闭式循环发电系统用高速起发电机发电性能测试系统技术方案

本发明专利技术涉及一种闭式循环发电系统用高速起发电机发电性能测试系统，属于闭式循环发电技术/涡轮发电技术领域。本发明专利技术设计了一种闭式循环发电系统用高速起发电机发电性能测试系统及测试方法，该测试方案能够完成闭式循环发电系统中，高速起发电机发电性能的全工况覆盖性测试。

【技术实现步骤摘要】
闭式循环发电系统用高速起发电机发电性能测试系统
本专利技术属于闭式循环发电技术/涡轮发电
，具体涉及一种闭式循环发电系统用高速起发电机发电性能测试系统。
技术介绍
闭式循环发电系统是工质重复参与循环发电的特种涡轮发电技术，与外界只有能量交换，没有物质交换，因而能够应用在深空、深海等没有空气的特种环境条件下，是小型涡轮动力发展的新方向。闭式循环发电系统中，涡轮发动机前端高温工质推动涡轮做功，将热能转化为机械能，然后涡轮带动后端相连的发电机高速旋转，从而将机械能转化为需要的电能。高速起发电机具有电动和发电双重功能，在发动机起动阶段，起发电机电动状态运行，拖动涡轮转子至工作转速，在发动机进入做功状态后，起发电机自动转入发电状态运行，将涡轮机械能转化为电能输出。高速电机具有功率密度高、效率高等优点，但是在电机发电性能测试时面临较大困难，传统测试方法为通过电机对拖试验台进行测试，测试方案如图2所示。这种测试方法对电机对拖试验台要求很高，被测电机与对拖电机之间的连接和测量也存在同轴度要求极高等工艺难题，且该种测试方案大多只能测试被测电机线性发电性能，不能覆盖电机全工况范围，更验证不到与起发电机控制器等驱动设备联合工作时的性能，部件测试覆盖性不全。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是：如何设计一种闭式循环发电系统用高速起发电机发电性能测试系统及测试方法。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种闭式循环发电系统用高速起发电机发电性能测试系统，该系统用于完成闭式循环发电系统中，高速起发电机发电性能的全工况覆盖性测试。优选地，包括高压气源、转子平台、被测起发电机、测量装置、驱动控制系统；所述高压气源用于提供高能压缩空气，且通过调节气体流量和压力实现能量输入的调节，吹转涡轮转子和压气机至高速状态，使得转子平台产生轴功，带动起发电系统发电；所述转子平台用于将前端高压气源的能量转化为涡轮转子高速旋转的机械能；所述测量装置用于测量被测起发电机的输出电压、电流、温度、振动这些信号；所述被测起发电机是参与发电性能测试的起发电机；所述驱动控制系统用于驱动被测起发电机，实现被测起发电机的变压变频电能和电网的恒压恒频电能之间的双向变换；所述被测起发电机、驱动控制系统组成起发电系统。优选地，所述转子平台包括涡轮转子、压气机，其中压气机分别与涡轮转子、被测起发电机同轴连接，用于在高压气源的带动下产生轴功，带动起发电系统发电。优选地，所述驱动控制系统包括电机控制器和逆变器，电机控制器与逆变器之间通过直流母线连接，电机控制器用于实现电机变压变频交流电与直流电之间的双向变换，逆变器用于实现直流母线与电网侧恒压恒频交流电之间的双向变换。优选地，所述起发电系统各部件之间通过电缆互联。优选地，所述转子平台按照被测起发电机实际使用环境下的发动机转子系统设计。优选地，所述高压气源为固定设施。本专利技术还提供了一种利用所述的系统实现的闭式循环发电系统用高速起发电系统发电性能测试方法，包括以下步骤：步骤1、初始工作时，高压气源处于关闭状态，起发电系统上电，驱动控制系统初始运行在电动状态，电动状态下，逆变器从电网取电建立直流电压，电机控制器从直流母线取电，拖转被测起发电机，连同发动机一起带动到设定转速n1；其中发动机包括涡轮转子和压气机；步骤2、t0时刻，打开高压气源，逐渐加大高压气源输出流量和压力，此时被测起发电机所需拖转能量越来越小，直至发电运行，驱动控制系统从电网吸收的电能将逐渐减小最终变为发电运行；步骤3、t1时刻，起发电系统达到该转速下额定工作点，此时高压气源输出能力为P1，t2时刻，操作取电控制系统调整被测起发电机调整转速到下一设定点n2；步骤4、t3时刻，继续加大高压气源输出，直至t4时刻起发电系统达到该转速下的额定工作点，此时高压气源的输出能力为P2；步骤5、重复步骤3和步骤4，直至完成被测起发电机所有工作点的发电性能测试；步骤6、测试系统停机时，先逐渐减小高压气源的输出至P(n-1)，设此时时刻为t15，然后在t16时刻降低设定转速至n(n-1)，在后续的t17时刻再逐渐减小高压气源的输出，一段时间后按照预设的工作时刻和设定规律将减小高压气源的输出和控制被测起发电机降速依次交替进行；步骤7、在后续的t25时刻，起发电系统降至最低设定转速n1，接着在t26时刻开始逐渐减小气源直至t27时刻关闭高压气源，然后在t28时刻驱动控制系统控制被测起发电机停机，驱动控制系统断电。本专利技术还提供了一种所述的系统在闭式循环发电技术和涡轮发电领域中的应用。(三)有益效果本专利技术设计了一种闭式循环发电系统用高速起发电机发电性能测试系统及测试方法，该测试方案能够完成闭式循环发电系统中，高速起发电机发电性能的全工况覆盖性测试。附图说明图1为闭式循环发电系统发电工作原理图；图2为传统高速起发电机发电性能测试系统组成图；图3为本专利技术的测试系统组成图；图4为本专利技术的测试方案工作过程时序图。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。本专利技术提出一种闭式循环发电系统用高速起发电机发电性能测试系统，应用于闭式循环发电技术和涡轮发电领域，用于完成闭式循环发电系统中，高速起发电机发电性能的全工况覆盖性测试。该系统的组成如图3所示，包括高压气源、转子平台(包括涡轮转子、压气机等)、被测起发电机、测量装置、驱动控制系统(包括电机控制器、逆变器)及相关线缆等。该系统中，起发电机发电能量来源为高压气源，高压气源通过调节气体流量和压力实现能量输入的调节。高压气源用于提供高能压缩空气，吹转涡轮转子和压气机至高速状态，替代闭式循环发电系统中的高温工质，以简化试验条件，提高试验效率，使得转子平台产生轴功，带动起发电系统发电；转子平台：用于将前端高压气源的能量转化为涡轮转子高速旋转的机械能，并将机械能传递给同轴安装的起发电机，是能量传递和转换的媒介，其中压气机分别与涡轮转子、被测起发电机同轴连接，用于在高压气源的带动下产生轴功，带动起发电系统发电；转子平台按照起发电机实际使用环境下的发动机转子系统设计，从而可以最大限度模拟真实工况。测量装置：用于测量被测起发电机的输出电压、电流、温度、振动等信号；被测起发电机：是参与发电性能测试的起发电机；驱动控制系统：用于驱动被测起发电机，实现被测起发电机的变压变频电能和电网的恒压恒频电能之间的双向变换，包括电机控制器和逆变器，电机控制器与逆变器之间通过直流母线连接，电机控制器用于实现电机变压变频交流电与直流电之间的双向变换，逆变器用于实现直流母线与电网侧恒压恒频交流电之间的双向变换；可以看出，驱动控制系统具有双向变换能力，既可以实现起发电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种闭式循环发电系统用高速起发电机发电性能测试系统，其特征在于，该系统用于完成闭式循环发电系统中，高速起发电机发电性能的全工况覆盖性测试。/n

【技术特征摘要】
1.一种闭式循环发电系统用高速起发电机发电性能测试系统，其特征在于，该系统用于完成闭式循环发电系统中，高速起发电机发电性能的全工况覆盖性测试。


2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，包括高压气源、转子平台、被测起发电机、测量装置、驱动控制系统；
所述高压气源用于提供高能压缩空气，且通过调节气体流量和压力实现能量输入的调节，吹转涡轮转子和压气机至高速状态，使得转子平台产生轴功，带动起发电系统发电；
所述转子平台用于将前端高压气源的能量转化为涡轮转子高速旋转的机械能；
所述测量装置用于测量被测起发电机的输出信号；
所述被测起发电机是参与发电性能测试的起发电机；
所述驱动控制系统用于驱动被测起发电机，实现被测起发电机的变压变频电能和电网的恒压恒频电能之间的双向变换；
所述被测起发电机、驱动控制系统组成起发电系统。


3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述转子平台包括涡轮转子、压气机，其中压气机分别与涡轮转子、被测起发电机同轴连接，用于在高压气源的带动下产生轴功，带动起发电系统发电。


4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述驱动控制系统包括电机控制器和逆变器，电机控制器与逆变器之间通过直流母线连接，电机控制器用于实现电机变压变频交流电与直流电之间的双向变换，逆变器用于实现直流母线与电网侧恒压恒频交流电之间的双向变换。


5.如权利要求2至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述起发电系统各部件之间通过电缆互联。


6.如权利要求2至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述转子平台按照被测起发电机实际使用环境下的发动机转子系统设计。


7.如权利要求2至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述高压气源为固定设施。

【专利技术属性】
技术研发人员：朱明星，马立丽，王军，聂聆聪，霍雪娇，张华，马同玲，
申请(专利权)人：北京动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11