船用直流汽轮发电机组运行控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种汽轮发电机组控制方法，具体地说是直流汽轮发电机 组控制方法。

背景技术

船舶动力系统正在由传统主汽轮机拖动螺旋桨驱动方式逐步转向纯电力驱 动方式，纯电驱动方式有启动转矩大、启动速度快、推进机构布置灵活、高效 静音等诸多优点。船舶推进系统中的主汽轮机由单纯的拖动螺旋桨变成直流汽 轮发电机组，系统图如图1所示。

直流汽轮发电机组TG通过发电机断路器开关连接到船舶的直流电网，推进 电机M通过该电网获得动力驱动螺旋桨进行船舶推进，船上其它交流电器通过 逆变装置从直流电网获得交流电，为船舶提供生活用电等交流电。

其中，船用交流负载的功率水平低，负荷波动小，对直流电网几乎无影响； 而推进电机为大功率用电设备，随着船舶不同的工况需求，推进电机功率变化 剧烈且频繁，给直流电网带来巨大的负荷波动。由于直流汽轮发电机组为电网 上唯一发电设备，汽轮发电机组容量较小，汽轮机转动惯量储存的动能和热势 能均比较少，电网负荷的剧烈波动对汽轮发电机组的直接影响就是导致机组转 速即频率的剧烈变化。机组频率剧烈波动会造成汽轮机损坏、发电机故障、励 磁设备工作异常等影响，导致电网电压不稳，最终造成全船停电或电气损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供机组转速无周期性振荡、超调，稳定时间短；励磁 系统波动小，无须周期性反复调节，工况更稳定、可靠的船用直流汽轮发电机 组运行控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明船用直流汽轮发电机组运行控制方法，其特征是：引入大负荷加载 开关信号，当检测到大负荷加载开关信号出现时，将汽发机组从调频控制模式 转入加速度控制模式，转速控制的目标值是机组转速的加速度值，当大负荷加 载开关信号出现时，瞬时开满机组的进汽调节阀，使进入汽发机组的蒸汽量达 到最大，为机组提供最大的蒸汽扭矩，平衡大负荷加载产生的电磁转矩，汽发 机组转子先做匀加速运动，后做匀减速运动，当转子的加速度为0时，转子速 度不再变化；当检测到转子加速度达到0时，将控制模式切换回转速控制模式， 目标转速自动设置为机组当前转速，当机组转速稳定后，将机组转速升回额定 转速。

本发明还可以包括：

1、在每个控制周期T内进行加速度a的计算，a＝(ω2-ω1)/T)。

本发明的优势在于：本发明机组转速无周期性振荡、超调，稳定时间短； 励磁系统波动小，无须周期性反复调节，工况更稳定、可靠。

附图说明

图1为船舶推进系统示意图；

图2为调频运行模式下孤网频率与调频机组负荷示意图；

图3为电网小负荷扰动转速波动图；

图4为电网大负荷扰动转速波动图；

图5为从调频控制模式转入加速度控制模式变化示意图；

图6为本发明控制策略示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-6，船舶上的直流汽轮发电机组作为唯一发电设备，为了机组能 够可靠稳定的运行，将该机组设置为调频运行模式，在这种模式下，孤网中负 载的变化全部由调频机组吸收，频率设定值为固数值，随着负载得波动，机组 频率将在这一设定值附近波动，这种模式的优点是小负荷扰动时孤网频率可控， 供电质量高，有利于汽轮发电机组健康运行。但是，由于调节配汽机构机械部 件的物理限制，即使调频模式运行，在大负荷变动时，也不可能保证调频机组 转速即频率不变。直流电网的优点在于机组频率的变化不影响电网频率(直流 电网无频率，只有电压)，但机组的频率剧烈变化会影响机组的健康，可能导致 发电设备故障及损坏，励磁系统的稳压能力也只能在有限的机组频率范围内， 所以在电网大负荷扰动时(如推进电机突然加满载等工况)，有必要建立一种使 直流汽轮发电机组应对大负荷扰动快速稳定、转速无周期波动的控制方法策略。

普遍情况下，直流汽轮发电机组在该直流电网中(孤网)作为调频机组使 用，从启动机组升速到额度转速3000转/分直至机组并网带载，整个过程均采 用调频模式，即转速PID控制，机组转速会随着电网负荷的变化不断进行自动 调整，由于PID控制的特性，转速是波动、周期性调整到额度转速的。电网小 负荷扰动机组转速波动小，调节周期少，调整速度快；电网大负荷扰动机组转 速波动大，调节周期多，调整稳定的时间长。

因此，本发明提出一种针对船舶或孤网系统直流汽发调频机组的新型控制 策略---大负荷加载控制模式。在该控制策略中，需引入大负荷加载开关信号， 当控制系统检测到该信号出现时，即将汽发机组从调频控制模式转入加速度控 制模式。该控制模式中，转速控制的目标值不再是机组的额定转速值(3000转 /分)，而是机组转速的加速度值。当大负荷加载开关信号出现时，为了快速阻 止机组转速过快下降(机组转速快速下降会导致机组停机，电力系统中断，励 磁系统工作失常等等)，瞬时开满机组的进汽调节阀，使进入汽发机组的蒸汽量 达到最大，为机组提供最大的蒸汽扭矩，平衡大负荷加载产生的电磁转矩。汽 发机组转子先做匀加速(系统延时及机械结构延时导致，加速时间很多暂)运 动，后做匀减速运动，当转子的加速度为0时，转子速度将不再变化。

当控制系统检测到转子加速度达到0时(控制系统在每个控制周期T内进 行加速度的计算a＝(ω2-ω1)/T)，迅速将控制模式切换回转速控制模式， 目标转速自动设置为机组当前转速，当机组转速稳定后，可逐步将机组转速升 回额定转速3000转/分。整个过程中，机组转速无周期性振荡、超调，稳定时 间短；励磁系统波动小，无须周期性反复调节，工况更稳定、可靠。