一种实现电能转换与电动机切换的新型系统、方法及应用技术方案

一种在火力发电厂内实现电能转换与电动机切换的新型系统及方法，通过电能转换器能够调节至少一个连接端的频率和/或电压，并控制电能在不同频率的厂用母线之间流动，或者，既能控制电能在不同频率又能控制电能在相同频率的厂用母线之间流动，降低甚至消除节流损失，充分发挥变频发电机组的性能，提升系统整体效率，从而降低能耗并创造更大的经济效益，同时增加电能转换器电连接关系，改进并实现更多种类的厂用辅机的电动机启动和切换的方法，提高系统整体运行方式的灵活性。

【技术实现步骤摘要】
一种实现电能转换与电动机切换的新型系统、方法及应用
本专利技术涉及一种实现电能转换与电动机切换的新型系统及其方法，可以在火力发电厂中控制电能在不同频率的厂用母线之间流动，或者，既能控制电能在不同频率又能控制电能在相同频率的厂用母线之间流动，并可以帮助火力发电厂的厂用辅机的电动机启动和/或切换。
技术介绍
节能减排即是国家、社会对火力发电厂提出的外在要求，也是火力发电厂降低成本、提高利润、履行社会责任的内在要求，因此，火力发电厂在积极地挖掘内部潜力，进行节能改造、创新设计，或采用新技术、新设备，千方百计地降低厂用电率、提高发电厂的经济性。而利用抽汽、余热或给水泵，建设变频发电机组，通过配套建设的厂用母线，集中变频供电给厂用辅机系统就是目前已经成功实施的的节能创新技术。但现有的集中变频供电技术也有一定的缺点：一方面是产生了节流损失。体现在：第一种情况，由于小汽轮机的功率-汽源压力特性与厂用辅机的电动机的功率-转速特性不一致，当主汽轮发电机组负荷下降一定功率时，参与集中变频的厂用辅机所需提供的风量、流量随之下降，转速也随风量、流量的下降而下降，基于其功率与转速成三次方关系变化的特点，厂用辅机的电动机的功率随转速下降近似成三次方关系下降；而主汽轮发电机组负荷下降时，小汽轮机所用的主汽轮机抽汽汽源压力随之下降，其进汽调节阀门在原有开度下，小汽轮机的功率随汽源压力下降近似成一次方关系下降，即参与集中变频的厂用辅机的电动机的功率变化远比小汽轮机的功率变化来的显著。为了匹配两者之间功率的不平衡，同时满足厂用辅机的电动机在此主汽轮发电机组工况下所需的功率和频率，必须依靠调节小汽轮机的进汽调节阀门的开度，帮助调节小汽轮机的运行压力，以达到调整小汽轮机的转速及输出功率的目的，由此产生了节流损失。第二种情况，由于小汽轮机的抽汽汽源本身的设计余量，或运行方式的调整也会产生节流损失。一般地，小汽轮机设计的汽源压力所对应的功率大于参与集中变频的厂用辅机的电动机的功率之和，即也要靠调节小汽轮机的进汽调节阀门的开度来平衡功率和满足厂用辅机的电动机所需的频率；另外，由于运行方式或变频设备检修等需求，参与集中变频的厂用辅机的电动机可由工频厂用电系统供电，也会造成小汽轮机的功率与实际所带负载的功率之和的不匹配，此时仍要靠调节小汽轮机的进汽调节阀门的开度来平衡功率和满足厂用辅机的电动机所需的频率。此外，当小汽轮机的循环水温下降，相应排汽压力下降，蒸汽的焓降上升，输出功率增大。此时亦需调节小汽轮机的进汽调节阀门的开度来平衡功率和满足厂用辅机的电动机所需的频率。上述情况下都会产生节流损失。另一方面，现有的集中变频供电技术会使得系统的运行方式的灵活性受到制约，厂用辅机的电动机的启动和切换受到限制。体现在：一般地，厂用辅机的电动机在工频工况直接启动，此种启动方式下，启动电流较大，一般可达额定电流的4-7倍，会降低电动机的寿命，且对同一母线上的其他设备影响较大，对系统容量的要求也比较高。厂用辅机的电动机无法在变频工况下完成切换。因此，本领域的技术人员致力于开发一种实现电能转换与电动机切换的新型系统及其方法，能够调节至少一个连接端的频率和/或电压，并控制电能在不同频率的厂用母线之间流动，或者，既能控制电能在不同频率又能控制电能在相同频率的厂用母线之间流动，降低甚至消除由于调节小汽轮机的进汽调节阀门的开度所产生的节流损失，使小汽轮机的功率相应增加，充分发挥变频发电机组的性能，提升系统整体效率，从而降低主汽轮发电机组直供的厂用电率并创造更大的经济效益。同时，借助此系统及其方法可以改变厂用辅机的电动机启动和/或切换的方法，使变频系统整体运行方式的灵活性得以提高。
技术实现思路
鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种成本较低、运行可靠、系统相对简单的实现电能转换与电动机切换的新型系统及其方法。本专利技术提供的一种实现电能转换与电动机切换的新型系统包括1号厂用母线、2号厂用母线、变频发电机、至少一台51号厂用辅机的电动机，驱动变频发电机发出频率可变化的交流电的小汽轮机，控制小汽轮机进汽量大小的进汽调节阀门，工频厂用电系统，变频发电机向1号厂用母线提供电能。还包括能够调节至少一个连接端的频率和/或电压（调节方法可以是：同时调节频率和电压；或先单独调节频率，然后单独调节电压；或先单独调节电压，然后单独调节频率；或先单独调节频率或电压，然后同时调节频率和电压；等），并控制电能在不同频率的厂用母线之间流动，或者，既能控制电能在不同频率又能控制电能在相同频率的厂用母线之间流动的电能转换器，电能转换器包括61号连接端和62号连接端，电能转换器的61号连接端与工频厂用电系统电连接，电能转换器的62号连接端与2号厂用母线电连接，51号厂用辅机的电动机与1号厂用母线电连接，51号厂用辅机的电动机与2号厂用母线电连接，电连接关系可处于导通和断开两种状态，51号厂用辅机的电动机通过511号控制电路连接或断开的装置与1号厂用母线连接，51号厂用辅机的电动机通过512号控制电路连接或断开的装置与2号厂用母线连接。所述电连接关系可处于导通和断开两种状态。所述电连接关系可以通过电缆、封闭母线等直接方式连接，也可以通过电缆、封闭母线与控制电路连接或断开的装置等组合方式连接。电连接关系的导通和断开可以通过控制电路连接或断开的装置等方式实现。控制电路连接或断开的装置可以是断路器、断路器手车、开关柜、隔离开关、熔断器、接触器或这些设备组合而成等。所述工频厂用电系统，厂用电是指发电厂在生产过程中，自身所使用的电能，如发电厂在启动、运转、停役、检修过程中，有大量由电动机拖动的厂用辅机，用以保证机组的主要设备的正常运行，这些厂用辅机的电动机以及全厂的运行、操作、试验、检修、照明用电设备等都属于厂用负荷。厂用电系统是指由机组高、低压厂变和停机/检修变及其供电网络和厂用负荷组成的系统，包括供电电源、厂用负荷、厂用母线、控制电路连接或断开的装置等这些设备全部或部分的组合。工频厂用电系统是指厂用电系统的供电电源引自主汽轮发电机组出线或由电网系统倒送电等工频电源，我国厂用电系统运行在工频50Hz工况，其他一些国家，如美国、加拿大、日本关西地区等厂用电系统运行在工频60Hz工况。所述1号厂用母线的电气主接线形式可以是单母接线，可以是单母分段接线，也可以是双母线接线等。所述2号厂用母线的电气主接线形式可以是单母接线，可以是单母分段接线，也可以是双母线接线等。优选地，电能转换器的61号连接端还与1号厂用母线电连接，电连接关系可处于导通和断开两种状态。优选地，1号厂用母线与2号厂用母线电连接，电连接关系可处于导通和断开两种状态。1号厂用母线通过12号控制电路连接或断开的装置与2号厂用母线连接。优选地，工频厂用电系统与2号厂用母线电连接，电连接关系可处于导通和断开两种状态。所述电能转换器的输送功率的大小可以自主控制。在各种工况下，电能转换器可以设定不同的模式和参数作为调整输送功率目标值的条件，控制输送功率的大小。电能转换器的电能流动方向可以是单向或双向流动。当电能转换器的电能流动方向是双向流动时，通过改变电能转换器本身的流动方向，可实现电能从61号连接端流入电能转换器，从62号连接端流出电能转换器，和，电能从62号连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现电能转换与电动机切换的新型系统，包括1号厂用母线（1），2号厂用母线（2）,变频发电机（4），至少一台51号厂用辅机的电动机（51），驱动所述变频发电机（4）发出频率可变化的交流电的小汽轮机（44），控制所述小汽轮机（44）进汽量大小的进汽调节阀门（45），工频厂用电系统（8），所述变频发电机（4）向所述1号厂用母线（1）提供电能，其特征在于，还包括能够调节至少一个连接端的频率和/或电压，并控制电能在不同频率的厂用母线之间流动，或者，既能控制电能在不同频率又能控制电能在相同频率的厂用母线之间流动的电能转换器（6），所述电能转换器（6）包括61号连接端（61）和62号连接端（62），所述电能转换器（6）的61号连接端（61）与所述工频厂用电系统（8）电连接，所述电能转换器（6）的62号连接端（62）与所述2号厂用母线（2）电连接，所述51号厂用辅机的电动机（51）与所述1号厂用母线（1）电连接，所述51号厂用辅机的电动机（51）与所述2号厂用母线（2）电连接，所述电连接关系可处于导通和断开两种状态，所述51号厂用辅机的电动机（51）通过511号控制电路连接或断开的装置（511）与所述1号厂用母线（1）连接，所述51号厂用辅机的电动机（51）通过512号控制电路连接或断开的装置（512）与所述2号厂用母线（2）连接。...

【技术特征摘要】
1.一种实现电能转换与电动机切换的新型系统，包括1号厂用母线（1），2号厂用母线（2）,变频发电机（4），至少一台51号厂用辅机的电动机（51），驱动所述变频发电机（4）发出频率可变化的交流电的小汽轮机（44），控制所述小汽轮机（44）进汽量大小的进汽调节阀门（45），工频厂用电系统（8），所述变频发电机（4）向所述1号厂用母线（1）提供电能，其特征在于，还包括能够调节至少一个连接端的频率和/或电压，并控制电能在不同频率的厂用母线之间流动，或者，既能控制电能在不同频率又能控制电能在相同频率的厂用母线之间流动的电能转换器（6），所述电能转换器（6）包括61号连接端（61）和62号连接端（62），所述电能转换器（6）的61号连接端（61）与所述工频厂用电系统（8）电连接，所述电能转换器（6）的62号连接端（62）与所述2号厂用母线（2）电连接，所述51号厂用辅机的电动机（51）与所述1号厂用母线（1）电连接，所述51号厂用辅机的电动机（51）与所述2号厂用母线（2）电连接，所述电连接关系可处于导通和断开两种状态，所述51号厂用辅机的电动机（51）通过511号控制电路连接或断开的装置（511）与所述1号厂用母线（1）连接，所述51号厂用辅机的电动机（51）通过512号控制电路连接或断开的装置（512）与所述2号厂用母线（2）连接。2.根据权利要求1所述的实现电能转换与电动机切换的新型系统，其特征在于，所述电能转换器（6）的61号连接端（61）还与所述1号厂用母线（1）电连接，所述电连接关系可处于导通和断开两种状态。3.根据权利要求1或2任一项所述的实现电能转换与电动机切换的新型系统，其特征在于，所述1号厂用母线（1）与所述2号厂用母线（2）电连接，所述电连接关系可处于导通和断开两种状态，所述1号厂用母线（1）通过12号控制电路连接或断开的装置（12）与所述2号厂用母线（2）连接。4.根据权利要求1~3任一项所述的实现电能转换与电动机切换的新型系统，其特征在于，所述工频厂用电系统（8）与所述2号厂用母线（2）电连接，所述电连接关系可处于导通和断开两种状态。5.根据权利要求1~4任一项所述的实现电能转换与电动机切换的新型系统，其特征在于，所述电能转换器（6）的输送功率的大小可以自主控制，所述电能转换器（6）的电能流动方向可以是单向或双向流动。6.根据权利要求1~4任一项所述的实现电能转换与电动机切换的新型系统，其特征在于，还包括71号变压器（71），和/或，72号变压器（72），所述电能转换器（6）的62号连接端（62）通过所述72号变压器（72）与所述2号厂用母线（2）电连接，和/或，所述电能转换器（6）的61号连接端（61）通过所述71号变压器（71）与所述工频厂用电系统（8）和/或与所述1号厂用母线（1）电连接，所述电连接关系可处于导通和断开两种状态。7.根据权利要求1~4、6任一项所述的实现电能转换与电动机切换的新型系统，其特征在于，还包括74号变压器（74），所述变频发电机（4）通过所述74号变压器（74）与所述1号厂用母线（1）电连接，所述电连接关系可处于导通和断开两种状态。8.根据权利要求1~4任一项所述的实现电能转换与电动机切换的新型系统，其特征在于，所述小汽轮机（44）直接驱动所述变频发电机（4），或者，还包括94号转速变换装置（94），所述小汽轮机（44）经所述94号转速变换装置（94）驱动所述变频发电机（4），所述94号转速变换装置（94）可以改变所述小汽轮机（44）与所述变频发电机（4）之间转速的对应关系。9.根据权利要求1~4、8任一项所述的实现电能转换与电动机切换的新型系统，其特征在于，还包括给水泵（10），所述小汽轮机（44）驱动所述变频发电机（4）的同时驱动所述给水泵（10）。10.根据权利要求9所述的实现电能转换与电动机切换的新型系统，其特征在于，还包括910号转速变换装置（910），所述小汽轮机（44）转轴的一端驱动所述变频发电机（4），所述小汽轮机（44）转轴的另一端经所述910号转速变换装置（910）驱动所述给水泵（10）。11.根据权利要求8~10任一项所述的实现电能转换与电动机切换的新型系统，其特征在于，所述94号转速变换装置（94）和所述910号转速变换装置（910）可以为液力偶合器、齿轮箱、磁力耦合器，或彼此之间的组合。12.一种利用权利要求1~11任一项所述的实现电能转换与电动机切换的新型系统进行电能转换的方法，其特征在于，所述工频厂用电系统（8）与所述2号厂用母线（2）的电连接关系处于断开状态或不存在电连接，所述电能转换器（6）与所述1号厂用母线（1）的电连接关系处于断开状态或不存在电连接，所述电能转换器（6）与所述工频厂用电系统（8）的电连接关系处于导通状态，所述电能转换器（6）与所述2号厂用母线（2）的电连接关系处于导通状态，通过所述电能转换器（6）调整输送功率，将所述1号厂用母线（1）上来自由所述小汽轮机（44）驱动的所述变频发电机（4）的富余电能经过至少一台所述51号厂用辅机的电动机（51）对应的电连接关系处于导通状态的一组所述511号、512号控制电路连接或断开的装置（511）、（512），和/或，经过电连接关系处于导通状态的所述12号控制电路连接或断开的装置（12），再经过所述电能转换器（6）供给并转化为所述工频厂用电系统（8）所需的电能。13.根据权利要求12所述的实现电能转换与电动机切换的新型系统进行电能转换的方法，其特征在于，所述工频厂用电系统（8）与所述2号厂用母线（2）的电连接关系处于断开状态或不存在电连接，所述电能转换器（6）与所述1号厂用母线（1）的电连接关系处于断开状态或不存在电连接，所述电能转换器（6）与所述工频厂用电系统（8）的电连接关系处于导通状态，所述电能转换器（6）与所述2号厂用母线（2）的电连接关系处于导通状态，通过调节所述小汽轮机（44）的进汽调节阀门（45）的开度以增加所述小汽轮机（44）的输出功率，通过所述电能转换器（6）调整输送功率，从而将由所述小汽轮机（44）驱动的所述变频发电机（4）的富余电能经过至少一台所述51号厂用辅机的电动机（51）对应的电连接关系处于导通状态的一组所述511号、512号控制电路连接或断开的装置（511）、（512），和/或，经过电连接关系处于导通状态的所述12号控制电路连接或断开的装置（12），再通过所述电能转换器（6）向所述工频厂用电系统（8）提供电能。14.一种利用权利要求1~11任一项所述的实现电能转换与电动机切换的新型系统进行电能转换的方法，其特征在于，所述工频厂用电系统（8）与所述2号厂用母线（2）的电连接关系处于断开状态或不存在电连接，所述电能转换器（6）与所述1号厂用母线（1）的电连接关系处于断开状态或不存在电连接，所述电能转换器（6）与所述工频厂用电系统（8）的电连接关系处于导通状态，所述电能转换器（6）与所述2号厂用母线（2）的电连接关系处于导通状态，通过所述电能转换器（6）调整输送功率，将所述工频厂用电系统（8）的工频电能经过所述电能转换器（6）供给并转化为由所述1号厂用母线（1）和/或所述2号厂用母线（2）供电的厂用辅机的电动机所需的变频电能。15.根据权利要求12~14任一项所述的实现电能转换与电动机切换的新型系统进行电能转换的方法，其特征在于，通过所述电能转换器（6）调整输送功率，使所述1号厂用母线（1）和/或所述2号厂用母线（2）运行在由其供电的厂用辅机的电动机对应主汽轮发电机组负荷所需提供的风量、流量对应的频率。16.一种利用权利要求1~11任一项所述的实现电能转换与电动机切换的新型系统的方法，其特征在于，可以利用该系统实现厂用辅机的电动机启动和/或不断电切换。17.根据权利要求16所述的实现电能转换与电动机切换的新型系统帮助厂用辅机的电动机启动和/或切换的方法，其特征在于，通过调整所述电能转换器（6）的输送功率及调节所述电能转换器（6）的至少一端的频率和/或电压，并改变本系统中电连接的导通和断开关系，将所述51号厂用辅机的电动机（51）由所述工频厂用电系统（8）经过所述2号厂用母线（2）直接提供电能切换由所述电能转换器（6）经过所述2号厂用母线（2）提供电能。18.根据权利要求17所述的实现电能转换与电动机切换的新型系统帮助厂用辅机的电动机启动和/或切换的方法，其特征在于，具体步骤包括：第一步、所述工频厂用电系统（8）与所述2号厂用母线（2）的电连接关系处于导通状态，所述电能转换器（6）与所述1号厂用母线（1）的电连接关系处于断开状态或不存在电连接，所述51号厂用辅机的电动机（51）与所述1号厂用母线（1）的电连接关系处于断开状态，所述电能转换器（6）未投入运行，所述51号厂用辅机的电动机（51）由所述工频厂用电系统（8）经过所述2号厂用母线（2）直接提供电能；第二步、将所述电能转换器（6）投入运行，所述电能转换器（6）与所述工频厂用电系统（8）的电连接关系处于导通状态，所述电能转换器（6）与所述2号厂用母线（2）的电连接关系处于导通状态，所述电能转换器（6）与所述1号厂用母线（1）的电连接关系仍处于断开状态或不存在电连接，并增大所述电能转换器（6）的输送功率，将所述51号厂用辅机的电动机（51）转移至由所述电能转换器（6）经过所述2号厂用母线（2）提供电能；第三步、将所述2号厂用母线（2）与所述工频厂用电系统（8）的电连接关系改变为断开状态。19.根据权利要求16所述的实现电能转换与电动机切换的新型系统帮助厂用辅机的电动机启动和/或切换的方法，其特征在于，通过调整所述电能转换器（6）的输送功率及调节所述电能转换器（6）的至少一端的频率和/或电压，并改变本系统中电连接的导通和断开关系，将所述51号厂用辅机的电动机（51）由所述电能转换器（6）经过所述2号厂用母线（2）提供电能切换由所述变频发电机（4）经过所述1号厂用母线（1）直接提供电能。20.根据权利要求19所述的实现电能转换与电动机切换的新型系统帮助厂用辅机的电动机启动和/或切换的方法，其特征在于，具体步骤包括：第一步、所述工频厂用电系统（8）与所述2号厂用母线（2）的电连接关系处于断开状态或不存在电连接，所述电能转换器（6）与所述1号厂用母线（1）的电连接关系处于断开状态或不存在电连接，所述电能转换器（6）与所述工频厂用电系统（8）的电连接关系处于导通状态，所述电能转换器（6）与所述2号厂用母线（2）的电连接关系处于导通状态，所述51号厂用辅机的电动机（51）与所述1号厂用母线（1）的电连接关系处于断开状态，所述51号厂用辅机的电动机（51）由所述电能转换器（6）经过所述2号厂用母线（2）提供电能；第二步、通过所述电能转换器（6）调节所述2号厂用母线（2）的频率和/或电压，以满足所述1号厂用母线（1）与所述2号厂用母线（2）能够并列运行的条件；第三步、将所述51号厂用辅机的电动机（51）与所述1号厂用母线（1）电连接关系改变为导通状态；第四步、减小所述电能转换器（6）的输送功率，或，将所述51号厂用辅机的电动机（51）与所述2号厂用母线（2）的电连接关系改变为断开状态，或，将所述电能转换器（6）与所述2号厂用母线（2）的电连接关系改变为断开状态，或，将所述电能转换器（6）与所述工频厂用电系统（8）的电连接关系改变为断开状态，实现所述51号厂用辅机的电动机（51）由所述变频发电机（4）经过所述1号厂用母线（1）直接提供电能。21.根据权利要求16所述的实现电能转换与电动机切换的新型系统帮助厂用辅机的电动机启动和/或切换的方法，其特征在于，通过调整所述电能转换器（6）的输送功率及调节所述电能转换器（6）的至少一端的频率和/或电压，并改变本系统中电连接的导通和断开关系，将所述51号厂用辅机的电动机（51）由所述电能转换器（6...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯伟忠，
申请(专利权)人：上海申能电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31