CN104564384A - 与发电机联接的内燃机的运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在与发电机(1)连接的供电网(3)的电网故障的情况下与发电机联接的内燃机的运行方法，内燃机包括涡轮增压器(4)，所述涡轮增压器在内燃机的空气输入管(6)内具有压缩机(5)和在内燃机的废气管(8)内具有与压缩机相联接的废气涡轮机(7)，设有至少一个旁通阀(9、10)用于绕开压缩机和/或用于绕开废气涡轮机，在探测到电网故障的时候或之后，至少暂时地操作所述至少一个旁通阀并且停止内燃机中的点火(11)，在电网故障消退之后重新激活内燃机中的点火，所述至少一个旁通阀在探测到电网故障之前具有第一位置，在探测到电网故障的时候或之后调节到操作位置，在电网故障消退之后调节到与操作位置不同的位置。

Description

与发电机联接的内燃机的运行方法
技术领域
本发明涉及在与发电机连接的供电网的电网故障的情况下、尤其是在动态的电网电压扰动的情况下与发电机联接的内燃机的运行方法，内燃机包括涡轮增压器，所述涡轮增压器在内燃机的空气输入管内具有压缩机和在内燃机的废气管内具有与压缩机相联接的废气涡轮机，设有至少一个旁通阀用于绕开压缩机和/或用于绕开废气涡轮机。
背景技术
在发电设备与发电机连接、所述发电机可与供电网相连接的情况下，必须注遵守相应的供电网运营商的现行的电网和系统规程。此外所述也被称作“电网规程或输电规程的电网和系统规程确定在供电网的电网故障的情况下发电设备的其它技术最低要求和运行方法。其中以动态的电网电压扰动形式出现的电网故障，即为人熟知的低电压穿越(LVRT)事件，至关重要。在出现所述动态的电网电压扰动的时候值得追求的是，也被称作负载角或磁极转子角的相位角保持在给定的界限内，这是因为否则会造成在发电机上的极滑动并进而导致与发电机联接的内燃机失控地加速。除此之外在电网故障消退之后的电网恢复的情况下，发电机、内燃机以及内燃机与发电机之间的离合器的机械负载随着提高的相位角变化而增加。
传统的用于将相位角变化保持在预设的界限内的措施为，停止与发电机联接的内燃机内的点火。但是在具有涡轮增压器的内燃机中，通过停止点火，运行点在压缩机特性曲线中向泵极限方向移动。如果超过泵极限，则造成在涡轮增压器的压缩机叶片上的流动中断并且发生所谓的压缩机抽吸，所述压缩机抽吸可能造成内燃机的不稳定的运行状态。
发明内容
本发明的任务是，避免上述缺点和提供一种相对于背景技术改进的在供电网的电网故障的情况下与发电机联接的内燃机的运行方法。尤其应使得，鉴于现行的电网和系统规程，在发生电网故障、尤其是动态的电网电压扰动的情况下，避免压缩机抽吸。
按照本发明，该任务将通过权利要求1的特征实现。本发明中优选的实施方式在从属权利要求中进行说明。
按照本发明规定，在探测到电网故障的时候或之后至少暂时地操作所述至少一个旁通阀。
可以在压缩机旁通管路中设置压缩机旁通阀作为旁通阀以便绕开压缩机，所述压缩机旁通管路将压缩机入口与压缩机出口相连接。其中例如可以规定，在压缩机的下游设置增压空气冷却器，其中压缩机旁通管路将压缩机入口与增压空气冷却器的出口相连接。
可替选地或补充地，也可以在废气旁通管路中设置废气涡轮机旁通阀作为旁通阀以便绕开废气涡轮机，所述废气涡轮机旁通管路将废气涡轮机入口与废气涡轮机出口相连接。
内燃机可以是燃气发动机，例如固定不动的燃气发动机，在所述燃气发动机中燃料例如燃气在有空气的条件下燃烧。发电机可以是交流发电机，所述交流发电机由内燃机驱动并且向与发电机连接的供电网馈入电流。
能够以熟悉的方式和方法探测电网故障的发生，例如方式为：由于供电网失效，内燃机或发电机的转速超过可给定的最大值；或监控发电机的发电机电压、发电机频率或发电机电流，例如当发电机电压消失和/或发电机频率高于可给定的界限值和/或发电机电流高于可给定的界限值的时候，探测到电网故障。
通过至少暂时地操作所述至少一个旁通阀(例如压缩机旁通阀和/或废气涡轮机旁通阀)，可以在出现电网故障和可能与此相关的断开点火的情况下避免压缩机抽吸，并且与发电机联接的内燃机相应地变得稳定。
按照一个特别优选的实施方式可以规定，所述至少一个旁通阀在探测到电网故障之前具有第一位置，在探测到电网故障的时候或之后将所述至少一个旁通阀调节到与第一位置不同的操作位置。
优选在此可以规定，将所述至少一个旁通阀(例如压缩机旁通阀)打开到比第一位置开得更大的操作位置。
按照一个特别优选的实施方式可以规定，所述至少一个旁通阀在可给定的操作时间内保持在操作位置。
优选可以规定，所述至少一个旁通阀在可给定的操作时间之后基本上重新调节到第一位置、即在动态的电网电压扰动之前的位置。但是原则上也可以是，所述至少一个旁通阀在可给定的操作时间之后基本上已经完全关闭。
已经证明特别优选，在可给定的操作时间之后将所述至少一个旁通阀关闭到相对于第一位置进一步关闭的第二位置并且在可给定的时间内保持在第二位置，优选所述至少一个旁通阀在可给定的时间之后基本上重新打开到第一位置。通过继续关闭旁通阀直到相对于第一位置进一步关闭的第二位置，可以实现，内燃机的发动机动率较快地重新达到其像在电网故障之前一样的初始值。
尤其在强电网电压扰动的情况下可以规定，在探测到电网故障的时候或之后停止内燃机中的点火。其中可以设置至少一个点火装置用于在内燃机中的点火，为了停止内燃机中的点火，切断所述至少一个点火装置。也可以规定，为了内燃机中的点火，输送燃料，其中，为了停止内燃机中的点火，禁止输送燃料。点火装置例如可以是电极火花基或激光火花塞。例如可以为输送燃料设置至少一个燃料计量装置，其形式例如为进气道喷射阀。
通过操作所述至少一个旁通阀和停止内燃机中的点火，可以实现伴伴有停止点火的较长的时间间隔，其中不会发生压缩机抽吸。
优选可以规定，在电网故障消退之后重新激活内燃机中的点火。其中可以规定，当内燃机或发电机的转速达到可给定的转速值和/或发电机的相对的相位角变化达到可给定的值时，重新激活内燃机中的点火。
一个特别优选的实施方式规定，所述至少一个旁通阀在探测到电网故障之前具有第一位置，在探测到电网故障的时候或之后将所述至少一个旁通阀调节到与第一位置不同的操作位置，在电网故障消退之后将所述至少一个旁通阀调节到与操作位置不同的位置。
通常当动态的电网电压扰动过去，才重新激活内燃机中的点火。其中可以从内燃机或发电机的转速和/或相对的相位角变化中确定重新接通点火的时刻。尤其通过将旁通阀复位到像电网故障之前一样的初始位置，即其第一位置，可以实现，内燃机重新稳定地以像电网故障之前一样的功率继续运转。
原则上在这里也可以规定，所述至少一个旁通阀在电网故障消退之后关闭到相对于第一位置进一步关闭的第二位置并且在可给定的时间内保持在第二位置，优选所述至少一个旁通阀在可给定的时间之后基本上重新打开到第一位置。
按照一个特别优选的实施方式可以规定，在电网故障消退之后基本上在相同时刻执行激活点火和将所述至少一个旁通阀调节到与操作位置不同的位置。在这里重新激活点火可以构成用于操作旁通阀的触发事件。
也可以规定，在电网故障消退之后，在激活点火之后，优选在激活点火之后的可给定的时间之后，将所述至少一个旁通阀调节到与操作位置不同的位置。
换言之，在内燃机的正常运行状态下调节储备处于向上或向下，即调向较高的功率或较低的功率。按照本发明的一个优选的实施例，通过在电网故障消退之后进一步关闭所述至少一个旁通阀，即达到比电网故障之前进一步关闭的位置，并通过以这种方式快速地形成增压压力，充分使用向上的调节储备。通过这种方式内燃机能够在电网故障之后较快地重新达到额定负载/额定转速。
附图说明
下面借助结合附图的说明对本发明的其它细节和优点进行说明。附图如下：
图1与供电网连接的、可由内燃机驱动的发电机的示意的框图，
图2按照所建议的方法的一个实施例的旁通阀的阀位置的时间曲线，
图3按照所建议的方法的另一个实施例的旁通阀的阀位置的时间曲线以及内燃机点火的时间曲线。
具体实施方式
图1在示意性框图中显示发电机1，所述发电机与供电网3相连接。发电机1可以是交流发电机，所述交流发电机与三相供电网3连接。发电机1与内燃机2联接，所述内燃机在本实施例中形成为固定的燃气发动机。通过内燃机2可以驱动发电机1，以便产生电流，所述电流被馈入供电网3。通过空气输入管6向内燃机2输入增压空气L。增压空气L可以是例如燃料-空气混合物(例如用于混合物增压的内燃机)或基本上只是空气(例如用于空气增压的内燃机)。内燃机2的废气通过废气管8排走。内燃机2配置有至少一个涡轮增压器4，所述涡轮增压器按已知的方式在空气输入管6内具有压缩机5和在废气管8内具有与压缩机5相联接的废气涡轮机7。压缩机5通过涡轮增压器轴14与废气涡轮机7联接。在压缩机5的下游在空气输入管6内设置增压空气冷却器18，用于冷却压缩的增压空气L。增压空气L通过空气输入管6引导至压缩机5的压缩机入口5a。压缩机5的压缩机出口5b通入增压空气冷却器18内。
为了绕开压缩机5和/或废气涡轮机7在本实施例中设置两个旁通阀9、10。其中在压缩机旁通管路12中设置一个压缩机旁通阀9用于绕开压缩机5，所述压缩机旁通管路将压缩机入口5a与空气输入管6的在空气输入管6内设置的增压空气冷却器18的下游处相连接。在废气涡轮机旁通管路13中设置一个废气涡轮机旁通阀10用于绕开废气涡轮机7，所述废气涡轮机旁通管路将废气涡轮机入口7a直接与废气涡轮机出口7b相连接。
设置一个控制装置15用于探测电网故障，所述控制装置能够监控内燃机2和/或发电机1和/或供电网3的不同的运行参数，方式为：所述运行参数的相应的数值通过信号线16报告给控制装置15。例如能够监控一个或多个下述的运行参数：内燃机2的转速、发电机1的转速、发电机1和/或供电网3的电压、发电机1和/或供电网3的电压频率、发电机1和/或供电网3的电流。
如果通过识别所述至少一个运行参数的偏差而探测到电网故障，则控制装置15通过相应的控制线17将控制信号报告给压缩机旁通阀9和/或废气涡轮机旁通阀10，以便在探测到电网故障的时候或之后至少暂时地操作旁通阀9、10中的至少一个。
此外还可以通过另一条控制线17将控制信号报告给内燃机2，以便在探测到电网故障的时候或之后停止内燃机2中的点火。
图2所示为在时间t上旁通阀9、10的阀位置V的曲线以及在时间t上内燃机中2的点火11的曲线。在时刻T1探测到一个电网故障，例如动态的网络电压扰动。在该时刻旁通阀9、10处于第一位置S1。在探测到该电网故障之后在时刻T2旁通阀9、10打开到例如一个操作位置O。在可给定的操作时间Tv之后旁通阀9、10重新关闭。在所示的示例中发生旁通阀9、10关闭到一个相对于第一位置S1进一步关闭的第二位置S2。在可给定的时间Ts之后在时刻T5旁通阀9、10从其第二位置S2重新进入在出现电网故障之前旁通阀9、10所具有的第一位置S1。在所述整个变化过程中内燃机中2的点火11保持不变。
与图2类似，图3所示为阀位置V和内燃机中2的点火11的时间曲线，其中在本实施例中除了打开旁通阀9、10之外，暂时停止内燃机中2的点火11。在本实施例中在探测到电网故障之后在时刻T3停止内燃机中2的点火11并且在电网故障消退之后在时刻T4重新激活。在本实施例中旁通阀9、10的关闭以及点火11的激活基本上是在同一时刻T4进行。与按照图2的阀位置V的时间曲线相比较，在本实施例中在内燃机中2的点火11重新激活之前旁通阀9、10一直保持在操作位置O。在可给定的时间Ts之后在时刻T5旁通阀9、10从其第二位置S2重新进入在出现电网故障之前旁通阀9、10所具有的第一位置S1。

Claims (9)

1.在与发电机(1)连接的供电网(3)的电网故障的情况下、尤其是在动态的电网电压扰动的情况下与发电机(1)联接的内燃机(2)的运行方法，内燃机(2)包括涡轮增压器(4)，所述涡轮增压器在内燃机(2)的空气输入管(6)内具有压缩机(5)和在内燃机(2)的废气管(8)内具有与压缩机(5)相联接的废气涡轮机(7)，设有至少一个旁通阀(9、10)用于绕开压缩机(5)和/或用于绕开废气涡轮机(7)，在探测到电网故障的时候或之后，至少暂时地操作所述至少一个旁通阀(9、10)，并且在探测到电网故障的时候或之后，停止内燃机(2)中的点火(11)，在电网故障消退之后重新激活内燃机(2)中的点火(11)，所述至少一个旁通阀(9、10)在探测到电网故障之前具有第一位置(S1)，在探测到电网故障的时候或之后将所述至少一个旁通阀(9、10)调节到与第一位置(S1)不同的操作位置(O)，在电网故障消退之后将所述至少一个旁通阀(9、10)调节到与操作位置(O)不同的位置(S1、S2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述至少一个旁通阀(9、10)打开到比第一位置(S1)开得更大的操作位置(O)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述至少一个旁通阀(9、10)在可给定的操作时间(Tv)内保持在操作位置(O)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述至少一个旁通阀(9、10)在可给定的操作时间(Tv)之后基本上重新调节到第一位置(S1)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在可给定的操作时间(Tv)之后将所述至少一个旁通阀(9、10)关闭到相对于第一位置(S1)进一步关闭的第二位置(S2)，并且在可给定的时间(Ts)内保持在第二位置(S2)，优选将所述至少一个旁通阀(9、10)在可给定的时间(Ts)之后基本上重新打开到第一位置(S1)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在内燃机(2)或发电机(1)的转速达到可给定的转速值和/或发电机(1)的相对相位角变化达到可给定的值时，重新激活内燃机(2)中的点火(11)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述至少一个旁通阀(9、10)在电网故障消退之后关闭到相对于第一位置(S1)进一步关闭的第二位置(S2)并且在可给定的时间(Ts)内保持在第二位置(S2)，优选将所述至少一个旁通阀(9、10)在可给定的时间(Ts)之后基本上重新打开到第一位置(S1)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在电网故障消退之后基本上在相同时刻(T4)执行激活点火(11)和将所述至少一个旁通阀(9、10)调节到与操作位置(O)不同的位置(S1、S2)。
9.根据权利要求1～7中任一项所述的方法，其特征在于，在电网故障消退之后，在激活点火(11)之后，优选在激活点火(11)之后的预定的第二时间之后，将所述至少一个旁通阀(9、10)调节到与操作位置(O)不同的位置(S1、S2)。
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