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        4MVA/10kV多功能高壓變頻電源的設計

        來(lái)源:《數據中心建設+》雜志 作者:郜克存 隋學(xué)禮 更新時(shí)間:2023/11/9 7:46:03

        摘要:本文介紹了一種單機大功率變頻電源的實(shí)際應用思路、設計過(guò)程、工作原理、一直到最后成套交付與安裝的全過(guò)程。并且給出了各種負載下的實(shí)驗過(guò)程。

                一、概述
          
          多功能變頻電源是一種新式岸電電源模式:包括變頻電源、負荷站、能量回饋三項一體的岸電電源。
          
          該設備的電壓與容量為:
          
          輸入電壓:AC10kV
          
          頻率:50/60Hz
          
          輸出電壓:AC10kV/6.6kV/0.69kV
          
          頻率:50/60Hz
          
          單套額定功率:4MVA,總共2套,總功率為8MVA,每套4MVA電源放置在獨立集裝箱內,可移動(dòng),兩臺4MkVA電源可并聯(lián)組成8MVA電源;
          
          1.1該設備的主要功能為
          
          (1)作為變頻電源使用
          
          把4MVA變頻電源設備做成標準集裝箱形式,根據需要可以組合成8MVA變頻電源設備,也可以根據需要設定4MVA電源中的部分逆變器工作,適應更小功率的設備。作為變頻電源使用時(shí),可以單獨使用或者并聯(lián)組合使用,并具有擴展功能;
          
          (2)作為負荷站使用
          
          4MVA電源設備工作于負荷站模式時(shí),可與干電阻式負荷站并聯(lián)使用;具有發(fā)電機靜態(tài)、波動(dòng)、突加、突卸、諧波分析測試,提供多種數據圖表直觀(guān)顯示以及自動(dòng)分析,并且提供分析結果(有中英文轉換功能),從而大大提高工作效率??刂品绞?操作者可以通過(guò)手動(dòng)旋鈕或者本地電腦控制和筆記本電腦遠程控制,調整負載投入容量和數據采集。
          
          (3)作為能量回饋裝置使用
          
          安裝好的發(fā)電機都要做負荷試驗,向船東、船檢交驗,以往發(fā)電機負荷試驗時(shí)是在電阻消耗能量過(guò)程中,測試出發(fā)電機的各種性能及參數,白白浪費掉大量的能量,而現在能量回饋技術(shù)已經(jīng)試驗成功,把發(fā)電機負荷試驗時(shí)發(fā)出的電,用工廠(chǎng)負載代替電阻消耗能量,推廣到豪華郵輪港口岸電節能技術(shù)上,同時(shí)加上測試模塊,把發(fā)電機負荷試驗時(shí)所
          
          需要的參數測出,既可達到負荷試驗測試的目的,又可以將發(fā)電機發(fā)出來(lái)的電用于工廠(chǎng)用電,從而節省大量的外網(wǎng)電力。
          
          1.2多功能變頻電源主要優(yōu)勢
          
          既然變頻電源、負荷站、能量回饋這三樣設備是必須的,那么利用這個(gè)時(shí)機,改變傳統的模式,把三種設備合為一體,做成幾組分體式《多功能變頻電源》的模塊,根據工作需要可以隨時(shí)拆分、可以隨時(shí)組合的方式,滿(mǎn)足郵輪泊位船舶岸電供電和實(shí)驗需要。
          
          通過(guò)前期使用,多功能變頻電源用于郵輪修造是可行的。
          
          二、系統方案說(shuō)明
          
          2.1變頻電源設備原理框圖與系統組成
          
          大功率電源系統采用高-低-高方式設計,10kVAC/50Hz電源直接進(jìn)入中壓變頻電源的整流移相變壓器,經(jīng)過(guò)功率模塊變換后再經(jīng)過(guò)輸出變壓器轉成AC0.69/6.6/10kV電源連接到泊位前沿供船只使用,滿(mǎn)足船只及數據中心的電源要求。
          
          8MVA電源系統主要包括以下設備:8MVA岸電電源由2套4MVA電源組成,8MVA干電阻式電源,統一集成管理8MVA岸電電源和8MVA干電阻式負荷站,4MVA功率柜模塊化功率單元柜,每個(gè)800kVA,共5組以及負荷站管理軟件,如圖1所示。
          
          4MVA電源整體放在45尺集裝箱內,平面布局見(jiàn)圖2所示。
          
          4MVA電源原理一次系統圖如圖3所示。
          
          2.2多功能變頻電源設備功能和技術(shù)參數
          
          高壓動(dòng)力回路:交流10kV±10%、50Hz±2%、三相三線(xiàn)。
          
          低壓輔助動(dòng)力回路:交流400V±10%、50Hz、三相四線(xiàn)。
          
          照明回路:AC、220V、50Hz、單相三線(xiàn)。
          
          (1)變頻電源所具有的功能
          
          輸出電源:0.69/6.6/10kV,50/60Hz可調,三相交流正弦波電源。
          
          輸入/輸出電壓波形總諧波失真度:THDu<3%。
          
          輸出頻率:50Hz-60Hz可調,0~100%負載變化時(shí),輸出頻率穩態(tài)精度偏差小于0.1%;
          
          變頻電源系統整體效率≥95%(100%負荷);
          
          運行溫度0~55℃(40℃以上降容使用)
          
          相對濕度:≤95%,[(40±2)℃,無(wú)凝露]
          
          冷卻方式:空水冷卻。
          
          其工作原理框圖如圖4所示:
          
          (2)變頻電源所具備的負荷站功能
          
          在本地發(fā)電機負荷試驗時(shí),能夠替代或部分替代干電阻性能使用。其原理如圖5所示,在船舶本地發(fā)電機負荷試驗時(shí),能夠替代干電阻性能使用。
          
          首先根據船舶發(fā)電機試驗大綱要求,滿(mǎn)足對船舶發(fā)電機進(jìn)行單機25、50%、75%、100%、110%升負荷及110、100%、75%、50%、25%降負荷的逐步增加或者逐步減少的功能需求。根據船舶發(fā)電機試驗大綱要求,滿(mǎn)足對船舶發(fā)電機進(jìn)行并機25、50%、75%、100%、110%升負荷及110、100%、75%、50%、25%降負荷的逐步增加或者逐步減少的功能需求
          
          具有0.69kV/6.6kV/10kV多檔輸人電壓,輸出10kV/50Hz,可以與市電網(wǎng)有效自動(dòng)對接(電壓、相序、頻率都有效對接)。該設備從電網(wǎng)攝取的負荷具有可以逐步增加或者逐步減少的功能,增加或者減少的負荷值要按照負荷試驗要求值進(jìn)行。
          
          控制方式:操作者可以通過(guò)手動(dòng)旋鈕或者本地電腦控制和筆記本電腦遠程控制,調整負載投入容量和數據采集;
          
          該具有發(fā)電機靜態(tài)、波動(dòng)、突加、突卸,提供多種數據圖表直觀(guān)顯示以及自動(dòng)分析,并且提供分析結果,從而大大提高工作效率;
          
          系統能夠自動(dòng)完成加載測試,并能把發(fā)電機組的電壓、電流、功率、頻率在加載中出現的變化、恢復時(shí)間和曲線(xiàn)以表格和圖形的方式存儲和顯示,并支持打印;可以查詢(xún)歷史數據系統能滿(mǎn)足國標、船標、電信標準的測試。測試精度能達到標準要求;從電網(wǎng)攝取的負荷要調節到具有突加、突卸的功能
          
          在做大功率發(fā)電機單機特性試驗突加突卸時(shí),為了防止對電網(wǎng)的沖擊,該套系統采取切換到干電阻模式運行;
          
          在做小功率發(fā)電機單機特性試驗突加突卸時(shí),沒(méi)有形成對電網(wǎng)的沖擊,該套系統可以不用切換到干電阻模式運行;
          
          在使用負荷站功能時(shí)要具備試驗數據自動(dòng)形成,且按照船舶發(fā)電機負荷試驗要求表格形式形成,還可以保存和打印下來(lái)。
          
          作者簡(jiǎn)介
          
          郜克存,博士學(xué)歷,清華大學(xué)博士后,高級工程師,2005年3月參加工作,現為青島創(chuàng )統科技發(fā)展有限公司總裁,主要從事兆瓦級電力電子設備研發(fā)工作。
          
          隋學(xué)禮,應用研究員,青島創(chuàng )統科技集團公司董事長(cháng),電力電子專(zhuān)家對供配電系統具有深厚的研究。
          
          編輯:Harris
          
          

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