CN101958558A - 用于使电机与电网同步的方法以及电机和电网的布置结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于使电机与电网同步的方法以及电机和电网的布置结构，具体公开了一种使电机(1)与电网(2)同步的方法，包括如下步骤：使发电机(1)的频率与电网(2)的频率同步并且调节发电机(1)的电压朝着电网(2)的电压，因此当发电机(1)的电压达到低于电网电压(Vg)的第一值(V1)时将发电机(1)连接到电网(2)。本发明还涉及发电机(1)和电网(2)的布置结构。

Description

用于使电机与电网同步的方法以及电机和电网的布置结构
技术领域
本发明涉及一种使电机与电网同步的方法以及一种电机和电网的布置结构。下文将参考发电机展开，但清楚的是，本发明的方法和布置结构也可用于不同的电机，特别是例如电动机。
背景技术
参考图1，为了将同步电机例如发电机1正确地连接到电网2，提供了同步器3，同步器3测量(通过测量变压器4、5)发电机1和电网2的电压、频率和相位并且仅当上述这些参数尽可能彼此接近时致使断路器6将发电机1和电网2彼此连接起来。
换言之，如图4所示，其示出了相对于时间t的发电机(实线10)和电网(虚线11)的电压V，当曲线10和11彼此重叠时断路器闭合。
然而，在系统架设或维护期间，存在连接发电机1和断路器6的电导线7或者测量变压器4、5的导线互相易位的风险。
当发电机1和电网2彼此连接时，如果这种情况发生，则即使同步器3测量到发电机1和电网2之间的相同电压、相同频率和相同相位，但实际上相位并不相同，最坏情况时相位改变120°(三相电压)。
换言之，如图3所示，其示出了下述情况时相对于时间的发电机1(实线10)和电网2(虚线11)的电压：电导线7或者测量变压器4、5的导线互相易位，当断路器6闭合时电压和频率相同，但是相位改变了120°(“误同步(faultysynchronising)”)。
当断路器6闭合时，这种相位差导致发电机1的轴承受巨大的转矩冲击，该转矩倾向于使发电机轴与电网同相位。
因此，同步电机诸如发电机的轴被设计成能承受这样的巨大转矩冲击。
发明内容
因此，本发明的技术目标是提供一种方法和布置结构，通过该方法和布置结构使现有技术中的上述问题明显减少。
在该技术目标的范围内，本发明的一个目的是提供一种方法和布置结构，当误同步时，使得同步电机(诸如发电机)的轴上的转矩冲击小，尤其比使用常规同步方法的冲击更小。
本发明的进一步目的是提供一种方法和布置结构，使得同步电机的轴更小，并且总体上设计成比根据现有技术的轴承受更小的转矩。
根据本发明，通过提供根据所附权利要求的方法，实现了该技术目标以及这些目的和进一步的目的。
附图说明
从根据本发明的方法的优选但非排他的实施例的描述看，本发明的进一步特点和优势将变得更加明显，该优选但非排他的实施例作为附图中的非限制性示例来说明，附图中：
图1为发电机和电网连接在一起的示意图。
图2为曲线图，示出了互连之前和之后发电机和电网的电压的进程。
图3和图4为曲线图，分别示出了在误同步和同步的情况下，互连之前的发电机和电网的电压、频率和相位相对于时间的进程。
附图标记
1发电机
2电网
3同步器
4、5测量变压器
6断路器
7导线
10发电机电压
11电网电压
13用于频率的控制线
14用于电压的控制线(AVR)
17控制单元
18存储器
20AVR(自动电压调节器)
V1第一电压
Vg电网电压
Δv电压差
具体实施方式
发电机1由发动机(例如但不限于燃气或蒸汽轮机)驱动旋转，不过发电机1没有连接到电网2；即断路器6(例如具有三极)打开。
发电机1的电压不同于电网的电压，并且它的频率和相位也不同于电网2的频率和相位。
在断路器6闭合并且发电机1连接到电网2之前，发电机1必须与电网2同步。
使发电机1与电网2同步的方法包括使发电机1的频率与电网2的频率同步的步骤。
在这个方面，同步器3通过测量变压器4、5测量发电机1和电网2的频率，并且驱动发电机1(通过控制线13)以使它的频率等于电网2的频率。
在附图中所示的变压器4、5只连接到一根导线7或电网2的单相，但非常清楚的是这是示意性草图，并且在不同的实施例中，根据需要上述连接可应用到一个或更多导线或相位。
在此步骤期间或之前或之后，发电机2的电压朝电网2的电压增加。
在这个方面，同步器3(通过测量变压器4、5)也测量发电机1和电网2的电压，并且通过控制线14驱动AVR 20(自动电压调节器)以增加发电机1的电压。
正如图2所示，发电机1的电压增加到低于电网2的电压Vg的第一值V1，以使在此步骤末尾时，发电机1的电压和电网2的电压之间存在电压差Δv。
当发电机1的电压达到第一值V1并且发电机相位和电网相位相同时(由同步器通过变压器4、5测量)，断路器6闭合并且使发电机1连接到电网2。
在导线7或者测量变压器4、5的导线已彼此互相易位的情况下，当断路器6闭合时，发电机相位和电网相位之间存在差(差为120°)；这导致发电机的轴承受转矩冲击。
然而，出人意料的是，根据本发明的方法，在误同步状况下轴的转矩冲击也比常规方法小很多。
优选地，在发电机1的电压达到第一值V1之后并且在发电机1连接到电网2之前，使发电机1的相位与电网2的相位同步。
在发电机1连接到电网2之后(图2)，发电机1的电压能够上升到电网2的初始电压。
第一电压值V1比电网电压Vg低5％-20％，优选地，低10％-15％。
仿真表明上述范围使得在误同步(具有120°相位偏移)的情况下轴上的转矩冲击明显降低，同时仍然保证发电机1和电网2的安全运行。
本发明的方法可使用两种不同的测量变压器4、5来实施。
具体地，变压器4、5应当提供相同的次级电压(例如100V)而具有不同的初级电压(例如，如果电网具有15000V，则测量变压器4的初级电压可为14000V而测量变压器5的初级电压可为15000V)。
这样，测量变压器4、5应当具有不同的初级电压而提供相同的次级电压，连接到发电机1的测量变压器4的初级电压比连接到电网2的测量变压器5的初级电压小。
在另一个实施例中，本发明的方法可通过AVR 20(自动电压调节器)实施，该AVR 20设置有或者连接到存储器，电压V1存储在该存储器中。
在这种情况下，AVR20不是驱动发电机使发电机的输出电压尽可能接近电网电压Vg，而是驱动发电机使得发电机的电压尽可能接近电压V1。
在另一个实施例中，本发明的方法可通过同步器3实施，该同步器3包括控制单元17和存储器18(连接或嵌入在控制单元17内)，第一电压值V1存储在存储器18中。
因此，同步器3能够比较发电机电压(通过测量变压器4测量得到)和电网电压(通过测量变压器5测量得到)，并且驱动发电机1以使发电机1的频率与电网2的频率同步，并且调整发电机1的电压朝电网2的电压增加。
而且，当发电机1的电压达到低于电网2的电压的第一值V1时，同步器(通过控制单元17)致使断路器6将发电机1连接到电网2。
按这种方式设想的方法以及同步器允许多种修改和变型，所有修改和变型均落入本创造性概念的范围内；而且更多细节可通过技术上的等同元件来代替。
在实际中，所使用的材料和尺寸可根据需要和技术状况随意选取。

Claims (10)

1.一种使电机(1)与电网(2)同步的方法，包括使所述发电机(1)的频率与所述电网(2)的频率同步并且调节所述发电机(1)的电压朝着所述电网(2)的电压，其特征在于，当所述发电机(1)的电压达到低于所述电网电压(Vg)的第一值(V1)时，将所述发电机(1)连接到所述电网(2)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述发电机(1)的相位与所述电网(2)的相位同步。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述发电机的电压达到所述第一电压值(V1)之后并且在所述发电机(1)连接到所述电网(2)之前，使所述发电机(1)的相位与电网(2)的相位同步。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述发电机(1)已经连接到所述电网(2)之后，增加所述发电机(1)的电压达到所述电网(2)的电压。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一电压值(V1)比所述电网电压(Vg)低5％-20％，优选地，低10％-15％。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电机(1)是发电机。
7.一种电机(1)和电网(2)的布置结构，断路器(6)位于所述电机(1)和所述电网(2)之间，同步器(3)通过测量变压器(4、5)在所述断路器(6)的上游连接到所述发电机(1)并且在所述断路器(6)的下游连接到所述电网(2)，并进一步连接到所述发电机(1)以驱动它，其特征在于，所述测量变压器(4、5)是两个不同的测量变压器(4、5)。
8.如权利要求7所述的布置结构，其特征在于，所述测量变压器(4、5)具有不同的初级电压并且提供相同的次级电压，连接到所述发电机(1)的测量变压器(4)的初级电压小于连接到所述电网(2)的测量变压器(5)的初级电压。
9.一种电机(1)和电网(2)的布置结构，断路器(6)位于所述电机(1)和所述电网(2)之间，同步器(3)通过测量变压器(4、5)在所述断路器(6)的上游连接到所述发电机(1)并且在所述断路器(6)的下游连接到所述电网(2)，并进一步连接到所述发电机(1)以驱动它，其特征在于，AVR(20)设置有或连接到存储器，电压(V1)存储在所述存储器中，使得所述AVR(20)驱动所述发电机(1)以使所述发电机(1)的电压尽可能接近所述电压(V1)。
10.一种电机(1)和电网(2)的布置结构，断路器(6)位于所述电机(1)和所述电网(2)之间，同步器(3)通过测量变压器(4、5)在所述断路器(6)的上游连接到所述发电机(1)并且在所述断路器(6)的下游连接到所述电网(2)，并进一步连接到所述发电机(1)以驱动它，其特征在于，所述同步器(3)包括控制单元(17)和连接或嵌入在所述控制单元(17)内的存储器(18)，第一电压值(V1)存储在所述存储器(18)中，使得当所述发电机(1)的电压达到低于所述电网(2)电压的所述第一值(V1)时，所述同步器通过所述控制单元(17)致使断路器(6)将所述发电机(1)连接到所述电网(2)。
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