CN110417302A - 一种燃气轮机发电机组的电机启动电源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃气轮机发电机组的电机启动电源装置，包括UPS不间断电源模块、电池模块、控制模块、变频器及电机；所述UPS不间断电源模块包括输入断路器、整流器、双向变换器、逆变器及输出断路器，所述输入断路器的一端连接于市电电源，另一端连接于整流器的输入端，所述整理器的输入端连接于双向变换器及逆变器，所述双向变换器连接于逆变器，所述逆变器连接于输出断路器；所述电池模块包括电池断路器及电池组，所述电池组通过电池断路器连接于双向变换器；所述变频器的一端连接于输出断路器，另一端连接于电机。通过变频器启动电机，可以减少电机启动电流，同时通过市电电源对电池组进行充电，补充电池组的能量。
Description
技术领域
本发明涉及电源系统技术领域，特别涉及一种燃气轮机发电机组的电机启动电源装置。
背景技术
燃气轮机包括三个主要部件：压气机、燃气轮机和燃烧室，燃气轮机的正常运行是通过外部的辅助动力系统驱动燃气轮机的齿轮箱，将燃气轮机从静止状态运转达到一定转速，待加速到能独立运行后，辅助动力系统脱开；空气和燃料分别经压气机后送入燃烧室，燃料与空气混合并燃烧，释放出热能；燃烧所产生的燃气吸热后温度升高，然后流入燃气轮机边膨胀边作功，将其热能转变为机械能；燃机发电机组的动力装置采用燃气轮机，机组的发电机选用三相交流同步发电机，在燃气轮机输出轴与发电机输入轴之间采用圆柱销式或弹性联轴器连接，将燃气轮机的机械能转换为发电机输出的电能。
现有燃气轮发电机组的电机启动系统需要三相交流电源，一种是市电电源，另一种是由蓄电池组提供UPS不间断电源；在整个电源系统的中，直接启动时会对电源系统产生很大的冲击电流(电机额定电流的5-7倍)，瞬间启动造成电源系统的压降，对电源系统危害相当大。而且由于电机的频繁启动，会造成UPS不间断电源系统的蓄电池容量损失严重，最终不能启动燃气轮机。
发明内容
为此，需要提供一种燃气轮机发电机组的电机启动电源装置，解决电机直接启动时会对电源系统产生很大的冲击电流及电机频繁启动造成蓄电池容量损失严重的问题。
为实现上述目的，发明人提供了一种燃气轮机发电机组的电机启动电源装置，包括UPS不间断电源模块、电池模块、控制模块、变频器及电机；
所述UPS不间断电源模块包括输入断路器、整流器、双向变换器、逆变器及输出断路器，所述输入断路器的一端连接于市电电源，另一端连接于整流器的输入端，所述整理器的输入端连接于双向变换器及逆变器，所述双向变换器连接于逆变器，所述逆变器连接于输出断路器；
所述电池模块包括电池断路器及电池组，所述电池组通过电池断路器连接于双向变换器；
所述变频器的一端连接于输出断路器，另一端连接于电机；
所述控制模块包括可编程控制器及控制屏，所述控制屏连接于可编程控制器，所述可编程控制器连接于输入断路器、输出断路器及电池断路器的控制端以及变频器。
进一步优化，还包括双电源开关模块，所述双电源开关模块包括市电断路器、燃机断路器及电源控制器，所述市电断路器的一端连接于市电电源，另一端连接于输入断路器，所述燃机断路器的一端连接于燃机电源，另一端连接于输入断路器，所述电源控制器连接于市电断路器和燃机断路器的控制端以及可编程控制器。
进一步优化，所述电池模块还包括BMS电池管理单元及显示器，所述BMS电池管理单元连接于电池组及显示器。
进一步优化，所述UPS不间断电源模块还包括旁路断路器及静态开关，所述旁路断路器的一端连接于市电电源，另一端通过静态开关连接于输出断路器，所述旁路断路器的控制端连接于可编程控制器。
进一步优化，所述UPS不间断电源模块包括维修断路器，所述维修断路器的一端连接于市电电源，另一端连接于变频器，所述维修断路器的控制端连接于可编程控制器。
进一步优化，所述电池组为磷酸铁锂电池。
区别于现有技术，上述技术方案，电机启动电源通过电池组的直流电经逆变器转换为稳定的交流电，在经过变频器驱动电机，通过电机驱动燃气轮机的齿轮变速箱，将燃气轮机从静止状态运转达到一定转速，带加速到能够独立运行后，电机的齿轮从燃气轮机的齿轮变速箱脱开，完成电机启动过程；而当有市电电源时，市电电源通过输入断路器输入，经过整流器整流和逆变器转换后，输出稳定的交流电源连接到变频器，再经过变频器驱动电机，电机驱动燃机齿轮变速箱，将燃气轮机从静止状态运转达到一定转速，带加速到能够独立运行后，电机的齿轮从燃气轮机的齿轮变速箱脱开，完成电机启动过程；同时市电电源经过整流器整流后，通过双向变换器对电池组进行充电；通过变频器启动电机，可以减少电机启动电流，延长电池组的放电时间及使用寿命，同时通过市电电源对电池组进行充电，补充电池组的能量。
附图说明
图1为具体实施方式所述燃气轮机发电机组的电机启动电源装置的一种结构示意图；
图2为具体实施方式所述UPS不间断电源模块的一种结构示意图；
图3为具体实施方式所述电池模块的一种结构示意图；
图4为具体实施方式所述双电源开关模块的一种结构示意图。
附图标记说明：
1、UPS不间断电源模块；
11、双向变换器；
12、整流器；
13、逆变器；
14、静态开关；
15、输出断路器；
16、输入断路器；
17、旁路断路器；
18、维修断路器；
2、电池模块；
21、电池组；
22、BMS电池管理单元；
23、显示器；
24、电池断路器；
3、双电源开关模块；
31、市电断路器；
32、燃机断路器；
33、电源控制器；
4、控制模块；
41、可编程控制器；
42、控制屏；
5、变频器；
6、电机。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
燃气轮机发电机组主要由燃气轮机、三相交流同步发电机、燃油系统、润滑油系统、控制系统、进排气系统、辅助电源系统、机组底架等组成。
燃气轮机发电机组主要应用于石油石化、电信、高层建筑、酒店、生活小区、机场、银行、医院、军队、会议中心、海岛等重要场所的必需备用电源。
请参阅图1-3，本实施例提供一种燃气轮机发电机组的电机启动电源装置，包括UPS不间断电源模块1、电池模块2、控制模块4、变频器5及电机6；
所述UPS不间断电源模块1包括输入断路器16、整流器12、双向变换器11、逆变器13及输出断路器15，所述输入断路器16的一端连接于市电电源，另一端连接于整流器12的输入端，所述整理器的输入端连接于双向变换器11及逆变器13，所述双向变换器11连接于逆变器13，所述逆变器13连接于输出断路器15；
所述电池模块2包括电池断路器24及电池组21，所述电池组21通过电池断路器24连接于双向变换器11；
所述变频器5的一端连接于输出断路器15，另一端连接于电机6；
所述控制模块4包括可编程控制器41及控制屏42，所述控制屏42连接于可编程控制器41，所述可编程控制器41连接于输入断路器16、输出断路器15及电池断路器24的控制端以及变频器5。通过控制屏42可以发出控制指令给可编程控制器41，通过可编程控制器41可以实现对输出断路器15、输入断路器16、电池断路器24的开启和闭合；以及可以实现控制变频器5的启动和停止。
该装置主要包括市电模式及电池模式。市电模式：当市电正常时，市电电源通过输入断路器16输入，然后分为两个回路同时工作，一路是经过整流器12整流后，再经过双向变换器11对电池组21进行充电，其中双向变换器11主要负责对电池组21充放电过程进行监控管理以及直流电压转换作用；另一路是经过整流器12整流后，再通过逆变器13进行转换后，输出稳定的交流电源，然后连接到输出断路器15，通过输出断路器15输出到变频器5，通过变频器5提供稳定的交流电源给电机6启动使用。电池模式：当市电异常时，将储存于电池组21中的直流电经电池断路器24和双向变换器11连接到逆变器13，将直流电转换为交流电，然后通过输出断路器15输出变频器5，通过变频器5提供稳定的交流电源给电机6启动使用。经过变频器5驱动电机6，通过电机6驱动燃气轮机的齿轮变速箱，将燃气轮机从静止状态运转达到一定转速，带加速到能够独立运行后，电机6的齿轮从燃气轮机的齿轮变速箱脱开，完成电机6启动过程。其中，电池模式特别适用于在车载式燃气轮机电源车启动系统中应用。变频器5是通常采用VVVF变频或矢量控制变频技术，先把工频交流电源通过整流器12转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电机6。变频器5驱动下的电动机启动电流小、冲击力小，所以采用变频器5驱动电机6可以平滑地起动。通过变频器5启动电机6，可以减少电机6启动电流，避免对电源系统产生很大的冲击电流，延长电池组21的放电时间及使用寿命，同时通过市电电源对电池组21进行充电，补充电池组21的能量。
请参阅图4，在本实施例中，为了进一步保证电池组21的能量充足，还包括双电源开关模块3，所述双电源开关模块3包括市电断路器31、燃机断路器32及电源控制器33，所述市电断路器31的一端连接于市电电源，另一端连接于输入断路器16，所述燃机断路器32的一端连接于燃机电源，另一端连接于输入断路器16，所述电源控制器33连接于市电断路器31和燃机断路器32的控制端以及可编程控制器41。当市电电源通过市电断路器31和输入断路器16输入，然后经过变频器5驱动电机6，或者电池组21的直流电通过逆变器13转换后经过变频器5驱动电机6，完成燃气轮机的启动；当燃气轮机启动运行正常后，电机6的齿轮从燃机齿轮变速箱脱开，完成启动程序；然后燃气轮机的发电机6组输出的电源经过双电源开关模块3中的燃机断路器32、输入断路器16、整流器12及双向变换器11给电池组21充电，保证电池组21的能量充足。其中，电源控制器33可以检测市电电源及燃机电源的电压是否出现异常，相应地控制市电断路器31及燃机断路器32的开启和闭合，实现市电电源和燃机电源的相互切换。电源控制器33连接于可编程控制器41，通过可编程控制器41控制电源控制器33，可以选择市电电源和燃机电源的切换。
请参阅图3，本实施例中，为了实现对电池组21的故障检测，所述电池模块2还包括BMS电池管理单元22及显示器23，所述BMS电池管理单元22连接于电池组21及显示器23。通过BMS电池管理单元22对电池组21中的单体电池进行电压、电流及温度检测，同时对电池组21的单体电池进行均流管理，以及对电池组21的充放电检测、对SOC和SOH管理，实现告警管理及报表分析等功能，进而实现对电池组21的故障及时识别，早期预警及主动隔离。通过显示器23进行显示电池组21的单体电池的电压、电流、温度、SOC及SOH参数。其中BMS(BATTERYMANAGEMENT SYSTEM)电池管理单元可以准确估测动力电池组21的荷电状态(State ofCharge，即SOC)，即电池剩余电量，保证SOC维持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池造成损伤，并随时显示混合动力汽车储能电池的剩余能量，即储能电池的荷电状态；在电池充放电过程中，实时采集电动汽车蓄电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压，防止电池发生过充电或过放电现象。同时能够及时给出电池状况，挑选出有问题的电池，保持整组电池运行的可靠性和高效性，使剩余电量估计模型的实现成为可能。其中，所述电池组21为磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池相比于其他类型的电池，具有单体输出电压高、工作温度范围宽、比能量高、效率高、自放电率低和高倍率放电性能的优点。电池组21的作用是：一是给UPS不间断电源模块1提供直流电源，二是储存市电电源或燃机电源给电池组21的补充电能。
请参阅图2，在本实施例中，为了当UPS不间断电源模块1超载、整流器12或逆变器13出现故障时，能够启动电机6，所述UPS不间断电源模块1还包括旁路断路器17及静态开关14，所述旁路断路器17的一端连接于市电电源，另一端通过静态开关14连接于输出断路器15，所述旁路断路器17的控制端连接于可编程控制器41。当出现UPS不间断电源模块1超载、整流器12或逆变器13出现故障等情况时，或者接收到旁路指令时，UPS不间断电源模块1将转换为旁路模式进行输出，即市电电源通过旁路断路器17、静态开关14及输出断路器15连接到变频器5，然后直接给电机6进行供电，实现电机6启动。其中，静态开关14的作用是当市电出现大的电压波动时，把UPS不间断电源系统转换到旁路模式输出。其中，通过可编程控制器41可以控制旁路断路器17的开启和闭合。
请参阅图2，在本实施例中，为了当UPS不间断电源模块1检修时，实现电机6启动，所述UPS不间断电源模块1包括维修断路器18，所述维修断路器18的一端连接于市电电源，另一端连接于变频器5，所述维修断路器18的控制端连接于可编程控制器41。当UPS不间断电源模块1进行检修时，可以通过手动或自动控制维修断路器18闭合，同时输入断路器16及旁路断路器17断开，市电电源经过维修断路器18与变频器5连接，直接给电机6供电，实现电机6启动，同时可以对UPS不间断电源模块1进行检修。其中，通过可编程控制器41可以控制维修断路器18的开启和闭合。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。
Claims (6)
1.一种燃气轮机发电机组的电机启动电源装置，其特征在于，包括UPS不间断电源模块、电池模块、控制模块、变频器及电机；
所述UPS不间断电源模块包括输入断路器、整流器、双向变换器、逆变器及输出断路器，所述输入断路器的一端连接于市电电源，另一端连接于整流器的输入端，所述整理器的输入端连接于双向变换器及逆变器，所述双向变换器连接于逆变器，所述逆变器连接于输出断路器；
所述电池模块包括电池断路器及电池组，所述电池组通过电池断路器连接于双向变换器；
所述变频器的一端连接于输出断路器，另一端连接于电机；
所述控制模块包括可编程控制器及控制屏，所述控制屏连接于可编程控制器，所述可编程控制器连接于输入断路器、输出断路器及电池断路器的控制端以及变频器。
2.根据权利要求1所述燃气轮机发电机组的电机启动电源装置，其特征在于，还包括双电源开关模块，所述双电源开关模块包括市电断路器、燃机断路器及电源控制器，所述市电断路器的一端连接于市电电源，另一端连接于输入断路器，所述燃机断路器的一端连接于燃机电源，另一端连接于输入断路器，所述电源控制器连接于市电断路器和燃机断路器的控制端以及可编程控制器。
3.根据权利要求1所述燃气轮机发电机组的电机启动电源装置，其特征在于，所述电池模块还包括BMS电池管理单元及显示器，所述BMS电池管理单元连接于电池组及显示器。
4.根据权利要求1所述燃气轮机发电机组的电机启动电源装置，其特征在于，所述UPS不间断电源模块还包括旁路断路器及静态开关，所述旁路断路器的一端连接于市电电源，另一端通过静态开关连接于输出断路器，所述旁路断路器的控制端连接于可编程控制器。
5.根据权利要求1所述燃气轮机发电机组的电机启动电源装置，其特征在于，所述UPS不间断电源模块包括维修断路器，所述维修断路器的一端连接于市电电源，另一端连接于变频器，所述维修断路器的控制端连接于可编程控制器。
6.根据权利要求1所述燃气轮机发电机组的电机启动电源装置，其特征在于，所述电池组为磷酸铁锂电池。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 364000 Dongbao Road, east city, Xinluo District, Longyan, Fujian Province, No. 421 Applicant after: Fujian Qiaolong emergency equipment Co., Ltd Address before: 364000 Dongbao Road, east city, Xinluo District, Longyan, Fujian Province, No. 421 Applicant before: Fujian overseas Chinese dragon emergency equipment Co., Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information |