变频调速技术在电力系统中的应用综合分析

变频调速技术在电力系统中的应用综合分析

吴渊文

国网山西省电力公司朔州供电公司 , 山西省朔州市 , 036000

摘要：根据相关的统计资料我们可以发现，在全国总用电量中，有超过一半的就是电机的耗电，比如工业中的大功率设备，电泵、风机等等，作为重要的耗电主体，每年需要消耗大量的电力，但是却只有非常低的能源利用率，针对这种残酷的现状，我们就需要大力提高资源利用效率。其中，变频调速技术是非常有效的选择，它调速功能比较优越，有着较高的工作效率，可以适用于很广泛的范围内。

关键字：变频调速技术；电力系统；应用

1变频调速技术的优势

随着计算机技术空前的发展，数字自动控制的技术也得到了空前的发展，所以电动的直流调速技术被逐渐取代，变频调速技术应运而生。其中变频调速技术有很多优势，包括节约电能、提高生产率和提高产品质量等。其中在节约电能方面，电泵和风机一直是利用阀门或者挡板来调节对电能的利用，这包含工人的主观因素比较多，对资源造成一定的浪费。而变频调速技术，用数字化来调控，改进了传统的不合理技术，促进了电能的节约。提高生产率方面，例如变频调速技术可以根据电泵和风机运作载荷的不同来调整转速，自动调整省去了人为调整中工人的工作量，节省了调整所用时间，大大提高了工作生产率。在提高产品质量方面，可以根据不同的产品的需要来调节机械运转速度，保证产品质量。

2变频调速关键技术在电力系统中的应用

2.1矢量控制技术

西门子公司在上个世纪70年代开创了矢量控制技术，它作为一种新型技术，主要利用转子磁场来定向矢量控制技术，如何有效的控制转换交流电机和直流电机，是本原理的关键内容，目前矢量控制技术已经被广泛应用于电力系统中。

2.2自整定技术

自整定技术在变频调速系统中的应用日益广泛，它可以根据速度和负载的变化自动调整控制系统的参数，使得系统具有快速的动态响应。自整定技术分为离线式和在线式两种。离线式的研究成果已经在相当多的产品中应用，它是在运行系统程序之前通过运行一段自整定程序，辨识相关数据，并修改系统程序的相关参数，以期获得良好的系统控制性能。另外，改进控制技术，提高系统鲁棒性也和自整定技术紧密相联系。

2.3直接转矩控制技术

经过矢量控制技术之后，逐渐发展起来了直接转矩控制技术，这种交流变频调速技术具有较高的性能。在具体的实践研究中，要想较高精度观测转子磁链，具有很大的难度。因为系统特性会在很大程度上受到电机参数的影响，并且矢量变换存在着一定的难度，那么理论就可能会不符合于实践情况。直接转矩控制技术不需要解耦电流，这是因为选择的是电子磁场定向。在定子坐标系下，直接分析交流电机的数学模型，并且直接控制电动机的磁链和转矩，这样才可以保证它的控制性能。相较于矢量控制技术，直接转矩控制技术有着十分简单的工作原理，掌握起来难度不大，并且其他参数也不会在很大程度上影响到本项技术，因此有着十分广阔的发展空间。

2.4数字控制化技术

数字化技术作为变频装置的核心技术，符合时代社会发展的趋势，在未来一段时期内，将会成为主流。目前，通过调查发现，很多的变频装置在数字化控制方面都得到了不同程度的实现，通过应用微电子技术和ASIC技术，元件数量得到了减少，元件体积得到了缩小，在很大程度上增强了变频器的安全性能，控制的精度得到了提高，并且有着较快的速度和较高的质量，还可以将噪音去除掉。过去没有较高的速度，主要是因为CPU对其起到了限制作用，并且受到了离散化延迟时间的影响，随着科学技术的不断革新，将会大幅度提升CPU的速度。

2.5 PWM控制技术

1964年，德国的A.Schnung等率先提出了脉宽调制（PWM—Pulse Width Modulation）变频的思想，为近代交流调速系统开辟了新的发展领域。PWM控制技术通过改变矩形脉冲的宽度来控制逆变器输出交流基波电压的幅值，通过改变调制周期来控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压幅值和频率的控制。PWM技术简化了逆变器的结构，能够明显的改善变频器的输出波形，降低电动机的谐波损耗，并减小转矩脉动，同时提高了系统的动态响应性能。PWM技术还可用于整流器的控制，能够实现输入电流非常接近正弦，并可使电网功率因数为1。PWM整流器因而被称为“绿色”变流器。目前，PWM技术已成为变频器中应用最为广泛的控制技术。交流电机调速性能的不断提高在很大程度上是由于PWM技术的不断进步。目前广泛应用的是在规则采样PWM的基础上发展起来的准优化PWM法，即三次谐波叠加法和电压空间矢量PWM法。

3变频调速技术在电力系统中的应用

3.1变频调速技术在电力系统节能方面的应用

变频调速技术在电力系统节能方面的应用是变频器在电力系统中的主要应用领域。美国、日本及西欧各国对火电厂用水泵和风机正大力推广应用变频调速方式。在美国和原苏联进行的一项独立研究表明，用变频调速传动装置代替传统的无转速调节电气传动装置时，泵可节能25%，风机可节能30%。因此将变频调速技术应用于风机、水泵等设备将会取得显著的经济效益。

3.2变频调速技术在电力系统控制方面的应用

交流变频调速技术在电力系统改善工艺，提高控制精度等方面也有实际应用。交流电力拖动具备宽的调速范围、高的调速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能。因此在电力系统中，不仅在节能方面需要变频器，许多需要精确控制流量、压力及液位的场所都可以采用变频器。

3.3变频调速技术在燃料控制系统方面的应用

国内很多火电厂采用变频调速技术对燃料控制系统进行改造，利用变频器和鼠笼式异步电动机组成变频调速系统。由于变频调速线性、稳定性好，能够迅速改变进入炉膛的煤粉量，使机前压力很快的稳定下来，并且调速稳定、线性度好、可靠性高、调速范围宽，与上层燃料控制系统接口简单易实现，改善了燃料控制系统的调节品质。在稳态工况下，主汽压力在±0.1%MPa范围内波动；在动态工况如以5%负荷升、降速率下改变10%负荷，主汽压力在±0.2MPa范围内波动。其动态调节品质和稳态运行性能均优于滑差调速控制。

4未来变频技术的发展趋势

国外变频调速技术发展较早，技术比较先进，而我国却起步较晚，还受到经济条件和科研能力较弱等方面的限制，技术发展比较落后，改革开放以来逐步实行市场经济以后才逐步发展起来。不过由于技术水平有限，很多情况下都是引进国外先进技术。现在中国经济发展起来了，而且对科技的发展相当重视，有了国家雄厚的经济支撑，以及对人才的培养和技术的学习和引进，这些都能够促进制造业的发展。俗话说农业是基础，工业是动力。只有制造业发展起来，有充足的动力才能更好的发展国家经济。应该重视计算机数字技术，发挥数字技术在电力系统中的作用，将变频调速技术应用到电力系统对资源的开发、利用、再利用的整个过程中，不仅能促进技术的进一步发展，完善电力系统，还能节约能源保护环境。

结束语：在经济发展的同时还要考虑到资源的利用，资源的无节制利用会给环境、最终给人类带来巨大的灾难，所以我们要通过对技术的改进来减少对资源的利用，为以后的子子孙孙做出贡献。虽然国外的技术非常的先进，短时间内我们也追不上，但是只要持续努力，共同合作就能为节约能源保护环境出一份力。在电力资源方面，改变传统的技术，利用变频调速技术提高生产率和产品质量，并且逐步完善技术，革新技术，推进电力系统的逐步完善。

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