高壓變頻技術(shù)平臺(tái)在燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的“黑啟動(dòng)”定制化開發(fā)

      1燃?xì)怆娬竟に嚱榻B

　　燃?xì)怆娬局饕蕴烊粴庾鳛橐淮文茉?，通過將天然氣與空氣混合燃燒推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)旋轉(zhuǎn)，拖動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行輸出電力。同時(shí)，配備有啟動(dòng)機(jī)組、燃?xì)庥酂徨仩t、蒸汽發(fā)電機(jī)組等，其燃?xì)狻⒄羝?lián)合發(fā)電機(jī)組的工作原理如圖1所示。

　　系統(tǒng)一方面通過高溫燃?xì)?，推?dòng)燃?xì)廨啓C(jī)高效做功;另一方面，又通過余熱鍋爐，通過熱交換吸收高溫尾氣余熱，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽推動(dòng)蒸汽發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電。兩臺(tái)發(fā)電機(jī)輸出的電能，可同時(shí)輸送至電網(wǎng)，滿足區(qū)域電網(wǎng)調(diào)峰及應(yīng)急供電的需要。

　　在圖1中，M1為燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)、FC表示液力耦合器、COMP表示空壓機(jī)、GAS表示燃?xì)廨啓C(jī)、G1A表示燃?xì)獍l(fā)電機(jī)、STM表示蒸汽輪機(jī)、G1B表示蒸汽發(fā)電機(jī)、DDP表示除氧器、CP表示凝結(jié)水泵、CWP表示循環(huán)水泵、FP表示給水泵、MWB表示低壓汽包、HWB表示高壓汽包、Boiler表示鍋爐。

　　作為骨干電網(wǎng)應(yīng)急響應(yīng)的關(guān)鍵一環(huán)，為保證區(qū)域電網(wǎng)與骨干電網(wǎng)解列而出現(xiàn)大面積停電的情況下，快速恢復(fù)區(qū)域電網(wǎng)關(guān)鍵負(fù)荷供電的能力，保證城市指揮、搶險(xiǎn)需要。通常對(duì)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，賦予孤網(wǎng)機(jī)組“黑啟動(dòng)”功能。

　　“黑啟動(dòng)”，是孤網(wǎng)電站應(yīng)急自啟動(dòng)的俗稱，指在沒有外網(wǎng)電力接入的情況，依托自身配備的小型柴油發(fā)電機(jī)組，完成發(fā)電站的機(jī)組啟動(dòng)、并網(wǎng)，恢復(fù)供電能力。具備“黑啟動(dòng)”能力的電站，通過自帶柴油發(fā)電機(jī)及相應(yīng)的配套設(shè)施，完成機(jī)組啟動(dòng)、恢復(fù)。

　　而高壓變頻技術(shù)則是燃?xì)怆娬尽昂趩?dòng)”中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

　　2 燃?xì)廨啓C(jī)變頻啟動(dòng)應(yīng)用方案

　　基于對(duì)“黑啟動(dòng)”模式燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組運(yùn)行工藝的分析，如圖2所示。機(jī)組啟動(dòng)過程主要包括：啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)并入孤網(wǎng)啟動(dòng)、拖動(dòng)汽輪機(jī)軸系運(yùn)轉(zhuǎn)、燃?xì)廨啓C(jī)吹掃、機(jī)組點(diǎn)火暖機(jī)沖轉(zhuǎn)、啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)退出、燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)同步并網(wǎng)發(fā)電等幾個(gè)階段。

　　與通用變頻器驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載不同，高壓變頻器拖動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)組啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)存在并網(wǎng)允許峰值電流低、負(fù)載靜止啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、負(fù)載轉(zhuǎn)移容易能量“返灌”等顯著工況特征。

　　這就要求面向燃?xì)廨啓C(jī)孤網(wǎng)“黑啟動(dòng)”啟動(dòng)運(yùn)行模式的高壓變頻器具備如下關(guān)鍵技術(shù)特征：

　　(1)采用激磁涌流抑制技術(shù)，將變頻器輸入側(cè)合閘時(shí)，峰值涌流控制在2In以內(nèi);

　　(2)采用電壓型單元串聯(lián)多電平產(chǎn)品，20%負(fù)載以上功率因數(shù)達(dá)0.95;

　　(3)采用“變頻+液偶”的柔性軟啟動(dòng)控制模式;

　　(4)變頻器采用逆功率抑制技術(shù)，自適應(yīng)完成啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)向燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)移。

　　運(yùn)用施耐德電氣集團(tuán)旗下利德華福品牌的電壓源型單元串聯(lián)多電平高壓變頻系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)，開發(fā)的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組“黑啟動(dòng)”定制化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了其微電網(wǎng)友好、負(fù)載啟動(dòng)平滑、機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定過渡等多重工藝需求，為提升燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的安全啟動(dòng)、可靠并網(wǎng)提供高品質(zhì)技術(shù)保障。

　　3實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用案例

　　華南某電力公司(以下簡稱電廠)占地18萬平方米，已有2套9E聯(lián)合循環(huán)機(jī)組于2005年全面投產(chǎn)運(yùn)行，容量為2×180MW，使用天然氣發(fā)電。

　　為了應(yīng)對(duì)電網(wǎng)的大面積停電事故，電網(wǎng)對(duì)電廠的“黑啟動(dòng)”能力日益重視。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組能夠快速啟動(dòng)、寬幅加載和靈敏響應(yīng)，稍加改造即可成為合格的“黑啟動(dòng)”電站。

　　華南某電網(wǎng)為了優(yōu)化電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全，加大對(duì)電廠“黑啟動(dòng)”的補(bǔ)貼，鼓勵(lì)電廠進(jìn)行“黑啟動(dòng)”改造。該電力公司積極響應(yīng)電網(wǎng)政策，針對(duì)機(jī)組進(jìn)行了“黑啟動(dòng)”改造。

　　由于利德華福在燃?xì)廨啓C(jī)“黑啟動(dòng)”有豐富的經(jīng)驗(yàn)、成熟的應(yīng)用案例，最終選擇了利德華福為其提供高壓變頻設(shè)備，該項(xiàng)目已于2020年6月交付投入運(yùn)行。

　　(1)變頻器參數(shù)：

　　額定電壓：6kV

　　額定功率：1600kW

　　(2)配置方案：

　　● 每相功率單元采用6級(jí)串聯(lián)，具備功率單元旁路功能及N+1冗余功能;

　　● 黑啟動(dòng)轉(zhuǎn)速跟蹤響應(yīng)功能;

　　● 逆功率虛擬控制技術(shù);

　　● 電動(dòng)機(jī)調(diào)速與液偶調(diào)速，雙轉(zhuǎn)速耦合;

　　● 控制電源采用雙電源冗余+UPS供電方案(用戶提供2路AC220V)。

　　(3)方案亮點(diǎn)：

　　● 采用一拖二手動(dòng)旁路柜，可以分別驅(qū)動(dòng)兩套燃?xì)廨啓C(jī)分別實(shí)現(xiàn)“黑啟動(dòng)”功能，提高了設(shè)備利用率;

　　● 具備N+1冗余功能，單個(gè)模塊故障時(shí)，依然能夠輸出額定電壓及額定功率，系統(tǒng)安全性極強(qiáng);

　　● 風(fēng)機(jī)電源和控制電源都采用雙電源冗余供電結(jié)構(gòu)，設(shè)備運(yùn)行可靠性增強(qiáng);

　　● 32位DSP處理器控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)真正的恒轉(zhuǎn)矩和快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

　　(4)用戶收益：

　　● 一次性通過了華南某電科院的驗(yàn)收;

　　● 由于華南某省內(nèi)燃機(jī)電廠都有互動(dòng)溝通，在省內(nèi)有很好的示范性;

　　● 優(yōu)化“黑啟動(dòng)”解決方案的總投資，減少柴油發(fā)電機(jī)的投資成本，系統(tǒng)方案如圖3所示。