1、引言
變頻器業(yè)界的專家、學者、企業(yè)家、用戶共聚一堂，歷數我國變頻器行業(yè)一年來取得的驕人成績。雖然我國變頻器市場仍舊是歐、美、日十大品牌占據主流，但我國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能和國外的品牌匹敵，并且占有的市場分額逐年迅速增加。這是令變頻器業(yè)界擊鼓相慶可喜可賀的大事。但是我們也應當清醒的認識到，和歐美、日產品相比，我國變頻器的產量、質量、品種和生產廠家的規(guī)模的差距還是不小，業(yè)界的同仁們應當利用我國正在大力提倡建設節(jié)約型社會、創(chuàng)新型國家的東風，縮小和歐美、日產品的差距。
隨著變頻器在各行各業(yè)的深入應用取得了令人矚目成績，也獲得了顯著節(jié)能效果、經濟效益、環(huán)境效益和社會效益。在變頻器這個專業(yè)模塊范圍內考慮的問題多，從變頻節(jié)能系統(tǒng)整體層面上考慮的問題少，弄不清楚整個系統(tǒng)真實的特性是什么，也不怎么清楚變頻器在整個系統(tǒng)的地位和作用，因而在一些項目中，變頻器僅僅起到了掩飾水泵、風機容量選擇過大的節(jié)能作用，而沒有從理論上根本解決系統(tǒng)節(jié)能的實質問題，或者僅僅把變頻器降格為一個擋風板的作用，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。這不利于我國變頻事業(yè)的健康發(fā)展。我覺得業(yè)界同仁們對于變頻器的正確應用必須給以充分的重視，應用變頻器產生極致的效益，是變頻器發(fā)展的終極目的，也只有變頻器應用正確、可靠、順利，才能對廣大用戶產生更大的吸引力，變頻器的市場才會有做大做強的巨大商機。我國每年節(jié)能服務市場的規(guī)模約有1200億，外國巨頭早就覬覦我國節(jié)能服務市場，他們已有大的舉措，我們已經聽到了這些巨人嗵嗵的腳步聲，同仁們，形勢緊張，機不可失，時不再來，讓我們攜起手來，為我國變頻器事業(yè)蓬勃發(fā)展、為我國2020年達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
變頻器在實際使用中是以一個子系統(tǒng)的角色容入大系統(tǒng)中進行協(xié)調運行的。如在圖1的負反饋控制系統(tǒng)中，變頻器和電機、風機或水泵一起作為控制系統(tǒng)的執(zhí)行器，并和傳感器、調節(jié)器及被控對象共同構成一個完整的控制系統(tǒng)整體�？刂葡到y(tǒng)的性能取決于系統(tǒng)的結構，即控制系統(tǒng)的四個環(huán)節(jié)之間的相互聯系、相互影響和相互制約也就是相互關聯。各個環(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)不一定要求每個環(huán)節(jié)局部最優(yōu)。大部分變頻器應用都可歸結為這種運行模式。這就是說如果控制系統(tǒng)的四個環(huán)節(jié)不匹配，即便是變頻器的性能再好，也顯示不出來。
圖1 變頻器在控制系統(tǒng)中的作用
從圖1可以看出，變頻器構成的控制系統(tǒng)，跟蹤的是與系統(tǒng)變化過程特點密切相關的特征參數θa，以克服干擾f造成的影響，而不是相關性很弱的其他參數。筆者在工程上曾見過這樣的案例:在一個空調箱中，變頻器不是跟蹤反映負荷變化的特性參數，而是跟蹤和負荷變化不相關的過濾器兩側的阻力降，變頻器形同虛設，根本起不到跟蹤負荷變化節(jié)能的作用。變頻器和電動機、水泵組成的執(zhí)行器環(huán)節(jié)的實質是變能量流，跟蹤什么參數變，這是我們設計變頻變流量節(jié)能系統(tǒng)應該特別要注意的。
3、變頻器在火力發(fā)電廠應用節(jié)能案例剖析
圖2是變頻器在火電廠的應用方案圖。在這個方案中只是突出了高壓變頻器（HVIN）、變壓器P.T）和高壓電機（M）組成的控制回路中的多半個環(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擋風板的作用，而沒有發(fā)揮變頻器應有的作用。
圖2 變頻器在火電廠的使用方案
實際在電廠的風機、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)電廠生產流程示意圖。在火力發(fā)電廠中的風機、水泵配置的電動機基本上都是超過250kW的高壓電動機，因此變頻變流量節(jié)能應用都需要高壓變頻器。但生產流程中處在不同位置的風機或水泵，和高壓變頻器組成的控制系統(tǒng)跟蹤的目標是不同的，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)電負荷、氣候的影響，冷卻水溫會發(fā)生變化，從而影響冷凝器4的冷凝壓力并波及汽輪機3的出力和效率，即影響發(fā)電機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)應當跟蹤的是冷凝器4的冷凝壓力，以克服發(fā)電負荷、氣候變化對發(fā)電效率的影響，保持發(fā)電機組在變工況的高效運行，同時由于控制系統(tǒng)能夠根據發(fā)電出力和氣候變化自動調節(jié)冷卻水量，冷卻泵8也以最小的能耗，實現了發(fā)電系統(tǒng)的高效運行，自身也得到了最大的節(jié)能效果。
又如，圖3中的引風機17，分析它和變頻器構成的控制系統(tǒng)跟蹤的應是鍋爐爐膛21的負壓恒定，以保證在發(fā)電變負荷、大氣壓力隨氣候變化時變鍋爐的高效燃燒，從而保持發(fā)電系統(tǒng)變工況時的高效運行。
再如，圖3中的送風機15，分析它和變頻器、蒸汽用量傳感器、煤量傳感器構成的復合控制系統(tǒng)跟蹤的應是鍋爐燃燒的風煤比，以保證在發(fā)電變負荷、大氣壓力隨氣候變化時鍋爐的高效燃燒，從而保持發(fā)電系統(tǒng)的高效運行。
分析引風機17和送風機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)，這是風機、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，但如果它服從整個發(fā)電系統(tǒng)高效運行的整體目標，以最小的代價實現整個發(fā)電系統(tǒng)的高效運行，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)能目標做出了貢獻，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。同時由于風機、水泵配置容量比實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缺點取得“遮丑”的節(jié)能效果。
4、變頻器在油田注水采油應用節(jié)能案例剖析
在油田采油的后期，儲油近于枯竭，為了提高油田的產能，普遍采用注水采油技術。
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、化學驅油物質等化學原料處理過的混合水溶液，利用水淹含油層，在水的驅動下，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。由于含油層的地質構造千差萬別，它的水滲透系數有很大的不同，同時隨著采油的時間的變化，含油層的地質構造的水滲透系數也發(fā)生變化，因此從注水泵回路分析來看，相當于注水泵的負載阻力特性隨含油層地質構造的不同和采油時間的變化而變化。對一個采油地區(qū)一段注水時間內，采單位重量原油的注水量基本恒定，所以這個系統(tǒng)跟蹤的目標應當是水泵注水量恒定，才能保證注水采油的采油量。但隨含油層的地質構造的水滲透系數的變化，對注水泵來說，工況點也要發(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行，從系統(tǒng)思考的觀點，應當在注水泵的出口增加一個閥門，作為調整注水泵工況點的補償環(huán)節(jié)。要知道水泵回路阻力并不是越小消耗的動力越小，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，給注水泵實現變頻節(jié)能控制，只是注水采油節(jié)能系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，其他環(huán)保、節(jié)能的項目也應該一并考慮。如油水分離后的含油水，應當經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擔。
又如，經過污水處理器處理過的中水，估計有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m2住房、約200～300戶家庭的采暖需求。如果把不經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組CH1，就可以達到熱回收的目的。
從上面的分析可看出，變頻器組成的控制系統(tǒng)，是以一個有機整體的面貌出現的，只有這個整體運行協(xié)調，并時刻服從更大系統(tǒng)的總體目標，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)是物質世界存在的基本形式和根本屬性�！毕到y(tǒng)是一個活生生的統(tǒng)一的有機整體，而不是冷冰冰的機器堆積物。系統(tǒng)具有生物屬性—有序、和諧、自然、均衡，有生命過程。我們應當遵從世界是按系統(tǒng)的模式運動的客觀規(guī)律，應用“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，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”共同構成有機的系統(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)一般都是復雜的大系統(tǒng)，“系統(tǒng)思考”的理念是處理好當今復雜大系統(tǒng)工程惟一正確的、可行的正確理念。我想，隨著時間的推移和用“系統(tǒng)思考”理念剖析變頻器的實用案例的增多，“系統(tǒng)思考”理念是會很快被人們接受、熟悉，并在我國節(jié)能服務市場上大顯威力的。
5、結束語
（1） 變頻器的應用是融到系統(tǒng)當中的，變頻器和電機、水泵共同組成控制系統(tǒng)的執(zhí)行器這個環(huán)節(jié)。單從變頻器專業(yè)模塊考慮變頻器的應用不利于變頻業(yè)的健康發(fā)展。
（2） 變頻器的節(jié)能效果，取決于變頻器構成的整體系統(tǒng)的結構和性能，單在變頻器這個專業(yè)模塊范圍內考慮問題，變頻器不能發(fā)揮其極致功能。我們應當遵從客觀規(guī)律，用“系統(tǒng)思考”的理念來推行變頻器的應用。
