[发明专利]一种燃机轮机启动变频器功率因数最优控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃气发电技术领域，具体的说是一种燃机轮机启动变频器功率因数最优控制方法。

背景技术

目前，随着国家能源消耗的快速增长以及能源结构的调整，以燃气、风电、光伏为代表的清洁能源在所占能源比例逐步提高。而风电、光伏的出力具有一定的随机性、波动性、不稳定性，当电网故障时，风电/光伏对电网的支撑不够，甚至会成为电网中的不稳定因素。燃气发电作为一种稳定的能源输出，具有输出功率稳定、响应速度快等特点，在电网中能够具备一定的调峰的能力。在燃气电站自动控制系统及成套设备中，燃机启动变频器LCI作为其中的关键技术设备，对于保证燃气机组的快速、可靠启动和燃气电站的稳定运行具有重要意义。同时，作为燃气电站中重要的设备，燃机启动变频器的性能高低，决定了燃气轮机的启动成功率、动态响应速率、启动时的功率因数等性能参数。当前国际形势下，我国大型燃气轮机及其自动化设备，包含启动变频器，主要的以国外进口为主，且国际上对我国的技术隔离比较严重。随着近些年来，我国在中小型燃气轮机上取得的进步，燃机启动变频器也有一定的技术突破，但在燃气电站启动变频器功率因数控制方面，国内对此的研究文献较少。

在燃机启动过程中，机组启动控制策略影响着变频器的功率因数，燃机点火之后典型的燃机启动过程，采用调整整流桥控制角的方法进行机组速度控制，逆变桥一般采用定角度控制方法。该方法使得变频器系统的功率因数较低，启动加速慢，进入同期时间相对较长。变频器功率因数较低，一般在0.5-0.7左右。

因此，为克服上述技术的不足而设计出一款可实现不同频率范围时的调速控制，有效提高燃气电站启动变频器功率因数，减小机组转动脉动，并改善机组启动速率的一种燃机轮机启动变频器功率因数最优控制方法，正是发明人所 要解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种燃机轮机启动变频器功率因数最优控制方法，可实现不同频率范围时的调速控制，有效提高燃气电站启动变频器功率因数，减小机组转动脉动，并改善机组启动速率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种燃机轮机启动变频器功率因数最优控制方法，其包括燃机，所述燃机的启动过程包含了以下几种工况：

1)水洗工况，所述燃机机组工作频率为8Hz；

2)吹扫工况，所述燃机机组工作频率为13.5Hz；

3)正常启动工况，所述燃机机组工作频率为0Hz-30Hz；

4)快冷工况，所述燃机机组工作频率为2.5Hz-50Hz；

根据每种所述工况的实际启动情况，即所述燃机机组工作频率区间，所述燃机机组的控制系统设计出具体的启动变频器控制方法，具体的如下：

1)选择控制对象

结合系统中的功率因数的整定公式(1)，系功率因数PF主要的受α、γ影响，

α——整流桥控制角

γ——逆变桥换相超前角

THD——谐波含量

其中，α、γ这两个控制参数影响着系统的启动速率；

2)控制方式频率转换点计算

根据公式(2)，发电机的极对数恒定，励磁电流、换相重叠角在机组启动过程中变化范围较小，忽略其调速特性，忽略直流回路总电阻、凸极电磁转矩及变频器系统损耗，燃机启动变频器对机组转速的控制参数为：α、γ，得出：

n——机组转速

U_l——系统侧线电压

P——发电机极对数

μ——换相重叠角，一般取15°

C_e——含有气隙每极磁通量的系数

当机组频率小于等于f₀时，控制对象采用α，对机组进行速度控制；当机组频率大于f₀时，控制对象采用γ，对机组进行速度控制；f₀的计算按照公式(3)计算：

其中：γ₀在上式中，取值范围为30°～60°；

此时的f₀意义：在换相超前角为γ₀时，为对应机组转速增加到该值时，整流侧的控制角度为零度，即此时的变频器系统功率因数最大，K为裕度系数；