具有燃氣輪機的發電廠及其運行方法

2023-07-15 14:10:21

專利名稱：具有燃氣輪機的發電廠及其運行方法
技術領域：
本發明涉及發電廠技術領域。它涉及一個發電廠，它包括連接到發電機上的燃氣輪機，發電機通過一個發電機開關連接到高壓電力網上，並且連接到靜態起動裝置上以被用作電動機起動燃氣輪機，靜態起動裝置從中壓電力網的輔助電壓中產生用於被用作電動機的發電機的變化供應電壓。
在現有技術中已經公開了這樣的發電廠，例如申請人的美國專利5,416,398中所述的發電廠。
本發明還涉及運行這樣的發電廠的方法。


圖1詳細地顯示了現有技術已經公開的發電廠10的電路，如在前面提及的公開文獻所部分描述的。已知的發電廠10包括(至少)一個燃氣輪機32，它通過一個軸連接到發電機15上。在正常運行期間，燃氣輪機驅動發電機產生交流電壓，通過一個發電機開關14(此時連通)、一個母線管道31、一個裝備有抽頭切換裝置的升壓變壓器13和一個線路開關12，該交流電壓被饋送到高壓電力網11(高電壓HV)中以向負載供電。部分由發電機15產生的電力從升壓變壓器13上遊的母線管道31中分流出去，並通過連接線路16、一個輔助變壓器17和一個開關18被輸送到中壓電力網(中電壓MV)12上，該電力網21輸送輔助電壓以滿足發電廠10的輔助設備的電力需要(用於輸水泵、冷卻水泵等)。
通過另外一個發電機開關20能夠將一個輔助發電機19(例如柴油機發電機)連接到中壓電力網21上，以便在特殊的情況下向中壓電力網21供應用於輔助設備的電力。通過一個中壓開關26、一個低壓變壓器27和一個低壓開關28，可以將一個低壓電力網29(低電壓LV)連接到中壓電力網21上，該低壓電力網29的電力用於發電廠的控制和電子設備。
在發電廠10的起動期間，開始在停止狀態的燃氣輪機15必須被起動或運行超過點火轉速。為了起動運行，發電機15被用作相連接的燃氣輪機32的驅動電動機。在起動期間由靜態的起動設備24供應用於發電機/電動機15的變化的或可控制的供應電壓，該起動設備24優選設計成一個變頻器並且轉變從中壓電力網21流過開關22和變壓器23的交流電壓，如在開始提及的公開文獻所述。在這個情況下，在起動期間，在中壓電力網21上的輔助電壓可以來自高壓電力網11通過連接線路16輸送或由輔助發電機19提供。
在正常運行期間，在中壓電力網21上的輔助電壓從母線管道31通過電路部件16、17和18傳送。然而，這樣會具有以下缺點需要參考在高壓電力網中所要求的無功功率和那裡的電流電壓來控制發電機電壓。結果，在中壓母線或中壓電力網21中的電壓也會變化，因為它通過電路部件18、17和16直接連接到發電機上。對於電壓波動，在發電廠中所有的電力負載必須進行設計。此外，對於在高壓電力網中的正常電壓容差，變壓器13仍然要裝備有一個抽頭切換裝置和一個閉環控制或一個開環控制。另外，需要一個附加的分支線路以供應在中壓電力網21中的輔助電壓，這個附加的分支線路包括連接線路16、輔助變壓器17和開關18。此外，必須在輔助變壓器的區域設置防火壁和油槽。同時，分支線路使一個相對長的母線管道31成為必要。最後，只可能粗略地校正在母線管道31中的電壓波動，在發電廠10中從中壓電力網21或低壓電力網29供應電力的所有的電路設備必須要進行更加複雜的設計，以便具有相對大的電壓容差。
因此，本發明的目的是以這樣的方式構想和運行在開始處所述類型的發電廠，即避免了上述列舉的缺點並且得到了特別是在發電廠的設計上的實質的簡化和節省。
為了實現本發明的目的，本發明本質上的特點在於靜態起動裝置，它在燃氣輪機的起動期間從中壓電力網向被用作電動機的發電機供電，而在燃氣輪機正常的運行期間反向工作，以便從發電機產生的電壓中對中壓電力網供應所需的特別控制的輔助電壓。通過靜態起動裝置的使用，不但可以不需要現有發電廠中的全部電路部件，還可以以簡單的方式穩定和校正輔助電壓，於是發電廠的電路設備能夠設計成具有較小的電壓容差並因此簡化了設計。
本發明的第一優選實施例的特徵在於靜態起動裝置被設計成一個變換器，其結構具有功率半導體並且能夠在兩個方向工作。它具有的優點是可以使用帶有驗證部件的驗證的電路，例如，帶有半導體閘流管的橋接電路，該電路可以以適合的方式構造，以便確保可靠運行。
因此，可以沒有限制地在起動期間獲得發電機被用作電動機時所需的輔助電壓。在本發明的另一個實施例中，為了在燃氣輪機起動期間產生中壓電力網輔助電壓，可以將一個優選為柴油發電機的輔助發電機連接到中壓電力網上。
在本發明的另外的優選實施例中，為了使電路設備的電壓容差減小，設置裝置以用於控制靜態起動裝置，這些裝置在燃氣輪機正常運行期間使在中壓電力網中由靜態起動裝置產生的輔助電壓保持恆定。
本發明運行發電廠方法的特徵在於，為了起動燃氣輪機，發電機開關保持斷開並且發電機被用以驅動燃氣輪機，通過靜態起動裝置從中壓電力網的輔助電壓中產生發電機所需的供應電壓，以及在燃氣輪機起動之後，發電機開關閉合併且通過靜態起動裝置從發電機輸送的發電機電壓中產生中壓電力網的輔助電壓，在所有的負載範圍內具有小的容差。
在燃氣輪機起動階段所要求的輔助電壓優選通過連接到中壓電力網的輔助發電機來產生，以及在起動完成以後，關閉輔助發電機。
在燃氣輪機起動以後，由靜態起動裝置產生的輔助電壓藉助於靜態起動裝置的適當致動在正常運行期間保持恆定。
下面將通過參考附圖對實施例進行描述，更加詳細地解釋本發明，其中圖1詳細顯示了現有技術的具有燃氣輪機和靜態起動裝置的發電廠的電路圖；圖2顯示了對應於圖1的本發明的優選實施例的電路圖。
在圖2中的是與圖1類比的具有燃氣輪機15的發電廠30的電路圖。它與圖1中的電路圖相比，具有三個基本的變化。
首先，不具有從母線管道30引出到中壓電力網21的帶有元件16、17和18的分支線路。它不僅省去了帶有諸如防火壁和油槽以及從輔助變壓器17到開關18的導線的所有附加設備的這些元件，而且縮短了在發電機15和升壓變壓器13』之間的母線管道31。
其次，圖1中的靜態起動裝置24(在一個方向工作)被一個靜態起動裝置24』代替(在兩個方向工作)，它接替了對中壓電力網21供應輔助電壓的功能。
最後，與圖1中的升壓變壓器13不同，所設計的升壓變壓器13』不具有抽頭切換裝置。通過靜態起動裝置24』直接進行電壓波動的校正，為此設置有與中壓電力網21相連的控制器34，以便通過變壓器33分接實際的電壓。
發電廠30以這樣的方式運行以起動燃氣輪機32，首先發電機開關14保持斷開，發電機15被用作電動機以驅動燃氣輪機32，通過靜態起動裝置在它的第一工作模式中從中壓電力網21的輔助電壓中產生發電機15所需的供應電壓。在燃氣輪機32起動之後，發電機開關14閉合，然後通過靜態起動裝置24』在它的第二工作模式中從發電機15輸送的發電機電壓中產生中壓電力網21的輔助電壓。在過程中，由靜態起動裝置24』產生的輔助電壓藉助於靜態起動裝置24』通過控制裝置34的適當的致動來保持恆定。在燃氣輪機起動階段所要求的輔助電壓優選通過連接到中壓電力網21的輔助發電機19來產生。在起動完成以後，關閉輔助發電機19。
總體來說，本發明具有以下的優點-不需要在升壓變壓器中的抽頭切換裝置；-不需要從母線管道到輔助變壓器之間的分支線路；-不需要輔助變壓器；-在發電機合升壓變壓器之間的母線管道變短；-不需要在輔助變壓器上的防火壁和油槽；-不需要從輔助變壓器到中壓變壓器上開關的電纜；-發電廠的電氣設備對於較小的電壓容差具有較簡單的設計；-由於通過靜態起動裝置提供電力附件工作的電力，輔助電壓能夠保持恆定，而與發電機電壓無關。
標號列表10、30 發電廠11 高壓電力網12 電路開關13、13』 升壓變壓器14 發電機開關15 發電機16 連接線路(輔助供給)17 輔助變壓器18 開關(輔助供給)19 輔助發電機20 發電機開關(輔助發電機)21 中壓電力網22、25 開關(靜態起動裝置)23 變壓器(靜態起動裝置)24、24』 靜態起動裝置(SSD)26 中壓電力網27 低壓變壓器28 低壓開關29 低壓電力網31 母線管道32 燃氣輪機33 變壓器34 控制裝置
權利要求
1．一個發電廠，包括連接到發電機(15)上的燃氣輪機(32)，發電機(15)通過一個發電機開關(14)連接到高壓電力網(11)上，並且能夠被用作電動機以用於起動燃氣輪機(32)，並且能夠被連接到靜態起動裝置(24』)上以用於起動燃氣輪機(32)，該靜態起動裝置(24』)被連接到中壓電力網(21)上，中壓電力網(21)被設置用於發電廠(30)的輔助設備，該靜態起動裝置(24』)從中壓電力網(21)的輔助電壓中產生用於被用作電動機的發電機(15)所需的變化的供應電壓，其特徵在於，以這樣的方式設計或以這樣的方式致動靜態起動裝置，即在燃氣輪機(32)起動以後，靜態起動裝置(24』)本身可以從發電機(15)輸送的電壓中產生中壓電力網(21)的輔助電壓。
2．如權利要求1所述的發電廠，其特徵在於，靜態起動裝置(24』)被設計成一個變換器，其結構具有功率半導體並且能夠在兩個方向工作。
3．如權利要求1或2所述的發電廠，其特徵在於，為了在燃氣輪機起動期間產生中壓電力網(21)輔助電壓，將一個優選為柴油發電機的輔助發電機(19)連接到中壓電力網(21)上。
4．如權利要求1-3中之一所述的發電廠，其特徵在於，靜態起動裝置(24』)通過一個變壓器(23)和一個開關(22)連接到中壓電力網(21)上。
5．如權利要求1-4中之一所述的發電廠，其特徵在於，設置裝置(33,34)以用於控制靜態起動裝置(24』)，和在燃氣輪機(32)正常運行期間，這些裝置(33,34)使在中壓電力網(21)中由靜態起動裝置(24』)產生的輔助電壓保持恆定。
6．運行如權利要求1-4中之一所述發電廠的方法，其特徵在於，為了起動燃氣輪機(32)，發電機開關(14)保持斷開並且發電機(15)被用以驅動燃氣輪機(32)，通過靜態起動裝置(24』)從中壓電力網(21)的輔助電壓中產生發電機(15)所需的供應電壓，以及在燃氣輪機(32)起動之後，發電機開關(14)閉合併且通過靜態起動裝置(24』)從發電機(15)輸送的發電機電壓中產生中壓電力網(21)的輔助電壓，在所有的負載範圍內具有小的容差。
7．如權利要求6所述的方法，其特徵在於，在燃氣輪機(32)起動階段所要求的輔助電壓通過連接到中壓電力網(21)的輔助發電機(19)來產生，以及在起動完成以後，關閉輔助發電機(19)。
8．如權利要求6和7所述的方法，其特徵在於，在燃氣輪機(32)起動以後，由靜態起動裝置(24』)產生的輔助電壓藉助於靜態起動裝置(24』)的適當致動在正常運行期間保持恆定。
全文摘要
一個發電廠(30)包括連接到發電機(15)上的燃氣輪機(32),發電機(15)通過一個發電機開關(14)連接到高壓電力網(11)上,並且連接到靜態起動裝置(24』)上以被用作電動機起動燃氣輪機(32),靜態起動裝置(24』)從中壓電力網(21)的輔助電壓中產生用於被用作電動機的發電機的變化供應電壓。靜態起動裝置在燃氣輪機(32)起動以後本身可以從發電機輸送的電壓中產生中壓電力網(21)的輔助電壓,因此可以簡化電路。
文檔編號H02P9/08GK1288278SQ00107839
公開日2001年3月21日 申請日期2000年6月22日 優先權日1999年6月23日
發明者漢斯－沃納·施勒特 申請人:Abb阿爾斯通電力(瑞士)股份公司