负载模拟方法、变频器、负载模拟器及静止变频启动系统技术方案

本发明专利技术提供了一种负载模拟方法、变频器、负载模拟器及静止变频启动系统，静止变频启动系统包括变频器、负载模拟器、上位机、同步电机、异步电机、励磁设备、PLC，填补了现有技术中的空白，对燃气发电机的静止变频启动系统的开发和应用具备重要的支撑和指导作用。本发明专利技术中的负载模拟器能够根据燃气轮机的转矩‑转速曲线实时调节，提高了负载模拟的灵活性和控制精度；本发明专利技术设备结构简单，控制方式灵活，响应速度快，用于模拟燃气发电机启动过程中的轴系力矩，并实现四象限平滑调节，可以为燃气发电机启动过程的研发及调试提供燃机轴系力矩模拟手段，使得试验过程中摆脱汽机、叶轮等庞大设备，提高实验效率和实验数据精度。

Load simulation method, frequency converter, load simulator and static frequency conversion starting system

【技术实现步骤摘要】
负载模拟方法、变频器、负载模拟器及静止变频启动系统
本专利技术涉及负载模拟技术，具体涉及一种负载模拟方法、变频器、负载模拟器及静止变频启动系统。
技术介绍
随着中国经济的持续快速发展，环境保护和节能减排的压力越来越大，对清洁能源的利用需求越来越迫切。燃气发电作为一种清洁的电力应用，在国外一次能源消费中的比重将越来越大，已被公认为21世纪消费量增长最快的能源。燃气轮发电系统包括燃气轮机和燃气发电机，其中燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械。其中燃气轮机包括压气机、燃烧室和透平，压气机、燃烧室和透平同轴连接，在燃气轮发电系统启动时其轴系承受较大转矩，且随着燃气轮发电系统不同的运行状态而变化。燃气轮发电系统在正常启动、吹扫模式、水洗模式和冷拖模式等工况时，必须要有外部动力启动整个轴系转动，并使燃气轮机按照主控系统的要求保持转速。随着燃气轮机容量的增大及电力电子技术的发展，变频器(loadcommutateinverter，变频器)已成为燃气轮机启动的首选方式，同时也是保证燃气发电机是否可靠启动的关键技术之一。燃气轮机启动过程非常复杂，在变频器的开发中，进行物理仿真和实验验证是非常重要的，且燃气发电机的负载模拟方法是燃气发电机的静止变频启动实验的难点。
技术实现思路
为了弥补上述现有技术中静止变频启动系统及静止变频启动系统的负载模拟方法的空白，本专利技术提供一种负载模拟方法、变频器、负载模拟器及静止变频启动系统，静止变频启动系统包括变频器、负载模拟器、下发启动命令和点火命令给变频器和负载模拟器的上位机、用于模拟燃气发电机运行模式的同步电机、用于模拟燃气轮机运行模式的异步电机、用于在燃气发电机运行时给同步电机提供励磁电流的励磁设备、用于测量同步电机和异步电机的合成转矩，并将合成转矩发送给上位机的转矩测量仪以及用于根据第一确认信息和第二确认信息下发启动命令给负载模拟器、变频器和励磁设备，并根据燃气轮机的实际转速下发点火命令给变频器和负载模拟器的PLC，并通过上位机、变频器和电力负载模拟器实现静止变频启动系统的负载模拟。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：本专利技术提供一种静止变频启动系统的负载模拟方法，包括：变频器接收上位机下发的燃气发电机的运行模式，并返回第一确认信息给上位机；变频器接收上位机通过PLC下发的启动命令，并进行启动；变频器按照燃气发电机的运行模式输出驱动转矩给同步电机，使同步电机启动并加速；变频器接收上位机通过PLC下发的点火命令，在燃气轮机的点火点之前，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过脉冲换相控制和自然换相控制输出最大驱动转矩给同步电机；在燃气轮机的点火点之后，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过自然换相控制输出驱动转矩给同步电机，且输出的驱动转矩随着燃气发电机的转速升高而降低；变频器接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，并转入待机模式。本专利技术还提供一种变频器，包括：第一接收模块，用于接收上位机下发的燃气发电机的运行模式，并返回第一确认信息给上位机；第一启动模块，用于接收上位机通过PLC下发的启动命令，并进行启动；第一输出模块，用于按照燃气发电机的运行模式输出驱动转矩给同步电机，使同步电机启动并加速；第一调节模块，用于接收上位机通过PLC下发的点火命令，在燃气轮机的点火点之前，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过脉冲换相控制和自然换相控制输出最大驱动转矩给同步电机；在燃气轮机的点火点之后，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过自然换相控制输出驱动转矩给同步电机，且输出的驱动转矩随着燃气发电机的转速升高而降低；第二接收模块，用于接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，并使变频器转入待机模式。本专利技术还提供一种静止变频启动系统的负载模拟方法，包括：负载模拟器接收上位机下发的燃气轮机的转矩-转速曲线，并返回第二确认信息给上位机；负载模拟器接收上位机通过PLC下发的启动命令，并进行启动；负载模拟器接收上位机通过PLC下发的点火命令，实时监测燃气轮机的实际转速，并根据燃气轮机的实际转速调节输出转矩；负载模拟器接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，输出负向最大阻力转矩，使燃气轮机加速到转速阈值，燃气发电机并网运行。所述根据燃气轮机的实际转速调节输出转矩包括：当燃气轮机的实际转速到达上位机设定的点火转速前，负载模拟器通过转矩闭环和电流闭环输出正向阻力转矩给异步电机；当燃气轮机的实际转速到达上位机设定的点火转速后，负载模拟器通过转矩闭环控制和电流闭环控制输出负向阻力转矩给异步电机，使燃气轮机加速，且异步电机的负向阻力转矩逐渐增大。本专利技术还提供一种负载模拟器，包括：第三接收模块，用于接收上位机下发的燃气轮机的转矩-转速曲线，并返回第二确认信息给上位机；第二启动模块，用于接收上位机通过PLC下发的启动命令，并进行启动；第二调节模块，用于接收上位机通过PLC下发的点火命令，实时监测燃气轮机的实际转速，并根据燃气轮机的实际转速调节输出转矩；第二输出模块，用于接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，输出负向最大阻力转矩，使燃气轮机加速到转速阈值，燃气发电机并网运行。本专利技术还提供一种静止变频启动系统，包括：变频器；负载模拟器；上位机，用于下发启动命令和点火命令给变频器和负载模拟器；同步电机，用于模拟燃气发电机的运行模式；异步电机，用于模拟燃气轮机的运行模式；励磁设备，用于在燃气发电机运行时给同步电机提供励磁电流；转矩测量仪，用于测量同步电机和异步电机的合成转矩，并将合成转矩发送给上位机；PLC，用于根据第一确认信息和第二确认信息下发启动命令给负载模拟器、变频器和励磁设备，并根据燃气轮机的实际转速下发点火命令给变频器和负载模拟器。所述变频器连接同步电机的定子绕组，所述励磁设备连接同步电机的转子绕组；所述负载模拟器连接异步电机的定子绕组。所述励磁设备收到PLC下发的启动命令后，给同步电机施加强行励磁，配合变频器完成同步电机的转子初始位置的检测。所述异步电机的转子安装转子位置检测器，所述转子位置检测器将检测的异步电机的实际转速和转子位置发送给上位机和负载模拟器，所述负载模拟器根据异步电机的实际转速对异步电机进行校准。所述转子位置检测器包括光电式检测器、磁感应式检测器、霍尔元件式检测器或接近开关式检测器。所述变频器的运行过程包括脉冲换相阶段和自然换相阶段；在脉冲换相阶段中，所述变频器对励磁设备进行电流闭环控制；在自然换相阶段中，所述变频器对励磁设备进行电压闭环控制，当同步电机的电压达到电压阈值时，所述变频器对励磁设备进行弱磁控制。本专利技术还提供一种静止变频启动系统的负载模拟方法，包括：负载模拟器接收上位机下发的燃气轮机的转矩-转速曲线，并返回第二确认信息给上位机，同时变频器接收上位机下发的燃气发电机的运行模式，并返回第一确认信息给上位机；负载模拟器和变频器分别接收PLC根据第二确认信息和第一确认信息下发的启动命令并启动；变频器按照燃气发电机的运行模式输出驱动转矩给同步电机，使同步电机启动并加速；当燃气轮机的实际转速到达上位机设定的点火转速时，变频器接收到上位机通过PLC下发的点火命令，在燃气轮机的点火点之前，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过脉冲换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静止变频启动系统的负载模拟方法，其特征在于，包括：变频器接收上位机下发的燃气发电机的运行模式，并返回第一确认信息给上位机；变频器接收上位机通过PLC下发的启动命令，并进行启动；变频器按照燃气发电机的运行模式输出驱动转矩给同步电机，使同步电机启动并加速；变频器接收上位机通过PLC下发的点火命令，在燃气轮机的点火点之前，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过脉冲换相控制和自然换相控制输出最大驱动转矩给同步电机；在燃气轮机的点火点之后，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过自然换相控制输出驱动转矩给同步电机，且输出的驱动转矩随着燃气发电机的转速升高而降低；变频器接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，并转入待机模式。

【技术特征摘要】
1.一种静止变频启动系统的负载模拟方法，其特征在于，包括：变频器接收上位机下发的燃气发电机的运行模式，并返回第一确认信息给上位机；变频器接收上位机通过PLC下发的启动命令，并进行启动；变频器按照燃气发电机的运行模式输出驱动转矩给同步电机，使同步电机启动并加速；变频器接收上位机通过PLC下发的点火命令，在燃气轮机的点火点之前，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过脉冲换相控制和自然换相控制输出最大驱动转矩给同步电机；在燃气轮机的点火点之后，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过自然换相控制输出驱动转矩给同步电机，且输出的驱动转矩随着燃气发电机的转速升高而降低；变频器接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，并转入待机模式。2.一种变频器，其特征在于，包括：第一接收模块，用于接收上位机下发的燃气发电机的运行模式，并返回第一确认信息给上位机；第一启动模块，用于接收上位机通过PLC下发的启动命令，并进行启动；第一输出模块，用于按照燃气发电机的运行模式输出驱动转矩给同步电机，使同步电机启动并加速；第一调节模块，用于接收上位机通过PLC下发的点火命令，在燃气轮机的点火点之前，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过脉冲换相控制和自然换相控制输出最大驱动转矩给同步电机；在燃气轮机的点火点之后，变频器基于燃气发电机的运行模式，并通过自然换相控制输出驱动转矩给同步电机，且输出的驱动转矩随着燃气发电机的转速升高而降低；第二接收模块，用于接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，并使变频器转入待机模式。3.一种静止变频启动系统的负载模拟方法，其特征在于，包括：负载模拟器接收上位机下发的燃气轮机的转矩-转速曲线，并返回第二确认信息给上位机；负载模拟器接收上位机通过PLC下发的启动命令，并进行启动；负载模拟器接收上位机通过PLC下发的点火命令，实时监测燃气轮机的实际转速，并根据燃气轮机的实际转速调节输出转矩；负载模拟器接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，输出负向最大阻力转矩，使燃气轮机加速到转速阈值，燃气发电机并网运行。4.根据权利要求3所述的静止变频启动系统的负载模拟方法，其特征在于，所述根据燃气轮机的实际转速调节输出转矩包括：当燃气轮机的实际转速到达上位机设定的点火转速前，负载模拟器通过转矩闭环和电流闭环输出正向阻力转矩给异步电机；当燃气轮机的实际转速到达上位机设定的点火转速后，负载模拟器通过转矩闭环控制和电流闭环控制输出负向阻力转矩给异步电机，使燃气轮机加速，且异步电机的负向阻力转矩逐渐增大。5.一种负载模拟器，其特征在于，包括：第三接收模块，用于接收上位机下发的燃气轮机的转矩-转速曲线，并返回第二确认信息给上位机；第二启动模块，用于接收上位机通过PLC下发的启动命令，并进行启动；第二调节模块，用于接收上位机通过PLC下发的点火命令，实时监测燃气轮机的实际转速，并根据燃气轮机的实际转速调节输出转矩；第二输出模块，用于接收上位机通过PLC下发的变频器退出指令，输出负向最大阻力转矩，使燃气轮机加速到转速阈值，燃气发电机并网运行。6.一种静止变频启动系统，其特征在于，包括：如权利要求2所述的变频器；如权利要求5所述的负载模拟器；上位机，用于下发启动命令和点火命令给变频器和负载模拟器；同步电机，用于模拟燃气发电机的运行模式；异步...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬联涛，王德顺，俞斌，杨波，赵上林，薛金花，陶琼，叶季蕾，冯鑫振，韩桂刚，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32