专利名称：操作发动机驱动型发电机组的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及发电机控制系统并且尤其是涉及发电机的可选频率、电压、保护和输出额定值。
背景技术：
发动机驱动型发电机(engine generator)组通常被用作具有不同的电源需求的应用和位置中的电驱动设备的原始电源或后备电源。例如，很多地方要求50赫兹(Hz)的电输出，而其它地方要求60Hz的输出，以匹配地方电网的工作频率。发动机驱动型发电机组应用可有不同的电源要求。由所述发动机驱动型发电机组供电的设备的电压要求和频率要求可以变化。例如，在美国，480V和60Hz是电气设备的一般要求，而欧洲应用更可能需要400V和50Hz的电源。能以一个电压和频率提供某一功率电平的发动机驱动型发电机组不能以另一电压和频率供应相同的功率。
公知的发动机驱动型发电机组被配置来适应包括具有50Hz或60Hz的电气系统的地区中的工作。如果发动机驱动型发电机组从一个地区移动到另一个具有不同工作频率的地区，那么典型地需要修改发电机保护装置的设置、修改电动辅助设备和修改机械部件。
典型地，发动机驱动型发电机组辅助设备从所述发动机驱动型发电机组的输出来供电。因此，诸如泵电动机的电气设备以所述发动机驱动型发电机组被设计来工作的频率工作。此外，确定被耦合到电动机的机械部件的尺寸，以适应电动机的输出功率电平，该机械部件被耦合到这些电动机。
典型地，电压调节器被设计来随着多种不同的具有宽范围性能的发动机驱动型发电机组工作。因此，特定的发动机驱动型发电机组可能不能以在所述电压调节器上可得到的所有电压选择工作。所述发动机驱动型发电机组也可能不能在一个电压处满足与在不同电压处相同的额定功率。除了针对特定应用设置发动机和额定电压之外，当所述发动机驱动型发电机组从一个频率改变到另一频率时，所述发动机驱动型发电机组控制系统中所包括的继电器和其它保护装置将需要被复位或者被替换。诸如过和欠电压继电器以及过和欠频继电器的继电保护断开负载，关闭所述发动机，防止激励所述发电机，或者如果检测到可能导致损坏所述发动机驱动型发电机组的情况则以某种其它方式来保护所述发动机驱动型发电机组。例如，如果所述电压超过了可接受的额定值并且所述发动机驱动型发电机组具有过电压继电器，则所述继电器可脱扣(trip)断路器并且断开所述负载，从而防止既损坏所述发电机又损坏所述负载。继电器必须被正确地设置来工作。例如，在其处所述过电压继电器将脱扣断路器的电压电平典型地被手动设置。
为了将发动机驱动型发电机组的工作从一个工作频率改变到不同的频率，用户需要各种技能。用户可能需要改变发动机额定值，以便手动地改变电压调节器上的电压和频率，以便设置保护继电器，并且以便替换电动机、泵、加热器和其它辅助设备，以及以便保证所有设置和额定值相互兼容并与发动机驱动型发电机组兼容。具备这些技能的技术人员很难在发动机驱动型发电机组经常运行的偏远地区找到。所需的工作量和零件费用可能减小特定应用的可行性，并且技术人员为了设置发动机驱动型发电机组而必须采取的步骤越多，则有更多机会出错。
发明内容
在一个实施例中，发动机驱动型发电机组包括发电机和原动机，该发电机被配置来给在第一电压和第一频率处为额定的第一负载提供电能，以及给在第二电压和第二频率处为额定的第二负载提供电能，该原动机通过轴被耦合到所述发电机并被配置来在第一频率以第一转速转动轴和在第二频率以第二转速转动所述轴，而且发动机驱动型发电机组控制系统包括被配置来控制所述发电机的输出的发电机控制系统、被配置来控制所述轴的转速的发动机控制系统、和被配置来将所述发动机驱动型发电机组的输出从第一电压和第一频率修改到第二电压和第二频率中的至少一个的输出选择器。
在另一实施例中，操作发动机驱动型发电机组的方法包括从发动机驱动型发电机组的从第一电压和第一频率到第二电压和第二频率的多个预定的工作电压中选择工作电压和频率，为电气耦合到所述发动机驱动型发电机组的输出的配电盘选择所选工作电压和频率，使得耦合到所述配电盘的电负载和电气保护设备被配置来用所选的电压和频率工作，以及为电气耦合到所述发动机驱动型发电机组的输出的发电机开关设备选择所选工作电压和频率，使得耦合到所述发电机输出的发电机保护设备被配置来用所选电压和频率工作。
在又一个实施例中，发动机驱动型发电机组输出转换系统包括被配置来将发动机驱动型发电机组的输出从第一输出电压和第一频率修改到第二输出电压和第二频率的输出选择器，其中第一输出电压不同于第二输出电压并且第一频率不同于第二输出频率，并且该发动机驱动型发电机组输出转换系统包括可通信地耦合到所述输出选择器的继电器，所述继电器被配置来对应于第一输出电压选择第一变压器抽头以及选择第二变压器。
图1是发动机驱动型发电机组的示例性的实施例的示意性框图；图2是图1中所示的断路器板的示例性的实施例的示意性框图；以及图3是操作图1中所示的发动机驱动型发电机组的示例性方法的流程图。
具体实施例方式
如在此所使用的那样，以单数列举并且之前有单词“一”或“一个”的元件或者步骤应被理解为不排除多个所述元件或者步骤，除非明确地叙述了这样的排除。此外，本发明的“一个实施例”的参考不应被解释为排除附加的实施例的存在，所述附加实施例也包括所述特征。
图1是发动机驱动型发电机组10的示例性的实施例的示意性框图。发动机驱动型发电机组10通过断路器板14被耦合到负载12。在示例性实施例中，所述发动机驱动型发电机组10包括内燃机16、发电机18和发动机驱动型发电机组控制系统20。断路器板14将所述发动机驱动型发电机组10电气连接到负载12。
在示例性的实施例中，内燃机16是燃气涡轮发动机，该燃气涡轮发动机包括串联的至少一个压缩机22、燃烧室24、高压涡轮机26、低压涡轮机28、入口30和排气喷嘴32。在一个实施例中，发动机10是在市场上可买到的通用电气公司(辛辛纳提，俄亥俄)的TM2500发动机。压缩机22和涡轮机26通过第一轴34来耦合，而涡轮机28和发电机18通过第二轴36来耦合。
在工作中，空气通过压缩机22流入发动机入口30并且被压缩。然后，所压缩的空气被递送给燃烧室24，在该燃烧室24中，所压缩的空气与燃料混合并且被点燃。来自燃烧室24的气流驱动旋转涡轮机26和28并且通过排气喷嘴32排出燃气涡轮机16。
在示例性的实施例中，发电机18是AC发电机，该AC发电机机械地耦合到轴36，使得所述发动机每分钟转速(rpm)确定由发电机18所产生的AC电源的频率。发电机18通过线路38被耦合到断路器板14，该线路38将由发电机18以预定的电压和频率产生的AC电源通过所述断路器板14传输给负载12。在可替换的实施例中，线路26通过母线(bus bar)和断开开关(未示出)被耦合到负载12。
在示例性的实施例中，发动机驱动型发电机组控制系统20包括发动机驱动型发电机组控制板40、ECM42、自动电压调节器44、过电压继电器46、欠电压继电器48、过频继电器50和欠频继电器52。在可替换的实施例中，控制系统20被包括在一个或多个控制模块内。在其它可替换的实施例中，控制系统20可不包括继电器46、48、50和52，或者继电器46、48、50和52可以是电压调节器44、控制板40的一部分或者是控制系统20的另一部分。在示例性的实施例中，控制系统20在物理上与内燃机16和发电机18位于一起。在可替换的实施例中，所述控制系统20或者部分控制系统20可距离较远。
发电机控制板40包括接口54，以便于输入数据到控制系统20并且控制发动机16。接口54包括显示区56和键盘58。输出选择器60被用于选择所述发动机驱动型发电机组10的工作频率。在示例性的实施例中，输出选择器60是键锁开关。在不同的实施例中，输出选择器60可被实施为显示器56、显示器56的子菜单上的受密码保护的字段或者独立的键盘，该独立的键盘要求录入项的组合以改变输出选择器60的状态。
图2是(图1中所示的)断路器板14的示例性实施例的示意性框图。在示例性实施例中，断路器板14包括断路器200，该断路器200被配置来接收电源和选择地将所接收的电源传输给配电线(linedistribution)、例如子站(未示出)。断路器200被容纳在断路器板14的小室(cubicle)(202)内。脱扣单元(trip unit)204被配置来从传感器208接收表示通过线路38的电气参数的电信号。在示例性实施例中，传感器208包括电压互感器(PT)和电流互感器(CT)。脱扣单元204用来自传感器208的电信号产生脱扣信号，以当所述电气参数超过门限值或其它预定特征时脱扣断路器200。
被容纳在小室212中的变压器210将线路38上的电压逐步降到适合在将电源供应给与发动机驱动型发电机组10相关联的辅助设备的电平。变压器210被有选择地抽头，以提供多个输出电压、诸如400VAC和480VAC。变压器210被耦合到总线系统，以将电源传送给耦合到小室214中的相应的断路器的辅助负载。在示例性的实施例中，第一断路器216给泵电动机218供电，第二断路器220给加热器221供电，第三断路器222给油雾消除器224供电，并且第四断路器226给风扇电动机228供电。在不同的实施例中，其它辅助设备被来自小室214的电源供电。
在示例性实施例中，脱扣单元206、变压器210、和断路器216、220、222和226中的每个通过网络230可通信地耦合到输出选择器60。在工作期间，输出选择器60被设置到发动机驱动型发电机组10的预定工作频率。因此，这样的设置被传送给脱扣单元206、变压器210和断路器216、220、222和226。诸如发动机驱动型发电机组控制板40、ECM42、自动电压调节器44、过电压继电器46、欠电压继电器48、过频继电器50、以及欠频继电器52的附加设备也可以被可通信地耦合到网络230。
图3是操作发动机驱动型发电机组10的示例性方法300的流程图。方法300包括将与发动机驱动型发电机组10相关联的开关设备从使用第一电压的操作配置变换到第二电压的操作配置(302)。这样的变换包括对准(aligning)从第一抽头到第二抽头的电压互感器的次级绕组上的抽头。所述变压器的次级电路中的一组电触点与输出选择器60相关联，使得触点对准电压互感器的次级，以在第一位置提供第一感应电压而当选择到第二位置时提供第二感应电压。在示例性的实施例中，所述电压互感器被抽头，以当发电机16输出是11500VAC时提供115VAC感应电压而当发电机16输出是11400VAC时提供120VAC感应电压。
输出选择器60也控制电动机控制中心(MCC)的变换304，该电动机控制中心给辅助设备供电，该辅助设备支持发动机驱动型发电机组10的工作。例如，照明配电盘次级绕组从供应400V切换到供应480V(306)，并且电动机过载设置被从例如50Hz工作修改到60Hz工作(308)。
在示例性的实施例中，其他辅助设备和控制装置被配置来以由输出选择器60所选择的频率和电压工作。燃料控制和定序器系统被切换来以所选的频率和电压工作(310)。MW范围WX装置控制系统设置被修改(312)，而其他保护装置设置也被修改(314)，以便以由输出选择器60所选择的频率和电压工作。这样的保护装置包括集成的发电机保护系统(IGPS)、数字多功能测量表(DMMF)、数字同步模块(DSM)和自动电压调节器(AVR)装置。被用于支持系统10的工作的至少一些辅助设备包括多电源供给能力，使得从多个可得到的配置中选择一个配置允许辅助设备在不同可选的电压和频率处工作。辅助设备也从被耦合到系统10输出的恒定输出电源来供电，例如所有照明、计算机馈电线、墙上插座、应急照明和控制室电池通风风扇以及发电机润滑油油雾消除器在230V工作并且所有AC电动机和点火器电路根据来自照明配电盘的特别保留的130VAC电路工作(316)。此外，其它辅助设备是超尺寸的(oversized)(318)，以适应诸如用于通风、设备调节的加热器的多电源，并且液流系统加热器在60Hz是超尺寸的，以适应当以50Hz工作时更低的输出功率，并且辅助泵/电动机组在60Hz是超尺寸的，以满足50Hz处的流动要求，而且用于防冻处理的封装鼓风机加热器在3kw对于50/60Hz、400/480V是双重额定的。输出选择器60修改发动机驱动型发电机组10的配置，以便以第一电压和频率工作，并且修改所述保护系统的配置和配电系统工作电压，并且支持所述系统自操作员初始化以少于大约二十微秒的时间以第二电压和频率工作的配置。
发动机驱动型发电机组的上述实施例便于使用发动机驱动型发电机和辅助设备的最小重新配置来提供电源给多个电气系统。发动机驱动型发电机组的方法和设备的示例性实施例在上面详细地被说明。所描述的发动机驱动型发电机组部件不限于在此所描述的具体实施例，而是每个发动机驱动型发电机组的部件可以被与在此所述的其它部件独立地和分离地使用。例如，上述发动机驱动型发电机组部件也可以与不同的发动机驱动型发电机组组合使用。所述系统和在此所述的方法的各种实施例的技术效果便于产生用于各种电气系统的电源，在这些电气系统中操作人员在重新配置所述机组出错的可能性基本上被减小。
虽然本发明已根据各种具体实施例被说明，但是本领域中的技术人员将认识到，本发明可利用权利要求的精神和范围内的修改来实施。
部件列表
权利要求
1.发动机驱动型发电机组(10)，包括发电机(18)，被配置来给在第一电压和第一频率处额定的第一负载(12)提供电能，和给在第二电压和第二频率处额定的第二负载提供电能，其中第二电压中的至少一个不同于第一电压并且第二频率不同于第一频率。原动机，通过轴(34)可转动地耦合到所述发电机，所述原动机被配置来当所述发电机以第一频率产生电能时以第一转速转动所述轴，并且当所述发电机以第二频率产生电能时以第二转速转动所述轴；以及发动机驱动型发电机组控制系统，包括发电机控制系统，可通信地耦合到所述发电机，被配置用来控制所述发电机的输出；发动机控制系统，可通信地耦合到所述原动机，被配置用来控制所述轴的转速；以及输出选择器，可通信地耦合到所述发电机控制系统和所述发动机控制系统，所述输出选择器被配置用来将所述发动机驱动型发电机组的输出从第一电压和第一频率修改到第二电压和第二频率中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的发动机驱动型发电机组(10)，还包括发电机(18)输出电压互感器，当所述发动机驱动型发电机组以第一电压工作时，所述发电机输出电压互感器被抽头来提供第一感应电压，并且当所述发动机驱动型发电机组以第二电压工作时，所述发电机输出电压互感器被抽头来提供第二感应电压。
3.根据权利要求2所述的发动机驱动型发电机组(10)，其中所述发电机(18)输出电压互感器可通信地耦合到所述输出选择器(60)。
4.根据权利要求1所述的发动机驱动型发电机组(10)，还包括表示由所述输出选择器(60)所选择的频率的指示器。
5.根据权利要求1所述的发动机驱动型发电机组(10)，还包括电动机，其通过电动机保护电路(200)以来自所述发电机的输出的电源供电，所述电动机保护电路包括至少一个过载和脱扣单元(204，206)，该过载和脱扣单元(204，206)可通信地耦合到所述输出选择器(60)，使得至少一个过载(308)和脱扣单元的脱扣设置通过操作输出选择器来修改。
6.根据权利要求5所述的发动机驱动型发电机组(10)，其中，当发动机驱动型发电机组以第一电压和第一频率工作，并且以第二电压和第二频率工作时，所述电动机的尺寸被设置的满足电动机的负载(12)要求。
7.根据权利要求1所述的发动机驱动型发电机组(10)，其中所述发电机(18)控制系统还包括集成的发电机保护系统、需求侧管理系统、自动同步器和自动电压调节器中的至少一个，所述输出选择器被配置来将集成的发电机保护系统、需求侧管理系统、自动同步器和自动电压调节器(44)中的至少一个从以第一电压和第一频率工作修改到以第二电压和第二频率工作。
8.根据权利要求1所述的发动机驱动型发电机组(10)，其中所述发动机控制系统进一步包括燃料控制和定序器系统、所述输出选择器，该输出选择器被配置来将燃料控制和定序器系统从以第一电压和第一频率工作修改到以第二电压和第二频率工作。
9.根据权利要求1所述的发动机驱动型发电机组(10)，其中所述输出选择器(60)被配置来改变继电器(46，48，50，52)的工作状态，以选择工作电压和工作频率。
10.发动机驱动型发电机组(10)输出变换系统，包括输出选择器(60)，被配置用来将发动机驱动型发电机组(18)的输出从第一输出电压和第一频率修改到第二输出电压和第二频率，其中第一输出电压不同于第二输出电压，而第一频率不同于第二输出频率，以及继电器(46，48，50，52)，可通信地耦合到所述输出选择器，所述继电器被配置来对应于第一输出电压选择第一变压器(210)抽头和选择第二变压器。
全文摘要
用于发动机驱动型发电机组(10)的方法和系统包括发电机(18)和原动机，该发电机(18)被配置来给在第一电压和第一频率处额定的第一负载(12)提供电能，并且给在第二频率和第二电压处额定的第二负载提供电能，该原动机通过轴(34，36)耦合到发电机并被配置来在第一频率以第一转速转动所述轴和在第二频率以第二转速转动所述轴，并且发动机驱动型发电机组控制系统包括被配置来控制发电机的输出的发电机控制系统、被配置来控制轴的转速的发动机控制系统、以及输出选择器，配置该输出选择器来将发动机驱动型发电机组的输出从第一电压和第一频率修改到第二电压和第二频率中的至少一个。
文档编号H02K57/00GK1897451SQ20061010635
公开日2007年1月17日 申请日期2006年7月14日 优先权日2005年7月15日
发明者R·J·克利恩 申请人:通用电气公司