，將輸出電壓諧波控制在2%以內，輸出近乎完美的正弦波，滿足普通異步電機的需要。
2.4變頻裝置的運行情況
隨8號機組大修后啟動運行， 8號爐送吸風機全部投進變頻運行，斷路器K1、K2在合位，工頻旁路刀閘K3在斷開位置。當變頻器發生故障或檢驗需要倒為工頻旁路運行時，應先將變頻器停運，將對應的6 kV開關停電后才能進行工頻旁路刀閘的倒換,嚴禁在運行中進行方式倒換。變頻器出線刀閘K2與工頻旁路刀閘K3之間裝有機械閉鎖。
為進步機組自動化程度、減輕運行職員的勞動強度，機組啟動與停止均執行順控功能。如吸風機啟動步序為：關吸風機進口擋板；變頻器速度給定值即是設定的最低轉速；啟動吸風機6 kV開關；延時3 s啟動吸風機變頻器；延時5 s后開啟擋板至100%。風機停運的順序則與上述過程相反，且采用變頻器受控停車方式，在150 s內電動機轉速即可下降到零。受控停車時間的是非與風機停運前負荷狀況有關。送吸風機的轉速調節可以根據爐膛負壓的變化自動進行。
8號發電機負荷為160 MW，送吸風機變頻運行期間，對6 kV?A、B段母線的電壓畸變率THDu進行了丈量，最大電壓總諧波畸變率為0.6%，滿足國家標準GB/T 145491993《電能質量-公用電網諧波》的規定：電壓限值為6 kV的電網，電壓總諧波畸變率THDu不大于4%。
3 變頻裝置安裝、調試及使用中的留意事項
3.1安裝
變壓器柜和變頻柜之間的接線數目繁多，在廠家組裝后整體運輸至現場，不得再拆開安裝，每套變頻裝置的綜合尺寸為4 877 mm×1 219 mm×2 664 mm(長×寬×高)，整體安裝很困難，為此將變頻器樓一層北側墻面全部拆除，從此處運進變頻器，動用鏟車、吊車將變頻器運至小間內，終極配合使用滾杠、導鏈、千斤頂等工具將變頻器固定在基礎上。假如要為安裝變頻裝置重新蓋樓，則應先將變頻器固定，再蓋樓。
此外可以在商談技術協議時直接提出現場安裝時必須拆開進行，也是解決安裝困難的一個辦法，目前國內的高壓變頻器生產廠家可以做到分體安裝。
3.2保護配置
變頻器本身配置了過壓、欠壓、過流、變壓器過載保護等，能夠滿足電動機的需要，改造前配置的電動機差動保護等也就失往了意義。但對6 kV電源開關到變頻器的電纜及變頻器輸進變壓器應裝設電流速斷保護和過流保護，保護定值的整定計算則不能按躲過變壓器勵磁涌流的原則，由于變頻器功率單元中的電容器對變壓器的充電電流影響很大，速斷定值應按8～10倍的變壓器額定電流整定。
3.3變頻裝置的冷卻
變頻裝置中的輸進隔離變和功率單元為高發熱量電氣設備，因此其冷卻系統就顯得尤為重要。冷卻系統有開啟式和密封式2種方式，開啟式系統要求在機柜的風機上裝有風道，與室外自然風進行交換。一般情況下電廠的環境惡劣，最好選用密閉內循環方式，可以不必安裝風道，按設備發熱量配置足夠冷卻容量的空調即可，但要求變頻器控制樓密封較好，并要留意，冬季時由于室外溫度很低，室外機結霜嚴重，主機無法啟動，這時可以將空調的主機散熱風扇停運一臺或空調輪換運行。
4 經濟效益分析
4.1直接經濟效益分析
送吸風機變頻運行后，風機的廠用電率由改造前的2.1%降低至1.1%。在發電機負荷為140 MW、160 MW、200 MW負荷下進行了工頻和變頻狀態的能耗測試，測試結果見表2。按8號機組全年運行300 d計算，在上述工況下，變頻較工頻年節電分別為1 441.45、1 322.60、1 104.62萬kWh。若 8號機組全年均勻負荷率為85%，計算年節電約為1 270萬kWh。按公司上網電價0.27元/kWh計算，其直接經濟效益為342.9萬元，2年多即可收回全部投資。
4.2間接經濟效益
a. 電動機實現了軟啟動、電動機啟動電流從零開始平滑上升，避免了改造前工頻啟動時大電流對電動機、電纜及開關等設備的不利沖擊，減少設備的維護用度，延長電動機等設備的使用壽命。
b. 風機低速運行時，消除了喘振現象，風機運行平穩，減輕了風機葉輪及軸承等部件的磨損，進步設備供電的可靠性。
c. 變頻運行時，風機進口擋板全開，減輕了風道的振動和磨損，同時也大大減少了擋板的維護量。
5 結束語
隨著電力體制改革和競價上網的不斷深進，降低發電本錢，進步設備運行的可靠性成為進步市場競爭力的主要手段。高壓變頻調速控制為高壓電動機的節能改造提供了可靠的技術，改造后良好的節能效果可帶來可觀的經濟效益，因而具有廣闊的推廣應用價值。
參考文獻
［1］李遵基.中壓變頻器在火力發電廠送風機控制中的應用［J］.中國電力，2000，（6）.
［2］胡松如，李遵基.高壓變頻調速控制節能原理分析［J］.中國電力，2003，（1）.(end)
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收錄時間:2011年01月25日 16:41:02 來源:姚嵐 劉文忠 作者:
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能源危機、環境危機、可持續發展直接將新能源問題推到了一個新高點。中國的高速發展，使得能源需求巨大，國內能源供不應求，需從國外購買的越來越多；在2009年12月召開的哥本哈根會議上，中國承諾，到2020年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%-45%，非化石能源占一次能源消費的比重達到15%左右；溫家寶總理在今年兩會所作的政府工作報告中明確提出，要積極發展新能源和可再生能源。保障能源供應、實現減排承諾，新能源成為可以兩頭討好的“香餑餑”。政策的天平也開始向新能源傾斜，企業的發展也開始向新能源靠近。裝備制造業在這樣的大環境趨勢下，也應該走新能源發展道路。
政策支持
近年來，加快新能源產業發展成為各國能源替代戰略的重點。特別是在國際金融危機的背景下，各國更是把發展新能源產業作為推動經濟復蘇的重要舉措之一。中國也不例外。通過實施各種扶持政策，中國的新能源產業發展速度正在日益加快。
“新興能源產業發展規劃”，規劃期為2011-2020年。該規劃經過多次的修改，完善，目前已經形成定稿，并已通過發改委的審批，將按照有關程序上報國務院。改規劃只要新興能源產業。發展規劃將投資5萬億。裝備制造如能做好新能源的改造，必能從這5億投資中分得一杯羹。
為進一步調整經濟結構、轉變發展方式，寧夏出臺了《關于加快新能源裝備制造業發展的意見》，意見中明確規定：對新能源裝備制造成套企業和關鍵部件專業制造企業，從生產之日起8年內，免征所得稅地方部分；增值稅地方部分列支返還給企業，用于技術進步和項目改造；專業化協作配套企業為主機企業配套的產品，增值稅地方部分列支返還給企業，用于企業積累和發展。
廣東省中山市把新能源產業作為新興產業發展主攻方向和產業轉型升級的突破口，制定了《中山市新能源節能環保產業發展規劃》和實施方案，設立1億元新能源扶持資金，重點發展風電裝備、LED照明、新能源汽車動力和控制系統、太陽能設備、生物質能設備制造和節能服務六大產業。”
2009年出臺的《四川省裝備制造業調整和振興行動計劃》，提出發展8條重點產品鏈，其中大型清潔高效發電成套設備排在首位，要求通過推進核電成套設備的國產化與自主化進程，加快風電整機生產和關鍵零部件研制，生產巨型水電機組，開發大容量、高參數、高效低耗、低污染和自動化控制程度高的火電機組，引進消化太陽能發電技術、研發太陽能發電成套設備等，到2011年，全省形成完善的大型清潔高效發電設備研制生產體系。
地方發展新能源情況
中山新能源突圍3年產值將達千億
擁有26個國家級產業基地的中山市，被譽為“制造之城”。然而，與珠三角諸多城市一樣，中山的傳統制造業轉型升級問題日益迫切。
這座以制造燈飾、五金、服裝等聞名海內外的城市，開始轉變工業發展方向，新能源產業、裝備制造業等先進制造業成為主角。2009年中山市新能源產業基地集聚120多家企業，實現工業總產值300億元，預計3年可達1000億元規模。
酒泉發展新能源裝備制造業
風電裝備制造業的異軍突起，為肅州區經濟的發展注入了強大動力，使全區工業格局發生重大變化，經濟整體進入以工業為主導的超常規、跨越式發展的新階段。新能源裝備制造業的崛起，也帶動了肅州區餐飲、住宿、物流等第三產業。
風電裝備制造大龍頭企業的入駐也大大帶動了產業集群化發展。目前，產業園入駐的22家風電裝備制造企業中，有上市公司13家、中央企業8家，其中國內風機總裝排名前三的華銳科技、金風科技、東汽集團和葉片制造排名前三的中復連眾、中航惠騰、中材科技等企業全部落戶園區。這些企業建成投產，又吸引了機艙罩、法蘭輪轂、變壓器、電線電纜等一大批配套項目入駐園區，目前園區已初步形成產業集群。
酒泉豐富的風能資源的開發利用，不僅讓酒泉開創了我國大規模開發風力發電的先河，還讓酒泉成為國家重點新能源裝備制造基地。
山東三年投入12億支持新能源產業發展
2010年4月，在濟南召開的全國人大環資委循環經濟調研匯報會上提出，從今年起山東省將進一步加大對新能源產業發展的投入力度，省級每年安排4億元，3年共安排12億元，重點支持太陽能光熱及光伏利用、風力發電、生物質能利用、地源熱泵等清潔能源示范項目。
企業發展新能源情況
北汽福田長沙新建新能源車生產基地
北汽福田將把20萬輛新能源車“開”進長沙。19日，北汽福田投資32億元新建10萬輛中重卡及10萬輛皮卡和SUV生產基地項目在長沙正式簽約。項目計劃2010年10月動工建設，2011年實現投產。北汽福田長沙汽車廠總產能由此將達到30萬輛，銷售收入將突破300億元。陳潤兒、陳叔紅、陳肇雄等省領導出席簽字儀式。
方圓支承進入新能源收獲期
風電領域：一個兆瓦級以上風機需4個精密級回轉支承與之配套(1個偏航支承和3個變槳支承)，這4個支承在風機總成本中占比約5.9%，按保守的每套風機用支承組平均30萬元售價估算，2010年該領域市場容量則接近57億元，2011年則有望過接近100億元，而隨著公司新募投項目的逐步達產，公司風電接單能力將出現爆發增長。
太陽能領域：“追日型”太陽能發電設備的工作效率要高于固定型設備25-35%，是當今世界太陽能開發利用的主要趨勢，其工作主要依靠“回轉支承”的傳動來完成，這為小型回轉支承產品創造了巨大的市場空，2010年一季度以來，公司在太陽能發電設備領域訂單也呈現顯著的恢復性增長。
中聯重科多款新能源純電動環衛車蓄勢待發
2010年6月，在中聯科技園內，總能看見一輛輛外形精致小巧、色彩清新靚麗的環衛車輛不停地穿梭于試驗場地之間，這些新產品就是中聯重科環衛機械公司最新研發的新能源環衛車，該系列產品外形輕巧簡潔，操作靈活方便，不僅能大幅度提高城市環衛機械化、自動化的作業范圍，作業效率也能獲得大幅度提升，具有相當廣闊的市場前景。
這些新能源環衛車已順利通過了國家級質量監督檢驗中心的定型試驗，這標志著環衛機械公司正式邁開了新能源環衛車輛產品系列化的步伐。
陜汽：新能源技術讓重型商用車“輕”型化
對于競爭激烈的中國重型商用汽車行業，陜汽集團2047輛的銷量似乎是一個可以忽略不計的微小份額，但是在以CNG（壓縮天然氣技術）、LNG（液化天然氣技術）為代表的新能源重型商用車市場，這一數字卻意味著95％以上的保有份額。
早在1999年，陜汽就聯合國內知名大學科研機構開始了柴油—天然氣雙燃料、CNG、LNG車型的研發，并開發出柴油—天然氣雙燃料城市環�？蛙�、CNG重型牽引車、LNG重型載貨車等多項技術和產品；從2005年開始，陜汽集團根據市場需求聯合西安交通大學、長安大學等重點院校，在國內率先著手基于單一燃料天然氣發動機的重型商用車研制工作，不僅積累了寶貴的研究經驗，而且還自主培育了一支日漸壯大的新能源汽車研發團隊，為新能源商用車的創新突破奠定了堅實的研發基礎。
各地方以及各企業對新能源的發展很重視，對新能源裝備制造業也很重視。新能源動力是今后裝備制造業的發展方向，現在無論是從政策上還是企業實際開發應用中都在大力推廣新能源，裝備制造業也需要朝這個方向發展。
酒店廚房等排油煙風機的選擇
首先，對于室內直排油煙的廚房(即排風口在室內墻上)，可以根據油煙大小選擇上海應達SF型軸流風機或FA型排氣風扇。
其次，對于油煙大，且油煙需要經由長管道，并管道里有打彎處理的廚房，強烈建議使用SYDF-B前傾寬葉廚用離心風機,CF4-82廚房專用排油煙風機。其葉片寬大，便于清理油污，而且噪聲低，外形美觀大方。不失為酒店廚房排油煙的最佳選擇。SYDF11-65低噪聲環保型離心風機也很實用)，這是因為離心風機的壓力較軸流風機大，且油煙不經過電機，對電機的保養和換洗更容易�！�
最后，建議油煙強烈的廚房選用以上兩種方案并用，效果更佳
大型建筑物及生活娛樂場所的通風
對于酒店、茶坊、咖啡吧、棋牌室、卡拉OK廳等高檔場所通風，就不適宜用常規風機了。
首先，對于小室的通風，使通風管道連接中央通風管的房間，可以在兼顧外觀與噪聲基礎上，選擇SF系列小型軸流風機，或SYDF超靜音風機箱。它體積小，塑料或鋁制外觀，低噪聲與高風量并存。
其次，對風量與噪聲要求更嚴格的角度說，風機箱是最好選擇。箱體內部有消音棉，外接中央通風管道后可以達到減噪的顯著效果。建議選用上海應達HTFC消防通風兩用柜式離心風機或SDKT空調風機。
最后，對于健身房的室內吹風，務必選則大風量的FR型工業電風扇，而非SF型崗位式軸流風機。工業扇外形美觀，且安全性好。
工礦企業廠房通風倉庫的通風
首先，看倉儲貨品是否是易燃易爆貨品，如：油漆倉庫等，必須選擇防爆系列風機�？蛇x擇上海應達dwt防腐防爆風機，或4-72防爆離心風機，T35-11防爆軸流風機。
其次，看倉庫空氣所需換氣量的大小。根據流量選擇合適的產品，如大流量的4-72離心風機，SF低噪聲崗位式，、管道式、壁式軸流風機。小風量的FA壁式排氣扇。
據悉，近日，湖州市疾控中心加強了公共場所集中空調通風系統衛生檢測評價工作。目前已完成35家公共場所集中空調通風系統衛生檢測，檢測覆蓋面和數量均達往年之最。
從檢測結果顯示，多數單位集中空調通風系統存在不同程度污染、自身管理制度、清洗消毒措施不落實等衛生安全隱患。684件檢測樣品中，合格619件，總合格率為90.50%。檢測超標項目主要為風管內表面積塵量，合格率為77.27%；積塵中真菌總數，合格率為72.73%；冷卻水、冷凝水中軍團菌，陽性檢出率分別為29.41%和11.76%。
吹不干凈的空調，容易患皮膚過敏、急性呼吸道疾病。制冷快報了解到，如果空調長期使用而不清洗，特別是通風管道中的積塵不能及時清除，灰塵吸入人體，不僅會引起肺組織細胞損傷，而且會導致各類有害微生物滋生，空氣一吹，市民容易患上各種呼吸道系統疾病。而且空調的風道還容易成為老鼠、蟑螂等動物和昆蟲的活動空間，安裝空調的公共場所如果空氣質量糟糕，很有可能助長流感類病毒的傳播。相關人士提醒，對于人群較為集中的大型公共場所，空調1-2年至少要清洗一次，使用頻繁的更要多次清洗。
據悉，根據衛生部《關于進一步推進公共場所集中空調通風系統衛生監管工作的通知》要求，檢測結果已作為公共場所衛生許可證延續和公共場所量化分級管理的主要依據。
近日，東方電氣首臺擁有自主知識產權的1.5MW直驅型風電機組在內蒙烏吉爾風場成功帶負載100KW并網發電。烏吉爾首臺風電的并網發電，標志著東方電氣直驅型風電機組已正式打入市場，并成功邁入國內大容量直驅型風電制造商行列。
中投顧問高級研究員李勝茂指出，當前國內主流風電機組的單機容量即為1.5MW，但是這個級別的風電機組又可分為雙饋式和直驅式兩種，而關于這兩種技術路線孰優孰劣的問題，業界一直存在爭論。這之前東方電氣已經能夠生產1.5MW，甚至更高級別的雙饋式風電機組，此次其又成功將新研發出的直驅式風電機組推向市場，實際上標志著東方電氣兼顧兩種技術路線的經營戰略取得了初步成效。
李勝茂認為，雙饋式和直驅式的風電機組各有優劣，東方電氣采取雙管齊下的經營思路，充分體現了其一貫穩健的經營風格。一方面，盡管東方電氣在國內風機設備制造行業位于第一梯隊，但是其與華銳風電和金風科技兩家業界巨頭相比，不管是在產銷規模，還是技術研發實力方面都還存在不小的差距，而目前華銳風電、金風科技分別專注于雙饋式和直驅式風機的研發和生產，東方電氣采取“兩邊下注”的經營戰略，實際上是一種差異化競爭策略，應該說，風電行業內扮演追趕者角色的企業時常運用該策略。
另一方面，從具體的技術特點來看，近年來興起的直驅式風力發電機組的確有著許多優點，市場前景非常廣闊。中投顧問最近發布的《2010-2016年中國風力發電行業投資分析及前景預測報告》指出，由于直驅型風電機組省去了常規風機所必需的齒輪箱，而齒輪箱恰好是風機設備中最容易損壞的零部件，所以直驅型風機具有結構簡單、可靠性高、效率高、維護量低的優點。需要特別指出的是，直驅式風機低風速運轉的性能較好，非常適合在國內廣袤的三類風區使用。
中投顧問研究總監張硯霖指出，目前在國家相關部門主持召開的幾期風電特許權招標會上，直驅式風機和雙饋式風機都有中標的記錄，這表明政府部門希望國內風機類型盡量多元化，風電特許權招標工作會為兩種風機技術的競爭提供一個平臺，而作為央企的東方電氣，領會了相關部門的這一戰略意圖，試圖在兩種技術路徑上都有所斬獲。
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風機類負載下的永磁同步電動機速度反推控制 |
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摘要：針對風機負載的特點，提出一種基于非線性控制策略的反推控制，實現了速度閉環控制。設計的反推控制可以實現永磁同步電動機速度跟蹤控制。保證系統具有良好速度跟蹤性能。而且進步了風機類負載的效率。
關鍵詞：風機負載；反推式控制；速度跟蹤；永磁同步電動機
Abstracl：This study brings ,通風換氣次數;forward back stepping control based on nonlinear control strategy as a possible way to implement close?bop speed-control based on the characteristic ,屋頂負壓風機廠家;of fans load. The new ly designed backstepping control is implemented for Pennanent Magnet Synchronous Motor（PM SM）to track speed commands. The design can provide better speed tracking perform ance and improve the efficiency of fans load.
Key words：fans load；back stepping control；speed tracking；PM SM
1 前言
當恒速電動機驅動風機、水泵等流體負載需要控制流量的機械時, 傳統的做法是用檔板或閥門等節流裝置來調節流量, 這種方法把大量的能量消耗在節流裝置及管道的磨擦發熱上, 系統效率很低�，F在大多采用異步電動機變頻調速來控制, 節省能量, 有比較好的調速性能, 但價格比較貴, 而且多采用開環控制, 沒有形成速度閉環控制。因此, 在一些負壓要求精確的實驗場合, 變頻調速達不到要求。永磁同步電動機（PM SM ）具有結構緊湊、高功率密度、高氣隙磁通和高轉矩慣性比等。因此, 永磁同步電機有很大的優越性。
本文提出一種新的非線性反推式（Back stepping） 控制策略, 它是基于李亞普諾夫（Lyapunov） 函數, 使系統全局漸近穩定為設計原則, 不但能夠實現永磁同步電動機系統的完全解耦, 而且對風機類負載有很好的控制效果。
2 永磁同步電動機及風機類負載模型
采用表面式的永磁同步電動機，基于同步旋轉轉子坐標的d-q模型如下
其中：ud、uq為d、q軸定子電壓；id、iq為d、q軸定子電流；R為定子電阻；L為定子電感；TL為負載轉矩；J為轉動慣量；B為粘滯摩擦系數；P為極對數；ω為轉子機械角速度；為永磁磁通。
對于風機類負載，負載與轉速的平方成正比
其中，Km為常數。
3 系統控制的設計
3.1 Backsteping控制設計步驟
Back stepping作為一種有效的非線性控制設計方法，其設計步驟為：
1）選取系統的一個狀態，構成子系統，構造子系統的Lyapunov函數，設計假定控制函數，使子系統穩定：
2）基于1）的假定控制，設計誤差變量，由誤差變量和前面的子系統組成新的子系統，構造新的子系統的L yapunov函數，再設計假定控制，使新的子系統穩定：
3）假如還沒有得到系統的實際控制，則返回1）繼續設計，假如得到系統的實際控制，則向下設計：
4）設計系統的實際控制，保證整個系統穩定。
通過以上的步驟可以看出，Back stepping的最大優點是終極得到的控制肯定可以保證整個系統的全局穩定。
3.2 Backstepping控制實現
對于風機類負載，風量與電機轉速成正比，負載與轉速的平方成正比，因此控制風量即控制電機的轉速。其控制目標主要是速度跟蹤，定義跟蹤誤差為
選擇e為新的狀態變量，構成子系統，系統方程為
為使速度跟蹤誤差趨于零，對于子系統（6），構造如下L yapunov函數
因此實現控制式（10），即可達到速度全局漸近跟蹤的目的。
為了實現永磁同步電動機的完全解耦和速度跟蹤，可以選擇如下假定電流函數
為了實現電流跟蹤，選擇q軸電流跟蹤誤差為新的狀態變量
由e、eq可以組成新的系統。對式（14）求導數，可得
式（17）中包含了系統的實際控制uq為使式（16）恒滿足V2<0，選擇
由e、eq、ed。又可以組成新的系統。對式（20）求導數，可得對于新的系統又可構造新的L yapunov函數為對式（21）求導數，可得
式（22）中包含了系統的實際控制ud。為使式（22）恒滿足V3<0.選擇
即對于任意給定參數，使Lyapunov函數V3=由Lyapunov穩定性定理，控制方程（19）、（25）可以使永磁同步電動機系統不但可以達到速度的漸近跟蹤，并且可以達到電流跟蹤的效果，使系統具有快速的響應速度。
4 系統仿真分析
風機類負載下永磁同步電動機系統的Backstepping控制結構框圖如圖1所示。永磁同步電動機的參數如表1所示。
圖1 系統控制框圖 Fig 1 Diagram of system control
表1 永磁同步電動饑參數 Tab l Parameters of PM SM
其中，風機類負載常數由實際情況設為Km=5＊10-6，假定速度的參考速度為500 r/min，即保持風量恒定。
Back stepping控制的參數為
k=30，k1=100，k2=450
Back stepping的仿真結果見圖2。由仿真結果可以看出，系統的Back stepping控制能夠使系統達到快速跟蹤，同時保證系統有良好的動態性能。
5 結論
本文把Back stepping控制策略應用于風機類負載的風壓恒定控制中，這種設計是通過L yapunov函數來保證系統的全局漸近穩定，它只用調節k、k1、k2三個參數，簡化了設計方法，為風機類負載控制提出了一種新的控制策略。從MATLAB仿真可以得出，它能很好地跟蹤給定，使風機類負載有很好的穩定性能。另外，它與傳統的控制方法相比，節省了能量，進步了效率。
參考文獻：
[1]Pillay P，K rishnan R.Modeling of pemanentmagnet motot drives[J]. IEEE Trans on Industrial ElectronIcs，1988.35（4）：537-541
[2]RahmanM A，Vilathgam uwwaM，U ddinM N，et al. Nonlinear control of interior pemanent-m agnet synchronous motor[J] IEEE Trans on Industrial Application，2003，39（2）：408?416
[3]Kokotovic P. The joy of feedback：nonlinear and adaptive[J]. IEEE Control System Magzine，1992，12（3）：7-17
[4]王開廈（Wang Kaixia）．風機與泵的變頻調速及應用（V ariable frquency speed of fan s and pump w ith its application）[J]機床電器（M achine Electricity），2001.28（1）：46-48
[5]劉廣彬，劉萍（Liu Guangbin，Liu Ping）．變頻調速器 在鍋爐引風機控制系統中的應用[Applicatbn of frequency converter in botier fan control system）[J]電氣傳動（Electric Drive），2001，31（1）：63-64
[6]彭偉發，趙金，楊璐，等（Peng weifa，Zhao Jin，Yang Lu，et al）.交流伺服系統新型控制器的設計（A new controller for servo system）[J].電力系統及其自動 化學報（Proceedings of the CSU-EPSA），2002，14（3）：63-66
作者簡介：
劉棟良（1977- ），男，博士研究生，主要從事非線性控制和電機伺服系統的應用研究。Email：ldl6848@163．Net
趙光宙（1946- ），男，博士生導師，主要從事非線性控制、混沌控制的研究。Email：zhaoGZ@Zju.edu.cn
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收錄時間:2011年02月26日 09:43:25 來源:未知 作者:
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通化豐源熱力有限公司鍋爐引風機變頻器的應用 |
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| 摘 要：本文綜述了高壓變頻器在熱水鍋爐引風機上的應用情況，對耗電情況進行了對比分析，結果表明高壓交流變頻調速器，節電效果明顯，性能穩定、可靠性高，既節約了能源，又滿足了生產工藝要求，且大大減少了設備維護、維修用度，直接和間接經濟效益明顯。
關鍵字：風機、變頻、可靠性、節能
一、前言
始建于2003年的通化豐源熱力公司，是通化地區規模最大、設備最先進自動化程度最高、治理科學的現代化自有熱源供熱企業，現有鏈條鍋爐4臺，其中64MW熱水鍋爐3臺，29MW熱水鍋爐1臺，公司選用了兩臺HIVERT變頻器應用在鍋爐引風機的控制中，通過近3年的運行使用，運行安全穩定，產生了較好的經濟效益。
二、試驗分析
通化豐源熱力公司1#、2#64MW熱水鍋爐引風機及電機參數如下表1
表1 通化豐源熱力公司1#、2#鍋爐引風機及電機參數
由于考慮到輸出諧波對電機的影響主要有引起電機附加發熱，導致電機的額外溫升，電機往往要降額使用;由于輸出波形失真，增加電機的重復峰值電壓，影響電機盡緣，諧波還會引起電機轉矩脈動，噪聲增加，重要的是會對電網造成沖擊，通化豐源熱力公司邀請吉林省電能質量檢驗檢測中心對變頻變壓器諧波進行了測試分析，判定是否滿足中華人民共和國國家標準《電能質量公用電網諧波》的要求。
表2 通化豐源熱力公司熱源廠1#變頻變壓器諧波電壓測試數據
表3 通化豐源熱力公司熱源廠1#變頻變壓器下端電動機諧波電流測試數據
從測試結果分析，通化豐源熱力公司1號主變10 側諧波含量主要以5次諧波為主，5次諧波電壓含有率為1.9%，小于國家標準3.2%的規定值。其他各次諧波電壓均符合國家標準要求。 1號變頻變壓器負荷就是1號風機電機，其諧波電流測試結果均小于國標折算后的答應注進電網的答應值。
三、節能效果計算
熱源供熱負荷在初冷期、嚴冷期、末冷期時的變化很大，負荷需要根據天氣情況適時調整，也就是要對風機的負荷要進行調整，利用變頻器根據鍋爐實際需要對風機進行變頻調速控制，滿足了負荷調整需要，既保證和改善了工藝,又達到了節能降耗的目的。 目前通過運行實踐，嚴冷期的運行頻率均勻在40Hz，電流均勻在18A左右，初冷期、末冷期時的運行頻率均勻在28Hz，電流均勻在14A左右，系統配置電機額定電流為28.4A，根據實際運行測試電機工頻運行電流在26A左右：
P變=1.732×10×（18×0.98×35%+14×0.98×65%）=261kW
P工=1.732×10×26×0.87=391kW
節電率=（P工-P變）/P工×100%=33%
一個采熱期每臺均勻節約的效益估算為130×24×165×0.78=40萬元，兩臺合計約80萬元。既節約了能源，又滿足了生產工藝要求，且大大減少了設備維護、維修用度，直接和間接經濟效益十分明顯。
四、使用變頻器后帶來的其他效益
1、工藝改善;在實際生產操縱過程中，風機的參數需適時調整，采用變頻調速不用調節出口風門擋板，只需在控制室內調節電機的轉速即可。變頻啟動轉速可以從零開始逐漸升高，因此，帶負荷直接啟動不會有較大的啟動電流，避免了通常首先封閉出口風門擋板后再啟動的要求。
2、減少維護量。采用變頻調速系統主要是為了降低風機的轉速，由于啟動緩慢及轉速的降低，相應地延長了很多零部件，特別是密封、軸承的壽命。
3、降低工作強度。由于調速系統在運轉各設備之間實現聯鎖控制，機組實現自動運行和相應的保護及故障報警，操縱工作由就地手動轉變為計算機操縱，大大降低了勞動強度，進步了生產效率。
4、減少了對電網的沖擊。風機工頻起動時，啟動電流達到額定電流的6―7倍，由于廠用電源串有電抗器供電，造成電抗器壓降過大，使廠用電系統母線電壓降低，對接于該母線上的負荷都會造成波動。采用變頻調節后，系統實現軟啟動，電機啟動電流只是額定電流，啟動時間相應延長，對電網無大的沖擊，同時減輕了起動機械轉矩對電機機械損傷，有效的延長了電機的使用壽命。
所以變頻用具有過流、短路、過壓、欠壓、缺相、過熱等多項保護功能，對電機的保護更加完善。調速系統隨著鍋爐生產負荷的需要，調節風機的轉速，進而調節風機的風量，滿足鍋爐生產工藝的需要，工作強度大大降低。
 HIVERT高壓變頻器在通化豐源熱力公司使用現場
五、結語
通化豐源熱力公司于2005年開始使用北京合康億盛科技有限公司的HIVERT高壓變頻器，從變頻器的選型，產品的定貨，以及產品運輸，現場安裝，設備調試，職員培訓，備品備件的提供，現場及遠程的技術支持均得到了全面保障。優良的服務，保證了風機變頻控制設備安全可靠運行，三個采熱期沒有發生故障，使供熱任務得到了保障。
HIVERT高壓變頻調速器經過三年的現場運行證實，它用于驅動風機設備節電效果明顯，性能穩定、可靠性高。北京合康億盛的HIVERT系列高壓變頻器以其在通化豐源熱力公司鍋爐引風機上的成功應用和優良表現，以及鮮明的特性、強大的功能，先進的技術、安全可靠的運行記錄，得到同行們的認可。
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