電機“雙饋”調速系統(tǒng)

我國城鄉(xiāng)防洪排澇泵站很多，過去，我們對這一具有巨大社會效益的“提速”運行問題認識不足，采取的補救辦法走了很多彎路，如為了應對突如其來的，十年一遇或百年一遇的高揚程排水的需要，片面強調“高揚程”的重要性，建站初期或后期改造普通將電機轉速選得過高，而后又多次對電機進行“增容”改造，這使泵站抗遇洪澇災害能力有所增加，但泵站由于多數(shù)時間仍運行在中、低揚程，這又導致泵站處于“大馬拉小車”和“高耗低效”運行狀態(tài)，白白浪費大量電能;有的地區(qū)，為了解決“排-灌”矛盾，在國家已建立農(nóng)用低速灌溉泵站后，又提出另行設計再建一座專用防洪排漬、排澇泵站，浪費大量資金。

在最近幾年，很多泵站采用電機“變極”提速，并對電機進行過提為“三速”或“雙速”的改造，但效果不佳。因為“變極”提速為有級變速，而高壓大電機定子繞組的出線有限，充其量只能有1-2 級轉速，而水位及揚程的變化是一個連續(xù)量，兩者變化不相適應，因此“就高就不了低，就低就不了高”的現(xiàn)象仍然存在。本產(chǎn)品立足于無級“提速”，并具有提速增容的效果，與“變極”提速相比具有很大優(yōu)勢，如表1 所列。

5.2 提速的“自然增容”效益

很明顯無功功率Q1可作有功“增容”用。我們可將“雙饋”電機這一增容特性稱為“自然增容特性”，意即電機定子繞組并未作“增容”改造，但實際上通過控制器的矢量控制電機已具有“增容”特性。

通過以上的計算可知電機由250 r/min 提速到300 r/min 運行，要求增容367 kW，而雙饋電機通過矢量控制具有“自然增容”392 kW的特性，即原電機可以不進行“增容”改造。

5.3 雙饋“低同步”調速比常規(guī)低同步串級調速好

雙饋電機轉速不僅能超過同步轉速，也能低于同步轉速，而且低同步運行時節(jié)能效果和動態(tài)特性比常規(guī)高效“低同步串級調速”要好得多。表2 是“雙饋”低同步調速技術與常規(guī)高效低同步串調技術的比較。

5.4 顯著的節(jié)能效果

從實測的170 kW 雙饋調速低同步運行狀態(tài)參數(shù)可知具有22%以上的節(jié)電率;根據(jù)“雙饋”調速工作原理，當電機帶原有負載運行于“低同步”工作狀態(tài)時，其節(jié)電效果體現(xiàn)在下列三方面：

5)低同步運行總節(jié)電為493.6+100越593.6 kW。

6)總節(jié)電率594/800越74%。

扣除電機啟動能耗，AC/AC 無功損耗及渦流損耗等外，取節(jié)電率50%，按電機額定功率800 kW計算，一臺電動機組可節(jié)省電力800 kW伊0.5=400 kW。取余碼頭泵站2003、2004 兩年開機運行平均每年12 374臺時統(tǒng)計數(shù)據(jù)，則每年平均節(jié)電

400 kW伊12 374=4 949 600 kW·h，排水電費按0.215 元/kW·h 計算，可節(jié)約電費4 949 600 kW·h伊0.215 元/ kW·h =106.4萬元。

5.5 超低同步無級調速性能

在要求調速范圍較寬的調速系統(tǒng)，采用雙饋調速時可選擇以電機額定轉速(或同步轉速)為基速實現(xiàn)上下調節(jié)。

我國農(nóng)田水利建設的大中型雙功能“排-灌”泵站，又稱為排灌結合型泵站，既要求水泵能提速運行、在洪澇季節(jié)能排除漬水、漬雨;又要求在中、低揚程能降速運行實現(xiàn)低速節(jié)水、節(jié)電、灌溉(或排水)。由于調速范圍對同步轉速上下對稱，變頻器容量又與調速范圍有關，這時雙饋調速的技術優(yōu)勢表現(xiàn)在：若取15豫電機功率的變頻器容量就可獲得30豫的調速范圍。設有一臺同步轉為1 500 r/min、額定功率為1 500 kW 的電機，其調速范圍為1 000耀2 000 r/min，則本產(chǎn)品的容量僅為500 kV·A，若調速范圍越窄，則產(chǎn)品容量越小。

5.6 同步電動機可控異步化運行

前已說及，對同步電機進行“保定子，改轉子”后即可實施“雙饋”調速。我國大中型排灌站電機幾乎清一色都是同步電動機，也可以采用這種異步化改造方法，使單速傳統(tǒng)的同步電動機轉變?yōu)闊o級調速電機，但同步電動機也可采用一般的定子側變頻調速，如獨立變頻調速或無整流子電機調速。采用雙饋調速與采用一般變頻調速相比有何優(yōu)勢呢?表3將兩種方法進行了比較。

5.7 同步發(fā)電機可控異步化運行

同理，對傳統(tǒng)直流勵磁同步發(fā)電機進行“保定子，改轉子”改造以后，采用雙饋調速方法也可使原同步發(fā)電機實現(xiàn)可控異步化運行。當作發(fā)電機運行時，進相運行可為電力系統(tǒng)提供無功功率的能力遠遠超過傳統(tǒng)同步發(fā)電機，而在低負荷時又

可以大量吸收無功功率，為電力系統(tǒng)提供有力的調壓手段，可大大改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本技術對現(xiàn)代電力系統(tǒng)向大容量、高電壓及遠距離輸電方向發(fā)展具有重要意義。我國水力資源豐富，但河流泥沙多，水頭變化大，我國相當一部分水電機組均可采用同步機異步化改造，有望大大簡化發(fā)電站設備，進一步提高系統(tǒng)運行效率;可使像水輪機這樣的原動機運行在最佳工況，使機組效率提高2%耀3%，氣蝕泥沙的磨損降低，具有重大效益。

5.8 雙饋調速系統(tǒng)的多種特色性能

1)使有功/無功獨立解耦控制;

2)高功率因數(shù)運行特性(任意功率因數(shù)可調);

3)在負荷變化情況下，可靈活調節(jié)無功功率和轉速;

4)使有功/無功實現(xiàn)數(shù)字化檢測;

5)通過交流電流調節(jié)閉環(huán)使電壓型AC/AC轉變成電流型AC/AC;

6)能控制轉子感應電勢相位，獲得數(shù)字投勵信號。

從上可見，雙饋調速是實現(xiàn)我國大型電機系統(tǒng)(電動機和發(fā)電機)節(jié)能優(yōu)化改造的高性能的理想產(chǎn)品。