專(zhuān)利名稱(chēng)：使用多相電力發(fā)電機(jī)來(lái)啟動(dòng)燃?xì)鉁u輪的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及同步發(fā)電機(jī)領(lǐng)域，例如與燃?xì)鉁u輪組合使用的那些。特別地，本發(fā)明涉及具有主輸出繞組和輔助輸出繞組的同步式渦輪發(fā)電機(jī)，其中輔助輸出繞組聯(lián)接于變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上。
背景技術(shù)：
同步發(fā)電機(jī)廣泛地用于電力設(shè)備中來(lái)產(chǎn)生電能。發(fā)電機(jī)一般具有一個(gè)電磁轉(zhuǎn)子，電磁轉(zhuǎn)子被具有導(dǎo)電繞組的固定式定子所包圍。通過(guò)旋轉(zhuǎn)由轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，就在包圍著轉(zhuǎn)子的固定式定子中的電樞繞組中產(chǎn)生電流。由這些繞組產(chǎn)生的電流作為電力從發(fā)電機(jī)輸出。定子一般具有兩個(gè)或三個(gè)電樞繞組，每個(gè)繞組各具有感應(yīng)電流。這些電流為同步式，但是互相異相。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生兩相或三相交流電來(lái)作為可由電力設(shè)備公司使用的電力。
同步發(fā)電機(jī)通常由燃?xì)鉁u輪驅(qū)動(dòng)。燃?xì)鉁u輪具有聯(lián)接于發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸和轉(zhuǎn)子上的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸。當(dāng)運(yùn)行時(shí)，燃?xì)鉁u輪使得驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，并且轉(zhuǎn)子引起發(fā)電機(jī)發(fā)電。在燃?xì)鉁u輪和發(fā)電機(jī)組合電力單元中，發(fā)電機(jī)通常適用于替代地用作燃?xì)鉁u輪的啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。為了啟動(dòng)燃?xì)鉁u輪，發(fā)電機(jī)可臨時(shí)作為從輔助電源供電的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。一旦發(fā)電電動(dòng)機(jī)將驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)速度加速至足以啟動(dòng)燃?xì)鉁u輪，則燃?xì)鉁u輪就啟動(dòng)。一旦啟動(dòng)之后，燃?xì)鉁u輪就開(kāi)始向驅(qū)動(dòng)軸和發(fā)電機(jī)輸出電力，并且電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換回去作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。
變頻電源，例如閘流晶體管變頻器(TFC)，驅(qū)動(dòng)著作為電動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)以便啟動(dòng)燃?xì)鉁u輪。TFC可稱(chēng)作“靜態(tài)啟動(dòng)”驅(qū)動(dòng)。TFC向定子繞組施加交流電以便引起發(fā)電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，而其驅(qū)動(dòng)著聯(lián)接于燃?xì)鉁u輪上的驅(qū)動(dòng)軸。TFC逐漸地增大施加于定子上的電壓的頻率以便增大驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)速度。隨著轉(zhuǎn)子和驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)速度增大，渦輪就被加速至其額定啟動(dòng)速度，這時(shí)渦輪變?yōu)樽猿植⑶耶a(chǎn)生輸出電力以便驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。
常規(guī)型燃?xì)鉁u輪頻率啟動(dòng)過(guò)程通過(guò)使發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行而將燃?xì)鉁u輪加速至自持旋轉(zhuǎn)速度。發(fā)電電動(dòng)機(jī)組合單元由靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器(TFC)驅(qū)動(dòng)，靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器(TFC)由同步器控制電路接通和關(guān)斷。特別地，靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器接通以便驅(qū)動(dòng)作為電動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)，然后當(dāng)燃?xì)鉁u輪到達(dá)其額定啟動(dòng)速度時(shí)關(guān)斷。渦輪的額定啟動(dòng)速度比渦輪發(fā)電機(jī)在發(fā)電過(guò)程中所運(yùn)行于的同步速度慢得多。當(dāng)渦輪從額定啟動(dòng)速度加速至同步速度時(shí)，TFC和激勵(lì)器按照常規(guī)關(guān)斷。
激勵(lì)器向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的繞組施加低壓直流電(D.C.)。在靜態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)TFC驅(qū)動(dòng)著作為電動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)時(shí)，激勵(lì)器首先接通。激勵(lì)器隨后在靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器關(guān)斷并且在燃?xì)鉁u輪到達(dá)其額定啟動(dòng)速度時(shí)關(guān)斷。在同步過(guò)程中，當(dāng)發(fā)電機(jī)的電力輸出與所需負(fù)載例如電力網(wǎng)同步時(shí)，激勵(lì)器最后再次接通。
由于接通、關(guān)斷然后再次接通渦輪發(fā)電機(jī)組合單元的激勵(lì)系統(tǒng)和靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器對(duì)技術(shù)要求的增加，因而常規(guī)型靜態(tài)啟動(dòng)過(guò)程一般都具有可靠性問(wèn)題。常規(guī)型啟動(dòng)過(guò)程還難以應(yīng)用渦輪調(diào)節(jié)器來(lái)使組合單元的速度與同步速度相匹配，在這個(gè)同步速度下，發(fā)電機(jī)可連接于平衡式電力負(fù)載上。相應(yīng)地，渦輪發(fā)電機(jī)單元啟動(dòng)過(guò)程還長(zhǎng)期需要更好地操縱將單元從渦輪額定啟動(dòng)速度加速至發(fā)電機(jī)上的電力負(fù)載的同步速度的過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容
在第一實(shí)施例中，本發(fā)明為一種用于啟動(dòng)具有靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的組合單元燃?xì)鉁u輪和電力單元的方法，包括以下步驟從靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器將變頻電壓施加于發(fā)電機(jī)的繞組上以便將組合單元加速至渦輪自持速度；通過(guò)施加由渦輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩而將組合單元加速至超過(guò)自持速度，并且當(dāng)組合單元加速至同步速度時(shí)，從靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器施加制動(dòng)轉(zhuǎn)矩以便將組合單元穩(wěn)定于同步速度上。
在第二實(shí)施例中，本發(fā)明為一種用于啟動(dòng)具有閘流晶體管變頻器(TFC)的組合單元燃?xì)鉁u輪和發(fā)電機(jī)的方法，所述方法包括從TFC將啟動(dòng)變頻電壓施加于發(fā)電機(jī)的繞組上以便將組合單元加速至渦輪自持速度，其中啟動(dòng)變頻電壓由TFC根據(jù)對(duì)組合單元的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度與自持速度參考值的比較而選擇；通過(guò)施加由渦輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩而將組合單元加速至超過(guò)自持速度參考值；當(dāng)組合單元加速至同步速度時(shí)，將由TFC和發(fā)電機(jī)所施加的轉(zhuǎn)矩減至最小，并且當(dāng)組合單元向同步速度接近時(shí)，從TFC施加制動(dòng)轉(zhuǎn)矩電壓以便將組合單元穩(wěn)定于同步速度上，其中制動(dòng)轉(zhuǎn)矩值根據(jù)對(duì)組合單元的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度與同步速度參考值的比較而選擇。
在第三實(shí)施例中，本發(fā)明為一種用于啟動(dòng)組合單元燃?xì)鉁u輪和發(fā)電機(jī)單元的設(shè)備，其包括具有輔助電樞輸出的發(fā)電機(jī)的輔助繞組；可連接于輔助電樞輸出上并且還包括TFC控制器的閘流晶體管變頻器(TFC)，其中所述TFC產(chǎn)生由所述TFC控制器確定的變頻電壓；控制著燃?xì)鉁u輪功率輸出的渦輪調(diào)節(jié)器；同步器，用于檢測(cè)可連接于發(fā)電機(jī)上的電力系統(tǒng)負(fù)載的負(fù)載電壓頻率和發(fā)電機(jī)的電源電壓頻率輸出，并且產(chǎn)生發(fā)往渦輪調(diào)節(jié)器和TFC的控制命令以便引起渦輪調(diào)節(jié)器和TFC調(diào)節(jié)燃?xì)鉁u輪和發(fā)電機(jī)單元的速度。


圖1為示意圖，示出了具有聯(lián)接于發(fā)電機(jī)和渦輪調(diào)節(jié)器上的靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的渦輪發(fā)電機(jī)單元。
圖2為時(shí)序圖，示出了用于將燃?xì)鉁u輪和發(fā)電機(jī)單元從渦輪啟動(dòng)速度加速至同步速度的現(xiàn)有技術(shù)的同步過(guò)程。
圖3為時(shí)序圖，示出了用于將燃?xì)鉁u輪和發(fā)電機(jī)單元從渦輪啟動(dòng)速度加速至同步速度的新的同步過(guò)程。
圖4為用于實(shí)現(xiàn)圖3的時(shí)序圖中所標(biāo)識(shí)的同步過(guò)程的各個(gè)步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了示意圖，其概括地示出了具有定子12的發(fā)電機(jī)10，主輸出繞組和輔助輸出繞組都由主輸出繞組電樞輸出14和輔助輸出繞組電樞輸出16表示。主輸出繞組電樞運(yùn)送電力至平衡式電力負(fù)載系統(tǒng)18。負(fù)載系統(tǒng)18可為通常在40kV(千伏)至400kV范圍內(nèi)運(yùn)行的線路傳輸電壓系統(tǒng)。這些范圍內(nèi)的電壓可以直接由發(fā)電機(jī)10通過(guò)其主電力電樞輸出14提供至平衡式電力系統(tǒng)。
發(fā)電機(jī)10通過(guò)其輔助電樞輸出16向平衡式輔助電力系統(tǒng)20提供電力。輔助電力系統(tǒng)20可為低壓系統(tǒng)或其它輔助電力負(fù)載系統(tǒng)。輔助電力負(fù)載系統(tǒng)可以構(gòu)成電力設(shè)備中的與發(fā)電機(jī)相關(guān)聯(lián)的電負(fù)載。輔助繞組可從高壓發(fā)電機(jī)10提供例如2kV至7kV的低壓電力。
發(fā)電機(jī)能夠通過(guò)其主輸出繞組向電力負(fù)載系統(tǒng)18提供電力，該電力負(fù)載系統(tǒng)18在與同樣由發(fā)電機(jī)供電的輔助電力負(fù)載系統(tǒng)20不同的電壓和電流下運(yùn)行。發(fā)電機(jī)既驅(qū)動(dòng)主電力系統(tǒng)又驅(qū)動(dòng)輔助電力系統(tǒng)，因?yàn)槠渚哂衅渲鬏敵隼@組所用的電樞輸出14和其輔助輸出繞組所用的輔助電樞輸出16。
靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器(TFC)22可聯(lián)接于發(fā)電機(jī)的輔助電樞輸出16上。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子24使得聯(lián)接于燃?xì)鉁u輪28上的驅(qū)動(dòng)軸26轉(zhuǎn)動(dòng)以便啟動(dòng)該渦輪。靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器和發(fā)電電動(dòng)機(jī)將渦輪發(fā)電機(jī)單元加速至一定速度，在這個(gè)速度下，燃?xì)鉁u輪20能夠通過(guò)燃燒在渦輪調(diào)節(jié)器40的控制下提供的燃料而保持旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器22可為變頻式電源，例如閘流晶體管變頻器(TFC)，其驅(qū)動(dòng)著作為電動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)以便使得轉(zhuǎn)子24在與靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的頻率成比例的可變旋轉(zhuǎn)速度下轉(zhuǎn)動(dòng)。TFC22還可包括負(fù)載整流換向式變換器(LCI)或者脈寬調(diào)制(PWM)式驅(qū)動(dòng)器。TFC所用的部件還可包括整流器、二極管以及其它先進(jìn)的固態(tài)電子部件。靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器所用的驅(qū)動(dòng)電力從站輔助電力總線23提供，其可提供50Hz或60Hz的三相電流。
TFC包括控制器(例如位于TFC內(nèi)部)，其確定著變頻電壓和要由TFC所產(chǎn)生的電壓?？刂破鲗?lái)自軸速度傳感器37的實(shí)際速度信號(hào)與參考速度值進(jìn)行比較?？蔀門(mén)FC選擇的參考速度可以為與燃?xì)鉁u輪的自持旋轉(zhuǎn)速度(“自持速度參考”)和在渦輪啟動(dòng)期間所使用的可變同步速度(“同步速度參考”)相對(duì)應(yīng)的速度。速度選擇開(kāi)關(guān)31選擇所要應(yīng)用于TFC的比較器上的參考速度值。同步器控制器單元36控制著開(kāi)關(guān)42以便在確定TFC所要產(chǎn)生的變頻電壓時(shí)，選擇TFC控制器所要使用的參考速度值。
TFC22通過(guò)斷路器或開(kāi)關(guān)30可開(kāi)關(guān)地經(jīng)電力總線29連接于輔助電樞輸出16上。類(lèi)似地，輔助電力總線29通過(guò)第二斷路器或開(kāi)關(guān)32可開(kāi)關(guān)地連接于輔助電力系統(tǒng)20的平衡上。例如，當(dāng)發(fā)電機(jī)要用作電動(dòng)機(jī)以便啟動(dòng)燃?xì)鉁u輪時(shí)，斷路器開(kāi)關(guān)30閉合以便將TFC22聯(lián)接于發(fā)電機(jī)10的輔助輸出繞組16上。同時(shí)，在靜態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中和在TFC與輔助繞組接合時(shí)，發(fā)電機(jī)的輔助輸出繞組與平衡式輔助電力系統(tǒng)20之間的斷路器32打開(kāi)以便將輔助輸出繞組從輔助電力系統(tǒng)斷開(kāi)。
斷路器30、32保證了在TFC22向發(fā)電機(jī)的輔助輸出繞組提供變頻電力時(shí)，輔助電力系統(tǒng)20不會(huì)從TFC引出電力。此外，在靜態(tài)啟動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中，輔助電力系統(tǒng)20應(yīng)當(dāng)從發(fā)電機(jī)的輔助輸出繞組上斷開(kāi)，以避免將變頻電力送至輔助電力系統(tǒng)20中。替代地，當(dāng)TFC22從輔助輸出繞組上斷開(kāi)時(shí)，第一斷路器30打開(kāi)而第二斷路器32閉合。這樣，當(dāng)TFC關(guān)閉時(shí)，輔助電力系統(tǒng)20的平衡就從發(fā)電機(jī)10的輔助繞組16接收電流。
激勵(lì)電源(激勵(lì)器)34向轉(zhuǎn)子24的發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組提供磁化功率。通常，激勵(lì)系統(tǒng)以較低電壓，例如300至700伏的電壓，向轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)繞組提供直流電(D.C.)。在燃?xì)鉁u輪28啟動(dòng)序列過(guò)程中，激勵(lì)電源34以各種為渦輪發(fā)電機(jī)速度的函數(shù)的水平向轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)繞組提供功率。TFC22和激勵(lì)電源34通過(guò)控制電路連接起來(lái)以便在渦輪機(jī)啟動(dòng)序列過(guò)程中提供適當(dāng)?shù)墓β仕?。激?lì)電源34通常向轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)繞組供以直流電而TFC22向輔助繞組供以變頻電壓，以便向轉(zhuǎn)子施加轉(zhuǎn)矩而同時(shí)發(fā)電機(jī)從其主和輔助定子繞組產(chǎn)生電力。激勵(lì)電源34的電力可由輔助多相電力總線23提供。
同步器控制電路36向渦輪調(diào)節(jié)器40和選擇開(kāi)關(guān)32提供控制信號(hào)，其選擇所要應(yīng)用于TFC上的速度參考信號(hào)。同步器控制電路36在將平衡式電力系統(tǒng)18與主總線和發(fā)電機(jī)10連接起來(lái)的斷路器開(kāi)關(guān)42的任一側(cè)檢測(cè)通過(guò)多相主總線38的電流。渦輪28調(diào)節(jié)器控制著通向燃?xì)鉁u輪的燃料流。
同步器36通過(guò)主電樞14的輸出的頻率來(lái)監(jiān)控著渦輪發(fā)電機(jī)軸26的旋轉(zhuǎn)速度。當(dāng)逐漸增大的旋轉(zhuǎn)速度稍微超過(guò)所需的同步速度時(shí)，同步器就向渦輪調(diào)節(jié)器40產(chǎn)生控制信號(hào)，而渦輪調(diào)節(jié)器40就調(diào)節(jié)流向燃?xì)鉁u輪的燃燒器的燃料以便減小渦輪速度。
圖2為在常規(guī)型同步過(guò)程44中的渦輪旋轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)矩的時(shí)序圖。在圖2中所示的過(guò)程之前，TFC22施加變頻驅(qū)動(dòng)電流以便驅(qū)動(dòng)作為電動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)，從而將渦輪發(fā)電機(jī)單元加速至一定速度，例如額定啟動(dòng)速度，在這個(gè)速度下，燃?xì)鉁u輪可保持渦輪發(fā)電機(jī)單元的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)TFC正在驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)時(shí)，激勵(lì)電源34向發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組施加直流電。當(dāng)?shù)竭_(dá)自持速度時(shí)，TFC按照常規(guī)通過(guò)打開(kāi)開(kāi)關(guān)30而切斷，并且燃?xì)鉁u輪開(kāi)始加速渦輪發(fā)電機(jī)單元。TFC通常不參與圖2中所示的常規(guī)同步過(guò)程。類(lèi)似地，在達(dá)到渦輪自啟動(dòng)速度之后并且直到到達(dá)同步速度之前，激勵(lì)電源34通常從發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上切斷。當(dāng)?shù)竭_(dá)同步速度之后，激勵(lì)電源再次接通以便使得發(fā)電機(jī)將會(huì)輸出電力。
在TFC已經(jīng)切斷之后，(常規(guī)型系統(tǒng)中的)渦輪發(fā)電機(jī)單元的旋轉(zhuǎn)速度46就由渦輪機(jī)28驅(qū)動(dòng)，而渦輪機(jī)28由渦輪調(diào)節(jié)器40及其燃料控制器來(lái)控制。由調(diào)節(jié)器和渦輪提供的速度控制比較粗略并且較慢。通常，在調(diào)節(jié)器能夠減少燃料流從而減小作用于驅(qū)動(dòng)軸26上的轉(zhuǎn)矩49之前，渦輪發(fā)電機(jī)單元就會(huì)加速至超過(guò)所需同步速度48。所施加的用于將軸加速至同步速度的轉(zhuǎn)矩49的數(shù)值大于保持速度穩(wěn)定所需的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)速度到達(dá)同步速度48時(shí)，所施加的轉(zhuǎn)矩將會(huì)將速度加速至超過(guò)同步速度，而在此之后由調(diào)節(jié)器進(jìn)行的燃料流調(diào)節(jié)才會(huì)減小軸轉(zhuǎn)矩。
按照常規(guī)方法，渦輪調(diào)節(jié)器40通過(guò)燃料流調(diào)節(jié)的步增而增大和減小渦輪的旋轉(zhuǎn)速度，通過(guò)圖2中所示的轉(zhuǎn)矩的階躍變化50可以看得很清楚。調(diào)節(jié)器難以實(shí)現(xiàn)精細(xì)、迅速的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)，而這卻是對(duì)實(shí)際速度進(jìn)行調(diào)整以便與所需同步速度48相匹配的需要。渦輪調(diào)節(jié)器獨(dú)自不能迅速、精確地減小應(yīng)用于渦輪發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)矩以避免將渦輪速度46加速或減速至或多或少地不同于所需的同步速度。當(dāng)調(diào)節(jié)器工作以便匹配同步速度時(shí)，實(shí)際渦輪速度可能在同步速度附近波動(dòng)。如圖2中所示，渦輪發(fā)電機(jī)組合單元可一次地在同步速度附近加速和減速以便匹配所需的同步速度。
如圖3中所示，通過(guò)接合TFC22以使實(shí)際渦輪速度與同步速度相匹配，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)渦輪組合單元的旋轉(zhuǎn)速度的迅速而且更為精確的控制。TFC控制器能夠迅速、精確地調(diào)節(jié)應(yīng)用于輔助電樞繞組上的變頻電壓，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)軸26的快速、精確的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)90。為了繼續(xù)使驅(qū)動(dòng)軸26旋轉(zhuǎn)，在渦輪發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度到達(dá)渦輪自持速度之后，TFC仍保持連接于輔助繞組上。當(dāng)渦輪發(fā)電機(jī)單元繼續(xù)加速46至穩(wěn)定同步速度48時(shí)，TFC22保持聯(lián)接于輔助繞組上以助于調(diào)整渦輪發(fā)電機(jī)單元的速度從而與平衡式電力系統(tǒng)的所需同步速度48相匹配。在同步速度下，主發(fā)電機(jī)繞組14的電力輸出頻率與平衡式電力系統(tǒng)的電力負(fù)載的頻率相匹配。
在渦輪發(fā)電機(jī)的速度超過(guò)渦輪自持速度之后，通過(guò)將斷路器開(kāi)關(guān)30保持閉合，TFC就保持連接于輔助電樞繞組上。渦輪調(diào)節(jié)器40通過(guò)例如調(diào)節(jié)供向燃?xì)鉁u輪的燃燒器的燃料流而控制著由渦輪單元所施加的渦輪轉(zhuǎn)矩92。此外，TFC控制著施加于輔助繞組上的電壓的變頻以便調(diào)節(jié)施加于發(fā)電機(jī)上的TFC轉(zhuǎn)矩90。渦輪調(diào)節(jié)器對(duì)渦輪轉(zhuǎn)矩92的控制為步增式并且在調(diào)節(jié)器作用與轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)之間存在較長(zhǎng)的延遲。相反，TFC控制器可通過(guò)調(diào)節(jié)應(yīng)用于輔助繞組上的頻率和功率而從發(fā)電機(jī)上精確、迅速地調(diào)節(jié)TFC轉(zhuǎn)矩90。相應(yīng)地，TFC22控制器和渦輪調(diào)節(jié)器聯(lián)合(并且在同步器36的監(jiān)督下)控制著施加于渦輪發(fā)電機(jī)組合單元上的總94轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而控制著該單元的旋轉(zhuǎn)速度。
圖3為在圖4的流程圖中所示的同步啟動(dòng)過(guò)程中運(yùn)行的渦輪發(fā)電機(jī)組合單元的轉(zhuǎn)矩和速度的時(shí)序圖。在步驟62中，TFC驅(qū)動(dòng)著渦輪發(fā)電機(jī)單元的旋轉(zhuǎn)，直到達(dá)到額定啟動(dòng)速度(渦輪自持速度)為止。在初始啟動(dòng)周期60和步驟62中，TFC開(kāi)關(guān)30閉合而開(kāi)關(guān)32和42打開(kāi)，以便使得TFC與輔助電樞輸出16接合并且使得發(fā)電機(jī)繞組與平衡式電力系統(tǒng)18和輔助電力系統(tǒng)20切斷。用以驅(qū)動(dòng)TFC的電力可通過(guò)電力總線23從輔助電力系統(tǒng)20獲得。此外，在初始啟動(dòng)周期60和62中，激勵(lì)電源向轉(zhuǎn)子繞組施加直流電。在啟動(dòng)周期60中，TFC轉(zhuǎn)矩90為施加于驅(qū)動(dòng)軸26上的總轉(zhuǎn)矩94。TFC提供總轉(zhuǎn)矩一直到軸速度46到達(dá)渦輪自持速度96為止。
當(dāng)軸加速至超過(guò)自持速度時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)有助于增加總轉(zhuǎn)矩。當(dāng)燃?xì)鉁u輪在步驟64中驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，TFC保持連接于輔助繞組16上但不對(duì)輔助電樞繞組施加電流。在緊隨著渦輪變?yōu)樽猿值闹芷?6中并且當(dāng)軸加速46至所需同步速度48時(shí)，TFC和發(fā)電機(jī)10并未顯著增加或制動(dòng)施加于渦輪的軸上的轉(zhuǎn)矩。在周期62中，激勵(lì)電源并不向轉(zhuǎn)子繞組施加直流電。在這個(gè)周期66中，渦輪基本上施加所需的全部總轉(zhuǎn)矩94以便將渦輪發(fā)電機(jī)單元加速至同步速度48。
當(dāng)渦輪發(fā)電機(jī)速度加速至某個(gè)預(yù)定的速度值，例如同步速度參考值48時(shí)，TFC和發(fā)電機(jī)就制動(dòng)軸的加速過(guò)程(步驟68和周期67)。在周期67中，激勵(lì)電源34向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組施加直流電。發(fā)電機(jī)的制動(dòng)作用來(lái)自于TFC以與慢于實(shí)時(shí)的實(shí)際速度的軸速度相對(duì)應(yīng)的頻率施加電流。TFC施加制動(dòng)轉(zhuǎn)矩90以防止渦輪發(fā)電機(jī)加速至超過(guò)同步速度48。在周期67中，TFC控制器監(jiān)控著軸26速度并且施加適當(dāng)?shù)碾妷汉皖l率以便施加將軸保持于同步速度所需的轉(zhuǎn)矩。
在步驟68中，當(dāng)TFC制動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)的加速過(guò)程時(shí)，在步驟70中，渦輪調(diào)節(jié)器40也可通過(guò)減小流向渦輪燃燒室的燃料速率而制動(dòng)加速過(guò)程，以便也制動(dòng)旋轉(zhuǎn)速度。減少的燃料流使得渦輪減慢并且降低了其施加于軸26上的轉(zhuǎn)矩92。渦輪調(diào)節(jié)器按照階躍變化調(diào)節(jié)燃料流，其可能導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)軸發(fā)生較大增量(并且減慢以便見(jiàn)效)的轉(zhuǎn)矩變化。這些較大的階躍變化對(duì)于使軸速度與同步速度精確匹配來(lái)說(shuō)可能太大或者太遲。
鑒于渦輪調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)矩控制響應(yīng)慢并且不夠精細(xì)，因且可以采用替代的過(guò)程，其中在周期67中，TFC獨(dú)自調(diào)節(jié)總轉(zhuǎn)矩94以便將速度穩(wěn)定于同步速度。在這個(gè)替代過(guò)程中，調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)燃料流以便提供將軸速度46保持于固定同步速度48所需的穩(wěn)定狀態(tài)渦輪轉(zhuǎn)矩92。TFC施加制動(dòng)或者加速轉(zhuǎn)矩90以便補(bǔ)償渦輪發(fā)電機(jī)的任何超速或速度不足情況，從而將速度穩(wěn)定保持于所需的同步速度。
當(dāng)速度躍升至同步速度時(shí)，為了補(bǔ)償由渦輪所施加的加速轉(zhuǎn)矩，TFC可平滑地增大或減小由發(fā)電機(jī)施加于軸上的TFC轉(zhuǎn)矩90。在步驟80中，TFC轉(zhuǎn)矩控制可用作對(duì)渦輪發(fā)電機(jī)單元的速度進(jìn)行的比較精細(xì)的調(diào)節(jié)，以便保證當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出通過(guò)閉合開(kāi)關(guān)40而被聯(lián)接于平衡式電力系統(tǒng)上時(shí)，該單元能夠在同步速度48下穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)。一旦渦輪發(fā)電機(jī)穩(wěn)定于同步速度上，則在步驟82中，就可通過(guò)打開(kāi)開(kāi)關(guān)30而將TFC從輔助輸出電樞上斷開(kāi)。此外，在步驟82中，輔助電樞可通過(guò)閉合開(kāi)關(guān)32而連接于輔助電力系統(tǒng)20上。
盡管以上結(jié)合目前被認(rèn)為最實(shí)用和優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于所公開(kāi)的實(shí)施例，而相反，本發(fā)明意欲涵蓋在附屬權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)所包括的各種變型及等價(jià)設(shè)置結(jié)構(gòu)。
元件清單



權(quán)利要求
1.一種用于啟動(dòng)具有靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器(22)的組合單元燃?xì)鉁u輪(28)和電力單元(10)的方法，包括a.從靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器(22)將變頻電壓施加于發(fā)電機(jī)的繞組(16)上以便將組合單元加速至渦輪自持速度(62)；b.通過(guò)施加由渦輪(28)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩而將組合單元加速至超過(guò)自持速度(64)，以及c.當(dāng)組合單元加速至同步速度時(shí)，從靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器(22)施加制動(dòng)轉(zhuǎn)矩以便將組合單元穩(wěn)定于同步速度上(68)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器為閘流晶體管變頻器(22)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟(c)還包括對(duì)組合單元的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度與同步速度參考值進(jìn)行比較，并且根據(jù)比較結(jié)果來(lái)選擇(31)由靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器所施加的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在組合單元到達(dá)同步速度后，將發(fā)電機(jī)連接于平衡式電力系統(tǒng)(18)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過(guò)調(diào)節(jié)渦輪轉(zhuǎn)矩輸出并結(jié)合施加制動(dòng)轉(zhuǎn)矩來(lái)制動(dòng)組合單元的加速過(guò)程(70)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在步驟(c)之后，將靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器從發(fā)電機(jī)上斷開(kāi)(82)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器可連接于作為發(fā)電機(jī)的繞組的輔助電樞輸出(16)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器由輔助電力系統(tǒng)(20)供電。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在步驟(a)和(c)期間，將激勵(lì)電源(34)施加于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組上。
10.一種用于啟動(dòng)具有閘流晶體管變頻器(TFC)(22)的組合單元燃?xì)鉁u輪(28)和發(fā)電機(jī)(10)的方法，所述方法包括a.從TFC將啟動(dòng)變頻電壓施加于發(fā)電機(jī)的繞組上以便將組合單元加速至渦輪自持速度(62)，其中啟動(dòng)變頻電壓由TFC根據(jù)對(duì)組合單元的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度與自持速度參考值的比較(31)而選擇；b.通過(guò)施加由渦輪(28)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩而將組合單元加速至超過(guò)自持速度參考值(64)；c.在步驟(b)期間并且當(dāng)組合單元加速至同步速度時(shí)，將由TFC和發(fā)電機(jī)所施加的轉(zhuǎn)矩減至最小，以及d.在步驟(b)之后并且當(dāng)組合單元向同步速度接近時(shí)，從TFC施加制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(68)以便將組合單元穩(wěn)定于同步速度上，其中制動(dòng)轉(zhuǎn)矩值根據(jù)對(duì)組合單元的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度與同步速度參考值的比較而選擇。
全文摘要
一種用于啟動(dòng)具有靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器(22)的組合單元燃?xì)鉁u輪(28)和電力單元(10)的方法包括以下步驟從靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器(22)將變頻電壓施加于發(fā)電機(jī)的繞組(16)上以便將組合單元加速至渦輪自持速度(62)；通過(guò)施加由渦輪(28)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩而將組合單元加速(64)至超過(guò)自持速度，并且當(dāng)組合單元加速至同步速度時(shí)，從靜態(tài)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)器(22)施加制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(68)以便將組合單元穩(wěn)定于同步速度上。
文檔編號(hào)F01D15/00GK1622446SQ20041009736
公開(kāi)日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2004年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月28日
發(fā)明者J·M·福加蒂, B·E·B·戈特, J·R·亞吉爾斯基, Y·D·維尼茨基 申請(qǐng)人:通用電氣公司