CN107086607A - 发电机控制装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及发电机控制装置和方法以控制连接到电网的至少一个发电机的输出功率。本发明的目的是提供一种快速解决方案以抵抗电网频率不稳定。该目的利用根据独立权利要求所述的发电机控制装置和方法的特征解决。公开了发电机控制装置和方法以用于控制连接到电网的由涡轮机驱动的至少一个涡轮发电机的输出功率，该发电机控制装置带有固定式变频器、用于测量电网频率f el 的频率测量装置，并且固定式变频器用于依赖于测量的电网频率f el 运行涡轮发电机。
Description
技术领域
本公开涉及一种发电机控制装置和一种用于控制连接到电网的至少一个发电机的输出功率的方法。
发电机是被连接到燃气涡轮机或蒸汽涡轮机的同步发电机或异步发电机，称为涡轮发电机。电网通常是用于将电能供给到家庭和工业的公用电网。
背景技术
公共电功率供给由广阔的电网所提供。用于提供功率的主要的系统是高功率发电机(在下面为涡轮发电机)，该高功率发电机将电功率供给到电网。这些涡轮发电机通常由由不同的能量源(如煤炭、燃气或风)提供动力的涡轮机驱动。已知通过固定式变频器将涡轮发电机(尤其具有较高的功率的那些涡轮发电机)连接到电网，该固定式变频器使产生的频率适应于电网频率。固定式变频器使得带有已知的缺点的机械的齿轮箱成为不必要的。在运行电网时的主要的目标是保证可靠性、供给安全，改善电网效率，允许市场效率，并且使可再生能量生成大规模地集成到现有的电网中成为可能。特别地可再生能量的集成由于频率波动导致了运行稳定性问题。这些挑战引起了在系统运行性中的增加的复杂性。在此，尤其考虑了电网频率、电网频率的波动、以及在该背景中被连接的涡轮发电机的运行频率。
文件US2010/0032964A1公开了一种用于运行带有包括燃气涡轮机和涡轮发电机的涡轮机轴系(turbine shafting)的发电站的方法，该涡轮发电机直接地由燃气涡轮机驱动并且产生带有运行频率的交流电。涡轮发电机的输出连接到带有给定的电网频率的电网。电子脱耦设备(electronic decoupling apparatus)或可变电子齿轮箱(variableelectronic gearbox)布置在涡轮发电机和电网之间。脱耦设备使运行频率与电网频率脱耦。如果在电网中发生临时的过频或欠频事件，燃气涡轮机的机械的转动速度在电网的欠频事件期间比电网频率减少得更多并且在电网的过频事件期间比电网频率增加得更多。该描述的方法解决了在带有电网需要的背景中的若干问题。当电网是在欠频或过频状态中时所述方法尤其保证了在几秒的范围内的快速响应时间。尽管由文件US2010/0032964A1公开的该解决方案证明是可靠的并且快速的，但是对于这样的系统并且方法的未来要求甚至可能增加，尤其关于速度。
发明内容
本发明的一个目的是提供快速解决方案以抵抗电网频率不稳定。该目的利用根据独立权利要求所述的发电机控制装置和方法的特征解决。
本发明公开了一种发电机控制装置，该发电机控制装置用于控制连接到电网的由涡轮机驱动的至少一个涡轮发电机的输出功率，该发电机控制装置带有固定式变频器、用于测量电网频率f el 的频率测量装置，并且该固定式变频器(6)用于依赖于测量的电网频率f el 运行涡轮发电机(4)。
此外本发明公开了一种用于控制连接到电网的由涡轮机驱动的至少一个涡轮发电机的输出功率的方法，该方法带有步骤：测量电网频率f el 并且依赖于测量的电网频率f el 供给固定式变频器。
本发明特别地允许发电机运行对于电网频率不稳定的更快速的响应。特别地，本发明公开了控制方法论以用于提供快速频率响应，该快速频率响应处于在几乎是即时的同步的惯性响应和常规的热电厂的大于2s的主要频率响应之间的时间范围中。
本发明的另外的例子在从属权利要求中公开。
在一种例子中在电网频率f el 越过目标频率的上阈值的情况下涡轮机和涡轮发电机以高于额定速度的速度运行，从而降低输送到电网的电功率。
在电网频率f el 越过目标频率的下阈值的情况下，涡轮发电机以低于额定速度的速度运行，从而增加输送到电网的电功率。通过这种方式涡轮机发电机单元(涡轮机和涡轮发电机)的速度被调整以提供适合于电网的需要的快速电功率。
作为进一步的发展方案，连接到涡轮发电机的涡轮机向固定式变频器提供了可变的惯性功率。在此，涡轮机在轴的旋转速度方面为运行速度改变做准备。
在另一例子中发电机控制装置控制由由可再生源和/或低功率产生运行的涡轮机驱动的若干发电机组的输出功率，该发电机具有高频率变化。发电机控制装置那么与若干发电机连接并且以同等的方式操控所有连接的发电机的输出功率。
在另一例子中由转换器控制器从电网频率f el 中计算参考功率，该参考功率被供应到固定式变频器以控制输出功率。转换器控制器从频率测量装置接收测量的频率f el 的信号并且将参考功率信号传送到固定式变频器。
附图说明
其他的特征和优点以由在附图中的非限制性的例子所阐明的方式从发电机控制装置和方法的优选的但是非唯一的实施例的描述中将更加明显，在附图中：
图1示出了连接到涡轮发电机以及涡轮机并且连接到电网的发电机控制装置的示意性的框图，并且示出了将测量的电网频率传送到转换器控制器的频率测量装置，该转换器控制器计算参考功率以调整供应有来自涡轮发电机的电功率的固定式变频器。
参考符号列表
2 发电机控制装置
3 涡轮机
4 涡轮发电机
6 固定式变频器
12 频率测量装置
16 转换器控制器。
具体实施方式
图1示出了连接到涡轮发电机4和涡轮机3的由虚线框起来的发电机控制装置2的示意性的框图。涡轮机3和涡轮发电机4在此利用一根轴并且因此利用相同的轴速度运行。涡轮发电机4在用于高功率产生的工业环境中是通常由涡轮机3驱动的常见的发电机。可选地，多个涡轮发电机4能够被连接。发电机控制装置2被连接到电网，该电网是大规模地供给电能的公共电网。涡轮发电机4经由功率传输线缆被连接到固定式变频器6并且将电功率P el 传输到固定式变频器6。在此，固定式变频器6是通常用于转换的转换器。备选地，发电机控制装置2能够包含附加的固定式变频器(未示出)以满足描述的功能。功率传输在图1中被标记有n以针对产生的和传输的相的数量。固定式变频器6是高功率装置并且在现有技术中被描述成适合于使产生的功率的频率和振幅适应于电网需要。在图1中的右侧在电网侧处连接有频率测量装置12，该频率测量装置12测量电网的当前的频率f el 。电网由于若干参数具有波动，该波动危及运行可靠性。一个基本的参数是到电网中的可再生功率的渐增的供应。可再生功率产生是不太稳定的、不太可预测的并且因此相比传统的功率产生是不太可靠的。由频率测量装置12测量的f el 的频率数据在该例子中传送到转换器控制器16。转换器控制器16基本上从测量的频率f el 中计算参考功率P ref 。为此目的转换器控制器16包含处理器，该处理器从目标频率以及测量的频率f el 推导Δ频率参考(delta electrical frequencyreference)。从该Δ频率值中转换器控制器16基于电网操作员的预先限定的快速频率响应需要计算相应的需要的机械的参考轴速度。轴速度是涡轮发电机4和涡轮机3的共同轴的速度。机械的轴速度是实际的轴速度。机械的参考轴速度是新的目标速度，涡轮发电机4应当现在以该新的目标速度运行以提供电网频率支持。机械的参考轴速度和涡轮发电机4的测量的实际的轴速度的信号然后被使用以产生Δ轴速度信号。Δ轴速度信号在转换器控制器16中被转换成参考功率P ref 。参考功率P ref 继而是这样的电功率，即该电功率高于或低于通过涡轮发电机4待被供应到电网的实际的功率以在频率扰动期间支持电网并且将电网保持在安全的运行中。关于参考功率P ref 计算的数据被传送到固定式变频器6。转换器控制器16基于参考功率P ref 对固定式变频器6进行切换。假如电网频率f el 高于电网的目标频率或参考频率，参考功率P ref 计算成使得更少的电功率被输送到电网。特别地，转换器控制器16观察测量的电网频率f el 的上阈值或下阈值是否被越过。这些阈值由特定的电网需要决定。措施是然后减少注入到电网中的电功率并且因而降低电网频率。在该例子中这通过涡轮发电机4完成，该涡轮发电机4连接到固定式变频器6并且连接到电网。转换器控制器16触发固定式变频器6以减少涡轮发电机4的电功率P el ，该电功率P el 关联于参考功率P ref 。这意味着电功率的减少但是涡轮机机械功率保持不变，涡轮发电机4和涡轮机3的速度将增加。由涡轮发电机4产生的电功率P el 由固定式变频器6转移到电网。由固定式变频器6供给到电网的这样降低的功率导致了在取决于电网容量的某种程度上减少电网频率。在相反的情形中当电网频率f el 低于电网的目标频率或参考频率时，参考功率P ref 计算成使得从而更多的电功率被输送到电网。那么措施是添加电功率到电网并且因而增加电网频率，特别地在电网频率下降到下阈值之下的情况下。为此电功率P el 在固定式变频器6中增加了利用P ref 计算的值。需要的功率增加由转换器控制器16触发，该转换器控制器16促使了涡轮机3和涡轮发电机4的机械的轴速度的减少。供给到电网的电功率水平以该方式增加。相应地，电网频率增加以维护安全的电网运行。描述的发电机控制装置2的主要的性质是在仅仅一秒或更短的范围内的快速反应时间。对于电网频率扰动的该快速反应促进了改善的稳定性。发电机控制装置2和方法的快速反应时间大体上基于这样的事实，即对电网生效的时间延迟取决于用于频率测量的时间。这将发电机控制装置2和方法与现有技术解决方案相区分。
虽然已经参考本发明的示范性的实施例详细地描述了本发明，但是对于本领域的技术人员将明显的是，在不背离本发明的范围的情况下能够做出各种变化以及使用等同物。本发明的一种例子的前文的描述已经为了解释和描述的目的而呈现。不旨在是穷举的或将本发明限制到公开的精确的方式，并且改型和变型根据上面的教导是可能的或可从本发明的实践中获得。实施例被选择和被描述以为了解释本发明的原理以及其实际的应用以使本领域的技术人员能够利用本发明。旨在本发明的范围通过附加于此的权利要求及其等同物所限定。
Claims (7)
1.一种发电机控制装置(2)，该发电机控制装置用于控制连接到电网的由涡轮机(3)驱动的至少一个涡轮发电机(4)的输出功率，该发电机控制装置带有固定式变频器(6)、用于测量所述电网频率f el 的频率测量装置(12)，并且所述固定式变频器(6)用于依赖于所测量的电网频率f el 运行所述涡轮发电机(4)。
2.根据权利要求1所述的发电机控制装置(2)，其特征在于，在所述电网频率f el 越过目标频率的上阈值的情况下所述涡轮发电机(4)以高于额定速度的速度运行，并且在所述电网频率f el 越过目标频率的下阈值的情况下所述涡轮发电机(4)以低于额定速度的速度运行。
3.根据权利要求2所述的发电机控制装置(2)，其特征在于，连接到所述涡轮发电机(4)的所述涡轮机(3)将可变的惯性功率提供到所述固定式变频器(6)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的发电机控制装置(2)，其特征在于，所述发电机控制装置(2)控制由由可再生源和/或低功率产生运行的涡轮机(3)驱动的若干涡轮发电机(4)组的输出功率，该发电机(4)具有高频率变化。
5.根据前述权利要求中任一项所述的发电机控制装置(2)，其特征在于，由转换器控制器(16)从所述电网频率f el 中计算参考功率P ref ，该参考功率P ref 供应到所述固定式变频器(6)以控制所述输出功率。
6.一种方法，该方法用于控制连接到电网的由涡轮机驱动的至少一个涡轮发电机(4)的输出功率，该方法带有步骤：测量所述电网频率f el 并且依赖于所测量的电网频率f el 供应固定式变频器(6)。
7.根据权利要求6所述的用于控制至少一个涡轮发电机(4)的输出功率的方法，其特征在于，在所述电网频率f el 越过目标频率的上阈值的情况下以高于额定速度的速度运行所述涡轮发电机(4)，并且在所述电网频率f el 越过目标频率的下阈值的情况下以低于额定速度的速度运行所述涡轮发电机(4)。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170822 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |