燃煤磁流体发电的逆变系统.pdf

第卷第期 年月 东 南大学 学报 , 趁 研究简报 燃煤磁流体发电的逆变系统 赵以枉 吕友昌 周玉钧潘卫民 热能工程研究所 用于磁流休发电机的有源逆变器是直流磁流休发电机向已有交流电网传递功率的上游部 件 , 也是直流磁流体发电机的负荷调节器 由于逆变器介于磁流体发电机和交流电网之间 , 也即逆变系统的一侧和直接进行热电转换的发电机相连 , 而另一侧和已有交流电网相衔接 由此 , 磁流体发电的逆变系统具有不同于一般逆变系统的特点和结构 本文针对将要建造的 百千瓦级磁流体发电机提出了逆变系统的结构和控制方案 沙 燃煤 电厂逆变系统的基本特点 逆变系统的可控性 逆变系统从电厂的角度看 , 可 以认为是一个复杂的实现能量形式转换的接口 , 它的一侧 和直接进行热电转换的发电机仅称通道相连 , 而另一侧则和已有交流电网衔接 由于热 、 电参数特性固有的差异 , 使得 的逆变系统不能象直流输电中的逆变系统那样通过源 侧整流侧协调地进行闭环控制 , 而只能被动地适应源侧参数变化来获得系统的稳定运行 从这个意义上讲 , 电厂中逆变系统的可控性是比较差的 逆变系统结构的复杂性 与直流输电的单输人 、 单输出不同 , 磁流体发电机为了提高其热电转换效率 , 以及由于 高温绝缘材料 、 电极材料等因素的限制 , 发电机在结构上是分段的 , 因此其功率引出端是多 重的 按目前绝缘及电极材料的水平 , 一个万千瓦级发电机的功率引出端 , 可以有成千对 更严重的是这众多的功率引出端之间由流过发 电机的等离子体相互藕合 , 相互影响 因 此 , 实用的 逆变系统必须设法减少由于众多的功率引出端而带来的众多逆变器结构 斜连接分段结合合并电路的结构可以实际上减少发电机功率引 出端的数量并进而减少逆变器 的数量 因此 , 电厂的逆变系统除了因增添合并电路使结构复杂化之外 , 多输人多 输出的总体结构并末改变 这就使全系统的控制结构变得十分复杂 逆变系统输出的电流谐波 电厂的逆变系统在把直流电能转换为交流电能的过程中 , 除向电网输出基波电流 外 , 还伴随着各次特征和非特征谐波电流 , 由于逆变系统是作为 ‘ 供电源 在电网中出现 , 因此其危害远大于电网负载产生的谐波所造成的影响 由于常规的 滤波器仅能在特定的 条件下抑制某些谐波 , 因此必须研究可应用于 电厂逆变系统中的新型谐波滤波器例 如谐波有源滤波器以减少谐波电流对已有电网的污染 本文于吕年月收到 别公叮厄唇巨 引日已日日叭 ‘ 胜 卜 ‘ 七 ‘十, 第期 赵以枉等然煤磁流体发电的逆变系统 二 煤波的影晌 在燃煤磁流体发电机中 , 发电机内壁导电涟层的存在不但导致电极材料的损坏 , 而且由 于导电渣层破坏了发电机的分段结构 , 使发电机的有效输出下降 从逆变器的角度看 , 在 霍尔电场的作用下 , 在覆盖于阴极的导 电渣层 中 , 流有轴向电流 , 此电流在渣层中产生的焦 耳热有可能清除相邻电极间堆积的涟层 , 从而使相邻电极的绝缘分段性能得以恢复 , 并可 能继而又重新堆积 发电机绝缘水平的这种变化将直接反映在电极的电参数电压和 电 流上 , 这就给与发电机连接的合并电路的工作带来困难 因此 , 研究发电机合理的负载 电路结构和参数 , 是逆变系统可靠运行的重要保证 逆变系统的结构 逆变系统结构的复杂程度取决于磁流体发电机负载线路 的形式 但就其主要部件而 言 , 电厂的逆变系统由以下几部份组成 合并电路 这是逆变器和发电机的接口 逆变系统的主电路 这是把直流电能转换为交流电能的主要功率部件 , 是逆变系统 和交流电网的接口 为提高逆变系统运行指标和可靠性的各种控制系统和辅助设施 , 包括谐波滤波器 , 功率因素补偿器 , 各种计算机 , 开关及保护用部件 图 是拟和斜连接分段发电 机联机的逆变系统原理图 图中的发电机分段仅画出了 两段 与发电机接 口的合并电 路的主要作用是在轴向霍尔电势 不短路的前提下 , 把输出电流由 各电极输出端叠加求和 , 然后再 与逆变器接口 , 以减少逆变器数 量 在合并电路输出与逆变器的 连接中 , 加了 交 流滤波器 , 以消除合并电路输出 的谐波干 扰 , 保证逆变器有较好的运行环 境 图中的直流开关用于系统的 起 、 停及故障解列 , , 图 料联接 发电机逆变系统原理图 合并电路 文流涟波器 了 直流开关 逆变桥 万 逆变变压器 ‘ 无功补褚 、 谙波洛波器 承统变压器 交流断路器 逆变器的主桥是主要的功率转换部件 可以采用 ’ ’ 天 或 哪 , 使用 已有较成熟的经验 , 但系统必须增添容量较大的无功 功率补偿设备 使用 , 若控制得好 , 系统无须增添大容量的无功功率补偿设备 , 但是 它对输人电压变化的适应性差 , 且其造价随直流电压上升以平方关系增加 , 图中的无功功率补偿器 、 谐波电流滤波器及采用 和 △接法的逆变变压器则是 为了补偿无功和消除逆变器交流侧输出电流中的谐波和减少对电网污染而设置的 要弧调 的是通常的谐波滤波器很难适应 电厂的要求 本系统采用新型的谐波有源滤波 东南 大 学学报第 卷 器 针对本系统各接口点的理论分析波形亦示于图 从波形可知 , 电厂逆变系统的 运行环境远比一般逆变系统恶劣 所以 , 逆变系统的控制必须具有较强的功能 电厂逆变系统的控制 由图 的逆变系统结构可见 , 系统各接口点参数仅在规定范围内变化是保证有源逆变系 统安全工作的重要条件 基于前述 逆变系统的基本特点 , 显然 , 和发电机直接藕合 的合并电路的可靠工作将是全系统安全运行的关键 而等离子体使多逆变器系统相互藕合 的特点又要求控制系统具有在某个或几个逆变器解列的情况下 , 保持其它逆变器继续运行的 能力 图 描述了考虑到影响逆变系统安全运行各种因素的多级控制系统 该控制系统分为 级 第 级是和发电机直接藕合的合并电路控制子系统 第级是逆 变器控制子系统第 级最高级是实现全系统协调控制及紧急情况处理的主要子系统 在正常情况下 , 第级的主要作用是在轴向霍尔电势不短路的前提下 , 使合并组 内的电 极以相等的电流通过合并电路求和 , 以恒流的形式向逆变器提供直流功率 , 同时又具有和第 、 第 级通讯 、 传翰各种参数和故 障信息的能力 影响该级可靠工作的因素有来 自发电机 的参数变化 , 例如电导率 、 磁场及燃烧不稳定等 , 也可以是导电渣层所引起的绝缘状态变化 及随之而来的电参数变化 为此 , 该子系统要有快速处理的能力 第 级主要用于控制逆变器主桥 它 飞 一 变换 系统 扮制 级 习 几 月 一 一 。 路控制介并 电 受到合并电路输出和交流电网参数的影响 , 因此 , 该级除具有 犷 和占 等控制方式外 , 还具有一次换相失败及故障 发展控制等功能 第 级也是最高级控制 , 在正常情况下 它更多地体现为一个管理机 , 也是主要的人 机对话接口 它可 以接受来自 电厂 总调的各种指令 , 使逆变系统按要求运行 , 同时也负责监测和协调各级 子系统的工作 在故障情况下 , 特别是在某合并电路 由于某 种原因解列致使某逆变器退出运行时 , 负有 使其它逆变器继续工作的能力 图 中对 种子输人控 就是针对这种情况实行控制的 一种方法 结束语 电厂逆变系统的安全运行关 键在于合并电路对扰动的适应性和可控性 合并电路输出纹波的大小取决于合并电路 器件的切换频率将直接影响逆变系统的投 资 , , ’’ 二二丁几丁几丁几 二 一 一一 图逆变系统控制原理图 全厂控创站 逆变站拉创级 故峥撞例 变换吕故阵信号 变压吕分接头撞例系统 ‘ 正常运 行状态撞创 交流侧保护承统 种于怡迸撞侧 , , 七 , 信号 退史变压器 合并电路 发电机电极 第期 赵以枉等堪煤滋流体发电的逆变系统 合并电路间由等离子休相互祸合 , 在故障状态下 , 某合并电路或逆变器的解列 , 将 使相邻合并电路的工作条件发生变化 通过对种子输人量的控制可以确保其它逆变器的安 全运行 但这仅是一个设想 , 有待继续深化 导电渣层对逆变系统的影响是一个十分重要 的间题 在斜联接发电机中 , 必须靠电 流调节器来抑制渣层影响 , 但增加了投资和系统的复杂性 卜价 月 如 稀 ∀ ∃ ∋ 昭onalMH D 罗nerator.A nd t h e eharaeteristiesandeomPosit ion orthe MH D inv c r t c r15 analy劝d.Itseon- t rolstruetur cand f u netio n are also P r e s c nted . K ey word s m agnetohydrodynam ie , g ener a t i o n /i n v e r t e r s y ste m , eo n so l i d a t i one i r eu i t