CHH100變頻器在俄羅斯加裏寧格勒水廠的應用
摘要：本文介紹了CHH100變頻器在俄羅斯加裏寧格勒水廠的運行情況，並詳細說明了場頻操作、技術改進以及頻率轉換改進後的節能效果。
關鍵詞：變頻與調速，恒壓供水，節能
1.概述
suizhedianlijishudefazhanhebianpintiaosujishudewanshan，yibianpintiaosuweihexinjishudezhinenggongshuikongzhiyijingqudaileyiqiandeduobengkaiguanhefamentiaojiegongshuifangshi。bianpinlvtiaosuqidongdianliukexiandingzaiedingdianliufanweinei，congerbimianzaiqidongshiduidianwangderenheyingxiang。shuibengqidongpingwen，zhengchangcaozuozhongdepingjunsudujiangdi，congeryanchangshuibeng、fadengshebeideshiyongshouming。tongshi，keyixiaochuqidonghetingjishideshuichuixiaoying。bianpinqidexingnengwending，caozuojiandan，gongnengyededaotisheng，shigongshuixitongjieshengnengyuan、水和勞動力，最終達到高效運行的目的。
2.應用
加裏寧格勒水廠主要負責加裏寧格勒三大區的供水，共有三個供水站：1＃泵站，2＃泵站和3＃泵站。每個水站有幾個泵組成，采用主幹管供水。頻率轉換前，為了滿足各區的供水和水壓，通過多個泵開關和閥門進行調節；每天水泵的啟停次數要求更加頻繁；現場操作極為不便；水壓力難以恒定保持。由於水泵常常在工作頻率直接啟動，會受到較大影響，以致水泵和軸承需要頻繁維修。2009年，我們公司的技術人員測試現場實際運行數據。根據這些運行參數，我們主張為每個水站加裝變頻器；變頻器的PID功能使得供水係統進行恒壓供水。2010年，我們在供水公司進行了頻率改進，解決頻繁啟停和高壓波動的問題。現在，操作簡單，並且該係統投入運行後，節能效果顯著。
3.恒壓供水的原理
在實際工程中，最廣泛使用的調節器控製的原理是比例控製、積分控製和差分控製，簡稱為PID控製，也被稱為PID調節。PID控kong製zhi器qi，結jie構gou簡jian單dan，性xing能neng穩wen定ding，操cao作zuo可ke靠kao，調tiao節jie方fang便bian，已yi成cheng為wei工gong業ye控kong製zhi重zhong大da技ji術shu之zhi一yi。當dang控kong製zhi對dui象xiang的de結jie構gou和he參can數shu不bu能neng完wan全quan掌zhang控kong，精jing確que的de數shu學xue模mo型xing無wu法fa找zhao到dao，或huo者zhe控kong製zhi理li論lun的de其qi它ta技ji術shu難nan以yi運yun用yong時shi，該gai係xi統tong控kong製zhi器qi的de結jie構gou和he參can數shu必bi須xu通tong過guo經jing驗yan和he現xian場chang試shi車che來lai確que定ding，最zui方fang便bian的de就jiu是shi應ying用yongPID控製技術。通過按比例、積分和差分計算出的控製量來加以控製。
(1)比例（P）控製
bilikongzhishizuijiandandekongzhifangfa。kongzhiqideshuchuheshuruzhijiandewuchaxinhaoshixiangchengde。ruguojinyouyigebilikongzhi，namexitongshuchuzexianshiyigewentaiwucha。
(2)積分（I）控製
在zai積ji分fen控kong製zhi中zhong，控kong製zhi器qi的de輸shu出chu和he輸shu入ru之zhi間jian的de誤wu差cha信xin號hao積ji分fen是shi相xiang稱cheng的de。如ru果guo一yi個ge自zi動dong控kong製zhi係xi統tong在zai進jin入ru穩wen態tai後hou顯xian示shi一yi個ge穩wen態tai誤wu差cha，那na麼me該gai控kong製zhi係xi統tong則ze被bei認ren為wei是shi帶dai有you穩wen態tai誤wu差cha或huo誤wu差cha。為wei了le消xiao除chu穩wen態tai誤wu差cha，控kong製zhi器qi必bi須xu引yin入ru“積分期”。該gai誤wu差cha的de積ji分fen期qi取qu決jue於yu時shi間jian積ji分fen。隨sui著zhe時shi間jian的de增zeng加jia，積ji分fen期qi也ye將jiang增zeng加jia。因yin此ci，即ji使shi誤wu差cha較jiao小xiao，積ji分fen期qi也ye將jiang隨sui著zhe時shi間jian的de增zeng加jia而er增zeng加jia。促cu使shi控kong製zhi器qi輸shu出chu增zeng加jia，同tong時shi減jian小xiao穩wen態tai誤wu差cha，直zhi至zhi為wei零ling。當dang係xi統tong進jin入ru穩wen定ding狀zhuang態tai後hou，比bi例li+積分（PI）控製器即會消除穩態誤差。
(3)差分（D）控製
在差分控製中，控製器的輸出和輸入之間的誤差信號（即誤差變化率）的差分是相稱的。自動控製係統解決了在誤差校正處理中可能發生的振蕩不穩定。理由是，有相對比較大的慣性模塊（相連）或滯後模塊，具有誤差抑製效果，其變動總是落後於誤差的變化。解決的辦法是“提前”抑製誤差變化；即，當誤差接近於零時，誤差抑製效果應為零。這意味著，隻引入“比例”期往往是不夠的，因為比例期的效果是僅擴增誤差幅度。現在需要增加“差分期”，它可以預測誤差變化趨勢。所以比例+差分控製器可以把誤差抑製控製效果提前為零或負數，從而避免控製量的嚴重過載。對於大慣性或滯後被控對象，比例+差分（PD）控製器能改善係統調節過程中的動態特性。
為了保持該係統的一致控製量，請在控製量的位置安裝傳感器作為反饋元件。它會向控製器反饋控製量信號；控製器會對比反饋信號與給定信號，計算出調節量，從而控製受控對象，所以控製量總是保持在一定的範圍內。閉環控製圖如下：
閉環控製圖
4.設備選型和係統配置
基於參數和現場設備的工藝要求，結合我們公司CHH100係列高壓變頻器的功能特點，我們公司的技術人員給三個水泵站安裝了兩台6kV/500kW高壓變頻器和一台6kV/250kW高壓變頻器。主要技術參數如下：
|
序號 |
項目 |
參數1 |
參數2 |
|
1 |
變頻器類型 |
CHH100-0500-06 |
CHH100-0250-06 |
|
2 |
額定容量 |
630kVA |
315kVA |
|
3 |
額定電壓 |
6kV |
6kV |
|
4 |
額定電流 |
60A |
30A |
|
5 |
可配備電機 |
500kW |
250kW |
|
6 |
數量 |
2台 |
1台 |
|
7 |
泵站名稱 |
1#泵站 2#泵站 |
3#泵站 |
根據現場條件，三台CHH100係列高壓變頻器安裝在同一個房間。每台變頻器控製三個泵站的一個電機的頻率。變頻器和現場電機的安裝請見下圖：
運行中的變頻器 運行中的電機
CHH100係列高壓變頻器具有內置PID功能，操作靈活。控製連接可采取多種模式，包括線連模式和通信模式。根據項目現場的實際情況，選擇了線連模式；變頻器通過操作柱遠程控製；係統的閉環和開環運行可以通過控製麵板來選擇。變頻器控製界麵和遠程操作柱請見下圖：
變頻器控製界麵 遠程操作柱和測厚計
根據現場泵的特性和用戶的用水量的變化，結合CHH100係列高壓變頻器的功能特性，現場變頻器的PID相關參數設置如下：
|
序號 |
功能編碼 |
功能定義 |
設置範圍 |
設置值 |
|
1 |
P9.00 |
PID參考源選擇 |
0~9 |
2 |
|
2 |
P9.01 |
PID鍵盤預設 |
0.0~100.0 |
0 |
|
3 |
P9.02 |
PID反饋源選擇 |
0~7 |
0 |
|
4 |
P9.03 |
PID輸出特性選擇 |
0~1 |
0 |
|
5 |
P9.04 |
比例增益（Kp） |
0.00~100.00 |
10 |
|
6 |
P9.05 |
積分時間（Ti） |
0.01~10.00 |
10 |
|
7 |
P9.06 |
差分時間（Td） |
0.00~10.00 |
0 |
|
8 |
P9.07 |
采樣周期（T） |
0.01~100.00 |
0.1 |
|
9 |
P9.08 |
PID控製偏移限值 |
0.0~100.0 |
0 |
|
10 |
P9.09 |
反饋斷連檢測值 |
0.0~100.0% |
0 |
|
11 |
P9.10 |
反饋斷連檢測時間 |
0.0~3600.0 |
1 |
|
12 |
P9.11 |
PID睡眠喚醒值 |
0.0~100.0 |
0 |
|
13 |
P9.12 |
PID延時睡眠啟動時間 |
0.0~3600.0 |
0 |
|
14 |
P0.11 |
加速時間1 |
0~3600.0 |
180 |
|
15 |
P0.12 |
減速時間1 |
0~3600.0 |
180 |
5.節能效果
變頻器於2010年4月5日安裝完畢。按照現場生產要求，於4月8日對變頻器進行了試車並投入使用，4月11日 - 4月13日對水泵進行了電力節能測試。測試數據如下：
1) 1#供水站水泵：
|
運行模式 |
測試時間 |
電表讀數（kWH） |
電表比 |
耗電量（kWH） |
|
電網頻率運行 |
2010.4.11 8:00 |
73714.5 |
1200：1 |
11160 |
|
2010.4.12 8:00 |
73723.8 |
1200：1 |
||
|
可變頻率運行 |
2010.4.12 10:00 |
73724.1 |
1200：1 |
8400 |
|
2010.4.13 10:00 |
73731.1 |
1200：1 |
根據電表的實際讀數和兩天內的電網頻率和可變頻率模式下的耗電量，可以計算出該係統的節能情況。變頻改造後，1#供水站的綜合節能情況是：
每天節約電量 = 11160 - 8400 kWH = 2760 kWH
節電率= （11160 - 8400）/21720 ×100% = 24.73%
2) 2#供水站水泵：
|
運行模式 |
測試時間 |
電表讀數（kWH） |
電表比 |
耗電量（kWH） |
|
電網頻率運行 |
2010.4.11 8:20 |
41514.7 |
1200：1 |
9360 |
|
2010.4.12 8:20 |
41521.5 |
1200：1 |
||
|
可變頻率運行 |
2010.4.12 10:35 |
41521.9 |
1200：1 |
6840 |
|
2010.4.13 10:35 |
41527.6 |
1200：1 |
根據電表的實際讀數和兩天內的電網頻率和可變頻率模式下的耗電量，可以計算出該係統的節能情況。變頻改造後，2#供水站的綜合節能情況是：
每天節約電量= 9360 - 6840 kWH = 2520 kWH
節電率= （9360 - 6840）/9360 ×100% = 26.92%
3) 3#供水站水泵：
|
運行模式 |
測試時間 |
電表讀數（kWH） |
電表比 |
耗電量（kWH） |
|
電網頻率運行 |
2010.4.11 8:50 |
14873.8 |
1200：1 |
5280 |
|
2010.4.12 8:50 |
14878.2 |
1200：1 |
||
|
可變頻率運行 |
2010.4.12 11:20 |
14878.4 |
1200：1 |
3720 |
|
2010.4.13 11:20 |
14881.5 |
1200：1 |
根據電表的實際讀數和兩天內的電網頻率和可變頻率模式下的耗電量，可以計算出該係統的節能情況。變頻改造後，3#供水站的綜合節能情況是：
每天節約電量= 5280 - 3720 kWH = 1560 kWH
節電率= （5280 - 3720）/5280 ×100% = 29.55%
6.變頻的優勢
1)功率因數增加：當原始電機直接以電網頻率運行時，滿載的功率因數約為0.84。而變頻係統，在電源側的功率因數可提高到0.95，並且能夠滿足在沒有無功功率補償裝置情況下的電網要求。這進一步節約了上遊設備的運行成本。
2)係統節能效果顯著：變頻器改進後，在滿足用戶要求的前提下，可設置一定的壓力來降低電機的耗電量。根據實際測試，泵站水泵的節電率達到24％以上。
3)設備操作簡單：變頻器改進並設置壓力後，操作簡單靈活，並能避免水泵的反複啟停。減少了對馬達和泵的影響，並且可以遠程監控。
4)恒壓主管：通(tong)過(guo)遠(yuan)程(cheng)給(gei)定(ding)的(de)壓(ya)力(li)，該(gai)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)頻(pin)率(lv)可(ke)自(zi)動(dong)調(tiao)節(jie)，以(yi)保(bao)持(chi)恒(heng)定(ding)的(de)壓(ya)力(li)。減(jian)少(shao)了(le)主(zhu)管(guan)中(zhong)的(de)壓(ya)力(li)波(bo)動(dong)，防(fang)止(zhi)了(le)管(guan)網(wang)上(shang)啟(qi)動(dong)頻(pin)率(lv)的(de)影(ying)響(xiang)，避(bi)免(mian)了(le)管(guan)網(wang)壓(ya)力(li)超(chao)限(xian)，並(bing)提(ti)高(gao)了(le)供(gong)水(shui)質(zhi)量(liang)。
5)設備維護成本降低：變頻器改進後，啟動順暢，降低了對電機軸承的影響。在正常運行期間，大部分時間頻率在50Hz以下。減少了對機械係統的磨損，從而減少了對設備的維護；同時也延長了設備的使用壽命。
參考資料：
【1】CH100係列變頻器說明，深圳市英威騰電氣；
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關於英威騰：
英威騰，成立於2002年，致力於成為全球領先、受人尊敬的工業自動化和能源電力領域的產品與服務提供者，2010年在深交所A股上市，股票代碼：002334。英威騰是國家火炬計劃重點高新技術企業，目前擁有15家控股子公司，分駐於全國的12大研發中心，申請各類專利700多件，依托於電力電子、電氣傳動、自動控製、信息技術等關鍵技術，主要產品涵括高中低壓變頻器、電梯智能控製係統、伺服係統、PLC、HMI、SVG、UPS、電機和電主軸、光伏逆變器、節能減排在線管理係統、軌道交通牽引係統、新能源汽車電控係統等。英威騰現有員工2000多人，大型生產基地3個，營銷網絡遍布國內及海外60多個國家和地區。