CN110707971A - 一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统及控制方法 - Google Patents

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盛建兴
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Abstract

本发明公开了一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统及控制方法，所述系统包括原动机、原动机控制器、异步电动机和发电机，所述燃气发电机组上分别设置有扭矩传感器和测速传感器，扭矩传感器和测速传感器分别连接原动机控制器，发电机的三相输出线路上连接有UPS不间断电源，UPS不间断电源的三相输出端对应连接交流调压装置的三相输入端，交流调压装置的三相输出端对应连接至异步电动机的三相接入端，且在交流调压装置的三相输出端与异步电动机的三相接入端之间设置有一组由第一继电器组控制的继电器触点，原动机控制器与交流调压装置之间连接有控制交流调压装置输出的第一CAN总线，且第一CAN总线通过电压信号输出线连接至第一继电器组的控制端。

Description

一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统及控制方法
技术领域
本发明涉及燃气发电机组技术领域，具体涉及一种增强燃气发电 机组突变负载能力的系统及控制方法。
背景技术
燃气发电机是一种以液化气、天然气等可燃气体为燃烧物，代替 汽油、柴油作为发动机动力的新能源发电机。
现有燃气发电机组由于受燃料性质所限，燃气发电机组的突然加 载能力和突然卸载能力普遍保持在10％～20％的较低范围内，无法承 受突加较大负载的能力和突卸较大负载的能力，所以往往选用比用电 负载大3～5倍功率的机组。由此一方面增大了整台燃气发电机组的体 积，另一方面也提高了燃气发电机组的成本。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种增强燃气发电机组突变负载 能力的系统及控制方法，旨在提高燃气发电机组对于负载突然变化的 承受能力，并降低燃气发电机组的体积和成本。具体的技术方案如下：
一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统，包括作为燃气发动 机的原动机、用于控制所述原动机的原动机控制器、依次连接所述原 动机的异步电动机和发电机，所述异步电动机的转子和所述发电机的 转子均与所述原动机的输出轴同轴连接，所述燃气发电机组上还分别 设置有用于检测原动机的输出轴扭矩和输出轴转速的扭矩传感器和 测速传感器，所述扭矩传感器和测速传感器分别连接所述原动机控制 器，所述发电机的三相输出线路上连接有UPS不间断电源，所述UPS 不间断电源的三相输出端对应连接交流调压装置的三相输入端，所述 交流调压装置的三相输出端对应连接至所述异步电动机的三相接入 端，且在所述交流调压装置的三相输出端与所述异步电动机的三相接 入端之间设置有一组由第一继电器组控制的继电器触点，所述原动机 控制器与所述交流调压装置之间连接有控制所述交流调压装置输出 的第一CAN总线，且所述第一CAN总线通过电压信号输出线连接至 所述第一继电器组的控制端；其中，所述第一继电器组的继电器数量 为三个。
上述技术方案中，由原动机控制器通过扭矩传感器和测速传感器 来分别检测原动机的输出轴扭矩和输出轴转速，当燃气发电机组处于 突然加载状态，原动机的输出轴扭矩增大、转速下降，于是原动机控 制器发出控制信号，并通过UPS不间断电源和交流调压装置为异步电 动机供电，异步电动机产生一个和原动机同向的扭矩，使得原动机的 输出轴转速增大；当燃气发电机组达到稳定加载状态时，原动机的输 出轴扭矩和转速恢复正常，则由原动机控制器发出控制信号，并断开 交流调压装置与异步电动机之间的连接，从而停止向异步电动机供电 供电。
作为本发明的进一步改进，所述发电机的三相输出线路上连接有 直流调压装置，所述直流调压装置上分别设置有直流正极端子、直流 负极端子和两个控制信号电压输出端子，所述异步电动机的三相接入 端中的其中两个相线接入端分别连接所述的直流正极端子和直流负 极端子，且所述两个相线接入端与所述直流正极端子和直流负极端子 之间设置有一组由第二继电器组控制的继电器触点，所述的两个控制 信号电压输出端子连接至所述第二继电器组的控制端；其中，所述第 二继电器组的继电器数量为两个。
当燃气发电机组处于突然卸载状态，原动机的输出轴扭矩下降、 转速增大，于是原动机控制器发出控制信号，并通过直流调压装置输 出直流电压，该直流电压加载到异步电动机的三相接入端中的其中两 个相线接入端，给异步电动机的定子绕组一个直流励磁电压，从而实 现能耗制动，并使得原动机的输出轴转速降低；当燃气发电机组达到 稳定加载状态时，原动机的输出轴扭矩和转速恢复正常，则由原动机 控制器发出控制信号，断开直流调压装置与异步电动机之间的连接， 从而停止对异步电动机的能耗制动。
作为本发明中交流调压装置的一种优选方案，所述交流调压装置 包括用于通过相线电流的三对分别反向并联的晶闸管，且所述反向并 联的晶闸管的一端为所述直流调压装置的输入端，另一端为所述直流 调压装置的输出端。
上述交流调压装置采用反向并联的晶闸管，能够使得每一对反向 并联的晶闸管在CAN总线信号的触发下实现交流电的双向导通。
另外，本发明在所述交流调压装置的三相输出端与所述异步电动 机的三相接入端之间设置有一组由第一继电器组控制的继电器触点， 并利用CAN总线信号对第一继电器组进行控制，从而起到了切断或接 通UPS不间断电源的作用。
作为本发明中直流调压装置的一种优选方案，所述直流调压装置 包括按照从输入到输出的顺序依次连接的降压模块、整流滤波模块和 线性稳压模块。
作为进一步的改进，本发明的一种增强燃气发电机组突变负载能 力的系统还包括用于将所述异步电动机转换为异步发电机的异步发 电机控制装置，所述异步发电机控制装置包括连接在所述异步电动机 的三相接入端上且按照三角形接法或星形接法连接的三组电容器，且 在所述三相接入端与所述三组电容器之间设置有一组由第三继电器 组控制的继电器触点；其中，所述第三继电器组的继电器数量为三个。
上述通过设置异步发电机控制装置，使得异步电动机可以作为异 步发电机使用，从而实现了在主发电机故障的情况下能够为核心设备 提供电源。
优选的，本发明中的所述异步电动机为异步水冷电动机。
上述将异步电动机优选为异步水冷电动机，其过载能力和散热能 力更好，有利于燃气发电机组更加适应其频繁突然加载和卸载而导致 的发热量较大的恶劣工况。
优选的，本发明中的所述继电器为固态继电器。
一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统的控制方法，包括如 下方法：
(1)在燃气发电机组中设置异步电动机，且所述异步电动机的 转子与燃气发电机组中发电机的转子、原动机的输出轴同轴连接；
(2)在燃气发电机组中分别设置用于检测原动机的输出轴扭矩 和转速的扭矩传感器和测速传感器；
(3)设置连接发电机的三相输出线路的UPS不间断电源和连接 所述UPS不间断电源的交流调压装置；
(4)设定发动机允许的最大扭矩增加率为X％，设定发动机允许 的最大卸载的扭矩变化为M％；
(5)建立设别燃气发电机组负载状态的如下判断公式： β＝(Tn+1－Tn)÷Tn×100％；
其中，β为发动机的扭矩变化百分比，Tn+1和Tn分别为机组运行 从启动到停止的时间间隔内其后一个时间端点的发动机输出轴扭矩 与前一个时间端点的发动机输出轴扭矩；
(6)按照下列方法判断燃气发电机组负载状态：当β值大于X％ 时，则机组处于突然加载状态；当β值小于M％时，则机组处于突然 卸载状态；当β值在M％～X％之间时，则机组处于空载或稳定加载状 态；
(7)当燃气发电机组处于突然加载状态，使得原动机的输出轴 转速降低，则通过UPS不间断电源和交流调压装置为异步电动机供 电，异步电动机产生一个和原动机同向的扭矩，使得原动机的输出轴 转速增加；当燃气发电机组达到稳定加载状态时，断开交流调压装置 与异步电动机之间的连接从而停止向异步电动机供电供电。
作为进一步改进，本发明的一种增强燃气发电机组突变负载能力 的系统的控制方法还包括如下方法：
(1)设置连接发电机的三相输出线路的直流调压装置；
(2)当燃气发电机组处于突然卸载状态，使得原动机的输出轴 转速增加，则通过直流调压装置输出直流电压加载到异步电动机的三 相接入端中的其中两个相线接入端，给异步电动机的定子绕组一个直 流励磁电压，从而实现能耗制动，并使得原动机的输出轴转速降低； 当燃气发电机组达到稳定加载状态时，断开直流调压装置与异步电动 机之间的连接从而停止对异步电动机的能耗制动。
作为更进一步改进，本发明的一种增强燃气发电机组突变负载能 力的系统的控制方法还包括异步电动机的选型，所述异步电动机的选 型包括异步电动机的额定转速选择和异步电动机的额定功率选择；其 中，所述异步电动机的额定转速选择为与所述发电机的额定转速相 同，所述异步电动机的额定功率选择依据如下方法：
(1)通过试验建立燃气发电机组在缓慢加载时的发动机的输出 扭矩变化曲线；
(2)通过试验建立燃气发电机组在突然加载时的发动机的输出 扭矩变化曲线；
(3)通过试验建立燃气发电机组在突然卸载时的发动机的输出 扭矩变化曲线；
(4)根据上述三条所述扭矩变化曲线，确定所需要的异步电动 机的额定转矩；
(5)根据以下公式得到异步电动机的额定功率： TN＝9550×Pn÷nN，
其中，TN为异步电动机额定转矩，Pn为异步电动机额定功率， nN为异步电动机额定转速。
本发明的有益效果是：
第一，本发明的一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统及控 制方法，在燃气发电机组处于突然加载状态时，能够通过连接在发电 机的三相输出线路上的UPS不间断电源和交流调压装置为异步电动 机供电，异步电动机产生一个和原动机同向的扭矩，使得原动机的输 出轴转速增加，由此提高了燃气发电机组对于负载突然加大的承受能 力。
第二，本发明的一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统及控 制方法，在燃气发电机组处于突然卸载状态时，能够通过连接在发电 机的三相输出线路上的直流调压装置输出直流电压，给异步电动机的 定子绕组一个直流励磁电压，从而实现能耗制动，并使得原动机的输 出轴转速降低，由此提高了燃气发电机组对于负载突然降低的承受能 力。
第三，本发明的一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统及控 制方法，通过设置异步发电机控制装置，使得异步电动机可以作为异 步发电机使用，从而实现了在主发电机故障的情况下能够为核心设备 提供电源。
第四，本发明的一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统及控 制方法，将异步电动机优选为异步水冷电动机，其过载能力和散热能 力更好，有利于燃气发电机组更加适应其频繁突然加载和卸载而导致 的发热量较大的恶劣工况。
第五，本发明的一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统及控 制方法，通过建立燃气发电机组在缓慢加载、突然加载和突然卸载工 况下的发动机的输出扭矩变化曲线，优化了燃气发电机组的设计和选 型，从而进一步提高了燃气发电机组对于突变负载的适应能力。
附图说明
图1是本发明的一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统的整 套机组示意图；
图2是本发明的一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统的电 路原理示意图；
图3是图2的左半部分发大图；
图4是图2的右半部分发大图；
图5是常规的燃气发电机组在缓慢加载时的发动机的输出扭矩变 化曲线示意图；
图6是常规的燃气发电机组在突然加载时的发动机的输出扭矩变 化曲线示意图；
图7是常规的燃气发电机组在突然卸载时的发动机的输出扭矩变 化曲线示意图；
图8是本发明的一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统中， 采用闭环调速方法来增强其突然加载能力的示意图；
图9是机组在突然加载时采用闭环调速系统进行控制的示意图；
图10是机组在突然卸载时采用闭环调速系统进行控制的示意图；
图11是对异步电动机进行能耗制动的接线示意图；
图12是在异步发电动机的定子三相上连接三角形接法的三组电 容器的示意图。
图中：G为发电机，M为异步电动机，ECU为原动机控制器(发 动机ECU)，K1、K2、K3为第三继电器组中的三个固态继电器，K4、 K5、K6为第一继电器组中的三个固态继电器，K7、K8为第二继电器 组中的三个固态继电器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描 述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以 此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
如图1至12所示为本发明的一种增强燃气发电机组突变负载能力 的系统的实施例，包括作为燃气发动机的原动机、用于控制所述原动 机的原动机控制器、依次连接所述原动机的异步电动机和发电机，所 述异步电动机的转子和所述发电机的转子均与所述原动机的输出轴 同轴连接，所述燃气发电机组上还分别设置有用于检测原动机的输出 轴扭矩和输出轴转速的扭矩传感器和测速传感器，所述扭矩传感器和 测速传感器分别连接所述原动机控制器，所述发电机的三相输出线路 上连接有UPS不间断电源，所述UPS不间断电源的三相输出端对应连 接交流调压装置的三相输入端，所述交流调压装置的三相输出端对应 连接至所述异步电动机的三相接入端，且在所述交流调压装置的三相 输出端与所述异步电动机的三相接入端之间设置有一组由第一继电 器组控制的继电器触点，所述原动机控制器与所述交流调压装置之间 连接有控制所述交流调压装置输出的第一CAN总线，且所述第一 CAN总线通过电压信号输出线连接至所述第一继电器组的控制端；其 中，所述第一继电器组的继电器数量为三个。
上述技术方案中，由原动机控制器通过扭矩传感器和测速传感器 来分别检测原动机的输出轴扭矩和输出轴转速，当燃气发电机组处于 突然加载状态，原动机的输出轴扭矩增大、转速下降，于是原动机控 制器发出控制信号，并通过UPS不间断电源和交流调压装置为异步电 动机供电，异步电动机产生一个和原动机同向的扭矩，使得原动机的 输出轴转速增大；当燃气发电机组达到稳定加载状态时，原动机的输 出轴扭矩和转速恢复正常，则由原动机控制器发出控制信号，并断开 交流调压装置与异步电动机之间的连接，从而停止向异步电动机供电 供电。
作为本实施例的进一步改进，所述发电机的三相输出线路上连接 有直流调压装置，所述直流调压装置上分别设置有直流正极端子、直 流负极端子和两个控制信号电压输出端子，所述异步电动机的三相接 入端中的其中两个相线接入端分别连接所述的直流正极端子和直流 负极端子，且所述两个相线接入端与所述直流正极端子和直流负极端 子之间设置有一组由第二继电器组控制的继电器触点，所述的两个控 制信号电压输出端子连接至所述第二继电器组的控制端；其中，所述 第二继电器组的继电器数量为两个。
当燃气发电机组处于突然卸载状态，原动机的输出轴扭矩下降、 转速增大，于是原动机控制器发出控制信号，并通过直流调压装置输 出直流电压，该直流电压加载到异步电动机的三相接入端中的其中两 个相线接入端，给异步电动机的定子绕组一个直流励磁电压，从而实 现能耗制动，并使得原动机的输出轴转速降低；当燃气发电机组达到 稳定加载状态时，原动机的输出轴扭矩和转速恢复正常，则由原动机 控制器发出控制信号，断开直流调压装置与异步电动机之间的连接， 从而停止对异步电动机的能耗制动。
作为本实施例中交流调压装置的一种优选方案，所述交流调压装 置包括用于通过相线电流的三对分别反向并联的晶闸管，且所述反向 并联的晶闸管的一端为所述直流调压装置的输入端，另一端为所述直 流调压装置的输出端。
上述交流调压装置采用反向并联的晶闸管，能够使得每一对反向 并联的晶闸管在CAN总线信号的触发下实现交流电的双向导通。
另外，本实施例在所述交流调压装置的三相输出端与所述异步电 动机的三相接入端之间设置有一组由第一继电器组控制的继电器触 点，并利用CAN总线信号对第一继电器组进行控制，从而起到了切断 或接通UPS不间断电源的作用。
作为本实施例中直流调压装置的一种优选方案，所述直流调压装 置包括按照从输入到输出的顺序依次连接的降压模块、整流滤波模块 和线性稳压模块。
作为进一步的改进，本实施例的一种增强燃气发电机组突变负载 能力的系统还包括用于将所述异步电动机转换为异步发电机的异步 发电机控制装置，所述异步发电机控制装置包括连接在所述异步电动 机的三相接入端上且按照三角形接法或星形接法连接的三组电容器， 且在所述三相接入端与所述三组电容器之间设置有一组由第三继电 器组控制的继电器触点；其中，所述第三继电器组的继电器数量为三 个。
上述通过设置异步发电机控制装置，使得异步电动机可以作为异 步发电机使用，从而实现了在主发电机故障的情况下能够为核心设备 提供电源。
优选的，本实施例中的所述异步电动机为异步水冷电动机。
上述将异步电动机优选为异步水冷电动机，其过载能力和散热能 力更好，有利于燃气发电机组更加适应其频繁突然加载和卸载而导致 的发热量较大的恶劣工况。
优选的，本实施例中的所述继电器为固态继电器。
实施例2：
一种采用实施例1的增强燃气发电机组突变负载能力的系统的控 制方法，包括如下方法：
(1)在燃气发电机组中设置异步电动机，且所述异步电动机的 转子与燃气发电机组中发电机的转子、原动机的输出轴同轴连接；
(2)在燃气发电机组中分别设置用于检测原动机的输出轴扭矩 和转速的扭矩传感器和测速传感器；
(3)设置连接发电机的三相输出线路的UPS不间断电源和连接 所述UPS不间断电源的交流调压装置；
(4)设定发动机允许的最大扭矩增加率为X％，设定发动机允许 的最大卸载的扭矩变化为M％；
(5)建立设别燃气发电机组负载状态的如下判断公式： β＝(Tn+1－Tn)÷Tn×100％；
其中，β为发动机的扭矩变化百分比，Tn+1和Tn分别为机组运行 从启动到停止的时间间隔内其后一个时间端点的发动机输出轴扭矩 与前一个时间端点的发动机输出轴扭矩；
(6)按照下列方法判断燃气发电机组负载状态：当β值大于X％ 时，则机组处于突然加载状态；当β值小于M％时，则机组处于突然 卸载状态；当β值在M％～X％之间时，则机组处于空载或稳定加载状 态；
(7)当燃气发电机组处于突然加载状态，使得原动机的输出轴 转速降低，则通过UPS不间断电源和交流调压装置为异步电动机供 电，异步电动机产生一个和原动机同向的扭矩，使得原动机的输出轴 转速增加；当燃气发电机组达到稳定加载状态时，断开交流调压装置 与异步电动机之间的连接从而停止向异步电动机供电供电。
作为进一步改进，本实施例的一种增强燃气发电机组突变负载能 力的系统的控制方法还包括如下方法：
(1)设置连接发电机的三相输出线路的直流调压装置；
(2)当燃气发电机组处于突然卸载状态，使得原动机的输出轴 转速增加，则通过直流调压装置输出直流电压加载到异步电动机的三 相接入端中的其中两个相线接入端，给异步电动机的定子绕组一个直 流励磁电压，从而实现能耗制动，并使得原动机的输出轴转速降低； 当燃气发电机组达到稳定加载状态时，断开直流调压装置与异步电动 机之间的连接从而停止对异步电动机的能耗制动。
作为更进一步改进，本实施例的一种增强燃气发电机组突变负载 能力的系统的控制方法还包括异步电动机的选型，所述异步电动机的 选型包括异步电动机的额定转速选择和异步电动机的额定功率选择； 其中，所述异步电动机的额定转速选择为与所述发电机的额定转速相 同，所述异步电动机的额定功率选择依据如下方法：
(1)通过试验建立燃气发电机组在缓慢加载时的发动机的输出 扭矩变化曲线；
(2)通过试验建立燃气发电机组在突然加载时的发动机的输出 扭矩变化曲线；
(3)通过试验建立燃气发电机组在突然卸载时的发动机的输出 扭矩变化曲线；
(4)根据上述三条所述扭矩变化曲线，确定所需要的异步电动 机的额定转矩；
(5)根据以下公式得到异步电动机的额定功率： TN＝9550×Pn÷nN，
其中，TN为异步电动机额定转矩，Pn为异步电动机额定功率， nN为异步电动机额定转速。
实施例3：
下面，对于本发明的一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统 及控制方法的原理结合附图作以进一步的说明：
如图5所示为常规的燃气发电机组在缓慢加载时的发动机的输出 扭矩变化曲线示意图，其中的t1～tn时间段表示机组从启动到停止的时 间。从图上看出输出扭矩变化曲线基本成线性。
如图6所示为常规的燃气发电机组在突然加载时的发动机的输出 扭矩变化曲线示意图，从图上看出t2～t3时间段内突然加载时的扭矩变 化情况，机组在突然加载时发动机的输出扭矩会有较大幅度的增加。
如图7所示为常规的燃气发电机组在突然卸载时的发动机的输出 扭矩变化曲线示意图。从图上看出机组在t2～t3时间段内突然卸载时的 扭矩变化情况，机组在突然卸载载时发动机的输出扭矩会有较大幅度 的减少，甚至会产生一个反向的扭矩。
如图8是所示为控制系统(原动机控制器)采用闭环调速方法来 增强其突然加载能力的示意图；如图9所示为机组在突然加载时采用 闭环调速系统进行控制的示意图。由于发动机在突然加载的状态下转 速会有一定的下降，此时通过UPS给交流调压装置一个额定电压U1， 交流调压装置为采用晶闸管等电力电子器件组成的交流调压装置。交 流调压装置可以根据控制信号e的大小将电压U1改变为不同的可变电 压Ux。控制信号为给定信号e0与反馈信号en之差。由图8可见当输出 电压Ux＝U1'时(对应于某一个控制信号e)对应于额定扭矩TN时的转 速为n2；当扭矩增至TN'后，如无反馈则转速将沿着对应于U1'的人为 机械特性下降到n2'，速度下降极为严重。在图9所示的闭环调速系统 中，由于机组加载而引起转速的下降，正比于转速的en也将减小。e (＝e0-en)的数值自动变大，使输出电压升增高，电动机将产生一个 与发动机运转方向同向的一个较大转矩，以提高发动机转速到额定转 速。在闭环系统中平滑的改变定子电压，即能平滑的调节异步电动机 的转速。
如图10所示为机组在突然卸载时采用闭环调速系统进行控制的 示意图，如图11所示是对异步电动机进行能耗制动的接线示意图；机 组在突然卸载的情况下机组转速会有较大的幅度的上升，此时需要异 步电动机进行能耗制动接线，能耗制动时改变转子串联电阻或定子励 磁电流大小，为了绕组转子异步电动机在能耗制动中迅速制动，需要 计算异步电动机定子直流励磁电流I与转子电路的串联电阻RΩ；
定子直流励磁电流I＝(2～3)I0；
上式中，I0为异步电动机的空载电流；
一般可取I0＝(0.2～0.5)I1N；
上式中，I1N为定子额定电流；
串联电阻
Figure BDA0002189139500000131
上式中，E2N为转子堵转时两集电环间的感应电动势，其值可由产品 目录查到；其中的I2N为转子额定电流，其值也可由产品目录查到；R2 为转子每相绕组的电阻；
转子每相绕组的电阻
Figure BDA0002189139500000132
上式中，SN为额定转差率，E2N为转子堵转时两集电环间的感应 电动势；I2N为转子额定电流；
根据异步电动机定子直流励磁电流I与转子电路的串联电阻RΩ， 可计算出异步电动机能达到的最大制动转矩TmT＝(1.25～2.2)TN。
由于发动机在突然卸载的状态下转速会有一定的上升，此时通过 UPS给调压装置一个额定U1，调压装置采用晶闸管等电力电子器件组 成的直流调压装置。直流调压装置可以根据控制信号e的大小将直流 电压U1改变为不同的可变电压Ux。控制信号为给定信号e0与反馈信号 en之差。由图8可见当输出电压Ux＝U′1时(对应于某一个控制信号e) 对应于额定负载TN时的转速为n2；当负载增至0后，发动机转速会有一 个上升，此时异步电动机转速同样上升。在图10所示的闭环调速系统 中，由于机组卸载而引起转速的增大，正比于转速的en也将增大。E (＝ec-en)的数值自动变小，使输出电压升增高，电动机将产生一个 与发动机扭矩相反的一个较大制动转矩，以稳定发动机转速到额定转 速。在闭环系统中平滑的改变定子励磁电压，即能平滑的调节异步电 动机的制动转矩。
如图12是在异步发电动机的定子三相上连接三角形接法的三组 电容器的示意图；在原动机(燃气机或燃气轮机)带动异步发电机运 行的时候可以在异步发电动机的定子三相上连接三角形或星形的三 组电容器。这时电容器组可以供给异步电动机发电所需的无功功率， 即供给建立磁场所需要的励磁电流。电容器连接成三角形时与异步电 动机定子的接线图如图3所示。由上所述，异步电动机的自励发电， 主要靠电容器供给定子绕组一个越前于定子电动势E的电容电流，这 一电流可建立自励发电所需要的磁场。当电容器C接成三角形时，电 容量C可参考下式选择(根据电动机额定线电压UN时，电动机的励磁 电流近似为I0，流过电容C的电流为
Figure RE-GDA0002310537980000141
选择)。
Figure BDA0002189139500000151
上式中，C为接成三角形时每相电容量(uF)；I0为电动机的励磁 电流(A)，可由试验测得，或者取I0＝0.3I1N；其中，f1为额定 频率；UN为电动机额定线电压。
异步电动作为异步发电机可以作为备用发电机来使用时由于功 率没有主发电机大。只能在主发电机故障的情况下为核心设备提供电 源。
如图2所示为本实施例中的一种增强燃气发电机组突变负载能力 的系统的电路原理示意图；原动机带动异步电动机和同步发电机进行 运转，在突然加载的过程中原动机转速会有一定的下降或停止，此时 交流调压装置通过CAN总线从原动机控制器(发动机ECU)读取原动机 扭矩和转速，并输出信号接通K4.K5.K6(固态继电器)使其触点导通 并通过UPS给交流调压装置一个额定电压，交流调压装置给异步电动 机一个三相电压，使异步电动机产生一个和发动机同向的扭矩，通过 闭环调节使发动机转速趋于稳定此时断开K4.K5.K6(固态继电器)。 在突然卸载时，原动机转速会有一个上升，此时直流调压装置通过CAN 总线从发动机ECU中读取发动机转速和扭矩，通过直流调压装置输出 直流电压并输出信号给K7.K8(固态继电器)，此时给定子绕组一个直 流励磁电压进行能耗制动，通过闭环调节直到发动机转速趋于稳定时 断开K7.K8。当接通K1.K2.K3，时异步电动机可变为异步发电机，并 可以通过外部控制对异步发电机电压进行调节。开关为单路导通开 关。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领 域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以 做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统，其特征在于，包括作为燃气发动机的原动机、用于控制所述原动机的原动机控制器、依次连接所述原动机的异步电动机和发电机，所述异步电动机的转子和所述发电机的转子均与所述原动机的输出轴同轴连接，所述燃气发电机组上还分别设置有用于检测原动机的输出轴扭矩和输出轴转速的扭矩传感器和测速传感器，所述扭矩传感器和测速传感器分别连接所述原动机控制器，所述发电机的三相输出线路上连接有UPS不间断电源，所述UPS不间断电源的三相输出端对应连接交流调压装置的三相输入端，所述交流调压装置的三相输出端对应连接至所述异步电动机的三相接入端，且在所述交流调压装置的三相输出端与所述异步电动机的三相接入端之间设置有一组由第一继电器组控制的继电器触点，所述原动机控制器与所述交流调压装置之间连接有控制所述交流调压装置输出的第一CAN总线，且所述第一CAN总线通过电压信号输出线连接至所述第一继电器组的控制端；其中，所述第一继电器组的继电器数量为三个。
2.根据权利要求1所述的一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统，其特征在于，所述发电机的三相输出线路上连接有直流调压装置，所述直流调压装置上分别设置有直流正极端子、直流负极端子和两个控制信号电压输出端子，所述异步电动机的三相接入端中的其中两个相线接入端分别连接所述的直流正极端子和直流负极端子，且所述两个相线接入端与所述直流正极端子和直流负极端子之间设置有一组由第二继电器组控制的继电器触点，所述的两个控制信号电压输出端子连接至所述第二继电器组的控制端；其中，所述第二继电器组的继电器数量为两个。
3.根据权利要求1所述的一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统，其特征在于，所述交流调压装置包括用于通过相线电流的三对分别反向并联的晶闸管，且所述反向并联的晶闸管的一端为所述直流调压装置的输入端，另一端为所述直流调压装置的输出端。
4.根据权利要求1所述的一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统，其特征在于，所述直流调压装置包括按照从输入到输出的顺序依次连接的降压模块、整流滤波模块和线性稳压模块。
5.根据权利要求1所述的一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统，其特征在于，还包括用于将所述异步电动机转换为异步发电机的异步发电机控制装置，所述异步发电机控制装置包括连接在所述异步电动机的三相接入端上且按照三角形接法或星形接法连接的三组电容器，且在所述三相接入端与所述三组电容器之间设置有一组由第三继电器组控制的继电器触点；其中，所述第三继电器组的继电器数量为三个。
6.根据权利要求1所述的一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统，其特征在于，所述异步电动机为异步水冷电动机。
7.根据权利要求1、2、5中的任一所述的一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统，其特征在于，所述继电器为固态继电器。
8.一种如权利要求1至7中的任一所述的增强燃气发电机组突变负载能力的系统的控制方法，其特征在于，包括如下方法：
(1)在燃气发电机组中设置异步电动机，且所述异步电动机的转子与燃气发电机组中发电机的转子、原动机的输出轴同轴连接；
(2)在燃气发电机组中分别设置用于检测原动机的输出轴扭矩和转速的扭矩传感器和测速传感器；
(3)设置连接发电机的三相输出线路的UPS不间断电源和连接所述UPS不间断电源的交流调压装置；
(4)设定发动机允许的最大扭矩增加率为X％，设定发动机允许的最大卸载的扭矩变化为M％；
(5)建立设别燃气发电机组负载状态的如下判断公式：β＝(Tn+1－Tn)÷Tn×100％；
其中，β为发动机的扭矩变化百分比，Tn+1和Tn分别为机组运行从启动到停止的时间间隔内其后一个时间端点的发动机输出轴扭矩与前一个时间端点的发动机输出轴扭矩；
(6)按照下列方法判断燃气发电机组负载状态：当β值大于X％时，则机组处于突然加载状态；当β值小于M％时，则机组处于突然卸载状态；当β值在M％～X％之间时，则机组处于空载或稳定加载状态；
(7)当燃气发电机组处于突然加载状态，使得原动机的输出轴转速降低，则通过UPS不间断电源和交流调压装置为异步电动机供电，异步电动机产生一个和原动机同向的扭矩，使得原动机的输出轴转速增加；当燃气发电机组达到稳定加载状态时，断开交流调压装置与异步电动机之间的连接从而停止向异步电动机供电供电。
9.根据权利要求8所述的一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统的控制方法，其特征在于，还包括如下方法：
(1)设置连接发电机的三相输出线路的直流调压装置；
(2)当燃气发电机组处于突然卸载状态，使得原动机的输出轴转速增加，则通过直流调压装置输出直流电压加载到异步电动机的三相接入端中的其中两个相线接入端，给异步电动机的定子绕组一个直流励磁电压，从而实现能耗制动，并使得原动机的输出轴转速降低；当燃气发电机组达到稳定加载状态时，断开直流调压装置与异步电动机之间的连接从而停止对异步电动机的能耗制动。
10.根据权利要求8所述的一种增强燃气发电机组突变负载能力的系统的控制方法，其特征在于，还包括异步电动机的选型，所述异步电动机的选型包括异步电动机的额定转速选择和异步电动机的额定功率选择；其中，所述异步电动机的额定转速选择为与所述发电机的额定转速相同，所述异步电动机的额定功率选择依据如下方法：
(1)通过试验建立燃气发电机组在缓慢加载时的发动机的输出扭矩变化曲线；
(2)通过试验建立燃气发电机组在突然加载时的发动机的输出扭矩变化曲线；
(3)通过试验建立燃气发电机组在突然卸载时的发动机的输出扭矩变化曲线；
(4)根据上述三条所述扭矩变化曲线，确定所需要的异步电动机的额定转矩；
(5)根据以下公式得到异步电动机的额定功率：
TN＝9550×Pn÷nN，
其中，TN为异步电动机额定转矩，Pn为异步电动机额定功率，nN为异步电动机额定转速。
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