一種故障時不停機的變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型專利涉及變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計與運行維護，尤其涉及一種故障時不停機的變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)，適用于對基于雙饋異步發(fā)電機組及全功率變頻的同步發(fā)電機組的變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)的全新設(shè)計與現(xiàn)有機組的改造。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著當(dāng)前能源的緊張，風(fēng)能、太陽能、潮汐能及波浪能等多種新能源的開發(fā)得到了越來越多的重視，在這些新能源的開發(fā)中廣泛地使用了變速恒頻發(fā)電機組。為了提高由風(fēng)能、潮汐能及波浪能等驅(qū)動的原動機的能源轉(zhuǎn)化效率，原動機的轉(zhuǎn)速會在某個范圍內(nèi)變化，由其驅(qū)動的發(fā)電機的轉(zhuǎn)速隨之變化，其電功率的頻率亦變化，需經(jīng)變流器才能并入電網(wǎng)，導(dǎo)致其輸出的電功率不穩(wěn)定，諧波含量高，由于這些能源具有不穩(wěn)定性、隨機性的特點，使得其所發(fā)出的電能質(zhì)量低，并入電網(wǎng)后對電網(wǎng)的影響較大，有時甚至要放棄這些能源，造成了較大的浪費。由于電網(wǎng)接納能力不足和新能源不穩(wěn)定等自身特點導(dǎo)致的部分發(fā)電機暫停，限電導(dǎo)致電場運行經(jīng)濟性下降，限電的主要原因是并網(wǎng)難題，新能源出力不穩(wěn)定，要其他電源為其提供調(diào)峰服務(wù)，需建設(shè)抽水蓄能、燃氣發(fā)電等調(diào)峰、調(diào)頻電源，在調(diào)峰容量緊缺時，限電特別嚴(yán)重，優(yōu)化規(guī)劃電源結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)布局，擴大電能消納市場，還需要通過科技創(chuàng)新，推動電能生產(chǎn)和消費的協(xié)調(diào)。
[0003]現(xiàn)有的變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)主要包括雙饋異步發(fā)電機組及全功率變頻同步發(fā)電機組，每臺變速恒頻發(fā)電機組均配備一個機側(cè)變流器、一個網(wǎng)側(cè)變流器構(gòu)成背靠背的變流器。發(fā)電機繞組、變流器、電網(wǎng)之間是串聯(lián)的關(guān)系，當(dāng)發(fā)電機或變流器出現(xiàn)故障的時候，整個發(fā)電機組必須停機檢修而不能發(fā)電導(dǎo)致棄電，降低了發(fā)電廠的經(jīng)濟效益。當(dāng)發(fā)電廠中有多臺變速恒頻發(fā)電機同時運行時，由于每臺變速恒頻發(fā)電機的轉(zhuǎn)速會根據(jù)其運行工況調(diào)整，使得發(fā)電廠內(nèi)的交流母線與網(wǎng)側(cè)變流器之間有大量的功率交換，電功率經(jīng)過多次的交流、直流變流，增加了損耗，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；同時，由于每臺發(fā)電機組配備一臺電網(wǎng)側(cè)變流器，導(dǎo)致變流器的利用率降低；另外，變流器與電網(wǎng)之間頻繁地交換功率，給電網(wǎng)注入大量的諧波，降低發(fā)電廠輸出的電能質(zhì)量。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種故障時不停機的變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)，適用于對基于雙饋異步發(fā)電機組及全功率變頻的同步發(fā)電機組的變速恒頻發(fā)電機組的全新設(shè)計與現(xiàn)有機組的改造。當(dāng)網(wǎng)側(cè)或機側(cè)變流器出現(xiàn)故障時通過開關(guān)的切換將故障變流器切除，并利用系統(tǒng)中的其他變流器進行功率交換，當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)故障時，將發(fā)電系統(tǒng)切除，網(wǎng)側(cè)變流器與機側(cè)變流器均工作于網(wǎng)側(cè)變流模式，為其他機組提供變流容量，實現(xiàn)故障機組的不停機檢修，并可減少對電網(wǎng)的諧波注入，降低發(fā)電設(shè)備輸出電能對電網(wǎng)的影響，提尚發(fā)電廠電能質(zhì)量，提尚電網(wǎng)運彳丁的穩(wěn)定性與經(jīng)濟性。
[0005]本實用新型通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]一種故障時不停機的變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)，包括開關(guān)切換單元、導(dǎo)體、交流母線、直流母線、網(wǎng)側(cè)變流器、機側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)濾波模塊、機側(cè)濾波模塊、測量控制系統(tǒng)、變電系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)，
[0007]所述發(fā)電系統(tǒng)包括多臺發(fā)電機、驅(qū)動各發(fā)電機運轉(zhuǎn)的原動機及其傳動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)及油氣水電輔助系統(tǒng)；發(fā)電機繞組通過機側(cè)濾波模塊、開關(guān)切換單元、機側(cè)變流器與直流母線連接，各變流器的直流母線經(jīng)導(dǎo)體連接起來，系統(tǒng)中的網(wǎng)側(cè)變流器統(tǒng)一地對各機側(cè)變流器交換后的功率與交流母線進行交換；所述傳動系統(tǒng)用于聯(lián)接原動機及發(fā)電機，實現(xiàn)動力的傳遞及可能存在的轉(zhuǎn)速變換；所述轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)用于控制原動機的轉(zhuǎn)速，根據(jù)發(fā)電機組的運行工況調(diào)整原動機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)能量的高效轉(zhuǎn)換或限制功率輸入使整個系統(tǒng)處于安全的工作區(qū)間；
[0008]所述油氣水電輔助系統(tǒng)為系統(tǒng)安全可靠工作提供必要的通風(fēng)、散熱、除冰等工作環(huán)境；
[0009]所述機側(cè)變流器一端經(jīng)開關(guān)切換單元連接直流母線，另一端經(jīng)開關(guān)切換單元、機側(cè)濾波模塊與發(fā)電機繞組相連，并根據(jù)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)直流母線與發(fā)電機繞組的功率交換，機側(cè)變流器之間的功率交換通過連接各變流器直流母線的導(dǎo)體進行；
[0010]所述網(wǎng)側(cè)變流器的一端經(jīng)開關(guān)切換單元連接直流母線，另一端經(jīng)開關(guān)切換單元、網(wǎng)側(cè)濾波模塊與交流母線連接，實現(xiàn)交流母線及直流母線間的功率雙向交換；
[0011]所述開關(guān)切換單元用于改變系統(tǒng)各部件的聯(lián)接方式，結(jié)合變流器內(nèi)部控制模式的轉(zhuǎn)換，使網(wǎng)側(cè)變流器與機側(cè)變流器均可作為兩臺相互備用的機側(cè)變流器或網(wǎng)側(cè)變流器；當(dāng)網(wǎng)側(cè)變流器故障時，直接將其切除進行維修；當(dāng)機側(cè)變流器故障時，將網(wǎng)側(cè)變流器的控制模式轉(zhuǎn)換為機側(cè)變流器控制模式，使網(wǎng)側(cè)流器轉(zhuǎn)換為機側(cè)變流器，并將機側(cè)變流器切除；同時連接直流母線的開關(guān)可使變速恒頻發(fā)電機組獨立運行或多機聯(lián)合運行；
[0012]所述機側(cè)濾波模塊連接發(fā)電機繞組與開關(guān)切換單元，用于限流及濾波；
[0013]所述網(wǎng)側(cè)濾波模塊連接交流母線與開關(guān)切換單元，用于限流及濾波；
[0014]所述測量控制系統(tǒng)用于檢測各設(shè)備的運行狀態(tài)、參數(shù)，控制原動機、發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，進而控制各變流器的運行，監(jiān)控整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
[0015]進一步地，所述原動機包括風(fēng)力機、汽輪機、水輪機。
[0016]本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點及效果:
[0017]本實用新型控制(或者運行)簡單，易于實現(xiàn)。
[0018]本實用新型根據(jù)發(fā)電機的運行狀態(tài)，將發(fā)電機繞組經(jīng)機側(cè)濾波模塊、開關(guān)切換單元、機側(cè)變流器的直流母線連接導(dǎo)體，并通過變流器交換功率。所有機側(cè)變流器交換的功率經(jīng)導(dǎo)體匯總后，在測控系統(tǒng)的控制下經(jīng)電網(wǎng)側(cè)變流器、開關(guān)切換單元、網(wǎng)側(cè)濾波模塊與交流母線交換功率。在機側(cè)、網(wǎng)側(cè)濾波與機側(cè)變流、網(wǎng)側(cè)變流之間加入開關(guān)切換單元，用導(dǎo)體將若干臺變速恒頻發(fā)電機組機側(cè)變流器與網(wǎng)側(cè)流器之間的直流母線聯(lián)接起來，在機側(cè)變流器控制中加入網(wǎng)側(cè)變流控制模式，在網(wǎng)側(cè)變流器控制中加入機側(cè)變流控制模式，利用開關(guān)切換及變流器內(nèi)部控制模式的轉(zhuǎn)換，網(wǎng)側(cè)變流器與機側(cè)變流器均可作為相互備份的機側(cè)變流器或網(wǎng)側(cè)變流器，當(dāng)網(wǎng)側(cè)變流器故障時，直接將其切除進行維修，當(dāng)機側(cè)變流器故障時，將網(wǎng)側(cè)變流器的控制模式轉(zhuǎn)換為機側(cè)變流器控制模式，使網(wǎng)側(cè)流器轉(zhuǎn)換為機側(cè)變流器，并將機側(cè)變流器切除進行維修；當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)故障時，將發(fā)電系統(tǒng)切除，網(wǎng)側(cè)變流器與機側(cè)變流器均工作于網(wǎng)側(cè)模式，為其他機組提供變流容量，在整個維修過程中變速恒頻發(fā)電機組不需停機檢修或只須進行短暫停機切換。
[0019]本系統(tǒng)，適用于對基于雙饋異步發(fā)電機組及全功率變頻的同步發(fā)電機組的變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)的全新設(shè)計與現(xiàn)有機組的改造。
[0020]如上所述，本系統(tǒng)技術(shù)手段簡便易行，可充分利用系統(tǒng)各部分的時空互補性，降低對電網(wǎng)的影響，提尚電網(wǎng)運彳丁的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)方框圖及控制(或運行)流程示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型的實用新型目的作進一步詳細地描