CN105186576B - 一种双馈异步化改造的同步发电机组系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双馈异步化改造的同步发电机组系统，包括若干同步发电机、用于替换同步发电机转子的绕线式双馈异步发电机转子、转速调节控制系统、机侧变流器、交流母线、直流母线、网侧变流器、辅助系统、测量控制系统、原动机及其传动机构。本发明保留原同步发电机的定子及定子绕组，只将原同步发电机组的转子替换为与定子绕组极数相同的绕线式双馈异步发电机转子，对原系统的改动较小，改造成本较低，结合同步发电机与双馈异步发电机的特性，提高原动机及整个发电机组的运行效率，改善原同步发电机组的运行工况，提高发电机组的容量，提高发电机组运行的稳定性。

Description

一种双馈异步化改造的同步发电机组系统

技术领域

本发明涉及同步发电及双馈异步发电系统，尤其涉及一种双馈异步化改造的同步发电机组系统。

背景技术

同步发电机组以其容量大、可调节有功功率及无功功率等优点在水力发电、风力发电、热力发电等能源开发中得到了广泛的应用。由于受电网频率、发电工作物质的不稳定性及电网调度等条件的约束，使得驱动这些同步发电机的原动机不能始终处于最优的工作转速，进而导致发电机组的工况恶化，振动加剧，效率降低，影响了发电机组的安全运行。

随着当前能源开发的发展，为了提高原动机的能源转化效率，在水力发电、风力发电、潮汐发电及波浪发电等清洁能源的开发中，广泛地使用了双馈异步发电机实现变速恒频发电。在双馈异步发电机组工作的过程中，原动机的转速会在某个范围内变化，由其驱动的双馈异步发电机的转速随之变化，进而由转子交换的电功率频率亦变化，需经变流器并入电网。在双馈异步发电机组运行过程中，变流器只对转子的转差功率进行变流，故变流器的容量较小。

发明内容

本发明的目的在于结合上述现有技术的优点，提供一种双馈异步化改造的同步发电机组系统，提高原动机及整个发电机组的运行效率，改善原同步发电机组的运行工况，提高发电机组的容量，提高发电机组运行的稳定性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种双馈异步化改造的同步发电机组系统，包括若干同步发电机、用于替换同步发电机转子的绕线式双馈异步发电机转子、转速调节控制系统、机侧变流器、交流母线、直流母线、网侧变流器、辅助系统、原动机及其传动机构，

所述同步发电机的定子绕组均与交流母线相连，所述同步发电机的绕线式异步发电机转子绕组经机侧变流器、直流母线、网侧变流器与交流母线相连，交流母线经变压器与电网相连；

所述传动机构用于联接原动机及发电机转子，实现动力的传递及可能存在的转速变换；所述转速调节控制系统用于控制原动机的转速，根据整个系统的运行工况调整原动机的转速，实现能量的高效转换或限制功率输入使整个系统处于安全的工作区间；

所述辅助系统包括油气水电等为系统安全可靠工作提供必要的通风、散热、除冰工作环境。

进一步地，各同步发电机的绕线式异步发电机转子绕组经每台同步发电机各自配置的机侧变流器与直流母线相连，直流母线经网侧变流器与交流母线相连。

进一步地，每台同步发电机组配备一台机侧变流器及一台网侧变流器，所述机侧变流器连接绕线式异步发电机转子绕组、直流母线及网侧变流器，网侧变流器连接交流母线。

进一步地，所述原动机包括风力机、汽轮机、水轮机。

进一步地，还包括测量控制系统，所述测量控制系统用于检测各设备的运行状态、参数，控制原动机、发电机的转速，进而控制各变流器的运行，监控整个系统的安全稳定运行。

进一步地，还包括开关切换单元，所述机侧变流器通过开关切换单元与发电机的异步转子绕组相连，所述网侧变流器通过开关切换单元连接交流母线，所述开关切换单元用于改变系统各部件的联接方式，结合变流器内部控制模式的转换，使网侧变流器与机侧变流器均可作为两台相互备用的机侧变流器或网侧变流器；当网侧变流器故障时，直接将其切除进行维修；当机侧变流器故障时，将网侧变流器的控制模式转换为机侧变流器控制模式，使网侧流器转换为机侧变流器，并将机侧变流器切除进行维修；当发电系统故障时，将发电系统切除，网侧变流器与机侧变流器均工作于网侧模式，为其他机组提供变流容量；同时连接导线的开关切换单元使变速恒频发电机组独立运行或多机联合运行。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本发明简单，易于实现。

本发明保留原同步发电机的定子及定子绕组，只将原同步发电机组的转子替换为与定子绕组极数相同的绕线式双馈异步发电机转子，对原系统的改动较小，改造成本较低。同时，在整个运行过程中发电机组不需停机检修或只须进行短暂停机切换，即可将故障部分隔离而不影响其他部分的运行，减少维护成本和时间。

如上所述，本系统技术手段简便易行，结合同步发电机与双馈异步发电机的特性，提高原动机及整个发电机组的运行效率，改善原同步发电机组的运行工况，提高发电机组的容量，提高发电机组运行的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构方框图及控制示意图。

图2为本发明实施例2的结构方框图及控制示意图。

图3是本发明实施例3的结构方框图及控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

实施例1

如图1所示。一种双馈异步化改造的同步发电机组系统，将同步发电机的转子替换为与同步发电机定子绕组极数相同的绕线式双馈异步发电机转子，包括同步发电机、绕线式双馈异步发电机转子、转速调节控制系统、机侧变流器、直流母线、交流母线、网侧变流器、辅助系统、测量控制系统、原动机及其传动机构，所述同步发电机的定子绕组与交流母线相连，各同步发电机的绕线式异步发电机转子绕组经每台同步发电机各自配置的机侧变流器与直流母线相连，直流母线经大功率网侧变流器与交流母线相连，交流母线经变压器与电网相连，实现发电机组的变速恒频控制。所述原动机包括风力机、热力机、水轮机等能量转换设备，所述传动机构用于联接原动机及发电机转子，实现动力的传递及可能存在的转速变换。所述转速调节控制系统用于控制原动机的转速，根据整个系统的运行工况调整原动机的转速，实现能量的高效转换或限制功率输入使整个系统处于安全的工作区间。所述辅助系统包括油气水电等为系统安全可靠工作提供必要的通风、散热、除冰等工作环境。

本实施例中，机侧变流器联接绕线式双馈异步发电机转子绕组与直流母线，并根据双馈异步发电机的转速，实现直流母线与双馈异步发电机的转子绕组的双向功率交换，当发电机的转速大于其同步转速时，向直流母线输出电功率，当发电机的转速小于等于其同步转速时，从直流母线吸收电功率。

所述网侧变流器采用单台或多台大容量变流器，其连接交流母线、直流母线，实现交流母线及直流母线间的功率双向交换，当连接到直流母线的机侧变流器总输出的电功率大于总输入的电功率时，网侧变流器从直流母线向交流母线输出电功率，当连接到直流母线的机侧变流器总输出的电功率小于总输入的电功率时，网侧变流器从交流母线向直流母线输出电功率；

测量控制系统用于检测各设备的运行状态、参数，控制原动机、发电机的转速，进而控制各变流器的运行，监控整个系统的安全稳定运行。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于：每台同步发电机组配备一台机侧变流器及一台网侧变流器，所述机侧变流器连接绕线式异步发电机转子绕组、直流母线及网侧变流器，网侧变流器连接交流母线，构成背靠背的交-直-交变流器，当然，也可以将机侧流器与网侧变流器合并为交-交变流器，使结构更加紧凑，实现发电机组的变速恒频控制。

实施例3

本实施例与实施例2的区别在于：增加了多个开关切换单元，所述机侧变流器通过开关切换单元与发电机的异步转子绕组相连，所述网侧变流器通过开关切换单元连接交流母线，所述开关切换单元用于改变系统各部件的联接方式，结合变流器内部控制模式的转换，使网侧变流器与机侧变流器均可作为两台相互备用的机侧变流器或网侧变流器；当网侧变流器故障时，直接将其切除进行维修；当机侧变流器故障时，将网侧变流器的控制模式转换为机侧变流器控制模式，使网侧流器转换为机侧变流器，并将机侧变流器切除进行维修；当发电系统故障时，将发电系统切除，网侧变流器与机侧变流器均工作于网侧模式，为其他机组提供变流容量；同时连接导线的开关切换单元使变速恒频发电机组独立运行或多机联合运行。本实施例通过增加开关切换单元，使整个发电机组系统在运行过程中出现部分发电机故障时能够不需停机检修或只须进行短暂停机切换，即可将故障部分隔离，而不影响其他发电机运行，减少系统的维护成本和时间，保证整个系统的安全稳定运行。

具体而言，开关切换单元的切换方式为：正常工作时，SM投到Ma，SG投到Gb，Da、Db闭合，当单台变速恒频发电机组独立运行时Dc打开，当多台变速恒频发电机组联合运行时Dc闭合；当网侧变流器故障时，开关SM投到Ma，Db打开，将网侧变流器切除；当机侧变流器故障时，SG投到Ga，Da打开，Db闭合，Dc闭合，网侧变流器切换到机侧变流器控制模式；SM投到Ma，SG投到Ga，Da、Db及Dc闭合，网侧变流器切换到机侧变流器控制模式，则网侧变流器、机侧变流器作为机互备份的机侧变流器；当机组停机，SM投到Mb，SG投到Gb，Da、Db及Dc闭合，机侧变流器切换到网侧变流器控制模式，则网侧变流器、机侧变流器作为机互备份的网侧变流器，为其他机组提供变流容量，在整个运行过程中变速恒频发电机组不需停机检修或只须进行短暂停机切换。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种双馈异步化改造的同步发电机组系统，其特征在于：包括若干同步发电机、用于替换同步发电机转子的绕线式双馈异步发电机转子、转速调节控制系统、机侧变流器、交流母线、直流母线、网侧变流器、辅助系统、原动机及其传动机构，所述同步发电机的定子绕组均与交流母线相连，所述同步发电机的绕线式异步发电机转子绕组经机侧变流器、直流母线、网侧变流器与交流母线相连，交流母线经变压器与电网相连；所述传动机构用于联接原动机及发电机转子，实现动力的传递及存在的转速变换；所述转速调节控制系统用于控制原动机的转速，根据整个系统的运行工况调整原动机的转速，实现能量的高效转换或限制功率输入使整个系统处于安全的工作区间；所述辅助系统包括油气水电为系统安全可靠工作提供必要的通风、散热、除冰工作环境；每台同步发电机组配备一台机侧变流器及一台网侧变流器，所述机侧变流器连接绕线式异步发电机转子绕组、直流母线、及网侧变流器，网侧变流器通过导线连接交流母线；还包括开关切换单元，所述机侧变流器通过开关切换单元连接发电机的异步转子绕组，所述网侧变流器通过开关切换单元连接交流母线，所述开关切换单元用于改变系统各部件的联接方式，结合变流器内部控制模式的转换，使网侧变流器与机侧变流器均可作为两台相互备用的机侧变流器或网侧变流器；当网侧变流器故障时，直接将其切除进行维修；当机侧变流器故障时，将网侧变流器的控制模式转换为机侧变流器控制模式，使网侧变流器转换为机侧变流器，并将机侧变流器切除进行维修；当发电系统故障时，将发电系统切除，网侧变流器与机侧变流器均工作于网侧模式，为其他机组提供变流容量；同时连接导线的开关切换单元使变速恒频发电机组独立运行或多机联合运行。

2.根据权利要求1所述的一种双馈异步化改造的同步发电机组系统，其特征在于:各同步发电机的绕线式异步发电机转子绕组经每台同步发电机各自配置的机侧变流器与直流母线相连，直流母线经网侧变流器与交流母线相连。

3.根据权利要求1所述的一种双馈异步化改造的同步发电机组系统，其特征在于:所述原动机包括风力机、汽轮机、水轮机。

4.根据权利要求1所述的一种双馈异步化改造的同步发电机组系统，其特征在于:还包括测量控制系统，所述测量控制系统用于检测各设备的运行状态、参数，控制原动机、发电机的转速，进而控制各变流器的运行，监控整个系统的安全稳定运行。