Частотное регулирование: Преобразователь частоты для электродвигателя

Преобразователь частоты для электродвигателя

30.10.2017

Тематика: Полезная информация

 

 

Введение

Существует немало технологических операций, нуждающихся в регулировании угловых скоростей приводных валов механизмов. Традиционно эта задача решалась двумя путями:

• применением механических многоскоростных редукторов для ступенчатого регулирования скорости, либо вариаторов для плавного регулирования;
• использованием электродвигателей постоянного тока совместно с регуляторами уровня питающего напряжения.

Регулирование угловой скорости ротора, основанное на изменении передаточного числа механической трансмиссии, характеризуется снижением общего КПД передачи. Это объясняется высоким уровнем механических потерь в редукторе, подверженном к тому же, интенсивному износу.

Двигатели постоянного тока представляют собой достаточно сложные и дорогие машины. Наличие коллекторного механизма со щёточным аппаратом, предъявляет повышенные требования к их обслуживанию и снижает надёжность.

 

Компания Овердрайв-Электро предлагает частотно-регулируемые приводы ABB со склада в Минске:

 

Принцип частотного регулирования

В основе частотного регулирования двигателя переменного тока лежит взаимосвязь угловой скорости, с которой вращается поле статора с частотой напряжения питания. Это означает, что изменение частотной характеристики напряжения статора приводит к пропорциональному изменению угловой скорости вращающегося ротора. Угловая скорость, или частота вращающегося поля статора асинхронного электрического двигателя выражается следующим соотношением:

ω₀ = 2πf₁/р,

где f₁ — значение частоты напряжения, питающего обмотку статора, р — количество полюсных пар статорной обмотки.

Из приведенной формулы следует, что совершая изменение значения частоты подводимого к двигателю напряжения, можно плавно изменять значение угловой скорости (частоты) вращающегося поля статора, что приведёт к изменению частоты вращения ротора электродвигателя.

Данный принцип позволяет использовать в регулируемых приводах наиболее технологичные, простые и надёжные асинхронные двигатели, имеющие короткозамкнутый ротор. Благодаря высоким технико-экономическим показателям систем частотного регулирования происходит их активное внедрение в сферу промышленной и бытовой техники.

Устройство преобразователя частоты.

На рисунке 1 показана структурная схема, иллюстрирующая устройство преобразователя частоты (ПЧ).

Рис.1 Преобразователь частоты

Сетевое питающее напряжение промышленной частоты 50 герц поступает на вход выпрямителя (В), представляющего собой обычную мостовую диодную сборку. На выходе выпрямителя установлен Г — образный LC фильтр, выполняющий функции сглаживания пульсаций, которые присутствуют в выпрямленном напряжении.

Основной частью преобразователя является инвертор (И), осуществляющий преобразование постоянного напряжения в трёхфазную систему напряжений синусоидальной формы с регулируемой частотой и амплитудой. Ключевыми элементами инвертора служат мощные IGBT транзисторы, которые коммутируются сигналами, генерируемыми в системе импульсно — фазового управления. Система управления транзисторами, формирующими выходное напряжение, которое поступает на статор асинхронного двигателя (АД), основана на принципе ШИМ — широтно-импульсной модуляции. Сигнал управления представляет собой чередование импульсов напряжения с изменяемой скважностью.

Примечание. Скважность — это оценочная характеристика периодического импульсного сигнала, рассчитываемая как отношение периода чередования сигнала к длительности импульса. То есть, величина скважности показывает, какую часть периода занимают импульсы. При изменении скважности изменяется соотношение длительностей импульсов и промежутков между ними.

Следует обратить внимание на одну интересную особенность частотных преобразователей. На рисунке 1 показан преобразователь, подключенный к трёхфазной сети. Существуют модели преобразователей, питающихся от однофазной сети, при этом, на выходе инвертора формируется всё та же трёхфазная система. Разница между трёхфазными и однофазными частотными преобразователями заключается только в качестве напряжения на выходе выпрямителя. Трёхфазный выпрямительный мост создаёт меньший уровень пульсаций напряжения, по этой причине, однофазное выпрямление предъявляет повышенные требования к параметрам LC фильтра.

Применение частотных преобразователей

Сегодня трудно найти область, где не нашли своего применения частотно-регулируемые приводы асинхронных электродвигателей.

На крупных блочных электрических станциях частотные регуляторы осуществляют регулирование подачи топлива в котлы, гибко адаптируя работу энергоблоков к изменяющемуся режиму работы энергосистемы. В этом качестве частотные приводы функционируют как исполнительные звенья автоматизированной системы управления технологическими процессами электростанции.

Частотное регулирование приводов мощных вентиляторов промышленных систем позволяет автоматически поддерживать оптимальные условия их работы при изменении внутренних и внешних факторов, экономя при этом электрическую энергию и продлевая ресурс оборудования.

Большую финансовую экономию принесло внедрение частотных регуляторов в городские системы водоснабжения. Рабочее давление в водоводах питьевого назначения ранее поддерживалось в основном путём оперирования задвижками. Это приводило к неэффективной работе насосного оборудования, повышенному расходу энергии и износу. Насосы, оснащённые частотным приводом способны гибко реагировать на изменение расхода воды в системе и изменяя частоту вращения поддерживать необходимое давление.

Применение частотных регуляторов не обошло стороной и область бытовой электротехники. Все современные стиральные машины и пылесосы оснащены частотным приводом. Это позволило отказаться от редукторов и ремённых приводов и повысить экономичность работы домашних агрегатов.

Частотное регулирование насосов — статья на ВОДОМАСТЕР.РУ

Интернет-магазин «Водомастер.ру» ценит доверие своих клиентов и заботится о сохранении их личных (персональных) данных в тайне от мошенников и третьих лиц. Политика конфиденциальности разработана для того, чтобы личная информация, предоставленная пользователями, были защищены от доступа третьих лиц.

Основная цель сбора личных (персональных) данных – обеспечение надлежащей защиты информации о Пользователе, в т.ч. его персональных данных от несанкционированного доступа и разглашения третьим лицам, улучшение качества обслуживания и эффективности взаимодействия с клиентом.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Сайт – интернет магазин «Водомастер.ру», расположенный в сети Интернет по адресу: vodomaster.ru

Пользователь – физическое или юридическое лицо, разместившее свою персональную информацию посредством любой Формы обратной связи на сайте с последующей целью передачи данных Администрации Сайта.

Форма обратной связи – специальная форма, где Пользователь размещает свою персональную информацию с целью передачи данных Администрации Сайта.

Аккаунт пользователя (Аккаунт) – учетная запись Пользователя позволяющая идентифицировать (авторизовать) Пользователя посредством уникального логина и пароля. Логин и пароль для доступа к Аккаунту определяются Пользователем самостоятельно при регистрации.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Настоящая Политика в отношении обработки персональных данных (далее – «Политика») подготовлена в соответствии с п. 2 ч .1 ст. 18.1 Федерального закона Российской Федерации «О персональных данных» №152-ФЗ от 27 июля 2006 года (далее – «Закон») и описывает методы использования и хранения интернет-магазином «Водомастер.ру» конфиденциальной информации пользователей, посещающих сайт vodomaster.ru.

2.2. Предоставляя интернет-магазину «Водомастер.ру» информацию частного характера через Сайт, Пользователь свободно, своей волей дает согласие на передачу, использование и раскрытие его персональных данных согласно условиям настоящей Политики конфиденциальности.

2.3. Настоящая Политика конфиденциальности применяется только в отношении информации частного характера, полученной через Сайт. Информация частного характера – это информация, позволяющая при ее использовании отдельно или в комбинации с другой доступной интернет-магазину информацией идентифицировать персональные данные клиента.

2.4. На сайте vodomaster.ru могут иметься ссылки, позволяющие перейти на другие сайты. Интернет-магазин не несет ответственности за сведения, публикуемые на этих сайтах, и предоставляет ссылки на них только в целях обеспечения удобства пользователей. При этом действие настоящей Политики не распространяется на иные сайты. Пользователям, переходящим по ссылкам на другие сайты, рекомендуется ознакомиться с политикой конфиденциальности, размещенной на таких сайтах.

3. УСЛОВИЯ, ЦЕЛИ СБОРА И ОБРАБОТКИ ПЕРСОНАЛЬНЫХ ДАННЫХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ

3.1. Персональные данные Пользователя такие как: имя, фамилия, отчество, e-mail, телефон, адрес доставки, skype и др., передаются Пользователем Администрации Сайта с согласия Пользователя.

3.2. Передача персональных данных Пользователем через любую размещенную на сайте Форму обратной связи, в том числе через корзину заказов, означает согласие Пользователя на передачу его персональных данных.

3.3. Предоставляя свои персональные данные, Пользователь соглашается на их обработку (вплоть до отзыва Пользователем своего согласия на обработку его персональных данных), в целях исполнения интернет-магазином своих обязательств перед клиентом, продажи товаров и предоставления услуг, предоставления справочной информации, а также в целях продвижения товаров, работ и услуг, а также соглашается на получение сообщений рекламно-информационного характера и сервисных сообщений.

3.4. Основными целями сбора информации о Пользователе являются принятие, обработка и доставка заказа, осуществление обратной связи с клиентом, предоставление технической поддержки продаж, оповещение об изменениях в работе Сайта, предоставление, с согласия клиента, предложений и информации об акциях, поступлениях новинок, рекламных рассылок; регистрация Пользователя на Сайте (создание Аккаунта).

3.5. Регистрация Пользователя на сайте vodomaster.ru не является обязательной и осуществляется Пользователем на добровольной основе.

3.6. Интернет-магазин не несет ответственности за сведения, предоставленные Клиентом на Сайте в общедоступной форме.

4. ОБРАБОТКА, ХРАНЕНИЕ И ЗАЩИТА ПЕРСОНАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ САЙТА

4.1. Администрация Сайта осуществляет обработку информации о Пользователе, в т.ч. его персональных данных, таких как: имя, фамилия, отчество, e-mail, телефон, skype и др., а также дополнительной информации о Пользователе, предоставляемой им по своему желанию: организация, город, должность, и др.

4.2. Интернет-магазин вправе использовать технологию «cookies». «Cookies» не содержат конфиденциальную информацию и не передаются третьим лицам.

4.3. Интернет-магазин получает информацию об ip-адресе Пользователя сайта vodomaster.ru и сведения о том, по ссылке с какого интернет-сайта он пришел. Данная информация не используется для установления личности Пользователя.

4.4. При обработке персональных данных пользователей интернет-магазин придерживается следующих принципов:

• Обработка информации осуществляется на законной и справедливой основе;
• Информация не раскрываются третьим лицам и не распространяются без согласия субъекта Данных, за исключением случаев, требующих раскрытия информации по запросу уполномоченных государственных органов, судопроизводства;
• Определение конкретных законных целей до начала обработки (в т.ч. сбора) информации;
• Ведется сбор только той информации, которая является необходимой и достаточной для заявленной цели обработки;
• Обработка информации ограничивается достижением конкретных, заранее определенных и законных целей;

4. 5. Персональная информация о Пользователе хранятся на электронном носителе сайта бессрочно.

4.6. Персональная информация о Пользователе уничтожается при желании самого Пользователя на основании его официального обращения, либо по инициативе администратора Сайта без объяснения причин, путём удаления информации, размещённой Пользователем.

4.7. Обращение об удалении личной информации, направляемое Пользователем, должно содержать следующую информацию:

для физического лица:

• номер основного документа, удостоверяющего личность Пользователя или его представителя;
• сведения о дате выдачи указанного документа и выдавшем его органе;
• дату регистрации через Форму обратной связи;
• текст обращения в свободной форме;
• подпись Пользователя или его представителя.

для юридического лица:

• запрос в свободной форме на фирменном бланке;
• дата регистрации через Форму обратной связи;
• запрос должен быть подписан уполномоченным лицом с приложением документов, подтверждающих полномочия лица.

4.8. Интернет-магазин обязуется рассмотреть и направить ответ на поступившее обращение Пользователя в течение 30 дней с момента поступления обращения.

4.9. Интернет-магазин реализует мероприятия по защите личных (персональных) данных Пользователей в следующих направлениях:

• предотвращение утечки информации, содержащей личные (персональные) данные, по техническим каналам связи и иными способами;
• предотвращение несанкционированного доступа к информации, содержащей личные (персональные) данные, специальных воздействий на такую информацию (носителей информации) в целях ее добывания, уничтожения, искажения и блокирования доступа к ней;
• защита от вредоносных программ;
• обнаружение вторжений и компьютерных атак.

5. ПЕРЕДАЧА ПЕРСОНАЛЬНЫХ ДАННЫХ

5.1. Интернет-магазин «Водомастер.ру» не сообщает третьим лицам личную (персональную) информацию о Пользователях Сайта, кроме случаев, предписанных Федеральным законом от 27.07.2006 г. № 152-ФЗ «О персональных данных», или когда клиент добровольно соглашается на передачу информации.

5.2. Условия, при которых интернет-магазин «Водомастер.ру» может предоставить информацию частного характера из своих баз данных сторонним третьим лицам:

• в целях удовлетворения требований, запросов или распоряжения суда;
• в целях сотрудничества с правоохранительными, следственными или другими государственными органами. При этом интернет-магазин оставляет за собой право сообщать в государственные органы о любой противоправной деятельности без уведомления Пользователя об этом;
• в целях предотвращения или расследования предполагаемого правонарушения, например, мошенничества или кражи идентификационных данных;

5.3. Интернет-магазин имеет право использовать другие компании и частных лиц для выполнения определенных видов работ, например: доставка посылок, почты и сообщений по электронной почте, удаление дублированной информации из списков клиентов, анализ данных, предоставление маркетинговых услуг, обработка платежей по кредитным картам. Эти юридические/физические лица имеют доступ к личной информации пользователей, только когда это необходимо для выполнения их функций. Данная информация не может быть использована ими в других целях.

6. БЕЗОПАСНОСТЬ БАНКОВСКИХ КАРТ

6.1 При оплате заказов в интернет-магазине «Водомастер.ру» с помощью кредитных карт все операции с ними проходят на стороне банков в специальных защищенных режимах. Никакая конфиденциальная информация о банковских картах, кроме уведомления о произведенном платеже, в интернет-магазин не передается и передана быть не может.

7. ВНЕСЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ И ДОПОЛНЕНИЙ

7.1. Все изменения положений или условий политики использования личной информации будут отражены в этом документе. Интернет-магазин «Водомастер.ру» оставляет за собой право вносить изменения в те или иные разделы данного документа в любое время без предварительного уведомления, разместив обновленную версию настоящей Политики конфиденциальности на Сайте.

Частотно-регулируемый привод экономит и повышает надежность производства энергии

Отметим, что на сегодняшний момент основные усилия по экономии электроэнергии сосредоточены в области потребления энергии — на промышленных объектах и объектах инфраструктуры.

Но стоит обратить внимание и на этап производства электроэнергии, а именно на объекты собственных нужд электростанций. На самом деле, в их работе кроется большой потенциал энергосбережения.

Экономить можно и при производстве энергии!

Сегодня проблеме энергосбережения по всему миру и в том числе в России уделяется много внимания. Отметим, что на сегодняшний момент основные усилия по экономии электроэнергии сосредоточены в области потребления энергии — на промышленных объектах и объектах инфраструктуры. Но стоит обратить внимание и на этап производства электроэнергии, а именно на объекты собственных нужд электростанций. На самом деле, в их работе кроется большой потенциал энергосбережения.

Отметим, что объекты собственных нужд электростанций, такие как различные насосы и вентиляторы и другие, потребляют ощутимую часть общей вырабатываемой станцией электроэнергии – в определенных случаях до 7% от всей производимой энергии.

Получается, что сама энергетика также является одним из крупнейших потребителей электроэнергии. Заметим, что большая часть данных механизмов управляется неэффективно и имеют обычно избыточное энергопотребление.

В данной статье мы рассмотрим современные варианты управления электродвигателями механизмов собственных нужд электростанции и акцентируем внимание читателя на преимуществах применения частотно-регулируемого привода. Применение новых видов управления позволяет добиться экономии энергии и увеличения автоматизации и надежности работы оборудования.

Когда идет речь об энергосбережении на электростанции, тогда в первую очередь обращают внимание на крупных потребителей энергии, имеющих мощность более 1 МВт – питательные насосы, тягодутьевые механизмы. Действительно эти объекты имеют большой потенциал энергосбережения, но они не являются темой данной статьи. Хочется обратить внимание читателей на огромное количество потребителей собственных нужд электростанции мощностью менее 300 кВт, имеющих не менее значительный потенциал экономии.

Наиболее типовыми такими объектами являются: дымососы, дутьевые вентиляторы, конденсатные насосы, насосы химического цеха, пылепитатели котлов, питатели сырого угля и др.

Если оснастить двигатели насосов и вентиляторов, например, преобразователями частоты , тогда можно в среднем добиться экономии электроэнергии более чем в 30%. К примеру, на одной крупной электростанции, например ГРЭС, может быть таких объектов более тысячи, что выливается в огромный потенциал энергосбережения!

Рассмотрим каким способом чаще всего сегодня управляются эти механизмы и как можно оптимизировать их работу при помощи современных способов регулирования.

Основные способы управления электродвигателями

Обычно вентиляторы и насосы, используемые в системе собственных нужд электростанции, подключаются напрямую к сети. В случае с насосами для регулирования их производительности используется гидравлическое дросселирование. Для вентиляторов применяют специальные шиберы, направляющие осевые аппараты, двухскоростные двигатели. В обоих случаях регулируется поток жидкости или воздуха за счет его ограничения, сами двигатели работают практически на номинальном режиме.

Для питателей и других механизмов где требуется плавное регулирование скорости зачастую используются двигатели постоянного тока с тиристорным управлением. Недостатком этим механизмов является необходимость их постоянного обслуживания, а именно замена щеток двигателя.

Наиболее распространенными на сегодня современными способами регулирования вращающихся механизмов в энергетике являются преобразователи частоты и гидромуфты. Рассмотрим более подробно каждый из способов регулирования.

Преобразователи частоты

Преобразователи частоты позволяют регулировать скорость вращения электродвигателя за счет изменения входной частоты. Рабочие механизмы не так часто работают при полной нагрузке двигателя, зачастую на выходе насоса или вентилятора устанавливаются заслонки или шиберы для уменьшения расхода воды или воздуха.

В случае с центробежными насосами и вентиляторами снижение рабочей скорости ведет к кубическому снижению электропотребления, что существенно больше по сравнению с классическими методами регулирования. За счет значительной экономии электроэнергии инвестиции в преобразователи частоты окупаются за разумный период.

В общем случае применение преобразователей частоты для управления электродвигателями позволяет сэкономить как минимум 30% электроэнергии по сравнению с традиционными способами управления двигателями. Например, если снизить рабочую частоту всего лишь на 20% (с 50 до 40 Гц), тогда, как это видно на рис.1 , потребление электроэнергии уменьшится вдвое!

Помимо энергосбережения преобразователи частоты увеличивают срок службы электродвигателя и трубопроводной арматуры, повышают надежность всей системы, не требуют технического обслуживания.

Также преобразователи частоты позволяют осуществлять основные технологические задачи: регулирование давления, расхода, температуры, скорости, управление вентиляторами, насосами, компрессорами, конвейерами.

Чаще всего двигатели, используемые на электростанциях, достаточно старые и эксплуатируются уже более 30 лет. Для их работы с преобразователями частоты необходимо устанавливать специальные фильтры на выходе частотного преобразователя. Это могут быть ферритовые кольца, фильтры du/dt или синусоидальные фильтры. Выбор фильтра зависит от длины кабеля от двигателя до преобразователя частоты. Данные фильтры позволяют избежать повреждения двигателей и увеличить их срок службы при работе с преобразователями частоты.

Следует иметь в виду, что установка преобразователей частоты имеет и отрицательные последствия – передача гармонических искажений в сеть. Будучи экспертом в области преобразователей частоты, компания «Данфосс» предлагает эффективные решения для устранения гармонических искажений – пассивные и активные фильтры, 12-пульсные приводы и т.д. Данные решения позволяют улучшать важные параметры питающей сети и уменьшить негативное воздействие на другое оборудование, подключенное к общей сети.

Гидромуфты

Регулирование частоты вращения рабочего колеса насоса при постоянной частоте вращения ротора электродвигателя можно осуществить с помощью гидродинамической передачи (регулируемой гидромуфты).

Рабочими элементами гидромуфты являются колесо центробежного насоса и колесо турбины, размещенные в общем корпусе и предельно сближенные. Рабочее колесо центробежного насоса насажено на ведущий вал (электродвигателя). Колесо турбины закреплено на ведомом валу (валу насоса), соосном с ведущим валом. При вращении ведущего вала рабочая жидкость, находящаяся в каналах колеса насоса, получает приращение механической энергии и передает ее лопаткам колеса турбины. При выходе из колеса турбины рабочая жидкость вновь попадает во всасывающие отверстия колеса насоса, и цикл повторяется. Основным способом регулирования частоты вращения ведомого вала является изменение наполнения рабочего пространства колес гидромуфты жидкостью.

Потери энергии в гидромуфте увеличиваются с уменьшением передаточного числа, т. е. они увеличиваются при возрастании глубины регулирования. Это обстоятельство является недостатком гидравлических муфт. Кроме того, гидравлические муфты конструктивно более сложны, чем насосы, и имеют слишком большие размеры, почти одинаковые с размерами насосов.

Однако, гидромуфты по сравнению с использованием дросселирования позволяют добиваться экономии электроэнергии (10-15% в среднем).

Тягодутьевые механизмы – способы оптимизации работы

Внедрение преобразователей частоты для тягодутьевых механизмов (дымососы, воздуходувки, дутьевые вентиляторы и др.) помимо экономии электроэнергии дает ряд существенных преимуществ по сравнению с управлением при помощи шибера.

За счет применения частотно-регулируемых приводов достигается повышение надежности работы котлоагрегата в целом, за счет уменьшения вероятности выхода из строя и увеличения срока службы тягодутьевых механизмов. Тягодутьевые машины являются механизмами с большим моментом инерции, поэтому при их запуске возникают значительные механические и электрические перегрузки. Все это приводит к преждевременному выходу их из строя, и как следствие, остановке котла. Применение преобразователей частоты позволяет осуществлять запуск данных механизмов практически без перегрузок, что положительно влияет на их надежность и срок службы.

Стоит отметить, что за счет частотно-регулируемых приводов (чрп) достигается уменьшение износа электрооборудования. Пуск мощных тягодутьевых машин характеризуется значительными и довольно длительными пусковыми токами и провалами напряжения. Это приводит к негативному влиянию на электрооборудование и электроприемники котельной. Применение преобразователей частоты позволяет свести пусковые токи к минимуму и практически ликвидировать провалы напряжения.

Применение частотно-регулируемого привода позволяет получить значительную экономию электроэнергии за счет регулирования расхода (до 60%).С помощью преобразователей частоты можно регулировать производительность данного тягодутьевого механизма путём изменения уровня частоты вращения, при этом, поддерживая заданный уровень технологического параметра.

Применение частотно-регулируемого привода уменьшает расход топлива (от 2 до 8%) за счет работы вентиляторов в соответствии с текущей нагрузкой котла.

Так как преобразователи частоты не требует обслуживания достигается снижение трудозатрат на техническое обслуживание оборудования и увеличение срока службы агрегатов.

Преобразователи имеют защиту обмоток электродвигателей от увлажнения с помощью которой осуществляется предварительный нагрев двигателя. Данная особенность позволяет избежать необходимости применения дополнительного обогревательного оборудования.

Для защиты от обледенения необходимо периодически на некоторое время менять направление вращения вентилятора. Использование преобразователей частоты позволяет осуществить это без динамических перегрузок.

Преобразователи частоты «Данфосс» имеют функцию «Подхват вращающегося электродвигателя». Данная функция позволяет при просадке или пропаже напряжения питания быстро включить двигатель избегая дорогостоящих простоев оборудования.

Преобразователи частоты имеют широкий набор коммуникационных возможностей (протоколы и интерфейсы) для подключения к ПЛК или системе управления станции (АСУ ТП). Таким образом, можно повысить уровень автоматизации и оперативно получать данные с оборудования

Опыт «Дальневосточной теплогенерирующей компании»

В 2011 году на объектах тепловых сетей и генерирующих предприятий «Дальневосточной теплогенерирующей компании» были установлены преобразователи частоты на тягодутьевые механизмы.

«За время эксплуатации (с августа 2011г.) преобразователи частоты Danfoss показали себя как надежное оборудование, обладающее высоким КПД, соответствующее самым высоким требованиям. Внедрение преобразователей частоты позволили получить экономию энергии более 25%., снизить нагрузки на двигатели и питающие сети. Помимо этого удалось реализовать удобную систему мониторинга.», — говорит Полушко А.А., начальник ПТС, ОАО «Дальневосточная Генерирующая компания».

Насосы различного назначения – экономия электроэнергии и увеличение срока службы

Чаще всего насосы на электростанциях управляются следующими способами: дроссельная заслонка, постоянный расход, циклическая система, двигатели постоянного тока, гидромуфты.

Применение преобразователей частоты для управления электродвигателями насосов позволяет добиться экономии электроэнергии, увеличения срока службы оборудования и других положительных эффектов. Расмотрим их более подробно.

Использование частотного привода позволяет экономить значительные объемы (более 30%) электроэнергии за счет регулирования скорости электродвигателя. Помимо экономии электроэнергии за счет снижения давления в системе уменьшаются утечки воды, а следовательно экономится перекачиваемая жидкость, до 10%.

Преобразователи частоты позволяют избежать повреждения двигателей, так как за их счет осуществляется плавный пуск и отсутствуют прямые пуски с 6-7 кратными пусковыми токами.

Гибкое управление за счет простоты перенастройки параметров технологического цикла (изменение скорости). Встроенные в преобразователи частоты функции позволяют реализовывать сложные задачи автоматического управления без дополнительных внешних устройств.

Преобразователь частоты имеет ряд встроенных защитных функций для работы с насосами – обнаружение утечек, защита от сухого хода и др. Данные защитные функции увеличиват срок службы насосов и повышают надежность их работы, исключая возможные аварийные остановы.

Частотный привод увеличивает срок службы труб и арматуры. Это достигается за счет плавного пуска и останова насосов,режима заполнения пустой трубы, эти функции позволяют избежать гидравлического удара в системе. Помимо этого, значительно увеличивается надежность работы всей системы в целом.

Использование преобразователей частоты (ПЧ) позволяет добиться увеличения надежности работы всей системы. Снижение риска порыва трубопроводной сети достигается за счёт автоматического поддержания давления в заданных пределах.

Преобразователи частоты не требуют технического обслуживания в отличие от механических задвижек и двигателей постоянного тока. Отсутствие износа механических часте й позволяет повысить надежность оборудования, позволяет избежать аварий и нежелательных простоев оборудования.

Частотные преобразователи имеют широкий набор коммуникационных возможностей (протоколы и интерфейсы) для подключения к ПЛК или системе управления завода (АСУ ТП). Таким образом, можно повысить уровень автоматизации и оперативно получать данные с оборудования.

Например, преобразователи частоты Данфосс были использованы в ТЭЦ Горнолыжного комплекса «Газпром», г. Сочи, Красная поляна. Преобразователи были использованы для управления насосами. Была произведена интеграция частотных преобразователей в САУ верхнего уровня, достигнуто значительное энергосбережение.

Опыт ТГК-11

В 2008 году компанией партнером компании «Данфосс» НПФ «Привод-Сервис» было проведено обследование на предмет внедрения преобразователей частоты и предоставлено заказчику ТЭО на ПНС-1 и ПНС-11 компании ТГК-11. В 2009 году объекты были оснащены частотными преобразователями.

«Полученные результаты измерений показывают, что на ПНС-1 относительное энергосбережение составило 59,5%, на ПНС-11 – 47,2%. Эти цифры свидетельствуют о высокой эффективности выбранного решения. Помимо снижения потребления электроэнергии система регулирования привела к уменьшению избыточного напора насосов, снижению интенсивности износа уплотнений и арматуры», — говорит Гончаров С. В., заместитель директора филиала по производству – главный инженер, ТГК-11.

Управление высоковольтными двигателями
Стоит отдельно отметить насосы, вентиляторы и другие агрегаты оснащенные электродвигателями с напряжением 6 кВ. Использование преобразователей частоты для их управления позволит экономить электроэнергию в случае переменной нагрузки. Для их управления могут использоваться как высоковольтные преобразователи частоты так и низковольтные. Компания «Данфосс» для управления высоковольтными двигателями рекомендует использовать двухтрансформаторную схему. Данная схема предполагает применение двух трансформаторов (повышающего и понижающего), низковольтного преобразователя частоты и оддного или двух синусоидальных фильтров в зависимости от мощности преобразователя. Двухтрансформаторная схема ограничена максимальной мощностью низковольтного преобразователя частоты и экономической целесообразностью подобной схемы (до 1 МВт).

Преимуществами данной схемы по сравнению с высоковольтными преобразователями частоты являются:

двухтрансформаторная схема дешевле в среднем на 30% в диапазоне до 1 МВт
достигается гальваническая развязка за счет применения трансформаторов
проще обслуживание преобразователя частоты, более простой запуск в эксплуатацию, выше надежность.
Также в случае модернизации старых агрегатов, если это возможно, рекомендуется производить замену высоковольтного двигателя на низковольтный.

Гидромуфта или преобразователь частоты, что выбрать?
Попробуем разобраться в преимуществах двух наиболее современных способов управления электродвигателями – преобразователей частоты и гидромуфт.

Для потребителей электростанции с потреблением более 1 МВт и имеющих обычно напряжение питания 6 кВ, наиболее обосновано применение гидромуфт так как по сравнению с высоковольтными преобразователями частоты они существенно дешевле и требуют меньше обслуживания.

Но для низковольтных потребителей мощностью менее 300 кВт наблюдается обратная картина. В данном случае более предпочтительно использовать низковольтные преобразователи частоты, так как они удобнее в эксплутации, дешевле и эффективнее.

Помимо этого есть еще ряд особенностей, связанных с применением преобразователей частоты и гидромуфт.

Одним из преимуществ использования частотно-регулируемого привода является то, что с помощью преобразователя частоты можно управлять несколькими электродвигателями. Например, в случае с насосами за счет встроенной в преобразователи частоты серии VLT AQUA Drive FC200 функции «каскадного контроллера» можно управлять от 3 до 8 насосов одновременно при помощи одного привода. У гидромуфт такой возможности нет. В случае использования гидромуфт на каждый агрегат необходима отдельная гидромуфта, что значительно увеличивает капитальные затраты.

В случае выхода из строя гидромуфты, двигатель останавливается. У частотных преобразователей применяется и реализуется схема с байпасированием. Т.е. при выходе из строя частотного преобразователя двигатель будет переключен на работу от сети автоматически, что значительно повышает надежность работы и не позволит выйти из строя котлу и другому оборудованию, а также позволит избежать простоев.

В отличие от гидромуфт, где со временем происходит механический износ оборудования, в преобразователях частоты исключены поломки механического характера, а значит и выше надежность работы. Преобразователь частоты не требует никакого технического обслуживания, кроме ухода за радиатором в случае работы в загрязненной среде. Гидромуфты же предполагают ряд мероприятий по их техническому обслуживанию, плюс для их работы необходимо подключать воду для охлаждения масла.

В случае использования преобразователя частоты значительно снижаются пусковые токи двигателя, что уменьшает нагрузку на общую сеть и позволяет более стабильно работать другому оборудованию электростанции или котельной. В случае тягодутьевых машин , мощности агрегатов могут достичь больших значений, более 600 кВт, и большие пусковые токи, возникающие при пуске от гидромуфт могут стать причиной отключения других потребителей от сети. При прямом пуске и управлению через гидромуфты пусковые токи достигают пятикратных значений от номинального тока.

Применение частотно-регулируемого привода за счет большого диапазона регулирования (0% — более 100%) позволяет добиться большой плавности и гибкости в регулировании технологического оборудования. Гидромуфты более ограничены в регулировании и позволяют осуществлять только дискретное регулирование.

Стоить отметить, что КПД частотно-регулируемого привода (ЧРП) выше чем у гидромуфт, особенно при низких нагрузках и работе на низких оборотах двигателя. У приводов компании «Данфосс» максимальный КПД может достигать значений до 98%.

Отдельно отметим, что использование преобразователей частоты совместно с асинхронными двигателями переменного тока вместо пары «двигатель постоянного тока и тиристорное управление» является более выгодным так как в данном случае не требуется никакого обслуживания и можно добиться дополнительного энергосбережения.

Таким образом, преобразователи частоты являются более подходящим решением для оптимизации работы потребителей станции, имеющих мощность менее 300 кВт – они удобнее, дешевле и эффективнее!

Для чего необходимо частотное регулирование насосов

 Частотно-регулируемым электроприводом или преобразователем частоты называется устройство со статическим преобразованием, предназначенным для изменения скорости вращения у асинхронных электродвигателей с переменным током.

      Асинхронные электродвигатели по своей конструкции достаточно просты и удобны в обращении, что даёт им значительное привилегию перед электродвигателями с постоянным током. Это обуславливается тем, что они однозначно преобладают и повсеместно применяются практически во множестве отраслей промышленности, энергетики и т.д.

      Регулирование скорости вращения исполнительного механизма производится с помощью разнообразных по своему составу и принципу действия устройства. Наиболее известным и применяемым устройством бывают такие типы:

1. Гидравлические устройства — на гидравлической муфте.
2. Механические устройства — с механическим вариатором.
3. Электрические устройства:

• С электромеханическим преобразователем частот (системы Генератора-Двигателя)
• С дополнительно вводимым в статор или фазный ротор сопротивлением и др.
• Со статическим преобразователем частот

      Пользуясь различными частотными преобразователями исчезают недостатки, зачастую возникающие если использовать другие устройства. Например, следующие факторы:

• низкое качество регулировки
• малый диапазон регулировки
• низкая экономия ресурсов
• сложность в эксплуатации
• сложность в обслуживании

      Регулируя скорость вращения в асинхронном электродвигателе происходит изменение величины напряжения питания двигателя и частоты.

      КПД в такого рода преобразованиях довольно высоко, и составляет порядка 98 %. Это учитывая, что в сети производится лишь потребление только активных составляющих в токе нагрузки.

     Управляющая система на микропроцессорах даёт значительно большее качество в управлении электродвигателя и производит контроль множества его параметров, тем самым снижая вероятность возникновения аварийной ситуации.

     Силовая часть таких преобразователей указана на рис. 1.

• неуправляемый входной выпрямитель
• звено с постоянным током в LC-фильтре
• независимый инвертор напряжения с ШИМ

      Также преобразователь частот нужен для стандартного решения проблем в практически любом предприятии или организации, как например:

• в целях экономии энергоресурсов
• для уменьшения затрат во время плановых и капитальный ремонтных работ
• для увеличения срока службы технологического оборудования
• для обеспечения оперативного управления с достоверным контролем за ходом выполнения технологического процесса

      Для основательной экономии энергозатрат необходимо выполнение ещё одного условия – а именно, приводной механизм обязан производить регулирование чего-либо, осуществлять поддержку какой-либо технологического параметра:

• используя насос, необходима регуляция расхода воды, давления в сети или температуры охлаждения, или нагревания 
• пользуясь вентилятором или дымососом, следует проводить регулирование температуры или давления воздуха, разрежения газа
• используя конвейер, зачастую бывает необходимо провести регулирование производительности
• пользуясь станком, нужно регулировать скорость подачи или главного движения

     Выделяются типовые механизмы, эксплуатационные и экономическая эффективности которых весомо повышаются при внедрении системы автоматизации и частотные преобразователи на их базе, такие как:

      Большую экономность можно достичь при использовании частотных преобразователей для применения принципа частотной регулировки на объектах для осуществления транспортировки жидкости.

      К тому же, наиболее часто встречается способ регулирования производительности таких объектов при использовании задвижек или регулирующих клапанов, но на сегодняшний день самым доступным становится частотная регулировка асинхронного двигателя, приводя в движение, например, рабочее колесо у насосного агрегат или в вентиляторах. Высокая степерь перспективности частотного регулирования показана видна на рис.2.

      При дросселирования – в точке Q=0(Pmin) задвижка является закрытой, а в точке Q=1(Pmax) открытой.

     

 

Отменим, что при дросселировке — энергия потока вещества, которая сдерживается задвижкой или клапаном, просто теряется, не приводя ни к никакой полезной работе. Применяя частотный преобразователь в составе насосного агрегата или вентилятора существует возможность просто задавать нужное давление или расход, для обеспечения не только экономии электроэнергии, но и приводящее к снижению потерь в транспортировке вещества.

В активно развивающихся странах уже практически невозможно найти асинхронный электродвигатель без такого преобразования частоты.

 

Почему из большого количества интернет-магазинов электротехнического оборудования, мы рекомендуем приобрести интересующий Вас товар именно у нас ? Потому что посетив наш сайт, Вы сможете купить частотные преобразователи для электродвигателя по самой низкой цене в городе.

Частотные преобразователи для электродвигателя, недорого, Харьков, Украина

eleksun.com.ua

Частотные преобразователи для промышленных электродвигателей, частотные регуляторы для насосов и вентиляторов

Частотные преобразователи и устройства плавного пуска для асинхронного электродвигателя это высокотехнологичное оборудование, позволяющее не только экономить электроэнергию и снижать нагрузку на оборудование и электрические сети вашего производства, а так же значительно снизить нагрузку на всю электрическую сеть нашей страны.

Наша компания относительно недавно на рынке регулируемого электропривода, но на протяжении этого времени зарекомендовала себя как надежный и качественный поставщик, о чем свидетельствуют отзывы наших партнеров, о которых есть информация на нашем сайте. Это конечно не все кто приобрел наше оборудование, по Вашему запросу мы готовы предоставить любые имеющиеся рекомендации. В производстве нашего оборудования используются комплектующие ведущих мировых производителей электронных компонентов и модулей, проверенных временем и тяжелыми условиями эксплуатации. Мы осуществляем модульную сборку своих приборов в России.

В распоряжении ООО «Лидер» имеется штат квалифицированных специалистов, а так же оборудование позволяющее тестировать преобразователи частоты и устройства плавного пуска в различных режимах, что позволяет гарантировать их надежность и работоспособность перед отгрузкой конечному потребителю. В настоящее время очень много предложений на рынке аналогичной продукции, может быть и по более привлекательной цене, но как показывает практика низкая цена, не всегда гарантирует заявленное качество оборудования и сервисного обслуживания. Мы не навязываем собственный продукт! Мы рекомендуем покупать продукцию ООО «Лидер». Конечный выбор за Вами!

Ниже представлены три линейки частотных преобразователей, каждая из которых содержит в себе весь спектр мощностей от 0,75 кВт до 630 кВт.

Серия А300 — для общепромышленной нагрузки

Общепромышленная серия преобразователей частоты подходит для оборудования с тяжелым пуском и высокой нагрузкой (станки, экструдеры, куттеры, компрессоры, конвейеры, погружные насосы и мн. др.). Преобразователь частоты с высокоточным пусковым моментом при низких скоростях (пусковой вращающий момент: 0.5Hz/150% (векторное управление), 1Hz/150% (U/f)), встроенным ПИД-регулятором (см. инструкцию по настройке), функции полной защиты двигателя с возможностью изменять параметры настройки, съемным выносным пультом управления, повышенным перегрузочным моментом до 200%, автоматическим подъемом крутящего момента, функцией коррекции скольжения, автоматическим регулированием напряжения (AVR) и встроенным интерфейсом RS-485.

Преобразователь частоты серии А300 имеет съемный пульт управления и может использоваться удаленно, до 60 метров от частотного преобразователя по витой паре без переходников и дополнительных модулей, усилителей сигнала.

Серия В600 — для вентиляторной нагрузки (Снят с производства)

Специальная вентиляторная серия преобразователей частоты предназначена для управления электродвигателями насосов, вентиляторов, дымососов и прочего оборудования. Инвертор имеет высокоточный пусковой момент при низких скоростях, встроенный ПИД-регулятор, функции полной защиты двигателя с возможностью изменять параметры настройки, перегрузочный момент до 180%, автоматический подъем крутящего момента, функцию коррекции скольжения, съемный выносной пульт управления, автоматическое регулирование напряжения (AVR) и встроенный интерфейс RS-485 (протокол Modbus-RTU)

В частотных преобразователях серии В600 мощностью от 18.5 кВт установлен двухстрочный пульт управления, который позволяет отслеживать два параметра одновременно.

Серия B601 — для вентиляторной нагрузки

Улучшенная серия для управления электродвигателями насосов, вентиляторов, дымососов и прочего оборудования. Инвертор имеет высокоточный пусковой момент при низких скоростях, Векторное управление, встроенный ПИД-регулятор, функции полной защиты двигателя с возможностью изменять параметры настройки, перегрузочный момент до 160%-1с, автоматический подъем крутящего момента, функцию коррекции скольжения, несущая частота 1-16 кГц, выходная частота 0-600Гц, съемный выносной пульт управления, автоматическое регулирование напряжения (AVR) и встроенный интерфейс RS-485 (протокол Modbus-RTU)

Серия B60 mini (Снят с производства)

Серия Мини используется для регулирования приводов с асинхронным электродвигателем, предназначена для управления приводами насосов, вентиляторов, лентопротяжных машин, транспортёров миксеров и т. д — для использования в системах малой автоматизации.

Где нужно применять преобразователь частоты

Кратко рассмотрим основные аспекты применения систем на базе частотно-регулируемого привода.

1. Насосное оборудование

Применение преобразователей частоты для насосного оборудования наиболее эффективно в открытых системах водоснабжения с переменным расходом. Примером могут быть насосные станции I, II подъема, повысительные насосные станции, насосы горячей воды котельных и тепловых пунктов. Традиционно насосное оборудование перечисленных объектов выполнялось с помощью дросселирующих устройств на нагнетающих трубопроводах насосов (задвижек, затворов и т.д.). Данный метод далеко не эффективен и связан с непроизводительными потерями энергии на регулирующей арматуре и более быстром износе механической части насоса.

Наиболее простое и эффективное решение проблемы – изменение производительности насоса с целью стабилизации давления на выходе насосной группы. В этом случае потребитель получает требуемый напор воды при минимально возможных энергетических затратах. Мощность, потребляемая насосом, находится в кубической зависимости от скорости вращения рабочего колеса. Р=f(Q3). Производительность насоса Q прямо пропорциональна скорости вращения рабочего колеса. Т.е. уменьшение скорости вращения рабочего колеса насоса в 2 раза приводят к уменьшению потребляемой мощности в 8 раз насоса.

Также не стоит забывать, что при плавном пуске электродвигателя отсутствуют пусковые токи и снижается нагрузка на механическую часть, что продлевает срок службы насосного агрегата.

Обратным эффектом может выступать электрокоррозия подшипника насосного агрегата, вызванная особенностями частотного управления. Решением указанной проблемы является замена подшипника насосного агрегата на электроизолированный, предназначенный для частотного регулирования.

При решении задач частотного управления насосами рекомендуем установку преобразователей частоты Mitsubishi серии FR-F740, которые предназначены для насосного и вентиляционного оборудования.

Преимуществами данной серии является:

• высокая перегрузочная способность, что актуально при возможных заклиниваниях ротора двигателя
• интеллектуальное управление вектором магнитного потока, что позволяет получить дополнительную экономию в процессе частотного регулирования
• возможность построения системы управления группой насосов (от 1 до 4) без применения контроллеров и других устройств управления.

2. Дымососы и вентиляторы

Данная область применения затрагивает в первую очередь котельные. Почему для дымососов и вентиляторов выгодно применять частотное регулирование:

• Электродвигатели дымососов и вентиляторов, как правило, выбираются с двухкратным запасом по отношению к номинальному режиму работы. Это необходимо для обеспечения запуска дымососа или вентилятора при условии больших моментов инерции рабочего колеса.
• В процессе работы очень часто возникает избыточный крутящий момент на валу электродвигателя, что приводит к необоснованному перерасходу электроэнергии.
• В процессе работы котла производительность дымососов и вентиляторов меняется в пределах от 30 % до 100 % для обеспечения различных режимов горения. При этом производительность регулируется путем изменения положения направляющих аппаратов, установленных на выходе вентилятора (дымососа).
• Для котельного оборудования очень важна надежная и безаварийная работа. Преобразователь частоты благодаря широкому комплексу защит позволяет сократить число отказов оборудования в несколько раз.

Принцип частотного регулирования производительности дымососов и вентиляторов котельной основан на полном открытии направляющего аппарата и поддержании требуемой производительности дымососа/вентилятора в зависимости от режима загрузки котла. В данном случае требуется подключение преобразователя частоты к системе автоматики котла.

С точки зрения энергосбережения для дутьевых аппаратов применима кубическая зависимость потребляемой мощности от частоты вращения рабочего колеса. Таким образом, при глубине регулирования в 70% можно достичь поразительных результатов.

Например, в г. Данилов на котельной завода деревообрабатывающих станков (бывш. «Энергосила») применение преобразователя частоты на дымососе ДН-25 котла ПТВМ-30 в среднем позволила добиться снижения потребляемой мощности электродвигателя дымососа с 55 кВт до 5 кВт.

Для решения задач автоматизации котельных прекрасно подойдут преобразователи частоты серии FR-F 740.

Их преимущества следующие:

• Высокая перегрузочная способность (до 150 %), которая позволит обеспечить надежный запуск дымососов и вентиляторов при тяжелых условиях пуска
• Широкий набор функций защит, в том числе снижение частоты при перегрузке двигателя, что не приведет к аварийной остановке дымососа или вентилятора.
• Возможность автоматического подхвата вращающегося двигателя, что позволит быстро перезапустить агрегат в случае, например, кратковременной просадки напряжения.
• Широкие возможности подключения датчиков и внешних устройств, что упрощает задачи автоматизации котельных.

3. Конвейеры

Применение преобразователей частоты для привода конвейеров обусловлено в первую очередь неравномерностью загрузки данного оборудования. При решении данной задачи преобразователи частоты не только обеспечивают плавный пуск и высокий крутящий момент вала электродвигателя на низких частотах, но и позволяют обеспечить синхронизацию ведущего и ведомого двигателя. Как правило, для получения одинаковых выходных частот электродвигателей широко используется режим «мастер-ведомый»: задание частоты получает мастер, остальные привода получают сигналы от ведущего преобразователя частоты. Данная схема отличается относительной простотой и надежностью. Тем не менее, особое внимание следует уделять режимам работы электродвигателей. При высоких нагрузках на вал резко возрастает величина скольжения, что не всегда позволяет достичь требуемой точности синхронизации.

Одним из возможных способов решения данной задачи является применение интеллектуальных преобразователей частоты с высокой перегрузочной способностью и возможностью обеспечения векторного управления электродвигателем. Принцип векторного управления основан на поддержании постоянного значения вектора тока, на основании математической модели, заложенной в алгоритмы управления преобразователями частоты. Различают несколько видов векторного управления: простое векторное управление, бессенсорное векторное управление и векторное управление с обратной связью.

Простое векторное управление с разомкнутым контуром — управление напряжением/частотой применяется для повышения крутящего момента электродвигателя при низких частотах вращения (от 0,5 до 3 Гц).

Бессенсорное векторное управление не предполагает использование датчика обратной связи.

На основании математической модели определяется скорость вращения вала в реальном времени и управление током на выходе преобразователя частоты. При этом возможно обеспечение перегрузочной способности частотно-регулируемого привода в пределах 150% от номинального вращающего момента на выходе с частотой 0,5 Гц, а также контроль выходного тока. Таким образом, при резком возрастании нагрузки электродвигателя, быстрого ускорения или замедления, преобразователь частоты обеспечит надежное вращение за счет увеличения крутящего момента.

Векторное управление с использованием обратной связи. Данный вид управления является наиболее точным и надежным. Принцип его состоит в применении датчика обратной связи для измерения частоты вращения выходного вала двигателя. Как правило, для решения данных задач применяются энкодеры. Дополнительно можно обеспечить управление крутящим моментом. Таким образом, при применении данного вида управления значительно улучшаются динамические показатели привода и система на базе асинхронного электродвигателя становится сопоставимой с более сложной и дорогостоящей сервосистемой.

Лучший инструмент решения задач частотного регулирования конвейеров – преобразователи частоты серии FR-A740. Их отличают следующие преимущества:

• Высокая перегрузочная способность (до 200 %), что значительно повышает надежность работы частотно-регулируемого привода.
• Широкий набор дополнительных плат для решения задач синхронизации и управления с обратной связью, что позволяет подключать датчики (в том числе энкодеры) непосредственно к преобразователю частоты.
• Гибкие сетевые возможности с поддержкой всех промышленных протоколов.
• Наличие встроенного свободно программируемого контроллера, что позволяет средствами преобразователя частоты реализовать простые алгоритмы управления.

Применение частотного регулирования — ООО СП «Энергосервис»

Применение частотного привода Частотно-регулируемый привод состоит из двух компонентов:

• асинхронного электрического двигателя
• преобразователя частоты

Электрический двигатель приводит в действие винтовую пару, так же как и в любом другом винтовом компрессоре. Особенностью же является преобразователь частоты, который осуществляет управление приводом путём преобразования переменного ток одной частоты в переменный ток другой частоты. Вместе с изменением частоты напряжения питания привода изменяется и скорость вращения двигателя. Отсюда и названия — «частотно-регулируемый электропривод»

«Частотно-регулируемые электроприводы» используется не только в компрессоростроении, так же их активно используют в системах газо-, водо- и теплоснабжения. Частотно-регулируемый привод у компрессора дает очень большие преимущества по сравнению с обычным винтовым. В начальном этапе пуска компрессорной установки пусковые токи асинхронного электродвигателя превышают номинал в 4-5 раз. Это очень сильно нагружает электросеть и ограничивает количество возможных запусков компрессоров в час. В отличии от компрессора с обычным приводом компрессор с частотнорегулируемым запускается плавно и такой огромной нагрузки на сеть не создает. Плюс к этому отличием «частотников» является и то, что они позволяют поддерживать постоянное давление в системе, которое задаётся оператором, с точностью до 0,1 бар. Точность такого уровня не может дать обычный винтовой и уж тем более старый поршневой компрессор. А отсутствие избыточного давления в сети — залог долговечности пневмосети и экономия на электричестве. А самая главная особенность «частотника» в том, что он производит ровно столько сжатого воздуха, сколько это надо потребителям и периоды холостого хода , при которых обычный винтовой компрессор потребляет около 25% номинальной мощности, фактически отсутствуют.

В каких случаях оправдано использование компрессорных установок с частотным приводом?

Несмотря на то, что производители компрессорного оборудования очень любят выпускать всевозможные печатные материалы, сообщающие нам об экономии электроэнергии компрессором с частотным приводом до 24%, а некоторые производители утверждают и о 30-35%, заявления такого рода верны не на 100%. Это самые наиболее оптимистичные данные об экономии, реально же, сэкономленная электроэнергия зависит от режима работы компрессора и предприятия. Ниже представлены данные, составленные на основе исследований предприятий, перешедших на компрессорные установки с частотным приводом.

Режим работы предприятия

Группа 1. 64% предприятий 3-х сменная работа, большое потребление воздуха в дневные смены, слабое потребление в выходные дни — экономия до 38%

Группа 2. 28% предприятий 2-х сменная работа, нет потребления воздуха в выходные, потребление сильно меняется в течение дня — экономия до 29%

Группа 3. 8% предприятий 2-х сменная работа, постоянное потребление воздуха на уровне 60% от максимальной производительности — экономия до 14%

Как мы видим, самый большой эффект от использования «частотника» получен на предприятиях с непостоянными нагрузками на компрессорные установки, где потребление сжатого воздуха постоянно менялось в течение дня. На тех предприятиях, где нагрузка на компрессоры постоянна, эффективность «частотника» довольно невысока, так как при постоянной загруженности пневмосети и компрессора, близкой к 100%, время холостого хода минимально.

Есть ли минусы компрессоров с частотным приводом? Прямых минусов у компрессоров данного типа нет, но если мы хотим сделать реорганизацию производства с целью сократить расходы, то должны учитывать, что существуют и более экономичные и простые решения для достижения поставленной задачи. К примеру — децентрализация системы обеспечения сжатым воздухом. В таком случае вместо одного компрессора ставится несколько компрессоров меньшей производительности непосредственно рядом с потребителями сжатого воздуха. В таком случае куда проще подбирать мощность устанавливаемой системы.

Другой пример вариант — вместо одного единого компрессора ставить ряд одинаковый винтовых, объединенные в единую сеть, под управлением системы управления группой компрессоров.. При максимальном потреблении сжатого воздуха они все будут работать одновременно, а когда нагрузка спадет автоматически будут отключены одна или несколько установок. Сделав такую систему мы получим ощутимую экономию электроэнергии. Но кроме этого мы получим надежность системы. Так, если у нас стоит 5 компрессоров и один их них выходит из строя, то мощность системы падает всего на 20%, в то время как при поломке «частотника» производство останавливается полностью, а учитывая сроки поставки нового «частотника» и сроки его монтажа — сэкономленные на электроэнергии деньги не стоят таких рисков.

У «частотника» множество преимуществ, главное — их надо правильно использовать. Очень хорошо поставить «частотник» в пару с обычным винтовым компрессором. Такая система даст и экономию электроэнергии и надежность. И не стоит забывать, что «частотник» не является универсальным решением проблем энергосбережения. Компрессор с частотным приводом стоит приобретать лишь после обновления и оптимизации всей пневмосистемы, только в таком случае он даст хороший эффект. Так же не стоит забывать, что экономия возможно там, где в течение дня нагрузка изменяется от 20% до 60%, т.к. при нагрузке свыше 80% экономия при установке частотника практически незаметна. А если «частотник» загружен постоянно на все 100%, то вы получите обратный эффект, выраженный в увеличенном потреблении электроэнергии, по сравнению с обычной машиной. К тому же нужно учитывать, что проект с «частотником» существенно дороже проекта с обычным винтовым компрессором и окупаемость «частотника» от полутора лет и больше.

Резюмируя, можно сделать вывод, что для того, чтобы правильно подобрать решение по обеспечению предприятия сжатым воздухом, необходимо обратиться за консультацией к профессионалам!

9.1.2 Регулирование частоты | EBF 483: Введение в рынки электроэнергии

В этом уроке мы уже упоминали частоту системы несколько раз. Критически важно поддерживать частоту всей системы на уровне, близком к 60 Гц. Каждый генератор в большой энергосистеме должен вращаться с одинаковой скоростью, иначе сама система может стать нестабильной. В качестве аналогии представьте себе машину, едущую по прямой. Все колеса должны вращаться с одинаковой скоростью. Что произойдет, если одно колесо внезапно начнёт вращаться быстрее других? Что ж, если это одно колесо начнет вращаться немного быстрее, тогда остальная часть машины может приложить силу к этому колесу, чтобы заставить его замедлиться. Машина продолжала ехать прямо. Если это одно колесо начнет вращаться намного быстрее, автомобиль может выйти из-под контроля.

Та же логика применима к электросетям. Если частота системы немного отклоняется от 60 Гц, тогда вращающиеся генераторы, естественно, будут оказывать большее усилие друг на друга, чтобы вернуть эту частоту к 60 Гц.Если отклонение действительно велико, то сетка сама по себе станет нестабильной. Регулирование частоты (или просто «регулирование» для краткости) — это инструмент, используемый операторами электросетей в тех случаях, когда частота системы становится слишком высокой или слишком низкой.

Чтобы понять, как частота может стать слишком высокой или слишком низкой, мы воспользуемся еще одной аналогией, которая показана на рисунках ниже. Думайте о электросети, как о ванной со смесителем и сливом. Уровень воды в ванне подобен частоте электросети.Если кран намного больше сливного, то уровень воды в ванне поднимется. Точно так же в энергосистеме, если предложение внезапно становится намного больше, чем спрос, тогда частота поднимается выше 60 Гц. Это может произойти, если произойдет внезапный всплеск предложения (например, если ветер внезапно усиливается, быстро увеличивая мощность ветра) или если есть внезапное падение спроса (например, все в США выключают свои телевизоры в конец Суперкубка).

Рисунок 9.2: Частота энергосистемы подобна воде, текущей в ванну и вытекающей из нее. Чтобы уровень воды оставался постоянным, приток должен в точности равняться оттоку.

Щелкните здесь, чтобы просмотреть подробное описание рисунка

Имеются три диаграммы в форме стакана с входными (генерирующими) и выходными (нагрузочными) портами:

• На первой диаграмме входной поток равен выходному потоку, а частота стабильна на уровне 60 Гц.

• На второй диаграмме приток больше, чем отток, и частота возрастает примерно на 60 Гц.

• На третьей диаграмме входной поток меньше выходного, а частота падает ниже 60 Гц.

Источник: Джо Это, Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

Рисунок 9.3: Отклонения от частоты 60 Гц могут привести к корректирующим действиям, которые могут угрожать надежности электросети.

Источник: Джо Это, Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

Если слив больше крана, то происходит обратное — уровень воды в ванне упадет.В энергосистеме, если спрос начинает превышать предложение, то системная частота упадет ниже 60 Гц. Чаще всего это происходит при резком падении напряжения, например, когда большой генератор внезапно отключается от сети.

Как правило, операторам сети легче обрабатывать события с превышением частоты, чем с событиями с пониженной частотой. Если частота начинает превышать 60 Гц, это обычно происходит медленно, и операторы сети могут отреагировать, уменьшив выходную мощность некоторых генераторов. Однако события с пониженной частотой могут быть более серьезными, поскольку они часто бывают неожиданными и включают потерю большого источника электроэнергии.Когда это происходит, восстановление частоты системы до 60 Гц включает три фазы, которые вместе известны как «регулировка частоты». Эти три фазы проиллюстрированы на рисунке ниже и могут быть резюмированы следующим образом:

• Управление основной частотой запускается автоматически, без вмешательства человека, сразу после события понижения частоты. Генераторы, оснащенные датчиками частоты, автоматически регулируют свою мощность.
• Вторичная регулировка частоты срабатывает в течение десятков секунд, также автоматически, если событие пониженной частоты не устраняется само.Вторичное регулирование частоты иногда называют автоматическим управлением генерацией (АРУ).
• Третичное регулирование частоты срабатывает в течение нескольких минут, если событие пониженной частоты не устраняется посредством первичных или вторичных механизмов контроля частоты. Третичное регулирование частоты обычно предполагает, что оператор энергосистемы вручную регулирует режим работы некоторых электростанций.

Рисунок 9.4: Внезапное падение частоты системы вызывает автоматический отклик для корректировки частоты с последующим ручным вмешательством операторов энергосистемы.Эти ответы предоставляют вспомогательные службы.

Щелкните здесь, чтобы просмотреть подробное описание рисунка

На схеме показаны две картинки:

• Первый — это график, показывающий внезапное падение частоты на графике. Частота отложена по оси ординат, а время — по оси абсцисс. На графике частота падает до 59,90 Гц между 0 и 8 секундами. Это называется периодом ареста. Между 8 и 21 секундой происходит период отскока, когда система поднимается примерно до 59.94 Гц на графике. Через 21 секунду система перейдет в период восстановления. Системная частота начинает постепенно увеличиваться с 59,94 Гц через 30 секунд, но после начального падения требуется около десяти минут, чтобы вернуться к начальной частоте 60 Гц.

• Второй — это график мощности по оси y и времени по оси x, показывающий, какие элементы управления используются при падении мощности. Первичная регулировка частоты происходит сразу через 10 минут и использует мощность по колоколообразной кривой.Первичное регулирование частоты — это характеристика регулятора и частотно-зависимая характеристика спроса. Затем срабатывает вторичный регулятор частоты. Он включается примерно через 10 секунд, но потребляет много энергии только через 30 секунд. Затем она увеличивается примерно до 10 минут, после чего начинает снижаться. Secondary Frequency Control — это генераторы на автоматическом управлении генерацией. Последним элементом управления является третичный регулятор частоты, мощность которого постепенно увеличивается через десять минут и выравнивается при произвольной мощности около 25 минут.Третичное регулирование частоты осуществляется генераторами по диспетчерской.

Источник: Джо Это, Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

Услуга, которую мы называем «регулирование частоты», обычно запускается через несколько минут после события отклонения частоты, после того, как сработало вторичное регулирование частоты. В областях, где была проведена реструктуризация коммунального сектора и созданы конкурентные рынки, регулирование частоты обычно обеспечивается системой. операторов через процесс аукциона, аналогичный рынку энергии на сутки вперед и в реальном времени.Оператор рынка (например, PJM) объявляет, какая мощность регулирования частоты необходима, а производители представляют предложения, чтобы иметь возможность обеспечить такое регулирование частоты. Это устанавливает отдельную цену за регулирование частоты.

На большинстве рынков электроэнергии предложение регулирования частоты оператору сети означает, что производитель готов увеличить или уменьшить мощность (известное как «регулирование вверх» и «регулирование вниз») на определенную величину. (Рынок ERCOT в Техасе работает немного иначе, где есть отдельные рынки для регулирования вверх и регулирования вниз.) Это означает, что генератор, в то же время, снимает мощность с рынка энергии на сутки вперед / в реальном времени и берет на себя обязательство производить некоторое количество энергии. Например, предположим, что генератор мощностью 100 МВт предлагал регулирующему рынку 5 МВт мощности. Это означает, что генератор готов снизить мощность на 5 МВт при необходимости и увеличить мощность на 5 МВт при необходимости. Таким образом, генератор не может предложить более 95 МВт своей мощности на рынке энергии на сутки вперед / в реальном времени и должен будет убедиться, что не менее 5 МВт было разрешено на рынке энергии на сутки вперед / в реальном времени.

Плата за регулирование состоит из двух компонентов. Во-первых, производителям платят за мощность, которую они выделяют для регулирования. Иногда это называют ценой «мощности» и принимают единицы в долларах за МВт мощности. Во-вторых, когда генератор вызывается для увеличения или уменьшения выходной мощности в ответ на событие отклонения частоты, он оплачивается за энергию, которая производится или не производится. Иногда это называется платой за «производительность» и часто устанавливается равной цене энергии в реальном времени (так что требуется единица измерения в долларах за МВтч).

Для примера возьмем тот же генератор, обеспечивающий 5 МВт регулирования. Цена возможности регулирования составляет 5 долларов за МВт. Генератор направлен на производство 50 МВтч энергии на рынке в реальном времени по цене 10 долларов за МВтч. Из-за отклонения частоты генератор просят произвести дополнительные 2 МВт мощности в течение 10 минут. Общий доход генератора за этот час составит:

• Выручка на рынке энергии: 50 МВтч * 10 долларов США / МВтч = 500 долларов США
• Регулируемая мощность: 5 МВт * 5 долларов США / МВт = 25 долларов США
• Характеристики регулирования: 2 МВт * (1/6 часа) * 10 долларов США / МВтч = 3 доллара США.33
• Общая выручка: 528,33 долл. США

Инерция, регулирование частоты и сеть — pv magazine USA

Хотя мы часто говорим о поставке электроэнергии с точки зрения потребляемой энергии и спроса — будь то от гигаваттных атомных станций, тераватт-часы годовой потребности в каждом штате США, или даже отдельные лампочки мощностью 15 Вт — есть еще один параметр, который менее обсуждается, но не менее критичен: частота.

Три основные сети США работают с частотой 60 циклов в секунду (60 герц), а европейские сети — 50 Гц.Любое значительное отклонение от этого приведет к повреждению электрического оборудования, включая приборы конечных пользователей, и в результате реле будут отключены, если сеть превышает относительно узкую полосу допустимых частот.

Эти частоты могут повышаться или понижаться, если существует дисбаланс между подачей электроэнергии и потребностями конечного пользователя. Когда это происходит, огромное количество вращающихся турбин на гидро-, газовых, угольных, нефтяных или атомных станциях может помочь решить проблему до тех пор, пока не будет задействовано больше ресурсов.

Вся эта система находится под угрозой, поскольку большие генераторы отключаются и заменяются ветряными, солнечными и батареями, которые не имеют большой вращающейся массы. Хотя ветер может обеспечить «синтетическую инерцию» для компенсации, это не то же самое, и в конечном итоге потребуется создать целую новую систему, если мы хотим перевести целые сети на возобновляемые источники энергии.

Управление частотой

Хотя поддержание частоты сети в узком диапазоне является одной из центральных задач поддержания энергоснабжения, основная система энергоснабжения обычно не выходит за пределы стандартной частоты сама по себе.Отклонение обычно возникает, когда существует несоответствие между спросом и предложением — например, когда большой генератор отключается.

Распространенное заблуждение относительно управления частотой состоит в том, что большие вращающиеся массы поддерживают стабильную частоту электросети во время дисбаланса между спросом и предложением. «Инерция только устанавливает начальную скорость, с которой падает частота — это позволяет выиграть время», — отмечает Марк Альстром, инженер, работающий с Группой интеграции энергетических систем (ESIG). Он отмечает, что в конечном итоге частоты не стабилизируются, пока не будет исправлен баланс спроса и предложения.

В 20 веке это была система стабилизации частоты. Сеть состояла исключительно из крупных генераторов с тяжелыми паровыми и гидроэлектрическими турбинами, и в первые годы двигатели, подключенные к сети, обеспечивали дополнительную инерцию. Но сетка 21 века другая. Примечательно, что эти большие вращающиеся массы заменяются ветряными и солнечными электростанциями, которые не обладают такими же характеристиками: для солнечной энергии вращающейся массы нет вообще.

Это не означает, что инверторы не могут управлять частотой.Фактически, они могут реагировать намного быстрее, чем основная частотная характеристика, которая используется в настоящее время. «Они работают настолько быстро, насколько это возможно, — объясняет Альстрем. Фактически, при необходимости инверторы могут так быстро восстановить частоту, что первоначальный дисбаланс спроса и предложения может остаться незамеченным, вызывая другие проблемы.

Эта опасность — инверторы могут реагировать слишком быстро — подчеркивает разницу между восприятием и фактическими потребностями в управлении частотой. В нынешней системе отклонения частоты служат необходимым предупреждением о несбалансированности спроса и предложения.

Урод FERC

В Соединенных Штатах регулирующие органы наблюдали отказ от традиционной генерации и ее замену ветровой и солнечной; и были обеспокоены недостаточной инерцией. В 2009 году Федеральная комиссия по регулированию энергетики (FERC) начала процесс, который завершился в феврале прошлого года Приказом 842, который требует от крупных и малых электростанций «устанавливать, обслуживать и эксплуатировать оборудование, способное обеспечивать первичную частотную характеристику (PFR) в качестве условие присоединения », чтобы« устранить потенциальное влияние на надежность меняющейся структуры ресурсов генерации.

В своих комментариях 2016 года Sierra Club и Sustainable FERC Project утверждали, что существует адекватный PFR во всех межсетевых соединениях, и что в долгосрочной перспективе FERC следует «изучить меры, отличные от мандатов» для обеспечения соблюдения стандартов надежности, включая поощрение « обеспечение быстрого реагирования на спрос со стороны хранилищ и других ресурсов со стороны спроса ».

Эксперты, с которыми журнал pv говорил для этой статьи, также предположили, что это может быть чрезмерной реакцией со стороны FERC.«Что касается восточных и западных межсетевых соединений, в ближайшие пару десятилетий проблем, вероятно, не будет», — отмечает Альстром из ESIG.

Однако в электросети Совета по надежности электроснабжения Техаса (ERCOT) все может быть иначе. В прошлом году на долю ветра приходилось 19% электроэнергии, произведенной в ERCOT, а выработка энергии ветра уже достигла пика, составляя более половины мгновенного спроса. В результате некоторые из самых больших опасений по поводу потери инерции и контроля частоты исходили от ERCOT.

Но даже в Восточном и Западном объединениях, если будут реализованы более амбициозные переходы на возобновляемые источники энергии, такие как U.Призыв представителя представителя Александрии Окасио-Кортес к 100% использованию возобновляемых источников энергии к 2030 году — с этими проблемами нужно будет бороться.

Следование по сетке или формирование сетки?

Ветряные электростанции обладают способностью обеспечивать так называемую «синтетическую инерцию» за счет существенного перегрузки, чтобы придать немного большей мощности. Однако многие эксперты с пренебрежением относятся к этому термину, отмечая, что ветряные турбины поставляют не инерцию, а дополнительную мощность. Это не столько исправляет частоту, сколько устраняет часть дисбаланса, который изначально вызвал отклонение частоты.

Инверторы

могут быть запрограммированы так, чтобы помогать контролировать частоту, и способ работы фотоэлектрических установок может быть фактором в способности обеспечивать частотную характеристику. «Если бы вы собирались обеспечить быструю частотную характеристику фотоэлектрических установок, вам пришлось бы работать в частично урезанном состоянии», — объясняет Альстром.

Кроме того, запоминающие устройства могут обеспечивать частотную поддержку и балансировать спрос и предложение, и они могут быть доступны в то время, когда нет солнечной и ветровой энергии.

Но более важный вопрос заключается в том, лучше ли использовать инверторы таким образом. С инверторами мы не зацикливаемся на характеристиках больших вращающихся масс и имеем больше возможностей для обеспечения стабильности системы.

Вообще говоря, есть два основных способа использования инверторов для управления частотой: следование сетке или формирование сетки. Инверторы, отслеживающие сеть, измеряют напряжение и частоту сети и подают правильную реальную и реактивную мощность. Инверторы, формирующие сетку, создают локальное напряжение и частоту, а затем пытаются изменить это напряжение, чтобы в систему поступала правильная реальная и реактивная мощность.

Системы, основанные на инверторах, формирующих сетку, используются в микросетях по всему миру, но не были реализованы в масштабах, необходимых для работы в США от ветра, солнца и батарей. «Насколько известно авторам, не существует практического примера параллельных сетевых инверторов в большой энергосистеме при различных уровнях проникновения инверторной генерации», — отмечают Юлия Матевосян и Фред Хуанг из ERCOT в опубликованной ранее статье. этот год. Другая проблема заключается в том, что сеткообразующие инверторы в настоящее время предназначены только для небольших генераторов.«Также в настоящее время нет коммерчески доступного инвертора для формирования сети для применения в крупномасштабных энергосистемах», — предупреждают Матевосян и Хуанг.

Это не значит, что это невозможно. Но это вносит ряд неопределенностей. «На практике возникает вопрос: правильно ли развертывается программное обеспечение, есть ли необходимый запас и будут ли тысячи этих устройств вести себя так, как нам нужно?» — спрашивает Эрик Гимон, старший научный сотрудник Energy Innovation.

Проблемы перехода

Хотя неясно, как будет функционировать большая сеть, обслуживающая миллионы потребителей, основанная на инверторах, формирующих сетку, переход от частотного регулирования на основе инерции к сети, в которой баланс спроса и предложения и регулирование частоты работают в соответствии с новой парадигмой.

Матевосян и Хуанг из ERCOT отмечают, что механика перехода подразумевает развертывание инверторов, формирующих сетку, в рамках существующей парадигмы. «Если технологии формирования сетей должны стать жизнеспособным решением, они должны будут надежно работать параллельно с синхронной генерацией в течение длительного переходного периода».

И если мы перейдем к очень высоким уровням возобновляемой энергии, но отложим переход к новой парадигме управления частотой, проблемы будут более серьезными, поскольку частота может сильно колебаться, когда обычные электростанции отключаются.

Новые решения

В начале декабря PXiSE Energy объявила о заключении контракта на поставку решения для распределенного управления энергоресурсами (DERMS) для коммунального предприятия в Западной Австралии, которое будет управлять 50 000 распределенными энергоресурсами, включая солнечные фотоэлектрические системы и батареи на площади 2,3 миллиона квадратных километров.

Это самый крупный из когда-либо реализованных решений DERMS. Платформа ACT PXiSE будет контролировать вывод десятков тысяч DERMS, регулируя предложение для удовлетворения спроса с высокой степенью точности, обеспечиваемой информацией, собираемой сетью синхрофазоров.«DERMS может выполнить настройку всего за несколько секунд», — объясняет президент PXiSE Патрик Ли. «Мы добавили функции для управления частотой в субсекундном диапазоне».

Решения, подобные ACT, работают совершенно иначе, чем предыдущая парадигма центральной точки управления. «Вместо того, чтобы управлять большой сетью за один миг, развертывание в Австралии привело бы к разбиению этих больших сетей на более мелкие», — отмечает Ли. «Вы можете осуществлять обмен энергией через эти меньшие сети.”

Это решение имеет явные технические преимущества перед существующей системой удаленного прядения масс. «Надежность означает, что вы должны быть в состоянии быстро адаптироваться к динамическим условиям», — объясняет Ли. «Вам нужна скорость и точность. Если посмотреть на традиционные технологии, скорость и точность — это не те вещи, которые у вас есть ».

Ли отмечает, что решение PXiSE было построено для обеспечения перехода к управлению не на основе частоты, так что операторам сети не нужно принимать одну систему и заменять ее при переходе на парадигму управления на основе инвертора.

Ли говорит, что переход к интеллектуальному электронному управлению, подобному решению его компании, не обязательно будет легким, но в большей степени по причинам человеческой инерции. «Люди захотят придерживаться того, как мы контролируем энергосистему последние 100 с лишним лет», — отмечает Ли. «Это не только регулирующий орган или системный оператор, но и поставщик». Но он также отмечает, что «наступит момент, когда вы не сможете долго продержаться».

Этот контент защищен авторским правом и не может быть использован повторно.Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: [email protected].

Advanced Energy Storage: в чем ценность регулирования частоты?

Массачусетс, США — Передовые накопители энергии, включая решения на основе технологии литий-ионных батарей, технически и экономически превосходят традиционные механизмы на основе генерации, используемые для предоставления дополнительных услуг. Хранение энергии также может помочь ускорить внедрение возобновляемых источников энергии, компенсируя изменчивость ветра и солнца. Накопление энергии делает эти источники более предсказуемыми, позволяя более плавно интегрировать их с существующей энергосистемой.

Однако в отрасли по-прежнему отсутствует осведомленность об этих и других значительных преимуществах накопления энергии. Некоторые представители электроэнергетики по-прежнему считают хранение энергии теоретически выгодным, но не применимым на практике.Тем не менее, благодаря появлению технологий следующего поколения, экономическое обоснование развертывания передовых систем хранения энергии для существующих приложений стало более убедительным, чем когда-либо.

Например, регулирование частоты исторически предоставлялось традиционными генерирующими активами, включая газовые турбины или угольные электростанции, часто как требование для участия в энергетических рынках. Однако это был несовершенный подход к регулированию, потому что традиционные генераторы медленно реагируют, часто для ответа на сигнал регулирования регулирования требуется до 10 минут.

Массовая генерация на уровне сети и дисбаланс спроса измеряется ошибкой управления областью (ACE), как правило, на посекундной основе, и активам, развернутым для регулирования, предписывается регулировать вверх или вниз в ответ. Традиционные медленно движущиеся активы — несовершенный механизм для минимизации ACE и управления ими. Традиционные активы, выполняющие регулирование, также демонстрируют повышенный износ, а также снижение эффективности, что напрямую приводит к более высоким эксплуатационным расходам и увеличению выбросов.

Напротив, современные системы аккумулирования энергии идеально подходят для предоставления услуг частотного регулирования. Поскольку ACE представляет собой краткосрочные колебания спроса и предложения, он в целом является энергетически нейтральным — в течение измеряемого периода времени актив, предоставляющий услуги регулирования, не генерирует и не потребляет энергию. Следовательно, хранилище с конечной емкостью может успешно предоставлять услуги регулирования. Энергетические рынки обычно управляются на почасовой основе, но хранилище с надежными возможностями управления энергопотреблением может успешно предоставлять эту почасовую рыночную услугу с сохранением энергии всего за 15 минут.

Ресурсы хранения

Advanced также способны реагировать значительно быстрее, чем ресурсы традиционных генераторов, без износа или потери эффективности, связанной с постоянным увеличением или уменьшением производительности. Фактически, когда время отклика измеряется в миллисекундах, расширенное хранилище может обеспечить значительно большую ценность, поскольку корректировка ACE практически мгновенная. В свою очередь, традиционные генерирующие активы могут использоваться с оптимальной эффективностью, улучшая использование активов и сокращая выбросы.

На дерегулируемых энергетических рынках, где правила были скорректированы, чтобы позволить использовать передовые системы хранения и предлагать услуги регулирования, хранение уже продемонстрировало свою ценность быстрого реагирования. Например, на рынке ISO в Нью-Йорке участники завершают строительство хранилища с быстрым откликом мощностью 40 МВт, предназначенного для регулирования, с использованием передовых литий-ионных батарей и других технологий. Они идеально подходят для этого варианта использования из-за их способности активно наращивать нагрузку при кратковременном хранении и повторять сотни циклов каждый день с низкими потерями энергии в оба конца.

Ожидается, что окупаемость инвестиций, основанная на доходах от предоставления регулирующих услуг, произойдет всего за три года с учетом сегодняшних рыночных условий. А когда также учитываются дополнительные преимущества, такие как более эффективное использование активов и выбросы, срок окупаемости сокращается. Несомненно, передовая технология накопления энергии в настоящее время является экономически жизнеспособной заменой следующего поколения традиционным генераторам на ископаемом топливе для регулирования частоты.

Управление частотой в энергосистеме

Электроэнергетическая система характеризуется двумя основными важными параметрами: напряжением и частотой.

Чтобы поддерживать ожидаемые рабочие условия и обеспечивать энергией всех подключенных пользователей (нагрузок), важно контролировать эти два параметра в заранее определенных пределах, чтобы избежать неожиданных помех, которые могут создать проблемы для подключенных нагрузок или даже вызвать систему терпеть неудачу.

Наиболее часто используемая номинальная частота (Fn) в энергосистемах — 50 Гц (Европа и большая часть Азии) и 60 Гц (Северная Америка). Причины этого выбора основаны на технических компромиссах и исторических ситуациях.

Обычно, когда система работает в диапазоне частот Fn ± 0,1 Гц, это стандартные условия, а когда частота находится в диапазоне от 47,5 до 51,5 Гц (например, в сети 50 Гц), это называется аварийным состоянием или восстановлением. условие. Эти значения могут меняться от страны к стране.

Колебания частоты в энергосистеме происходят из-за дисбаланса между генерацией и нагрузкой. Когда значение частоты энергосистемы достигает аварийного состояния, запускается стратегия управления.

Контроль частоты разделен на три уровня: первичный, вторичный и третичный. Каждый регулятор частоты имеет свои особенности и цели.

Первичный контроль

Первичное управление (или управление частотной характеристикой) является автоматической функцией и является самым быстрым из трех уровней, так как период его отклика составляет несколько секунд.

Когда возникает дисбаланс между генерацией и нагрузкой, частота энергосистемы изменяется.

Например, при увеличении нагрузки генерируемая мощность не изменяется немедленно, поэтому энергия для компенсации этого увеличения нагрузки поступает из кинетической энергии вращающихся генераторов, которые начинают уменьшать скорость (это называется инерционным откликом). После этого момента регулятор скорости (называемый «регулятором») каждого генератора действует, чтобы увеличить мощность генерации, чтобы восстановить это снижение скорости и попытаться устранить дисбаланс.

Как правило, примерно за 30 секунд каждая генерирующая установка должна быть способна вырабатывать необходимую дополнительную мощность и затем поддерживать ее в течение не менее 15 минут (это время зависит от требований оператора системы передачи или TSO).

Все генерирующие установки, подключенные к высоковольтной энергосистеме, призваны предоставлять эту услугу, за исключением возобновляемых источников энергии (ВИЭ), которые не подлежат планированию (например, ветер, солнце, биогаз, гидравлический поток воды), поэтому по этой причине каждый генерирующий блок должен иметь выделенную и надлежащую «резервную» мощность для выполнения этого правила в активном состоянии.

Целью первичного регулирования является устранение дисбаланса между генерацией и нагрузками, чтобы привести систему в стабильное состояние.Эта услуга является обязательной для всех производителей, имеющих право ее предоставлять, и не оплачивается.

Что касается нерегулируемых ВИЭ, эти генераторы должны иметь возможность работать с определенной функцией P (f), чтобы модулировать их мощность в соответствии со значением частоты. Это проще в случае превышения частоты, что требует снижения мощности. Однако это может быть действительно сложно (почти невозможно) в случае пониженной частоты, что потребует увеличения мощности, что не всегда возможно (даже с резервной мощностью) из-за нестабильности самого основного ресурса.

Непрерывный рост ВИЭ подразумевает сокращение количества работающих термоэлектрических станций, что, как следствие, затрудняет выполнение этого регулирования частоты по причинам, объясненным выше. Различные решения уже анализируются, и некоторые из них уже используются в нескольких энергосистемах (аккумуляторные системы хранения энергии являются одними из наиболее перспективных). Это одна из основных проблем массового использования ВИЭ в энергосистемах.

Вторичный контроль

После того, как основное регулирование выполнило свою задачу, значение частоты отличается от номинального, запасы каждого генератора были использованы (или частично использованы), а также обмен энергией между взаимосвязанными энергосистемами отличается от предварительно определенного.Таким образом, необходимо восстановить номинальное значение частоты, резерв каждого ранее использованного генератора и обмен мощностью между энергосистемами. Это цель вторичного контроля.

Для выполнения этой задачи есть несколько генераторов, имеющих право выполнять вторичное управление с помощью выделенной резервной мощности. Этот резерв зависит от требований каждого TSO и обычно представляет собой процент от максимальной доступной мощности с заранее определенным минимальным значением, гарантируемым независимо от максимальной мощности каждого генератора.

Если значение частоты меньше номинального, необходимо запустить дополнительную генерирующую мощность, а если значение частоты выше номинальной, некоторая мощность должна быть остановлена ​​или нагрузка должна увеличиться.

Вторичное управление обычно выполняется автоматически всеми генераторами, которые участвуют в этом регулировании, через определенные «уставки», отправляемые центральным контроллером.

На рисунке 1 показан пример первых двух уровней управления после частотного события в системе.Зеленая линия и красная пунктирная линия показывают два разных отклика в зависимости от уровня инерции системы (энергосистемы с низкой выработкой электроэнергии, производимые вращающимися машинами, будут иметь низкий уровень инерции).

Рисунок 1 — Пример частотной характеристики после частотного события. Источник Научная статья Влияние распределенных энергоресурсов на регулирование частоты магистральной энергосистемы

Эта услуга обычно оплачивается в соответствии с условиями переговоров на каждом рынке энергоуслуг.

Третичное управление

После завершения вторичного управления резервный запас, используемый для этого управления, также должен быть восстановлен, и это является целью третичного управления (или замещающего резерва) последнего уровня управления частотой.

Для выполнения этого восстановления вызовы TSO отправляют отдельным производителям (даже тем, которые не участвуют во вторичном управлении) рабочие предписания, связанные с изменением мощности для уже работающих генераторов, и, если необходимо, запрашивают пусковые генераторы, которые при этом не работают. момент.

Этот уровень контроля не является автоматическим, но он выполняется по запросу оператора сети, и его вознаграждение следует тем же правилам вторичного контроля.

Обзор трех уровней регулирования

В таблице ниже представлено краткое описание трех уровней регулирования и основных характеристик каждого из них.

	Ответ раз	Продолжительность раз	Эксплуатация	Назначение
Первичный контроль	15-30 секунд	15 мин.	Автомат	Действовать в случае изменения частоты для стабилизации значения частоты
Вторичный регулятор	200 секунд	120 мин.	Автомат	Действие, чтобы «вернуть» значение частоты к номинальному значению и восстановить запас мощности генераторов, используемых для управления первичной частотой
Третичное управление	15 минут	Указывается TSO	По запросу	Действие для восстановления резерва мощности генераторов, используемых для вторичного регулирования частоты

1. Он определяется локальным TSO, и значения могут быть разными для каждой системы в соответствии с конкретными потребностями
2. Определяется локальным TSO, и значения могут быть разными для каждой системы в соответствии с конкретными потребностями
   

Реагирование на спрос / регулирование частоты

Добавьте дополнительные потоки доходов к своей деятельности, участвуя в реагировании на спрос

Реагирование на спрос (DR) — это временное сокращение потребления электроэнергии потребителем в целях экономического или аварийного реагирования. Программы аварийного восстановления разработаны, чтобы способствовать снижению энергетической нагрузки в периоды высоких цен, критического пикового спроса или дефицита предложения в электрической сети. Участники зарабатывают периодические доходы за свою доступность для снижения спроса, эффективно передавая свою неиспользованную мощность в качестве нового и надежного ресурса в сеть.

Почему важна реакция на спрос и как работает аварийное восстановление

По оценкам Министерства энергетики США (DOE), спрос на электроэнергию будет продолжать расти на рекордных уровнях до 2025 года.К сожалению, по мере роста спроса на энергию генерирующие мощности и электростанции достигают зрелости и выводятся из эксплуатации. Поскольку строительство новых электростанций является трудным и дорогостоящим процессом, производство электроэнергии не успевает за спросом. Недостаточная пропускная способность (способность доставлять электроэнергию туда, где она необходима, когда это необходимо) — еще одна проблема, с которой сталкиваются политики и энергетические рынки.

Для борьбы с ограничениями генерации и передачи технологии Demand Response (DR) и «Smart Grid» предоставляют возможности для снижения нагрузки на нашу электрическую сеть, обеспечивая при этом возможности экономии и получения доходов для клиентов.

Программы

DR управляются и оплачиваются местным сетевым оператором, известным как Независимый системный оператор (ISO) или Региональная передающая организация (RTO). PJM Interconnection — это RTO, обслуживающая Нью-Джерси и Пенсильванию, в то время как ISO Нью-Йорка обслуживает штат Нью-Йорк. Для участия в программах аварийного восстановления клиенты должны работать с назначенными организациями, известными как поставщики услуг по сокращению (CSP).

В настоящее время для клиентов на территории PJM доступны три основные программы реагирования на спрос; и каждый из них включает разное время отклика при сбросе нагрузки, продолжительность и выплаты:

• Вместимость
• Синхронные резервы
• Экономия в реальном времени или энергия в реальном времени

Сетевые операторы также имеют программу, известную как Регулирование частоты, которая выплачивает клиентам значительные финансовые стимулы для модуляции частоты сети, чтобы помочь энергосистеме поддерживать стабильную частоту 60 Гц (в соответствии с требованиями FERC).

Пример выручки от клиента за 3 года — 1000 кВт в Восточно-Среднеатлантическом регионе PJM

2016 Вместимость	2017 Вместимость	2018 Вместимость	Энергия события	Энергия в реальном времени	Sync. Запасы	Всего за 3 года
43 460 долл. США	$ 38 700	78 880 долларов США	5 550 долларов США	28 800 долл. США	54 380 долл. США	249 770 долл. США

Допущения: 1000 кВт (1 МВт) энергии события аварийного восстановления для одного (1) двухчасового события в год.Постоянная ставка Real Time Energy в размере 500 долларов США за ≈20 часов ежегодного участия. Наличие запасов с 8:00 до 17:00, 365 дней в году. Резервные генераторы могут иметь право на рассмотрение в ожидании рассмотрения разрешения на использование воздуха. Компенсация затрат на остановку PJM не включена.

Автоматическое реагирование на запросы — AutoDR

Sander Mechanical не только помогает клиентам ориентироваться в сложном ландшафте реагирования на запросы, но и помогает им использовать возможности своей системы автоматизации зданий для участия в аварийном восстановлении (и регулирования частоты) в полностью автоматизированном режиме.

Поскольку ручное реагирование на спрос является трудоемким (например, персонал предприятия получает телефонный звонок и вручную выключает свет и оборудование), часто требуется слишком много времени, чтобы обеспечить участие в программах резервов и экономического восстановления, которые требуют, чтобы объекты сбрасывали нагрузку в очень короткие сроки короткое окно с момента возникновения события DR. Однако полностью автоматизированное аварийное восстановление не требует вмешательства человека и автоматически запускается на объекте через внешний сигнал связи. Автоматизированное аварийное восстановление — наиболее эффективный метод надежного снижения нагрузки и получения максимальной прибыли.

Sander помогает клиентам понять, где сокращение производства будет иметь наименьшее влияние на их деятельность и где будет получена наибольшая отдача. Мы работаем с руководителями предприятий и операторами связи, чтобы определить, какой спрос можно снизить и «как» это сделать. Мы используем систему управления зданием, чтобы запрограммировать последовательность и управление освещением, температурой, микротурбинами, чиллерами, компрессорами и другим электрическим и механическим оборудованием для снижения потребления и снижения нагрузки. Мы используем коммерческие устройства учета энергии, откалиброванные по стандарту ANSI, чтобы обеспечить надлежащие измерения и проверки (M&V). Эти инструменты интегрированы с BMS для количественной оценки сбрасываемых нагрузок и демонстрации выполнения обязательств по сокращению.

Связывая сигналы ценообразования и запросы на сокращение от оператора сети к полевым устройствам с логикой на основе правил, может быть инициирована последовательность автоматизированного аварийного восстановления, гарантирующая, что возможности не будут упущены, когда уведомление о событии не сможет достичь человека, который может ответить.

Хотя автоматизация важна для надежной программы, возможность выполнять ручное вмешательство все же необходимо для выполнения обходов, изменения запрограммированных уровней ограничения, мониторинга состояния и настройки логических параметров. Sander делает это возможным благодаря созданию пользовательского интерфейса в Интернете и настраиваемой панели управления аварийным восстановлением, чтобы лица, принимающие решения, могли получать доступ к своим системам из любого веб-браузера и сохранять контроль из любого места и в любое время.

По мере насыщения рынков частотного регулирования по всей Европе, новые установки будут зависеть от новых рыночных возможностей и аккумуляторных систем хранения энергии, добавляющих новые источники дохода.

Регулирование частоты было основным драйвером для ранних крупномасштабные аккумуляторы в Европе

Когда люди обсуждают рынки электроэнергии, они обычно оптовые рынки энергии. Это может включать энергию на сутки вперед. рынки — где электроэнергию можно покупать и продавать за 24 часа до поставки, рынки энергии в реальном времени — где продается энергия обычно менее чем за час до доставки, и есть даже рынки, на которых электроэнергия продается на годы вперед.Однако есть ряд менее известных услуг на рынке электроэнергии, которые поддерживать баланс между предложением и спросом на электричество каждую секунду.

По всей Европе существует множество рынков и услуг что сетевые операторы используют для поддержания этого баланса, наиболее выдающееся существо; первичный, вторичный и третичный резерв. Начальный резерв — это самая быстрая служба реагирования, требующая активной мощности для быть доставлен в течение нескольких секунд. Далее следует вторичный, а затем третичный резерв на случай значительного дисбаланса мощности.Быстрый требования реагирования на первичный резервный рынок были хорошо подходит для BESS, который стал первым драйвером для крупномасштабных Развертывание BESS в Европе. С тех пор BESS стали доминировать общий европейский первичный резервный рынок.

Возрастающая конкуренция на рынках частотного регулирования по всей Европе снизили цены до такой степени, что BESS должна использовать несколько источников дохода для построения долгосрочного бизнеса дело.

В 2017 году ряд операторов систем передачи по всей Европе запустили консультацию по созданию гармонизированного трансграничного закупка первичного резерва, называемого резервом частотного регулирования (FCR).С тех пор было построено более 700 МВт BESS в основном для предоставляют эту услугу, занимая 50% рынка 1,4 ГВт. Среди другие факторы, такие как рыночная реформа, привели к снижению цен на 40% с 2016 года. Сегодня компании BESS повезло, что в среднем она составляет 66 800 евро за МВт. в год по сравнению со средним ожидаемым доходом в 141400 евро на МВт в 2016 году. В свою очередь, это замедлило количество передовых (FTM) BESS устанавливается в общеевропейском заповеднике рынок.

Дополнительно участие BESS во вторичных (aFFR) и рынок третичных (mFFR) резервов ограничен в результате продолжительности требования и снижение доходов.Значение вторичных и рынки третичных резервов для BESS различаются в зависимости от страны, поскольку нет общих вторичный или третичный резервный рынок в настоящее время существует, но средняя выручка на этих рынках составляет лишь четверть потенциального прибыль на первичном резервном рынке. Среднее и высшее рынки также требуют более длительных периодов устойчивого производства актив, до нескольких часов для третичного. Чтобы гарантировать, что BESS может удовлетворить эти требования, системы с большей продолжительностью требуются, что значительно увеличивает первоначальный капитал стоимость и снижает чистую прибыль на этих рынках.

Для создания прибыльного бизнеса и, следовательно, нового инсталляций, BESS приходится объединять несколько потоков доходов. Например, во Франции BESS могут объединить примерно Семилетний контракт на мощность 25 500 евро / МВт / год с доходами FCR. В Соединенное Королевство, BESS теперь все чаще может объединять эти первичные резервные доходы от торговли на оптовых рынках (особенно механизм балансировки), который увеличивает общую чистую доходы.

Новые географические рынки частотного регулирования: развитие и будет стимулировать рост FTM BESS в ближайшем будущем установки в Европе.

Прямые закупки частотного резерва, например, в Италии, Украина или Литва станут основными драйверами новых FTM BESS в Европа; однако это будут только разовые закупки. Новый рынок общего скандинавского общего резерва частоты (FFR), и Словения и западная Дания присоединятся к европейскому рынку FCR. предоставить несколько меньших возможностей для новых BESS. Однако глубина этих рынков будет небольшой, и поэтому возможности будут ограничены.

В целом, FTM BESS в Европе будет смещать акцент в следующем несколько лет от первичного нацеливания на первичный резерв до принятия большего количества гибкий подход и участие в ряде энергетических рынков, в зависимости от того, что предлагает наилучшую возможную прибыль в любой момент момент.Это начинает происходить уже в Великобритании. и будет распространяться на регионы, которые уже хорошо рынки первичных резервов (и позволяют BESS участвовать), и в конечном итоге в большую часть Европы. Это естественный прогресс, поскольку потенциально дорогостоящие, но в конечном итоге мелкие дополнительные рынки насыщения, BESS начинает использовать более гибкие бизнес-модели, чтобы также участвуют в оптовых рынках, которые меньше предсказуемо, но предлагает гораздо большую глубину.

Узнайте больше о наших исследованиях по хранению энергии.

Оливер Форсайт — аналитик по хранению энергии, Команда IHS Markit по фьючерсам на газ, электроэнергию и энергию.

Размещено 2 декабря 2020 г.

---

Соблюдайте IHS Markit Energy

1 Регулирование радиочастот | Справочник по распределению частот и защите спектра для научных целей

На Всемирной конференции радиосвязи в 2000 году (ВКР-2000) были пересмотрены распределения спектра выше 71 ГГц, и был сделан ряд новых распределений для РАС.ВКР-2003 проходила в Женеве, Швейцария, с 9 июня по 4 июля 2003 г. На ней присутствовало более 2200 делегатов, 17 из которых были радиоастрономами. Из 50 пунктов повестки дня 10 интересовали радиоастрономов. Большинство из них связано с распределениями спутниковым линиям связи «вниз», смежным или близким к распределениям радиоастрономической службы.

1,4
УСЛУГИ НАУКИ О ЗЕМЛЕ

На ВАРК-71 создана спутниковая служба исследования Земли.Частоты были выделены для передачи данных об окружающей среде из космоса на Землю, чтобы удовлетворить потребности спутниковых программ, таких как Landsat, в которых используются пассивные датчики, работающие в видимой части электромагнитного спектра. Сегодня ССИЗ также включает в себя метеорологические службы, в первую очередь средства связи, такие как Метеорологическая спутниковая служба (МетСат) и Вспомогательная метеорологическая служба (MetAids). Частоты сначала были выделены ССИЗ и Службе космических исследований (СКИ) для использования космическими активными и пассивными микроволновыми датчиками на ВАРК-79.Этот WARC выделил более 50 средств для космических микроволновых датчиков: 10 для активных датчиков и более 40 для пассивных датчиков.

К 1997 году возникла необходимость в улучшении нормативной базы для космических микроволновых датчиков. Требования к спектру для пассивных датчиков были уточнены за 18-летний период с 1979 по 1997 год, особенно в уникальном диапазоне 50-70 ГГц, где измерения вблизи линий поглощения кислорода используются для определения профилей температуры атмосферы для использования в прогнозах погоды и климатические исследования.Кроме того, время показало, что выделение вторичных примечаний для активных микроволновых датчиков в 1979 г. мало помогло предотвратить новые распределения для других служб — распределения, которые могли (и приводили) привести к невозможности использования активных датчиков из-за помех.

На ВКР-97 были перегруппированы диапазоны пассивного дистанционного зондирования между 50 и 60 ГГц. Большинство активных диапазонов дистанционного зондирования были переведены на первичные распределения. В области связи ССИЗ полоса 8025–8400 МГц была повышена до первичного распределения, и было получено новое распределение космос-Земля с более широкой полосой пропускания на частоте 26 ГГц.

На ВКР-2000 были перестроены пассивные полосы частот выше 71 ГГц, а верхняя часть диапазона была расширена с 275 ГГц до 1 ТГц с помощью сноски. Пассивный диапазон 18,7 ГГц получил защиту, как и диапазоны гражданской системы глобального позиционирования (GPS).

На ВКР-2003 была распределена активная полоса 437 МГц, а активная полоса зондирования на 5,3 ГГц была расширена в полосе пропускания с 210 до 320 МГц, но за счет потери защиты от наружных локальных радиосетей на нижнем уровне. .Особое беспокойство вызывает восходящие / нисходящие линии связи вблизи пассивной полосы частот 1,400–1427 ГГц, которым было предоставлено предварительное вторичное распределение в ожидании дальнейшего изучения и отчета для ВКР-2007. Обратите внимание, что любые излучения в этой полосе однозначно запрещены международным примечанием 5.340.

1,5
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСЛУГИ

Вспомогательные службы поддерживают науку и фактически необходимы для работы космических аппаратов, наблюдений и получения данных.Хотя некоторые из этих услуг (например, коммуникации) включены в научные услуги, они явно необходимы, и их важность следует признать.

.