专利名称：发电机设备以及操作发电机设备的方法
技术领域：
本发明涉及一个发电机设备，其为产生电流而由涡轮机设备的涡轮机特别是CAES设备的涡轮机驱动。另外，本发明涉及一种用于操作一种这样的发电机设备的方法，特别是在涡轮机的非同步操作期间。
背景技术：
现代的、在联合电站中用于产生电流的涡轮机设备应该在尽可能短的时间内从静止起动到额定转速，以便保证该设备的高运行准备。特别是用于满足峰值负载的涡轮机设备特别有这样的需求。为满足这样的峰值在早期提供压缩空气储能设备(“Compressed-Air-Energy-Storage”-System或者简称CAES系统)，根据它的概念它对起动过程再次提出特殊的要求。
这种CAES系统的基本思想在于，存储由以常规方式满足基本负载运行的电站在轻负载时间以低电流价格产生的过剩的能量。这点由下述实现，即把空气或者其他气体借助过剩的能量在较高的压力下泵入贮气器。然后可以从这一贮气器把空气或者气体例如为满足峰值负载需求取出。
一个这样的CAES系统的原理结构在图1b中表示，它包括一个在其内可在压力下存贮气体的贮气器、一个具有至少一个涡轮机的涡轮机组、一个通过轴与涡轮机驱动连接的发电机、以及连接管线和阻塞元件。作为贮气器例如可以使用退下来的煤矿、石灰石矿或者盐矿工具。
然而与常规涡轮机组相反，CAES系统的涡轮机不与压缩机驱动连接。涡轮机通常仅通过一个轴与发电机连接。在CAES系统起动期间涡轮机转速不与对其供给所产生的电流的电网的电网频率同步。在这种非同步的运行状态下发电机通常与外部电网断开。在发电机和外部网络之间的连接通常仅在涡轮机达到额定转速的高速运行后才实现，此时可以与外部电网同步。
因此在起动过程中作为制动力仅有涡轮机的通风损耗和涡轮机与发电机的轴承摩擦损耗在作用，这两种损耗在现代的设备中多数极小。由此涡轮机已经在很小的气体通过量下加速到高转速，在这种状态下它在后面的涡轮机级中由于尚未达到的高气体通过量产生通风效应。由于小的空气流引起的通风特别导致对涡轮机的叶片异常的机械的和热的负载。如在国际专利申请WO 03 076 780中说明的，小的空气流还可以导致涡轮机的不稳定运行。
但是这种问题也在常规电站设备中在设备与外部电网同步前每次起动设备时出现。
在减速CAES设备或者还有在常规电站设备中的涡轮机或者涡轮机设备时紧接在从外部电网断开后通常也缺少适当的制动力。
在汽轮机中特别在起动过程中必须另外同时考虑来自蒸汽发生器的需求。在空气涡轮机中可以把该涡轮机预先接入一个或者多个换热器或者燃烧室，它们然后在另外的限制条件下投入运行。
为补救这些，传统上例如在蒸汽电站中经常提供一个或者多个旁路，借助该旁路可以把在起动状态中由蒸汽锅炉供给的蒸汽部分或者全部旁路汽轮机的一个高压部分和/或一个中压部分和/或一个低压部分。由此可以把锅炉侧的需求与涡轮机的需求一致起来。从涡轮机方面将减少在高压部分和/或中压部分和/或低压部分的功率产生，并调节到在部分进汽涡轮机中的通风功率、轴承和其他连接的机组消耗的功率，以避免不希望的转速升高。但是由于所需要的管线和配件的尺寸旁路十分昂贵，并且在设备的高速运行的状态下不起任何作用。此外，通过在部分进汽涡轮机中的温度梯度的不同限制延迟了起动过程。于是经常是在一个相当早的时刻已经提供足够的蒸汽数量，但是由于长的起动过程不能在所有环境下使用。
相应地在CAES设备或者其他动力设备高速运行时还经常必须采取特别措施注意，在叶片组通道中安装的或者以叶片组通道为界的组件以受控的和一个一个可调节的方式带到操作温度。这是需要的，以避免由于叶片组通道的绕流作为温度变化结果组件不希望的热膨胀和不允许的热应力。因此应该在同步前就已经把尽可能大数量的蒸汽或者空气通过涡轮机设备的整个叶片组通道引导。
为实现这一点，特别在使用空气涡轮机的电站设备中，由于在系统中缺少额定值制动功率必须提供另外的可接入的制动。在WO 03 076 780中例如说明了使用一个静态变频器(“static frequency converter”＝SFC)，其可以与发电机连接。通过该变频器产生可变的制动转矩，并通过发电机施加到轴上。但是在这样的设备中使用的变频器非常贵并且在设备的高速运行的状态下同样不起任何作用。
发明内容
为补救这些提出了本发明。因此本发明的任务在于，提供一种在开始时提到的种类的设备和方法，借助它们减少或者避免现有技术的缺点。
本发明特别有助于能够在较短的时间内起动或者减速用于产生电流的涡轮机设备特别是CAES设备的涡轮机设备，其中进一步避免构造通风。在另一方面，本发明还适合有助于，能够尽可能全面利用由涡轮机设备产生的电能。按照另一个方面通过本发明获得设计一个涡轮机设备特别是考虑该设备的过渡操作状态如该设备的起动或者减速的自由度。
这些任务根据本发明通过按照权利要求1的发电机设备以及通过按照独立的方法权利要求的方法解决。本发明其他有利的结构在从属权利要求中找到。
本发明提供一个用于涡轮机设备特别是CAES设备的发电机设备。根据本发明的发电机设备包括一个发电机，其为产生电流通过一个轴与一个涡轮机机械连接，和一个变压器，其原边与发电机连接，副边与外部电网连接。此外在发电机和变压器之间另外设置一个用于频率匹配的设备。
现有技术公知的发电机通常在起动和/或减速与该发电机驱动连接的涡轮机的期间从变压器分开。为此通常在发电机和变压器之间的连接线上设置一个隔离开关。该开关也可以在变压器和外部电网之间设置。如上所述，例如在起动和域减速期间迄今需要从变压器断开发电机，因为涡轮机在这一操作状态下未与外部电网同步。如果发电机从变压器断开，那么仅存在一个小的制动转矩，其基本上被回送给轴承摩擦。
如果与此相反，根据本发明在发电机和变压器之间设置一个用于匹配频率的设备，则不需要把发电机在与发电机驱动连接的涡轮机的非同步操作状态期间从变压器分开。虽然这里由发电机产生的交变电流或者多相交变电流的频率也不与所连接的电网的频率一致，然而用于频率匹配的设备使所产生的电流的频率与所连接的电网的频率匹配。因此所产生的电流可以独立于涡轮机设备的运行状态-从而也在涡轮机设备的起动和/或减速期间-供给连接的电网。它表明，比之在从变压器分开发电机的场合，发电机通过向连接的电网供给产生的电流而在涡轮机设备的起动和/或减速期间产生一个显著提高的制动转矩。一个较高的制动转矩将使得能够在起动期间均匀实现涡轮机设备的负载升高。在另一方面，可以在起动涡轮机设备时在较早时刻就已经把较大流量的通过流体引导通过涡轮机，这将再次缩短起动持续时间。一个放大的流量的通过流体同时减少向后面的涡轮机级或者后接的涡轮机的通风的构造。由于均匀的负载升高可以整体上经过一个较短的时间区间使涡轮机设备高速运行。
也可以使涡轮机设备较快减速。其中例如由于起动过程和减速过程的缩短以及由于该过程的良好的可控性与现在相比可以较快地跨越发生组件固有振荡的关键转速区域。
此外，通过本发明的发电机设备的实施例可以把由发电机产生的电流在所连接的涡轮机的起动过程期间就已经向外部的或者也可以是内部的电网输出。同样，也可以在减速涡轮机时把也在减速期间产生的电流向外部的或者内部的电网输出。这相对于从现有技术知道的解决方案来说表示出直接的经济上的优点。
作为用于频率匹配的设备，适宜使用变频器特别是静态变频器。
此外在本发明的一个优选的结构中可接入用于频率匹配的设备。该用于频率匹配的设备因此可以根据需要例如由一个控制设备控制接入，和也可以通过上述对涡轮机设备的运行行为的正作用被再次断开。于是通常在涡轮机设备的同步状态下断开用于频率匹配的设备是适宜的。
涡轮机设备可以包括一个或者多个涡轮机，它们通过轴与发电机驱动连接。涡轮机设备的涡轮机每个可以作为汽轮机和/或空气涡轮机、作为它们的组合、或者也可以作为其他的结构构造。发电机以公知方式作为同步发电机构造是适宜的。
根据本发明实施的发电机设备可以与每一种类型的动力机器例如活塞式发动机或者叶轮发动机驱动连接。然而由于操作参数的调节在开始时提到的种类的涡轮机设备上使用发电机布线产生特别的优点。这里通过本发明在设计起动过程和减速涡轮机设备的制动过程时产生另外的自由度。这由于未来日渐重要的另外的对起动过程和/或减速过程有影响的参数例如蒸汽温度、叶片长度、末级的材料等具有很大的使用价值。
在本发明的一个优选的改进方案中通过一个连接线将发电机和变压器彼此连接。此时把用于频率匹配的设备以可以接入该连接线的方式设置是适宜的。与该用于频率匹配的设备现在是否接入无关，在本发明的这一优选的改进方案中由发电机产生的电流将引向变压器和从变压器引向外部电网。
为使用于频率匹配的设备可以接入该连接线，例如在该连接线中设置一个第一分隔元件是适宜的。用于频率匹配的设备于是可以有利地在一个旁路第一分隔元件的旁路线中设置，此时也可以在该旁路线中设置一个第二分隔元件。通过打开在连接线中设置的第一分隔元件和同时接通在旁路线中设置的第二分隔元件，可以使用于频率匹配的设备以简单的方式接入或者通过反转的开关逻辑电路也可以再次断开。
分隔元件作为隔离开关实现是适宜的。在大多数场合该隔离开关通过一个控制单元控制是适宜的。
在另一个可选择的方案或者还在一个补充的改进方案中发电机和变压器同样通过连接线彼此连接。在该连接线中也设置第一分隔元件。但是在此用于频率匹配的设备在一个可接入该连接线的分支线中设置，所述分支线在位于发电机和第一分隔元件之间的一个区域内从连接线或者发电机分支。在该分支线中设置一个另外的第二分隔元件是适宜的，通过该第二分隔元件可以接入分支线。这里两个分隔元件也有利地作为隔离开关实现。
如果用于频率匹配的设备未接入，则由发电机产生的电流通过连接线向变压器和从这里向外部电网输出。在此在连接线中设置的第一分隔元件被关闭，而在分支线中设置的第二分隔元件被打开。如果与此相反，用于频率匹配的设备被接入，则产生的电流被引入分支线。在此分隔元件的开关位置反转到先前说明的开关位置，亦即第一分隔元件被打开，而第二分隔元件被关闭。
分支线与一个用于满足发电机设备和/或涡轮机设备的自用电量的内部电网连接是适宜的。这样可以在起动和/或减速涡轮机设备期间部分或者甚至完全在内部准备发电机和/或涡轮机设备的电流需求。
为实现内部电力供给，在用于频率匹配的设备和在内部电网之间设置一个另外的变压器是适宜的。
在大多数当今安装的涡轮机设备中，可以以简单的方式后装备根据本发明的发电机设备。为此经常仅需以适宜的方式补充业已存在的涡轮机设备的发电机设备。
在许多应用场合，除根据本发明实施的发电机设备外用一个可调节的旁路装配涡轮机设备以便使一部分贯通流体旁路涡轮机设备的至少一个涡轮机或者部分进汽涡轮机是适宜的。通过根据本发明的发电机设备以及可调节的旁路的组合结构为调节涡轮机设备的起动过程作为该调节的自由度提供两个调节变量。该旁路在根据本发明实施的发电机设备和在尺寸上小的另外的旁路的组合结构中并因此在投资方面可以成本适宜的实施，当在没有根据本发明实施的发电机设备的场合时。
在另一个方面本发明提供一种用于驱动发电机设备特别是上面说明的根据本发明的发电机设备的方法。为此发电机设备包括，如上所述，一个发电机，它为产生电流由一个涡轮机设备的涡轮机特别是一个CAES设备的一个涡轮机驱动。根据本发明的方法，由发电机在该发电机的未同步的运行期间产生的电力在该产生的电力被输出到电网之前首先进行频率匹配。
对之输出电力的电网在此可以适宜的是一个外部电网。
但是对之输出电力的电网在此也可以是一个用于对发电机设备和/或涡轮机设备自供电的内部电网。
根据本发明的方法特别在涡轮机的起动和/或减速期间使用。
在执行涡轮机与外部电网同步后结束起动涡轮机时的频率匹配是适宜的。由此在设备的同步后的操作中不出现任何由频率匹配决定的电气损耗。
在减速涡轮机时频率匹配适宜地在低于涡轮机的一个边界转速时结束并且发电机从变压器分开。
下面根据两个实施例详细说明本发明，所述实施例在附图中图示。
图1a表示一个从现有技术公知的带发电机的涡轮机设备；图1b表示一个从现有技术公知的CAES设备；图1c表示一个从现有技术公知的汽轮机设备；图2表示第一个根据本发明实施的发电机设备；图3表示另一个根据本发明实施的发电机设备；图4表示另一个根据本发明实施的发电机设备；附图中仅表示出为理解本发明基本的元件和组件。所示实施例纯为理解本发明的启示和应该用于更好地理解，而不理解为对本发明主题的限制。
具体实施例方式
图1a原理表示一个从现有技术公知的涡轮机设备1a的结构。涡轮机设备1a例如可以是一个汽轮机设备或者CAES设备。
涡轮机设备1a包括一个涡轮机10a，它通过一个输入管线13引入贯通流体。在流过涡轮机10a后贯通流体在出口从涡轮机10a通过输出管线15导出。在这里表示的涡轮机10a可以作为空气涡轮机、燃气涡轮机、汽轮机或者也作为其他类型实施的涡轮机构造。根据涡轮机的类型贯通流体要么是空气，烟气空气混合、蒸汽或者一种另外的流体。
在流过涡轮机10a时贯通流体膨胀输出工程功，通过该工程功使涡轮机10a的转子和与该转子连接的轴11转动。这一转动通过轴11转变为发电机30的运行。通过该运行的转动发电机以公知方式产生电流。
发电机通过连接线34a和34b、断路开关33和变压器32与外部电网35连接。在接通断路开关33时由发电机产生的电流通过连接线34a和34b和变压器32向外部电网35引出。
为关闭断路开关33，通常需要涡轮机10a高速运行和在对该外部电网35同步的运行状态下操作。在起动涡轮机10a期间以及相反同样也在减速涡轮机10a期间涡轮机10a的运行对外部电网35不同步。在该运行状态下由发电机产生的电流的频率因此也不与外部电网的频率同步。因此在这一运行状态期间产生的电流不能引向外部电网。为起动涡轮机10a还有为减速涡轮机10a因此通常打开断路开关33。
如果断路开关33被打开，则发电机30几乎不产生任何或者仅很小的制动转矩。相应地在涡轮机10a的起动期间以及也在减速期间在打开断路开关33时基本上仅轴承的相对小的摩擦损耗作为制动转矩作用于涡轮机10a上。
在许多场合这将导致，流过涡轮机10a的贯通流体的一个小的物料流量已经足以把涡轮机10a的转子连同轴11加速到高转速。由于高转速且同时很小的贯通流体的物料通过量经常在涡轮机10a的后级产生流动的通风。流动的通风又导致涡轮机10a的叶片的一个高的、但是至少是非典型的机械负载。
还有为获得快速的温度平衡，允许在提前起动状态下尽可能高的空气通过量流过涡轮机10a是值得的。
在起动和减速在图1b和1c中表示的涡轮机设备时会产生同样的问题。
图1b原理表示一个从现有技术公知的CAES设备1b(CAES＝Compressed-Air-Energe-Storage/压力空气储能器设备)。这种类型的CAES设备例如从由J.Daly、R.M.Loughlin von Dresser-Rand、M.DeCorse、D.Moen、L.Davis等人的报告“CAES-Reduced to Practice”中公开，该报告在ASME涡轮机2001展览会上提出。
在图1b中表示的CAES设备1b包括一个贮气器12，其内可在压力下存贮气体例如空气。作为贮气器可以使用退下来的煤矿、石灰石矿或者盐矿工具。此外CAES设备1b在这里包括一个空气涡轮机10b。但是这里也可以串联接入多个涡轮机。
贮气器12和空气涡轮机10b通过一个在这里分成三个单一管线13a、13b和13c的连接管线直接连接。此外在单一管线13b和13c之间设置一个用于节流和阻断从贮气器12的流通的阻断阀14。在空气涡轮机10b上另外连接一个管线15，它例如引向另一个涡轮机或者一个另外的负载或者还作为导出管线与周围环境连接。
如图1b所示，逆着空气涡轮机10b另外在连接管线中间接入一个热交换器或者热回收器16，如果需要升高存储的气体的温度的话。在热交换器或者热回收器16中来自贮气器12的空气被预热。为此热交换器或者热回收器16通过一个引导管线17引入加热的流体例如空气，在流过热交换器或者热回收器16后再次通过导出管线18导出。存储的气体的加热同样可以通过在一个在连接管线中间接入的燃烧室燃烧可燃材料实现。另一方案是，引导气体通过一个再生式贮气器，它事先加热到工作温度。加热还可以以这些部件的组合实现。在图1b中所示的热回收器代表一个部件或者这些元件的组合。
在图1b中未示出的是一个与涡轮机10b连接的发电机。发电机的设置以及发电机与外部电网的连接相应于图1a的实施例，因此在这里不再详细说明。
相应于图1a的实施例，CAES设备10b在设备1b的起动期间以及减速期间在与外部电网35不同步的状态下运行。因此在这里也打开在对外部电网的连接线中设置的断路开关。如上面已经说明的，因此在起动和减速时仅有较小的制动转矩作用在涡轮机10b上，带有由此产生的上面说明的效果。
图1c表示从现有技术公知的汽轮机设备1c。在蒸汽发生器20中发生的蒸汽通过引导管线23引向汽轮机10c，其内蒸汽在输出工程功后膨胀。从汽轮机10c排出的蒸汽最后到达冷凝器24，其内蒸汽通过热交换借助通过热交换管线25引入的冷却流体冷凝。冷凝水最后到达冷凝水泵26。冷凝水泵26把冷凝水输送到管线27，通过该管线再次把冷凝水引向蒸汽发生器20。为使冷凝水汽化，通过管线21给蒸汽发生器20引入热流体，该热流体通过在蒸汽发生器20中的热交换使冷凝水汽化。作为热流体例如可以使用一个并行运行的燃气涡轮机过程的废气。在热交换后引向热交换器的热流体通过排出管线22从热交换器20排出。
在图1c中未示出的是设置一个与涡轮机10b连接的发电机。发电机的设置以及发电机与外部电网的连接相应于图1a的实施例，因此在这里不再详细说明。
同样关联在图1c中表示的汽轮机设备1c在起动和减速涡轮机10c时会出现上述问题。
为解决在起动和减速涡轮机时上述的问题，例如在WO 03 076 780中建议，把另外的一个静态变频器与发电机连接。按照WO 03 076 780该静态变频器通过一个轴与发电机连接。于是该静态变频器可以根据需要被如此控制，使产生一个制动转矩，其通过轴向连接的涡轮机传送。于是也在涡轮机或者涡轮机设备的多个涡轮机的起动过程以及减速过程期间控制轴转速，使制动转矩被控制在操作状态最优的转速。
另外可选或者补充，这里也公知提供一个旁路，使贯通流体部分或者完全旁路涡轮机。
然而从现有技术公知的两种解决方案费用都较高，而且在设备的高速运行状态下不起任何作用。还有在设备的起动和/减速期间产生的电流未被使用。相反为操作静态变频器必须耗费一个另外的、外部准备的电流。
图2表示根据本发明的发电机设备的第一实施例。在这里表示的发电机设备例如可以作为在图1a到1c中表示的涡轮机设备一部分构造。
图2中表示的发电机设备G包括一个发电机30，这里是一个同步发电机，其为产生电流而与涡轮机驱动连接。发电机与涡轮机通过轴固定转动连接是适宜的。此外发电机设备包括一个变压器32，其原边通过连接线34与发电机30连接，副边与外部电网35连接。(图2中用35表示的线严格说只表示向外部电网的一条引线。但是为简化说明引线35在下面多意味着带外部电网。)在涡轮机设备高速运行的状态下，由发电机30产生的电流通过连接线34引向变压器32，并在把该电流向外部电网35输出之前在这里变换为与外部电网匹配的电压。在多相发电机中每一相相应与为电网每一相的线连接。
这一说明对于所有其他的实施例同样有效。
涡轮机在设备的高速运行状态下与外部电网35同步运行。与此相反，在起动以及在减速涡轮机期间涡轮机在不与外部电网同步的状态下运行。如结合图1a到1c已经说明的，因此传统上在起动以及在减速涡轮机时要打开在连接线34中设置的隔离开关33。这样传统上在起动和在减速涡轮机设备的涡轮机时要把发电机30从外部电网35断开，具有由此产生的上述的缺点。
为在起动涡轮机设备的涡轮机期间得到均匀的负载提升和在减速期间得到均匀的负载减少，需要给涡轮机接入一个提高的制动转矩，其中该提高取决于涡轮机的转速是适宜的。为此在图2中表示出的、根据本发明实施的发电机设备中在发电机30和变压器32之间设置一个用于频率匹配的设备。该用于频率匹配的设备在这里是一个静态变频器40，它在一个旁路线41中被中间接入。旁路线41在第一隔离开关33之前从连接线34分支，而在第一隔离开关33之后重新与连接线34汇合。为能够根据需要接通通过连接线34的电流流动以及再次切断，在连接线41上设置一个第二隔离开关42。
在起动和/或减速涡轮机设备期间以及也许还在一个涡轮机或者涡轮机设备的多个涡轮机的另外的过渡的、非同步的运行状态下，必须打开在连接线中设置的隔离开关33。这样就断开了在发电机30和变压器32之间通过连接线34的直接连接。然而必须关闭在旁路线41中设置的第二隔离开关42，由此接通从发电机30向变压器32通过旁路线41以及静态变频器40的连接。在被接通的状态下静态变频器40这样运行，即由发电机30产生的电流与外部电网35频率匹配。这样通过接通静态变频器40使得能够把在起动和/或减速涡轮机设备期间由发电机30产生的电流向外部电网输出。如果涡轮机设备在为同步足够的转速下高速运行，则静态变频器40再次切断。为此要把第二隔离开关42打开。同时把第一隔离开关33关闭，使建立在发电机30和变压器32之间通过连接线34的连接。在减速涡轮机设备时静态变频器40在低于一个边界转速时被切断，在低于所述边界转速时所产生的电流向外部电网的输出从调节技术和/或经济的理由没有意义。
在向外部电网输出在起动和/或减速涡轮机设备期间由发电机30产生的电流时通过轴向涡轮机传输的制动转矩极大提升。在此，制动转矩的提高进一步与向外部电网输出的电流量成比例。该提高的、作用于涡轮机上的制动转矩在起动涡轮机设备时阻止了在后级涡轮机或者在后面接入的、通过一个公共的轴彼此连接的涡轮机中产生对通风有害的节制。涡轮机设备的负载升高均匀进行，并不再像以前那样在起动过程开始时以特别陡的斜面上升。通过在起动期间不用构造通风，涡轮机设备可以总体上在较短的时间内从空转高速运行到额定转速。如果涡轮机设备还至少包括一个汽轮机的话，则通过均匀的和总体上较短的加速还可以比常规起动过程在较早时刻就已经把较高的蒸汽量引入该汽轮机。
另外，通过根据本发明的操作，与常规设备相比发电机设备在涡轮机设备的起动期间在较早时刻就已经把电流向外部电网输出。这样电流可以在较早时刻上市，这带来了运行经济的优点。类似地，这同样对涡轮机设备的减速过程适用。因为如上所述，涡轮机设备在较早时刻进入高速运行状态，因此该设备也可以在较早时刻已经被同步，这样可以相应于它的额定功率以全部规模产生电流驱动。由此总体产生高的可运行状态以及全体设备的更灵活的运行。还可以在起动过程期间根据需要较少关闭调节物料通过量的旁路，甚至可以全然省却。
图3表示另一个根据本发明实施的发电机设备G，它同样可以作为在图1a到1c中表示的涡轮机设备的一部分设置。
在图3中表示的发电机设备G相似于在图2中表示的发电机设备实施。但是在这里作为用于频率匹配的设备(它在这里同样如图2作为静态变频器40实施)未设置在旁路在连接线34中设置的第一隔离开关33的旁路线中，而设置在一个要接入的分支线43中。
为此要接入的分支线43在发电机30和第一隔离开关33之间的区域内从连接线34分支，汇入内部电网36。该内部电网36用于发电机设备G或者还有整个涡轮机设备的功率供给，并且可以以已知方式以起动、减速或者正常运行不同种类与外部电网35、发电机30或者其他电流供给连接。
为能够根据需要接通和再次分开通过在连接线34和内部电网36之间的分支线43的连接，在分支线43中设置一个另外的第二隔离开关42。此外在分支线43中在这里在电流流动方向上在静态变频器40后面设置一个变压器44，它把变频后的电流变换为相应于内部电网36的电压电平。
图3中表示的发电机设备G的操作以及关于它可得到的改善特别是关于涡轮机设备的起动和/或减速过程相应于图2的实施例。除该设备操作的上述改善外，可以把在涡轮机设备的起动和/或减速期间产生的电流在同步涡轮机运行前就存储在内部功率供给中。这导致该设备的改善的整体利润率。
图4表示另一个根据本发明实施的发电机设备G。图4中表示的发电机设备G的结构继续与在图3中表示的发电机设备的结构一致，所以关于它们可以参照对图3的说明。与图3表示的发电机设备的不同点在于，第一隔离开关33在图4中不在位于发电机30和变压器32之间的连接线34中设置，而是在向外部电网的引线35中设置，这样连接在变压器32的副边。引线35在图4中于是分成分引线35a和35b。第一隔离开关33在这里按照高压开关实施。
图4中表示的设备特别适合用于后装备最初未在连接线34中提供第一隔离开关的发电机设备。
关联图2到4说明的发电机设备表示本发明的示范实施例，它可以由专业人员毫不困难地以多种方式彻底进行修改，而并不由此离开本发明的思想。
权利要求
1.在涡轮机设备特别在CAES设备中使用的发电机设备(G)，包括一个发电机(30)，其为产生电流可与一个涡轮机(10a，10b，10c)驱动连接，和一个变压器(32)，它的原边与发电机(30)连接，副边可与一个电网(35，36)连接，其特征在于，在发电机(30)和变压器(32)之间设置一个用于频率匹配的设备。
2.根据权利要求1的发电机设备，其特征在于，用于频率匹配的设备是一个变频器，特别是一个静态变频器(40)。
3.根据前述权利要求之一的发电机设备，其特征在于，用于频率匹配的设备是可接通的。
4.根据前述权利要求之一的发电机设备，其特征在于，发电机(30)和变压器(32)通过一个连接线(34)彼此连接，在连接线(34)内设置一个第一分隔元件(33)，用于频率匹配的设备设置在旁路第一分隔元件(33)的旁路线(41)中，此外在旁路线(41)中设置一个第二分隔元件(42)。
5.根据权利要求4的发电机设备，其特征在于，第一和第二分隔元件是隔离开关(33，42)。
6.根据权利要求1到3中之一的发电机设备，其特征在于，发电机(30)和变压器(32)通过一个连接线(34)彼此连接，和在连接线(34)内设置一个第一分隔元件(33)，其中，用于频率匹配的设备(40)在一个可接通的分支线(43)中设置，该分支线在位于发电机(30)和变压器(32)之间的一个区域从发电机(30)或者连接线(34)分支。
7.根据权利要求1到3中之一的发电机设备，其特征在于，发电机(30)和变压器(32)通过一个连接线(34)彼此连接，和在对电网的一个引线(35)内设置一个第一分隔元件(33)，其中，用于频率匹配的设备(40)在一个可接通的分支线(43)中设置，该分支线在位于发电机(30)和第一分隔元件(33)之间的一个区域从发电机(30)或者连接线(34)或者引线(35a，35b)分支。
8.根据权利要求6或7之一的发电机设备，其特征在于，为接通分支线(43)在该分支线中设置一个第二分隔元件(42)。
9.根据权利要求6到8之一的发电机设备，其特征在于，分支线(43)与一个用于给发电机设备和/或涡轮机设备供给功率的内部电网(36)连接。
10.根据权利要求9的发电机设备，其特征在于，在用于频率匹配的设备(40)和内部电网(36)之间设置一个变压器(44)。
11.根据前述权利要求之一的发电机设备，其特征在于，发电机是同步发电机(30)。
12.具有至少一个涡轮机(30a，30b，30c)的涡轮机设备，特别是一个汽轮机和/或一个空气涡轮机，它与一个发电机(30)驱动连接，其中发电机作为按照前述权利要求之一的发电机设备(G)的一部分实施。
13.根据权利要求12的涡轮机设备，其中，涡轮机设备是CAES设备(1)。
14.用于操作具有一个发电机的发电机设备的方法，所述发电机为产生电流由一个涡轮机设备的至少一个涡轮机特别是一个CAES设备的一个涡轮机驱动，其中，由发电机产生的电力在该产生的电力向一个电网输出前在至少一个涡轮机的一个非同步运行期间进行频率匹配。
15.根据权利要求14的方法，其中，对之输出电力的电网是外部电网。
16.根据权利要求14的方法，其中，对之输出电力的电网是用于给发电机设备和/或涡轮机设备自供电的内部电网。
17.根据权利要求14到16之一的方法，其中，至少一个涡轮机的非同步运行是该涡轮机的起动和/或该涡轮机的减速。
18.根据权利要求14到17之一的方法，其中，在起动涡轮机时的频率匹配在执行涡轮机与外部电网同步后结束。
19.根据权利要求14到18之一的方法，其中，在减速涡轮机时的频率匹配在低于涡轮机的一个边界转速时结束。
全文摘要
本发明涉及一个用于产生提高的制动功率特别在起动和/或减速一个与一个发电机(30)驱动连接的涡轮机设备特别是一个CAES设备的一个涡轮机期间的发电机设备(G)。该发电机设备包括发电机(30)，其为产生电流与所述涡轮机驱动连接，以及一个变压器(32)，它的原边与发电机(30)连接，副边与一个外部电网(35)连接，此外，在发电机(30)和变压器(32)之间设置一个用于频率匹配的设备(40)，其以可适宜地接通方式实施。通过在起动和/或减速涡轮机设备期间接通用于频率匹配的设备(40)，该涡轮机由较高制动功率作用。于是可以进一步避免在涡轮机中形成通风。
文档编号H02P11/00GK1681186SQ200510067719
公开日2005年10月12日 申请日期2005年3月31日 优先权日2004年3月31日
发明者M·赫尔措格, M·希格曼 申请人:阿尔斯托姆科技有限公司