并网型直流励磁同步发电机组的交流励磁改造方法及系统与流程

本发明涉及直流励磁和交流励磁发电领域，尤其涉及一种并网型直流励磁同步发电机组的交流励磁改造方法及系统。

背景技术：

同步发电机组以其容量大、可调节有功功率及无功功率等优点在水力发电、风力发电、热力发电等能源开发中得到了广泛的应用。由于受电网频率及电网运行等条件的约束，使得驱动这些同步发电机的原动机一直以同步转速运行，不能始终处于最优转速，进而导致发电机组的工况恶化，效率降低，影响了发电机组的安全运行。

随着当前能源开发的发展，为了提高原动机的能源转化效率，在风力发电、潮汐发电及波浪发电等清洁能源的开发中，广泛地使用了变速发电，原动机的转速会在某个范围内变化，以提高能源转换效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于结合上述现有技术的优点，提供一种直流励磁同步发电机组的交流励磁改造方法及系统，提高原动机及整个发电机组的运行效率，改善原同步发电机组的运行工况，提高发电机组的容量，提高发电机组运行的稳定性。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

并网型直流励磁同步发电机组的交流励磁改造系统，包括直流励磁同步发电机、转子交流绕组、转子铁芯、交直交双向变流器、电刷、滑环、测量控制系统和原动机及其传动机构；

直流励磁同步发电机的定子绕组与交流电网相连；转子铁芯及转子交流绕组安装于改造前直流励磁同步发电机转子主磁极上的磁极铁芯及其直流励磁绕组的位置，转子交流绕组安装于转子铁芯槽内；转子交流绕组通过电刷、滑环与交直交双向变流器相连；直流励磁同步发电机的机座及其通风散热等辅助部件不变；

交直交双向变流器根据原动机的各运行转速，通过电刷、滑环为转子交流绕组提供频率、大小、相位、相序可控的交流励磁电流，交流励磁电流所产生的旋转磁场转速与转子转速叠加后始终跟定子绕组产生的旋转磁场转速相同，进而使原动机始终运行于高效区；

电刷安装于直流励磁同步发电机的机座外壳上，与交直交双向变流器连接并与滑环滑动接触；

滑环安装于直流励磁同步发电机的转子的轴上，与交流绕组连接并与电刷滑动接触；

原动机及其传动机构用于驱动直流励磁同步发电机的转子旋转。

进一步地，转子铁芯和转子交流绕组用于替换改造前直流励磁同步发电机转子主磁极上的磁极铁芯及其直流励磁绕组。

进一步地，原动机及其传动机构中，原动机包括水轮机、汽轮机、风力机或内燃机。

进一步地，转子交流绕组的极数与定子绕组的极数相同。

进一步地，所述测量控制系统用于监测整个发电系统的运行状态、参数，测量控制原动机、发电机转子的转速，进而调整交直交双向变流器输出的交流励磁电流参数，使整个发电系统安全稳定运行。

进一步地，转子交流绕组和交直交双向变流器的相数为3相，也可以为多相。

进一步地，当发电机转子的转速高于同步转速时，测量控制系统调整交流励磁电流的相序和频率，使交流励磁电流在转子交流绕组上产生的旋转磁场转向与转子转向相反；当发电机转子转速低于同步转速时，调整交流励磁电流的相序和频率，使交流励磁电流在转子交流绕组上产生的旋转磁场转向与转子转向相相同，交流励磁电流所产生的旋转磁场转速与转子转速叠加后始终跟定子绕组产生的旋转磁场转速相同；

测量控制系统根据原动机输入的机械功率调整交流励磁电流的大小及相位，进而调整发电机转子的转速，使原动机始终在最优转速下运行。

一种并网型直流励磁同步发电机组的交流励磁改造方法，包括以下步骤：

s1、将直流励磁同步发电机的转子主磁极从发电机转子上拆除，转子主磁极包括磁极铁芯和直流励磁绕组；

s2、直流励磁同步发电机的定子铁芯不变；若定子绕组极数不变，则在原转子主磁极的位置安装转子铁芯及转子交流绕组，转子交流绕组的极数与定子绕组的极数相同；若定子绕组的极数根据原动机的最优转速区间改变，则转子交流绕组的极数与改变后的定子绕组的极数相同；直流励磁同步发电机的机座及其通风散热等辅助部件不变；

s3、将转子交流绕组安装于转子铁芯的槽内；

s3、设置交直交双向变流器，根据原动机的各运行转速，通过电刷、滑环为转子交流绕组提供频率、大小、相位、相序可控的交流励磁电流；

当发电机转子的转速高于同步转速时，调整交流励磁电流的相序和频率，使交流励磁电流在转子交流绕组上产生的旋转磁场转向与转子转向相反，当发电机转子的转速低于同步转速时，调整交流励磁电流的相序和频率，使交流励磁电流在转子交流绕组上产生的旋转磁场转向与转子转向相相同，交流励磁电流所产生的旋转磁场转速与转子转速叠加后始终跟定子绕组产生的旋转磁场转速相同，根据原动机输入的机械功率调整交流励磁电流的大小及相位，进而调整发电机转子的转速，使原动机在最优转速下运行；

s4、采用测量控制系统监测整个发电系统的运行状态、参数，测量控制原动机、发电机转子的转速进而调整交直交双向变流器输出的交流励磁电流频率、大小、相位、相序。

相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本发明简单，易于实现。

本发明保留原同步发电系统的绝大部分设备及部件，只将原同步发电机组的转子主磁极(包括磁极铁芯及其直流励磁绕组)替换为与定子绕组极数相同的转子交流绕组及转子铁芯，对原系统的改动较小，改造成本较低。

如上所述，本发明技术手段简便易行，转子运行于不同转速时通过控制交流励磁电流参数，使转子上的旋转磁场转速与定子旋转磁场转速一致，进而提高原动机及整个发电系统的运行效率，改善原同步发电机组的运行工况，提高发电机组运行的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例中改造前的直流励磁同步发电系统结构图。

图2为本发明实施例中改造后的交流励磁发电系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

实施例：

并网型直流励磁同步发电机组的交流励磁改造系统，如图2所示，包括直流励磁同步发电机、转子交流绕组5、转子铁芯6、交直交双向变流器7、电刷8、滑环9、测量控制系统10和原动机及其传动机构12；

直流励磁同步发电机的定子绕组2与交流电网相连；转子铁芯6及转子交流绕组5安装于改造前直流励磁同步发电机转子主磁极上的磁极铁芯3及其直流励磁绕组4的位置，转子交流绕组5安装于转子铁芯6槽内；转子交流绕组5通过电刷8、滑环9与交直交双向变流器7相连；直流励磁同步发电机的机座、轴承及通风散热等辅助部件11不变。

交直交双向变流器7根据原动机的各运行转速，通过电刷8、滑环9为转子交流绕组5提供频率、大小、相位、相序可控的交流励磁电流，交流励磁电流所产生的旋转磁场转速与转子转速叠加后始终跟定子绕组2产生的旋转磁场转速相同，进而使原动机始终运行于高效区；

电刷8安装于直流励磁同步发电机的机座外壳上，与交直交双向变流器7连接并与滑环9滑动接触；

滑环9安装于直流励磁同步发电机的转子的轴上，与交流绕组5连接并与电刷8滑动接触；

原动机及其传动机构12用于驱动直流励磁同步发电机的转子旋转。

本实施例中，如图1所示，改造前直流励磁同步发电机采用6极电励磁同步发电机，包括定子铁芯1、定子绕组2、机座11、转子铁芯6和转子交流绕组5用于替换6极电励磁同步发电机转子主磁极上的磁极铁芯3及其直流励磁绕组4。

原动机及其传动机构12中，原动机为驱动发电机旋转的动力设备。

转子交流绕组5的极数与定子绕组2的极数相同。

所述测量控制系统10用于监测整个发电系统的运行状态、参数，测量控制原动机、直流励磁同步发电机的转子的转速，进而调整交直交双向变流器7输出的交流励磁电流参数，使整个发电系统安全稳定运行。

转子交流绕组5和交直交双向变流器7的相数为3相，也可以为多相。

当发电机转子的转速高于同步转速时，测量控制系统10调整交流励磁电流的相序和频率，使交流励磁电流在转子交流绕组5上产生的旋转磁场转向与转子转向相反；当发电机转子转速低于同步转速时，调整交流励磁电流的相序和频率，使交流励磁电流在转子交流绕组上产生的旋转磁场转向与转子转向相相同，交流励磁电流所产生的旋转磁场转速与转子转速叠加后始终跟定子绕组2产生的旋转磁场转速相同；

测量控制系统10根据原动机输入的机械功率调整交流励磁电流的大小及相位，进而调整发电机转子的转速，使原动机始终在最优转速下运行。

一种并网型直流励磁同步发电机组的交流励磁改造方法，包括以下步骤：

s1、将直流励磁同步发电机的转子主磁极从发电机转子上拆除，转子主磁极包括磁极铁芯3和直流励磁绕组4；

s2、直流励磁同步发电机的定子铁芯1不变；若定子绕组2极数不变，则在原转子主磁极的位置安装转子铁芯6及转子交流绕组5，转子交流绕组5的极数与定子绕组2的极数相同；若定子绕组2的极数根据原动机的最优转速区间改变，则转子交流绕组5的极数与改变后的定子绕组2的极数相同；原直流励磁同步发电机的机座11及其通风散热等辅助部件不变；

s3、将转子交流绕组5安装于转子铁芯6的槽内；

s3、设置交直交双向变流器7，根据原动机的各运行转速，通过电刷8、滑环9为转子交流绕组5提供频率、大小、相位、相序可控的交流励磁电流；

当发电机转子的转速高于同步转速时，调整交流励磁电流的相序和频率，使交流励磁电流在转子交流绕组5上产生的旋转磁场转向与转子转向相反，当发电机转子的转速低于同步转速时，调整交流励磁电流的相序和频率，使交流励磁电流在转子交流绕组上产生的旋转磁场转向与转子转向相相同，交流励磁电流所产生的旋转磁场转速与转子转速叠加后始终跟定子绕组2产生的旋转磁场转速相同，根据原动机输入的机械功率调整交流励磁电流的大小及相位，进而调整发电机转子的转速，使原动机在最优转速下运行；

s4、采用测量控制系统10监测整个发电系统的运行状态、参数，测量控制原动机、发电机转子的转速进而调整交直交双向变流器7输出的交流励磁电流频率、大小、相位、相序。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。