发电系统机械无级变换器及其控制方法
【专利摘要】发电系统机械无级变换器及其控制方法，属于发电【技术领域】，用于发电机组输出电力的频率控制。本发明调频范围大、成本低、过载能力强、故障率低。变换器：包括CVT，源动机系统的输出端与CVT的输入端相连接，CVT的输出端与发电机组的输入端相连接，发电机组的输出端经变压器与电网相连接；在CVT的输出轴或发电机组的输入轴上设置有转速传感器，转速传感器的输出端与控制器的输入端相连接，控制器的输出端与CVT的速比驱动器相连接。控制方法：控制器根据转速传感器检测到的CVT输出轴转速的变化相应控制CVT的速比变化，从而保证发电机组接入转速保持恒定。
【专利说明】发电系统机械无级变换器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于发电【技术领域】，特别是涉及一种发电系统机械无级变换器及其控制方法，用于发电机组输出电力的频率控制。
【背景技术】
[0002]根据源动机的不同，发电系统可以进行如下的分类:
[0003](I)汽轮发电机:是由汽轮机驱动的，通常为卧式，转子是隐极式；
[0004](2)水轮发电机:是由水轮机驱动的，对于大、中型水轮发电机通常为立式，转子是凸极式；
[0005](3)核能发电机:与常规火力发电厂汽轮发电机无本质区别，有全速与半速两种；
[0006](4)燃气轮发电机:是将气体压缩、加热后在透平中膨胀，把其热能转换为机械能的旋转式动力机械；
[0007](5)太阳能发电机:是利用太阳光照在硅等半导体上，光子冲击原子时产生的光电效应，直接将光能转换成电能的发电方式；
[0008](6)风力发电机:需根据风力大小及电能需要量的变化及时通过控制装置来实现风力发电；
[0009](7)柴油发电机:是由柴油机与发电机组成，由柴油机驱动的发电机组。通常作为独立电源或备用电源用于工矿企业、车辆船舶等多种场合。
[0010]然而，无论何种发电系统，要把发电系统的输出电力用于驱动负载对象或与公共电网(可以认为电网就是好多需要用电的负载对象)联接起来，则必须满足如下四个条件:
[0011]1.发电机的频率与用户(或电网)系统频率相同；
[0012]2.发电机出口电压与用户(或电网)系统电压相同，其最大误差应在5%以内；
[0013]3.发电机相序与用户(或电网)系统相序相同；
[0014]4.发电机电压相位与用户(或电网)系统电压相位一致。
[0015]其中，最为重要的就是对发电机组的频率控制和出口端电压的控制。
[0016]发电机组的出口端电压是由其励磁系统(AVR)来控制，而输出电力的频率则是由发电机组转子速度决定。
[0017]发电系统源动机输出功率的波动会增加发电系统调频的难度，而发电系统频率的变化反过来又会影响源动机机组的运行状态。所有供电接入系统都要求源动机机组输出轴能够在一定的转速范围内正常运行，转速超过一定范围后则需限制出力运行或延迟一定时间后退出运行，以维护系统的频率稳定。许多国家电网公司要求电场通过控制输出功率的3%?5%参与系统的频率调整。
[0018]传统发电机组维护系统要求源动机机组的输出转速基本不变，当负载变化或源动机机组的输出转速波动时，其频率稳定的方法主要是通过调整源动机的涡轮机桨叶倾角进行微调，以保证发电机组接入转速的稳定(如图1所示)；如果因为负载变化过大等原因使系统发电机组接入转速过高时，则只能通过控制系统使部分源动机机组停机控制减少电场的输出功率。
[0019]现代许多小型发电机组或新能源发电系统则通常是采用交直交变频调速等电力变换系统实现发电机组输出电力的频率控制(如图2所示)。而由于技术的原因，目前电力变换系统主要来自国外进口，即便有少数国内厂家制造的电力变换系统，其所采用的主要功率元器件，几乎均是从国外进口的元器件；且这些功率元器件过载能力低，故障率高，极易损坏。
[0020]电控金属带(链)式机械无级变速器(Continuously Variable Transmiss1n,简称CVT)目前主要是用于汽车的运动或动力传动方面，虽为摩擦传动方式，其传递扭矩越来越大，目前已经可以达到近700Nm，转速6000rpm以上。但随着技术的发展和研究力度的加大，CVT传递运动或动力的能力必将会有不断地提高。
【发明内容】
[0021]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种调频范围大、成本低、过载能力强、故障率低的发电系统机械无级变换器及其控制方法。
[0022]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种发电系统机械无级变换器，包括CVT，源动机系统的输出端与CVT的输入端相连接，CVT的输出端与发电机组的输入端相连接，发电机组的输出端经变压器与电网相连接；在(^1的输出轴或发电机组的输入轴上设置有转速传感器，转速传感器的输出端与控制器的输入端相连接，控制器的输出端与CVT的速比驱动器相连接。
[0023]在所述的源动机系统的输出端与CVT的输入端之间设置有升速齿轮组，升速齿轮组的档位控制端与控制器的输出端相连接。
[0024]所述的发电系统机械无级变换器的控制方法，控制器根据转速传感器检测到的CVT输出轴转速的变化相应控制CVT的速比变化，从而保证发电机组接入转速保持恒定。
[0025]本发明的有益效果:
[0026]本发明的发电系统机械无级变换器及其控制方法调频范围大、成本低、过载能力强，且故障率低，不易损坏。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为传统发电机组维护系统拓补结构示意图；
[0028]图2为现代小型发电机组或新能源发电系统拓补结构示意图；
[0029]图3为本发明的发电系统机械无级变换器拓补结构示意图；
[0030]图中，1-源动机系统，2-升速齿轮组，3-发电机组，4-软起动器，5-电网，6-CVT,7-控制器，8-转速传感器，9-变压器。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0032]如图3所示，一种发电系统机械无级变换器，包括CVT6，源动机系统I的输出端与CVT6的输入端相连接，CVT6的输出端与发电机组3的输入端相连接，发电机组3的输出端经变压器9与电网5相连接；在CVT6的输出轴或发电机组3的输入轴上设置有转速传感器8,转速传感器8的输出端与控制器7 (Transmiss1n Control Unit,简称TCU)的输入端相连接，控制器7的输出端与CVT6的速比驱动器相连接。在所述的源动机系统I的输出端与CVT6的输入端之间设置有升速齿轮组2，升速齿轮组2的档位控制端与控制器7的输出端相连接。
[0033]所述的发电系统机械无级变换器的控制方法，控制器7根据转速传感器8检测到的CVT6输出轴转速(即发电机组3接入转速)的变化相应控制CVT6的速比变化，从而保证发电机组3接入转速保持恒定。
[0034]本发明采用电控金属带(链)式机械无级变速器CVT作为发电机组频率变换器，通过其控制发电机组接入转速环节以实现输出电力的频率的稳定。
[0035]升速齿轮组2可实现升速减扭的功能，降低了对CVT传递扭矩的需求，也保证了发电系统对CVT输入转速的需求。如果源动机系统I输出转速变化不大(目前CVT的变速范围在4?6之间)，且输出转速符合CVT输入转速要求，则可以去除升速齿轮组2 ;如果源动机系统I工况复杂，输出转速变化非常大，则可以将升速齿轮组2制造成多档变速箱。
【权利要求】
1.一种发电系统机械无级变换器，其特征在于包括CVT,源动机系统的输出端与CVT的输入端相连接，CVT的输出端与发电机组的输入端相连接，发电机组的输出端经变压器与电网相连接；在0^的输出轴或发电机组的输入轴上设置有转速传感器，转速传感器的输出端与控制器的输入端相连接，控制器的输出端与CVT的速比驱动器相连接。
2.根据权利要求1所述的发电系统机械无级变换器，其特征在于在所述的源动机系统的输出端与CVT的输入端之间设置有升速齿轮组，升速齿轮组的档位控制端与控制器的输出端相连接。
3.权利要求1所述的发电系统机械无级变换器的控制方法，其特征在于控制器根据转速传感器检测到的CVT输出轴转速的变化相应控制CVT的速比变化，从而保证发电机组接入转速保持恒定。
【文档编号】H02J3/38GK104242342SQ201410471024
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】杨秀敏, 张沂阳 申请人:沈阳工程学院