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★ 希望森蘭科技股份有限公司 葛重源

摘要：本文主要介紹了高壓變頻器在國(guó)家首例空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目超大功率壓縮機(jī)上的應(yīng)用，突破了超大功率高壓變頻器儲(chǔ)能行業(yè)新應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：森蘭變頻；超大功率壓縮機(jī)；同步無(wú)刷勵(lì)磁；高壓變頻器

1　前言

電力系統(tǒng)負(fù)荷不均衡是當(dāng)今世界重大科研課題，我國(guó)同樣也面臨著高峰、低谷負(fù)荷差別大，供電質(zhì)量受影響，調(diào)峰填谷等問(wèn)題。解決這類(lèi)問(wèn)題最好的辦法是把電能存儲(chǔ)起來(lái)，而如何將電能進(jìn)行儲(chǔ)存，是電力技術(shù)學(xué)者們長(zhǎng)期探索和研究的重要課題。研究的方向包括抽水蓄能電站、壓縮空氣蓄能電站、蓄電池蓄能電站、超導(dǎo)磁蓄能、飛輪蓄能、電磁蓄能等多個(gè)方向，而目前，空氣儲(chǔ)能電站因占地面積小、環(huán)境污染小，經(jīng)濟(jì)性能高等優(yōu)勢(shì)，受到了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。CAES空氣儲(chǔ)能電站在國(guó)內(nèi)也逐漸開(kāi)始建設(shè)和商業(yè)化運(yùn)行。

壓縮空氣儲(chǔ)能（Compressed-Air Energy Storage，CAES ）是指在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期將電能用于壓縮空氣，將空氣高壓密封在報(bào)廢礦井、沉降的海底儲(chǔ)氣罐、山洞、過(guò)期油氣井或新建儲(chǔ)氣井中，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮空氣推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電的儲(chǔ)能方式。通過(guò)這種技術(shù)，可從電網(wǎng)吸納用電低谷時(shí)的“過(guò)剩電能”，達(dá)到類(lèi)似“充電寶”的作用。

2　項(xiàng)目概況

江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能?chē)?guó)家試驗(yàn)示范項(xiàng)目，于2017年獲國(guó)家能源局立項(xiàng)，是壓縮空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域唯一國(guó)家示范項(xiàng)目，也是國(guó)家能源局和江蘇省重點(diǎn)推進(jìn)項(xiàng)目，由中鹽集團(tuán)、中國(guó)華能和清華大學(xué)共同開(kāi)發(fā)，一期工程發(fā)電裝機(jī)60兆瓦，儲(chǔ)能容量300兆瓦時(shí)，遠(yuǎn)期建設(shè)規(guī)模1000兆瓦。

該項(xiàng)目作為國(guó)內(nèi)首個(gè)非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能電站，該項(xiàng)目所有主設(shè)備均為國(guó)產(chǎn)首臺(tái)套，既有設(shè)備研發(fā)難題，又有首次集成困難，更有電站建設(shè)和運(yùn)維缺乏標(biāo)準(zhǔn)、毫無(wú)經(jīng)驗(yàn)可循的巨大挑戰(zhàn)。

森蘭作為國(guó)內(nèi)變頻技術(shù)領(lǐng)軍企業(yè)，有幸入選金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目核心設(shè)備供貨商，為項(xiàng)目超大功率壓縮機(jī)分別提供一套高壓變頻啟動(dòng)裝置和高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)備于2022年4月帶負(fù)載啟動(dòng)完成，2022年5月完成系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試并投入生產(chǎn)。

3　方案介紹

本項(xiàng)目配置三套超大功率壓縮機(jī)，其中LP、MP壓縮機(jī)功率分別為29MW和26.5MW，要求采用高壓變頻軟起動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)超大電機(jī)的穩(wěn)定啟動(dòng)，HP壓縮機(jī)為11MW，計(jì)劃配置一臺(tái)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定調(diào)速運(yùn)行。

經(jīng)過(guò)項(xiàng)目組與森蘭技術(shù)專(zhuān)家的充分論證和探討， 仿真計(jì)算， 最終確認(rèn)軟起動(dòng)系統(tǒng)選型為VFPS-100-18000，采用一拖二技術(shù)方案，原理圖如圖1所示。

圖1 變頻軟起動(dòng)方案

該方案單獨(dú)提供一路饋電給變頻軟啟動(dòng)裝置，當(dāng)變頻器完成啟動(dòng)后，可通斷路器切除掉變頻器主電源，這樣變頻器完全和主回路脫離。變頻軟啟動(dòng)與用電設(shè)備電機(jī)之間是通過(guò)真空斷路器切換來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在正常生產(chǎn)過(guò)程中，變頻軟起動(dòng)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)后臺(tái)指令，逐臺(tái)拖動(dòng)LP、MP壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)擾平滑啟動(dòng)，啟動(dòng)前，由操作人員手動(dòng)/DCS系統(tǒng)自動(dòng)選擇需要啟動(dòng)的電機(jī)，軟啟動(dòng)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換變頻拖動(dòng)回路以及勵(lì)磁信號(hào)端口至對(duì)應(yīng)電機(jī)。實(shí)現(xiàn)一鍵啟動(dòng)投切，過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)。

HP壓縮機(jī)變頻器選型為SBH-100-11200，采用一拖一技術(shù)方案，系統(tǒng)主回路配置如圖2所示。

圖2 變頻調(diào)速系統(tǒng)方案

該方案為一拖一典型方案，為系統(tǒng)配置上電限流組件，可以將變頻器上電沖擊電流限制在額定電流以?xún)?nèi)。變頻器輸入、輸出端配置隔離開(kāi)關(guān)QS1、QS2用于系統(tǒng)隔離，方便檢修維護(hù)。

本項(xiàng)目變頻系統(tǒng)集成了森蘭最新一代高壓變頻器的研究成果，具有可靠性高、調(diào)速精度高、諧波含量低、對(duì)電網(wǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)、更智能等優(yōu)點(diǎn)，圓滿(mǎn)地達(dá)到了項(xiàng)目的需求預(yù)期：

（1）實(shí)現(xiàn)了超大功率壓縮機(jī)完全無(wú)沖擊啟動(dòng)，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程，啟動(dòng)電流完全控制在額定范圍內(nèi)，對(duì)電網(wǎng)未造成任何影響。

（2）實(shí)現(xiàn)了完全無(wú)擾并網(wǎng)投切，在變頻啟動(dòng)完成后，由變頻軟起動(dòng)系統(tǒng)直接控制工頻電源并入電機(jī)驅(qū)動(dòng)，平穩(wěn)運(yùn)行后，變頻系統(tǒng)方退出運(yùn)行，這樣完全避免了變頻切入工頻過(guò)程中可能產(chǎn)生的沖擊電流。

（3）實(shí)現(xiàn)了大功率同步無(wú)刷勵(lì)磁電機(jī)的穩(wěn)定控制，在變頻啟動(dòng)以及工頻投切過(guò)程中，與勵(lì)磁系統(tǒng)完美配合，順利解決了無(wú)刷勵(lì)磁同步電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中的各項(xiàng)難點(diǎn)和痛點(diǎn)。

（4）系統(tǒng)無(wú)啟動(dòng)次數(shù)限制，滿(mǎn)足了超大壓縮機(jī)的頻繁啟停需求。

（5）克服了快速啟動(dòng)、共振點(diǎn)多、啟動(dòng)壓力精準(zhǔn)控制等多項(xiàng)技術(shù)難題。

4　結(jié)語(yǔ)

江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目的成功投運(yùn)，代表了國(guó)內(nèi)在空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域的新突破，有著里程碑式的重要意義，項(xiàng)目中對(duì)于類(lèi)似超大功率壓縮機(jī)負(fù)載的變頻驅(qū)動(dòng)應(yīng)用更是代表了變頻技術(shù)的一個(gè)新高度，這其中的難點(diǎn)不僅在于超大功率變頻系統(tǒng)的制造難度，更包含了控制技術(shù)方面的諸多難點(diǎn)以及實(shí)際應(yīng)用中的細(xì)節(jié)問(wèn)題處理，森蘭變頻的成功應(yīng)用也再次向世界展示了國(guó)產(chǎn)變頻的實(shí)力。

作者簡(jiǎn)介：

葛重源（1986-），男，河南洛陽(yáng)人，工程師，學(xué)士，現(xiàn)任希望森蘭科技股份有限公司高壓技術(shù)部經(jīng)理，長(zhǎng)期從事高壓變頻技術(shù)的應(yīng)用與研究。

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年6月刊