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風機安裝與維護

負壓風機價格_高壓變頻器在鶴崗礦務(wù)局熱電廠引風機上的應(yīng)用工業(yè)


高壓變頻器在鶴崗礦務(wù)局熱電廠引風機上的應(yīng)用
    

一.概況
  鶴崗礦務(wù)局熱電廠位于中國的北方煤城――黑龍江鶴崗市,隸屬于礦務(wù)局系統(tǒng),共四機六爐,包括兩臺50MW發(fā)電機組和兩臺25MW發(fā)電機組,四臺75噸鍋爐和兩臺220噸鍋爐。其中五號和六號爐為220噸鍋爐,目前正增建七號爐(220噸鍋爐)。
  冬季除了正常向東北電網(wǎng)供電外,還要負責鶴崗大部分地區(qū)的供熱。長期以來我電廠220噸爐的送、引風機電機一直采用工頻運行的方式,依靠送、引風機的擋板來調(diào)整風量,維持鍋爐負壓,風機擋板的開度一般在40%左右,這樣大量的能量就浪費在風機的擋板上,造成該電廠的廠用電率高居不下。
  夏季時,一般只運行一臺220噸鍋爐,就可以滿足負荷的要求。冬季為了供熱的需要,一般兩臺220噸鍋爐都要運行。6號爐和5號爐鍋爐給水系統(tǒng)采用母管制,鍋爐給水泵的配置為1用1備。當兩爐同時運行時,一臺工頻給水泵的給水量及給水壓力恰好滿足。在一臺鍋爐運行的時候,啟用一臺給水泵,但是給水泵的出口壓力為15MP,而現(xiàn)場實際需要的給水壓力僅為12.5MP,這樣給水泵的出口壓力過高,需要調(diào)整。由于給水泵是由定速電機拖動的,因此只能通過爐側(cè)閥門來控制給水流量和壓力,不但經(jīng)濟效益差,而且由于爐前給水壓力過高,對給水管道的安全運行還造成一定的隱患。
  為了徹底解決上述題目,我廠決定對6號爐的四臺引送風機(兩臺引風機,兩臺送風機)及一臺給水泵進行技術(shù)改造,通過對電機調(diào)速來實現(xiàn)上述風機和給水泵的變速運行,對風量、給水流量及壓力進行公道調(diào)節(jié),以達到改善工藝和節(jié)能的目的。 


         二.調(diào)速方式的選擇
  目前,大功率高壓異步電動機的主要調(diào)速方式有以下幾種:串級調(diào)速、液力偶合器調(diào)速及變頻調(diào)速等。
  串級調(diào)速――優(yōu)點是可以回收轉(zhuǎn)差功率,所以調(diào)速效率比較高,但存在的題目也很多:它不適合于鼠籠型異步電機,必須更換電機;不能實現(xiàn)軟起動,啟動過程非常復雜;啟動電流大;調(diào)速范圍有限;響應(yīng)慢,不易實現(xiàn)閉環(huán)控制;功率因數(shù)和效率低,并隨轉(zhuǎn)速的調(diào)低急劇下降;很難實現(xiàn)同PLC、DCS等控制系統(tǒng)的配合,對進步裝置的整體自動化程度和實現(xiàn)優(yōu)化控制無益;同時因控制裝置比較復雜、諧波污染大對電網(wǎng)有較大干擾;進一步限制了它的使用,屬落后技術(shù)。
  液力偶合器調(diào)速――屬低效調(diào)速方式,調(diào)速范圍有限,高速丟轉(zhuǎn)約5%-10%,低速轉(zhuǎn)差損耗大,最高可達額定功率的15%,因效率與速度成正比,低速時效率極低,精度低、線性度差、響應(yīng)慢,啟動電流大,裝置大,必須加裝在設(shè)備與電機之間,不適合改造;無法軟啟動,偶合器故障時,無法切換運行,維護復雜、用度大,不能滿足進步裝置整體自動化水平的需要。
  高壓變頻器調(diào)速――由于應(yīng)用了先進的電力電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)和高壓電氣、電機拖動等綜合性領(lǐng)域的學科技術(shù),因此具有其它調(diào)速方式無法相比的優(yōu)點:
  ①變頻器采用液晶顯示數(shù)字界面,調(diào)整觸摸式面板,可隨時顯示電壓電流、頻率、電機轉(zhuǎn)速,可非常直觀地顯示電機在任何時間的實時狀態(tài)。
  ②精確的頻率分辨率和高的調(diào)速精度,完全可以滿足各種生產(chǎn)工藝工況的要求。
 、鄹邏鹤冾l用具有國際通用的外部接口,可以同可編程控制器(PLC)和工控機等各種儀表相連,并可與原設(shè)備控制回路相連接,構(gòu)成部分閉環(huán)系統(tǒng),如與原DCS系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和連鎖控制等。
 、芫哂芯偷睾彤惖夭倏v功能,另可通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能。
  ⑤具有電力電子保護和產(chǎn)業(yè)電氣保護功能,保證變頻器和電機在正常運行和故障時的安全可靠。
 、揠姍C可實現(xiàn)軟啟動、軟制動;啟動電流小,小于電機的額定電流;電機啟動時間可連續(xù)可調(diào),減少了對電網(wǎng)影響。
 、邷p少配件的損耗,延長設(shè)備使用壽命,進步勞動生產(chǎn)效率。
  綜合上述調(diào)速方式,我電廠選擇了當前最為先進的調(diào)速形式――高壓變頻調(diào)速,通過對眾多高壓變頻器廠家綜合考評,廠房通風降溫,決定選用北京利德華福電氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)的高壓變頻器,該變頻用具有如下優(yōu)點:
  ①在國內(nèi)高壓變頻器廠家中業(yè)績最多,系統(tǒng)運行穩(wěn)定;
 、谌形慕缑骘@示,適合國內(nèi)用戶;
 、坩槍鴥(nèi)用戶量身定做,盡量考慮國內(nèi)電網(wǎng)的綜合因素,在其可靠性,安全性方面有其獨到的技術(shù)上風;
 、軆(nèi)置PLC,易于改變控制邏輯關(guān)系,適應(yīng)多變的現(xiàn)場需要。


         三.系統(tǒng)配置方案
  根據(jù)實際情況,四臺鍋爐風機變頻器及一臺給水泵變頻器的現(xiàn)場主回路均采用手動一拖一的方案,如右圖:
  此結(jié)構(gòu)是手動旁路的典型方案,原理是由3個高壓隔離開關(guān)QS1、QS2和QS3組成(其中QF為原高壓開關(guān)柜內(nèi)的斷路器)。要求QS2和QS3不能同時閉合,在機械上實現(xiàn)互鎖。變頻運行時,QS1和QS2閉合,QS3斷開;工頻運行時,QS3閉合,QS1和QS2斷開。在檢驗變頻器時,有明顯斷電點,能夠保證人身安全,同時也可手動使負載投進工頻電網(wǎng)運行等。


四.高壓變頻器改造實施情況
根據(jù)現(xiàn)場實際設(shè)備,選擇變頻器的型號如下:


        


              上述五臺高壓變頻器于2005年8月19日運抵現(xiàn)場,至10月1日,全部安裝調(diào)試完畢,并投進運行,累計工期為一個月。
  用于鍋爐風機調(diào)速的變頻器安裝于零米處,在鍋爐主控間配備一臺上位機,同時對四臺風機變頻器進行監(jiān)控。另外對原有高壓開關(guān)柜控制回路進行改造,從變頻器控制柜取一對常開節(jié)點串進高壓開關(guān)柜的分閘回路,該節(jié)點定義為“合閘答應(yīng)”,閉合有效。當變頻器送控制電自檢正常后,該節(jié)點閉合,可以通過原有的合閘回路給變頻器送高壓電。另從變頻器控制柜取一對常開節(jié)點并進高壓開關(guān)柜分閘回路,該節(jié)點定義為“緊急分斷”,閉合有效,當變頻器運行中出現(xiàn)重故障時,變頻器將自動停機,同時該節(jié)點閉合,高壓開關(guān)跳閘,斷開變頻器主回路高壓電源,對變頻器進行及時有效的保護。給水泵變頻器的高壓開關(guān)柜除了上述改造外,在變頻器運行前還將原有的電機差動保護回路斷開,假如電機需要轉(zhuǎn)進工頻運行,則該保護投進。
  鍋爐給水泵變頻器安裝于給水泵旁,將上位機監(jiān)控系統(tǒng)安裝于給水泵操縱間內(nèi),對高壓開關(guān)柜同樣進行類似的改造,以滿足變頻器投運的要求。


         五.運行情況及節(jié)能分析
  四臺鍋爐風機變頻器從投運以來一直正常運行,由于6號鍋爐不是采用DCS控制方式,爐控操縱盤上安裝空間有限,因此變頻器沒有使用硬連線方式進行遠程的控制,而是通過安裝一臺專用的監(jiān)控上位機對變頻器進行啟動、停止及設(shè)定頻率等相應(yīng)操縱。由于上位機無法安裝于司爐工正前方,在操縱及時性上難以保證,因此當前四臺鍋爐風機變頻器運時仍需要擋風板配合,即:根據(jù)鍋爐負荷情況,通過上位機將變頻器調(diào)整到較低的運行頻率(一般在40赫茲左右),擋風板開度在80%左右,當鍋爐風量需要微調(diào)時,通過擋風板進行及時調(diào)整,保證風量調(diào)節(jié)的及時性。
  給水泵變頻器投運以來運行一直都很正常,在6號爐或7號爐單獨運行時,給水泵采用變頻器調(diào)速控制,將爐側(cè)給水閥門全部打開。進進冬季供熱后,6號爐和7號爐同時運行時,單臺給水泵需要滿負荷運行才能滿足負荷要求,因此需要將變頻器退出運行,電機轉(zhuǎn)進工頻運行。待用戶7號爐投進運行時(在建,220噸鍋爐),則可以實現(xiàn)兩臺給水泵同時運行,一臺工頻運行,另一臺變頻運行,變頻給水泵將起到補充給水的作用,通過變速電機來調(diào)整鍋爐給水量及給水壓力。
  變頻器投進運行以來,節(jié)能效果明顯,風機節(jié)能數(shù)據(jù)如下:


        
注:以上按每年365天計算,按現(xiàn)在6號爐每年累計共運行10個月計算運行系數(shù)為:10/12=0.833 , 每年可節(jié)約電費為:158×0.833=131 萬元


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收錄時間:2011年03月26日 00:15:33 來源:未知 作者:

    向井下局部地點進行通風的方法。按通風動力形式的不同,可分為局部通風機通風、礦井全風壓通風和引射器通風,其中以局部通風機通風最為常用。 

    一、局部通風機通風。局部通風機的常用通風方式有壓入式、抽出式、壓抽混合式。 

    壓入式通風:局部通風機及其附屬裝置安裝在距離掘進巷道口l0m以外的進風側(cè),將新鮮風流經(jīng)風筒輸送到掘進工作面,污風沿掘進巷道排出。 

    抽出式通風:局部通風機安裝在距離掘進巷道口10m以外的回風側(cè)。新鮮風流沿巷道流入,污風通過風筒由局部通風機抽出。 

    混合式通風:混合式通風是壓入式和抽出式兩種通風方式的聯(lián)合運用,其中壓入式向工作面供新鮮風流,抽出式從工作面抽出污風,其布置方式取決于掘進工作面空氣中污染物的空間分布和掘進、裝載機的位置。 

    二、礦井全風壓通風。全風壓通風是利用礦井主要通風機的風壓,借助導風設(shè)施把新鮮空氣引入掘進工作面。其通風量取決于可利用的風壓和風路風阻。 

    三、引射器通風。利用引射器產(chǎn)生的通風負壓,通過風筒導風的通風方法稱為引射器通風。引射器通風一般都采用壓入式。



中源變頻器在鍋爐風機節(jié)能改造中的應(yīng)用
     一、摘要:  
    目前在我國各行各業(yè)的各類機械與電氣設(shè)備中與風機水泵配套的電機約占全國電機裝機量的60%,耗用電能約占全國發(fā)電總量的三分之一。特別值得一提的是,大多數(shù)風機、水泵在使用過程中都存在大馬拉小車的現(xiàn)象,加之因生產(chǎn)、工藝等方面的變化,需要經(jīng)常調(diào)節(jié)氣體和液體的流量、壓力、溫度等;目前,很多單位仍然采用落后的調(diào)節(jié)檔風板或閥門開啟度的方式來調(diào)節(jié)氣體或液體的流量、壓力、溫度等。這實際上是通過人為增加阻力的方式,并以浪費電能和金錢為代價來滿足工藝和工況對氣體、液體流量調(diào)節(jié)的要求。這種落后的調(diào)節(jié)方式,不僅浪費了寶貴的能源,而且調(diào)節(jié)精度差,很難滿足現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)及服務(wù)等方面的要求,負面效應(yīng)十分嚴重。 
  
  變頻調(diào)速器的出現(xiàn)為交流調(diào)速方式帶來了一場革命。隨著近十幾年變頻技術(shù)的不斷完善、發(fā)展。變頻調(diào)速性能日趨完美,已被廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域的交流調(diào)速。為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟效益,推動了產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的自動化進程。 


           變頻調(diào)速用于交流異步電機調(diào)速,其性能遠遠超過以往任何交、直流調(diào)速方式。而且結(jié)構(gòu)簡單,調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、安裝調(diào)試使用方便、保護功能完善、運行穩(wěn)定可靠、節(jié)能效果明顯,已經(jīng)成為交流電機調(diào)速的最新潮流。 


         二、關(guān)鍵字:變頻器  變頻調(diào)速器  風機


         三、變頻節(jié)能原理: 
  
  1. 風機運行曲線 


               


             采用變頻器對風機進行控制,屬于減少空氣動力的節(jié)電方法,它和一般常用的調(diào)節(jié)風門控制風量的方法比較, 具有明顯的節(jié)電效果。
由圖可以說明其節(jié)電原理:
  
  圖中,曲線(1)為風機在恒定轉(zhuǎn)速n1下的風壓一風量(H?Q)特性,曲線(2) 為管網(wǎng)風阻特性(風門全開)。曲線(4) 為變頻運行特性(風門全開)
  
  假設(shè)風機工作在A點效率最高,此時風壓為H2,風量為Q1,軸功率N1與Q1、H2的乘積成正比,在圖中可用面積AH2OQ1表示。假如生產(chǎn)工藝要求,風量需要從Q1減至Q2,這時用調(diào)節(jié)風門的方法相當于增加管網(wǎng)阻力,使管網(wǎng)阻力特性變到曲線(3),系統(tǒng)由原來的工況點A變到新的工況點B運行。從圖中看出,風壓反而增加,軸功率與面積BH1OQ2成正比。顯然,軸功率下降不大。假如采用變頻器調(diào)速控制方式,風機轉(zhuǎn)速由n1降到 n2,根據(jù)風機參數(shù)的比例定律,畫出在轉(zhuǎn)速n2風量(Q?H)特性,如曲線(4)所示?梢娫跐M足同樣風量Q2的情況下,風壓H3大幅度降低,功率N3隨著明顯減少,用面積CH3OQ2表示。節(jié)省的功率△N=(H1-H3)×Q2,用面積BH1H3C表示。顯然,節(jié)能的經(jīng)濟效果是十分明顯的。


           2.風機在不同頻率下的節(jié)能率 


           風機是傳送氣體的機械設(shè)備,水泵是傳送液體的機械設(shè)備,二者都是將電動機的軸功率轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w的機械能的一種機械,二者的工作原理基本相同。 
  
  從流體力學原理得知,風機風量及水泵水流量與電機轉(zhuǎn)速功率相關(guān):風機水泵的風量(流量)與風機水泵(電機)的轉(zhuǎn)速成正比,風機的風壓、水泵的揚程與風機水泵(電機)的轉(zhuǎn)速的平方成正比,風機水泵的軸功率即是風量與風壓、流量與揚程的乘積,故風機水泵的軸功率與風機水泵(電機)的轉(zhuǎn)速的二次方成正比(即風機水泵的軸功率與供電頻率的二次方成正比): 


              
 
    ,廠房降溫;根據(jù)上述原理可知改變風機水泵的轉(zhuǎn)速就可改變風機水泵的功率。 


           例如:將供電頻率由50Hz降為45Hz,則P45/P50=453/503=0.729,即P45=0.729P50
將供電頻率由50 Hz降為40Hz,則P40/P50=403/503=0.512,即P40=0.512P50


         四、鍋爐風機的變頻節(jié)能改造: 


           鍋爐的變頻節(jié)能改造通常是指對鍋爐風機、水泵等附機的變頻節(jié)能改造。 


           鍋爐風機、水泵在設(shè)計時是按最大工況來考慮的,在實際使用中有很多時間風機都需要根據(jù)實際工況進行調(diào)節(jié),傳統(tǒng)的做法是用開關(guān)風門、閥門的方式進行調(diào)節(jié),這種調(diào)節(jié)方式增大了供風、供水系統(tǒng)的節(jié)流損失,在啟動時還會有啟動沖擊電流,且對系統(tǒng)本身的調(diào)節(jié)也是階段性的,調(diào)節(jié)速度緩慢,減少損失的能力很有限,也使整個系統(tǒng)工作在波動狀態(tài);而通過在鍋爐風機、水泵上加裝變頻調(diào)速器(裝置)則可一勞永逸的解決好這些題目,可使系統(tǒng)工作狀態(tài)平緩穩(wěn)定,并可通過變頻節(jié)能收回投資。鍋爐的變頻改造方案一例如下:


           目前鍋爐風機的裝機概況:2×75KW,1×55KW。 


               


        


             所有風機水泵均采用一對一(即一臺變頻器配一臺電機)的配置方式,保存原工頻系統(tǒng)且與變頻系統(tǒng)互為備用,一般情況下的調(diào)節(jié)方式均為開環(huán)調(diào)節(jié)。 


         五、投資與節(jié)能: 
  
  變頻節(jié)能系統(tǒng)(裝置)在各類調(diào)速系統(tǒng)中使用時其節(jié)能效果對于單臺設(shè)備可做到20-55%,在風機水泵這類設(shè)備的一般應(yīng)用的節(jié)能效果均勻也可做到20-50%,在未受到其它因素的影響的情況下一般可取均勻值,這些節(jié)能效果均勻值是由實際應(yīng)用中得到,權(quán)威性數(shù)據(jù)可由市場上公然出售的資料(書)查到;通過這些數(shù)據(jù)再進行一些簡單的投資回收率的計算可知:變頻節(jié)能系統(tǒng)(裝置)的投資回收期一般為6-15個月(這是經(jīng)驗值也是權(quán)威數(shù)據(jù))。


        



風機控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及展看
    
風機控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及展看
作者:東方電氣自控公司 陳建國
我國風電行業(yè)目前的形勢

2005年以來,我國風電裝機以年均100%的速度快速發(fā)展,到2008年底,我國風電總裝機容量達到了1215萬千瓦,占世界風電總裝機容量的10%左右,這是一個相當驚人的增長。目前,從裝機容量來看,我國已成為亞洲第一、世界第四、風電裝機容量超千萬千瓦的風電大國。排在前三位的依次是美國、德國和西班牙,其裝機容量分別為2517萬、2390萬和1675萬千瓦。

需求的快速增長也帶動了我國風電設(shè)備制造業(yè)的快速發(fā)展。2004年,我國風機整機制造企業(yè)僅6家,目前明確進進風機整機制造的企業(yè)已超過70家,另外還有一些公司正在開展進進風機整機制造的前期預備工作,呈現(xiàn)出“你未唱罷我登場,百家風企競風騷”這樣一個喜憂參半的格式。喜的是經(jīng)過這些年的發(fā)展,內(nèi)資和合資企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大、技術(shù)能力不斷增強、市場占有率上升很快。2004年,內(nèi)(合)資企業(yè)和外資企業(yè)占當年風電新增裝機的比例分別為25%和75%,而到2008年這一比例正好顛倒了過來,內(nèi)(合)資企業(yè)已經(jīng)在風電市場上占據(jù)盡對主導地位。至于這些整機制造廠家?guī)拥牧悴考a(chǎn)企業(yè)究竟有多少,更是一個無法正確統(tǒng)計的數(shù)字。這些風機整機制造企業(yè)及零部件企業(yè)的發(fā)展壯大,有力地促進了我國風電制造業(yè)技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模的進步。憂的是這70余家風機企業(yè)的技術(shù)水平、生產(chǎn)規(guī)模、服務(wù)能力參差不齊,真正形成規(guī)模、比較有競爭能力的還只有寥寥幾家,大多數(shù)企業(yè)對于未來面臨的巨大風險都估計不足,這是我國目前風電設(shè)備制造業(yè)存在的一個突出題目。

從未來的發(fā)展形勢來看,風電產(chǎn)業(yè)至少將有十多年的黃金發(fā)展期。從世界范圍來看,美國、德國等產(chǎn)業(yè)發(fā)達國家為解決能源短缺和環(huán)境污染題目,都將大規(guī)模發(fā)展風力發(fā)電作為主要解決方案。在我國,情況也是如此。2008年底,1215萬千瓦的風電裝機容量占我國電力總裝機容量的比例還僅為1.5%,預計到2020年這一比例將達到10%左右,即到2020年風電裝機容量將達到1.4億千瓦這樣的水平,這是十分可觀的數(shù)字。這表明,從宏觀形勢來看,風電行業(yè)大發(fā)展的高潮確實已經(jīng)到來。

風機控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

風機的控制系統(tǒng)是風機的重要組成部分,它承擔著風機監(jiān)控、自動調(diào)節(jié)、實現(xiàn)最大風能捕捉以及保證良好的電網(wǎng)兼容性等重要任務(wù),它主要由監(jiān)控系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)以及變頻系統(tǒng)(變頻器)幾部分組成。各部分的主要功能如下:

監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA):監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對全風場風機狀況的監(jiān)視與啟、停操縱,它包括大型監(jiān)控軟件及完善的通訊網(wǎng)絡(luò)。

主控系統(tǒng):主控系統(tǒng)是風機控制系統(tǒng)的主體,它實現(xiàn)自動啟動、自動調(diào)向、自動調(diào)速、自動并網(wǎng)、自動解列、故障自動停機、自動電纜解繞及自動記錄與監(jiān)控等重要控制、保護功能。它對外的三個主要接口系統(tǒng)就是監(jiān)控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)以及變頻系統(tǒng)(變頻器),它與監(jiān)控系統(tǒng)接口完成風機實時數(shù)據(jù)及統(tǒng)計數(shù)據(jù)的交換,與變槳控制系統(tǒng)接口完成對葉片的控制,實現(xiàn)最大風能捕捉以及恒速運行,與變頻系統(tǒng)(變頻器)接口實現(xiàn)對有功功率以及無功功率的自動調(diào)節(jié)。

變槳控制系統(tǒng):與主控系統(tǒng)配合,通過對葉片節(jié)距角的控制,實現(xiàn)最大風能捕捉以及恒速運行,進步了風力發(fā)電機組的運行靈活性。目前來看,變槳控制系統(tǒng)的葉片驅(qū)動有液壓和電氣兩種方式,電氣驅(qū)動方式中又有采用交流電機和直流電機兩種不同方案。究竟采用何種方式主要取決于制造廠家多年來形成的技術(shù)路線及傳統(tǒng)。

變頻系統(tǒng)(變頻)器:與主控制系統(tǒng)接口,和發(fā)電機、電網(wǎng)連接,直接承擔著保證供電品質(zhì)、進步功率因素,滿足電網(wǎng)兼容性標準等重要作用。

從我國目前的情況來看,風機控制系統(tǒng)的上述各個組成部分的自主配套規(guī)模還相當不如人意,到目前為止對國外品牌的依靠仍然較大,還是風電設(shè)備制造業(yè)中最薄弱的環(huán)節(jié)。而風機其它部件,包括葉片、齒輪箱、發(fā)電機、軸承等核心部件已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化配套(盡管質(zhì)量水平及運行狀況還不能令人滿足),之所以如此,原因主要有:

(1)我國在這一技術(shù)領(lǐng)域的起步較晚,尤其是對兆瓦級以上大功率機組變速恒頻控制技術(shù)的研究,更是最近幾年的事情,這比風機技術(shù)先進國家要落后二十年時間。前已述及,我國風電制造產(chǎn)業(yè)是從2005年開始的最近四年才得到快速發(fā)展的,國內(nèi)主要風機制造廠家為了快速搶占市場,都致力于擴大生產(chǎn)規(guī)模,無力對控制系統(tǒng)這樣的技術(shù)含量較高的產(chǎn)品進行自主開發(fā),因此多直接從MITA、Windtec等國外公司采購產(chǎn)品或引進技術(shù)。

(2)就風機控制系統(tǒng)本身的要求來看,確有它的特殊性和復雜性。從硬件來講,風機控制系統(tǒng)隨風機一起安裝在接近自然的環(huán)境中,工作有較大振動、大范圍的溫度變化、強電磁干擾這樣的復雜條件下,因此其硬件要求比一般系統(tǒng)要高得多。從軟件來講,風機要實現(xiàn)完全的自動控制,必須有一套與之相適應(yīng)的完善的控制軟件。主控系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)和變頻器需要協(xié)同工作才能實現(xiàn)在較低風速下的最大風能捕捉、在中等風速下的定轉(zhuǎn)速以及在較大風速下的恒頻、恒功運行,這需要在這幾大部件中有一套先進、復雜的控制算法。國內(nèi)企業(yè)要完全自主把握確實需要一定時間。

(3)風機控制系統(tǒng)是與風機特性高度結(jié)合的系統(tǒng),包括主控、變槳和變頻器在內(nèi)的控制軟件不僅算法復雜,而且其各項參數(shù)的設(shè)定與風機本身聯(lián)系緊密,風機控制系統(tǒng)的任務(wù)不僅僅是實現(xiàn)對風機的高度自動化監(jiān)控以及向電網(wǎng)供電,而且還必須通過合適的控制實現(xiàn)風能捕捉的最大化和載荷的最小化,一般的自動化企業(yè)即使能研制出樣機,也很難得到驗證,推廣就更加困難。而中小規(guī)模的風機制造商又無力進行這樣的開發(fā)。

即便如此,國內(nèi)企業(yè)通過這幾年的努力,已經(jīng)在控制系統(tǒng)主要部件的開發(fā)上取得了積極進展,已基本形成了自主的技術(shù)開發(fā)能力,所欠缺的主要是產(chǎn)品的大規(guī)模投運業(yè)績以及技術(shù)和經(jīng)驗積累。比如,作為風機控制系統(tǒng)中技術(shù)含量最高的主控系統(tǒng)和變頻器,國內(nèi)企業(yè)在自主開發(fā)上已取得重要進展。東方自控經(jīng)過幾年的努力,已成功開發(fā)出DWS5000風機控制系統(tǒng),并已完成各種測試及風機運行驗證,實現(xiàn)了規(guī);a(chǎn),基本形成了自主開發(fā)能力?浦Z偉業(yè)也研制出了兆瓦級機組的控制系統(tǒng)。在變頻器方面,東方自控、合肥陽光、清能華福、科諾偉業(yè)等一批企業(yè)也異軍突起,開發(fā)出了大功率雙饋及直驅(qū)機型的變頻器,產(chǎn)品已有小批量在風場投運,呈獻出可喜的發(fā)展勢頭。

隨著國內(nèi)企業(yè)所開發(fā)風機容量越來越大,風機控制技術(shù)必須不斷發(fā)展才能滿足這一要求,如葉片的驅(qū)動和控制技術(shù)、如更大容量的變頻器開發(fā),都是必須不斷解決的新的課題,這里不進行具體闡述。當前,由于風力發(fā)電機組在我國電網(wǎng)中所占比例越來越大,風力發(fā)電方式的電網(wǎng)兼容性較差的題目也逐漸暴露出來,同時用戶對不同風場、不同型號風機之間的聯(lián)網(wǎng)要求也越來越高,這也對風機控制系統(tǒng)提出了新的任務(wù)。

(1)采用同一和開放的協(xié)議以實現(xiàn)不同風場、不同廠家和型號的風機之間的方便互聯(lián)。目前,風機投資用戶和電網(wǎng)調(diào)度中心對廣布于不同地域的風場之間的聯(lián)網(wǎng)要求越來越迫切,固然各個風機制造廠家都提供了一定的手段實現(xiàn)風機互連,但是由于采用的方案不同,不同廠家的風機進行互聯(lián)時還是會有很多題目存在,實施起來難度較大。因此,實現(xiàn)不同風機之間的方便互聯(lián)是一個亟待解決的重要課題。

(2)需要進一步進步低電壓穿越運行能力(LVRT)。風力發(fā)電機組,負壓風機價格,尤其是雙饋型風機,抵抗電網(wǎng)電壓跌落的能力本身較差。當發(fā)生電網(wǎng)電壓跌落時,從前的做法是讓風機從電網(wǎng)切出。當風機在電網(wǎng)中所占比例較小時,這種做法對電網(wǎng)的影響還可以忽略不計。但是,隨著在網(wǎng)運行風機的數(shù)目越來越大,尤其是在風力發(fā)電集中的地區(qū),如國家規(guī)劃建設(shè)的六個千萬千瓦風電基地,這種做法會對電網(wǎng)造成嚴重影響,甚至可能進一步擴大事故。歐洲很多國家,如德國、西班牙、丹麥等國家,早就出臺了相關(guān)標準,要求在這種情況下風性能保持在網(wǎng)運行以支撐電網(wǎng)。風機具有的這種能力稱為低電壓穿越運行能力(LVRT),有的國家甚至要求當電網(wǎng)電壓跌落至零時還能保持在網(wǎng)運行。我國也于今年8月由國家電網(wǎng)公司出臺了《風電場接進電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》,其中規(guī)定了我國自己的低電壓穿越技術(shù)要求,明確要求風電機組在并網(wǎng)點電壓跌落至20%額定電壓時能夠保持并網(wǎng)運行625ms、當?shù)浒l(fā)生3s內(nèi)能夠恢復到額定電壓的90%時,風電機組保持并網(wǎng)運行的低電壓穿越運行要求。應(yīng)該說,這還只是一個初步的、相對較低的運行要求。在今后可能還會出臺更為嚴格的上網(wǎng)限制措施。這些要求的實現(xiàn),主要靠控制系統(tǒng)中變頻器算法及結(jié)構(gòu)的改善,當然和主控和變槳系統(tǒng)也有密切聯(lián)系。

(3)實現(xiàn)在功率預估條件下的風電場有功及無功功率自動控制。目前,風電機組都是運行在不調(diào)節(jié)的方式,也就是說,有多少風、發(fā)多少電,這在風電所占比例較小的情況下也沒有多大題目。但是,隨著風電上網(wǎng)電量的大幅度增加,在用電低谷段往往是風機出力最大的時段,造成電網(wǎng)調(diào)峰異常困難,電網(wǎng)頻率、電壓均易出現(xiàn)較大波動。當前,電網(wǎng)對這一題目已相當重視,要求開展建設(shè)風電場功率猜測系統(tǒng)和風電出力自動控制系統(tǒng),實現(xiàn)在功率猜測基礎(chǔ)上的有功功率和無功功率控制能力。事際上,這個系統(tǒng)的建設(shè)不是一件輕易的事情,涉及到很多方面的技術(shù)題目。但是,無論如何說,序幕已經(jīng)拉開。

發(fā)展展看

從上面的敘述中可以看出,控制系統(tǒng)作為風電機組中最關(guān)鍵的核心零部件,目前還是國內(nèi)風電設(shè)備制造業(yè)中最薄弱的環(huán)節(jié),也是國內(nèi)目前唯一沒有實現(xiàn)批量國產(chǎn)化的部件,其主要原因在第二部分中已經(jīng)分析過。但是,我們也看到,以東方自控為代表的國內(nèi)一些企業(yè),已經(jīng)在包括變頻器在內(nèi)的控制系統(tǒng)的自主研發(fā)方面邁出了重要的步伐,取得了很多成果。因此,預計再經(jīng)過兩到三年時間,將可實現(xiàn)風機控制系統(tǒng)的全面國產(chǎn)化配套,并具備如海上風機等更大型風電機組控制系統(tǒng)的自主研發(fā)能力,這樣,風機國產(chǎn)化的最后一個瓶頸也將被突破。同時,借此一角,也呼吁國內(nèi)的風機用戶樹立對國產(chǎn)控制系統(tǒng)的使用信心,支持國產(chǎn)化事業(yè)的發(fā)展。同時,國內(nèi)企業(yè)在服務(wù)支持及備件供給方面究竟有較大的上風,從長遠來看,一定會給風電企業(yè)帶來良好的回報。

作者簡介:
陳建國 (1970-)男,四川廣元人,1992年畢業(yè)于浙江大學,同年至東方汽輪機廠工作,先后從事蒸汽輪機及燃氣輪機控制系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試。目前擔任東方電氣自控公司副總經(jīng)理,負責風機控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化開發(fā)工作。(end)

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收錄時間:2011年01月25日 17:09:35 來源:東方電氣自控公司 陳建國 作者:


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