一種可自啟動的微型燃氣輪機電機系統的製作方法
2023-04-28 12:40:01 1
專利名稱：一種可自啟動的微型燃氣輪機電機系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可自啟動的微型燃氣輪機用電機系統，屬於燃氣輪機領域。
背景技術：
微型燃氣輪機電站具有啟動快、壽命長、重量輕、運行噪音低、運行成本低、燃燒效率高、低汙染環保性好等優點，可作為移動供電電源和備用電源，應用於油田、海洋石油鑽探開採平臺、礦區等應用領域。永磁同步電機具有功率質量比大、發電效率高、可靠性好等優點，目前微型燃氣輪機中均採用永磁同步電機。
在燃氣輪機發電系統中，現有的技術方案普遍採用微型燃氣輪機經過齒輪轉速箱帶動永磁同步電機，經過PWM可控整流環節得到直流電，再經過PWM電壓型逆變器得到三相交流電輸出。現有技術方案原理框圖如圖I所示。分析現有的燃氣輪機發電系統，可以發現微型燃氣輪機不能自啟動，需要起動機將微型燃氣輪機拖動到一定轉速才能點火工作，而整個電路能量為單向流動，因此無法實現對電機的啟動-發電一體化控制。在使用現有的燃氣輪機發電系統進行發電時，需要額外使用起動機，使系統結構更為複雜，增加了成本，不符合發電系統的現代化、自動化的要求。
發明內容
有鑑於此，本發明提供了一種可自啟動的微型燃氣輪機用電機系統，本系統實現了能量的雙向流動，從而能夠對微型燃氣輪機進行啟動-發電一體化控制；同時系統結構簡單，成本低，可靠性高。為達到上述目的，本發明的技術方案為一種可自啟動的微型燃氣輪機用電機系統，包括微型燃氣輪機、三相高速永磁電機、PWM電壓型變流器、PWM電壓型逆變器，微型燃氣輪機與三相高速永磁電機同軸機械連接，三相高速永磁電機的三相連接端連接PWM電壓型變流器的三相連接端，PWM電壓型變流器的直流端正負極分別連接PWM電壓型逆變器的直流端正負極，PWM電壓型逆變器的三相連接端連接電網的三相連接端。其中，該電機系統還包括蓄電池組件。蓄電池組件包括相互連接的蓄電池控制器和蓄電池組；蓄電池控制器的正負極連接端連接PWM電壓型變流器的正負極連接端；蓄電池控制器設定電壓閾值範圍[a，b]，a〈b，蓄電池控制器檢測PWM電壓型變流器的直流端電壓，當PWM電壓型變流器的直流端電壓小於電壓閾值a時，蓄電池控制器控制蓄電池組處於放電狀態，為PWM電壓型變流器提供直流電壓；當PWM電壓型變流器的直流端電壓大於電壓閾值b時，蓄電池控制器控制蓄電池組處於充電狀態，PWM電壓型變流器直流端為蓄電池組提供充電電壓；當PWM電壓型變流器的直流端電壓處於電壓閾值範圍[a，b]內時，蓄電池組件處於不工作狀態；其中a值大於蓄電池組的放電電壓。PWM電壓型變流器具有兩種工作模式，分別為逆變模式和可控整流模式，PWM電壓型變流器通過檢測其三相連接端交流電壓值和交流電流值估算微型燃氣輪機的轉速，當轉速小於微型燃氣輪機的點火轉速時，PWM電壓型變流器處於逆變模式，逆變模式將PWM電壓型變流器的直流端輸入的直流電壓轉換為三相交流電壓由PWM電壓型變流器的三相連接端輸出；當轉速大於或等於微型燃氣輪機的點火轉速時，PWM電壓型變流器處於可控整流模式，可控整流模式將PWM電壓型變流器的三相連接端的三相交流電壓轉換為直流電壓由PWM電壓型變流器的直流端輸出。有益效果本發明在原有的微型燃氣輪機發電系統的基礎上增加蓄電池組件，實現了電機系 統內能量的雙向流動，充分利用高速永磁同步電機的電力和動力的雙向控制，實現了微型燃氣輪機啟動-發電一體化控制，大大提高了微型燃氣輪機發電系統的自動化程度，同時系統結構簡單，成本低，可靠性高。
圖I為現有的微型燃氣輪機發電系統組成框圖。圖2為本發明燃氣輪機發電系統組成框圖。
具體實施例方式下面結合附圖並舉實施例，對本發明進行詳細描述。本發明提供了一種可自啟動的微型燃氣輪機電機系統，該系統主要包括微型燃氣輪機、三相高速永磁電機、PWM電壓型變流器、PWM電壓型逆變器以及蓄電池組件，其連接方式如圖2所示，具體為微型燃氣輪機與三相高速永磁電機同軸機械連接，三相高速永磁電機的三相連接端連接PWM電壓型變流器的三相連接端，PWM電壓型變流器的直流端正負極分別連接PWM電壓型逆變器的直流端正負極，PWM電壓型逆變器的三相連接端連接電網的三相連接端，蓄電池組件包括蓄電池控制器和蓄電池組；蓄電池組與蓄電池控制器相連接，蓄電池控制器的正負極連接端連接PWM電壓型變流器的正負極連接端。所述的蓄電池控制器設定電壓閾值範圍[a，b]，a〈b，蓄電池控制器檢測PWM電壓型變流器的直流端電壓，當PWM電壓型變流器的直流端電壓小於電壓閾值a時，蓄電池控制器控制蓄電池組處於放電狀態，為PWM電壓型變流器提供直流電壓；當PWM電壓型變流器的直流端電壓大於電壓閾值b時，蓄電池控制器控制蓄電池組處於充電狀態，PWM電壓型變流器直流端為蓄電池組提供充電電壓；當PWM電壓型變流器的直流端電壓處於電壓閾值範圍[a，b]內時，蓄電池組件處於不工作狀態；其中a值大於蓄電池組的放電電壓。PWM電壓型變流器具有兩種工作模式，分別為逆變模式和可控整流模式，PWM電壓型變流器通過檢測其三相連接端交流電壓值和交流電流值估算微型燃氣輪機的轉速，當轉速小於微型燃氣輪機的點火轉速時，PWM電壓型變流器處於逆變模式，逆變模式將PWM電壓型變流器的直流端輸入的直流電壓轉換為三相交流電壓由PWM電壓型變流器的三相連接端輸出；當轉速大於或等於微型燃氣輪機的點火轉速時，PWM電壓型變流器處於可控整流模式，可控整流模式將PWM電壓型變流器的三相連接端的三相交流電壓轉換為直流電壓由PWM電壓型變流器的直流端輸出。本微型燃氣輪機用高速永磁同步電機系統的工作流程如下在燃氣輪機啟動運行階段，PWM電壓型變流器的直流端無輸出電壓，則蓄電池組處於放電狀態，由蓄電池組通過蓄電池控制器提供直流電壓，該直流電壓值穩定在一個數值，直流電壓由PWM電壓型變流器的直流端輸入至PWM電壓型變流器，PWM電壓型變流器通過檢測其三相連接端交流電壓值和交流電流值估算微型燃氣輪機的轉速，因微型燃氣輪機的轉速小於其點火轉速，所以PWM電壓型變流器處於逆變模式，直流電壓經PWM電壓型變流器變為三相交流電壓輸出來驅動永磁同步電機，永磁同 步電機轉子轉動並拖動微型燃氣輪機轉子轉動，由於此時直流電壓值較低，永磁同步電機達不到發電轉速，因此永磁同步電機此時並不發電；PWM電壓型變流器一直處於逆變模式，並且由於PWM電壓型變流器的直流端電壓一直由蓄電池組的放電電壓提供，因此PWM電壓型變流器的直流端電壓小於蓄電池控制器的電壓閾值範圍[a, b],因此蓄電池組一直處於放電狀態。調節PWM電壓型變流器，可控制其三相連接端輸出的交流電壓值，永磁同步電機的轉子轉速與其三相連接端的交流電壓頻率成正比，因此增大PWM電壓型變流器三相連接端輸出的交流電壓頻率，可控制永磁同步電機轉子轉速逐漸增大，微型燃氣輪機的轉子的轉動速度隨之逐漸增大，當轉子轉動速度達到點火轉速時，微型燃氣輪機自動點火，點火後微型燃氣輪機啟動；啟動後，微型燃氣輪機通過同軸的機械結構帶動永磁同步電機的轉輪轉動，使永磁同步電機加速到發電轉速，則此時永磁同步電機處於發電狀態，系統處於發電運行階段，此時PWM電壓型變流器通過檢測其三相連接端交流電壓值和交流電流值估算微型燃氣輪機的轉速，由於微型燃氣輪機的轉速已達到其點火轉速，PWM電壓型變流器處於可控整流模式，可控整流模式將永磁同步電機輸出的三相交流電壓轉換為直流電壓並由PWM電壓型逆變器輸出至電網，當PWM電壓型變流器的直流端電壓大於蓄電池控制器的電壓閾值範圍時，蓄電池控制器控制蓄電池組處於充電狀態。綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種可自啟動的微型燃氣輪機電機系統，包括微型燃氣輪機、三相高速永磁電機、PWM電壓型變流器、PWM電壓型逆變器，微型燃氣輪機與三相高速永磁電機同軸機械連接，三相高速永磁電機的三相連接端連接PWM電壓型變流器的三相連接端，PWM電壓型變流器的直流端正負極分別連接PWM電壓型逆變器的直流端正負極，PWM電壓型逆變器的三相連接端連接電網的三相連接端，其特徵在於，該電機系統還包括蓄電池組件； 所述的蓄電池組件包括相互連接的蓄電池控制器和蓄電池組；蓄電池控制器的正負極連接端連接PWM電壓型變流器的正負極連接端； 所述的蓄電池控制器設定電壓閾值範圍[a，b]，a〈b，蓄電池控制器檢測PWM電壓型變流器的直流端電壓，當PWM電壓型變流器的直流端電壓小於電壓閾值a時，蓄電池控制器控制蓄電池組處於放電狀態，為PWM電壓型變流器提供直流電壓；iPWM電壓型變流器的直流端電壓大於電壓閾值b時，蓄電池控制器控制蓄電池組處於充電狀態，PWM電壓型變流器直流端為蓄電池組提供充電電壓；當PWM電壓型變流器的直流端電壓處於電壓閾值範圍 [a，b]內時，蓄電池組件處於不工作狀態；a值大於蓄電池組的放電電壓； 所述的PWM電壓型變流器具有兩種工作模式，分別為逆變模式和可控整流模式，PWM電壓型變流器通過檢測其三相連接端交流電壓值和交流電流值估算微型燃氣輪機的轉速，當轉速小於微型燃氣輪機的點火轉速時，PWM電壓型變流器處於逆變模式，逆變模式將PWM電壓型變流器的直流端輸入的直流電壓轉換為三相交流電壓由PWM電壓型變流器的三相連接端輸出；當轉速大於或等於微型燃氣輪機的點火轉速時，PWM電壓型變流器處於可控整流模式，可控整流模式將PWM電壓型變流器的三相連接端的三相交流電壓轉換為直流電壓由PWM電壓型變流器的直流端輸出。
全文摘要
本發明公開了一種可自啟動的微型燃氣輪機電機系統，屬於燃氣輪機領域。本系統包括順次連接的微型燃氣輪機、三相高速永磁電機、PWM電壓型變流器、PWM電壓型逆變器，其中，該電機系統還包括蓄電池組件。蓄電池組件包括相互連接的蓄電池控制器和蓄電池組；蓄電池控制器的正負極連接端連接PWM電壓型變流器的正負極連接端；本發明在原有的微型燃氣輪機發電系統的基礎上增加蓄電池組件，實現了電機系統內能量的雙向流動，充分利用高速永磁同步電機的電力和動力的雙向控制，實現了微型燃氣輪機啟動-發電一體化控制，本發明適用於燃氣輪機電機系統。
文檔編號H02P9/08GK102969963SQ20121053682
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月12日 優先權日2012年12月12日
發明者謝清明, 袁寧, 秦秀娟, 李亞芳, 王大彧, 高軍 申請人:北京動力機械研究所