[發(fā)明專利]發(fā)電系統(tǒng)機械無級變換器及其控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410471024.5
• 申請日: 2014-09-15
• 公開（公告）號: CN104242342A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊秀敏;張沂陽
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽工程學(xué)院
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 崔蘭蒔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種發(fā)電系統(tǒng)機械無級變換器及其控制方法，用于發(fā)電機組輸出電力的頻率控制。

背景技術(shù)

根據(jù)源動機的不同，發(fā)電系統(tǒng)可以進行如下的分類：

(1)汽輪發(fā)電機：是由汽輪機驅(qū)動的，通常為臥式，轉(zhuǎn)子是隱極式；

(2)水輪發(fā)電機：是由水輪機驅(qū)動的，對于大、中型水輪發(fā)電機通常為立式，轉(zhuǎn)子是凸極式；

(3)核能發(fā)電機：與常規(guī)火力發(fā)電廠汽輪發(fā)電機無本質(zhì)區(qū)別，有全速與半速兩種；

(4)燃氣輪發(fā)電機：是將氣體壓縮、加熱后在透平中膨脹，把其熱能轉(zhuǎn)換為機械能的旋轉(zhuǎn)式動力機械；

(5)太陽能發(fā)電機：是利用太陽光照在硅等半導(dǎo)體上，光子沖擊原子時產(chǎn)生的光電效應(yīng)，直接將光能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電方式；

(6)風(fēng)力發(fā)電機：需根據(jù)風(fēng)力大小及電能需要量的變化及時通過控制裝置來實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電；

(7)柴油發(fā)電機：是由柴油機與發(fā)電機組成，由柴油機驅(qū)動的發(fā)電機組。通常作為獨立電源或備用電源用于工礦企業(yè)、車輛船舶等多種場合。

然而，無論何種發(fā)電系統(tǒng)，要把發(fā)電系統(tǒng)的輸出電力用于驅(qū)動負載對象或與公共電網(wǎng)(可以認為電網(wǎng)就是好多需要用電的負載對象)聯(lián)接起來，則必須滿足如下四個條件：

1.發(fā)電機的頻率與用戶(或電網(wǎng))系統(tǒng)頻率相同；

2.發(fā)電機出口電壓與用戶(或電網(wǎng))系統(tǒng)電壓相同，其最大誤差應(yīng)在5％以內(nèi)；

3.發(fā)電機相序與用戶(或電網(wǎng))系統(tǒng)相序相同；

4.發(fā)電機電壓相位與用戶(或電網(wǎng))系統(tǒng)電壓相位一致。

其中，最為重要的就是對發(fā)電機組的頻率控制和出口端電壓的控制。

發(fā)電機組的出口端電壓是由其勵磁系統(tǒng)(AVR)來控制，而輸出電力的頻率則是由發(fā)電機組轉(zhuǎn)子速度決定。

發(fā)電系統(tǒng)源動機輸出功率的波動會增加發(fā)電系統(tǒng)調(diào)頻的難度，而發(fā)電系統(tǒng)頻率的變化反過來又會影響源動機機組的運行狀態(tài)。所有供電接入系統(tǒng)都要求源動機機組輸出軸能夠在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)正常運行，轉(zhuǎn)速超過一定范圍后則需限制出力運行或延遲一定時間后退出運行，以維護系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。許多國家電網(wǎng)公司要求電場通過控制輸出功率的3％～5％參與系統(tǒng)的頻率調(diào)整。

傳統(tǒng)發(fā)電機組維護系統(tǒng)要求源動機機組的輸出轉(zhuǎn)速基本不變，當負載變化或源動機機組的輸出轉(zhuǎn)速波動時，其頻率穩(wěn)定的方法主要是通過調(diào)整源動機的渦輪機槳葉傾角進行微調(diào)，以保證發(fā)電機組接入轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定(如圖1所示)；如果因為負載變化過大等原因使系統(tǒng)發(fā)電機組接入轉(zhuǎn)速過高時，則只能通過控制系統(tǒng)使部分源動機機組停機控制減少電場的輸出功率。

現(xiàn)代許多小型發(fā)電機組或新能源發(fā)電系統(tǒng)則通常是采用交直交變頻調(diào)速等電力變換系統(tǒng)實現(xiàn)發(fā)電機組輸出電力的頻率控制(如圖2所示)。而由于技術(shù)的原因，目前電力變換系統(tǒng)主要來自國外進口，即便有少數(shù)國內(nèi)廠家制造的電力變換系統(tǒng)，其所采用的主要功率元器件，幾乎均是從國外進口的元器件；且這些功率元器件過載能力低，故障率高，極易損壞。

電控金屬帶(鏈)式機械無級變速器(Continuously?Variable?Transmission，簡稱CVT)目前主要是用于汽車的運動或動力傳動方面，雖為摩擦傳動方式，其傳遞扭矩越來越大，目前已經(jīng)可以達到近700Nm，轉(zhuǎn)速6000rpm以上。但隨著技術(shù)的發(fā)展和研究力度的加大，CVT傳遞運動或動力的能力必將會有不斷地提高。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種調(diào)頻范圍大、成本低、過載能力強、故障率低的發(fā)電系統(tǒng)機械無級變換器及其控制方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，一種發(fā)電系統(tǒng)機械無級變換器，包括CVT，源動機系統(tǒng)的輸出端與CVT的輸入端相連接，CVT的輸出端與發(fā)電機組的輸入端相連接，發(fā)電機組的輸出端經(jīng)變壓器與電網(wǎng)相連接；在CVT的輸出軸或發(fā)電機組的輸入軸上設(shè)置有轉(zhuǎn)速傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器的輸出端與控制器的輸入端相連接，控制器的輸出端與CVT的速比驅(qū)動器相連接。

在所述的源動機系統(tǒng)的輸出端與CVT的輸入端之間設(shè)置有升速齒輪組，升速齒輪組的檔位控制端與控制器的輸出端相連接。

所述的發(fā)電系統(tǒng)機械無級變換器的控制方法，控制器根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器檢測到的CVT輸出軸轉(zhuǎn)速的變化相應(yīng)控制CVT的速比變化，從而保證發(fā)電機組接入轉(zhuǎn)速保持恒定。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)機械無級變換器及其控制方法調(diào)頻范圍大、成本低、過載能力強，且故障率低，不易損壞。

附圖說明