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★ 希望森蘭科技股份有限公司 葛重源

摘要：本文主要介紹了高壓變頻器在國家首例空氣儲能項目超大功率壓縮機(jī)上的應(yīng)用，突破了超大功率高壓變頻器儲能行業(yè)新應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：森蘭變頻；超大功率壓縮機(jī)；同步無刷勵磁；高壓變頻器

1　前言

電力系統(tǒng)負(fù)荷不均衡是當(dāng)今世界重大科研課題，我國同樣也面臨著高峰、低谷負(fù)荷差別大，供電質(zhì)量受影響，調(diào)峰填谷等問題。解決這類問題最好的辦法是把電能存儲起來，而如何將電能進(jìn)行儲存，是電力技術(shù)學(xué)者們長期探索和研究的重要課題。研究的方向包括抽水蓄能電站、壓縮空氣蓄能電站、蓄電池蓄能電站、超導(dǎo)磁蓄能、飛輪蓄能、電磁蓄能等多個方向，而目前，空氣儲能電站因占地面積小、環(huán)境污染小，經(jīng)濟(jì)性能高等優(yōu)勢，受到了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。CAES空氣儲能電站在國內(nèi)也逐漸開始建設(shè)和商業(yè)化運行。

壓縮空氣儲能（Compressed-Air Energy Storage，CAES ）是指在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期將電能用于壓縮空氣，將空氣高壓密封在報廢礦井、沉降的海底儲氣罐、山洞、過期油氣井或新建儲氣井中，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮空氣推動汽輪機(jī)發(fā)電的儲能方式。通過這種技術(shù)，可從電網(wǎng)吸納用電低谷時的“過剩電能”，達(dá)到類似“充電寶”的作用。

2　項目概況

江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能國家試驗示范項目，于2017年獲國家能源局立項，是壓縮空氣儲能領(lǐng)域唯一國家示范項目，也是國家能源局和江蘇省重點推進(jìn)項目，由中鹽集團(tuán)、中國華能和清華大學(xué)共同開發(fā)，一期工程發(fā)電裝機(jī)60兆瓦，儲能容量300兆瓦時，遠(yuǎn)期建設(shè)規(guī)模1000兆瓦。

該項目作為國內(nèi)首個非補燃壓縮空氣儲能電站，該項目所有主設(shè)備均為國產(chǎn)首臺套，既有設(shè)備研發(fā)難題，又有首次集成困難，更有電站建設(shè)和運維缺乏標(biāo)準(zhǔn)、毫無經(jīng)驗可循的巨大挑戰(zhàn)。

森蘭作為國內(nèi)變頻技術(shù)領(lǐng)軍企業(yè)，有幸入選金壇鹽穴壓縮空氣儲能項目核心設(shè)備供貨商，為項目超大功率壓縮機(jī)分別提供一套高壓變頻啟動裝置和高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)備于2022年4月帶負(fù)載啟動完成，2022年5月完成系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試并投入生產(chǎn)。

3　方案介紹

本項目配置三套超大功率壓縮機(jī)，其中LP、MP壓縮機(jī)功率分別為29MW和26.5MW，要求采用高壓變頻軟起動系統(tǒng)實現(xiàn)超大電機(jī)的穩(wěn)定啟動，HP壓縮機(jī)為11MW，計劃配置一臺高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定調(diào)速運行。

經(jīng)過項目組與森蘭技術(shù)專家的充分論證和探討， 仿真計算， 最終確認(rèn)軟起動系統(tǒng)選型為VFPS-100-18000，采用一拖二技術(shù)方案，原理圖如圖1所示。

圖1 變頻軟起動方案

該方案單獨提供一路饋電給變頻軟啟動裝置，當(dāng)變頻器完成啟動后，可通斷路器切除掉變頻器主電源，這樣變頻器完全和主回路脫離。變頻軟啟動與用電設(shè)備電機(jī)之間是通過真空斷路器切換來實現(xiàn)。

在正常生產(chǎn)過程中，變頻軟起動系統(tǒng)會根據(jù)后臺指令，逐臺拖動LP、MP壓縮機(jī)實現(xiàn)無擾平滑啟動，啟動前，由操作人員手動/DCS系統(tǒng)自動選擇需要啟動的電機(jī)，軟啟動系統(tǒng)會自動切換變頻拖動回路以及勵磁信號端口至對應(yīng)電機(jī)。實現(xiàn)一鍵啟動投切，過程無需人工干預(yù)。

HP壓縮機(jī)變頻器選型為SBH-100-11200，采用一拖一技術(shù)方案，系統(tǒng)主回路配置如圖2所示。

圖2 變頻調(diào)速系統(tǒng)方案

該方案為一拖一典型方案，為系統(tǒng)配置上電限流組件，可以將變頻器上電沖擊電流限制在額定電流以內(nèi)。變頻器輸入、輸出端配置隔離開關(guān)QS1、QS2用于系統(tǒng)隔離，方便檢修維護(hù)。

本項目變頻系統(tǒng)集成了森蘭最新一代高壓變頻器的研究成果，具有可靠性高、調(diào)速精度高、諧波含量低、對電網(wǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)、更智能等優(yōu)點，圓滿地達(dá)到了項目的需求預(yù)期：

（1）實現(xiàn)了超大功率壓縮機(jī)完全無沖擊啟動，整個啟動過程，啟動電流完全控制在額定范圍內(nèi)，對電網(wǎng)未造成任何影響。

（2）實現(xiàn)了完全無擾并網(wǎng)投切，在變頻啟動完成后，由變頻軟起動系統(tǒng)直接控制工頻電源并入電機(jī)驅(qū)動，平穩(wěn)運行后，變頻系統(tǒng)方退出運行，這樣完全避免了變頻切入工頻過程中可能產(chǎn)生的沖擊電流。

（3）實現(xiàn)了大功率同步無刷勵磁電機(jī)的穩(wěn)定控制，在變頻啟動以及工頻投切過程中，與勵磁系統(tǒng)完美配合，順利解決了無刷勵磁同步電機(jī)啟動過程中的各項難點和痛點。

（4）系統(tǒng)無啟動次數(shù)限制，滿足了超大壓縮機(jī)的頻繁啟停需求。

（5）克服了快速啟動、共振點多、啟動壓力精準(zhǔn)控制等多項技術(shù)難題。

4　結(jié)語

江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能示范項目的成功投運，代表了國內(nèi)在空氣儲能領(lǐng)域的新突破，有著里程碑式的重要意義，項目中對于類似超大功率壓縮機(jī)負(fù)載的變頻驅(qū)動應(yīng)用更是代表了變頻技術(shù)的一個新高度，這其中的難點不僅在于超大功率變頻系統(tǒng)的制造難度，更包含了控制技術(shù)方面的諸多難點以及實際應(yīng)用中的細(xì)節(jié)問題處理，森蘭變頻的成功應(yīng)用也再次向世界展示了國產(chǎn)變頻的實力。

作者簡介：

葛重源（1986-），男，河南洛陽人，工程師，學(xué)士，現(xiàn)任希望森蘭科技股份有限公司高壓技術(shù)部經(jīng)理，長期從事高壓變頻技術(shù)的應(yīng)用與研究。

摘自《自動化博覽》2022年6月刊