一种励磁复用SFC的小燃机电气集成系统技术方案

本发明专利技术公开一种励磁复用SFC的小燃机电气集成系统，包括：一个12‑6脉动SFC系统和一个它励启动励磁系统；通过在12‑6脉动SFC整流桥回路中增加切换开关，将SFC整流桥复用成励磁整流桥，同时将SFC输入变压器复用成励磁变压器；当启动燃机时，SFC和启动励磁按常规方式工作；当燃机达到自持转速后，SFC和启动励磁退出运行，操作切换开关，将三绕组SFC输入变压器转换为双绕组励磁变压器，将12‑6脉动的SFC整流桥变换为2个6‑6脉动并联整流桥，连至发电机转子，作为双桥并联运行的励磁系统。本发明专利技术提高了SFC装置利用率，减少励磁系统配置，降低小燃机配套设备的成本，对提高产品竞争力具有良好的应用前景。

An electrical integrated system of small gas turbine based on SFC

【技术实现步骤摘要】
一种励磁复用SFC的小燃机电气集成系统
本专利技术属于电气工程
，特别涉及一种适用于小燃机的SFC与励磁复用的电气集成系统。
技术介绍
燃机启动时，励磁系统要配合SFC（即静止启动变频器）完成机组拖动至自持转速，之后SFC和励磁系统退出，燃机依靠自身的力矩加速至同步转速。目前针对分布式小燃机机组如6F燃机，其配套SFC和励磁系统通常采用集装箱分别布置,SFC一个集装箱，励磁一个集装箱，SFC输入变压器单独放置，其接线原理图见图1所示:1、SFC为一个12-6脉动整流逆变桥，外加输入、输出断路器和输入三绕组变压器，其中输入变压器容量要满足拖动燃机到自持转速时的功率需求。工程中SFC变流器的拓扑结构除了12-6脉动形式外，还有6-6脉动和12-12脉动等其它形式，但是小燃机的容量较小，其定子电压和电流不高，考虑到成本和谐波问题，通常采用6-6脉动变流器或12-6脉动变流器。2、励磁为2个6脉动整流桥并联，经灭磁回路后去发电机转子，而励磁变压器和启动变压器经各自的切换开关后并联输出至整流桥，其中启动变压器的容量较小，只要满足SFC拖动发电机时的功率需求，而励磁变压器容量较大，需要满足发电机1.1倍长期运行。从SFC和励磁两者的使用时间来看，SFC只在机组启动阶段使用，启动完成后即退出运行，因此在发电机的发电周期内，SFC实际上只工作了很短的时间，使用效率低。为了实现小燃机配套SFC和励磁的降本需求，本专利技术旨在提供一种励磁复用SFC的电气集成系统,难点在于要深入研究SFC和励磁的整体工作行为，以便尽可能的复用SFC的一次设备供励磁系统用，同时又要减少对系统的改动。
技术实现思路
为了实现小燃机配套SFC和励磁的降本需求，本专利技术旨在提供一种励磁复用SFC的小燃机电气集成系统,在复用SFC的一次设备供励磁系统用的同时尽量减少对系统的改动。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种励磁复用SFC的小燃机电气集成系统，包括SFC系统、启动励磁系统和灭磁及过压保护回路11。所述SFC系统包括输入断路器1、输入变压器2、第一切换回路3、SFC整流桥4、第二切换回路5、电抗器6、SFC逆变桥7、输出切换开关8；输入变压器2为一三绕组变压器；第一切换回路3为一单刀双掷开关；SFC整流桥4为一带切换回路的2个6脉动整流桥；第二切换回路5为2个单刀双掷开关；电抗器6为一平波电抗器；逆变桥7为一个6脉动逆变桥。所述输入断路器1从电网侧取电，输入断路器1另一端连接输入变压器2的原边绕组。所述第一切换回路3是一个单刀双掷开关S5，其公共端连至SFC整流桥4中两个6脉动整流桥的下半个整流桥的输入，双掷端分别连至输入变压器2的两个副边绕组。所述SFC整流桥4为两个6脉动整流桥，整流桥器件为可控硅，其中开关S1的公共端连至S2开关的双掷端下端和下整流桥的共阴极；开关S2的公共端连至S1开关的双掷端上端和上整流桥的共阳极；S1开关双掷端下端连至上整流桥的共阴极；S2开关双掷端上端连至下整流桥的共阳极。所述第二切换回路5为2个单刀双掷开关S3和S4，其中S3的公共端连至SFC整流桥4的上整流桥共阴极输出，S3双掷端的上端经电抗器6连接逆变桥7的共阳极；S4公共端连至SFC整流桥4的下整流桥共阴极输出，S4双掷端的上端连接逆变桥7的共阳极；S3和S4双掷端的下端分别连接至启动励磁的正极和负极。所述输出切换开关8一端连接逆变桥7的输出，另一端连接发电机定子。所述启动励磁包括启动励磁变压器9和启动励磁整流桥10，启动励磁变压器9从厂用动力电源系统取电；启动励磁整流桥10包括一6脉动整流桥和输出开关S6，整流桥器件为可控硅，其输出通过开关S6与S3和S4的双掷开关下端连接后共同连至灭磁及过压保护回路11；灭磁及过压保护回路11将启动励磁整流桥10输出连接至发电机转子。进一步地，所述启动励磁变压器9和启动励磁整流桥10的设计容量满足小燃机SFC启动时的功率即可。进一步地，灭磁及过压保护回路11包含有分流计、灭磁开关FCB、灭磁电阻、整流侧过压保护模块和转子侧过压保护模块。采用上述方案后，当启动燃机时，首先SFC和启动励磁同时工作，SFC的12-6脉动系统向发电机定子注入频率可调的电流，启动励磁向发电机转子注入大小可调的电流；当燃机达到自持转速后，SFC和启动励磁退出运行，然后操作切换开关S1~S6，将三绕组SFC输入变压器转换为双绕组励磁变压器，将12-6脉动的SFC整流桥变换为2个6-6脉动并联整流桥，并连至发电机转子，作为双桥并联运行的励磁系统，同时断开启动励磁。在操作切换开关S1~S6时，需要注意开关之间的同步性，以保证系统的安全运行。本专利技术具有如下优点：通过励磁复用SFC的输入变压器和网侧整流桥，提高了SFC装置利用率，减少励磁系统配置，降低小燃机配套设备的成本。附图说明图1是现有SFC和励磁一次接线图图2是本专利技术的一种励磁复用SFC的小燃机电气集成系统接线图；图3是本专利技术的SFC工作时的简化接线图；图4是本专利技术的励磁复用SFC时的简化接线图；其中：1-输入断路器，2-输入变压器，3-第一切换回路，4-SFC整流桥，5-第二切换回路，6-电抗器，7-SFC逆变桥，8-输出切换开关，9-启动励磁变压器，10-启动励磁整流桥，11-灭磁及过压保护回路。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。从SFC和励磁两者的使用时长来看，SFC只在机组启动阶段使用，启动完成后即退出运行，因此在发电机的一个启停周期内，SFC实际上只工作了很短的时间，使用效率低。图1是现有SFC和励磁一次接线图，从图1注意到SFC和励磁之间相似的一次设备有很多，如变压器和整流桥。如果把SFC中这些和励磁相似的设备利用起来，在SFC不工作的时候，作为励磁使用，则励磁设备中可以省去相应的部分，从而降低设备整体的成本，同时因减少了励磁设备，可以将SFC和励磁放置在一个集装箱内，省去了励磁集装箱，设备占地更小。由于SFC的整流桥和逆变桥通过电抗器相连，如果把整流桥和逆变桥都利用起来，则需要通过切换开关隔离电抗器，开关和接线复杂，不符合设备的降本要求，因此SFC的逆变桥不在复用的考察范围内，只考虑SFC整流侧的设备复用。通常发电机的额定定子电压要远高于发电机的额定励磁电压，因此SFC的回路电压等级要高于励磁回路的电压等级，如果SFC采用的是6-6脉动整流桥，则在复用为励磁整流桥时会存在2个问题：1）SFC只有1个整流桥，而励磁按标准要求需要N+1冗余配置，即至少要配2个整流桥；2）SFC变压器输出的电压高，用作励磁变使用时，会加大励磁系统的放大倍数，而过大的放大倍数会导致励磁系统控制不稳定，另外过高的电压会威胁到发电机转子的绝缘。而12-6脉动则由于SFC的整流侧采用2个6脉动整流桥串联，降低了对SFC变压器二次电压的要求，其二次侧电压降低到和励磁变压器二次电压同一级别，使得SF本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种励磁复用SFC的小燃机电气集成系统，其特征在于，包括SFC系统、启动励磁系统和灭磁及过压保护回路（11）；/n所述SFC系统包括输入断路器（1）、输入变压器（2）、第一切换回路（3）、SFC整流桥（4）、第二切换回路（5）、电抗器（6）、SFC逆变桥（7）、输出切换开关（8）；输入变压器（2）为一三绕组变压器；第一切换回路（3）为一单刀双掷开关；SFC整流桥（4）为一带切换回路的2个6脉动整流桥；第二切换回路（5）为2个单刀双掷开关；电抗器（6）为一平波电抗器；逆变桥（7）为一个6脉动逆变桥；/n所述输入断路器（1）从电网侧取电，输入断路器（1）另一端连接输入变压器（2）的原边绕组；/n所述第一切换回路（3）是一个单刀双掷开关S5，其公共端连至SFC整流桥（4）中两个6脉动整流桥的下半个整流桥的输入，双掷端分别连至输入变压器（2）的两个副边绕组；/n所述SFC整流桥（4）为两个6脉动整流桥，整流桥器件为可控硅，其中开关S1的公共端连至S2开关的双掷端下端和下整流桥的共阴极；开关S2的公共端连至S1开关的双掷端上端和上整流桥的共阳极；S1开关双掷端下端连至上整流桥的共阴极；S2开关双掷端上端连至下整流桥的共阳极；/n所述第二切换回路（5）为2个单刀双掷开关S3和S4，其中S3的公共端连至SFC整流桥（4）的上整流桥共阴极输出，S3双掷端的上端经电抗器（6）连接逆变桥（7）的共阳极；S4公共端连至SFC整流桥（4）的下整流桥共阴极输出，S4双掷端的上端连接逆变桥（7）的共阳极；S3和S4双掷端的下端分别连接至启动励磁的正极和负极；/n所述输出切换开关（8）一端连接逆变桥（7）的输出，另一端连接发电机定子；/n所述启动励磁包括启动励磁变压器（9）和启动励磁整流桥（10），启动励磁变压器（9）从厂用动力电源系统取电；启动励磁整流桥（10）包括一6脉动整流桥和输出开关S6，整流桥器件为可控硅，其输出通过开关S6与S3和S4的双掷开关下端连接后共同连至灭磁及过压保护回路（11）；灭磁及过压保护回路（11）将启动励磁整流桥（10）输出连接至发电机转子。/n...

【技术特征摘要】
1.一种励磁复用SFC的小燃机电气集成系统，其特征在于，包括SFC系统、启动励磁系统和灭磁及过压保护回路（11）；
所述SFC系统包括输入断路器（1）、输入变压器（2）、第一切换回路（3）、SFC整流桥（4）、第二切换回路（5）、电抗器（6）、SFC逆变桥（7）、输出切换开关（8）；输入变压器（2）为一三绕组变压器；第一切换回路（3）为一单刀双掷开关；SFC整流桥（4）为一带切换回路的2个6脉动整流桥；第二切换回路（5）为2个单刀双掷开关；电抗器（6）为一平波电抗器；逆变桥（7）为一个6脉动逆变桥；
所述输入断路器（1）从电网侧取电，输入断路器（1）另一端连接输入变压器（2）的原边绕组；
所述第一切换回路（3）是一个单刀双掷开关S5，其公共端连至SFC整流桥（4）中两个6脉动整流桥的下半个整流桥的输入，双掷端分别连至输入变压器（2）的两个副边绕组；
所述SFC整流桥（4）为两个6脉动整流桥，整流桥器件为可控硅，其中开关S1的公共端连至S2开关的双掷端下端和下整流桥的共阴极；开关S2的公共端连至S1开关的双掷端上端和上整流桥的共阳极；S1开关双掷端下端连至上整流桥的共阴极；S2开关双掷端上端连至下整流桥的共阳极；
所述第二切换回路（5）为2个单刀双掷开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：施一峰，石祥建，刘腾，牟伟，韩兵，葛腾飞，韩焦，王管建，吴龙，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32