2.1低电压穿越能力对比
除方案2外,其余方案都配备有外接储能,当输入
电压降低至设定值时,自动切换至外接储能供电,因此可实现零电压穿越,即当
电压降至零时也能保证
变频器正常工作。
变频器所需电流也由外接储能提供,不会对电网产生电流冲击。
方案2利用电网残压升压给
变频器提供电源,当电网电压为零(电压中断)时,升压电路便无法工作,不能实现零电压穿越。同时,
变频器所需电流仍由电网提供,电网
电压降低n倍,需要提供给
变频器的电流就要升高n倍,若电压较低,则电流便会很大,对电网造成一定冲击。
2.2可靠性
方案1~3为并联系统,方案4、5为串联系统。设两系统可靠性分别为P1和P2,则由自动控制原理可知,系统串联时的可靠性为P1×P2,并联时的可靠性为1-(1-P1) ×(1-P2)。在各部分可靠性均大于0.9的情况下,并联系统的可靠性远大于串联系统。若方案中使用直流动力电源,由于该电源容量大且管理统一,因此其可靠性较使用专用
蓄电池高,但仍低于不使用
蓄电池的方案2。
2.3寿命
电力电子器件的寿命远大于储能设备,因此低电压穿越系统的寿命可看作内部储能设备的寿命。若使用
蓄电池,方案4、5中的储能设备在厂用系统电压不是标称电压的情况下便会产生补偿电压,因此充放电次数最多,寿命最短。方案1、3中的储能设备使用频率较低,但每次使用时的放电量和放电时间都较长,因此寿命中等。方案2中不包含储能设备,因此寿命最长。方案3~5若接入220V直流动力电源,则其寿命为电力电子器件寿命。
2.4改造成本
改造成本主要包括低电压穿越装置费用、相应外设费用(电缆、断路器等)、安装人工费等。方案1~3在国内发展较晚,近10年才开始生产,生产厂家较少,设备购买后也需要厂家派专人进行安装(需要引出
变频器的正负端子),因此成本较方案4、5略高。方案1有较高的
蓄电池费用,因为需要达到较高的端电压,所以串联单体数较多。方案2中更换低电压穿越装置前的电缆和断路器的费用较高。方案3若单独配置
蓄电池,则成本与方案1、2基本相同;若使用直流动力电源,则还需增加更加严格的电源保护,同时动力直流电源室通常位于机组底层,与辅机距离远且垂直高差大,因此电缆所需长度增加、铺设电缆的人工作业费大大提高,改造成本会增加2~3万元。方案4技术成熟、安装简单、生产厂家众多,因此成本已降到相对低廉的水平。方案5发展时间较方案4晚,技术含量和成熟度不如方案4,因此成本较方案4高,但较方案1~3低。
以上分析均基于使用相同价位的元件和储能设备,若储能设备中使用了超级电容等,或电力电子元件和
蓄电池价格昂贵,则改造成本会明显提升,但性能也会相应提高。
2.5后期维护量
改造方案中大多涉及储能设备。若储能设备采用
蓄电池,由于要定期巡检
蓄电池电量和状态,并要对已损坏或缺液的
蓄电池进行更换和补液,因此后期维护工作和成本不可忽略。若使用免维护型
蓄电池,则可减少平时维护的工作量,但后期更换旧
蓄电池的费用不可小觑。方案1中
蓄电池单体数量多、所处环境较差,因此后期维护成本最高。方案2无储能设备,所以无后期维护成本。方案3~5若单独配置
蓄电池,则会有一定的维护量,但
蓄电池较少,维护量小于方案1。若采用接入220V动力直流电源,则不另外增加维护量。
2.6对机组控制的影响
给煤机或给粉机通常与MFT逻辑联动,当给煤机或给粉机全停信号发出时,MFT启动,炉膛灭火,因此需考虑部分方案对MFT逻辑的影响。
方案1~3中低电压穿越装置正常工作时,虽然变频器有正常输出,但是依旧发出停运信号,因此需要修改MFT逻辑,只有在低电压穿越装置和变频器都不工作时才启动MFT
方案4、5中低电压穿越装置正常运行时,变频器不会发出停运信号。一旦变频器发出停运信号,就可确定无法实现低电压穿越,可启动MFT,因此不需要修改原有控制逻辑。
5种方案各有优缺点。并联设备中,使用220V直流动力电源的方案3优点显著,其低电压穿越性能优异,无需单独加装蓄电池,后期电池维护量极少,可靠性极高,因此目前该方案在火电厂低压辅机的低电压穿越改造中最具有应用前景,但要解决好直流回路接地和短路的检测和保护。串联设备中,UPS以其低廉的价格独树一帜。串联设备不需要改变机组原有的控制逻辑,避免了因信号增多而产生错误的可能性,但其可靠性较低,使用风险较大。
3 结束语
低压变频器是电压敏感性设备,极易因电压波动而造成停机事故,给电厂带来重大损失,因此国内外提出了众多低电压穿越改造措施。本文将这些措施分为4类,然后结合我国火电厂配置和低压辅机的特点选择了5种具体实施方案,最后从性能、可靠性、寿命、成本等方面对这些具体实施方案进行了对比分析。对比分析结果显示,5种具体实施方案中,并联BOOST电路且使用直流动力电源的方案在各方面都具有一定优势,适用性较强。火电厂也可根据自身的预算及需求,合理选择其它方案,实现低电压穿越。
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