CN112910343A - 同步发电机的双向励磁回路及同步发电机组 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种同步发电机的双向励磁回路及同步发电机组，所述双向励磁回路包括：第一励磁回路，包括第一整流桥、与所述第一整流桥的交流侧相连的第一变压器；第二励磁回路，包括在直流侧与所述第一整流桥反向并联的第二整流桥，与所述第二整流桥交流侧相连的第二变压器；第三整流桥，一侧与所述第二变压器的低压绕组相连，另一侧通过一组第三断路器与所述第一励磁回路相连。当同步电机启动并网时，作为SFC功率回路，提供变频启动。当启动并网时当，第一励磁回路和第二励磁回路作为SFC功率回路，用于变频启动；启动后并网运行时，第一励磁回路、第二励磁回路为同步发电机提供正向、反向励磁电路，从而实现同步发电机的在线双向励磁。

Description

同步发电机的双向励磁回路及同步发电机组

技术领域

本申请涉及电气工程技术领域，具体涉同步发电机的双向励磁回路及同步发电机组。

背景技术

常规的同步发电机励磁回路由晶闸管全控整流桥组成。由于晶闸管全控整流桥电流不能反向，因此常规的同步发电机励磁回路无法实现在线的励磁电流反转，即无法实现在线的双向励磁。这大大限制了同步发电机组的运行范围。

在大型燃气发电站、大型抽蓄电站和大型调相机站等应用场合，同步电机通常采用SFC(静止变频器)变频启动。作为启动设备同步发电机组并网后，SFC将退出运行。设备长时间处于闲置状态，其运行时间占比很低，利用率很低、经济型差。

发明内容

基于此，本申请提供了一种同步发电机的双向励磁回路，以解决同步发电机组的在线双向励磁问题以及SFC启动后的设备闲置问题。

根据本申请的第一方面，提供一种同步发电机的双向励磁回路，包括：

第一励磁回路，包括第一整流桥、与所述第一整流桥的交流侧相连的第一变压器；

第二励磁回路，包括在直流侧与所述第一整流桥反向并联的第二整流桥，与所述第二整流桥交流侧相连的第二变压器；

第三整流桥，一侧与所述第二变压器的低压绕组相连，另一侧通过一组第三断路器与所述第一励磁回路相连。

根据本申请的一些实施例，所述双向励磁回路，还包括：

第一断路器，所述第一变压器经过第一断路器与交流电源相连。

根据本申请的一些实施例，所述双向励磁回路，还包括：

第二断路器，所述第二变压器经过第二断路器与交流电源相连。

根据本申请的一些实施例，所述双向励磁回路，所述第一整流桥与所述第二整流桥的至少一根母线经过电抗器相连。

根据本申请的一些实施例，当异步电机处于启动阶段时，

所述第二断路器和所述第三断路器闭合，所述第一断路器断开；

所述第三整流桥与所述第二变压器的低压绕组相连，与所述第三断路器构成第三励磁回路，向异步电机提供励磁电流；

所述第一变压器、所述第一整流桥、所述电抗器、所述第二变压器、所述第二整流桥和所述第二断路器用作SFC功率回路。

根据本申请的一些实施例，所述第二变压器用作所述SFC功率回路的网侧变压器；

所述第二整流桥用作所述SFC功率回路的网侧变流器；

所述第一变压器用作所述SFC功率回路的输出侧变压器；

所述第一整流桥用作所述SFC功率回路的机侧变流器；

所述电抗器用作所述SFC功率回路的直流侧平波电抗器。

根据本申请的一些实施例，所述双向励磁回路，当异步电机并网后，

所述第一断路器和所述第二断路器闭合，所述第三断路器断开；

所述第二整流器的脉冲封锁，所述第一励磁回路向所述异步发电机提供正向励磁电流。

根据本申请的一些实施例，所述双向励磁回路，当异步电机并网后，

所述第一断路器和所述第二断路器闭合，所述第三断路器断开；

所述第一整流器的脉冲封锁，所述第二励磁回路通过所述电抗器向所述异步发电机提供反向励磁电流。

根据本申请的一些实施例，所述第一变压器与所述异步发电机机端相连。

根据本申请的第二方面，提供一种同步发电机组，包括：

上述双向励磁回路；

同步发电机，所述双向励磁回路的第一整流桥与所述异步发电机的绕组相连。

本申请提供的同步发电机的双向励磁回路，利用了启动后闲置的SFC功率回路。当同步电机启动并网时，作为SFC功率回路，提供变频启动。当启动后并网运行时，SFC功率回路的两组反向并联的整流桥为同步发电机提供正向或反向励磁电路，从而实现同步发电机的在线双向励磁。既解决在线双向励磁问题，又提高SFC的设备利用率、节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。

图1常规同步发电机的励磁回路接线示意图；

图2示出根据本申请示例实施例的同步发电机双向励磁回路接线示意图；

图3示出根据本申请示例实施例的双向励磁回路启动并网过程流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本申请概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，可能不是按比例的。附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的，因此不能用于限制本申请的保护范围。

本发明人在常规的同步发电机励磁回路中，如图1所示，SFC 200通过开关与同步发电机100相连，在启动并网阶段实现变频启动。同步发电机100启动并网后，SFC 200与同步发电机之间的开关断开，由启动励磁回路300向同步发电机100提供励磁电流。SFC 200与启动励磁回路相互独立。启动励磁回路300中仅包括一组整流桥，无法实现同步发电机的反向励磁。而SFC 200的功率回路包括了两组反向并联的整流桥，完全符合双向励磁的需求。

因此，本申请在现有的同步发电机相互独立的启动励磁回路和SFC变频启动回路的基础上，将两者相结合，提出一种同步发电机的双向励磁回路，既能够实现同步发电机的在线双向励磁，又可提供SFC的设备利用率。

以下将结合附图，详细介绍本申请的技术方案。

图2示出根据本申请示例实施例的同步发电机双向励磁回路接线示意图。

如图2所示，本申请提供的同步发电机的双向励磁回路1000，包括第一励磁回路110、第二励磁回路210和第三励磁回路310。第一励磁回路110包括第一整流桥111和第一变压器112。第一变压器112与所述第一整流桥111的交流侧相连。第二励磁回路210，包括第二整流桥211和第一变压器212。第二整流桥211在直流侧与所述第一整流桥111反向并联。第二变压器212与所述第二整流桥211交流侧相连。第三励磁回路310包括第三整流桥311和与之相连的一组第三断路器313。第三整流桥311与第二变压器211的低压绕组相连，并通过一组第三断路器313与所述第一励磁回路110相连。所述第一整流桥111与所述第二整流桥211的至少一根母线经过电抗器214相连。

根据本申请的一些实施例，第一整流桥111、第二整流桥211、第三整流桥311可以是晶闸管全控整流桥。第一变压器112可以是双绕组变压器，第二变压器212可以是三绕组变压器。

根据本申请的一些实施例，如图2所示，所述双向励磁回路1000，还包括：第二断路器213、第一断路器113。第二变压器212经过第二断路器213(即交流电源开关)与发电厂厂用交流电源相连。所述第一变压器112经过第一断路器113(即出口断路器)与发电厂厂用交流电源相连。在同步发电机100启动并网阶段，第二断路器213闭合，第一断路器113断开，从交流电源取电。在同步发电机100启动并网后，第二断路器213闭合，第一断路器113闭合，同步发电机向交流电源供电。如图2所示，第一励磁回路110与同步发电机100的绕组连线之间还设置了灭磁电阻410、灭磁开关420、过压保护430。

当异步电机处于启动并网阶段时，同步发电机需要由静止状态变频启动并网。此过程中，将第一励磁回路110和第二励磁回路210组合复用为SFC。其中所述第二变压器212用作SFC功率回路的网侧变压器；所述第二整流桥211用作SFC功率回路的网侧变流器；所述第一变压器112用作SFC功率回路的输出侧变压器；所述第一整流桥111用作SFC功率回路的机侧变流器；所述电抗器214用作SFC功率回路的直流侧平波电抗器，从而构成SFC的功率回路。

此过程中，所述第二断路器213和所述第三断路器313闭合，所述第一断路器113断开。所述第三整流桥310的交流侧与所述第二变压器212的低压绕组相连，直流输出侧通过所述第三断路器313接于同步发电机转子绕组，从而构成第三励磁回路310(即启动励磁支路)，从第二变压器212取电并向异步电机提供励磁电流。所述第一变压器、所述第一整流桥、所述电抗器、所述第二变压器、所述第二整流桥和所述第二断路器用作SFC功率回路。如果在启动过程中发生故障，可通过分断第二断路器213来切除同步发电机定、转子侧电源。

具体的启动并网过程，如图3所示：

同步发电机组启动后，断开灭磁开关420；

第一励磁回路110和第二励磁回路210以SFC模式运行；

闭合第二断路器213；

解锁第一整流桥111、第二整流桥211和第三整流桥311触发脉冲；

以SFC模式拖动发动机组升速至并网转速；

配合同期装置调节机端电压和转速；

闭合第一断路器113，同时封锁第一整流桥111、第二整流桥211的脉冲；

第一励磁跟踪触发角度后，闭合灭磁开关420；

解锁第一整流桥111脉冲、同时封锁第三整流桥311的脉冲；

励磁电流完全转移至第一整流桥111后，断开第三断路器；

至此，启动并网过程完成，随后进入并网运行阶段。

参见图2，当异步电机并网后，正常运行情况下，所述第一断路器113和所述第二断路器213闭合，所述第三断路器313断开。当同步发电机机组滞相运行和小范围进相运行时，封锁第二整流器211的脉冲，仅第一整流器111整流，从而第一励磁回路110构成自并励支路，向同步发电机提供正向励磁电流，维持机组稳定运行。

当同步发电机100需要反向励磁时，降低正向励磁电流至接近零，此时封锁第一整流器111的脉冲，同时解锁第二整流器211的脉冲。在平波电抗器214的辅助下，可实现励磁电流从第一整流器111支路转移至第二整流器211支路并反向，从而为同步发电机提供反向励磁电流。

当同步发电机组需要返回正向励磁时，可将反向励磁电流降低至接近零，封锁第二整流器211的脉冲，同时解锁第一整流器111的脉冲，在平波电抗器214的辅助下，将励磁电流从第二整流器211支路转移至第一整流器111支路，再次反向。由此可以实现同步发电机的在线双向励磁。

根据本申请的第二方面，提供一种同步发电机组，包括上述双向励磁回路和同步发电机。所述双向励磁回路的第一整流桥与所述异步发电机的绕组相连。所述第一变压器与所述异步发电机机端相连。

本申请提供的同步发电机的双向励磁回路，利用了启动后闲置的SFC功率回路。当同步电机启动并网时，作为SFC功率回路，提供变频启动。当启动后并网运行时，SFC功率回路的两组反向并联的整流桥为同步发电机提供正向或反向励磁电路，从而实现同步发电机的在线双向励磁。既解决在线双向励磁问题，又提高SFC的设备利用率、节约成本。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种同步发电机的双向励磁回路，其特征在于，包括：

第一励磁回路，包括第一整流桥、与所述第一整流桥的交流侧相连的第一变压器；

第二励磁回路，包括在直流侧与所述第一整流桥反向并联的第二整流桥，与所述第二整流桥交流侧相连的第二变压器；

第三整流桥，一侧与所述第二变压器的低压绕组相连，另一侧通过一组第三断路器与所述第一励磁回路相连。

2.根据权利要求1所述的双向励磁回路，其特征在于，还包括：

第一断路器，所述第一变压器经过第一断路器与交流电源相连。

3.根据权利要求2所述的双向励磁回路，其特征在于，还包括：

第二断路器，所述第二变压器经过第二断路器与交流电源相连。

4.根据权利要求3所述的双向励磁回路，其特征在于，所述第一整流桥与所述第二整流桥的至少一根母线经过电抗器相连。

5.根据权利要求4所述的双向励磁回路，其特征在于，当异步电机处于启动阶段时，

所述第二断路器和所述第三断路器闭合，所述第一断路器断开；

所述第三整流桥与所述第二变压器的低压绕组相连，与所述第三断路器构成第三励磁回路，向异步电机提供励磁电流；

所述第一变压器、所述第一整流桥、所述电抗器、所述第二变压器、所述第二整流桥和所述第二断路器用作SFC功率回路。

6.根据权利要求5所述的双向励磁回路，其特征在于，

所述第二变压器用作所述SFC功率回路的网侧变压器；

所述第二整流桥用作所述SFC功率回路的网侧变流器；

所述第一变压器用作所述SFC功率回路的输出侧变压器；

所述第一整流桥用作所述SFC功率回路的机侧变流器；

所述电抗器用作所述SFC功率回路的直流侧平波电抗器。

7.根据权利要求4所述的双向励磁回路，其特征在于，当异步电机并网后，

所述第一断路器和所述第二断路器闭合，所述第三断路器断开；

所述第二整流器的脉冲封锁，所述第一励磁回路向所述异步发电机提供正向励磁电流。

8.根据权利要求4所述的双向励磁回路，其特征在于，当异步电机并网后，

所述第一断路器和所述第二断路器闭合，所述第三断路器断开；

所述第一整流器的脉冲封锁，所述第二励磁回路通过所述电抗器向所述异步发电机提供反向励磁电流。

9.根据权利要求1所述的双向励磁回路，其特征在于，所述第一变压器与所述异步发电机机端相连。

10.一种同步发电机组，其特征在于，包括：

权利要求1-9中所述的双向励磁回路；

同步发电机，所述双向励磁回路的第一整流桥与所述异步发电机的绕组相连。

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