1、引言
變頻器業(yè)界的專家、學(xué)者、企業(yè)家、用戶共聚一堂，歷數(shù)我國(guó)變頻器行業(yè)一年來(lái)取得的驕人成績(jī)。雖然我國(guó)變頻器市場(chǎng)仍舊是歐、美、日十大品牌占據(jù)主流，但我國(guó)變頻器的十大品牌正在迅速的崛起，高水平的高壓變頻器已經(jīng)能和國(guó)外的品牌匹敵，并且占有的市場(chǎng)分額逐年迅速增加。這是令變頻器業(yè)界擊鼓相慶可喜可賀的大事。但是我們也應(yīng)當(dāng)清醒的認(rèn)識(shí)到，和歐美、日產(chǎn)品相比，我國(guó)變頻器的產(chǎn)量、質(zhì)量、品種和生產(chǎn)廠家的規(guī)模的差距還是不小，業(yè)界的同仁們應(yīng)當(dāng)利用我國(guó)正在大力提倡建設(shè)節(jié)約型社會(huì)、創(chuàng)新型國(guó)家的東風(fēng)，縮小和歐美、日產(chǎn)品的差距。
隨著變頻器在各行各業(yè)的深入應(yīng)用取得了令人矚目成績(jī)，也獲得了顯著節(jié)能效果、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。在變頻器這個(gè)專業(yè)模塊范圍內(nèi)考慮的問題多，從變頻節(jié)能系統(tǒng)整體層面上考慮的問題少，弄不清楚整個(gè)系統(tǒng)真實(shí)的特性是什么，也不怎么清楚變頻器在整個(gè)系統(tǒng)的地位和作用，因而在一些項(xiàng)目中，變頻器僅僅起到了掩飾水泵、風(fēng)機(jī)容量選擇過大的節(jié)能作用，而沒有從理論上根本解決系統(tǒng)節(jié)能的實(shí)質(zhì)問題，或者僅僅把變頻器降格為一個(gè)擋風(fēng)板的作用，花了很多投資上了變頻器，而沒有把變頻器的作用發(fā)揮到極致。這不利于我國(guó)變頻事業(yè)的健康發(fā)展。我覺得業(yè)界同仁們對(duì)于變頻器的正確應(yīng)用必須給以充分的重視，應(yīng)用變頻器產(chǎn)生極致的效益，是變頻器發(fā)展的終極目的，也只有變頻器應(yīng)用正確、可靠、順利，才能對(duì)廣大用戶產(chǎn)生更大的吸引力，變頻器的市場(chǎng)才會(huì)有做大做強(qiáng)的巨大商機(jī)。我國(guó)每年節(jié)能服務(wù)市場(chǎng)的規(guī)模約有1200億，外國(guó)巨頭早就覬覦我國(guó)節(jié)能服務(wù)市場(chǎng)，他們已有大的舉措，我們已經(jīng)聽到了這些巨人嗵嗵的腳步聲，同仁們，形勢(shì)緊張，機(jī)不可失，時(shí)不再來(lái)，讓我們攜起手來(lái)，為我國(guó)變頻器事業(yè)蓬勃發(fā)展、為我國(guó)2020年達(dá)到全面的小康水平而努力奮斗！
2、變頻器在系統(tǒng)中的作用
變頻器在實(shí)際使用中是以一個(gè)子系統(tǒng)的角色容入大系統(tǒng)中進(jìn)行協(xié)調(diào)運(yùn)行的。如在圖1的負(fù)反饋控制系統(tǒng)中，變頻器和電機(jī)、風(fēng)機(jī)或水泵一起作為控制系統(tǒng)的執(zhí)行器，并和傳感器、調(diào)節(jié)器及被控對(duì)象共同構(gòu)成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)整體�？刂葡到y(tǒng)的性能取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，即控制系統(tǒng)的四個(gè)環(huán)節(jié)之間的相互聯(lián)系、相互影響和相互制約也就是相互關(guān)聯(lián)。各個(gè)環(huán)節(jié)局部都優(yōu)組成的系統(tǒng)整體不一定最優(yōu)，反之系統(tǒng)整體最優(yōu)不一定要求每個(gè)環(huán)節(jié)局部最優(yōu)。大部分變頻器應(yīng)用都可歸結(jié)為這種運(yùn)行模式。這就是說如果控制系統(tǒng)的四個(gè)環(huán)節(jié)不匹配，即便是變頻器的性能再好，也顯示不出來(lái)。
圖1 變頻器在控制系統(tǒng)中的作用
從圖1可以看出，變頻器構(gòu)成的控制系統(tǒng)，跟蹤的是與系統(tǒng)變化過程特點(diǎn)密切相關(guān)的特征參數(shù)θa，以克服干擾f造成的影響，而不是相關(guān)性很弱的其他參數(shù)。筆者在工程上曾見過這樣的案例:在一個(gè)空調(diào)箱中，變頻器不是跟蹤反映負(fù)荷變化的特性參數(shù)，而是跟蹤和負(fù)荷變化不相關(guān)的過濾器兩側(cè)的阻力降，變頻器形同虛設(shè)，根本起不到跟蹤負(fù)荷變化節(jié)能的作用。變頻器和電動(dòng)機(jī)、水泵組成的執(zhí)行器環(huán)節(jié)的實(shí)質(zhì)是變能量流，跟蹤什么參數(shù)變，這是我們?cè)O(shè)計(jì)變頻變流量節(jié)能系統(tǒng)應(yīng)該特別要注意的。
3、變頻器在火力發(fā)電廠應(yīng)用節(jié)能案例剖析
圖2是變頻器在火電廠的應(yīng)用方案圖。在這個(gè)方案中只是突出了高壓變頻器（HVIN）、變壓器P.T）和高壓電機(jī)（M）組成的控制回路中的多半個(gè)環(huán)節(jié)，而沒有說明高壓變頻器在控制系統(tǒng)中的位置和作用，因此有可能把高壓變頻器的功能發(fā)揮不到極致，取得最好的節(jié)能效果，或者使變頻器降格為僅僅起到一個(gè)擋風(fēng)板的作用，而沒有發(fā)揮變頻器應(yīng)有的作用。
圖2 變頻器在火電廠的使用方案
實(shí)際在電廠的風(fēng)機(jī)、水泵處在的位置不同，用變頻節(jié)能改造取得的節(jié)能效果也是不同的。
圖3是火力發(fā)電廠生產(chǎn)流程示意圖。在火力發(fā)電廠中的風(fēng)機(jī)、水泵配置的電動(dòng)機(jī)基本上都是超過250kW的高壓電動(dòng)機(jī)，因此變頻變流量節(jié)能應(yīng)用都需要高壓變頻器。但生產(chǎn)流程中處在不同位置的風(fēng)機(jī)或水泵，和高壓變頻器組成的控制系統(tǒng)跟蹤的目標(biāo)是不同的，節(jié)能的效果也是不同的。
圖3 火力發(fā)電廠生產(chǎn)流程示意圖
如圖3中的循環(huán)水泵8。因冷卻水受發(fā)電負(fù)荷、氣候的影響，冷卻水溫會(huì)發(fā)生變化，從而影響冷凝器4的冷凝壓力并波及汽輪機(jī)3的出力和效率，即影響發(fā)電機(jī)18的出力和效率，因此循環(huán)水泵8和高壓變頻器組成的控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)跟蹤的是冷凝器4的冷凝壓力，以克服發(fā)電負(fù)荷、氣候變化對(duì)發(fā)電效率的影響，保持發(fā)電機(jī)組在變工況的高效運(yùn)行，同時(shí)由于控制系統(tǒng)能夠根據(jù)發(fā)電出力和氣候變化自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻水量，冷卻泵8也以最小的能耗，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電系統(tǒng)的高效運(yùn)行，自身也得到了最大的節(jié)能效果。
又如，圖3中的引風(fēng)機(jī)17，分析它和變頻器構(gòu)成的控制系統(tǒng)跟蹤的應(yīng)是鍋爐爐膛21的負(fù)壓恒定，以保證在發(fā)電變負(fù)荷、大氣壓力隨氣候變化時(shí)變鍋爐的高效燃燒，從而保持發(fā)電系統(tǒng)變工況時(shí)的高效運(yùn)行。
再如，圖3中的送風(fēng)機(jī)15，分析它和變頻器、蒸汽用量傳感器、煤量傳感器構(gòu)成的復(fù)合控制系統(tǒng)跟蹤的應(yīng)是鍋爐燃燒的風(fēng)煤比，以保證在發(fā)電變負(fù)荷、大氣壓力隨氣候變化時(shí)鍋爐的高效燃燒，從而保持發(fā)電系統(tǒng)的高效運(yùn)行。
分析引風(fēng)機(jī)17和送風(fēng)機(jī)15的變頻變流量控制系統(tǒng)都基本上是定壓變流量系統(tǒng)，這是風(fēng)機(jī)、水泵節(jié)能工程中最常用的模式。雖然從理論上可以證明定壓變流量節(jié)能模式是不節(jié)能的，但如果它服從整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)高效運(yùn)行的整體目標(biāo)，以最小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的高效運(yùn)行，發(fā)電系統(tǒng)總體上仍是節(jié)能的，它為系統(tǒng)的整體節(jié)能目標(biāo)做出了貢獻(xiàn)，也就發(fā)揮了變頻器的極致作用，取得了優(yōu)良的節(jié)能效果。同時(shí)由于風(fēng)機(jī)、水泵配置容量比實(shí)際的需求容量普遍偏大（至少大30%），變頻器的使用也有掩蓋這個(gè)缺點(diǎn)取得“遮丑”的節(jié)能效果。
4、變頻器在油田注水采油應(yīng)用節(jié)能案例剖析
在油田采油的后期，儲(chǔ)油近于枯竭，為了提高油田的產(chǎn)能，普遍采用注水采油技術(shù)。
注水采油靠向含油層注入按比例加入阻垢劑、粘土穩(wěn)定劑、緩蝕劑、化學(xué)驅(qū)油物質(zhì)等化學(xué)原料處理過的混合水溶液，利用水淹含油層，在水的驅(qū)動(dòng)下，石油和水一起被帶出。圖4為油田注水采油綜合用能流程圖。圖4上的P2為高壓注水泵，為了節(jié)能采用變頻調(diào)速。
圖4 油田注水采油綜合用能流程圖
注水采油率:大慶（4.0m3水/噸原油）， 靖邊地方油田（17.4m3水/噸原油），每口注水井大概控制含油面積0.3～1.2k m2、大約控制2口采油井，注水量30～50m3/d。由于含油層的地質(zhì)構(gòu)造千差萬(wàn)別，它的水滲透系數(shù)有很大的不同，同時(shí)隨著采油的時(shí)間的變化，含油層的地質(zhì)構(gòu)造的水滲透系數(shù)也發(fā)生變化，因此從注水泵回路分析來(lái)看，相當(dāng)于注水泵的負(fù)載阻力特性隨含油層地質(zhì)構(gòu)造的不同和采油時(shí)間的變化而變化。對(duì)一個(gè)采油地區(qū)一段注水時(shí)間內(nèi)，采單位重量原油的注水量基本恒定，所以這個(gè)系統(tǒng)跟蹤的目標(biāo)應(yīng)當(dāng)是水泵注水量恒定，才能保證注水采油的采油量。但隨含油層的地質(zhì)構(gòu)造的水滲透系數(shù)的變化，對(duì)注水泵來(lái)說，工況點(diǎn)也要發(fā)生變化，為了保證注水泵在任何情況、任何頻率下都在最高效率地運(yùn)行，從系統(tǒng)思考的觀點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)在注水泵的出口增加一個(gè)閥門，作為調(diào)整注水泵工況點(diǎn)的補(bǔ)償環(huán)節(jié)。要知道水泵回路阻力并不是越小消耗的動(dòng)力越小，而是要回路阻力和水泵的特性相匹配，使水泵處在最高效率點(diǎn)工作，加上變頻器控制系統(tǒng)跟蹤注水流量恒定反饋控制，才能使變頻節(jié)能的系統(tǒng)發(fā)揮到極致。
從圖4也可以看出，給注水泵實(shí)現(xiàn)變頻節(jié)能控制，只是注水采油節(jié)能系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，其他環(huán)保、節(jié)能的項(xiàng)目也應(yīng)該一并考慮。如油水分離后的含油水，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過污水處理器處理后循環(huán)使用，否則含油污水亂排，很可能待油田壽終正寢后，留下的只是狼藉滿地、一片污染的不毛之地。注水循環(huán)使用也可以減少地下清水的開采量，減輕地下含水層的采水量的負(fù)擔(dān)。
又如，經(jīng)過污水處理器處理過的中水，估計(jì)有30～40℃，每噸水含有23.3～34.9kWh可回收熱量，供給加熱熱水或采暖供熱，100m3/h的回水大概可以供給面積為2～3萬(wàn)m2住房、約200～300戶家庭的采暖需求。如果把不經(jīng)熱回收的熱水再注入地下，這部分熱量就白白流失了。如果增加熱泵熱回收機(jī)組CH1，就可以達(dá)到熱回收的目的。
從上面的分析可看出，變頻器組成的控制系統(tǒng)，是以一個(gè)有機(jī)整體的面貌出現(xiàn)的，只有這個(gè)整體運(yùn)行協(xié)調(diào)，并時(shí)刻服從更大系統(tǒng)的總體目標(biāo)，變頻器的功能才能發(fā)揮到極致，才能取得明顯的節(jié)能效果�！跋到y(tǒng)是物質(zhì)世界存在的基本形式和根本屬性�！毕到y(tǒng)是一個(gè)活生生的統(tǒng)一的有機(jī)整體，而不是冷冰冰的機(jī)器堆積物。系統(tǒng)具有生物屬性—有序、和諧、自然、均衡，有生命過程。我們應(yīng)當(dāng)遵從世界是按系統(tǒng)的模式運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律，應(yīng)用“系統(tǒng)思考”的理念處理變頻變流量節(jié)能的問題。只有牢牢樹立符合客觀規(guī)律的“系統(tǒng)思考”的意識(shí)，才能清楚地定位變頻器在系統(tǒng)中正確的角色和作用，使變頻器融入系統(tǒng)中并和“左鄰右舍”共同構(gòu)成有機(jī)的系統(tǒng)整體，變頻器的功能才能發(fā)揮到極致，變頻變流量系統(tǒng)才能取得最大的節(jié)能效果。我們遇到的變頻變流量節(jié)能系統(tǒng)一般都是復(fù)雜的大系統(tǒng)，“系統(tǒng)思考”的理念是處理好當(dāng)今復(fù)雜大系統(tǒng)工程惟一正確的、可行的正確理念。我想，隨著時(shí)間的推移和用“系統(tǒng)思考”理念剖析變頻器的實(shí)用案例的增多，“系統(tǒng)思考”理念是會(huì)很快被人們接受、熟悉，并在我國(guó)節(jié)能服務(wù)市場(chǎng)上大顯威力的。
5、結(jié)束語(yǔ)
（1） 變頻器的應(yīng)用是融到系統(tǒng)當(dāng)中的，變頻器和電機(jī)、水泵共同組成控制系統(tǒng)的執(zhí)行器這個(gè)環(huán)節(jié)。單從變頻器專業(yè)模塊考慮變頻器的應(yīng)用不利于變頻業(yè)的健康發(fā)展。
（2） 變頻器的節(jié)能效果，取決于變頻器構(gòu)成的整體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能，單在變頻器這個(gè)專業(yè)模塊范圍內(nèi)考慮問題，變頻器不能發(fā)揮其極致功能。我們應(yīng)當(dāng)遵從客觀規(guī)律，用“系統(tǒng)思考”的理念來(lái)推行變頻器的應(yīng)用。
