风电场动态无功补偿装置SVG散热风机节能降噪系统优化

风电场动态无功补偿装置 SVG 散热风机节能降噪系统优化

周超

陕能榆林清洁能源开发有限公司 陕西省榆林市 719000

摘要：为解决风电场动态无功补偿装置SVG在实际运行的过程当中所出现的一系列问题，如SVG室负压大，噪音大以及散热风机电损损耗大等，引入了电机变频调速技术，对此类问题进行优化，尤其是散热风机电能损耗大的问题。本文首先对风机变频节能原理进行简单论述，重点研究了无功补偿装置，散热风机节能降噪系统优化的策略及效果，提高散热风机的效率，推动其长期稳定运行。

关键词：节能降噪系统；动态无功补偿装置；风电场

1 风机的变频节能原理

根据目前各企业运行情况可知，截止到目前为止，大部分企业运用的风机设备为异步电动机，其风机节能目的的达成依靠直接驱动方式，该方式在实际运行时存在一系列问题，尤其是在电机负载过大的基础上，将造成设备使用寿命的缺陷，甚至会致使电机运行中出现电机烧毁和机械故障的情况，严重影响企业运行，因此，需优化系统，节能降噪，保证系统的正常运转。

作为一款新型节能产品，风机变频调速器通过变速能够对于风机性能曲线进行优化，对于其工作点进行改善。风机变频调速器相比较来说具有不需维护、性能优越、控制精确度较高以及操作方便容易等优点。在保持其他条件不变的情况下，本文针对于风机变频调速技术基本工作原理进行了探讨，其中，通过电源频率在异步电动机定子端中的输入对于电动机转速进行了变动。

电机转速和工作电源输入频率之间的关系具体为：n=

其中：p—电动机极对数；

s—电动机转差率；

f—异步电动机的频率；

n—异步电动机的转速。

根据上述关系公式可以发现，异步电动机的频率和异步电动机的转速之间是成正比例关系，如果想要改变异步电动机的转速，只需要对于异步电动机的频率进行改变。通常情况下，在异步电动机的频率处于0~50Hz时，电动机转速调节范围将会相当大，利用对于电动机电源频率的调节，能够实现变频调速器速度的调节。

注：调速连续精确，风量控制精确；

利用变频器完成转速的调节；

通过转速的变慢，实现能源消耗的减少；

通过转速的变慢，实现风压的减少；

通过转速的变慢，实现风量的减少；

通过转速的变慢，实现风机特征曲线的下降；

不能转变管网的阻抗特性；

相当于转变风机的压力与流量的关系。

其中，转矩、转速、压力以及风量之间的关系为:

Q=n*C1

P=103*p/(effb×effc)*Q

P=T*C2=n3*C3

P=n*T=n3*C4

其中：

p: 压力；Q: 风量；

effb：传动装置的效率；effc：风机的效率；

T: 转矩；P: 轴功率;n: 转速。

2 动态无功补偿装置散热风机运行现状

通过对于相关政策的分析可以发现，我国调度控制中心《两个细则实施办法》规定对于动态无功补偿装置（SVG）投运率有具体要求，装置禁止私自退出运行，避免装置非停，所以散热风机的稳定运行对装置可靠运行有着重要的作用。

本文在对风电场动态无功补偿装置SVG散热风机进行分析时，以12Mvar容量的装置和17Mvar容量的装置为例进行具体分析，这两种装置均为强制风冷，需要6台2.4kW功率的散热风机配备使用。

无功补偿装置是一种核心是IGBT的电压补偿和有源谐波治理装置，在实际进行工作时，会伴随大量热量的出现，另外，无功补偿装置需要在-25℃ ~40℃的温度条件下才能够正常运转，因此，SVG 设备需要配备相应的散热系统。除此之外，根据设备厂家提醒的相关内容，在主电路有电的情况下，不允许断开散热系统以及风扇的电源。因此，无功补偿装置和散热风机必须同时运行，就算无功补偿装置出现非正常运行情况，如设备温度低或者是低负荷运行，也应该保证散热风机的全功率正常运行。然而，在分析其具体运行情况时发现，该类方式将导致一系列问题，如SVG 室负压大、噪音大以及电能损耗大等，对设备长期稳定工作具有不良影响，甚至可能造成安全问题。根据相关数据显示，部分公司存在因散热系统长时间持续运行出现故障而发生的无功补偿装置被迫停运。

3 风电场动态无功补偿装置SVG散热风机节能降噪系统优化

为解决散热风机SVG 室负压大、噪音大以及电能损耗大等问题，本文利用了电机变频调速技术，按照环境温度和SVG 出力对散热风机变频调速控制，以此来对于散热风机进行优化，使得散热风机效率得以提高，设备运行可靠、安全、稳定。

通过对于变频节能系统的分析可以发现，该系统是在原有散热风机的基础上，进行了优化，主要是对风机的散热功能进行了增添，同时进行了风机一次供电回路的接入，拓展了模拟量输入模块以及 PLC温度采集模块。变频节能系统的组成主要包括排风风扇、交流电机、变频器控制器、信号转换器、电流采集装置以及温度传感器。

变频节能系统在进行具体工作时主要利用采温板对于SVG 功率模块内部 IGBT造成的温度进行采集，采用光信号的模式，利用光纤把通信代码向控制器进行输送，之后利用解码出来的控制器，使得温度向模拟量进行转化，最终将其与变频器进行连接，按照现场的具体情况，得到最终所需要的转速，最终实现对于温度的调节。

变频器的组成主要包括微处理单元、检测单元、驱动单元、制动单元、再次整流、滤波以及整流，其中第一次整流主要是为了交流变直流，第二次整流是为使得的直流变交流。该变频器的工作频率在0~400Hz之间，输出功率在0.75~400kw之间，输出的电压在380~650V之间。按照所收集到的工作的温度环境，变频器可以把电网的50Hz 固定频率进行需要的转化，使其频率和电压能够与温度相适应，最终达到电机控制的目的。

在环境温度升高的情况下，变频器的频率、电压以及电机的转速会相应加速，其散热能力也会越高。而在环境温度降低的情况下，电机的转速也会变慢。通过对于温度环境对变频器的影响，调节电机散热，提高能源利用率，从而达到节能目的。

4 系统优化效益

根据上述分析，引进变频节能系统，可以实现风机损耗降低的目的，根据相关数据显示，系统平均节电率可达30%，以2.4kW功率的风机，每套6个风机为例：

改造前能耗：2×6×2.4=28.8kW；

改造后能耗：70%×2×6×2.4=20kW；

节约能耗：12×30×24×8.64kW=74649.6kWh；

节约成本：0.5×74649.6=37324.8 元。

变频节能系统能够针对于电机定速旋转不可调问题进行解决，减少能源的浪费；在低负荷的情况下，能够降低噪音，优化工作环境；变频调节散热风机转速可达到和SVG 运行相匹配，解决原来频繁调节导致的能耗高的问题；功率柜滤网积灰少，设备负压低，运维成本低。

变频节能系统能够实现零转速启动，电流冲击小，降低了电机故障频率，对于延长电机使用寿命具有积极作用。

高压变频器可对电机负载转速进行平滑调节，使得电机机械磨损和负载得以降低，轴承温度得以降低。

结论：变频节能系统在风电场动态无功补偿装置SVG散热风机节能降噪系统优化方面具有重要作用，既能够节能降噪，也能够降低电机磨损，延长电机使用寿命，是风电场优化运行的重要方向，在促进风电场长期稳定安全发展的基础上，对促进其长期效益的提升也具有一定作用。

参考文献：

[1]齐超.风电场动态无功补偿装置性能检测方案研究[J].黑龙江电力,2021,43(03):241-245+262.

[2]张春玲,吴永智,刘海波,吴雪婷.动态无功补偿装置SVG在风电场运行可靠性分析[J].祖国,2017(17):125.