具有惯性组件的电力系统及操作方法与流程

背景技术：

1、本公开整体涉及电力系统，该电力系统具有与输电电网一起使用的惯性组件，并且更具体地涉及能够在多种不同惯性模式下操作的电力系统。

2、至少一些已知的电力系统包括电力发电机，该电力发电机具有发电机和涡轮，该涡轮使发电机的转子旋转以向电网提供电力。至少一些其他已知的电力系统包括同步电容器。同步电容器可用于调整电网的状况，例如通过生成或吸收无功功率以调整电网的电压、提供短路电流、提供无功功率过载能力和/或向电网添加惯性。

3、在至少一些已知的电力发电机中，涡轮被固定到转子轴上，使得涡轮不可容易地与发电机断开连接。这样，至少一些已知的发电系统提供为电网上的单独设施或系统。例如，单个装置可充当发电装置，并且电网上完全分离的设施可充当同步电容器设施。另外，同步电容器系统和发电系统通常需要单独的发电机。同样，虽然至少一些已知的同步电容器可包括惯性组件诸如飞轮，但此类组件通常无法断开连接。

技术实现思路

1、在一个方面，提供了一种电力系统。该电力系统包括：涡轮组件，其包括涡轮和涡轮轴；发电机组件，其包括发电机和发电机轴；惯性组件，其包括联接到发电机轴的飞轮；和离合器组件，其用于将涡轮轴联接到发电机轴。离合器组件能够在关闭状态与打开状态之间转换，在该关闭状态中，涡轮轴联接到发电机轴，在该打开状态中，涡轮轴与发电机轴分离。当离合器组件处于关闭状态时，电力系统能够在发电模式下操作，而当离合器组件处于打开状态时，电力系统能够在同步电容器模式下操作。

2、在另一方面，提供了一种用于操作电力系统的方法。该方法包括通过将离合器组件转换到关闭状态来将涡轮组件的涡轮轴联接到发电机组件的发电机轴，该发电机轴联接到惯性组件的飞轮。该方法还包括当离合器组件处于关闭状态时，在发电模式下操作电力系统。该方法还包括将离合器组件打开到打开状态以将涡轮轴与发电机轴和飞轮分离，并且当离合器组件处于打开状态时，在同步电容器模式下操作电力系统。

3、在又一个方面，提供了一种电力系统。该电力系统包括：涡轮组件，其包括涡轮和涡轮轴；发电机组件，其包括发电机和发电机轴，该发电机轴从第一端部延伸到相对的第二端部；和惯性组件，其包括联接到飞轮轴的飞轮。该电力系统还包括第一离合器组件，该第一离合器组件能够操作以将涡轮轴联接到发电机轴的第一端部；和第二离合器组件，该第二离合器组件能够操作以将飞轮轴联接到发电机轴的第二端部。当第一离合器组件关闭时，电力系统能够在发电模式下操作，而当第一离合器组件打开时，电力系统能够在同步电容器模式下操作。

技术特征：

1.一种电力系统(100)，所述电力系统包括：

2.根据权利要求1所述的电力系统(100)，其中所述惯性组件(108)还包括飞轮轴(146)，所述飞轮轴联接到所述飞轮(144)和所述发电机轴(116)。

3.根据权利要求2所述的电力系统(100)，其中所述发电机轴(116)包括第一端部(118)和与所述第一端部(118)相对的第二端部(122)，其中所述离合器组件(120)在所述第一端部(118)处联接到所述发电机轴(116)，并且其中所述飞轮轴(146)在所述第二端部(122)处联接到所述发电机轴(116)。

4.根据权利要求2所述的电力系统(100)，其中所述离合器组件(120)是第一离合器组件(120)，并且其中所述电力系统(100)还包括第二离合器组件(124)，所述第二离合器组件用于将所述飞轮轴(146)联接到所述发电机轴(116)。

5.根据权利要求4所述的电力系统(100)，还包括控制器(160)，所述控制器与所述第一离合器组件(120)和所述第二离合器组件(124)连通联接，所述控制器(160)被配置成控制所述第一离合器组件(120)和所述第二离合器组件(124)的状态，以在如下模式中的至少三个模式之间切换所述电力系统(100)：标准惯性发电模式、高惯性发电模式、标准惯性同步电容器模式和高惯性同步电容器模式。

6.根据权利要求5所述的电力系统(100)，其中所述电力系统(100)在所述标准惯性发电模式下操作时具有第一惯性常数并且在所述高惯性发电模式下操作时具有第二惯性常数，所述第二惯性常数是所述第一惯性常数的至少1.25倍。

7.根据权利要求6所述的电力系统(100)，其中所述第二惯性常数是所述第一惯性常数的2倍。

8.根据权利要求1所述的电力系统(100)，其中所述涡轮组件(104)还包括驱动马达(142)，所述驱动马达联接到所述涡轮轴(134)，所述驱动马达(142)能够操作以驱动所述涡轮轴(134)旋转达到与所述发电机轴(116)的同步速度，从而将所述电力系统(100)从所述同步电容器模式转换到所述发电模式。

9.根据权利要求1所述的电力系统(100)，其中，当所述电力系统(100)在所述同步电容器模式下操作时，所述离合器组件(120)能够操作以从所述打开状态转换到所述关闭状态，从而将所述电力系统(100)从所述同步电容器模式切换到所述发电模式。

10.根据权利要求1所述的电力系统(100)，其中所述电力系统(100)被配置成在不减慢所述发电机轴(116)旋转的情况下，从所述同步电容器模式切换到所述发电模式。

11.根据权利要求1所述的电力系统(100)，其中所述离合器组件(120)还包括联接到所述发电机轴(116)的第一支撑轴承(126)、联接到所述涡轮轴(134)的第二支撑轴承(126)、可锁定离合器(150)和转动齿轮(152)。

12.根据权利要求1所述的电力系统(100)，其中所述发电机组件(106)还包括：

13.一种操作电力系统(100)的方法，所述方法包括：

14.根据权利要求13所述的方法，还包括当所述电力系统(100)在所述同步电容器模式下操作时，关闭所述离合器组件(120)以将所述涡轮轴(134)联接到所述发电机轴(116)，并且将所述电力系统(100)切换到所述发电模式。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括在所述关闭之前，通过联接到所述涡轮轴(134)的驱动马达(142)来驱动所述涡轮轴(134)旋转，以匹配所述发电机轴(116)的旋转速度。

技术总结
本公开涉及一种电力系统(100)，该电力系统包括：涡轮组件(104)，其包括涡轮(132)和涡轮轴(134)；发电机组件(106)，其包括发电机(114)和发电机轴(116)；惯性组件(108)，其包括联接到发电机轴(116)的飞轮(144)；和离合器组件(120)，其用于将涡轮轴(134)联接到发电机轴(116)。离合器组件(120)能够在关闭状态与打开状态之间转换，在该关闭状态中，涡轮轴(134)联接到发电机轴(116)，在该打开状态中，涡轮轴(134)与发电机轴(116)分离。当离合器组件(120)处于关闭状态时，电力系统(100)能够在发电模式下操作，而当离合器组件(120)处于打开状态时，电力系统能够在同步电容器模式下操作。

技术研发人员：J·P·斯克柳塔斯,P·A·奎尔
受保护的技术使用者：通用电气公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15