一种运行与发电机、尤其是同步发电机相连接的内燃机的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在与发电机相连接的供电网中产生电网故障期间、尤其在发生电短路期间运行与发电机、尤其是同步发电机相连接的内燃机的方法，其中，由内燃机所输出的机械功率被引入到发电机中，并且在发电机中转化为电功率，其中，该电功率被输出到供电网上。
【背景技术】
[0002]在供电网中产生电网故障期间，尤其在供电网中产生电短路并且与之相关联的电源电压下降期间，在与供电网相连接的发电机、尤其同步发电机中可能产生发电机工作参数的不良的变化，例如转速或者负载角度的变化。根据已知方式，把发电机的定子的旋转磁场的矢量和发电机转子的旋转磁场的矢量之间的角度称为负载角度。
[0003]电源电压的下降导致发电机对供电网的电功率的输出明显减小。在发电机的转子与内燃机(例如，燃气发动机)的驱动转子的发动机轴相连接的通常构造中，该电功率下降可以导致内燃机的相应的转速提高并且因此导致转子的转速提高。因此，可能丧失发电机与供电网的同步或者甚至引起发电机的损坏。
[0004]识别供电网中的电网故障例如可以通过以下方法来实现，S卩，监视供电网的电源电压和/或由发电机供给到供电网中的电流和/或发电机或者内燃机的转速和/或内燃机的发动机轴上的转矩或者发电机的转子轴上的转矩，其中，在至少一个这种监视的工作参数产生变化时，通过可预先确定的阈值来探测电网故障。在此，还可以设定，如果多个这种工作参数具有关于可预先确定的阈值的相应变化，如果这样例如电源电压、电流和转速具有相应的偏差，那么所产生的变化首先作为电网故障被探测到。发电机可以在电网故障期间与供电网保持连接。
[0005]为了对这种电网故障作出反应，传统的方法是，利用相应的方法抵抗发电机转速的这种提高和与之相关的负载角度的增大。如此，利用降低转速和减小负载角度的传统方法。这种示例性的方法是减少加速力矩，方式为:相应地限制与发电机相连接的内燃机。
[0006]但是已表明，传统的方法在电网故障时在某些情况下存在缺点。可能发生下面的这些情况，即，发电机的转速在出现电网故障时没有提高，而是首先下降。对于本领域技术人员根据英语专业术语“回摆”已知的影响，这可能在一定情况下甚至导致发电机的磁极滑动。另一方面，磁极滑动导致发电机的不稳定，在发电机不稳定时，发电机不再如理想的那样可以将由内燃机通过发动机轴弓I入到转子中的机械功率转化为电功率。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是避免上述缺点，并且给出一种相对于现有技术改进的、在供电网中发生电网故障期间运行与发电机、尤其是同步发电机相连接的内燃机的方法。
[0008]根据本发明，该目的通过权利要求1的特征来实现。在从属权利要求中给出本发明的有利设计方案。
[0009]本申请涉及次瞬态效应，即:在电网故障之后的几十毫秒(ms)的时间刻度内发生的事件。优选地，本发明在这样的供电网中被采用，即在该供电网中，通过本发明内燃机馈电到供电网中的功率与供电网的总功率相比明显较小(例如小于10%，优选地小于1% ) O
[0010]就是说根据本发明设定，根据在电网故障之前和/或在电网故障期间发电机和/或内燃机的至少一个工作参数的值，至少暂时地提高由内燃机输出的机械功率，优选地，方式为:提高引入到内燃机中的燃料的量。
[0011]因此，可以抵抗尤其是在回摆期间所产生的转速下降，该转速下降在不利的情况下甚至可能导致发电机的磁极滑动。
[0012]根据优选的实施例可以设定，燃料借助至少一个燃料计量装置被引入到内燃机中，优选被引入到内燃机的进气道中，其中，优选地，内燃机的每个汽缸设有一个燃料计量装置。在此可以设定，通过改变至少一个燃料计量装置的打开位置和/或打开时间来提高引入到内燃机中的燃料的量，其中，所述至少一个燃料计量装置可以构成为口喷射阀(Port-1nject1n-Ventil)。
[0013]尤其在功率例如为大于3MW的大型燃气发动机中可以设定，首先可直接在进气阀之前实现混合气形成。在所谓的空气增压式发动机中，可以通过相应的燃料计量装置为每个汽缸单独地计量燃料。在压缩机单元之前的气体混合器中央实现混合气形成的混合增压发动机由于从混合气形成到燃烧室的距离长而仅缓慢地对燃料或者气体计量起作用期间，具有燃料计算装置(例如，为口喷射阀的形式)的空气增压式发动机的反应时间大大减少。这样，通过燃料计量装置所引入的燃料量的改变已经在1ms内可以影响从内燃机输出的机械功率。
[0014]所建议的方法尤其有利于这样的发电机，即，该发电机具有小于或等于1.5Ws/VA、优选为小于或等于lWs/VA的惯性常数，因为回摆影响对惯性常数较小的发电机影响更大。
[0015]在优选的实施方式中，发电机借助耦联装置与内燃机相连接。该内燃机例如可以是按照汽油机运行的往复式活塞燃气发动机。
[0016]因此经常在电网故障期间发生发电机的工作参数的偏差，因为在通过内燃机引入到发电机中的机械功率和由发电机供给到供电网中的电功率之间产生了不平衡。在由于电网故障产生回的摆效应情况下，电功率大于机械功率可能引起这种不平衡。通过提高由内燃机所输出的机械功率可以抵抗这种不平衡。
[0017]根据本发明的优选的实施方式可以设定，检测在电网故障之前由发电机输出到供电网上的电功率作为工作参数，其中，根据在电网故障之前由发电机输出到供电网上的电功率来提高引入到内燃机中的燃料的量。在此，基本上与电网故障之前的输出电功率和可预先确定的基准值、优选为额定功率之间的差值成比例地提高引入到内燃机中的燃料的量。
[0018]根据优选的实施方式可以设定，检测在电网故障之前发电机和/或耦联装置和/或内燃机的转速作为工作参数，其中，根据电网故障之前的转速来提高引入到内燃机中的燃料的量。
[0019]优选地还可以设定，在电网故障期间检测发电机和/或耦联装置和/或内燃机的瞬时转速作为工作参数，其中，基本上与该瞬时转速和电网故障之前的转速之间的差值成比例地提高弓I入到内燃机中的燃料的量。
[0020]例如，根据下面的公式F1，通过关于100%的可预先确定的额定打开位置或者额定打开时间来计算出燃料计量装置的百分比打开位置或者打开时间，可以提高引入到内燃机中的燃料的量:
[0021]S7s = 100% +(Slref-Sl) * Pspeed
[0022]其中，S7s表示燃料计量装置关于100%额定打开位置或者额定打开时间的百分比打开位置或者打开时间，Slref表示发电机或者耦联装置或者内燃机在电网故障之前关于100%额定转速的百分比转速，SI表示发电机或者耦联装置或者内燃机在电网故障期间关于100%额定转速的百分比瞬时转速，及？3_(1表示正比例系数，通过该正比例系数可以影响燃料计量装置的打开位置或者打开时间的改变程度。
[0023]根据另一个实施方式可以设定，在电网故障期间检测发电机和/或耦联装置和/或内燃机的转速的转速改变作为工作参数，其中，根据转速改变的大小，提高引入到内燃机中的燃料的量。
[0024]还可以设定，在电网故障期间检测内燃机的发动机轴和/或发电机的转子轴上的转矩作为工作参数，其中，根据转矩来提高引入到内燃机中的燃料的量。
[0025]在另一个优选的实施方式中可以设定，在电网故障期间检测发电机的负载角度作为工作参数，其中，基本上与所检测到的负载角度的大小成反比地提高引入到内燃机中的燃料的量。
[0026]例如，在负的负载角度时，根据下面公式F2，通过关于100%的可预先确定的额定打开位置或者额定打开时间计算出燃料计量装置的百分比打开位置或者打开时间可以提高引入到内燃机中的燃料的量:
[0027]S7s = 100% -(S2/180) * 100% * PLoad angle
[0028]其中，S7s表示燃料计量装置关于100%额定打开位置或者额定打开时间的百分比打开位置或者打开时间，S2表示所测得的负的负载角度的度数，及Pkjad angle表示正比例系数，通过该正比例系数可以影响燃料计量装置的打开位置或者打开时间的改变程度。
[0029]优选地可以设定，提高引入到内燃机中的燃料的量、最大直到可预先确定的最大量。这样，例如为上述公式Fl或者F2的数值S7s可以预先确定最大值，不应当提高燃料计量装置的百分比打开位置或者打开时间到超过该最大值。通过这种安全方法，可以避免内燃机的临界工作状态。
[0030]根据特别优选的实施方式可以设定，在电网故障期间检测发电机的工作参数的波动，其中，如果该波动超过了可预先确定的程度，那么提高引入到内燃机中的燃料的量。在此可以设定，检测发电机的负载角度的波动，其中，如果波动具有大于2度、优选大于10度的幅度，那么提高引入到内燃机中的燃料的量。
【附图说明】
[0031]根据下面的附图描述来阐述本发明的其它细节和优点。在附图中:
[0032]图1示出了与供电网相电连接的、由内燃机驱动的发电机的示意性框图；
[0033]图2示出了在供电网中发生电网故障期间发电机负载角度随时间变化的示例性曲线图；以及
[0034]图3示出了在供电网中发生电网故障期间负载角度、转速、转矩和气体量随时间变化的示例性曲线图。
【具体实施方式】
[0035]图1以示意性框图示出了发电机2，该发电机与构成为三相的供电网I电连接。发电机2构成为同步发电机，并且具有定子6和可旋转地布置在定子6内部的转子7。供电网I的三个相位以已知的方式和方法与发电机2的定子6上的绕组相连接。供电网I可以是预先确定电网频率的公共供电网，或者在孤立运行时例如可以是本地供电网，即在进行孤立运行时预先确定了发电机2的电网频率。发电机2的转子7或者电枢通过耦联装置3与内燃机4的发动机轴8基本上抗扭地相连接。内燃机4例如可以是固定式燃气发动机，即该燃气发动机可以构成为外部点火(fremd gezundete)的按照汽油机运行的往复式活塞发动机。
[0036]由内燃机4所供给的机械功率P_h通过发动机轴8储入到发电机2中，在发电机2中转化成电功率Pel，及之后将该电功率Pel供给供电网I。
[0037]在所示的例子中，在发电机2、耦联装置3和内燃机4中布置了现