CN107221963A - 智能电网同步方案 - Google Patents

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Abstract

本公开的发明名称是“智能电网同步方案”。一种控制系统（32）包含存储指令的存储器（36）以及配置成执行所述指令的处理器（34）。处理器（34）配置成接收电力网（28）电压的第一指示、接收电力网（28）相位角的第二指示、接收由发电机（26）提供的电力的发电机（26）电压的第三指示、以及接收由发电机（26）提供的电力的发电机（26）相位角的第四指示。处理器（34）配置成确定发电机（26）电压和电力网（28）电压之间的电压差额，以及发电机（26）相位角和电力网（28）相位角之间的时间差。处理器（34）配置成生成引起发电机（26）电压和发电机（26）相位角分别与电力网（28）电压和电力网（28）相位角同步的信号。

Description

智能电网同步方案
技术领域
本文中所公开的主题涉及电力网，且更特定地，涉及改善电力发电机和电力网之间的同步。
背景技术
发电机常常被用来给电力网提供电，以给一个或更多负载提供功率。发电机可基于涡轮机（诸如燃气涡轮机、蒸汽涡轮机）或另一原动机的操作来按照一定的电压振幅、相位、以及频率进行操作。例如，涡轮机可提供转动能量到发电机内转动的轴。轴可基于涡轮机的各种设置，诸如进入涡轮机的空气以及燃料的量来转动。为了输出电力到电力网，由发电机生成的电力被控制与电力网上的电力同步，且电路断路器被关闭以将发电机与电力网电耦合。即，由发电机生成的电力的参数（诸如由发电机提供的电压振幅、相位、以及频率）可被控制落入在关闭电路断路器之前电网的相应参数（诸如电压振幅、相位、以及频率）的范围之内。
常规系统可包括同步方案，其中跨断路器的电压被感测，且通过发送数字开/关脉冲到电压调节器来调整发电机的电压和速度，从而调整所生成的电压以符合电网电压。这些脉冲被用来匹配发电机电压，且增大或减小涡轮机的速度以使相位角与电网匹配。然而，搜索发现与电力网的电压和相位角相对应的涡轮机的速度可花费相当大数量的时间，从而延迟同步。进一步地，响应时间中的延迟可在弱或动态电网期间被放大，从而导致人工干预，这可花费甚至更多的另外时间来进行同步。因为同步发电机电力与电力网可花费增大的时间量，电网可变得过载或进一步失稳，从而导致断电。备选和/或另外地，涡轮机可在同步期间浪费电力，导致燃料的低效率使用。
发明内容
下面总结了与原始要求保护的发明在范畴上相称的某些实施例。这些实施例不旨在限制所要求保护的发明的范畴，反而这些实施例只是旨在提供本发明的可能的形式的简要的总结。事实上，本发明可涵盖可与以下所陈述的实施例类似或不同的各种形式。
在第一实施例中，一种控制系统包含存储指令的存储器，以及处理器，所述处理器配置成执行所述指令且配置成接收电力网电压的第一指示、接收电力网相位角的第二指示、接收由发电机提供的电力的发电机电压的第三指示、接收由所述发电机提供的电力的发电机相位角的第四指示、确定所述发电机电压和所述电力网电压之间的电压差额以及所述发电机相位角和所述电力网相位角之间的时间差、以及至少部分地基于所述电压差额和所述时间差来生成引起所述发电机电压和所述发电机相位角分别与所述电力网电压和所述电力网相位角同步的信号。
在第二实施例中，一种非暂态计算机可读媒体包含配置成被控制系统的处理器执行的指令，其中所配置的指令引起所述处理器接收电力网上的电力的电压相位角的指示、接收由发电机提供的电力的电压相位角的指示、确定所述发电机电压相位角与所述电力网电压相位角之间的时间差、发送第一信号以至少部分地基于所述时间差控制所述发电机电压相位角、以及发送信号到电路断路器以在所述时间差位于容限之内时关闭所述电路断路器，从而将所述电力网电耦合到所述发电机。
在第三实施例中，一种方法包含经由处理器接收指示电力网上的电力的电力网电压的电力网信号、经由所述处理器接收指示由发电机提供的电力的发电机电压的发电机信号、经由所述处理器确定所述发电机电压和所述电力网电压之间的电压差额、以及经由所述处理器发送信号来调整控制所述发电机电压的控制器，以引起所述发电机基于所述电压差额的大小（magnitude）进行同步。
本公开由此提供以下技术方案：
1. 一种控制系统（32），包括：
存储器（36），存储指令；以及
处理器（34），配置成执行所述指令且配置成：
接收电力网（28）电压的第一指示；
接收电力网（28）相位角的第二指示；
接收由发电机（26）提供的电力的发电机（26）电压的第三指示；
接收由所述发电机（26）提供的电力的发电机（26）相位角的第四指示；
确定所述发电机（26）电压和所述电力网（28）电压之间的电压差额，以及确定所述发电机（26）相位角和所述电力网（28）相位角之间的时间差；以及
至少部分地基于所述电压差额和所述时间差，生成引起所述发电机（26）电压和所述发电机（26）相位角分别与所述电力网（28）电压和所述电力网（28）相位角同步的信号。
2. 如技术方案1所述的控制系统（32），其中所述处理器（34）配置成发送所述信号到控制所述发电机（26）电压的电压调节器（42），使得所述电压差额被降低。
3. 如技术方案1所述的控制系统（32），其中所述处理器（34）配置成发送所述信号以在所述电力网（28）和所述发电机（26）之间的同步期间调整控制器（42）的比例、积分、或微分（PID）增益因子中的至少一个。
4. 如技术方案3所述的控制系统，其中所述处理器（34）配置成基于所述电压差额的大小来调整所述PID增益因子中的至少一个。
5. 如技术方案1所述的控制系统（32），其中所述处理器（34）配置成经由人机接口（HMI）（44）或从所述存储器（36）检索来获得所述电力网（28）电压和所述发电机（26）电压之间被接受的容限的阈值，以控制何时所述发电机（26）电压和所述发电机（26）相位角被视为与所述电力网（28）电压和电力网（28）相位角同步。
6. 如技术方案1所述的控制系统（32），其中所述处理器（34）配置成从电压感测变压器（38）接收所述第一和第二指示。
7. 如技术方案1所述的控制系统（32），其中所述处理器（34）配置成：
获得在对应点的所述电力网（28）电压和所述发电机（26）电压的被测量的样本；
从所取样的发电机（26）电压减去所取样的电力网（28）电压；以及
将所述电压差额识别为所取样的电力网（28）电压和所取样的发电机（26）电压之间的差。
8. 如技术方案1所述的控制系统（32），包括：
第一电压感测变压器（38），所述第一电压感测变压器（38）从所述电力网（28）接收所述第一和第二指示；以及
第二电压感测变压器（40），所述第二电压感测变压器（40）接收由所述发电机（26）提供的电力的所述第三和第四指示。
9. 如技术方案1所述的控制系统（32），其中所述处理器（34）配置成至少部分地基于所述时间差来确定涡轮机（12）的速度中的改变。
10. 如技术方案1所述的控制系统（32），其中所述处理器（34）配置成将均方根电压差额确定为所述电压差额。
11. 一种非暂态计算机可读媒体，包括配置成由控制系统（32）的处理器（34）执行的指令，其中所述指令包括配置成引起所述处理器（34）执行以下操作的指令：
接收电力网（28）上的电力的电力网（28）相位角的第一指示；
接收由发电机（26）提供的电力的发电机（26）相位角的第二指示；
确定所述发电机（26）相位角和所述电力网（28）相位角之间的时间差；
发送第一信号以至少部分地基于所述时间差来控制所述发电机（26）相位角；以及
发送第二信号到电路断路器以在所述时间差位于容限之内时关闭所述电路断路器，从而将所述电力网（28）电耦合到所述发电机（26）。
12. 如技术方案11所述的非暂态计算机可读媒体，包括配置成引起所述处理器（34）执行以下操作的指令：发送所述第一信号到控制发电机（26）速度的电压调节器，以控制所述发电机（26）相位角，其中所述发电机（26）速度至少部分地基于当前发电机（26）速度以及所述时间差来被控制。
13. 如技术方案11所述的非暂态计算机可读媒体，包括配置成引起所述处理器（34）执行以下操作的指令：通过基于被所述时间差所除的常数将当前发电机（26）速度调整到更新的速度来调整发电机（26）速度。
14. 如技术方案11所述的非暂态计算机可读媒体，包括配置成引起所述处理器（34）执行以下操作的指令：通过比较发电机（26）电压交叉零电压线的时间与电力网（28）电压交叉所述零电压线的时间，来确定所述时间差。
15. 如技术方案11所述的非暂态计算机可读媒体，包括配置成引起所述处理器（34）执行以下操作的指令：经由人机接口（HMI）（44）或从操作耦合到所述处理器（34）的存储器（36）检索来获得所述电力网（28）相位角与所述发电机（26）相位角之间被接受的容限的选择阈值，以控制何时所述发电机（26）相位角被视为与所述电力网（28）相位角同步。
16. 一种方法，包括：
经由处理器（34）接收指示电力网（28）上的电力的电力网（28）电压的电力网（28）信号；
经由所述处理器（34）接收指示由发电机（26）提供的电力的发电机（26）电压的发电机（26）信号；
经由所述处理器（34）确定所述发电机（26）电压和所述电力网（28）电压之间的电压差额；以及
经由所述处理器（34）发送控制信号来调整控制所述发电机（26）电压的控制器（42），以引起所述发电机（26）基于所述电压差额的大小进行同步。
17. 如技术方案16所述的方法，包括发送所述控制信号到经由发电机（26）激励来控制所述发电机（26）电压的电压调节器，使得所述电压差额被降低。
18. 如技术方案16所述的方法，包括在所述电力网（28）和所述发电机（26）之间的同步期间基于所述控制信号来调整所述控制器（42）的比例、积分、或微分（PID）增益因子中的至少一个。
19. 如技术方案18所述的方法，包括与所述电压差额的所述大小成比例地调整所述PID增益因子。
20. 如技术方案16所述的方法，包括：
获得在对应点的所述电力网（28）电压和所述发电机（26）电压的测量样本；
从所取样的发电机（26）电压减去所取样的电力网（28）电压；以及
将所述电压差额识别为所取样的电力网（28）电压和所取样的发电机（26）电压之间的差。
附图说明
本发明的这些以及其它特征、方面、以及优势在参考附图阅读以下详细描述时，将变得更好地被理解，在附图中，相似的字符表示在图的各处相似的部分，其中：
图1是同步系统的框图，该同步系统具有同步由发电机提供的电力与电力网上的电力的控制系统；
图2示出由控制系统从图1的发电机和电力网所接收的数据的曲线图；以及
图3是由图1的控制系统的处理器所执行的以同步由发电机提供的电力与电力网上的电力的过程的流程图。
具体实施方式
本发明的一个或更多具体实施例将在下面被描述。在努力提供这些实施例的简明描述中，实际实现的所有特征可不在本说明书中被描述。应当被领会到的是，在任何此类实际实现的开发中，正如在任何的工程或设计项目中一样，许多的实现特定的决定（诸如遵守系统相关的以及商业相关的约束，其从一个实现到另一个实现可以是变化的）必须被做出，以达成开发者的特定目标。此外，应当被领会到的是，此类开发努力可以是复杂且耗费时间的，但对于得到本公开的益处的那些普通技术人员来说，仍然将是承担设计、制造、以及加工的例程。
在介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一（a）”、“一（an）”、“所述（the）”、以及“所述（said）”旨在意味存在所述元件中的一个或更多。术语“包括（comprising）”、“包含（including）”、以及“具有（having）”旨在是包含的，且意味可存在不同于所列的元件的另外的元件。
本公开的实施例涉及用来降低在关闭将来自发电机的电力与不稳定的电力网上的电力进行耦合的断路器时的同步延迟的系统与方法。常规地，可基于用来增大或减小涡轮机的速度和/或发电机的激励的数字脉冲，来将发电机同步到电力网。基于所述脉冲，涡轮机和/或发电机可调整设置（例如，空气和燃料的流量），来将由发电机提供的电力的相位角和电压大小带入电力网上的电力的相位角和电压的范围之内。例如，在电网不稳定的事件中，电力网的相位角和电压的微振动可引起在搜寻同步由发电机提供的电力与电力网的电力的相位角和电压所花费的时间上的增大。因为同步发电机电力和电力网可花费增大的时间量，电网可变得过载或进一步失稳，从而导致断电。备选和/或另外地，涡轮机可在同步期间浪费电力，从而导致燃料的低效率使用。
控制系统可被用来处理在将发电机同步到电压和频率容限（所述容限使发电机能够电耦合到电力网）内中的延迟。控制系统可从耦合到电力网的电力网电压感测变压器（transformer）接收指示电力网上的电力的电压和相位角（例如，电压相位角）的电力网信号。控制系统可从耦合到从发电机延伸的电力线的、检测由发电机提供的电力的电压和相位角（例如，电压相位角）的发电机电压感测变压器接收发电机信号。控制系统可通过计算电力网电压和发电机电压之间的电压差额以及通过计算电力网的相位角和由发电机提供的电力的相位角之间的时间差额，来同步由发电机提供的电力的电压和相位角。控制系统可然后发送信号到自动电压调节器，以基于所计算的电压差额和时间差额来控制涡轮机的速度和/或发电机的激励。
作为介绍，图1是电力同步系统10的图，电力同步系统10包含具有压缩机14、燃烧室16、以及涡轮机18的燃气涡轮机12。燃气涡轮机12可接收要被压缩机14进行压缩的空气20。所压缩的空气与燃料22混合，且空气-燃料混合物在燃烧室16中被燃烧。空气和燃料的燃烧混合物可被用来转动涡轮机18的一个或更多叶片。涡轮机18的转子可被耦合到轴24，来提供转动能量到发电机26。尽管燃气涡轮机12在以上被描述，但依照本文中所描述的实施例，生成电力的任何电力生成系统（例如，蒸汽或另一原动机）可适合于被使用。
发电机26将轴24的转动能量转换成电来提供电力到电力网28。电力网28和/或发电机26可各自按照标称电压（诸如10.5千伏（kV）或更小、11 kV、或11.5 kV或更大）进行操作。发电机26可通过关闭电路断路器30和/或通过打开电路断路器30（电解耦）来电耦合到电力网28以及从电力网28电解耦。为了确保到电力网28的连接的稳定性，燃气涡轮机12和/或发电机26的操作特性可在关闭电路断路器30之前与电力网28的电力特性同步。另外的考虑，诸如相的数量、相位的转动、电压窗口、频率窗口、以及相位角窗口可被考虑用来启动同步以及因此用来启动电路断路器30的关闭。此外，相位的数量以及相位的转动可在设备选择时间被校验。与燃气涡轮机12的物理特性（例如，转动、扭矩等）相对应的由发电机26提供的电力的电压振幅、相位、和/或频率可通过调整到燃气涡轮机12的输入（诸如空气20和燃料22）来被调整，以匹配电力网28的电压振幅、相位、和/或频率。当由发电机26产生的电压振幅、相位、和/或频率在电力网28的电压振幅、相位、以及频率的许可范围（例如，在电压窗口、频率窗口、和/或相位窗口之内）之内时，则控制系统32发送关闭电路断路器30的信号。
如先前所指出的，电力网28和发电机26的电压以及相位可在关闭电路断路器30之前被同步在可允许的范围内。由发电机26提供的电压特性可经由自动电压调节器（AVR）42通过改变发电机激励电压（例如，通过控制发电机的磁场）来被控制。1每单元（PU）的AVR 42设置可从标称的电网电压被推导出。此外，电力网28的相位角和由发电机26生成的电力的相位角可通过控制燃气涡轮机12的速度（例如，经由空气20和燃料22）来被同步（例如，近似匹配）。在一些系统中，电压和相位角可由数字同步器模块（DSM）进行控制，数字同步器模块（DSM）发送数字脉冲信号到原动机速度管理器，来通过对发电机的电压和/或相位角进行增加来搜索期望的电压水平（直到所述期望的电压和/或相位角被发现）。例如，DSM可发送脉冲来在最靠近的相位重合（coincidence）的方向上改变燃气涡轮机12的速度。关于电压窗口，DSM可发送脉冲来改变发电机激励电压。然而，当电力网28不稳定（例如，其中相比稳定电网，电压波动更可能发生）时，基于控制回路中的脉冲来达成期望的电压窗口和相位角窗口可引起延迟。进一步地，由于所述脉冲没有解决（account for）不稳定电网中的波动，所述延迟可牵涉运营商或电网调度商进行干预或改变AVR 42设置，来达到期望的电压和/或相位角。
为了降低同步电压和/或相位角中的延迟，电力同步系统10可包含控制系统32，控制系统32具有处理器34或多个处理器以及存储器36。处理器34可操作耦合到存储器36，以执行用于实行目前所公开的技术的指令。这些指令可被编码在程序中或是存储在有形非暂态计算机可读媒体（诸如存储器36和/或其它存储装置）中的代码。处理器34可以是通用处理器、芯片上系统（SoC）装置、专用集成电路、或某一其它处理器配置。
存储器36可包含任何非暂态、计算机可读媒体，诸如（没有限制）硬盘驱动器、固态驱动器、磁盘、闪速驱动器、紧致盘（CD）、数字视频盘（DVD）、随机存取存储器（RAM）、和/或使处理器34能够存储、检索、和/或执行指令和/或数据的任何适合的存储装置。存储器36可进一步包含一个或更多本地和/或远程存储装置。
控制系统32可被编程或配置成（例如，经由处理器34和存储器36来执行）经由检测电力网28的电力特性的电力网电压感测变压器（VT）38以及检测由发电机26提供的电力的电力特性的发电机电压感测变压器（VT）40来接收一个或更多信号。例如，处理器34可经由电力网VT 38和发电机VT 40来分别接收指示电力网28和发电机26上的电力的电压大小、相位、和/或频率的信号。处理器34可按照避免信号混叠的样本速率（例如，大于8次每循环）来接收电力网VT 38和/或发电机VT 40的电压的样本值。进一步地，为了确保稳定的样本，处理器34可接收对于预设的时间或循环（即，周期）的数量（诸如一个、两个、五个、十个、或更多的循环）的样本。比如，按照50赫兹的五个循环可花费近似100毫秒（ms）。处理器34可将接收的样本值转换成关联于在一时间值的一电压值（V，T）的坐标。
控制系统32可通信耦合到AVR 42和人机接口（HMI）44。HMI可包含显示器和/或其它输入以及输出，以使运营商能够选择选项/值，诸如电压窗口的容限限制、相位角窗口的相位角限制、或诸如此类。进一步地，HMI可允许由控制系统32接收的信号的数据被观看。控制系统32可经由以太网、无线连接、或任何其它适合的方法来通信地被耦合。
图2示出在跨时间50的循环期间，表示电压随时间的变化的发电机波形52以及表示电压随时间的变化的电网波形54的示例的曲线图48。处理器34可经由电力网VT 28来接收电力网28上的电压以及经由发电机VT 40来接收由发电机26提供的电压。尽管曲线图48可被显示在关联于控制系统32、AVR 42或HMI 44的显示器上，但曲线图48意在是说明性的，且数据可在不被显示的情况下简单地由处理器34进行处理。如曲线图48中所示，落在波形52和54上的每一个坐标可由处理器34从每一个样本来确定，且其可包含发电机波形52和/或电力网波形54的电压和时间值。波形的对应值可被使用，比如，用来计算对于对应点（例如，零交叉、时间、电压等）的电力网电压和发电机电压之间的差。
图3示出用于同步燃气涡轮机与电力网，使得断路器可被关闭的过程56。图3在下面连同图2的曲线图48被讨论。下面所讨论的过程56可作为被处理器34执行的指令（例如，运行代码）来存储在控制系统32的存储器36中。在框58，处理器34可通过将AVR 42设置点（setpoint）调整为Vgrid，使得发电机26配置成符合电力网28的期望电压来开始。
在框60和62，处理器34可分别收集电力网VT 38数据样本和发电机VT 40数据样本。例如，如图2中所示，处理器34可接收对应于坐标64（V2，T1）指示电力网电压的信号，以及对应于坐标66（V1，T1）指示发电机电压的信号。在框68和70，处理器34可然后分别将Vgrid样本和Vgen样本存储在数据阵列中。
进一步地，在框72，处理器34可继续收集样本，直到已达到样本的预设的阈值数量。例如，如果控制系统32配置成对于一定数量的循环来测量每循环一定数量（例如，八个）的样本，则处理器34可继续从电力网VT 38以及发电机VT 40中的每一个来收集样本，直到阈值数量（例如，四十个）的样本被测量。尽管过程56将框60和68与框62和70并行地示出，但在一些实施例中，这些步骤可以顺序地而不是同时地被执行。例如，框60和68可先于框62和70，或反之亦然。
当在框72已达到了预设的阈值时，处理器34可然后计算Vgrid样本和Vgen样本之间的电压差额。从曲线图48，以下的方程可被推导出：
电压差额（Vgap）=V2-V1=Vgrid-Vgen （1）
其中，V2是在时间T1的电力网电压且V1是在时间T1的发电机电压。进一步地，对于预设数量的循环，所述样本可被用于均方根（RMS）计算，其中Vgap的平均电力在框74被计算：
Vgap=RMS（Vgrid,i）-RMS（Vgen,i） （2）
其中，i是样本数量。
在框76，处理器34可接收容限或百分比阈值电压（Vd%）值（其为Vgen和Vgrid之间的被接受容限）。尽管处理器56包含经由HMI 44接收容限值的选择，但在其它实施例中，处理器34可简单地具有默认的预设值（例如，1%、3%、或5%）。进一步地，在一些实施例中，处理器34可在运营商改变默认值以定制基于系统配置的容限时，经由HMI 44接收被调整的值。
在框78，处理器34可确定Vgen值是否大于Vgrid值的容限水平。如果Vgen大于关于Vgrid的容限值（Vd%），则处理器34还确定计时容限阈值（如下面所讨论的）。如果计时阈值和电压阈值都是符合的（框80），则处理器34可发送信号来在框82关闭断路器30。
在框83，如果电压阈值尚未符合，则处理器34可发送信号到AVR 42，以基于Vgen调整发电机电压。例如，处理器34可经由以太网发送对于AVR 42的被调整的发电机电压，以解决电力网28和发电机26之间的电压差。即，替代搜索或搜寻以匹配发电机电压与电力网28的电压，处理器34可确定发电机26的电压和电力网28的电压之间的差，从而降低用来调整由发电机26提供的电压以用于同步的时间量。
在框84，处理器34可发送信号到AVR 42，以在同步过程期间更新AVR 42的比例-积分-微分（PID）增益。即，控制系统32可通过在同步过程期间调整PID增益因子，能够实现AVR42中更快的电压响应，以达成比在PID控制器中使用预设值更快的同步。例如，AVR 42 PID控制的比例（KPP）和积分（KIR）增益将动态地被调整，以增大或减小电压斜变速率（voltageramp rate）。相比较于使用常数值作为增益因子，通过改变AVR 42的PID控制因子，减小在由发电机26提供的电压和电力网28的电压之间的误差的反应时间可被降低。照此，相比较使用预设增益因子的AVR 42，由处理器34发送的到AVR 42的控制发电机26的控制信号可能够实现与电力网28更快的同步。
处理器34可基于发电机电压来更新KPR和KIR，并发送信号到AVR 42指示所更新的KPR和KIR因子。处理器34可利用查找表来控制被用来调整AVR响应速率的增益值。下面的表1是可被用来调整AVR响应速率的值的示例。
表1 增益因子
AVR 42可然后接收用来调整AVR响应速率的KPR和KIR值。基于所接收的值，AVR 42可发送信号到发电机激励电路，以迅速增大或减小发电机的激励，从而控制由发电机26提供的电压。例如，如果电力网上的电压和由发电机提供的电压之间的差是小差，则处理器34可发送KPR和KIR的较低值，来被使用在PID控制器中以降低在降低电网与发电机的电压之间的差时超过靶电压的可能性。相反地，如果电力网和发电机电压之间的差大于小差，则处理器34可发送较大的KPR和KIR值，来被AVR使用以更加激进地（aggressively）降低差（相比较于小差）。即，处理器34可发送调整AVR 42的PID控制器的信号，以引起发电机26基于电压差额的大小进行同步，其中电压差额的大小与从查找表选择的增益值成比例。通过发送信号来调整AVR 42的PID设置，处理器34可使由发电机26生成的电力能够按照比搜寻匹配电压的脉冲技术更快的速率进行同步。
在框85，处理器34可基于对应于电力网28的电压以及由发电机26提供的电压为零的时间（即，其中Vgrid和Vgen=0的时间）的坐标的样本，来识别零交叉时间。例如，如图2中所示，处理器34可将坐标86（V0，Tb）和坐标88（V0，Ta）分别识别为电力网波形54和发电机波形52的零交叉时间。进一步地，在框90，处理器34可计算相位位移，其中相位位移（Tb-Ta）是在当电力网的电压交叉零电压线（Tb）时与当由发电机提供的电压交叉零电压线（Ta）时之间的时间差。
在框92，处理器34可接收指示电力网28和发电机26的相位之间的容限的相位角（例如，Φ）的选择。在一些实施例中，该值可按照经由HMI 44从用户所接收的来预设。在框94，处理器34可使用以下的方程来将相位角转换成时间阈值（Td）：
其中Φ是以度数形式的所接收的相位角，且F是轴24的频率。
然后，处理器34可将发电机Tgen的时间与时间阈值Td进行比较。如果Tgen大于或等于阈值Td（框96）且Vgen大于Vd%（框80），则处理器34可发送信号来在框82执行断路器关闭。如果Tgen不大于或等于Td以及Vd%，则处理器可调整发电机速度（如下面所讨论的）。
在框98，处理器34可计算RPM速度（dSpeed）中的期望改变。如在下面所描述的，为了补偿相位位移，涡轮机速度可基于计算的RPM来被增大或降低。
其中，RPM是发电机26内轴24的每分钟旋转。从方程（4），如果发电机26是两极发电机26，则可推导出以下方程：
其中T是时间周期（1/F）。照此，RPM速度中的期望改变可通过以下方程被确定：
在框100，控制系统32可然后发送信号到燃气涡轮机12，以基于当前发电机RPM速度（NSDRef）和RPM速度中的期望改变来调整发电机RPM速度。例如，控制系统32可将被调整的发电机RPM速度设置发送到速度管理器，以解决发电机26的相位角和电力网28的电压的相位角之间的差。即，替代搜索或搜寻以匹配发电机相位与电力网28的相位，处理器34可确定发电机26的相位角和电力网28的相位角之间的差。然后，处理器34可发送指示被调整的发电机RPM设置的信号到速度管理器，以降低用来调整涡轮机速度以用于同步的时间量，从而降低用来关闭断路器30的时间。
本发明的技术效果包含发送信号到自动电压调节器（AVR）以及速度管理器，以控制发电机和燃气涡轮机对由发电机提供的电力与电力网上的电力进行同步。在一些实施例中，控制系统从电力网和发电机接收电压和相位角。在某些实施例中，控制系统确定发电机电压和电力网电压之间的电压差额，以及发电机相位角与电力网相位角之间的时间差。在一些实施例中，控制系统可发送信号来基于该电压差额和时间差调节由发电机提供的电力的发电机电压和发电机相位角。通过发送信号到AVR，燃气涡轮机的速度可被控制来与电力网同步。
该书面描述使用示例来公开本发明，包含最佳模式，且还使得本领域中的任何技术人员能够实践本发明，包含制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范畴由权利要求来定义，且可包含本领域中的那些技术人员想到的其它示例。如果它们具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或如果它们包含与权利要求的字面语言有非本质差异的等同结构元件，则此类其它示例旨在位于权利要求的范畴之内。

Claims (10)

1. 一种控制系统（32），包括：
存储器（36），存储指令；以及
处理器（34），配置成执行所述指令且配置成：
接收电力网（28）电压的第一指示；
接收电力网（28）相位角的第二指示；
接收由发电机（26）提供的电力的发电机（26）电压的第三指示；
接收由所述发电机（26）提供的电力的发电机（26）相位角的第四指示；
确定所述发电机（26）电压和所述电力网（28）电压之间的电压差额，以及确定所述发电机（26）相位角和所述电力网（28）相位角之间的时间差；以及
至少部分地基于所述电压差额和所述时间差，生成引起所述发电机（26）电压和所述发电机（26）相位角分别与所述电力网（28）电压和所述电力网（28）相位角同步的信号。
2.如权利要求1所述的控制系统（32），其中所述处理器（34）配置成发送所述信号到控制所述发电机（26）电压的电压调节器（42），使得所述电压差额被降低。
3.如权利要求1所述的控制系统（32），其中所述处理器（34）配置成发送所述信号以在所述电力网（28）和所述发电机（26）之间的同步期间调整控制器（42）的比例、积分、或微分（PID）增益因子中的至少一个。
4.如权利要求3所述的控制系统，其中所述处理器（34）配置成基于所述电压差额的大小来调整所述PID增益因子中的至少一个。
5.如权利要求1所述的控制系统（32），其中所述处理器（34）配置成经由人机接口（HMI）（44）或从所述存储器（36）检索来获得所述电力网（28）电压和所述发电机（26）电压之间被接受的容限的阈值，以控制何时所述发电机（26）电压和所述发电机（26）相位角被视为与所述电力网（28）电压和电力网（28）相位角同步。
6.如权利要求1所述的控制系统（32），其中所述处理器（34）配置成从电压感测变压器（38）接收所述第一和第二指示。
7.如权利要求1所述的控制系统（32），其中所述处理器（34）配置成：
获得在对应点的所述电力网（28）电压和所述发电机（26）电压的被测量的样本；
从所取样的发电机（26）电压减去所取样的电力网（28）电压；以及
将所述电压差额识别为所取样的电力网（28）电压和所取样的发电机（26）电压之间的差。
8. 如权利要求1所述的控制系统（32），包括：
第一电压感测变压器（38），所述第一电压感测变压器（38）从所述电力网（28）接收所述第一和第二指示；以及
第二电压感测变压器（40），所述第二电压感测变压器（40）接收由所述发电机（26）提供的电力的所述第三和第四指示。
9.如权利要求1所述的控制系统（32），其中所述处理器（34）配置成至少部分地基于所述时间差来确定涡轮机（12）的速度中的改变。
10.如权利要求1所述的控制系统（32），其中所述处理器（34）配置成将均方根电压差额确定为所述电压差额。
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