蒼南平原引供水公司成立於1998年，擔任著蒼南江南平原地區60萬人口的供水任務
，日設計供水量為10萬噸。其送水泵房共有7台水泵機組
，10kV/250kW二台，380kV/160kW二台，380kV/90kW二台，380kV/55kW一台，采用工頻運行方式，泵站自1998年3月投入試運行。但由於實際需求輸水總量為6-7萬噸/日,所以隻能依靠調節出口閥開度及頻繁開停泵來調節流量。以保證生產廠的處理平衡的需求。這不但操作麻煩、難以控製

，而且能源浪費大。同時，根據預測，在近二、三年內還尚未能達到10萬噸/日(ri)的(de)需(xu)求(qiu)量(liang)。鑒(jian)此(ci)，為(wei)了(le)資(zi)源(yuan)的(de)合(he)理(li)利(li)用(yong)和(he)能(neng)源(yuan)的(de)節(jie)約(yue)，保(bao)證(zheng)輸(shu)水(shui)管(guan)網(wang)的(de)安(an)全(quan)可(ke)靠(kao)運(yun)行(xing)
，擬(ni)考(kao)慮(lv)安(an)裝(zhuang)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)裝(zhuang)置(zhi)，並(bing)經(jing)過(guo)經(jing)濟(ji)技(ji)術(shu)評(ping)估(gu)，認(ren)為(wei)是(shi)可(ke)行(xing)的(de)
，於(yu)2003年3月籌劃建設該技改項目。通過社會調查和篩選，決定選用北京利德華福公司製造的HARSVERT-A10/015高壓變頻調速裝置，並於2003年12月投入使用。實踐證明，將近5年多時間的運用高壓變頻調速裝置是切實可行的，公司的加壓水泵明顯降低了能耗，提高了工作效率。

一
、變頻器節能的理論依據
cangnanpingyuandiqudegexiangzhendeyongshuiliangshibujunyunde，zheshiyouyuqihouherenmenshenghuoyijishengchanguilvsuojuedingde。youyuliuliangdebianhuacongeryingxiangdaoguanwangshuitousunshidebianhua

，youqishidishipingtandediqu，zaijiheyangchenghenxiaodeqingkuangxia
，songshuibengzhanchukousuoxuyalisuiliuliangdebianhuagengweixianzhu。shuibengzhandezhuangjishianzuibulitiaojianxia

、最(zui)大(da)時(shi)流(liu)量(liang)和(he)所(suo)需(xu)相(xiang)應(ying)揚(yang)程(cheng)決(jue)定(ding)的(de)。而(er)實(shi)際(ji)上(shang)每(mei)天(tian)內(nei)隻(zhi)有(you)很(hen)短(duan)時(shi)間(jian)能(neng)達(da)到(dao)最(zui)大(da)時(shi)流(liu)量(liang)，大(da)多(duo)數(shu)時(shi)間(jian)裏(li)，水(shui)泵(beng)站(zhan)都(dou)處(chu)在(zai)小(xiao)流(liu)量(liang)下(xia)工(gong)作(zuo)。為(wei)了(le)適(shi)應(ying)流(liu)量(liang)的(de)變(bian)化(hua)
，先(xian)前(qian)泵(beng)站(zhan)在(zai)運(yun)行(xing)中(zhong)多(duo)采(cai)取(qu)關(guan)小(xiao)出(chu)口(kou)閘(zha)門(men)的(de)辦(ban)法(fa)來(lai)控(kong)製(zhi)流(liu)量(liang)，從(cong)而(er)造(zao)成(cheng)出(chu)口(kou)閘(zha)門(men)前(qian)後(hou)的(de)壓(ya)力(li)差(cha)值(zhi)(少則多米
，多則幾十米)jiubaibaidilangfeiyuzhamenzulishang。dangshuibengtaishuzugouduoshi，shikeyihenhaodishiyingshuiliangbianhuade，danshishuibengxinghaoshiyouxiande。zhuangjitaishuguoduo，bujinguanlibubian，erqiehuiwuweidizengdajianzhumianji，tigaogongchengzaojia，jishizheyang，yewufazuodaowanquanshiyingshuiliangbianhua
，haixuyaoyongzhamenlaitiaojieshuiliang。weici
，caiyongshuibengjizugaoyabianpintiaosujishu
，kelianxudigaibianshuibengzhuanshu
，laibiangengshuibenggongkuang
，shiqiliuliangyuyangchengshiyingyuguanwangyongshuiliangdebianhua，congertigaojizuxiaolv，weichiguanwangyalihengding，dadaojienengdexiaoguo。womencongshuibengtiaojieyuanlidezhi
，dangshuibengtuodongdianjigongpinyunxingshi，chuliweiedingzhi，zhuansujigonglvyiweiedingzhi；當(dang)采(cai)用(yong)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)時(shi)，可(ke)以(yi)按(an)需(xu)要(yao)升(sheng)降(jiang)電(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su)，改(gai)變(bian)水(shui)泵(beng)的(de)性(xing)能(neng)曲(qu)線(xian)，使(shi)水(shui)泵(beng)的(de)額(e)定(ding)參(can)數(shu)滿(man)足(zu)工(gong)藝(yi)要(yao)求(qiu)。根(gen)據(ju)水(shui)泵(beng)的(de)相(xiang)似(si)定(ding)律(lv)
，變(bian)速(su)前(qian)後(hou)流(liu)量(liang)、揚程
、功率與轉速之間的關係為：

 

二、國內高壓變頻器技術現狀與主要分類

由於高壓大功率交流傳動應用場合的限定，評價高壓變頻器的表現需要了解多方麵的技術指標――可靠性、冗餘設計、諧波含量、損耗等等的因素。由於對高壓變頻器性能的辨識還沒有到更多技術細節的程度,因yin與yu低di壓ya變bian頻pin器qi統tong一yi的de拓tuo撲pu結jie構gou不bu同tong，高gao壓ya變bian頻pin器qi為wei解jie決jue功gong率lv器qi件jian的de耐nai壓ya問wen題ti，不bu同tong廠chang家jia采cai用yong了le不bu同tong的de拓tuo撲pu結jie構gou
，從cong而er形xing成cheng了le多duo種zhong技ji術shu流liu派pai。

1.功率器件串聯二電平電流型的代表廠商是Rockwell，早期代表產品有 Bulletin1557，以GTO為功率器件
；近幾年，又推出了PowerFlex7000，使用SGCT替代GTO 。優點是變頻器可以四象限運行，缺點是功率因數隨調速曲線變化，低速時功率因數隨之變的很低。另外
，隻有6kV產品，無法適配10kV電機。

2.中性點鉗位三電平PWM的代表廠商是ABB和西門子。Abb公司代表產品有ACS1000
，IGCT為功率器件；西門子公司主推SIMOVERTMV係列產品， 以高壓IGBT為主要功率器件
；此技術方案最高輸出電壓僅有4.16kV（abb公司），不能適配10kV電網。

3.利德華福


、羅賓康為代表的單元串聯多電平技術方案。代表產品有HARSVERT-A係統， Perfect Harmony，以低壓IGBT為功率器件
，通過逆變H橋(qiao)的(de)串(chuan)聯(lian)形(xing)成(cheng)高(gao)壓(ya)。就(jiu)目(mu)前(qian)的(de)市(shi)場(chang)份(fen)額(e)而(er)言(yan)，以(yi)利(li)德(de)華(hua)福(fu)為(wei)代(dai)表(biao)的(de)單(dan)元(yuan)串(chuan)聯(lian)多(duo)重(zhong)化(hua)電(dian)壓(ya)源(yuan)型(xing)變(bian)頻(pin)器(qi)銷(xiao)售(shou)量(liang)占(zhan)據(ju)優(you)勢(shi)，並(bing)且(qie)是(shi)國(guo)內(nei)產(chan)品(pin)的(de)主(zhu)要(yao)技(ji)術(shu)類(lei)型(xing)。其(qi)使(shi)用(yong)單(dan)元(yuan)串(chuan)聯(lian)多(duo)電(dian)平(ping)的(de)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)，可(ke)以(yi)直(zhi)接(jie)使(shi)用(yong)成(cheng)熟(shu)的(de)低(di)壓(ya)變(bian)頻(pin)器(qi)技(ji)術(shu)方(fang)案(an)

，具(ju)有(you)對(dui)電(dian)網(wang)諧(xie)波(bo)汙(wu)染(ran)小(xiao)
，輸(shu)出(chu)波(bo)形(xing)多(duo)電(dian)平(ping)，正(zheng)弦(xian)度(du)高(gao)
，適(shi)配(pei)普(pu)通(tong)國(guo)產(chan)異(yi)步(bu)電(dian)機(ji)的(de)優(you)點(dian)。該(gai)類(lei)型(xing)產(chan)品(pin)，輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)可(ke)以(yi)直(zhi)接(jie)到(dao)10kV，輸出不需要加裝升壓變壓器及濾波電抗器，結構簡單。

4.zaiyishangdetuopujiegouzhiwai，chengdoujialingcaiyonglezhijiechuanliandetuopujiegou，danzhezhongjishudechengshudushichanghaimeiyoudinglun。ruguozaijishushangshixianlewendingyingyongdetupo，jiangshiyizhongjiyouqianjingdejishu，jiangduishichanggejuchanshengzhongdayingxiang。danshimuqiancongshichangfanyinglaikan

，chengdoujialingrengranyouhenchangdeyiduanluyaozou。

根據實際情況確定的調速方案為：選擇1、2haobengweiketiaosushuibeng，zhengchangyunxingshiqizhongrenyitaiyunxingyutiaosuzhuangtai，erlingyitaibengzuoweibeiyong
，yekesuishitourugongpinzhuangtaiyunxing。liangtaibengyunxingzhuangtaideqiehuancaiyongshoudongfangshi。bingyaoqiuliangtaibengbunengtongshitourubianpinzhuangtai
，huotongshitourugongpinzhuangtaiyunxing，duiciyaoqiu
，zaishejipangluqiehuanguishitebieshejilejixieliansuozhuangzhi 。開環或閉環自動恒壓供水，帶閥門聯動功能。

變頻器與現場設備接口如圖1所示：

其中：高壓緊急分斷信號與KM1高壓開關控製跳閘回路並聯，高壓合閘允許信號與KM1高壓開關控製合閘回路串聯
，M1、M2閥門開全，關嚴信號取自閥門行程開關的空節點。M1、M2閥門開閥
，關閥信號與閥門開閥，關閥控製回的開關閥按鈕並聯。M1、M2
，水泵重故障信號取自水泵控製保護櫃的空節點。
變頻器與現場設備一次接線如圖2所示：

                              圖2：變頻器與現場設備一次接線圖

 

四
、 恒壓供水係統原理及PID調整
　　由you於yu蒼cang南nan平ping原yuan引yin供gong水shui公gong司si泵beng站zhan是shi新xin改gai建jian工gong程cheng

，用yong水shui負fu荷he需xu要yao在zai實shi際ji運yun行xing時shi進jin行xing精jing確que調tiao整zheng和he測ce量liang，因yin此ci采cai用yong的de是shi恒heng壓ya供gong水shui係xi統tong
，其qi工gong作zuo原yuan理li如ru圖tu3所示
，測量元件為壓力傳感器，將它設在水泵機組出水口，Vi為恒定供水壓力設定值，供水壓力V作為輸出量，構成閉環控製係統。變頻器內部的PLC采集供水壓力值V與用戶給定值Vi進行比較和運算，通過PID進行調整，將結果轉換為頻率調節信號送至變頻器，直至達到供水壓力的給定值Vi。不管係統供水流量如何變化，供水壓力值V始終維持在給定壓力值Vi附近。
 

 

　　1.在PID控製中，比例增益P加大
，會使係統的動作靈敏，速度加快，P偏大，振蕩次數加多，調節時間加長。當P太大時
，係統會趨於不穩定。若P太小，又會使係統的動作緩慢
；
　　2.積分I的(de)作(zuo)用(yong)主(zhu)要(yao)是(shi)消(xiao)除(chu)係(xi)統(tong)的(de)靜(jing)態(tai)誤(wu)差(cha)。但(dan)過(guo)強(qiang)的(de)積(ji)分(fen)作(zuo)用(yong)使(shi)供(gong)水(shui)係(xi)統(tong)超(chao)調(tiao)加(jia)大(da)。所(suo)以(yi)在(zai)調(tiao)節(jie)過(guo)程(cheng)初(chu)期(qi)

，應(ying)減(jian)弱(ruo)積(ji)分(fen)作(zuo)用(yong)，防(fang)止(zhi)產(chan)生(sheng)積(ji)分(fen)飽(bao)和(he)現(xian)象(xiang)；而到過程後期，應適當增強積分作用，以提高控製精度。
　　3.微分Ddezuoyongzhuyaoshigaishangongshuixitongdedongtaixingneng。zengdaweifenshijian，youliyujiakuaixitongxiangying，shixitongchaotiaoliangjianxiao，wendingxingzengjia，danyizhiwairaonenglixiajiang。suoyiweifenshijianchangshuyinggaizaigongshuixitongkongzhiyaoqiudeqiantixiaersuijigaibian。jizaitiaojieguochengchuqi
，yingjiadaweifendezuoyong，yijianxiaochaotiao；在調節過程中

、後期，應不斷減小微分時間，以增強係統的抗幹擾能力，同時還可以縮短調節時間。
　　泵站變頻器在運行初期，供水係統采用恒壓閉環控製，運行中發現運行頻率曲線呈鋸齒波
，上下波動幅度較大，因此對PID係數進行調整，將P由1改為0.06
、I由0.2改為0.5。通過幾次逐步調整，現運行曲線較為平緩，波動幅度相當小。變頻器根據偏差相應調節PID的de參can數shu
，當dang運yun行xing參can數shu遠yuan離li目mu標biao參can數shu時shi，調tiao節jie幅fu度du加jia快kuai，隨sui著zhe偏pian差cha的de逐zhu步bu接jie近jin，跟gen蹤zong的de幅fu度du逐zhu漸jian減jian小xiao，近jin似si相xiang等deng時shi，係xi統tong達da到dao一yi個ge動dong態tai平ping衡heng，維wei持chi供gong水shui係xi統tong的de恒heng壓ya穩wen定ding狀zhuang態tai。

根據泵站供水係統改造之前一個月的報表計算得1000t水耗電率為98度電，改造之後的一個月1000t水耗電率為92度電. 分析泵站一年可節電(98-92)×70×360=15120dudian。bingqiesuizhegongshuiliangdezengjiabengzhangongshuixitongcaiyongyitaigongpin，yitaibianpinliangtaigaoyadiandongjigongshuifangshijienengxiaoguogengxianzhu。xianzaibengzhangongshuiliangsuizhejingjidefazhanrigongshuiliangyidadao9.5萬噸。根據運行節能分析的需要對泵站供水係統泵的運行組合方式進行測試結果如下表

七、應用高壓變頻調速係統生產的其他效果     

1.改善了工藝。在實際生產操作過程中，泵的參數（尤其是流量）需(xu)時(shi)常(chang)調(tiao)整(zheng)，不(bu)僅(jin)需(xu)要(yao)調(tiao)節(jie)參(can)數(shu)
，而(er)且(qie)備(bei)用(yong)設(she)備(bei)需(xu)時(shi)常(chang)切(qie)換(huan)。根(gen)據(ju)工(gong)藝(yi)的(de)變(bian)動(dong)，工(gong)藝(yi)參(can)數(shu)又(you)主(zhu)要(yao)通(tong)過(guo)調(tiao)節(jie)出(chu)口(kou)閥(fa)來(lai)控(kong)製(zhi)，人(ren)工(gong)關(guan)小(xiao)或(huo)開(kai)大(da)閥(fa)門(men)不(bu)僅(jin)費(fei)事(shi)
，速(su)度(du)慢(man)
，也(ye)縮(suo)短(duan)閥(fa)門(men)的(de)壽(shou)命(ming)（填料及閥杆的磨損）caiyongbianpintiaosujiubuyongtiaojiechukoufa，zhixuyaokongzhishineitiaojiedianjidezhuansujike。bianpinqidongzhuansukeyiconglingkaishizhujianshenggao

，yincidaifuhezhijieqidongbuhuiyoujiaodadeqidongdianliu，bimianletongchangbengzushouxianguanbichukoufahouzaiqidongdeyaoqiu（無載啟動是為了降低啟動電流，保護電機）。

2.維wei護hu量liang減jian少shao。采cai用yong變bian頻pin調tiao速su後hou
，可ke能neng避bi免mian因yin通tong過guo閥fa門men控kong製zhi使shi泵beng過guo多duo偏pian離li額e定ding工gong作zuo區qu而er引yin起qi的de振zhen動dong
，嚴yan重zhong時shi會hui引yin起qi懸xuan臂bi泵beng軸zhou頭tou斷duan裂lie。通tong常chang情qing況kuang下xia
，變bian頻pin調tiao速su係xi統tong的de應ying用yong主zhu要yao是shi為wei了le降jiang低di泵beng的de轉zhuan速su。由you於yu啟qi動dong緩huan慢man及ji轉zhuan速su的de降jiang低di

，相xiang應ying地di延yan長chang了le許xu多duo零ling部bu件jian，特te別bie是shi密mi封feng、軸承的壽命。

3.工(gong)作(zuo)強(qiang)度(du)降(jiang)低(di)。由(you)於(yu)調(tiao)速(su)係(xi)統(tong)在(zai)運(yun)轉(zhuan)設(she)備(bei)與(yu)備(bei)用(yong)設(she)備(bei)間(jian)實(shi)現(xian)計(ji)算(suan)機(ji)聯(lian)鎖(suo)控(kong)製(zhi)
，機(ji)組(zu)實(shi)現(xian)自(zi)動(dong)運(yun)行(xing)和(he)相(xiang)應(ying)的(de)保(bao)護(hu)及(ji)故(gu)障(zhang)報(bao)警(jing)，操(cao)作(zuo)工(gong)作(zuo)由(you)動(dong)手(shou)轉(zhuan)變(bian)為(wei)監(jian)控(kong)，完(wan)全(quan)實(shi)現(xian)生(sheng)產(chan)的(de)無(wu)人(ren)操(cao)作(zuo)，大(da)大(da)降(jiang)低(di)了(le)勞(lao)動(dong)強(qiang)度(du)，提(ti)高(gao)了(le)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)，為(wei)優(you)化(hua)運(yun)營(ying)提(ti)供(gong)了(le)可(ke)靠(kao)保(bao)證(zheng)。

4.jianshaoleduidianwangdechongji。caiyongbianpintiaojiehou，xitongshixianruanqidong，dianjiqidongdianliuzhishiedingdianliu，qidongshijianxiangyingyanchang，duidianwangwudadechongji，jianqingleqidongjixiezhuanjuduidianjijixiesunshang，youxiaodeyanchangledianjideshiyongshouming。

八、高壓變頻調速係統的問題與改善

   高壓變頻器在安裝時對安裝的環境考慮不周到,引yin起qi夏xia天tian高gao壓ya變bian頻pin器qi運yun行xing溫wen度du偏pian高gao需xu要yao安an裝zhuang空kong調tiao才cai能neng滿man足zu高gao壓ya變bian頻pin器qi運yun行xing溫wen度du的de要yao求qiu並bing且qie室shi內nei環huan境jing溫wen度du偏pian高gao，引yin起qi變bian頻pin器qi頻pin繁fan過guo熱re保bao護hu。而er且qie空kong調tiao的de可ke靠kao性xing會hui影ying響xiang變bian頻pin器qi的de穩wen定ding運yun行xing，空kong調tiao運yun行xing費fei用yong偏pian高gao
，我wo們men根gen據ju本ben站zhan變bian頻pin器qi的de運yun行xing和he環huan境jing情qing況kuang對dui目mu前qian高gao壓ya變bian頻pin器qi的de三san種zhong冷leng卻que方fang式shi進jin行xing分fen析xi決jue定ding采cai用yong安an裝zhuang風feng道dao加jia空kong調tiao的de方fang式shi進jin行xing改gai造zao，利li用yong變bian頻pin器qi原yuan有you的de排pai風feng扇shan加jia裝zhuang通tong風feng通tong道dao將jiang熱re風feng引yin出chu室shi外wai，改gai裝zhuang散san熱re風feng道dao及ji空kong調tiao後hou問wen題ti解jie決jue。另ling外wai
，由you於yu泵beng站zhan處chu於yu平ping原yuan地di帶dai，夏xia季ji雷lei雨yu台tai風feng季ji節jie
，雷lei電dian頻pin繁fan，變bian頻pin器qi因yin此ci出chu現xian異yi常chang。後hou通tong過guo改gai善shan接jie地di，加jia裝zhuang避bi雷lei裝zhuang置zhi，問wen題ti得de到dao一yi定ding解jie決jue。

高壓變頻器控製水泵機組，大大改善了供水
、淨水生產及現場環境，完全達到了生產工藝要求。PLC控製技術、Profibus總線技術和高壓變頻技術的完美結合
，使得集成自動化程度高，運行穩定，操作簡單，節能高效明顯等優點。
　　蒼南平原引供水公司高壓變頻器控製係統的成功應用
，對於節約電能、提高效益、技術創新，都具有很高的經濟價值，值得推廣。
　　但要想送水泵站每台泵實現優化運行，就要研究其定性與定量的運行規律。根據蒼南平原引供水公司地區用水曲線、出(chu)廠(chang)壓(ya)力(li)與(yu)管(guan)網(wang)壓(ya)力(li)控(kong)製(zhi)點(dian)，清(qing)水(shui)池(chi)水(shui)位(wei)等(deng)參(can)數(shu)
，正(zheng)在(zai)建(jian)立(li)優(you)化(hua)控(kong)製(zhi)數(shu)學(xue)模(mo)型(xing)

，在(zai)此(ci)基(ji)礎(chu)上(shang)，下(xia)一(yi)步(bu)定(ding)量(liang)控(kong)製(zhi)泵(beng)站(zhan)定(ding)速(su)與(yu)變(bian)頻(pin)調(tiao)速(su)機(ji)組(zu)優(you)化(hua)運(yun)行(xing)時(shi)的(de)流(liu)量(liang)
、揚程
、效率變化規律。這樣可以根據用戶對於用水量與揚程要求，實現最優化控製。這種方式實現之時，便可以滿足用戶對水量、水壓的需要，又達到明顯降低電耗的目的
，這是我們麵臨的一個艱巨的、必須攻克的難題。送水泵房水泵機組調速的經濟效果很明顯，比不調速節能8％左(zuo)右(you)，而(er)且(qie)設(she)備(bei)運(yun)行(xing)可(ke)靠(kao)
，操(cao)作(zuo)維(wei)護(hu)方(fang)便(bian)

，由(you)計(ji)算(suan)機(ji)控(kong)製(zhi)，實(shi)現(xian)了(le)泵(beng)站(zhan)優(you)化(hua)控(kong)製(zhi)和(he)現(xian)代(dai)化(hua)管(guan)理(li)。要(yao)繼(ji)續(xu)努(nu)力(li)

，力(li)爭(zheng)將(jiang)送(song)水(shui)泵(beng)房(fang)水(shui)泵(beng)機(ji)組(zu)調(tiao)速(su)的(de)經(jing)濟(ji)效(xiao)果(guo)更(geng)明(ming)顯(xian)

，比(bi)不(bu)調(tiao)速(su)節(jie)能(neng)15％左右，將蒼南平原引供水公司供水泵站建成國內外先進水平的泵站。

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5.HARSVERT-A高壓變頻調速技術培訓教材。北京利德華福電氣技術有限公司