用于改进电力系统的动态稳定性和衰减其振荡的方法以及实现该方法的装置的制作方法

文档序号:7423090阅读:240来源:国知局
专利名称:用于改进电力系统的动态稳定性和衰减其振荡的方法以及实现该方法的装置的制作方法
技术领域
本发明涉及电力工程,并且尤其涉及一种用于改进电力系统的动态稳定性和衰减其机电振荡的方法以及用于实现这种方法的装置。
本发明能够用于改进电力系统(Electric Power Systems,EPS)的动态稳定性和衰减发电机转子的振荡。动态稳定性是系统在大的扰动之后返回到其正常或近正常运行模式的能力,这些扰动如短路、网络中断、电力发电机断开以及负载电容中相当大的变化。机电振荡在回应于系统中的扰动时或者由于EPS部件的自动控制系统的失配运行而出现,这些EPS部件有同步发电机、受控的无功电源以及其他部件。

背景技术
电力系统旨在向消费者有效而可靠地提供所要求的量和合格的质量的电力。EPS包括原动机(蒸汽、液压和燃气涡轮机以及液体或气体驱动活塞马达)和用于产生电力的称为发电机组(Generating Units,GU)的同步发电机、改变电力电压和电流的升压和降压电力变压器;跨距离传输电力的电力线路;修正网络配置并将电流电路整流的开关设备,包括开关和隔离开关。电力由GU产生、在变压器中转换并且通过电力线路传输至消费地点,电压在这些变压器中升高且电流在这些变压器中降低,而并不改变功率。电力线路典型地结合在电力网络中。然后,电力通过降压变压器提供给电力消费者,这些降压变压器降低电压并升高电流。除了上述部件之外,EPS还包括用于测量参数以及用于控制EPS的运行模式的设备,这些参数即频率、电压、电流、功率。
EPS的基本运行模式是一种正常模式,在这种正常模式中,向消费者有效而可靠地提供电力。除了这种正常模式之外,EPS还能够以大负载的、紧急的、后紧急的和正常的瞬态模式运行。紧急模式是短期的,其持续时间通常由继电装置和EPS自动化的响应时间以及开关设备所限定。然后,该系统切换至后紧急模式。从紧急模式向后紧急模式的过渡称为瞬态。瞬态包括两个过程电磁瞬态和机电瞬态。电磁瞬态快速地(若干毫秒)出现在EPS电气部分,而机电瞬态在机械部分和电气部分均发生、与发电机组转子的运动相关联并且在从几分之一秒至几秒的时间段内发生。若出现大的扰动,例如由短路、大容量载荷的断开/连接、发电设施的紧急切断导致的扰动,则系统返回到预扰动或近预扰动模式,可以认为它具有动态稳定性。
若有可能在机电瞬态期间控制发电机组轴上的电磁和/或机械扭矩,则能够改进EPS动态稳定性的条件。能够通过使用EPS中的发电机场强装置、电力线路电感补偿装置、同步发电机电气制动装置来改进这些动态稳定性条件。
当同步发电机转子的转差出现时或通过发电机端子的电压降至低于额定值(响应条件)的85%时,发电机场强装置(图1)在同步发电机10的励磁线圈10(1)中提供几倍的电压增加。发电机场强装置包括比较装置(用于转差或电压或二者)和电压源。当响应条件得到满足时,从该电压源至该同步发电机场系统提供电压信号,这导致将通过励磁线圈端子的电压增加到超过线圈额定值的几倍,这个倍数等于该场强比。在该励磁线圈中的电流反过来开始随着该励磁线圈时间常数而指数性地增加,对于不同类型和容量的发电机而言,该时间常数从2.7至13秒。在大多数普通的涡轮式发电机中,这个值约为7秒。
这种场强运行涉及增加发电机场电流,从而增加电磁扭矩,这在某些情况下使发电机同步稳定性能够在扰动影响之后得到保持,如短路。
当带有场强的自动励磁控制(AEC)10(2)用于改进动态稳定性条件时,该电磁扭矩增加的速度实质上在较大的程度上受限于该场线圈时间常数且在较小的程度上受限于该励磁机时间常数,并且这会限制这种用于改进动态稳定性条件的方法的能力。此外,该电磁扭矩值与该发电机连接单元与接收系统单元之间的电阻成反比,并且在短路之后,该电阻能够由于由该EPS的中继和自动化的正确的或错误的响应而导致的电力线路电路的断开而增加。因此,当电力线路电路断开时,该场强AEC的效率降低。
一般来讲,该AEC场强效率取决于发电机时间常数以及电流功率网络状态和模式,这就阻止了对所有模式的GU轴上的扭矩平衡的有效控制。
使用场强装置具有以下缺点 -由于该同步发电机场线圈的相对较大的时间常数(约7秒),所以不可能快速地增加该发电机电扭矩; -在扰动影响消除之后,该发电机电磁扭矩高度依赖于EPS方案和模式。
线路电抗补偿装置(图2)用于增加该发电机轴上的电磁扭矩。线路电抗补偿涉及将电容加到该线路,这种电容如电容器组,该电容器组的速率由线路补偿的程度限定。若线路电抗的一部分得到补偿,则该发电机电磁扭矩增加,而其他的条件相同,而且这使得这些动态稳定性条件能够得到改进,并且在某些情况下,这使得该发电机同步稳定性能够在扰动影响之后得到保持,这种扰动影响例如短路。
当使用电力线路电感补偿装置时,除了其他的之外,该电磁扭矩的增加还依赖于通过这些电力线路末端的电压,这些电压在EPS中的瞬态期间降低,这会降低这种方法的效率。
一般来讲,该线路电抗补偿效率在极大程度上取决于该电流电力网络的状态和运行模式,这就阻止了对GU轴上的扭矩平衡的有效控制。
与本发明密切相关的是通过电制动装置实现的用于同步发电机转子的电制动的方法。
通过将制动有效电阻连接到发电机母线(图3)来实现电制动。在该电阻连接时,在GU轴上产生另外的电磁扭矩,这导致制动。为了将该制动有效电阻10(4)连接,使用机械功率开关10(3)或功率半导体电子钥匙。
在该制动电阻连接时,该GU轴电磁扭矩基本取决于在该电阻连接点处的电压。为了切换该制动有效电阻,需要快速高压开关,这种快速高压开关具有相对较短的寿命,或用于高切换电流的高压电子开关,这种电子开关相当昂贵。这种制动运行电阻的连接导致在该连接点处的电压的降低。该发电机电磁扭矩随着电压的降低而降低,这会对这些GU轴电子制动条件造成损害并降低这种方法的效率。为了消除这种电压的降低,除了该制动电阻之外,还应提供无功功率补偿器,这种功率补偿器昂贵并且会在预期用于电子制动时空转,尽管它可用于对该电网的其他单元中的电压进行控制。
使用该电制动方法具有以下缺点 -对在该制动有效电阻的连接点处的电压电平上产生的GU轴制动扭矩的高度依赖,这在电压降低时降低电制动效率; -在该制动有效电阻的连接点处的电压的降低,这能够在整体上使EPS的动态稳定性条件恶化; -必须提供用于这些制动有效电阻的构建的区域。


发明内容
本发明的目的在于提供一种用于改进电功率系统的动态稳定性的方法,这种方法使之有可能消除在发电机组(GU)轴上产生的制动扭矩对在连接该发电机组与接收系统的电功率传输处的线路电阻和电压电平的依赖性,以克服对使用另外的高压开关、半导体开关和其他装置的需求,并且克服对提供用于制动有效电阻的构建的区域的需求。
本发明的另一个目的在于提供一种用于衰减电功率系统的机电振荡的方法。
本发明的再一个目的在于提供一种用于改进电功率系统的动态稳定性的装置,这种装置的设计会消除产生的GU轴制动扭矩对在这种装置连接点处的电压电平的依赖性。
本发明的又一个目的在于提供一种用于衰减电功率系统的机电振荡的装置。
这种目的通过提供一种用于改进电功率系统的动态稳定性的方法来实现,这种电功率系统包括多个原动机和同步交流发电机、功率变压器、电力线路、切换设备和负载,该方法包括监测同步交流发电机的转子的转速;在将扰动应用于该系统之后,将所述同步交流发电机的转子的转速降至定子磁场的转速,所述方法的特征在于该发电机转子的转速的所述降低包括通过用连接器将与该发电机轴和该原动机轴同轴布置的电磁制动器机械连接到该发电机转子并且连接到该原动机转子来将所述发电机转子机械制动;连续测量这些发电机端子的电压以及该发电机定子电流,并且确定来自所述电压和电流的该发电机的电磁功率;将所获得的该发电机的电磁功率与在该扰动之前的电磁功率进行比较;如果被比较的值大于特定值,则生成控制信号以启动该电磁制动器,在如此进行时,从所测量的电磁功率与在该扰动之前的电磁功率之间的差值确定制动扭矩;通过确定该扰动之后的该发电机转子的转速并且将其与该扰动之前的值进行比较来从该发电机转子的转速中的变化确定该制动扭矩应用的时间;当该转子的实际转速与该扰动之前的该转子的转速之间达到均等并且在所测得的功率与该扰动之前的功率相等时终止该电磁制动器。
在所述机械连接中,优选将该电磁制动器布置在选自下组的位置中,该组包括在该发电机侧的位置、在该原动机侧的位置、在该发电机与该原动机之间的位置。
在替代实施例中,这种目的通过提供一种用于改进电功率系统的动态稳定性的方法来实现,这种电功率系统包括多个原动机和同步交流发电机、功率变压器、电力线路、切换设备和负载,该方法包括监测同步交流发电机的转子的转速,并且在将扰动应用于该系统之后,将所述同步交流发电机的转子的转速降至定子磁场的转速,所述方法的特征在于该发电机的转速的所述降低包括通过用连接器将与该发电机轴和该原动机轴同轴布置的电磁制动器机械连接到该发电机转子并且连接到该原动机转子来将所述发电机转子机械制动;连续测量这些发电机端子的电压;将所获得的这些发电机端子的电压与特定的电压进行比较,这种特定的电压在额定电压的65~95%的范围内;如果被比较的值小于该特定值,则生成控制信号以启动该电磁制动器,在如此进行时,连续确定该发电机定子电流;从所测得的电压值和电流值确定该发电机的电磁功率;将所获得的该发电机电磁功率的值与该扰动之前的电磁功率进行比较;从所测量的电磁功率与在该扰动之前的电磁功率之间的值的差异来确定制动扭矩;通过确定该扰动之后的该发电机转子的转速并且将其与该扰动之前的值进行比较来从该发电机转子的转速中的变化确定该制动扭矩应用的时间;当该转子的实际转速与扰动之前的该转子的转速之间达到均等并且在所测得的功率与该扰动应用之前的功率相等时,终止该电磁制动器。
在所述机械连接中,优选将该电磁制动器布置在选自下组的位置中,该组包括在该发电机侧的位置、在该原动机侧的位置、在该发电机与该原动机之间的位置。
在替代实施例中,这种目的通过提供一种用于改进电功率系统的动态稳定性的方法来实现,这种电功率系统包括多个原动机和同步交流发电机、功率变压器、电力线路、切换设备和负载,该方法包括监测同步交流发电机的转子的转速并且在将扰动应用于该系统之后,将所述同步交流发电机的转子的转速降至定子磁场的转速,所述方法的特征在于该发电机转子的转速的所述降低包括通过用连接器将与该发电机轴和该原动机轴同轴布置的电磁制动器机械连接到该发电机转子并且连接到该原动机转子来将所述发电机转子机械制动;检测通过应用于该系统的扰动所导致的该发电机转子的转速偏差,并且确定所测得的速度与该扰动之前的转速之间的转速差异;对所述差异与特定值进行比较;如果被比较的值大于该特定值,则生成控制信号以启动该电磁制动器,在如此进行时,连续测量这些发电机端子的电压以及该发电机定子电流,并且从所述电压和电流确定该发电机的电磁功率;从所测量的电磁功率与在该扰动之前的电磁功率的值之间的差异来确定制动扭矩;通过确定该扰动之后的该发电机转子的转速并且将其与该扰动之前的值进行比较来从该发电机转子的转速中的变化确定该制动扭矩应用的时间;当该转子的实际转速与扰动之前的该转子的转速之间达到均等并且在所测得的功率与该扰动应用之前的功率相等时,终止该电磁制动器。
在所述机械连接中,优选将该电磁制动器布置在选自下组的位置中,该组包括在该发电机侧的位置、在该原动机侧的位置、在该发电机与该原动机之间的位置。
本发明的目的还通过提供一种用于衰减电功率系统的机电振荡的方法来实现,该方法包括监测同步交流发电机的转子的转速以及定子的电压和电流;连续测量这些发电机端子的电压以及该发电机定子电流,并且确定来自该电压和电流的该发电机的电磁功率;确定发电机端子的电压的时间导数;确定该发电机定子电流的时间导数;从稳态模式下的转速确定所测得的该转子的转速的偏差;确定所测得的该转子的转速的时间导数;将所获得的电压和电流的时间导数、该发电机转子的转速的偏差和该转速偏差值的信号进行求和,以生成控制电信号,该电信号被提供给电压互感器以衰减振荡。
本发明的目的还通过提供一种用于改进电功率系统的动态稳定性并用于衰减电功率系统的机电振荡的方法来实现,这种电功率系统包括多个原动机和同步交流发电机、功率变压器、电力线路、切换设备和电负载,该方法包括监测同步交流发电机的转子的转速,并且在将扰动应用于该系统之后,将所述同步交流发电机的转子的转速降至该定子磁场的转速,其中,根据本发明,该发电机转子的转速的所述降低包括通过用连接器将与该发电机轴和该原动机的轴同轴布置的电磁制动器机械连接到该发电机转子和该原动机转子来将所述发电机转子机械制动;连续测量这些发电机端子的电压以及该发电机定子电流,并且确定来自该电压和电流的该发电机的电磁功率;将所获得的该发电机的电磁功率与在该扰动之前的电磁功率进行比较;如果被比较的值大于特定值,则生成控制信号以启动该电磁制动器,在如此进行时,从所测量的电磁功率与在该扰动之前的电磁功率之间的值的差异确定制动扭矩;通过确定该扰动之后的该发电机转子的转速并且将其与该扰动之前的值进行比较来从该发电机转子的转速中的变化确定该制动扭矩应用的时间;然后衰减该电功率系统的机电振荡,所述衰减包括确定通过这些发电机端子的电压的时间导数;确定该发电机定子电流的时间导数;从稳态模式下的转速确定所测得的该转子的转速的偏差;确定所测得的该转子的转速的时间导数;将所获得的电压和电流的时间导数、该发电机转子的转速的偏差和该转速偏差值的信号进行求和,以生成控制电信号,该电信号被提供给电压互感器以衰减振荡。
这种目的还通过提供一种用于改进电功率系统的动态稳定性并用于衰减电功率系统的机电振荡的系统来实现,这种电功率系统包括多个原动机和同步交流发电机、功率变压器、电力线路、切换设备和电负载,所述系统包括发电机转子转速传感器;发电机转子转速降低装置,这种装置用于在将扰动应用于该系统之后将该发电机转子的转速降至该定子磁场的转速,其中,所述发电机转子转速降低装置是一种机电制动器,这种机电制动器包括制动盘以及由磁导体和电感线圈形成的电磁系统,该盘布置在该磁隙中,所述系统的特征在于该电磁制动器与该发电机轴和该原动机轴同轴布置,并且通过连接器机械连接到该发电机转子和该原动机的转子,该系统还包括用于生成控制信号的控制单元,这些控制信号用于该电磁制动器,所述控制单元包括发电机电磁功率确定单元、用于对该扰动之后的发电机电磁功率与扰动应用之前的电磁功率进行比较的比较单元、电磁制动器启动控制信号生成单元,该电磁制动器启动控制信号生成单元用于在该比较值大于特定值时生成电磁制动启动信号;该系统还包括用于确定通过这些发电机端子的电压的电压传感器以及发电机定子电流传感器,这两个传感器均连接到该控制单元,发电机转子转速传感器、制动扭矩值和时间互感器以及电源也连接到该控制单元,该制动扭矩值和时间互感器具有连接到该控制单元的输出端的输入端和连接到该电磁制动线圈的输出端,并且该电源电气连接到该互感器。
在所述机械连接中,优选将该电磁制动器布置在选自下组的位置中,该组包括在该发电机侧的位置、在该原动机侧的位置、在该发电机与该原动机之间的位置。



为了更好地理解本发明,参考以下描述,应结合附图阅读这些描述,其中 图1是根据现有技术的发电机场强装置的示意图; 图2是根据现有技术的线路电抗补偿装置的示意图; 图3是根据现有技术的电制动的示意图; 图4是根据本发明的用于改进动态稳定性的系统的示意图,其中,该电磁制动器连接在原动机与发电机之间; 图5是根据本发明的电磁制动器控制系统的示意图; 图6是根据本发明的动态稳定性改进系统的示意图,其中,该电磁制动器连接到发电机; 图7是根据本发明的动态稳定性改进系统的示意图,其中,该电磁制动器连接到原动机; 图8示意性地示出了根据本发明的以该制动盘的轴向方向的电感线圈的周向布置; 图9是根据本发明的用于改进动态稳定性和衰减机电振荡的集成系统的示意图。

具体实施例方式 用于改进电功率系统的动态稳定性的系统包括发电机转子转速传感器1(图4)和用于在将扰动应用于该系统期间和之后将该发电机转子的转速降至定子磁场的转速的发电机转子转速降低装置2,该电功率系统包括多个原动机和同步交流发电机、功率变压器、电力线路、切换设备和电负载。装置3是包括制动盘4和电磁系统的电磁制动器3,该电磁系统由磁导体5和电感线圈6形成,制动盘4容纳在磁导体5的间隙7中。
电磁制动器3的轴8与发电机10的轴9和原动机12的轴11同轴布置,并分别通过连接器13、14机械连接到发电机轴9和原动机轴11。
该系统还包括用于生成控制信号的控制单元15,这些控制信号用于电磁制动器3。控制单元15包括发电机电磁功率确定单元16(图5)、用于存储扰动之前的发电机电磁功率的发电机电磁功率存储单元17、用于将扰动之后的发电机电磁功率与扰动之前的电磁功率进行比较的比较单元18以及用于生成控制启动信号以在该比较值大于特定值时启动该电磁制动器的控制启动信号生成单元19。单元16的输出端连接到单元17的输入端,并且连接到单元19的第一输入端,而单元17的输出端连接到单元18的第二输入端。单元17的所述输出端也连接到单元18的一个输入端,而单元16的输出端连接到另一个输入端。
该系统还包括用于确定在这些发电机端子处的电压的电压传感器20(图4)以及电压互感器21(图5)、发电机定子电流传感器22(图4)以及发电机定子电流互感器23(图5)。单元20和22的输出端分别连接到控制单元15的单元21、23的输入端。
发电机转子转速传感器1通过转速互感器25连接到单元15的输入端。单元27连接到单元18的输入端来存储以预扰动模式的转子转速。为了这种目的,单元25的输出端连接到单元27的输入端,并且比较单元30的输出端连接到单元27的输入端29。将制动盘保护通道设在控制单元15内,为了这种目的,通过温度互感器32将制动盘温度传感器(未示出)连接到单元18的输入端31。
控制单元15连接到系统调节器33(图4),该系统调节器是一种上位调节器,这种上位调节器的运行逻辑和结构由EPS要求所限定。
该系统包括制动扭矩值和时间互感器34,该互感器的输入端连接到控制单元15的输出端35,且输出端36连接到电磁制动器3的线圈6。
该系统还包括连接到互感器34的电源37(图6)。
为了在该发电机组轴上产生制动扭矩,能够使用电磁制动器3,能够以机械连接的方式将该电磁制动器布置在三个位置中的一个中在该发电机侧的位置(图6)、在该原动机侧的位置(图7)或者在该发电机与该原动机之间的位置(图4)。
电磁制动器3包括轴8(图4),该轴上装有制动盘4和电磁体,该制动盘用具有高电导率的材料制成,且该电磁体产生以该盘的轴向方向的磁场。该电磁系统包括电磁体(带有磁芯的线圈,其中磁芯和磁导体的功能结合)和制动盘。
在另一个实施例中,该磁系统包括带有磁芯的电感线圈,这些磁芯以该制动盘的轴向方向周向布置(图8)。线圈的数量是偶数的,并且线圈磁极绕着圆周交替。在这两个实施例中,该制动盘具有冷却通路,即这种设计允许强制冷却剂循环。
该电磁体中的电流的大小受自动控制单元15的控制(图7)。电磁体线圈由电源37通过制动扭矩值和时间互感器34馈电。互感器34是一种可控电压(电流)互感器。电源37是一种辅助源系统或者电站的运行交流(AC)或直流(DC)电路。响应于以下参数中的变化来对电流进行调节GU轴转速、在发电机端子处的电压以及发电机电流。此外,单元15接收来自提供较高水平的控制的系统调节器33的控制信号。从单元15将控制信号提供给互感器34,该互感器接着直接对该电磁体线圈制动电流进行调节。
图9示出了用于改进动态稳定性和衰减机电振荡的集成系统的示意图。该系统包括电磁制动器3和控制单元15。制动盘温度传感器38通过温度互感器32连接到比较单元18。
控制单元15另外包括求和单元39,时间微分单元41连接到该求和单元的输入端40;偏差单元43连接到输入端42,时间微分单元45连接到输入端44,偏差单元47连接到输入端46,时间微分单元49连接到输入端48。单元41的输入端连接到单元21的输出端,单元43的输入端连接到单元23的输出端,单元23的输出端也连接到单元45的输入端;单元47的输入端连接到单元25的输出端,单元25的输出端也连接到单元49的输入端。
单元39的输出端50连接到单元18的输入端51。
将阈值盘温度值提供给单元18的输入端52。
此外,电磁制动器(EMB)能够与发电机10整合。在这种情况下,可将EMB容纳在发电机外壳(未示出)中。在一个实施例中,电源37是安装在电磁制动器3的轴8上的一种AC或DC发电机。
该系统以下列方式运行。
电功率系统(EPS)包括用于产生、传输和消耗电功率(EP)的设备。产生设备总体上包括同步涡轮发电机和水力涡轮发电机;传输设备总体上包括变压器和电力线路。
处于特定瞬间或时间段的EPS状态称为“模式”。模式由启动的部件和在它们之上的负载所限定。在这些系统部件处的电压、功率和电流的值以及确定电功率产生、传输、调度和消耗过程的速率称为EPS模式参数。
在EPS运行中,由电路、网络中断、大负载的切换、中继和自动化的不正确运行等所导致的不同的扰动能够出现。在发电机组轴上的机械和电磁扭矩的不平衡能够导致它的转子的摆动。发电机转子相对于定子磁场摆动,这引起模式参数尤其是电压的变化,电压的变化导致不稳定的消耗情况并且导致其他的EPS发电机组和负载单元的摆动。摆动具有不同的幅度并且在该发电机的同步运行中导致摄动,并且导致随后的非同步运行,这种非同步运行是一种非常不希望的功率系统行为。此外,低频率系统间振荡在现有的自动控制的EPS中是固有的。
GU转子的运动通过以下等式描述 其中,ω是该发电机(或GU)转子的角转速;ω0是稳态模式下的发电机的角转速,典型地是(ω0=ωnom);ωnom是该发电机的额定角转速;MT是该原动机的扭矩;Mel是该发电机电磁扭矩(在该等式中,该原动机和发电机的扭矩以相对单位并且在数字上分别等于原动机功率和发电机电磁功率)。
在发电站运行中,涡轮机在该轴上产生加速扭矩MT,且该发电机产生制动扭矩Mel。在正常功率产生模式中,由该原动机和发电机所产生的这些扭矩的模量相等且方向相反。因此,在正常模式中,该GU轴速度并不随着时间而变化,ω-ω0=0。
该发电机转子的位置由角度δ限定,该角度与该角速有关 在稳态模式中,该发电机以角度δ0运行,处于在这些发电机端子处的运行电压的某种输出功率对应于该角度。一般来讲,若在该原动机功率、EPS网络构造和运行中无变化时已经到达小于180°的角度值的该发电机转子在该扰动去除之后返回到处于预紧急模式的角度值,或者达到另一个角度值,则可以认为该动态稳定性得到保持,该另一个角度值由稳定的后紧急模式的条件所限定。
在将扰动应用于EPS时,Mel变化并且在该发电机轴上出现不平衡,这通常会导致该发电机转子转速的加速和改变,并且分别导致摆动。在某些情形中,出现发电机的非同步运转。
现在,若将电磁制动器连接到该原动机发电机组件的轴,则对发电机组轴上的扭矩平衡的影响能力出现,而与当前的这些EPS模式参数无关。由于EMB仅产生制动扭矩,所以仅在速度的正差异时((ω-ω0)>0)以及在该发电机组轴上的机械和电磁扭矩的正差异时((MT-Mel)>0)要求使用该制动装置。
其中,MEMB是由EMB所产生的扭矩。
因此,在各自的EMB参数和(MEMB(t))的控制,能够在大的扰动下保持该发电机的同步运行,并且能够衰减该发电机组的机电振荡以及系统间的振荡。
当通过该电磁体线圈传输电流时产生磁场,通过该线圈磁芯、磁导体和该旋转的制动盘的本体将这种磁场闭合,在该磁场中感生电流,这些电流与该电磁体的磁场相互作用。电流与磁场之间的相互作用产生制动扭矩。能够通过改变该EMB磁系统的电磁体的线圈中的电流的大小来对该制动扭矩值进行控制。
在将扰动应用于该系统时,该发电机组(GU)轴开始加速。传感器1向单元15(图7)提供GU转子转速信号,以估计该发电机转子转速的变化。若满足以下条件,则该系统产生增加该EMB线圈中的电流的信号,并且将该信号传输到将在该电磁体线圈处的电压增加的受控的电压(电流)互感器,并且传输制动扭矩,这些条件是该GU轴的加速以及相对于前面的稳态模式的电压的发电机母线的电压的下降(或者该发电机电功率的下降)。该轴转速一旦等于定子电磁场速度,并且所测量的发电机功率一旦等于该扰动之前的功率,就将EMB中断(将其线圈的电流降至零)。或者,该发电机组轴转速一旦等于定子电磁场转速,并且所测量的发电机电磁功率一旦等于该涡轮机机械功率,就将EMB中断。然后,同步摆动开始,并且该GU在自动调节器的正确设置时进入稳态模式。
为了衰减该电功率系统的机电振荡,单元21向时间微分单元41(图9)输出信号,单元23向偏差单元43输出信号,单元23向时间微分单元45输出信号,单元25向偏差单元47输出信号,且单元25向时间微分单元49输出信号。
由于EMB仅产生一种类型的扭矩(制动),但具有可变值,所以为了改进这些电系统动态稳定性条件,根据特定的EPS模式能够将该EMB启动一次或重复启动。由于可在大范围内调节该制动扭矩,所以EMB能够用于衰减该发电机的同步摆动。
在该发电机组发生各种故障(润滑油路中的油压的降低、原动机(涡轮机)或发电机故障)时,EMB能够用于紧急速度降低。
EMB能够用于衰减同步补偿器的机电振荡。在这种情形中,将该同步补偿器与ENT整合在单外壳中。
一种用于改进电功率系统的动态稳定性的方法实现如下。
通过将该发电机转子机械制动来降低该发电机转子的转速,所述机械制动包括通过连接器将与该发电机轴和该原动机轴同轴布置的电磁制动器机械连接到该发电机转子并且连接到该原动机转子。
连续测量通过这些发电机端子的电压以及该发电机定子电流以确定来自该电压和电流的该发电机的电磁功率。
对所测得的该发电机的电磁功率与在该扰动之前的电磁功率进行比较。
如果被比较的值大于特定值,则生成控制信号以启动该电磁制动器,该步骤包括 从所测量的电磁功率与在该扰动之前的电磁功率之间的差值确定制动扭矩; 从该发电机转子的转速中的变化确定该制动扭矩应用的时间,为了这种目的,确定扰动之后的该发电机的转速并且将其与该扰动之前的值进行比较; 当该转子的实际转速与该扰动之前的该转子的转速之间达到均等并且在所测得的该发电机的电磁功率与该扰动之前的功率相等时,终止该电磁制动器。
或者当该发电机组的实际转速与该扰动之前的该发电机组的转速之间达到均等并且在所测得的该发电机的电磁功率与该涡轮机的机械功率相等时,终止该电磁制动器。
在所述机械连接中,优选将该电磁制动器布置在该发电机侧、或者在该原动机侧或者在该发电机与该原动机之间。
在第二实施例中,一种用于改进电功率系统的动态稳定性的方法包括 连续测量通过这些发电机端子的电压; 将所获得的通过这些发电机端子的电压与特定的电压进行比较,这种特定的电压在额定电压的65~95%的范围内; 如果被比较的值小于该特定值,则生成控制信号以启动该电磁制动器; 连续确定该发电机定子电流; 从所测得的电压值和电流值确定该发电机的电磁功率; 将所获得的该发电机电磁功率的值与该扰动之前的电磁功率进行比较; 从所测量的电磁功率与在该扰动之前的电磁功率之间的差异来确定制动扭矩; 从该发电机转子的转速中的变化确定该制动扭矩应用的时间,为了这种目的,确定该扰动之后的该发电机转子的转速并且将其与该扰动之前的值进行比较; 当该转子的实际转速与扰动之前的该转子的转速之间达到均等并且在所测得的功率与该扰动之前的功率相等时终止该电磁制动器。
或者当该发电机组的实际转速与该扰动之前的该发电机组的转速之间达到均等并且在所测得的该发电机的电磁功率与该涡轮机的机械功率相等时,终止该电磁制动器。
在第三实施例中,一种用于改进电功率系统的动态稳定性的方法包括 检测通过应用于该系统的扰动所导致的该发电机转子的转速偏差,并且确定所测得的速度与该扰动应用之前的转速之间的转速差异; 对所述差异与特定值进行比较; 如果被比较的值大于该特定值,则生成控制信号以启动该电磁制动器; 连续测量通过这些发电机端子的电压以及该发电机定子电流,以从该电压和电流确定该发电机的电磁功率; 从所测量的电磁功率与在该扰动之前的电磁功率的值之间的差异来确定制动扭矩; 从该发电机转子的转速中的变化确定该制动扭矩应用的时间,为了这种目的,确定该扰动应用之后的该发电机转子的转速并且将其与该扰动之前的值进行比较; 当该转子的实际转速与扰动之前的该转子的转速之间达到均等并且在所测得的功率与该扰动之前的功率相等时终止该电磁制动器。
根据本发明,除了前面提及的三个实施例之外,还提供一种用于衰减电功率系统的机电振荡的方法。
该方法包括 监测同步交流发电机的转子的转速、电压和该定子的电流; 连续测量通过这些发电机端子的电压以及该发电机定子电流以确定来自该电压和电流的该发电机的电磁功率; 确定通过发电机端子的电压的时间导数; 确定该发电机定子电流的时间导数; 从稳态模式下的转速确定所测得的该转子的转速的偏差; 确定所测得的该转子的转速的时间导数; 然后,将所获得的电压和电流的时间导数、该发电机转子的转速的偏差和该转速偏差值的信号进行求和,以获得控制电信号,该电信号被提供给电压互感器以衰减振荡。
本发明的技术效果在于对该发电机组轴上的扭矩平衡的直接影响。EMB装置具有小时间常数,这在总体上允许该扭矩平衡的无惯性控制。
用于根据EPS的动态稳定性的电磁制动器装置提供优于前面提及的方法和装置的以下有益效果 该发电机组轴上的扭矩平衡的基本上无惯性的控制; 该装置的效率并不取决于该EPS网络的电压电平、状态和运行模式; 能够对该制动扭矩的时间和大小进行控制; 在GU的紧急情况下,能够将速度快速地降低以关闭该GU; 通过对该GU轴上的功率平衡的直接控制来衰减该发电机转子的机电振荡,并且该衰减过程并不对该EPS电模式造成影响。
权利要求
1.一种用于改进电功率系统的动态稳定性的方法,所述电功率系统包括多个原动机和同步交流发电机、功率变压器、电力线路、切换设备和负载,所述方法包括监测同步交流发电机的转子的转速;在将扰动应用于所述系统之后,将所述同步交流发电机的转子的转速降低至定子磁场的转速,所述方法的特征在于所述发电机转子的转速的所述降低包括通过用连接器将与所述发电机轴和所述原动机轴同轴布置的电磁制动器机械连接到所述发电机转子并且连接到所述原动机转子,来将所述发电机转子机械制动;连续测量所述发电机端子的电压以及所述发电机定子电流,以确定来自所述电压和电流的发电机的电磁功率;将所获得的所述发电机的电磁功率与在所述扰动之前的电磁功率进行比较;如果被比较的值大于特定值,则生成控制信号以启动所述电磁制动器,从所测量的电磁功率与在所述扰动之前的电磁功率之间的值的差异确定制动扭矩,并且通过确定所述扰动之后的所述发电机转子的转速,并且将其与所述扰动之前的值进行比较,来从所述发电机转子的转速中的变化确定应用所述制动扭矩的时间;当所述转子的实际转速与所述扰动之前的所述转子的转速之间达到均等并且在所测得的所述发电机的电磁功率与所述扰动之前的所述发电机功率相等时,终止所述电磁制动器。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述机械连接包括将所述电磁制动器布置在以下三个位置中的一个中在所述发电机上、在所述原动机侧、在所述发电机与所述原动机之间。
3.一种用于改进电功率系统的动态稳定性的方法,所述电功率系统包括多个原动机和同步交流发电机、功率变压器、电力线路、切换设备和负载,所述方法包括监测同步交流发电机的转子的转速,并且在将扰动应用于所述系统之后,将所述同步交流发电机的转子的转速降低至定子磁场的转速,所述方法的特征在于所述发电机的转速的所述降低包括通过用连接器将与所述发电机轴和所述原动机轴同轴布置的电磁制动器机械连接到所述发电机转子并且连接到所述原动机转子,来将所述发电机转子机械制动;连续测量所述发电机端子的电压;将所获得的所述发电机端子的电压与特定的电压进行比较,所述特定的电压在额定电压的65~95%的范围内;如果被比较的值小于所述特定值,则生成控制信号以启动所述电磁制动器,在如此进行时,连续确定所述发电机定子电流;从所测得的电压值和电流值确定所述发电机的电磁功率;将所获得的所述发电机电磁功率的值与所述扰动之前的电磁功率进行比较;从所测量的电磁功率与在所述扰动之前的电磁功率之间的值的差异来确定制动扭矩;通过确定所述扰动之后的所述发电机转子的转速并且将其与所述扰动之前的值进行比较,来从所述发电机转子的转速的变化确定应用所述制动扭矩的时间;当所述转子的实际转速与所述扰动之前的所述转子的转速之间达到均等并且在所测得的功率与所述扰动应用之前的功率相等时,终止所述电磁制动器。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于所述机械连接包括将所述电磁制动器布置在以下三个位置中的一个中在所述发电机侧、在所述原动机侧、在所述发电机与所述原动机之间。
5.一种用于改进电功率系统的动态稳定性的方法,所述电功率系统包括多个原动机和同步交流发电机、功率变压器、电力线路、切换设备和负载,所述方法包括监测同步交流发电机的转子的转速,并且在将扰动应用于所述系统之后,将所述同步交流发电机的转子的转速降低至定子磁场的转速,所述方法的特征在于所述发电机转子的转速的所述降低包括通过用连接器将与所述发电机轴和所述原动机轴同轴布置的电磁制动器机械连接到所述发电机转子并且连接到所述原动机转子,来将所述发电机转子机械制动;检测通过应用于所述系统的扰动所导致的所述发电机转子的转速偏差,并且确定所测得的速度与所述扰动之前的转速之间的转速差异;对所述差异与特定值进行比较;如果被比较的值大于所述特定值,则生成控制信号以启动所述电磁制动器,在如此进行时,连续测量所述发电机端子的电压以及所述发电机定子电流,以从所述电压和电流确定所述发电机的电磁功率;从所测量的电磁功率与在所述扰动之前的电磁功率的值之间的差异来确定制动扭矩;通过确定所述扰动之后的所述发电机转子的转速并且将其与所述扰动之前的值进行比较,来从所述发电机转子的转速的变化确定应用所述制动扭矩的时间;当所述转子的实际转速与所述扰动之前的所述转子的转速之间达到均等并且在所测得的功率与所述扰动应用之前的功率相等时,终止所述电磁制动器。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于所述机械连接包括将所述电磁制动器布置在以下三个位置中的一个中在所述发电机侧、在所述原动机侧、在所述发电机与所述原动机之间。
7.一种用于改进电功率系统的动态稳定性的方法,所述电功率系统包括多个原动机和同步交流发电机、功率变压器、电力线路、切换设备和负载,所述方法包括监测同步交流发电机的转子的转速;在将扰动应用于所述系统之后,将所述同步交流发电机的转子的转速降低至定子磁场的转速,所述方法的特征在于所述发电机转子的转速的所述降低包括通过用连接器将与所述发电机轴和所述原动机轴同轴布置的电磁制动器机械连接到所述发电机转子并且连接到所述原动机转子,来将所述发电机转子机械制动;连续测量所述发电机端子的电压以及所述发电机定子电流,以从所述电压和电流确定所述发电机的电磁功率;将所获得的所述发电机的电磁功率与所述扰动之前的电磁功率进行比较;如果被比较的值大于特定值,则生成控制信号以启动所述电磁制动器,在如此进行时,从所测量的电磁功率与在所述扰动之前的电磁功率的值之间的差异来确定制动扭矩,并且通过确定所述扰动之后的所述发电机转子的转速并且将其与所述扰动之前的值进行比较,来从所述发电机转子的转速中的变化确定应用所述制动扭矩的时间;当所述发电机组的转子的实际转速与所述扰动之前的所述转子的速度之间达到均等并且在所测得的所述发电机的电磁功率与所述扰动之前的所述涡轮机的机械功率相等时,终止所述电磁制动器。
8.一种用于衰减电功率系统的机电振荡的方法,所述方法包括监测同步交流发电机的转子的转速以及定子的电压和电流;连续测量所述发电机端子的电压以及所述发电机定子电流,以确定来自所述电压和电流的发电机的电磁功率;确定通过所述发电机端子的电压的时间导数;确定所述发电机定子电流的时间导数;从稳态模式下的转速确定所测得的所述转子的转速的偏差;确定所测得的所述转子的转速的时间导数;将所获得的电压和电流的时间导数、所述发电机转子的转速的偏差和所述转速偏差值的信号进行求和,以生成控制电信号,所述控制电信号被提供给电压互感器以衰减振荡。
9.一种用于改进电功率系统的动态稳定性并用于衰减电功率系统的机电振荡的方法,所述电功率系统包括多个原动机和同步交流发电机、功率变压器、电力线路、切换设备和电负载,所述方法包括监测同步交流发电机的转子的转速,并且在将扰动应用于所述系统之后,将所述同步交流发电机的转子的转速降低至定子磁场的转速,其特征在于所述发电机转子的转速的所述降低包括通过用连接器将与所述发电机轴和所述原动机的轴同轴布置的电磁制动器机械连接到所述发电机转子和所述原动机转子,来将所述发电机转子机械制动;连续测量所述发电机端子的电压以及所述发电机定子电流,并且确定来自所述电压和电流的发电机的电磁功率;将所获得的所述发电机的电磁功率与在所述扰动之前的电磁功率进行比较;如果被比较的值大于特定值,则生成控制信号以启动所述电磁制动器,在如此进行时,从所测量的电磁功率与在所述扰动之前的电磁功率之间的值的差异确定制动扭矩;通过确定所述扰动之后的所述发电机转子的转速并且将其与所述扰动之前的值进行比较,来从所述发电机转子的转速的变化确定应用所述制动扭矩的时间;然后衰减所述电功率系统的机电振荡,确定所述发电机端子的电压的时间导数;确定所述发电机定子电流的时间导数;从稳态模式下的转速确定所测得的所述转子的转速的偏差;确定所测得的所述转子的转速的时间导数;将所获得的电压和电流的时间导数、所述发电机转子的转速的偏差和所述转速偏差值的信号进行求和,以生成控制电信号,所述控制电信号被提供给电压互感器以衰减振荡。
10.一种用于改进电功率系统的动态稳定性并用于衰减电功率系统的机电振荡的系统,所述电功率系统包括多个原动机和同步交流发电机、功率变压器、电力线路、切换设备和电负载,所述系统包括发电机转子转速传感器;发电机转子转速降低装置,用于在将扰动应用于所述系统之后将所述发电机转子的转速降低至定子磁场的转速,所述发电机转子转速降低装置为电磁制动器,所述电磁制动器包括制动盘以及由磁导体和电感线圈形成的电磁系统,所述盘布置在磁隙中,所述系统的特征在于所述电磁制动器与所述发电机轴和所述原动机轴同轴布置并且通过连接器机械连接到所述发电机转子和所述原动机的转子,所述系统还包括用于生成电磁制动控制信号的控制单元,所述控制单元包括发电机电磁功率确定单元、用于对所述扰动之后的发电机电磁功率与所述扰动之前的电磁功率进行比较的比较单元、及用于在被比较值大于特定值时生成电磁制动启动信号的电磁制动启动信号生成单元;所述系统还包括用于确定通过所述发电机端子的电压的电压传感器,以及发电机定子电流传感器,两个所述传感器均连接到所述控制单元,发电机转子转速传感器、制动扭矩值和时间互感器以及电源也连接到所述控制单元,所述制动扭矩值和时间互感器具有连接到所述控制单元的输出端的输入端和连接到所述电磁制动线圈的输出端,并且所述电源电气连接到所述互感器。
11.根据权利要求10所述的系统,其特征在于为了提供所述机械连接,将所述电磁制动器布置在以下三个位置中的一个中在所述发电机侧、在所述原动机侧、在所述发电机与所述原动机之间。
全文摘要
本发明用于改进电功率系统的动态稳定性的方法包括监测同步交流发电机的转子的转速,并且在将扰动应用于该系统之后,通过将发电机转子机械制动来将所述同步交流发电机的转子的转速降至定子磁场的转速。为了这种目的,该方法还包括通过连接器将电磁制动器机械连接到该发电机转子并且连接到原动机转子;连续测量该发电机箝位上的电压以及该发电机定子电流,以确定该发电机的电磁功率;将所述功率与该扰动之前的电磁功率进行比较,如果被比较的值大于特定值,则生成用于接通该电磁制动器的控制信号;在所测得的电磁功率与该扰动应用之前的电磁功率的值之间的差异的基础上确定制动扭矩;根据在该扰动应用之后的该发电机转子的转速中的变化确定该制动扭矩应用的时间,并且将其与在该扰动之前的值进行比较。当该转子的实际转速与该扰动之前的该转子的转速之间达到均等并且在所测得的功率与该扰动应用之前的功率相等时,切断该电磁制动器。本发明还公开了一种用于改进电功率系统的动态稳定性的系统以及用于衰减电功率系统的机电振荡的方法和系统。
文档编号H02P9/06GK101790841SQ200880104682
公开日2010年7月28日 申请日期2008年7月15日 优先权日2007年7月19日
发明者尤里·弗拉基米罗维奇·沙罗夫, 伊利亚·德拉优·扬科维奇, 奥列格·尼古拉耶维奇·库兹涅佐夫 申请人:尤里·弗拉基米罗维奇·沙罗夫, 伊利亚·德拉优·扬科维奇, 奥列格·尼古拉耶维奇·库兹涅佐夫
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