CN107743001B - 负载模拟方法、变频器、负载模拟器及静止变频启动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种负载模拟方法、变频器、负载模拟器及静止变频启动系统，静止变频启动系统包括变频器、负载模拟器、上位机、同步电机、异步电机、励磁设备、PLC，填补了现有技术中的空白，对燃气发电机的静止变频启动系统的开发和应用具备重要的支撑和指导作用。本发明中的负载模拟器能够根据燃气轮机的转矩‑转速曲线实时调节，提高了负载模拟的灵活性和控制精度；本发明设备结构简单，控制方式灵活，响应速度快，用于模拟燃气发电机启动过程中的轴系力矩，并实现四象限平滑调节，可以为燃气发电机启动过程的研发及调试提供燃机轴系力矩模拟手段，使得试验过程中摆脱汽机、叶轮等庞大设备，提高实验效率和实验数据精度。
Description
技术领域
本发明涉及负载模拟技术，具体涉及一种负载模拟方法、变频器、负载模拟器及静止变频启动系统。
背景技术
随着中国经济的持续快速发展，环境保护和节能减排的压力越来越大，对清洁能源的利用需求越来越迫切。燃气发电作为一种清洁的电力应用，在国外一次能源消费中的比重将越来越大，已被公认为21世纪消费量增长最快的能源。
燃气轮发电系统包括燃气轮机和燃气发电机，其中燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械。其中燃气轮机包括压气机、燃烧室和透平，压气机、燃烧室和透平同轴连接，在燃气轮发电系统启动时其轴系承受较大转矩，且随着燃气轮发电系统不同的运行状态而变化。燃气轮发电系统在正常启动、吹扫模式、水洗模式和冷拖模式等工况时，必须要有外部动力启动整个轴系转动，并使燃气轮机按照主控系统的要求保持转速。随着燃气轮机容量的增大及电力电子技术的发展，变频器(load commutate inverter，变频器)已成为燃气轮机启动的首选方式，同时也是保证燃气发电机是否可靠启动的关键技术之一。
燃气轮机启动过程非常复杂，在变频器的开发中，进行物理仿真和实验验证是非常重要的，且燃气发电机的负载模拟方法是燃气发电机的静止变频启动实验的难点。
发明内容
为了弥补上述现有技术中静止变频启动系统及静止变频启动系统的负载模拟方法的空白，本发明提供一种负载模拟方法、变频器、负载模拟器及静止变频启动系统，静止变频启动系统包括变频器、负载模拟器、下发启动命令和点火命令给变频器和负载模拟器的上位机、用于模拟燃气发电机运行模式的同步电机、用于模拟燃气轮机运行模式的异步电机、用于在燃气发电机运行时给同步电机提供励磁电流的励磁设备、用于测量同步电机和异步电机的合成转矩，并将合成转矩发送给上位机的转矩测量仪以及用于根据第一确认信息和第二确认信息下发启动命令给负载模拟器、变频器和励磁设备，并根据燃气轮机的实际转速下发点火命令给变频器和负载模拟器的PLC，并通过上位机、变频器和电力负载模拟器实现静止变频启动系统的负载模拟。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种静止变频启动系统的负载模拟方法，包括：
变频器接收上位机下发的燃气发电机的运行模式，并返回第一确认信息给上位机；
变频器接收上位机通过PLC下发的启动命令，并进行启动；
变频器按照燃气发电机的运行模式输出驱动转矩给同步电机，使同步电机启动并加速；
变频器接收上位机通过PLC下发的点火命令，在燃气轮机的点火点之前，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过脉冲换相控制和自然换相控制输出最大驱动转矩给同步电机；在燃气轮机的点火点之后，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过自然换相控制输出驱动转矩给同步电机，且输出的驱动转矩随着燃气发电机的转速升高而降低；
变频器接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，并转入待机模式。
本发明还提供一种变频器，包括：
第一接收模块，用于接收上位机下发的燃气发电机的运行模式，并返回第一确认信息给上位机；
第一启动模块，用于接收上位机通过PLC下发的启动命令，并进行启动；
第一输出模块，用于按照燃气发电机的运行模式输出驱动转矩给同步电机，使同步电机启动并加速；
第一调节模块，用于接收上位机通过PLC下发的点火命令，在燃气轮机的点火点之前，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过脉冲换相控制和自然换相控制输出最大驱动转矩给同步电机；在燃气轮机的点火点之后，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过自然换相控制输出驱动转矩给同步电机，且输出的驱动转矩随着燃气发电机的转速升高而降低；
第二接收模块，用于接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，并使变频器转入待机模式。
本发明还提供一种静止变频启动系统的负载模拟方法，包括：
负载模拟器接收上位机下发的燃气轮机的转矩-转速曲线，并返回第二确认信息给上位机；
负载模拟器接收上位机通过PLC下发的启动命令，并进行启动；
负载模拟器接收上位机通过PLC下发的点火命令，实时监测燃气轮机的实际转速，并根据燃气轮机的实际转速调节输出转矩；
负载模拟器接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，输出负向最大阻力转矩，使燃气轮机加速到转速阈值，燃气发电机并网运行。
所述根据燃气轮机的实际转速调节输出转矩包括：
当燃气轮机的实际转速到达上位机设定的点火转速前，负载模拟器通过转矩闭环和电流闭环输出正向阻力转矩给异步电机；
当燃气轮机的实际转速到达上位机设定的点火转速后，负载模拟器通过转矩闭环控制和电流闭环控制输出负向阻力转矩给异步电机，使燃气轮机加速，且异步电机的负向阻力转矩逐渐增大。
本发明还提供一种负载模拟器，包括：
第三接收模块，用于接收上位机下发的燃气轮机的转矩-转速曲线，并返回第二确认信息给上位机；
第二启动模块，用于接收上位机通过PLC下发的启动命令，并进行启动；
第二调节模块，用于接收上位机通过PLC下发的点火命令，实时监测燃气轮机的实际转速，并根据燃气轮机的实际转速调节输出转矩；
第二输出模块，用于接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，输出负向最大阻力转矩，使燃气轮机加速到转速阈值，燃气发电机并网运行。
本发明还提供一种静止变频启动系统，包括：
变频器；
负载模拟器；
上位机，用于下发启动命令和点火命令给变频器和负载模拟器；
同步电机，用于模拟燃气发电机的运行模式；
异步电机，用于模拟燃气轮机的运行模式；
励磁设备，用于在燃气发电机运行时给同步电机提供励磁电流；
转矩测量仪，用于测量同步电机和异步电机的合成转矩，并将合成转矩发送给上位机；
PLC，用于根据第一确认信息和第二确认信息下发启动命令给负载模拟器、变频器和励磁设备，并根据燃气轮机的实际转速下发点火命令给变频器和负载模拟器。
所述变频器连接同步电机的定子绕组，所述励磁设备连接同步电机的转子绕组；
所述负载模拟器连接异步电机的定子绕组。
所述励磁设备收到PLC下发的启动命令后，给同步电机施加强行励磁，配合变频器完成同步电机的转子初始位置的检测。
所述异步电机的转子安装转子位置检测器，所述转子位置检测器将检测的异步电机的实际转速和转子位置发送给上位机和负载模拟器，所述负载模拟器根据异步电机的实际转速对异步电机进行校准。
所述转子位置检测器包括光电式检测器、磁感应式检测器、霍尔元件式检测器或接近开关式检测器。
所述变频器的运行过程包括脉冲换相阶段和自然换相阶段；
在脉冲换相阶段中，所述变频器对励磁设备进行电流闭环控制；
在自然换相阶段中，所述变频器对励磁设备进行电压闭环控制，当同步电机的电压达到电压阈值时，所述变频器对励磁设备进行弱磁控制。
本发明还提供一种静止变频启动系统的负载模拟方法，包括：
负载模拟器接收上位机下发的燃气轮机的转矩-转速曲线，并返回第二确认信息给上位机，同时变频器接收上位机下发的燃气发电机的运行模式，并返回第一确认信息给上位机；
负载模拟器和变频器分别接收PLC根据第二确认信息和第一确认信息下发的启动命令并启动；变频器按照燃气发电机的运行模式输出驱动转矩给同步电机，使同步电机启动并加速；
当燃气轮机的实际转速到达上位机设定的点火转速时，变频器接收到上位机通过PLC下发的点火命令，在燃气轮机的点火点之前，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过脉冲换相控制和自然换相控制输出最大驱动转矩给同步电机；在燃气轮机的点火点之后，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过自然换相控制输出驱动转矩给同步电机，且输出的驱动转矩随着燃气发电机的转速升高而降低；同时负载模拟器接收到上位机通过PLC下发的点火命令，实时监测燃气轮机的实际转速，并根据燃气轮机的实际转速调节输出转矩；
当燃气轮机的实际转速到达其自持转速时，变频器接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，并转入待机模式；负载模拟器接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，输出负向最大阻力转矩，使燃气轮机加速到转速阈值，燃气发电机并网运行。
所述根据燃气轮机的实际转速调节输出转矩包括：
当燃气轮机的实际转速到达上位机设定的点火转速前，负载模拟器通过转矩闭环和电流闭环输出正向阻力转矩给异步电机；
当燃气轮机的实际转速到达上位机设定的点火转速后，负载模拟器通过转矩闭环控制和电流闭环控制输出负向阻力转矩给异步电机，使燃气轮机加速，且异步电机的负向阻力转矩逐渐增大。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的基于变频器的静止变频启动系统的负载模拟方法中，首先变频器接收上位机下发的燃气发电机的运行模式，并返回第一确认信息给上位机；然后变频器接收上位机通过PLC下发的启动命令，并进行启动；接着变频器按照燃气发电机的运行模式输出驱动转矩给同步电机，使同步电机启动并加速；再者，变频器接收上位机通过PLC下发的点火命令，在燃气轮机的点火点之前，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过脉冲换相控制和自然换相控制输出最大驱动转矩给同步电机；在燃气轮机的点火点之后，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过自然换相控制输出驱动转矩给同步电机，且输出的驱动转矩随着燃气发电机的转速升高而降低；最后，变频器接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，并转入待机模式，最终从变频器方面实现静止变频启动系统的负载模拟；
本发明提供的基于负载模拟器的静止变频启动系统的负载模拟方法中，首先负载模拟器接收上位机下发的燃气轮机的转矩-转速曲线，并返回第二确认信息给上位机；然后负载模拟器接收上位机通过PLC下发的启动命令，并进行启动；接着，负载模拟器接收上位机通过PLC下发的点火命令，实时监测燃气轮机的实际转速，并根据燃气轮机的实际转速调节输出转矩；最后负载模拟器接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，输出负向最大阻力转矩，使燃气轮机加速到转速阈值(转速阈值为额定转速的105％～110％)，燃气发电机并网运行，最终从负载模拟器方面实现静止变频启动系统的负载模拟；
本发明提供的静止变频启动系统包括用于输出驱动转矩给同步电机的变频器、用于根据燃气轮机的实际转速调节输出转矩的负载模拟器、下发启动命令和点火命令给变频器和负载模拟器的上位机、用于模拟燃气发电机运行模式的同步电机、用于模拟燃气轮机运行模式的异步电机、用于在燃气发电机运行时给同步电机提供励磁电流的励磁设备、用于测量同步电机和异步电机的合成转矩，并将合成转矩发送给上位机的转矩测量仪以及用于根据第一确认信息和第二确认信息下发启动命令给负载模拟器、变频器和励磁设备，并根据燃气轮机的实际转速下发点火命令给变频器和负载模拟器的PLC，填补了现有技术中的空白，对燃气发电机的静止变频启动系统的开发和应用具备重要的支撑和指导作用；
本发明提供的静止变频启动系统及其负载模拟方法采用负载模拟器和异步电机实现，与传统的力矩电机相比，设备结构简单，控制方式灵活，响应速度快；
本发明提供的技术方案中的同步电机用于模拟燃气发电机的运行模式，并通过无位置传感器的变频器实现同步电机的软启动，可最大程度的还原燃气电站实际运行情况；
本发明技术方案中的负载模拟器在异步电机旋转方向不变的前提下，即可输出正向力矩，又可输出反向力矩，并根据燃气轮机的转矩-转速曲线实时调节，提高了负载模拟的灵活性和控制精度；
本发明提供的技术方案采用闭环方式，整套静止变频启动系统运行的功率损耗小于额定功率的10％，可以保证实验内容的条件下降低静止变频启动系统的能耗；
本发明提供的技术方案用于模拟燃气发电机启动过程中的轴系力矩，并实现四象限平滑调节，可以为燃气发电机启动过程的研发及调试提供燃机轴系力矩模拟手段，使得试验过程中摆脱汽机、叶轮等庞大设备，提高实验效率和实验数据精度。
附图说明
图1是本发明实施例1中静止变频启动系统的负载模拟方法流程图；
图2是本发明实施例3中静止变频启动系统的负载模拟方法流程图；
图3是本发明实施例5中静止变频启动系统的负载模拟方法流程图；
图4是本发明实施例5中负载模拟器输出的阻力转矩-转速的曲线图；
图5是本发明实施例7中静止变频启动系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本发明实施例1提供一种静止变频启动系统的负载模拟方法，该负载模拟方法基于上位机，该方法的具体流程图如图1所示，具体过程如下：
S101：上位机下发燃气轮机的转矩-转速曲线给负载模拟器，并下发燃气发电机的运行模式给变频器；
S102：上位机获取负载模拟器返回的第二确认信息和变频器返回的第一确认信息，并通过PLC下发启动命令给负载模拟器和变频器；
S103：当燃气轮机的实际转速到达上位机设定的点火转速时，上位机通过PLC下发点火命令给负载模拟器和变频器；
S104：上位机实时监视燃气轮机的实际转速，当燃气轮机的实际转速到达其自持转速时，上位机通过PLC下发变频器退出指令给变频器和负载模拟器。
实施例2
基于同一发明构思，本发明实施例2提供了一种上位机，这些设备解决问题的原理与实施例1的静止变频启动系统的负载模拟方法相似，本发明实施例2提供的上位机可以包括第一下发模块、第二下发模块、第三下发模块和第四下发模块，下面对上述四个模块的功能进行介绍：
其中的第一下发模块，用于下发燃气轮机的转矩-转速曲线给负载模拟器，并下发燃气发电机的运行模式给变频器；
其中的第二下发模块，用于获取负载模拟器返回的第二确认信息和变频器返回的第一确认信息，并通过PLC下发启动命令给负载模拟器和变频器；
其中的第三下发模块，用于当燃气轮机的实际转速到达上位机设定的点火转速时，通过PLC下发点火命令给负载模拟器和变频器；
其中的第四下发模块，用于实时监视燃气轮机的实际转速，当燃气轮机的实际转速到达其自持转速时，通过PLC下发变频器退出指令给变频器和负载模拟器。
实施例3
本发明实施例3提供一种静止变频启动系统的负载模拟方法，该负载模拟方法基于变频器，该方法具体流程图如图2所示，具体过程如下：
S201：变频器接收上位机下发的燃气发电机的运行模式，并返回第一确认信息给上位机；
S202：变频器接收上位机通过PLC下发的启动命令，并进行启动；
S203：变频器按照燃气发电机的运行模式输出驱动转矩给同步电机，使同步电机启动并加速；
S204：变频器接收上位机通过PLC下发的点火命令，在燃气轮机的点火点之前，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过脉冲换相控制和自然换相控制输出最大驱动转矩给同步电机；在燃气轮机的点火点之后，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过自然换相控制输出驱动转矩给同步电机，且输出的驱动转矩随着燃气发电机的转速升高而降低；
S205：变频器接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，并转入待机模式。
实施例4
基于同一发明构思，本发明实施例4提供一种变频器(load commutate inverter，LCI)，这些设备解决问题的原理与实施例3的静止变频启动系统的负载模拟方法相似，本发明实施例4提供的变频器可以包括第一接收模块、第一启动模块、第一输出模块、第一调节模块和第二接收模块，下面对上述模块的功能进行详细介绍：
其中的第一接收模块，用于接收上位机下发的燃气发电机的运行模式，并返回第一确认信息给上位机；
其中的第一启动模块，用于接收上位机通过PLC下发的启动命令，并进行启动；
其中的第一输出模块，用于按照燃气发电机的运行模式输出驱动转矩给同步电机，使同步电机启动并加速；
其中的第一调节模块，用于接收上位机通过PLC下发的点火命令，在燃气轮机的点火点之前，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过脉冲换相控制和自然换相控制输出最大驱动转矩给同步电机；在燃气轮机的点火点之后，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过自然换相控制输出驱动转矩给同步电机，且输出的驱动转矩随着燃气发电机的转速升高而降低；
其中的第二接收模块，用于接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，并使变频器转入待机模式。
实施例5
本发明实施例5提供一种静止变频启动系统的负载模拟方法，该负载模拟方法基于负载模拟器，该方法的具体流程图如图3所示，具体过程如下：
S301：负载模拟器接收上位机下发的燃气轮机的转矩-转速曲线，并返回第二确认信息给上位机；
S302：负载模拟器接收上位机通过PLC下发的启动命令，并进行启动；
S303：负载模拟器接收上位机通过PLC下发的点火命令，实时监测燃气轮机的实际转速，并根据燃气轮机的实际转速调节输出转矩；
S304：负载模拟器接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，输出负向最大阻力转矩，使燃气轮机加速到转速阈值(转速阈值为额定转速的105％～110％)，燃气发电机并网运行。
上述S303中，负载模拟器输出的阻力转矩-转速的曲线图如图4所示，负载模拟器根据燃气轮机的实际转速调节输出转矩的具体过程分为以下两种情况：
1)当燃气轮机的实际转速到达上位机设定的点火转速前，负载模拟器通过转矩闭环和电流闭环输出正向阻力转矩给异步电机；
2)当燃气轮机的实际转速到达上位机设定的点火转速后，负载模拟器通过转矩闭环控制和电流闭环控制输出负向阻力转矩给异步电机，使燃气轮机加速，且异步电机的负向阻力转矩逐渐增大。
实施例6
基于同一发明构思，本发明实施例6提供了一种负载模拟器，这些设备解决问题的原理与实施例5的静止变频启动系统的负载模拟方法相似，本发明实施例6提供的负载模拟器可以包括第三接收模块、第二启动模块、第二调节模块和第二输出模块，下面对上述模块的功能进行介绍：
其中的第三接收模块，用于接收上位机下发的燃气轮机的转矩-转速曲线，并返回第二确认信息给上位机；
其中的第二启动模块，用于接收上位机通过PLC下发的启动命令，并进行启动；
其中的第二调节模块，用于接收上位机通过PLC下发的点火命令，实时监测燃气轮机的实际转速，并根据燃气轮机的实际转速调节输出转矩；
其中的第二输出模块，用于接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，输出负向最大阻力转矩，使燃气轮机加速到转速阈值(转速阈值为额定转速的105％～110％)，燃气发电机并网运行。
实施例7
本发明实施例7提供一种300kW燃气发电机的静止变频启动系统，该静止变频启动系统的结构图如图5所示，可以包括：
实施例1的上位机；
实施例3的变频器；
实施例5的负载模拟器；
同步电机，用于模拟燃气发电机的运行模式；
异步电机，用于模拟燃气轮机的运行模式；
励磁设备，用于在燃气发电机运行时给同步电机提供励磁电流；
转矩测量仪，用于测量同步电机和异步电机的合成转矩，并将合成转矩发送给上位机；
PLC，用于根据第一确认信息和第二确认信息下发启动命令给负载模拟器、变频器和励磁设备，并根据燃气轮机的实际转速下发点火命令给变频器和负载模拟器。
上述的同步电机和异步电机的额定电压为380V，额定功率为300kW，额定转速为750rpm，同步电机和异步电机同轴连接。异步电机的转子安装转子位置检测器，转子位置检测器将检测的异步电机的实际转速和转子位置发送给上位机和负载模拟器，负载模拟器根据异步电机的实际转速对异步电机进行校准。其中的转子位置检测器包括光电式检测器、磁感应式检测器、霍尔元件式检测器或接近开关式检测器。
上述的PLC与上位机之间通过Ethernet/Profibus连接，通过LABVIEW完成人机交互界面的开发。
上述的变频器的输出电压为0-400V，输出频率为0-53Hz，额定功率为60kW，其连接同步电机的定子绕组，上述的励磁设备连接同步电机的转子绕组，上述负载模拟器的输出电压为0-400V且连续可调，输出频率为0-57Hz且连续可调，额定功率为330kW，其连接异步电机的定子绕组。
上述励磁设备的额定输出电压为75V，额定输出电流为200A，其收到PLC下发的启动命令后，给同步电机施加强行励磁，配合变频器完成同步电机的转子初始位置的检测。
上述的变频器的运行过程包括脉冲换相阶段和自然换相阶段；
1)在脉冲换相阶段中，所述变频器对励磁设备进行电流闭环控制；
2)在自然换相阶段中，所述变频器对励磁设备进行电压闭环控制，当同步电机的电压达到电压阈值(转速阈值为额定转速的105％～110％)时，所述变频器对励磁设备进行弱磁控制。
实施例8
本发明实施例8提供了一种静止变频启动系统的负载模拟方法，该负载模拟方法基于实施例7的静止变频启动系统，具体过程如下：
S401：上位机下发燃气轮机的转矩-转速曲线给负载模拟器，并下发燃气发电机的运行模式给变频器；
上位机下发给负载模拟器的燃气轮机的转矩-转速曲线中，燃气轮机转矩的范围为-3820N.m～+3820N.m，转矩用T表示，且
其中K为电磁转矩，s为转差率，X20为转子静止时每相绕组的感抗，R2为转子电阻，U1为定子电压。
S402：负载模拟器接收上位机下发的燃气轮机的转矩-转速曲线，并返回第二确认信息给上位机，同时变频器接收上位机下发的燃气发电机的运行模式，并返回第一确认信息给上位机；
S403：上位机获取负载模拟器返回的第一确认信息和变频器返回的第二确认信息，并通过PLC下发启动命令给负载模拟器和变频器；
S404：负载模拟器和变频器分别接收上位机通过PLC下发的启动命令，并分别进行启动，之后变频器按照燃气发电机的运行模式输出驱动转矩给同步电机，使同步电机启动并加速；
S405：当燃气轮机的实际转速到达上位机设定的点火转速时，上位机通过PLC下发点火命令给负载模拟器和变频器；
S406：变频器接收上位机通过PLC下发的点火命令，在燃气轮机的点火点之前，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过脉冲换相控制和自然换相控制输出最大驱动转矩给同步电机(当同步电机转速达到额定转速的25％时，变频器输出最大驱动转矩为1000N.m)；在燃气轮机的点火点之后，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过自然换相控制输出驱动转矩给同步电机，且输出的驱动转矩随着燃气发电机的转速升高而降低；同时负载模拟器接收上位机通过PLC下发的点火命令，实时监测燃气轮机的实际转速，并根据燃气轮机的实际转速调节输出转矩；
S407：上位机实时监视燃气轮机的实际转速，当燃气轮机的实际转速到达其自持转速(为额定转速的70％～80％)时，变频器输出功率减小至0，并闭锁触发脉冲，此时上位机通过PLC下发变频器退出指令给变频器和负载模拟器；
S408：变频器接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，并转入待机模式；负载模拟器接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，输出负向最大阻力转矩，使燃气轮机加速到转速阈值(转速阈值为额定转速的105％～110％)，燃气发电机并网运行。
当燃气发电机同期并网成功后，负载模拟器可根据试验要求调节静止变频启动系统输出的有功功率和无功功率，其有功调节范围为-300kW～+300kW，无功调节范围为-200kVar～+200kVar。当试验结束后，静止变频启动系统退出运行。
为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (2)
1.一种静止变频启动系统，其特征在于，包括：
变频器；
负载模拟器；
上位机，用于下发启动命令和点火命令给变频器和负载模拟器；
同步电机，用于模拟燃气发电机的运行模式；
异步电机，用于模拟燃气轮机的运行模式；
励磁设备，用于在燃气发电机运行时给同步电机提供励磁电流；
转矩测量仪，用于测量同步电机和异步电机的合成转矩，并将合成转矩发送给上位机；
PLC，用于根据第一确认信息和第二确认信息下发启动命令给负载模拟器、变频器和励磁设备，并根据燃气轮机的实际转速下发点火命令给变频器和负载模拟器；
所述变频器包括：
第一接收模块，用于接收上位机下发的燃气发电机的运行模式，并返回第一确认信息给上位机；
第一启动模块，用于接收上位机通过PLC下发的启动命令，并进行启动；
第一输出模块，用于按照燃气发电机的运行模式输出驱动转矩给同步电机，使同步电机启动并加速；
第一调节模块，用于接收上位机通过PLC下发的点火命令，在燃气轮机的点火点之前，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过脉冲换相控制和自然换相控制输出最大驱动转矩给同步电机；在燃气轮机的点火点之后，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过自然换相控制输出驱动转矩给同步电机，且输出的驱动转矩随着燃气发电机的转速升高而降低；
第二接收模块，用于接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，并使变频器转入待机模式；
所述负载模拟器包括：
第三接收模块，用于接收上位机下发的燃气轮机的转矩-转速曲线，并返回第二确认信息给上位机；
第二启动模块，用于接收上位机通过PLC下发的启动命令，并进行启动；
第二调节模块，用于接收上位机通过PLC下发的点火命令，实时监测燃气轮机的实际转速，并根据燃气轮机的实际转速调节输出转矩；
第二输出模块，用于接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，输出负向最大阻力转矩，使燃气轮机加速到转速阈值，燃气发电机并网运行；
所述变频器连接同步电机的定子绕组，所述励磁设备连接同步电机的转子绕组；
所述负载模拟器连接异步电机的定子绕组；
所述励磁设备收到PLC下发的启动命令后，给同步电机施加强行励磁，配合变频器完成同步电机的转子初始位置的检测；
所述异步电机的转子安装转子位置检测器，所述转子位置检测器将检测的异步电机的实际转速和转子位置发送给上位机和负载模拟器，所述负载模拟器根据异步电机的实际转速对异步电机进行校准；
所述转子位置检测器包括光电式检测器、磁感应式检测器、霍尔元件式检测器或接近开关式检测器；
所述变频器的运行过程包括脉冲换相阶段和自然换相阶段；
在脉冲换相阶段中，所述变频器对励磁设备进行电流闭环控制；
在自然换相阶段中，所述变频器对励磁设备进行电压闭环控制，当同步电机的电压达到电压阈值时，所述变频器对励磁设备进行弱磁控制。
2.一种静止变频启动系统的负载模拟方法，其特征在于，包括：
负载模拟器接收上位机下发的燃气轮机的转矩-转速曲线，并返回第二确认信息给上位机，同时变频器接收上位机下发的燃气发电机的运行模式，并返回第一确认信息给上位机；
负载模拟器和变频器分别接收PLC根据第二确认信息和第一确认信息下发的启动命令并启动；变频器按照燃气发电机的运行模式输出驱动转矩给同步电机，使同步电机启动并加速；
当燃气轮机的实际转速到达上位机设定的点火转速时，变频器接收上位机通过PLC下发的点火命令，在燃气轮机的点火点之前，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过脉冲换相控制和自然换相控制输出最大驱动转矩给同步电机；在燃气轮机的点火点之后，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过自然换相控制输出驱动转矩给同步电机，且输出的驱动转矩随着燃气发电机的转速升高而降低；同时负载模拟器接收上位机通过PLC下发的点火命令，实时监测燃气轮机的实际转速，并根据燃气轮机的实际转速调节输出转矩；
当燃气轮机的实际转速到达其自持转速时，变频器接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，并转入待机模式；负载模拟器接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，输出负向最大阻力转矩，使燃气轮机加速到转速阈值，燃气发电机并网运行；
所述根据燃气轮机的实际转速调节输出转矩包括：
当燃气轮机的实际转速到达上位机设定的点火转速前，负载模拟器通过转矩闭环和电流闭环输出正向阻力转矩给异步电机；
当燃气轮机的实际转速到达上位机设定的点火转速后，负载模拟器通过转矩闭环控制和电流闭环控制输出负向阻力转矩给异步电机，使燃气轮机加速，且异步电机的负向阻力转矩逐渐增大。
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