Способ управления первичным двигателем электрического генератора переменного тока Советский патент 1983 года по МПК F01D17/20 F02C9/00 

Изобретение относится к энергет ке и может быть использовано при управлении первичными двигателями, сочлененными с электрическими гене раторами переменного тока. Известны способы управления пер вичным двигателем электрического генератора переменного тока путем поддержания в процессе эксплуатаци режимного параметра изменением рас хода энергоносителя при изменении мощности с измерением частоты вращения роторов двигателя и генератора и стабилизацией частоты выраба тываемого тока С1 . В качестве режимного параметра выбирают частоту вращения роторов, и стабилизацию частоты вырабатываемого тока ведут стабилизацией часто ты вращения. Эти способы допускают падение экономичности на частичных нагрузках, где номинальная частота вращения оказывается неоптимальной для двигателя. Наиболее близким к предл.агаемому является способ управления первичным двигателем электрического генератора переменного тока путем предварительного определения оптимальной по экономичности зависимости между мощностью и режимным параметром двигателя и поддержания в процессе эксплуатации значений режимного параметра в соответствии с это зависимостью изменением расхода энергоносителя при изменении мощности с измерением частоты вращения роторов двигателя и генератора и стабилизацией частоты вырабатываемо го тока. В качестве режимного параметра выбирают давление пара перед турбиной 2 .. Недостатком известного способа является пониженная экономичность, так как и здесь стабилизацию частоты вырабатываемого тока ведут стабилизацией частоты вращения, что вызывает падение экономичности на частичных нагрузках. Цель изобретения - повышение эко номичности.; Поставленная цель достигается те что согласно способу управления пер вичным двигателем электрического генератора переменного тока путем предварительного определения оптимальной по экономичности зависимост между мощностью и режимным параметром двигателя и поддержания в процессе эксплуатации значений режимного параметра в соответствии с этой зависимостью изменением расход энергоносителя при изменении мощности С и: мерением частоты вращения роторов двигателя и генератора и стабилизацией частоты вырабатываемого тока в качестве режимного пара метра выбирают частоту вращения роторов, а частоту вырабатываемого тока стабилизируют(выше. зависимости от частоты вращения роторов. На фиг. 1 дана зависимость экономичности первичного двигателя турбомашины от режимного параметра, на фиг. .2 - схема реализации предлагаемого способа. Заданная мощность может развиваться двигателем при различных значениях частоты вращения. При этом каждому значению частоты вращения соответствует определенная величина расхода энергоносителя. Эти расходы (при постоянной мощности нагрузки ) изменяются в значительных пределах в зависимости от частоты вращения двигателя, соответственно изменяется величина КПД и себестоимость вырабатываемой электроэнергии.. Примером может служить зависимость КПД Ц турбомашины от параметра о/с где , и - скорость движения, лопатки, т.е. величина, пропорциональная частоте вращения роторов, CQ- скорость движения потока в каналах лопаток, т.е. величина, пропорциональная расходу пара (газа) и мощности двигателя. Режим номинальной нагрузки при номинальной частоте вращения соответствует такой величине отношения У/СО ,при котором КПД максимален. При уменьшении мощности, но постоянной при этой частоте вращения отношение U/CQ увеличивается, КПД турбины уменьшается. Соответственно увеличивается удельный расход энергоносителя топлива . Если п-ри уменьшении мощности нагрузки уменьшать частоту вращения, то отношение U/CQ сохраняется таким же, как в номинальном режиме, соответственно КПД сохраняется максимальным. Следовательно, и при нагрузках, отличных от номинальной , удельный расход энергоносителя топлива не увеличивается, т.е. достигается экономия топлива и снижение себестоимости вырабатываемой электроэнергии. Количественно каждому значению нагрузки соответствует определенное значение частоты вращения, при которой расход энергоносителя минимален, соответственно максимален КПД и минимальна себестоимость вы- : рабатываемой электроэнергии. Каждый тип двигателя имеет определенную характеристику (зависимость согласно которой каждому значению мощности соответствует определенная частота вращения, при которой двигатель развивает заданную мощность с максимальным КПД. С учетом этой характеристики дпя поддержания максиального КПД с уменьшением нагрузки следует уменьшать частоту вращения.

а с увеличением нагрузки следует увеличивать частоту вращения. Однако частота напряжения вырабатываемого тока должна быть строго стабилизированной в определенных небольших пределах (порядка долей процента ). Для выполнения этого требования необходимую частоту электрического напряжения на выходе агрегата обеспечивают посредством дополнительных стабилизирующих устройств. Таковыми могут быть статические или машинные преобразователи-стабилизаторы частоты, специальные электрические машины, например управляемые генераторы, и другие устройства.

Способ реализуют следующим образом.

Газотурбинный двигатель 1 приводит во вращение синхронный генератор 2, который вырабатывает переменный ток и питает нагрузку через преобразователь-стабилизатор 3 частоты. Подача топлива в двигатель выполняется регулятором топлива, . в состав которого входят программны регулятор 4, датчик 5 нагрузки, датчик 6 частоты и узел. 7 сравнения Программный регулятор 4 регулирует количество подаваемого в двигатель топлива в зависимости от мощности нагрузки по заданной программе, т.е реализует наперед заданную функциональную связь между мощностью нагрузки агрегата и необходимой частотой вращения, при которой КПД максимален в соответствии с предав рительно найденной оптимальной зависимостью этих параметров. На вход программного регулятора подается сигнал, пропорциональный мощности нагрузки агрегата. Этот сигнал вырабатывается датчиком 5 нагрузки,, который подключен к выходу электрического генератора и измеряет величину мощности нагрузки агрегата, в соответствии с этим сигналом и заложенной программой программный регулятор подает в двигатель определенное количество топлива, которое обеспечивает заданную мсядность агрегата при определенной частоте вращения в соответствии с упомянутой оптимальной зависимостью. На выходе программного регулятора выра батывается сигнал, пропорциональный тому значению частоты вращения, при которой КПД максимален и которое должно поддерживаться регулятог ром согласно заданной программе.

Поддержание частоты вращения двига теля на заданном уровне осуществляется с помощью обратной связи в виде дополнительной цепи коррекции частоты вращения. Для этого в регуляторе предусмотрен датчик 6частоты, который подключен к выходу электри. ческого генератора и измеряет частоту напряжения генератора, т.е. частоту вращения агрегата, и узел 7

Q сравнения, который сравнивает указанные выходные сигналы задаваемой частоты с выхода программного регулятора и действительной частоты вращения агрегата с выхода датчика

5 частоты. На выходе узла сравнения

вырабатывается корректирующий сигнал, (пропорциональный разности задаваемой и действительной частоты вращения) . Этот корректирующий сигнал подается в программный регулятор и

0 корректирует, количество топлива, подаваемого в двигатель, в такой степени, что частота вращения поддерживается на заданном уровне. Указанная обратная связь обеспечивает необходимые точйость регулирования частоты и качество переходного процесса. Изменение частоты вращения двига1теля или регулирование активной мощности агрегата при параллельной работе может выполняться . также вручнуюизменением уставки, воздействующей непосредственно на измерительный орган программного регулятора (воздействие 8 на фиг. 2).

5 Программный регулятор может быть выполнен в виде механических, электромеханических или электронных устройств на известных принципах. Преобразователь-стабилизатор 3

0 частоты обеспечивает преобразование и стабилизацию частоты в .необходимых пределах и может быть выпо)1нен в . виде одного из упомянутых устройств.

Предлагаемый способ обеспечивает значительное снижение удельного расхода топлива в режимах частичных нагрузок агрегатов. Учитывая, что, продолжительность работы агрегатов и объемы производства электроэнергии при частичных нагрузках велики, использование изобретения дает значительный эффект, несмотря на некоторые дополнительные затраты, связанные с установкой преобразова-,

телей частоты. Способ может быть регши зован и на существующих агрег гатах.

7 fpusZ

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРВИЧНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА путем предварительного определения оптимальной по экономичности зависимости мехсду мощностью и режимным параметром двигателя и поддержания в процессе эксплуатации значений режимного параметра в соответствии с этой зависимостью изменением расхода энергоносителя при изменении мощности с измерением частоты вращения роторов двигателя и генератора и стабилизацией частоты вырабатываемого тока, отличающийся тем, что, с целью повьпиения экономичности, в качестве режимного параметра выбирают частоту врацения роторов, а частоту вырабатываемого тока стабилизируют вне зависимости от частоты вращения роторов. S (Л 4; 4 tUD СО