工控自動化技術文摘：論高壓變頻協調控製技術在變頻應用係統中的研究

摘要：通過對一種新型的高壓變頻應用技術的原理、結構說明，著重闡述高壓變頻協調控製技術在高壓變頻應用係統中的安全性、穩定性、經濟性等方麵的保障作用。為高壓變頻提供一種全新的應用方式及係統改造手段和模式。

高壓變頻協調控製技術簡稱HCU技(ji)術(shu)，是(shi)指(zhi)在(zai)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)應(ying)用(yong)係(xi)統(tong)中(zhong)實(shi)現(xian)工(gong)頻(pin)與(yu)變(bian)頻(pin)運(yun)行(xing)方(fang)式(shi)之(zhi)間(jian)，轉(zhuan)速(su)控(kong)製(zhi)與(yu)開(kai)度(du)或(huo)閥(fa)門(men)控(kong)製(zhi)之(zhi)間(jian)，以(yi)及(ji)同(tong)係(xi)統(tong)設(she)備(bei)之(zhi)間(jian)的(de)一(yi)種(zhong)綜(zong)合(he)協(xie)調(tiao)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)。該(gai)項(xiang)技(ji)術(shu)的(de)應(ying)用(yong)研(yan)究(jiu)成(cheng)功(gong)從(cong)根(gen)本(ben)上(shang)解(jie)決(jue)了(le)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)在(zai)生(sheng)產(chan)係(xi)統(tong)應(ying)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong)對(dui)係(xi)統(tong)安(an)全(quan)穩(wen)定(ding)性(xing)的(de)影(ying)響(xiang)，進(jin)一(yi)步(bu)優(you)化(hua)係(xi)統(tong)工(gong)藝(yi)，提(ti)高(gao)節(jie)能(neng)效(xiao)果(guo)。

同時，該項技術的應用，能夠在現場無需對DCS等deng控kong製zhi係xi統tong硬ying件jian端duan口kou和he控kong製zhi邏luo輯ji進jin行xing更geng多duo變bian更geng和he改gai造zao的de情qing況kuang下xia，輕qing鬆song完wan成cheng高gao壓ya變bian頻pin器qi的de工gong程cheng應ying用yong，實shi現xian高gao壓ya設she備bei的de變bian頻pin節jie能neng，與yu生sheng產chan工gong藝yi完wan美mei結jie合he。真zhen正zheng實shi現xian變bian頻pin應ying用yong係xi統tong的de高gao可ke靠kao、安全、穩定運行，同時節約大量的項目投資和施工成本，實現最佳的係統控製性能和節能收益。

HCU技(ji)術(shu)，從(cong)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)應(ying)用(yong)係(xi)統(tong)的(de)角(jiao)度(du)出(chu)發(fa)，著(zhe)重(zhong)研(yan)究(jiu)和(he)針(zhen)對(dui)各(ge)種(zhong)行(xing)業(ye)領(ling)域(yu)的(de)特(te)殊(shu)運(yun)行(xing)工(gong)藝(yi)和(he)控(kong)製(zhi)結(jie)構(gou)，從(cong)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)的(de)整(zheng)體(ti)上(shang)解(jie)決(jue)了(le)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)節(jie)能(neng)係(xi)統(tong)在(zai)項(xiang)目(mu)實(shi)施(shi)和(he)運(yun)行(xing)中(zhong)出(chu)現(xian)高(gao)壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)故(gu)障(zhang)情(qing)況(kuang)下(xia)的(de)係(xi)統(tong)安(an)全(quan)、穩定性以及生產係統的連續性。從根本上解決了高壓變頻器應用中出現故障時危及係統安全性及自處理穩定能力。

由於HCU技術著眼於高壓變頻器在應用中出現故障時的係統安全處理機製，因此，變頻器旁路裝置一體化的結構設計能夠有效解決諸如：在電力行業的引風、一次風、凝結水係統中變頻故障情況下的係統如何實現變頻向工頻的平穩切換、擋板或閥門協調動作保證機組運行過程控製指標不超標、不保護、不停爐、不停機等，危及係統安全方麵的問題。

采用HCU與變頻應用係統的一體化結構設計，在控製邏輯處理速度、閉鎖、聯鎖、誤動、誤操作等保護性能上更加嚴密。係統的設計更加專業化，更具針對性，更加安全可靠。

該項技術采用獨立的CPU和控製端口，與變頻器本身的控製部分獨立運行。當變頻器出現故障時，獨立的CPU能夠持續工作，處理變頻事故情況下的工頻運行方式以及擋板或閥門開度調節的自動協調，滿足DCS等工業控製係統對過程控製的需求。即便是運行中出現CPU或完全失電的嚴重故障，該項協調控製技術仍能夠在最終故障瞬間將設備控製權轉接至遠程控製，實現原有高壓開關、擋板或閥門等工頻情況下的使用設備監控及調節。同時實現無擾切換，確保生產運行的高安全可靠性。

該項技術基於DCS後台框架下設計開發，可配備雙CPU熱冗餘備份、I/O卡件熱插拔，實現係統在運行過程中完全的故障處理及維修，最大限度的滿足了現場對高壓變頻應用係統的要求。係統安全結構如圖1所示。

同時，HCU技術將設備的運行方式轉換、控製對象改變、安全保護、特性平衡以及設備間協調的問題整合進行針對性的高速運算，其處理能力、反應速度、變頻係統內的設備、故障邏輯協調嚴密性都要高於係統對變頻設備的處理能力。

另外，協調控製技術還具備故障位置的判斷和自處理機製。譬如：當變頻運行情況下，轉速調節失靈時，係統自動將提升至50Hz工頻運行，交由執行機構實現過程量的控製。當對擋板調節出現卡死、異常等情況時，係統能夠及時將報警信息遠傳至控製室報告運行人員及時處理。同時，提供完整的故障時間、位置、原因、關聯狀態等信息，便於維修和處理；而此時，可以在設備級進行問題排查，不需要上升至DCS係統級進行處理，大大降低了故障處理的危險程度。

針對高壓變頻器的技術特點以及應用係統的結構進行一體化的設計，HCU控製技術可以實現應用係統的資源共享和高效處理及應用，使得係統在信息處理、安全防禦、控製實現等方麵具有更高的性能。HCU作為高壓變頻係統應用的核心控製技術，采用獨立於變頻控製係統的CPU處理器，基於成熟的係統架構、硬件基礎、軟件平台而開發的係統級產品設備級應用。因此，具有較高的係統穩定性能。

HCU與變頻器有機結合，卻又實現完全的物理隔離，確保係統能夠獨立運行，獨立控製。在硬件上可選用雙CPU冗餘結構，I/O模件熱插拔，平均無故障運行時間200000小時，遠遠高於高壓變頻器本體平均無故障運行時間20000小時的安全指標。

采用HCU技術設計的高壓變頻控製係統將高壓變頻器、旁路切換裝置、高壓開關等有關的設備整合為一種驅動設備。也就是說對於現場DCS等控製係統而言，不存在工頻、變頻運行方式的切換，以及控製轉速還是控製開度的切換問題，而成為一個控製設備啟停、實現其負荷率隨生產負荷調整的過程控製量穩定的問題。

在現場的實際工程應用中隻需要將高壓變頻係統作為一種設備使用即可。不再需要對DCS等控製係統內部邏輯進行任何改造或者增加I/O控製端口，原有的控製邏輯和調節方式不變，大大簡化了項目執行的現場改造工程量、降低項目投資成本及人工費用等。

係統進行變頻改造前後與現場控製係統的接口結構如圖2。以DCS為例：改造前，DCS針對高壓主輔機設備的控製調節端口，連接高壓開關、執行機構等執行設備。改造後，DCS的這些信號引入HCU通過協調控製技術進行信號處理、指令分配、控製對象協調後驅動執行設備運行。至於在何種情況下啟動哪些設備、進行何種方式的調節等邏輯判斷和指令下達，則無需由DCS來實現。

DCS隻需要對現有的調節係統的參數進行再整定即可實現係統運行。如果采用常規的高壓變頻係統改造結構，係統的端口及連接結構如圖3所示。需要在DCS側保留已有控製設備端口的基礎上，進行I/O端口的增容或占用原有的備用I/O點dian，進jin行xing大da量liang的de電dian氣qi改gai造zao施shi工gong。另ling外wai，生sheng產chan係xi統tong的de主zhu輔fu機ji設she備bei的de變bian頻pin改gai造zao項xiang目mu不bu是shi一yi台tai或huo兩liang台tai設she備bei而er是shi需xu要yao大da量liang的de外wai圍wei支zhi持chi和he專zhuan業ye化hua的de個ge性xing係xi統tong化hua設she計ji。

基於上述原因和現狀，在高壓變頻應用中采用HCUjishunenggouyouxiaojiejuegezhongwenti，shidegaoyabianpinyingyongxitongbiandegengjiajianjie，yiyushixian。duiyuyunxingcaozuorenyuaneryan，caozuokongzhifangshibubian，shebeizengjiakongzhifuzachengdubuzengjia，xitongjiandanyiyong。

采用HCUjishushixiandebianpinxitongzhenghe，tongshiyouxiaoshixianlexitongdeziyuanyouhua。ketigaoxitongdeshebeiliyonglvhegongyiyouhuajienengyunxing，shixianbujinshishebeidejienengershiyingyongxitongdejieneng，jiangdichangyongdianlv，tigaoshebeiliyonglvdengzhibiao。

安裝有HCU技ji術shu的de高gao壓ya變bian頻pin控kong製zhi係xi統tong，在zai實shi現xian高gao壓ya變bian頻pin產chan品pin的de係xi統tong化hua節jie能neng的de同tong時shi，綜zong合he考kao慮lv節jie約yue項xiang目mu投tou資zi成cheng本ben，降jiang低di投tou資zi和he施shi工gong等deng費fei用yong，從cong而er大da大da降jiang低di設she備bei回hui收shou投tou資zi。

目mu前qian，隨sui著zhe高gao壓ya變bian頻pin技ji術shu的de日ri益yi發fa展zhan，有you關guan高gao壓ya變bian頻pin在zai應ying用yong領ling域yu的de安an全quan穩wen定ding性xing以yi及ji進jin一yi步bu實shi現xian高gao效xiao節jie能neng等deng方fang麵mian有you更geng為wei專zhuan業ye深shen入ru的de研yan究jiu。高gao壓ya變bian頻pin協xie調tiao技ji術shu的de研yan究jiu和he推tui廣guang勢shi必bi為wei生sheng產chan節jie能neng降jiang耗hao起qi到dao積ji極ji有you效xiao的de推tui動dong作zuo用yong。