★ 希望森兰科技股份有限公司 葛重源

摘要：本文主要介绍了高压变频器在国家首例空气储能项目超大功率压缩机上的应用，突破了超大功率高压变频器储能行业新应用。

关键词：森兰变频；超大功率压缩机；同步无刷励磁；高压变频器

1　前言

电力系统负荷不均衡是当今世界重大科研课题，我国同样也面临着高峰、低谷负荷差别大，供电质量受影响，调峰填谷等问题。解决这类问题最好的办法是把电能存储起来，而如何将电能进行储存，是电力技术学者们长期探索和研究的重要课题。研究的方向包括抽水蓄能电站、压缩空气蓄能电站、蓄电池蓄能电站、超导磁蓄能、飞轮蓄能、电磁蓄能等多个方向，而目前，空气储能电站因占地面积小、环境污染小，经济性能高等优势，受到了世界范围内的广泛关注。CAES空气储能电站在国内也逐渐开始建设和商业化运行。

压缩空气储能（Compressed-Air Energy Storage，CAES ）是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气，将空气高压密封在报废矿井、沉降的海底储气罐、山洞、过期油气井或新建储气井中，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式。通过这种技术，可从电网吸纳用电低谷时的“过剩电能”，达到类似“充电宝”的作用。

2　项目概况

江苏金坛盐穴压缩空气储能国家试验示范项目，于2017年获国家能源局立项，是压缩空气储能领域唯一国家示范项目，也是国家能源局和江苏省重点推进项目，由中盐集团、中国华能和清华大学共同开发，一期工程发电装机60兆瓦，储能容量300兆瓦时，远期建设规模1000兆瓦。

该项目作为国内首个非补燃压缩空气储能电站，该项目所有主设备均为国产首台套，既有设备研发难题，又有首次集成困难，更有电站建设和运维缺乏标准、毫无经验可循的巨大挑战。

森兰作为国内变频技术领军企业，有幸入选金坛盐穴压缩空气储能项目核心设备供货商，为项目超大功率压缩机分别提供一套高压变频启动装置和高压变频调速系统，设备于2022年4月带负载启动完成，2022年5月完成系统联调试并投入生产。

3　方案介绍

本项目配置三套超大功率压缩机，其中LP、MP压缩机功率分别为29MW和26.5MW，要求采用高压变频软起动系统实现超大电机的稳定启动，HP压缩机为11MW，计划配置一台高压变频调速系统进行稳定调速运行。

经过项目组与森兰技术专家的充分论证和探讨， 仿真计算， 最终确认软起动系统选型为VFPS-100-18000，采用一拖二技术方案，原理图如图1所示。

图1 变频软起动方案

该方案单独提供一路馈电给变频软启动装置，当变频器完成启动后，可通断路器切除掉变频器主电源，这样变频器完全和主回路脱离。变频软启动与用电设备电机之间是通过真空断路器切换来实现。

在正常生产过程中，变频软起动系统会根据后台指令，逐台拖动LP、MP压缩机实现无扰平滑启动，启动前，由操作人员手动/DCS系统自动选择需要启动的电机，软启动系统会自动切换变频拖动回路以及励磁信号端口至对应电机。实现一键启动投切，过程无需人工干预。

HP压缩机变频器选型为SBH-100-11200，采用一拖一技术方案，系统主回路配置如图2所示。

图2 变频调速系统方案

该方案为一拖一典型方案，为系统配置上电限流组件，可以将变频器上电冲击电流限制在额定电流以内。变频器输入、输出端配置隔离开关QS1、QS2用于系统隔离，方便检修维护。

本项目变频系统集成了森兰最新一代高压变频器的研究成果，具有可靠性高、调速精度高、谐波含量低、对电网适应能力强、更智能等优点，圆满地达到了项目的需求预期：

（1）实现了超大功率压缩机完全无冲击启动，整个启动过程，启动电流完全控制在额定范围内，对电网未造成任何影响。

（2）实现了完全无扰并网投切，在变频启动完成后，由变频软起动系统直接控制工频电源并入电机驱动，平稳运行后，变频系统方退出运行，这样完全避免了变频切入工频过程中可能产生的冲击电流。

（3）实现了大功率同步无刷励磁电机的稳定控制，在变频启动以及工频投切过程中，与励磁系统完美配合，顺利解决了无刷励磁同步电机启动过程中的各项难点和痛点。

（4）系统无启动次数限制，满足了超大压缩机的频繁启停需求。

（5）克服了快速启动、共振点多、启动压力精准控制等多项技术难题。

4　结语

江苏金坛盐穴压缩空气储能示范项目的成功投运，代表了国内在空气储能领域的新突破，有着里程碑式的重要意义，项目中对于类似超大功率压缩机负载的变频驱动应用更是代表了变频技术的一个新高度，这其中的难点不仅在于超大功率变频系统的制造难度，更包含了控制技术方面的诸多难点以及实际应用中的细节问题处理，森兰变频的成功应用也再次向世界展示了国产变频的实力。

作者简介：

葛重源（1986-），男，河南洛阳人，工程师，学士，现任希望森兰科技股份有限公司高压技术部经理，长期从事高压变频技术的应用与研究。

摘自《自动化博览》2022年6月刊