CN102668295A - 用于改进热电厂的辅助功率系统的操作的方法和装置 - Google Patents

用于改进热电厂的辅助功率系统的操作的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102668295A
CN102668295A CN2010800547920A CN201080054792A CN102668295A CN 102668295 A CN102668295 A CN 102668295A CN 2010800547920 A CN2010800547920 A CN 2010800547920A CN 201080054792 A CN201080054792 A CN 201080054792A CN 102668295 A CN102668295 A CN 102668295A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bus bar
auxiliary bus
power
voltage
reactive power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010800547920A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102668295B (zh
Inventor
潘久平
陈瑶
王振远
L·格特玛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Research Ltd Switzerland filed Critical ABB Research Ltd Switzerland
Publication of CN102668295A publication Critical patent/CN102668295A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102668295B publication Critical patent/CN102668295B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J11/00—Circuit arrangements for providing service supply to auxiliaries of stations in which electric power is generated, distributed or converted
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

一种用于在热电厂的辅助功率系统中控制功率的装置和方法，热电厂具有发电机和一个或者多个辅助母线。该装置包括用于连接到一个或者多个辅助母线的可调速驱动和电容源以及用于测量一个或者多个辅助母线上的电压和无功功率的传感器。控制器可操作用于在提供稳态电压调节和动态电压支持之时控制可调速驱动和电容源以控制辅助功率系统的功率因数。

Description

用于改进热电厂的辅助功率系统的操作的方法和装置
技术领域
本发明涉及热电厂并且更具体地涉及用于这样的电厂的辅助功率系统。
背景技术
造成能量在一个方向上的净传送(在完整AC波形周期内)的功率流部分称为实功率(或者有用或者有功功率)。在每个周期内由于在负载中存储的能量返回到源所致的功率流部分称为无功功率。表观功率是实功率与无功功率的矢量和。
AC功率系统的功率因数定义为实功率与表观功率之比并且是在0与1之间的数。当波形是纯粹正弦曲线时，功率因数是在电流与电压正弦波形之间的相角
Figure BPA00001563753400011
的余弦。功率因数在电压和电流同相时等于1而在电流比电压超前或者滞后90度时为零。如果负载为纯电抗，则电压和电流异相90度并且无净能量流。功率因数通常标识为“超前”或者“滞后”以示出相角的符号，其中超前表示负号。
对于传输相同数量的实功率的两个AC功率系统，功率因数更低的系统将由于从负载中的能量存储返回到源的能量而具有更高循环电流。功率系统中的这些更高电流将产生更高损耗并且减少总传输效率。更低功率因数的电路针对相同数量的实功率传送将具有更高表观功率和更高损耗。因此期望在AC功率系统中维持高功率因数。
热电厂具有用于向辅助过程(即电动机驱动的负载、电功率转换和配电装置和仪器以及控制)提供功率的辅助功率系统。热电厂的辅助功率系统的功率因数之所以重要是因为热电厂的辅助过程通常消耗电厂产生的电功率的5～8％。对于具有SO2洗涤器的燃煤电厂，辅助过程的总功率消耗可能高达电厂的总发电容量的10％。辅助过程消耗的功率的大部分(高达80％)供给通常连接到如下中电压开关站的大型电动机，通过一个或者多个辅助变压器向这些开关站供应功率。在全铭牌负载处或者附近运行的电动机具有比无负载或者轻负载运行的电动机大得多的功率因数。出于这一和其它原因，期望在基本负载电厂的额定、连续容量操作该电厂。然而诸多基本负载电厂现在经常由于越来越多地存在可再生能源(例如风电厂)、越来越多的系统操作储备要求和竞争性的能量市场而在它们的额定容量的仅50～70％操作。这样，电动机驱动的泵和风扇通常在多数操作时段期间仅以部分负载运行。即使当电厂在全容量运行时，泵和风扇通常由于所需设计裕度而未在它们的额定容量运行。因此，热电厂的电厂内电功率系统的功率因数通常仅约为0.80～0.85。
本发明涉及一种用于通过提高热电厂的辅助功率系统的功率因数以及其它方式来改进热电厂的总体操作的方法和装置。
发明内容
根据本发明，提供一种计算机可读介质，该介质具有存储于其上的计算机可读指令，这些指令用于由处理器执行以执行在热电厂的辅助功率系统中控制功率的方法，热电厂具有发电机和一个或者多个辅助母线。每个辅助母线具有与之连接的一个或者多个可调速驱动和与之连接的一个或者多个电容源(capacitance sources)。每个可调速驱动具有有源整流器单元。根据该方法，监视每个辅助母线的电压。控制辅助功率系统的功率因数以具有预定功率因数值，功率因数的控制包括控制每个可调速驱动和每个电容源的无功功率。当辅助母线受电压扰动影响使得它的电压在预定范围以外时，停止辅助功率系统的功率因数的控制，并且控制受影响的辅助母线上的电压以将电压移回至预定范围中。电压的控制包括：当受影响的辅助母线的电压在预定范围以下时增加连接到受影响的辅助母线的一个或者多个可调速驱动的无功功率；并且当受影响的辅助母线的电压在预定范围以上时减少连接到受影响的辅助母线的一个或者多个可调速驱动的无功功率。
根据本发明也提供一种用于在热电厂的辅助功率系统中控制功率的装置，热电厂具有发电机和一个或者多个辅助母线。该装置包括用于连接到一个或者多个辅助母线的一个或者多个可调速驱动、用于连接到一个或者多个辅助母线的一个或者多个电容源以及用于测量一个或者多个辅助母线上的电压和无功功率的传感器。每个可调速驱动具有有源整流器单元。该装置也包括可操作用于执行上述控制辅助功率系统中的功率的方法的控制器。
附图说明
本发明的特征、方面和优点参照下文描述、所附权利要求和附图将变得更好理解：
图1是发电厂的示意图，在该发电厂中可以利用本发明的方法和装置；
图2是可以在本发明的方法和装置中使用的可调速驱动的电路示意图；
图3a-图3c是示出了发电厂的辅助母线中的无功功率控制的矢量图；
图4是辅助功率控制程序的示意图，该程序在提供稳态电压调节和动态电压支持之时控制发电厂的辅助功率系统的功率因数；
图5a和图5b示出了辅助功率控制程序的功率因数控制器的流程图；以及
图6示出了辅助功率控制程序的动态电压控制器的流程图。
具体实施方式
应当注意，在下文具体描述中，相同部件无论是否在本发明的不同实施例中示出它们都具有相同参考标号。也应当注意，为了清楚而简明地公开本发明，附图可以未必按比例，并且可以用有些示意的形式示出本发明的某些特征。
现在参照图1，示出了发电厂10的示意图，在该发电厂中可以利用本发明的方法和装置。发电厂10可以是热电厂(比如燃煤电厂、核电厂、太阳能电厂或者地热电厂)。发电厂10包括从一个或者多个蒸汽驱动的涡轮(未示出)供应的机械能生成电力的发电机12。升压主变压器14将来自发电机12的电功率转换成适合于传输的电压(例如大于100kV)。通过传输网络18向一个或者多个变电站16供应来自主变压器14的电功率。主变压器14通过主断路器20连接到传输网络18。每个变电站16将电压降压并且通过配电网络向终端用户消费者提供所生成的功率。
发电厂10具有包括一个或者多个降压辅助变压器24和一个或者多个辅助母线26的辅助功率系统22。每个辅助变压器24连接到发电机12的输出并且将来自发电机12的电功率转换成适合于发电厂10中的辅助负载的电压(比如2,400V、4,160V或者6,900V)。一个或者多个主辅助母线26向辅助负载供应这一电压。在图1中所示实施例中，有主辅助母线26a和主辅助母线26b。主辅助母线26b具有与主辅助母线26a相同的构造和操作容量以及与之连接的相同辅助负载，因此出于简洁考虑将不加以描述。在主辅助母线26a上，辅助负载包括可以具有额定值1-5MW的电动机28a-z、29a-z。电动机28a-z、29a-z驱动电厂10的操作所必需的辅助设备(比如风扇、压缩机和泵)。这些辅助设备执行任务(比如向一个或多个锅炉泵送给水以及向燃烧器提供燃烧空气和燃料)。在主辅助母线26a上的电压可以由更低电压辅助变压器30进一步降压至更低电压(比如480V)。通过低电压母线32向更低电压设备和系统(比如小型电动机和照明系统)供应这一更低电压。
根据本发明，电动机28a-z、29a-z中的至少部分电动机由具有有源整流器单元(ARU)的可调速驱动(ASD)36a-z连接到主辅助母线26a。在图1中所示实施例中，电动机28a-z、29a-z中的一些电动机未通过ASD连接到辅助母线26a并且恒速运行。更具体地，电动机28a-z连接到ASD 36a-z，而电动机29a-z未连接到ASD并且恒速运行。电动机28a-z可以已经用ASD 36a-z来改造、原先已经作为恒速电动机来运行或者已经通过具有固定整流器(即仅利用二极管)的常规可变频驱动来被提供功率。
在图2中示出了可以使用的ASD 36的示例。ASD 36包括由DC链路或者桥接器40连接到逆变器单元(INU)42的ARU 38。ARU 38和INU 40可以具有相同构造(比如图2中所示)。在这一实施例中，ASD 36是具有三级的中性点钳位转换器(NPC)。ARU38和INU 40的每一个包括多个可控开关器件46，这些器件可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)或者集成门极换流晶闸管(IGCT)。DC桥接器40包括串联连接的一对电容器48。应当理解，其它ASD拓扑可以用于ASD 36。例如可以使用具有两级或者四级或者更多级的ASD。
每个ASD 36是能够四象限操作的再生驱动(即ASD 36可以正向或者反向转动它的关联电动机28以及在任一方向上减速)。正向和反向旋转以及正向和反向转矩的四种组合是(1.)正向旋转/正向转矩(电动机驱动)；(2.)正向旋转/反向转矩(再生)；(3.)反向旋转/反向转矩(电动机驱动)；以及(4.)反向旋转/正向转矩(再生)。组合(2.)和(4.)是制动操作，其中电动机28充当将机械能转换成电能的发电机。电动机28在制动期间生成的电能由INU 40整流、由ARU 38逆变并且返回到辅助母线26，其中它可以由其它电动机28和其它连接负载使用或者存储用于将来使用。因此，ASD 36执行的制动操作称为再生制动，这比具有固定(纯二极管)整流器的常规驱动执行的动态制动更能量高效。在动态制动中，电动机在制动期间生成的能量引向电阻器组(resistor bank)，其中它耗散为热。
使用脉宽调制(PWM)来控制每个ASD 36，其中打开和闭合开关器件46以创建系列电压脉冲，其中平均电压是峰电压乘以占空比(即脉冲的“接通”和“打开”时间)。以这一方式，可以使用系列可变宽度的正和负电压脉冲来近似正弦波。可以通过改变PWM模式来改变正弦波的相位和振幅。因此可以控制每个ASD 36以引起在电流与电压之间的相移，这允许控制ASD 36以提供功率因数1(单位)。此外，可以控制每个ASD 36以补偿主辅助母线26a中的无功功率消耗。更具体而言，可以控制每个ASD 36以注入电容性无功功率或者电感性无功功率。当ASD 36注入电容性无功功率时，ASD 36及其关联电动机28具有超前功率因数(在电流与电压之间的负相角)并且消耗负无功功率(即无功功率分量为负)(在矢量图中)。当ASD36注入电感性无功功率时，ASD 36及其关联电动机28具有滞后功率因数(在电流与电压之间的正相角)并且消耗正无功功率(即无功功率分量为正)(在矢量图中)。
每个ASD 36根据它的关联电动机28的额定值加上某一备用容量来设定大小。如果预期更多无功功率补偿，则ARU 38可以用比它的关联INU 40更大的容量来设定大小。ASD 36合计地用充分备用容量来设定大小以减轻发电厂10和传输网络18中的扰动(比如失电跨越和负载拒斥)。负载拒斥出现于传输网络18上的足够大负载从发电厂10断开时。在这样的扰动的情况下，ARD 36由动态电压控制器66控制以抑制可能由于扰动而出现的瞬态过电压或者欠电压。
图3a-图3c是示出了如何可以控制主辅助母线26a中的无功功率的矢量图。在图3a中，矢量图示出了恒速电动机29的表观功率。PC代表比如电动机29a-z中的线圈消耗的有功功率而QC代表比如其消耗的无功功率。SC代表所得表观功率。在图3b中，矢量图示出了具有ASD 36的电动机28的表观功率，控制这些ASD 36以及以其它方式来补偿恒速电动机29a-z消耗的无功功率。PA代表ARU 38消耗的有功功率，QA代表其消耗的无功功率，而SA代表所得表观功率。应当注意，QA具有与QC相同的长度、但是方向相反。图3c示出了恒速电动机29a-z和具有ASD 36的电动机28a-z的组合功率消耗。由于QA和QC相同、但是方向相反，所以当使用SA和SC来执行矢量加法时，所得矢量SC+A等于PC+A。换而言之，无功功率QA消除无功功率QC。
从图3a-图3c清楚，如果选择图2b的表观功率SA的另一角度，则SC+A将并非纯实数。以这一方式，可以通过改变SA的角度来控制组合的无功功率QC+A。
除了ASD 36a-z和恒速电动机29a-z之外，电容器组44a-z旁路连接到主辅助母线26a。每个电容器组44由可控开关46连接到主辅助母线26。
提供多个传感器50用于在辅助功率系统22中的各种位置测量实功率和无功功率。一些传感器50可以并入到用于发电机12、主变压器14和一个或多个辅助变压器24的保护设备中。每个传感器50可以包括伏特计、安培计和相角测量单元。
ASD 36a-z、一个或多个可控开关46a-z和传感器50通过数据总线56连接到控制系统54。控制系统54包括一个或者多个控制器60，该控制器可操作用于执行与一个或多个控制器60关联的存储器63中存储的辅助功率控制程序62。控制系统54可以是分布式控制系统，该系统可操作用于控制整个电厂10(包括锅炉、涡轮和发电机(比如发电机12))。控制系统54可以具有人机接口(HMI)58，该HMI包括诸如监视器、键盘等的查看和输入设备。
辅助功率控制程序62从数据总线56接收并且监视以下过程变量：辅助功率系统22的实功率和无功功率；每个辅助母线26的电压量值；一个或多个电容器组44的连接/断开状态；以及ARU 38的实功率和无功功率。使用前述过程变量，辅助功率控制程序62在提供稳态电压调节和动态电压支持之时控制辅助功率系统22的功率因数。如图4中所示，辅助控制程序62一般包括五个块或者模块：功率因数控制器64；动态电压控制器66；扰动检测器68；ARU接口单元70；以及电容器接口单元72。
功率因数控制器64提供稳态功率因数控制。功率因数控制器64计算用于主辅助母线26a、b的ARU 38的无功功率参考值(设置点)和用于主辅助母线26a、b的电容器组44的切换命令以用平衡母线电压分布图将辅助功率系统22的合计功率因数保持于期望值。
动态电压控制器66可操作用于在扰动期间提供辅助功率系统22的动态电压支持以防止意外设备跳闸(tripping)。当在扰动期间激活动态电压控制器66时，动态电压控制器66超驰功率因数控制器64并且阻止到用于电容器组44的开关46的打开/闭合信号。此外，闭环线路侧电压调节器生成用于ARU 38而不是功率因数控制器64的参考值。有用于每个辅助母线26a、b的电压调节器。每个电压调节器可操作用于根据扰动的严重性实施快速控制算法和慢速控制算法。顾名思义，快速控制算法比慢速控制算法更快地将受影响的辅助母线26a或者26b的电压移回至设置点电压。然而快速控制算法通常具有更多超调。可以使用的快速控制算法的示例是开关控制(bang-bang control)算法，其中在受影响的辅助母线上的电压降的情况下，命令受影响的辅助母线的所有ARU 38立即注入尽可能多的无功功率，并且其中在受影响的辅助母线上的电压尖峰的情况下，命令受影响的辅助母线的所有ARU 38立即尽可能多地减少无功功率。在电压降的情况下，甚至可以命令一些ASD 36执行再生制动以通过从ASD 36的负载提取能量来为受影响的辅助母线创建实功率。可以使用的慢速控制算法的示例包括比例(P)控制算法、比例-积分(PI)控制算法和比例-积分-微分(PID)控制算法。PI控制算法通常用于慢速控制算法。电压调节器(使用快速或者慢速控制算法)的主要目的是通过以协调方式改变输出(ARU 38的无功功率参考)来减少在设置点(受影响的辅助母线的预定义电压)与反馈值(受影响的辅助母线的实际电压)之间的误差。如果设置点高于反馈(电压降)，则误差将为正。假设ARU 38已经在产生电容性无功功率的模式中，那么电压调节器的输出将增加ARU 38的无功功率参考以向受影响的辅助母线注入更多电容性无功功率以便减少或者消除电压降。另一方面，如果设置点低于反馈(电压尖峰)，则误差将为负并且电压调节器的输出将减少ARU 38的无功功率参考以向受影响的辅助母线注入更少电容性无功功率以便减少或者消除电压超调。在这样的电压超调情形中，电压调节器也可以调整ARU 38的无功功率参考，从而可以向受影响的辅助母线注入电感性无功功率。
扰动检测器68可操作用于基于预定标准集来自动检测电压扰动在辅助母线26a、b上的出现和消失。例如，如果辅助母线26a或者26b的电压在预定范围以外，则将针对该辅助母线检测到扰动。预定范围可以是额定电压值或者设置点的95％至105％或者电压设置点的97％至103％、电压设置点的98％至102％或者某一其它电压范围。在检测到电压扰动时，扰动检测器68激活动态电压控制器66，该控制器超驰功率因数控制器64的操作。当电压扰动消失时，扰动检测器68去激活动态电压控制器66、由此使功率因数控制器64能够再次控制ARU 38和开关46。如下文将进一步讨论的那样，扰动检测器68也确定辅助母线26a、b上的电压扰动的量值。例如，如果辅助母线26a或者26b上的电压处于或者大于上限量值(比如设置点电压的106％、107％、108％、109％或者110％)或者处于或者小于下限量值(比如设置点电压的94％、93％、92％、91％或者90％)，则扰动检测器68确定电压扰动严重。
ARU接口单元70在个别ARU 38之中分配功率因数控制器64计算的总无功功率参考值，这允许发明方法和装置的灵活扩展以包括附加ARU 38的将来安装。
电容器接口单元72在电容器组44之中分配功率因数控制器64计算的切换命令，这允许发明方法和装置的灵活扩展以包括附加电容器组44的将来安装。
现在参照图5，示出了功率因数控制器64的流程图。在流程图中和在下文段落中，在电容性无功功率方面描述功率因数控制器64的操作，因为功率因数校正通常涉及到由于负载(电动机28)的电感性质而注入电容性无功功率。因此，涉及无功功率的变量(例如Qaux*、Q*等)在电容性无功功率将增加时具有正值而在电容性无功功率将减少时具有负值。
一般而言，功率因数控制器64的操作具有三个阶段：总阶段80、母线分配阶段82和个别分配阶段84。在总阶段80中，基于用于整个辅助功率系统22的所期望功率因数确定用于整个辅助功率系统22的无功功率需求Qaux*。在母线分配阶段82中，根据主辅助母线26a、b的电压分布图和可用容量向每个主辅助母线分配所期望无功功率Q*。在个别分配阶段84中，在ARU 38与电容器组44之间分配所期望无功功率Q*。
在总阶段80的步骤86中，基于辅助功率系统22的(如由与辅助变压器24的输入连接的传感器50测量的)当前功率因数与存储于存储器63中的参考(设置点)功率因数之差计算辅助功率系统22的无功功率需求Qaux*。然而参考功率因数可以由操作者通过HMI 68手动或者由另一软件程序自动改变。在步骤86之后，该方法进行到步骤88，其中计算主辅助母线26a、b的所有ARU 38a-z和所有电容器组44a-z的所期望增量无功功率输出Qctrl*。Qctrl*是在Qaux*(辅助系统的无功功率参考)与Qaux(辅助系统的无功功率的反馈值)之间的误差。因此，Qctrl*实际上表明电容性无功功率需要增加或者减少多少以满足所期望功率因数。在步骤88之后，在步骤90中计算主辅助母线26a、b的所有ARU 38a-z和所有电容器组44a-z的无功功率能力以确定每个辅助母线26a、b的可控无功功率的裕度。这一裕度计算提供关于是否可以从ARU 38a-z和电容器组44a-z提供所期望增量无功功率的信息。对于ARU 38，可以通过计算在ARU 38的额定表观功率与ARU 38的由与ARU 38关联的传感器50测量的实功率之间的矢量差来获得这一裕度。
在母线分配阶段82的步骤92中，确定所期望增量无功功率输出Qctrl*是否大于零(即是否要求增加的电容性无功功率)。如果所期望无功功率输出Qctrl*大于零，则在步骤94中分别基于主辅助母线26a、b的上限电压和无功功率能力计算主辅助母线26a的无功功率的所期望改变(增加)(+ΔQA*)和主辅助母线26b的无功功率的所期望改变(增加)(+ΔQB*)。然而如果所期望增量无功功率输出Qctrl*未大于零，则在步骤96中确定所需增量无功功率Qctrl*是否小于零(即是否要求增加的电感性无功功率)。如果Qctrl*小于零，则在步骤98中分别基于主辅助母线26a、b的下限电压和无功功率能力计算主辅助母线26a的电容性无功功率的所需改变(减少)(-ΔQA*)和主辅助母线26b的电容性无功功率的所需改变(减少)(-ΔQB*)。如果在步骤96中确定Qctrl*未小于零，则在步骤100中确定主辅助母线26a的电容性无功功率的所需改变(ΔQA*)和主辅助母线26b的电容性无功功率的所需改变(ΔQB*)二者等于零。
在步骤102中，分别确定主辅助母线26a、b的所期望无功功率输出QA*、QB*。通过将辅助母线26a的实际无功功率输出(由传感器50a检测)和辅助母线26a的基于步骤94、98、100的输出而确定的增量无功功率输出求和来确定所期望无功功率输出QA*。类似地，通过将辅助母线26b的实际无功功率输出(由传感器50b检测)和辅助母线26b的基于步骤94、98、100的输出而确定的增量无功功率输出求和来确定所期望无功功率输出QB*。
该方法从步骤102进行到个别分配阶段84的步骤106和108。在步骤106中，确定QA*是否小于从主辅助母线26a中的电容器组44提供的所有电容性无功功率。如果在步骤106中的确定为“是”，则该方法进行到步骤110，其中生成总电容(减少)要求，该要求要求断开当前连接到主辅助母线26a的电容器组44中的一些或者所有电容器组。此外，为ARU 38生成总参考值以在已经断开一个或多个电容器组44之后供应为了满足QA*而可能必需的任何电容性无功功率。如果在步骤106中的确定为“否”，则该方法进行到步骤112，其中生成总电容(补充)要求，该要求要求连接当前从主辅助母线26a断开的电容器组44中的一些或者所有电容器组。此外，针对ARU 38生成总参考值以在一个或多个电容器组44已经连接到主辅助母线26a之后供应为了满足QA*而必需的任何无功功率。就这一点而言，应当理解，从能量效率观点来看，通常不期望ARU 38消耗正无功功率(即诸如电感性无功功率)以补偿由一个或多个电容器组44生成的任何过量电容性无功功率。因此，ARU 38通常仅注入并非由所连接的一个或多个电容器组44供应的所需附加电容性无功功率。步骤108、114和116除了为主辅助母线26b执行它们之外与上文描述的步骤106、110、112相同并且以相同方式执行，因此为求简洁将不加以描述。向ARU接口单元70传输用于ARU 38的总参考值用于向个别ARU 38分配，并且向电容器接口单元72传输总电容要求用于向开关46生成连接/断开信号。
根据功率因数控制器64的操作方法的上文描述应当理解，电容器组44的切换用来对辅助功率系统22的无功功率进行粗略调整，而ARU 38的控制用来对辅助功率系统22的无功功率进行更细微调整。
尽管已经关于两个辅助母线26a、b描述了功率因数控制器64，但是应当理解，功率控制器64可以与仅一个辅助母线或者与三个或者更多辅助母线一起利用以用平衡式母线电压分布图将辅助功率系统的合计功率因数保持于所期望值。
现在参照图6，示出了动态电压控制器66的流程图。在步骤200中，确定扰动是否已经出现(例如辅助母线26a或者26b的电压在电压设置点的95％至105％这一范围以外)。如果检测到扰动，则该方法进行到步骤202，其中确定是否启用动态电压控制器66的操作模式。如果未启用操作模式，则该方法进行到步骤204，其中计算用于每个受影响的辅助母线的电压调节器的电压参考。在步骤204之后，该方法进行到步骤206，其中确定开关46的状态并且将开关46保持于它们的当前状态(即如可能的情况那样为打开或者闭合)。该方法然后进行到步骤208，其中启用动态电压控制器66的操作模式。在步骤208之后，该方法进行到步骤210，其中对于每个受影响的辅助母线，电压调节器使用快速控制算法(例如开关控制算法)来计算并且向ARU 38直接传输用于ARU 38的无功功率参考。该方法从步骤210返回到步骤200。快速控制算法保证电压调节器可以足够快地对电压扰动做出响应以便尽可能多地减少电压降或者超调以避免所不期望的设备跳闸。
如果在步骤202中确定启用操作模式，则该方法进行到步骤212，其中确定扰动是否严重(例如受影响的辅助母线的电压为电压设置点的90％或者更少或者电压设置点的110％或者更多)。如果扰动严重，则该方法进行到步骤210。然而如果扰动不严重(例如受影响的辅助母线的电压低于电压设置点的110％，但是仍然高于105％(这是稳态操作的电压上限))，则该方法进行到步骤214，其中电压调节器使用慢速控制算法(例如PI控制算法)来计算并且向ARU38直接传输用于受影响的辅助母线中的所有ARU 38的无功功率参考。该方法从步骤214返回到步骤200。
如果在步骤200中未检测到扰动，则该方法进行到步骤220，其中禁用动态电压控制器66的操作模式。在步骤220之后，在步骤222中启用功率因数控制器64的操作模式。该方法从步骤222返回到步骤200。
根据前文描述应当理解，辅助功率控制程序62提供诸多益处。功率因数控制器64对ARU 38和电容器组44的协同控制允许将辅助功率系统22的总功率因数维持于提供高效能量使用的参考值(比如在从0.95至0.99的范围中)。减少电厂辅助系统22的无功功率消耗使发电机12能够向传输网络18提供更多实功率而又仍然维持所需无功功率能力。辅助系统22的总功率因数的参考值可以由操作者通过HMI 58手动或者由辅助功率控制程序62自动改变。例如辅助功率控制程序62可以自动(或者在接收命令时)改变辅助功率系统22的总功率因数的参考值，从而在高峰负载时间(比如从上午8点至午夜12点)期间辅助功率系统22的总无功功率改善发电机12的超前相位操作(负功率因数)而在高峰外负载时间(比如从午夜12点至上午8点)期间辅助功率系统22的总无功功率改善发电机12的滞后相位操作(正功率因数)。
在主辅助母线26a、b上有电压尖峰或者下降的情况下，去激活功率因数控制器64的操作，并且动态电压控制器66接管ARU 38的控制以快速增加或者减少辅助功率系统22的无功功率。例如，如果有电压下降并且ARU 38正在提供电容性无功功率，则控制ARU38以增加电容性无功功率，而如果有电压尖峰，则控制ARU 38以减少电容性无功功率或者甚至注入电感性无功功率。以这一方式，动态电压控制器66有助于防止负载(比如电动机28、29)由于电压尖峰或者下降而从线路跳闸。一旦电压尖峰或者下降消失，再次激活功率因数控制器64的操作。
将理解前文一个或多个示例实施例的描述旨在于仅举例说明而不是穷举本发明。本领域普通技术人员将能够对公开的主题内容的一个或多个实施例做出某些添加、删除和/或修改而未脱离如所附权利要求限定的本发明精神实质或者其范围。

Claims (20)

1.一种计算机可读介质，具有存储于其上的计算机可读指令，所述计算机可读指令用于由处理器执行以执行在热电厂的辅助功率系统中控制功率的方法，所述热电厂具有发电机和一个或者多个辅助母线，每个辅助母线具有与之连接的一个或者多个可调速驱动和与之连接的一个或者多个电容源，每个可调速驱动具有有源整流器单元，所述方法包括：
监视每个辅助母线的电压；
控制所述辅助功率系统的功率因数以具有预定功率因数值，所述功率因数的控制包括控制每个可调速驱动和每个电容源的无功功率；并且
当辅助母线受电压扰动影响使得它的电压在预定范围以外时，停止所述辅助功率系统的功率因数的控制，并且控制受影响的辅助母线上的电压以将所述电压移回至所述预定范围中，所述电压的控制包括：
当所述受影响的辅助母线的电压在所述预定范围以下时增加连接到所述受影响的辅助母线的一个或者多个可调速驱动的无功功率；并且
当所述受影响的辅助母线的电压在所述预定范围以上时减少连接到所述受影响的辅助母线的一个或者多个可调速驱动的无功功率。
2.根据权利要求1所述的计算机可读介质，其中所述预定范围为基于设置点电压的百分比。
3.根据权利要求2所述的计算机可读介质，其中控制所述受影响的辅助母线上的电压的步骤还包括：
确定所述电压扰动的量值；
如果所述量值处于或者大于上限值，则使用第一控制算法来增加或者减少所述无功功率；并且
如果所述量值小于所述上限值，则使用第二控制算法来增加或者减少所述无功功率。
4.根据权利要求3所述的计算机可读介质，其中所述第一控制算法可操作用于比所述第二控制算法更快地将所述受影响的辅助母线的电压移回至所述设置点。
5.根据权利要求4所述的计算机可读介质，其中所述第一控制算法为开关控制算法而所述第二控制算法为比例-积分控制算法。
6.根据权利要求4所述的计算机可读介质，其中所述预定范围为所述设置点电压的90％至110％。
7.根据权利要求6所述的计算机可读介质，其中所述上限值为所述设置点电压的正或者负10％。
8.根据权利要求4所述的计算机可读介质，其中在初次检测到所述电压扰动时，所述第一控制算法用来增加或者减少所述无功功率，并且其中在所述初次检测之后的时间段之后，执行确定所述电压扰动的量值的步骤。
9.根据权利要求1所述的计算机可读介质，其中控制所述受影响的辅助母线上的电压的步骤还包括当所述电压扰动为电压降时执行所述一个或者多个可调速驱动的再生制动。
10.根据权利要求1所述的计算机可读介质，其中控制所述受影响的辅助母线上的电压的方法包括向所述受影响的辅助母线上注入电感性无功功率。
11.根据权利要求1所述的计算机可读介质，其中在所述电压扰动消失之后再次控制所述辅助功率系统的功率因数以具有预定功率因数值。
12.根据权利要求1所述的计算机可读介质，其中执行所述功率因数的控制以在重负载条件期间改善所述发电机的超前相位操作而在轻负载条件期间改善所述发电机的滞后相位操作。
13.根据权利要求1所述的计算机可读介质，其中在每个辅助母线中，每个电容源包括将电容器组旁路连接到所述辅助母线的可控开关，并且其中控制每个电容源的所述无功功率包括打开或者闭合所述电容源的可控开关。
14.根据权利要求13所述的计算机可读介质，其中所述辅助功率系统的功率因数的控制包括：
确定用于每个辅助母线的所期望电容性无功功率；
对于每个辅助母线，确定所述所期望电容性无功功率是否小于由所述辅助母线的一个或者多个电容源提供的所述电容性无功功率；
对于每个辅助母线，如果所述所期望电容性无功功率小于由所述一个或者多个电容源提供的所述电容性无功功率，则：
打开所述可控开关中的一个或者多个可控开关以从所述辅助母线断开所述电容器组中的一个或者多个电容器组；并且控制所述一个或者多个可调速驱动以提供为了在所述一个或者多个可控开关已经打开时向所述辅助母线提供所述所期望电容性无功功率而必需的任何电容性无功功率；并且
对于每个辅助母线，如果所述所期望电容性无功功率大于由所述一个或者多个电容源提供的所述电容性无功功率，则：
闭合所述可控开关中的一个或者多个可控开关以将所述电容器组中的一个或者多个电容器组连接到所述辅助母线；并且控制所述一个或者多个可调速驱动以提供为了在所述一个或者多个可控开关已经闭合时向所述辅助母线提供所述所期望电容性无功功率而必需的任何电容性无功功率。
15.一种用于在热电厂的辅助功率系统中控制功率的装置，所述热电厂具有发电机和一个或者多个辅助母线，所述装置包括：
一个或者多个可调速驱动，用于连接到所述一个或者多个辅助母线，每个可调速驱动具有有源整流器单元；
一个或者多个电容源，用于连接到所述一个或者多个辅助母线；
传感器，用于测量所述一个或者多个辅助母线上的电压和无功功率；
控制器，可操作用于执行在所述辅助功率系统中控制功率的方法，所述方法包括：
监视每个辅助母线的电压；
控制所述辅助功率系统的功率因数以具有预定功率因数值，所述功率因数的控制包括控制每个可调速驱动和每个电容源的无功功率；并且
当辅助母线受电压扰动影响使得它的电压在预定范围以外时，停止所述辅助功率系统的功率因数的控制，并且控制受影响的辅助母线上的电压以将所述电压移回至所述预定范围中，所述电压的控制包括：
当所述受影响的辅助母线的电压在所述预定范围以下时增加连接到所述受影响的辅助母线的所述一个或者多个可调速驱动的无功功率；并且
当所述受影响的辅助母线的电压在所述预定范围以上时减少连接到所述受影响的辅助母线的所述一个或者多个可调速驱动的无功功率。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述一个或者多个可调速驱动包括多个可调速驱动，每个可调速驱动为多级中性点转换器。
17.根据权利要求15所述的装置，其中每个电容源包括将电容器组旁路连接到所述辅助母线的可控开关，并且其中控制每个电容源的所述无功功率包括打开或者闭合所述电容源的可控开关。
18.根据权利要求17所述的计算机可读介质，其中所述辅助功率系统的功率因数的控制包括：
确定用于每个辅助母线的所期望电容性无功功率；
对于每个辅助母线，确定所述所期望电容性无功功率是否小于由所述辅助母线的一个或者多个电容源提供的所述电容性无功功率；
对于每个辅助母线，如果所述所期望电容性无功功率小于由所述一个或者多个电容源提供的所述电容性无功功率，则：
打开所述可控开关中的一个或者多个可控开关以从所述辅助母线断开所述电容器组中的一个或者多个电容器组；并且控制所述一个或者多个可调速驱动以提供为了在所述一个或者多个可控开关已经打开时向所述辅助母线提供所述所期望电容性无功功率而必需的任何电容性无功功率；并且
对于每个辅助母线，如果所述所期望电容性无功功率大于由所述一个或者多个电容源提供的所述电容性无功功率，则：
闭合所述可控开关中的一个或者多个可控开关以将所述电容器组中的一个或者多个电容器组连接到所述辅助母线；并且控制所述一个或者多个可调速驱动以提供为了在所述一个
或者多个可控开关已经闭合时向所述辅助母线提供所述所期望电容性无功功率而必需的任何电容性无功功率。
19.根据权利要求15所述的装置，其中所述预定范围为基于设置点电压的百分比，并且其中控制所述受影响的辅助母线上的电压的步骤还包括：
确定所述电压扰动的量值；
如果所述量值处于或者大于上限值，则使用第一控制算法来增加或者减少所述无功功率；并且
如果所述量值小于所述上限值，则使用第二控制算法来增加或者减少所述无功功率。
20.根据权利要求19所述的装置，其中所述第一控制算法可操作用于比所述第二控制算法更快地将所述受影响的辅助母线的电压移回至所述设置点。
CN201080054792.0A 2009-10-25 2010-10-22 用于改进热电厂的辅助功率系统的操作的方法和装置 Expired - Fee Related CN102668295B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US25470809P 2009-10-25 2009-10-25
US61/254,708 2009-10-25
PCT/US2010/053822 WO2011050303A1 (en) 2009-10-25 2010-10-22 Method and apparatus for improving the operation of an auxiliary power system of a thermal power plant

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102668295A true CN102668295A (zh) 2012-09-12
CN102668295B CN102668295B (zh) 2016-08-03

Family

ID=43900710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080054792.0A Expired - Fee Related CN102668295B (zh) 2009-10-25 2010-10-22 用于改进热电厂的辅助功率系统的操作的方法和装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20120248874A1 (zh)
JP (1) JP5461702B2 (zh)
CN (1) CN102668295B (zh)
AU (1) AU2010310516B2 (zh)
WO (1) WO2011050303A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014094271A1 (en) * 2012-12-20 2014-06-26 Abb Technology Ltd. Coordinated control method of generator and svc for improving power plant active power throughput and controller thereof

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2011207343B2 (en) * 2010-01-22 2016-04-28 Abb Inc. Method and apparatus for improving power generation in a thermal power plant
US9369035B2 (en) * 2011-02-10 2016-06-14 General Electric Company Power converter and method of operation
US20130042616A1 (en) * 2011-08-15 2013-02-21 General Electric Company Use of motor protection system to assist in determining power plant metrics
DE102012204218A1 (de) * 2012-03-16 2013-09-19 Siemens Aktiengesellschaft Leistungsregelung und/oder Frequenzregelung bei einem solarthermischen Dampfkraftwerk
US20150333566A1 (en) * 2012-09-12 2015-11-19 Schneider Electric It Corporation A system and method for voltage regulation in a voltage supply
US10447073B2 (en) 2013-01-07 2019-10-15 Schneider Electric It Corporation Power supply control
EP3090315A4 (en) 2013-12-31 2017-08-09 Schneider Electric IT Corporation System and methods of grid stabilization
KR101628920B1 (ko) * 2014-07-31 2016-06-10 고려대학교 산학협력단 전력계통 주파수 유연화 운영 시스템 및 그 방법
US10235340B2 (en) * 2014-09-22 2019-03-19 Tsinghua University Method and apparatus for controlling reactive power of generator in power plant
CA2984385A1 (en) 2015-05-05 2016-11-10 Enbala Power Networks Inc. Method and system for locally controlling power delivery along a distribution feeder line of an electricity grid
JP6420717B2 (ja) * 2015-05-11 2018-11-07 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 発電プラントの所内電源システム
CN105227042B (zh) * 2015-10-15 2019-01-25 中国人民解放军海军工程大学 大功率高压变频器的失电跨越控制方法
CN108365640A (zh) * 2018-03-29 2018-08-03 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 一种电网低负荷期间机组进相运行管理方法
US11852687B2 (en) * 2021-09-20 2023-12-26 Shelby Kenneth Campbell Tyne Apparatus and associated methods for load bank and power generator control
CN113936830A (zh) * 2021-09-22 2022-01-14 广东核电合营有限公司 一种核电厂发电机组状态控制方法及电子设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6121758A (en) * 1999-06-23 2000-09-19 Daq Electronics, Inc. Adaptive synchronous capacitor switch controller
CN1942842A (zh) * 2004-03-04 2007-04-04 美国超导体公司 动态电抗补偿系统和方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62260522A (ja) * 1986-05-02 1987-11-12 株式会社日立製作所 電力系統の電圧・無効電力制御方式
US5081591A (en) * 1990-02-28 1992-01-14 Westinghouse Electric Corp. Optimizing reactive power distribution in an industrial power network
JPH04125031A (ja) * 1990-09-14 1992-04-24 Nissin Electric Co Ltd 無効電力補償装置の制御方式
SE9703548L (sv) * 1997-09-30 1999-03-31 Asea Brown Boveri Elkraftanläggning
JP2004064936A (ja) * 2002-07-31 2004-02-26 Mitsubishi Paper Mills Ltd 自家用発電設備における無効電力を制御する方法
US6798159B1 (en) * 2003-04-14 2004-09-28 Carrier Corporation VSD control
US7038329B1 (en) * 2004-11-04 2006-05-02 Utc Power, Llc Quality power from induction generator feeding variable speed motors

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6121758A (en) * 1999-06-23 2000-09-19 Daq Electronics, Inc. Adaptive synchronous capacitor switch controller
CN1942842A (zh) * 2004-03-04 2007-04-04 美国超导体公司 动态电抗补偿系统和方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YAO CHEN ET AL.: "Economic Benefits Analysis of Variable Speed Drives in Coal-fired Power Plant Auxiliary System", 《INTERNATIONAL CONFERENCE ON ELECTRICAL ENGINEERING 2009》, 9 July 2009 (2009-07-09), pages 4 - 1 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014094271A1 (en) * 2012-12-20 2014-06-26 Abb Technology Ltd. Coordinated control method of generator and svc for improving power plant active power throughput and controller thereof
US9893524B2 (en) 2012-12-20 2018-02-13 Abb Schweiz Ag Coordinated control method of generator and SVC for improving power throughput and controller thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP5461702B2 (ja) 2014-04-02
WO2011050303A1 (en) 2011-04-28
US20120248874A1 (en) 2012-10-04
AU2010310516A1 (en) 2012-05-17
CN102668295B (zh) 2016-08-03
JP2013509157A (ja) 2013-03-07
AU2010310516B2 (en) 2016-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102668295A (zh) 用于改进热电厂的辅助功率系统的操作的方法和装置
EP2429073B1 (en) Power converters
Ng et al. Unbalanced grid fault ride-through control for a wind turbine inverter
US7692321B2 (en) Power converters
AU2011207343B2 (en) Method and apparatus for improving power generation in a thermal power plant
US10581247B1 (en) System and method for reactive power control of wind turbines in a wind farm supported with auxiliary reactive power compensation
Khan et al. Hybrid control of a grid-interactive wind energy conversion system
Singh et al. Voltage and frequency controller for self excited induction generator in micro hydro power plant
Marei et al. A flexible wind energy scheme for voltage compensation and flicker mitigation
US11196260B2 (en) System and method for control of reactive power from a reactive power compensation device in a wind turbine system
Sowmmiya et al. Effective performance and power transfer operation of a current controlled WRIG based WES in a hybrid grid
Galang et al. Decarbonization Of Offshore Installations Using Static Frequency Converters And Active Front Ends
Varma et al. Novel Control of Battery Energy Storage System (BESS) as STATCOM (BESS-STATCOM) for Stabilization of a Critical Motor
KRISHNA et al. A Novel Improved Performance of DSTATCOM for Power-Quality Improvement with DG Operation
SHAKUNTHALA et al. Isolated Wind–Hydro Hybrid System using Cage Generators and Battery Storage
Beck et al. A static synchronous converter for power conditioning in network distribution with high wind energy share
Wanjari et al. Modelling and Simulation of Dynamic Voltage Restorer in Power System
Gwalvanshi et al. ELECTRONIC LOAD CONTROLLER–A REVIEW

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160803

Termination date: 20171022