电机“双馈”调速系统

我国城乡防洪排涝泵站很多，过去，我们对这一具有巨大社会效益的“提速”运行问题认识不足，采取的补救办法走了很多弯路，如为了应对突如其来的，十年一遇或百年一遇的高扬程排水的需要，片面强调“高扬程”的重要性，建站初期或后期改造普通将电机转速选得过高，而后又多次对电机进行“增容”改造，这使泵站抗遇洪涝灾害能力有所增加，但泵站由于多数时间仍运行在中、低扬程，这又导致泵站处于“大马拉小车”和“高耗低效”运行状态，白白浪费大量电能;有的地区，为了解决“排-灌”矛盾，在国家已建立农用低速灌溉泵站后，又提出另行设计再建一座专用防洪排渍、排涝泵站，浪费大量资金。

在最近几年，很多泵站采用电机“变极”提速，并对电机进行过提为“三速”或“双速”的改造，但效果不佳。因为“变极”提速为有级变速，而高压大电机定子绕组的出线有限，充其量只能有1-2 级转速，而水位及扬程的变化是一个连续量，两者变化不相适应，因此“就高就不了低，就低就不了高”的现象仍然存在。本产品立足于无级“提速”，并具有提速增容的效果，与“变极”提速相比具有很大优势，如表1 所列。

5.2 提速的“自然增容”效益

很明显无功功率Q1可作有功“增容”用。我们可将“双馈”电机这一增容特性称为“自然增容特性”，意即电机定子绕组并未作“增容”改造，但实际上通过控制器的矢量控制电机已具有“增容”特性。

通过以上的计算可知电机由250 r/min 提速到300 r/min 运行，要求增容367 kW，而双馈电机通过矢量控制具有“自然增容”392 kW的特性，即原电机可以不进行“增容”改造。

5.3 双馈“低同步”调速比常规低同步串级调速好

双馈电机转速不仅能超过同步转速，也能低于同步转速，而且低同步运行时节能效果和动态特性比常规高效“低同步串级调速”要好得多。表2 是“双馈”低同步调速技术与常规高效低同步串调技术的比较。

5.4 显著的节能效果

从实测的170 kW 双馈调速低同步运行状态参数可知具有22%以上的节电率;根据“双馈”调速工作原理，当电机带原有负载运行于“低同步”工作状态时，其节电效果体现在下列三方面：

5)低同步运行总节电为493.6+100越593.6 kW。

6)总节电率594/800越74%。

扣除电机启动能耗，AC/AC无功损耗及涡流损耗等外，取节电率50%，按电机额定功率800 kW计算，一台电动机组可节省电力800 kW伊0.5=400 kW。取余码头泵站2003、2004 两年开机运行平均每年12 374台时统计数据，则每年平均节电

400 kW伊12 374=4 949 600 kW·h，排水电费按0.215 元/kW·h 计算，可节约电费4 949 600 kW·h伊0.215 元/ kW·h =106.4万元。

5.5 超低同步无级调速性能

在要求调速范围较宽的调速系统，采用双馈调速时可选择以电机额定转速(或同步转速)为基速实现上下调节。

我国农田水利建设的大中型双功能“排-灌”泵站，又称为排灌结合型泵站，既要求水泵能提速运行、在洪涝季节能排除渍水、渍雨;又要求在中、低扬程能降速运行实现低速节水、节电、灌溉(或排水)。由于调速范围对同步转速上下对称，变频器容量又与调速范围有关，这时双馈调速的技术优势表现在：若取15豫电机功率的变频器容量就可获得30豫的调速范围。设有一台同步转为1 500 r/min、额定功率为1 500 kW 的电机，其调速范围为1 000耀2 000 r/min，则本产品的容量仅为500 kV·A，若调速范围越窄，则产品容量越小。

5.6 同步电动机可控异步化运行

前已说及，对同步电机进行“保定子，改转子”后即可实施“双馈”调速。我国大中型排灌站电机几乎清一色都是同步电动机，也可以采用这种异步化改造方法，使单速传统的同步电动机转变为无级调速电机，但同步电动机也可采用一般的定子侧变频调速，如独立变频调速或无整流子电机调速。采用双馈调速与采用一般变频调速相比有何优势呢?表3将两种方法进行了比较。

5.7 同步发电机可控异步化运行

同理，对传统直流励磁同步发电机进行“保定子，改转子”改造以后，采用双馈调速方法也可使原同步发电机实现可控异步化运行。当作发电机运行时，进相运行可为电力系统提供无功功率的能力远远超过传统同步发电机，而在低负荷时又

可以大量吸收无功功率，为电力系统提供有力的调压手段，可大大改善电力系统的稳定性。本技术对现代电力系统向大容量、高电压及远距离输电方向发展具有重要意义。我国水力资源丰富，但河流泥沙多，水头变化大，我国相当一部分水电机组均可采用同步机异步化改造，有望大大简化发电站设备，进一步提高系统运行效率;可使像水轮机这样的原动机运行在最佳工况，使机组效率提高2%耀3%，气蚀泥沙的磨损降低，具有重大效益。

5.8 双馈调速系统的多种特色性能

1)使有功/无功独立解耦控制;

2)高功率因数运行特性(任意功率因数可调);

3)在负荷变化情况下，可灵活调节无功功率和转速;

4)使有功/无功实现数字化检测;

5)通过交流电流调节闭环使电压型AC/AC转变成电流型AC/AC;

6)能控制转子感应电势相位，获得数字投励信号。

从上可见，双馈调速是实现我国大型电机系统(电动机和发电机)节能优化改造的高性能的理想产品。