电能产生方法及电能变换系统与流程

1.本发明涉及一种电能产生方法，尤其是一种利用异步发电机组的电能产生方法。本发明还涉及利用上述电能产生方法的电能变换系统。


背景技术：

2.轴系做功设备在机械负载较低时，为了保持最佳原动机效率，可以将多余原动机械能转化成电能，然而在借助异步发电机组进行能量产生时，由于轴系做功设备在宽转速范围内工作，使异步发电机组不能提供稳定频率的交流电源，因此不能并网交流电网使用。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种电能产生方法，能够通过异步发电机组进行能量产生使用。
4.本发明的另一目的是提供一种电能变换系统，能够通过异步发电机组进行能量产生使用。
5.本发明提供了一种电能产生方法，包括下列步骤：
6.为各异步发电机组设置交流/直流变流器并接入直流母线；
7.启动异步发电机组，主动提升转速到并网转速设定点，或被动等待转速超过并网转速设定点时启动发电系统；
8.预设各交流/直流变流器的电压设定值；
9.启动各交流/直流变流器，通过直流母线为直流用电设备提供电能；以及
10.利用下垂控制原理控制各交流/直流变流器，稳定直流母线电压以及平衡各异步发电机组的负荷。
11.本发明提供的电能产生方法，借助交流/直流变流器将数个异步发电机组产生的交流电能转化为电压可控的直流电能，再并入直流母线为直流用电设备提供用电负载，并且进一步利用下垂控制原理控制各交流/直流变流器，稳定直流母线电压以及平衡各异步发电机组的负荷。借此，本发明提供的电能产生方法能够通过异步发电机组进行能量产生以及使用。当然该电能产生方法也适用于原动机转速不需要精确控制或需要根据负载变化控制最佳能耗的发电应用场合。
12.在电能产生方法的另一种示意性实施方式中，步骤：预设各交流/直流变流器的电压设定值，具体包括下列步骤：
13.设定直流母线基准电压和最大偏差值；
14.获取直流母线实时电压，并计算判断直流母线基准电压与直流母线实时电压的差值是否大于最大偏差值；
15.若是则将交流/直流变流器的电压设定值设定为直流母线基准电压；以及
16.若否则将交流/直流变流器的电压设定值设定为直流母线实时电压。
17.在电能产生方法的再一种示意性实施方式中，步骤：利用下垂控制原理控制各交
流/直流变流器，稳定直流母线电压以及平衡各异步发电机组的负载，具体包括下列步骤：
18.预设各异步发电机组的负荷百分比-下垂电压补偿值曲线；
19.将各交流/直流变流器的电压设定值切换为直流母线基准电压与各异步发电机组的下垂电压补偿值之和；
20.根据各异步发电机组的实时负荷百分比以及负荷百分比-下垂电压补偿值曲线，计算各交流/直流变流器的下垂电压补偿值和电压设定值；以及
21.交流/直流变流器根据异步发电机组的负载需要和最佳效率曲线自动调节异步发电机组的转速。
22.在电能产生方法的还一种示意性实施方式中，负荷百分比-下垂电压补偿值曲线设置为在负荷百分比为0％时下垂电压补偿值达到其最大值，在负荷百分比为100％时下垂电压补偿值为0。
23.在电能产生方法的还一种示意性实施方式中，电能产生方法还包括步骤：在直流母线上设置直流/交流变流器，通过直流/交流变流器为交流用电设备提供电能。
24.本发明还提供了一种电能变换系统，包括数个异步发电机组、数个交流/直流变流器、一个直流母线以及数个控制器。各异步发电机组能够被轴系做功设备驱动。交流/直流变流器一一对应地控制异步发电机组，并且能够将异步发电机组产生的交流电能转化为可以调整电压的直流电能。直流母线能够连接数个交流/直流变流器并用于为直流用电设备提供用电负载。控制器一一对应地控制交流/直流变流器，其被配置为能够在异步发电机组启动时预设交流/直流变流器的电压设定值，以及利用下垂控制原理控制各交流/直流变流器，稳定直流母线电压以及平衡各异步发电机组的负荷。
25.发明提供的电能变换系统，借助交流/直流变流器将数个异步发电机组产生的交流电能转化为电压可控的直流电能，再并入直流母线为直流用电设备提供负载所需的电能，并且进一步利用控制器根据下垂控制原理控制各交流/直流变流器，稳定直流母线电压以及平衡各异步发电机组的负荷。本发明提供的电能变换系统能够通过异步发电机组进行能量产生以及使用。当然该电能变换系统也适用于原动机转速不需要精确控制或需要根据负载变化控制最佳能耗的发电应用场合。
26.在电能变换系统的还一种示意性实施方式中，各控制器被配置为能够从对应的交流/直流变流器获取直流母线实时电压，并根据预设的直流母线基准电压和最大偏差值，计算判断直流母线基准电压与直流母线实时电压的差值是否大于最大偏差值，若是则控制对应的交流/直流变流器以直流母线基准电压为电压设定值，若否则控制对应的交流/直流变流器以直流母线实时电压为电压设定值。
27.在电能变换系统的还一种示意性实施方式中，各控制器被配置为预设有对应的异步发电机组的负荷百分比-下垂电压补偿值曲线，控制器被配置为能够从对应的交流/直流变流器获取异步发电机组的实时负荷百分比，并结合负荷百分比-下垂电压补偿值曲线计算下垂电压补偿值，控制对应的交流/直流变流器以直流母线基准电压与下垂电压补偿值之和为电压设定值。
28.在电能变换系统的还一种示意性实施方式中，各控制器预设的负荷百分比-下垂电压补偿值曲线中，在负荷百分比为0％时下垂电压补偿值达到其最大值，在负荷百分比为100％时下垂电压补偿值为0。
29.在电能变换系统的还一种示意性实施方式中，电能变换系统还包括至少一个直流/交流变流器，其连接直流母线并能够将直流母线上的直流电能转为参数可控制的交流电能。
附图说明
30.以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
31.图1为电能产生方法的一种示意性实施方式的流程示意图。
32.图2为电能产生方法的一种示意性实施方式的实施方式示意图。
33.图3为电能产生方法的部分步骤的流程示意图。
34.图4为电能产生方法的部分步骤的流程示意图。
35.图5为下垂电压补偿值和负荷百分比的关系示意图。
36.图6为电能产生方法的另一种示意性实施方式的流程示意图。
37.标号说明
38.10 异步发电机组
39.20 交流/直流变流器
40.30 直流母线
41.40 控制器
42.50 直流/交流变流器
43.60 直流用电设备
44.70 交流用电设备
45.u
dmax 下垂电压补偿值最大值
具体实施方式
46.为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。
47.在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
48.图1为电能产生方法的一种示意性实施方式的流程示意图。图2为电能产生方法的一种示意性实施方式的实施方式示意图。参照图1和图2，电能产生方法由轴系做功设备驱动的数个异步发电机组10进行能量产生。具体的，电能产生方法包括下列步骤：
49.步骤s10：为各异步发电机组10设置交流/直流变流器20并接入直流母线30。交流/直流变流器20能够将异步发电机组10产生的电压和频率不稳定的交流电能转化为电压可控的直流电能。相比交流并网需要考虑的频率、电压和相序等参数，利用直流电能并入直流母线30只需考虑电压一个参数。
50.步骤s20：启动异步发电机组10，主动提升转速到并网转速设定点，或被动等待转速超过并网转速设定点时启动发电系统。在异步发电机组10的转速达到并网转速时完成启动。
51.步骤s30：预设各交流/直流变流器20的电压设定值。图3为电能产生方法的部分步骤的流程示意图。参照图3，在示意性实施方式中，步骤s30具体包括下列步骤：
52.步骤s31：设定直流母线基准电压和最大偏差值。直流母线基准电压根据直流母线30的使用需求而定，并且在直流母线30接入直流用电设备60后，直流母线30的实际电压值始终保持在直流母线基准电压的附近。最大偏差值的设定用于判断在交流/直流变流器20并入直流母线30之前，直流母线30上是否已经并入正在工作的其它交流/直流变流器20。
53.步骤s32：获取直流母线实时电压，并计算判断直流母线基准电压与直流母线实时电压的差值是否大于最大偏差值。
54.步骤s33：若是则将交流/直流变流器20的电压设定值设定为直流母线基准电压。若直流母线基准电压与直流母线实时电压的差值大于最大偏差值，则说明直流母线30上没有并入正在工作的其他交流/直流变流器20，作为第一个并入直流母线30的交流/直流变流器20，其电压设定值决定直流母线30的电压值，因此可以设定为直流母线基准电压。
55.步骤s34：若否则将交流/直流变流器20的电压设定值设定为直流母线实时电压。若直流母线基准电压与直流母线实时电压的差值小于等于最大偏差值，则说明直流母线30上已经并入正在工作的其他交流/直流变流器20，为了避免电压差值，后并入直流母线30的交流/直流变流器20的电压设定值设定为直流母线实时电压。
56.步骤s40：启动各交流/直流变流器20，通过直流母线30为直流用电设备60提供电能。交流/直流变流器20启动后自动与异步发电机组10同步，将交流电转换成直流电，并提升电压到交流/直流变流器20的电压设定值，本操作是交流/直流变流器20内部的电气控制过程，通常时间很短。
57.步骤s50：利用下垂控制原理控制各交流/直流变流器20，稳定直流母线30电压以及平衡各异步发电机组10的负荷。图4为电能产生方法的部分步骤的流程示意图。参照图4，在示意性实施方式中，步骤s50具体包括下列步骤：
58.步骤s51：预设各异步发电机组10的负荷百分比-下垂电压补偿值曲线。图5为下垂电压补偿值和负荷百分比的关系示意图。参照图5，在负荷百分比为0％时下垂电压补偿值达到其最大值u
dmax
，在负荷百分比为100％时下垂电压补偿值为0。负荷百分比-下垂电压补偿值曲线根据各异步发电机组10的下垂系数生成，异步发电机组10的下垂系数对应异步发电机组10的实际参数，利用负荷百分比-下垂电压补偿值曲线进行控制，各交流/直流变流器20之间无需通信协调，能够使交流/直流变流器20之间进行自适应调节，保证了直流母线30的电压稳定以及各异步发电机组10的负荷平衡。
59.步骤s52：将各交流/直流变流器20的电压设定值切换为直流母线基准电压与各异步发电机组10的下垂电压补偿值之和。
60.步骤s53：根据各异步发电机组10的实时负荷百分比以及负荷百分比-下垂电压补偿值曲线，计算各交流/直流变流器20的下垂电压补偿值和电压设定值。具体的，通过各交流/直流变流器20获取各异步发电机组10的实时负荷百分比，代入负荷百分比-下垂电压补偿值曲线求得下垂电压补偿值，再与直流母线基准电压相加求得交流/直流变流器20的电压设定值。
61.步骤s54：各交流/直流变流器20根据电压设定值控制各异步发电机组10的转速。将上述求得电压设定值输入给交流/直流变流器20，交流/直流变流器20根据电压设定值进行内部计算，并根据异步发电机组10的负载需要和最佳效率曲线自动调节异步发电机组10的转速。
62.本发明提供的电能产生方法，借助交流/直流变流器20将数个异步发电机组10产生的交流电能转化为电压可控的直流电能，再并入直流母线30为用电设备提供用电电能，并且进一步利用下垂控制原理控制各交流/直流变流器20，稳定直流母线30的电压以及平衡各异步发电机组10的负荷。借此，本发明提供的电能产生方法能够通过异步发电机组10进行能量产生以及使用。当然该电能产生方法也适用于原动机转速不需要精确控制或需要根据负载变化控制最佳能耗的发电应用场合。
63.图6为电能产生方法的另一种示意性实施方式的流程示意图。参照图6，其与图1中的电能产生方法相同或相似之处不再赘述，其区别在于，电能产生方法还包括步骤s60：在直流母线30上设置直流/交流变流器50，通过直流/交流变流器50为交流用电设备70提供交流电能。借助直流/交流变流器50将直流母线30上的直流电能转化为频率和电压可控的交流电能，可以兼顾交流用电设备70的使用。
64.本发明还提供了一种电能变换系统，参照图2，电能变换系统包括数个异步发电机组10、数个交流/直流变流器20、一个直流母线30以及数个控制器40。
65.各异步发电机组10能够被轴系做功设备驱动。交流/直流变流器20一一对应地控制异步发电机组10，并且能够将异步发电机组10产生的交流电能转化为可以调整电压的直流电能。直流母线30能够连接数个交流/直流变流器20并用于为直流用电设备60提供用电电能。控制器40可以是独立的设备或交流/直流变流器20的功能模块，其一一对应地控制交流/直流变流器20。控制器40被配置为能够在异步发电机组10启动时预设交流/直流变流器20的电压设定值，以及利用下垂控制原理控制各交流/直流变流器20，稳定直流母线30电压以及平衡各异步发电机组10的负荷。
66.发明提供的电能变换系统，借助交流/直流变流器20将数个异步发电机组10产生的交流电能转化为电压可控的直流电能，再并入直流母线30为用电设备提供用电电源，并且进一步利用控制器40根据下垂控制原理控制各交流/直流变流器20，稳定直流母线30的电压以及平衡各异步发电机组20的负荷。本发明提供的电能变换系统能够通过异步发电机组进行能量产生以及使用。当然该电能变换系统也适用于原动机转速不需要精确控制或需要根据负载变化控制最佳能耗的发电应用场合。
67.在示意性实施方式中，各控制器40被配置为能够从对应的交流/直流变流器20获取直流母线实时电压，并根据预设的直流母线基准电压和最大偏差值，计算判断直流母线基准电压与直流母线实时电压的差值是否大于最大偏差值，若是则控制对应的交流/直流变流器20以直流母线基准电压为电压设定值，若否则控制对应的交流/直流变流器20以直流母线实时电压为电压设定值。
68.在示意性实施方式中，各控制器40被配置为预设有对应的异步发电机组10的负荷百分比-下垂电压补偿值曲线。在负荷百分比-下垂电压补偿值曲线中，在负荷百分比为0％时下垂电压补偿值达到其最大值u
dmax
，在负荷百分比为100％时下垂电压补偿值为0。控制器40被配置为能够从对应的交流/直流变流器20获取异步发电机组10的实时负荷百分比，并结合负荷百分比-下垂电压补偿值曲线计算下垂电压补偿值，控制对应的交流/直流变流器20以直流母线基准电压与下垂电压补偿值之和为电压设定值。
69.在示意性实施方式中，参照图2，电能变换系统还包括至少一个直流/交流变流器50，其连接直流母线30并能够将直流母线30上的直流电能转为参数可控制的交流电能。借
助直流/交流变流器50将直流母线30上的直流电能转化为频率和电压可控的交流电能，可以兼顾交流用电设备70的使用。
70.应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
71.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。