高压变频器在绥化中盟热电厂热网循环系统中的应用

0 引言

绥化市现有建筑面积831.4 万m2，2006 年绥化中盟热电厂投产，可实现集中供热640万m2。

绥化中盟热电厂是绥化市目前唯一的热电联产的燃煤电厂，含2 台B25-8.83/0.294 背压机和1 台CC25-8.83/0.98/0.294 双抽凝汽机，配2 台25 MW发电机和1台30 MW 发电机。还建有4 台130 t/h高温高压循环流化床蒸汽锅炉和2台116 MW 循环流化床热水锅炉，配套建设17.87 km 一级热力网、20.5 km二级热力网和32 个热力站，建设蒸汽热力网4.51 km。

该工程全年生产能力为供热量523.2伊104 GJ，其中供采暖416.9伊104 GJ，供工业用汽106.27伊104 GJ，发电量为39.89伊104 MW·h。

热力网的稳定主要取决于锅炉、热网循环系统和管线。锅炉安全、稳定的经济运行一般遵循“一守三动”的控制原则，即主要是以风、灰、煤相互配比来完成锅炉的经济性燃烧。而热网循环系统主要保证水循环稳定和压力恒定，即控制好水位达到安全运行的目的。

供热负荷变化时需要调节水量，如果通过调节泵的出口阀门的开度来实现，实际上是靠压损来减少给水流量，而电机的出力并没有变化。所以热网循环泵最佳方案就是采用变频器进行调速，这样就可以将出口阀门全部打开，通过调节转速来控制流量，可以方便地调整机组的供热量，这样具有非常大的节能潜力。2006年10月绥化市中盟热电厂实现了对热网循环泵的电机进行变频调速。

1 高压变频器的原理

哈尔滨九洲公司Power SmartTM系列高压变频器采用交-直-交直接高压(高-高)方式，它主要由输入切分变压器、功率单元柜和控制单元柜三部分组成。

主电路开关器件为IGBT。由于IGBT耐压所限，无法直接逆变输出10 kV，所以变频器采用功率单元串联，叠波升压，充分利用常压变频器的成熟技术，因而具有很高的可靠性。Power SmartTM系列高压变频器典型系统原理框图如图1所示。

隔离变压器为三相干式整流变压器，变压器一次输入为10 kV，Y 接;二次绕组数量27 相，延边三角形接法，为每个功率单元提供三相电源输入。为了最大限度抑制输入侧谐波含量，同一相的二次绕组通过延边三角形接法移相，绕组间的相位差即移相角度= 60毅/每相单元数量。由于为功率单元提供电源的变压器二次绕组间有一定的相位差，从而消除了大部分由单个功率单元所引起的谐波电流，所以Power SmartTM系列高压变频器输入电流的总谐波含量(THD)远小于国家标准5%的要求，并且能保持接近1的输入功率因数。图2为变频器输入电流波形实录，电流峰值136 A，几近完美的正弦波。

变频器输出是将多个三相输入、单相输出的低压功率单元串联叠波得到。如额定输出641 V功率单元9个串联时产生5 770 V相电压，相邻单元之间的脉冲在时间上相差1/9个开关周期，单元串联叠加后的相电压共有19(2伊9+1)个不同的电平，输出线电压为10 kV。

由于增加了电压波形的电平数使电压的波形接近正弦，从而减小了dv/dt 对电机绝缘的破坏，并大大削弱了输出电压的谐波含量，图3 为10 kV变频器输出的Uab线电压波形实录图，峰值电压为14.1 kV。

因为电机电感的滤波效果，输出电流波形更优于电压波形，图4 即为输出电流Ia的实录波形图，额定电流96 A。

变频器控制单元由控制器(包括三块光纤板，一块信号板，一块主控板)及外围保护电路构成，如图1所示。主控制器的结构为单元组合式，其核心为双DSP 的CPU 单元，通过总线与接口板和相控A、B、C板互通信息。CPU板根据操作命令、给定信号及其它输入信号，计算出控制信息及状态信息。相控A、B、C板接受来自CPU 板的控制信息，产生PWM控制信号，经电/光转换器向功率单元发送控制信号。来自功率单元的应答信号在相控A、B、C 板中转换成电信号，予处理后送CPU板处理。状态信息可通过接口板和接口子模板送出。

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