一种汽轮机组发电系统及其运行控制方法与流程

1.本发明涉及火力发电技术领域，具体涉及一种汽轮机组发电系统及其运行控制方法。


背景技术：

2.火电机组运行灵活性提升主要包括机组调峰幅度、爬坡能力和启停速度提升，从而为消纳更多的波动性可再生能源，灵活参与电力市场创造条件。随着电网中风电光伏等电能来源占比的增加，火力发电机组快速启停能力的重要性也更为凸显。现有技术中通过借助临机蒸汽、中压缸启动等方式提升火力发电机组启动速度，但由于机组发电的电流频率与电网中电流频率需要匹配，导致火力发电机组仍需在机组冲转至3000r/min额定转速时，才能实现并网带负荷，其制约了机组启动时长的进一步缩短。


技术实现要素：

3.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的火力发电机组启动时间由于机组转速限制难以进一步缩短的缺陷，从而提供一种汽轮机组发电系统及其运行控制方法。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供一种汽轮机组发电系统，包括：
5.汽轮机本体，
6.双馈发电机，与所述汽轮机本体同轴安装，所述双馈发电机内设有转子绕组和定子绕组，所述转子绕组由可调电源激励；
7.变压器，其入口端与所述双馈发电机出口端连通，所述转子绕组与所述定子绕组均连接在所述变压器的出口端，所述变压器出口端与工频电网连接。
8.可选地，所述双馈发电机的定子绕组与所述变压器之间电连接有定子变流器，所述转子绕组与所述变压器之间电连接有转子变流器。
9.可选地，还包括控制模块，所述定子变流器与所述转子变流器均与所述控制模块电气连接，所述控制模块用于调整所述定子变流器和所述转子变流器的叠加电流频率与工频电网的电流频率一致。
10.本发明还提供一种本发明所述的汽轮机组发电系统的控制方法，包括：
11.汽轮机本体带动双馈发电机运转，双馈发电机通过变压器接入到工频电网；
12.获取汽轮机本体转速以及双馈发电机的转子励磁电流频率，利用汽轮机本体转速与转子励磁电流频率计算双馈发电机出口电流频率；
13.利用可调电源调整转子励磁电流频率，以使双馈发电机出口电流频率与工频电网的电流频率一致。
14.可选地，所述汽轮机本体与所述双馈发电机同轴连接，所述汽轮机本体转速与所述双馈发电机的转速一致。
15.可选地，双馈发电机出口电流频率的计算公式如下：
[0016][0017]
其中，f1为双馈发电机出口电流频率，p为双馈发电机的磁极对数，n为双馈发电机转速，f2为转子励磁电流频率。
[0018]
可选地，控制模块计算得出转子励磁电流频率，并将控制信号传输至转子变流器，以调整转子绕组的输出电流频率。
[0019]
本发明技术方案，具有如下优点：
[0020]
1.本发明提供的汽轮机组发电系统，包括：汽轮机本体，双馈发电机，与所述汽轮机本体同轴安装，所述双馈发电机内设有转子绕组和定子绕组，所述转子绕组由可调电源激励；变压器，其入口端与所述双馈发电机出口端连通，所述转子绕组与所述定子绕组均连接在所述变压器的出口端，所述变压器出口端与工频电网连接。
[0021]
在汽轮机组发电系统进行发电工作时，汽轮机本体启动初期，汽轮机本体的转速较低，定子绕组上输出的电流频率与工频电网电流频率相差较大，此时利用可调电源对转子绕组上产生的电流频率进行调整，并使定子绕组上的电流与转子绕组上的电流叠加后连接到变压器出口端，接入到工频电网，通过可调电源调整转子绕组上的电流，使得定子绕组与转子绕组耦合输出的电流频率与工频电网的电流频率一致，使得汽轮机组发电系统能够在汽轮机本体转速未达到3000r/min的额定转速之前就可以接入到工频电网中并网发电，大大缩短火力发电机组的并网时间。
[0022]
现有技术中，在汽轮机发电系统低负荷运行时，汽轮机本体的主蒸汽量减少，低压缸进汽量减少，低压缸末端处于鼓风发热状态运行，本发明提供的汽轮机组发电系统在低负荷运行时，可以采用降低汽轮机本体转速的手段，能够有效减弱鼓风发热效应，提升机组运行安全性。汽轮机本体转速降低后，仍能通过转子绕组输出的电流和定子绕组输出的电流进行整合使得最终发电系统接入到工频电网时的输出电流与工频电网电流频率一致，降低汽轮机本体转速不会对发电系统造成影响。
[0023]
2.本发明提供的汽轮机组发电系统，双馈发电机的定子绕组与变压器之间电连接有定子变流器，转子绕组与变压器之间电连接有转子变流器。通过接入定子变流器和转子变流器，对转子绕组输出的电流和定子绕组输出的电流进行分别调控，精准控制二者整合后的输出电流频率与工频电网电流频率一致，提升发电系统的电流控制的精准度。
附图说明
[0024]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]
图1为本发明的实施方式中提供的汽轮机组发电系统的结构示意图。
[0026]
附图标记说明：1、锅炉；2、高压缸；3、中压缸；4、低压缸；5、双馈发电机；6、变压器；7、转子变流器；8、定子变流器；9、控制模块。
具体实施方式
[0027]
下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
[0028]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0029]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0030]
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0031]
实施例1
[0032]
如图1所示为本实施例提供的一种汽轮机组发电系统，包括：汽轮机本体、双馈发电机5、变压器6以及用于控制汽轮机组发电系统输出电流的控制模块9。
[0033]
汽轮机本体包括同轴依次连接的高压缸2、中压缸3和低压缸4，汽轮机本体通过锅炉1提供高温蒸汽。
[0034]
双馈发电机5与汽轮机本体同轴安装，双馈发电机5在汽轮机本体的带动下转动发电，双馈发电机5内设有转子绕组和定子绕组，转子绕组由可调电源激励。
[0035]
变压器6的入口端与双馈发电机5出口端连通，转子绕组与定子绕组均连接在变压器6的出口端，变压器6出口端与工频电网连接。双馈发电机5的定子绕组与变压器6之间电连接有定子变流器8，转子绕组与变压器6之间电连接有转子变流器7。定子变流器8与转子变流器7均与控制模块9电气连接，控制模块9用于调整定子变流器8和转子变流器7的叠加电流频率与工频电网的电流频率一致。
[0036]
在汽轮机组发电系统进行发电工作时，利用可调电源对转子绕组上产生的电流频率进行调整，并使定子绕组上的电流与转子绕组上的电流叠加后连接到变压器6出口端，接入到工频电网，通过可调电源调整转子绕组上的电流，进而使得无论双馈发电机5的转速如何，都能让定子绕组与转子绕组耦合输出的电流频率即发电系统的输出电流与工频电网的电流频率始终保持一致。
[0037]
汽轮机本体启动初期，汽轮机本体的转速较低，定子绕组上输出的电流频率与工频电网电流频率相差较大，通过可调电源调整转子绕组上的电流，使得发电系统的输出电流与工频电网的电流频率保持一致，此时汽轮机组发电系统能够在汽轮机本体转速未达到3000r/min的额定转速之前就可以接入到工频电网中并网发电，能够大大缩短火力发电机组的并网时间。
[0038]
现有技术中，在汽轮机发电系统低负荷运行时，汽轮机本体的主蒸汽量减少，低压
缸4进汽量减少，低压缸4末端处于鼓风发热状态运行，本发明提供的汽轮机组发电系统在低负荷运行时，可以采用降低汽轮机本体转速的手段，能够有效减弱鼓风发热效应，提升机组运行安全性。汽轮机本体转速降低后，仍能通过转子绕组输出的电流和定子绕组输出的电流进行整合使得最终发电系统接入到工频电网时的输出电流与工频电网电流频率一致，降低汽轮机本体转速不会对发电系统造成影响。
[0039]
实施例2
[0040]
本实施例提供一种实施例1所述的汽轮机组发电系统的控制方法，用于保持发电系统的输出电流频率与工频电网的电流频率始终保持一致，控制方法包括以下步骤：
[0041]
汽轮机本体带动双馈发电机运转，双馈发电机通过变压器接入到工频电网；
[0042]
控制模块获取汽轮机本体转速以及双馈发电机的转子励磁电流频率，利用汽轮机本体转速与转子励磁电流频率计算双馈发电机出口电流频率；
[0043]
利用可调电源调整转子励磁电流频率，以使双馈发电机出口电流频率与工频电网的电流频率一致。
[0044]
汽轮机本体与双馈发电机同轴连接，汽轮机本体转速与双馈发电机的转速一致。双馈发电机出口电流频率的计算公式如下：
[0045][0046]
其中，f1为双馈发电机出口电流频率，p为双馈发电机的磁极对数，n为双馈发电机转速，f2为转子励磁电流频率。
[0047]
当n为发电机同步转速时，汽轮机本体处于同步转速运转，f2＝0，转子变流器向转子提供直流励磁，双馈发电机作为同步电机运行。当n大于发电机同步转速时，汽轮机本体处于超同步速运行，式(1)中f2前取负号。当n小于发电机同步转速时，汽轮发电机组处于亚同步速运行，式(1)中f2前取正号。
[0048]
控制模块计算得出转子励磁电流频率，并将控制信号传输至转子变流器和定子变流器，转子变流器和定子变流器分别控制双馈发电机转子绕组的输出电流和定子绕组的输出电流，进而分别调整转子绕组的输出电流频率和定子绕组的输出电流，使得二者耦合后得到的电流频率与工频电网的电流频率始终保持一致，从而在汽轮机组不同转速运转时，均可实现发电机并网恒频发电。
[0049]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。