专利名称：同步发电机保护的制作方法
同步发电机保护相关申请的交叉引用本申请在35U. S.C. § 119(d)下要求于2009年5月27日在印度提交的申请号为 1229/CHE/2009的对应专利申请的优先权，其全部公开一并在此作为参考。
背景技术：
在功率传输系统中，同步发电机通过升压变压器连接至传输线，相应的涡轮和激励控制使同步发电机达到额定频率和电压。在稳态下，系统中所有发电机的频率相同，并且这些发电机的相位恒定，从而提供恒定的功率和无功功率输出。主要的干扰(例如，传输线中的故障)可以迫使一个发电机或发电机组失去同步。 当故障迫使一个发电机或发电机组失去同步时，所述一个发电机或发电机组必须恢复与功率传输系统的同步。失去同步的发电机可能引起高峰值电流、脉动转矩、高转子铁电流和机械谐振，这些可能对涡轮发电机造成破坏。有时受影响的发电机能够成功恢复同步，但是有时这些发电机无法再同步。如果用于保持系统完整性的其他措施失败，则这样的发电机可能需要被停机和隔离。如果没有执行校正措施，则可以进一步分离受影响的发电机组和没有受影响的发电机组。即使只有一个发电机失去同步，如果允许该发电机继续非同步操作，也会由于高幅度电流和脉动转矩而对发电机造成严重破坏。还存在损失不稳定发电机的辅助装置和附近同步的发电机的辅助装置的风险。
发明内容
在实施例中，提供了一种同步发电机保护方法，包括以下步骤获取包含第一相位值的发电机输入；获取包含电压值和第二相位值的变压器输出；计算第一相位值和第二相位值之间的相位差、瞬时功率值以及稳态功率值；以及基于相位差、以及瞬时功率值和稳态功率值之间的关系，确定同步发电机是否稳定。实施例还可以包括确定发电机是否响应于对同步发电机的干扰而加速的步骤。另一实施例还可以包括确定在干扰之后直到瞬时功率和稳态功率相同时相位差的时间导数是否为负的步骤。另一实施例还可以包括如果确定同步发电机不稳定，则将同步发电机停机。在另一实施例中，提供了一种同步发电机系统，包括发电机，用于产生具有输入相位值的输入；变压器，用于将输入转换成具有电压值和第二相位值的输出；以及子系统， 用于计算输入相位值和输出相位之间的相位差、瞬时功率、以及稳态功率，其中，子系统还基于相位差、以及瞬时功率值和稳态功率值之间的关系，确定同步发电机系统是否稳定。另一实施例可以包括发电机、变压器和子系统配置用于三相电功率传输。另一实施例可以包括子系统还可以包括dqO变换。另一实施例可以包括子系统还包括锁相环，锁相环接收来自于发电机功率输入的三相电压输入并且提供基准相位输出。
另一实施例还可以包括dq0变换接收来自于锁相环的基准相位输出以及来自于发电机输入的三相电流输入，并提供直流输出和正交电流输出。在另一实施例中，提供了一种同步发电机保护方法，包括以下步骤获取包含三相输入的发电机输入；对三相输入的电流分量和基准执行dqO变换；输出来自于dqO变换的直流和正交电流；使用发电机输入、直流和正交电流来计算瞬时功率和相位差；通过使瞬时功率经过低通滤波器来获取稳态功率；以及基于相位差的表现、以及瞬时功率值和稳态功率值之间的关系，确定同步发电机是否稳定。提供了一种同步发电机保护方案。计算发电机输入相位和变压器输出相位之间的差值，以确定发电机变压器上的相位。使用发电机变压器上的相位并应用能量函数概念，推导出用于对发电机的失同步进行早期检测的准则。失同步的早期检测提供了在严重的功率损耗或者甚至发电机故障之前将发电机停机的机会。如何实现同步发电机保护方案的示例针对三相电功率传输系统，一种非常常见类型的功率传输系统。在该示例中，使用dqO变换将三相功率输入信号缩减成成两个标量电流值，从而降低了功率输出计算的复杂度。以上发明内容仅仅是说明性的，而绝不是限制性的。除了上述示例性的各方案、 各实施例和各特征之外，参照附图和以下详细说明，将清楚其他方案、其他实施例和其他特征。
图1是示出了同步发电机保护系统的示例的示意图。图加是示出了在干扰之后图1的示例同步发电机保护系统的发电机的功率和相位的示例的曲线图。图2b是示出了在干扰之后图1的示例同步发电机保护系统的发电机的功率和相位的第二示例的曲线图。图2c是示出了在干扰之后图1的示例同步发电机保护系统的发电机的功率和相位的第三示例的曲线图。图3a是示出了在图1的示例同步发电机保护系统中，稳定发电机系统中的动能和势能的一系列曲线图。图北是示出了在图1的示例同步发电机保护系统中，不稳定发电机系统中的动能和势能的一系列曲线图。图如是示出了用于图1的示例同步发电机保护系统的方案的流程图。图4b是示出了图如的流程图的稳定性确定方案的步骤的流程图。图5是示出了图1的同步发电机保护系统的同步发电机保护方案实现方式的示例的框图。图6是示出了用于图1的同步发电机保护系统的示例计算设备的框图。
具体实施例方式在以下详细说明中，参考了作为详细说明的一部分的附图。在附图中，类似符号通常表示类似部件，除非上下文另行指明。
具体实施方式
部分、附图和权利要求书中记载的示例性实施例并不是限制性的。在不脱离在此所呈现主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实施例，且可以进行其他改变。应当理解，在此一般性记载以及附图中图示的本公开的各方案可以按照在此明确和隐含公开的多种不同配置来设置、替换、组合、分割和设计。图1是同步发电机系统100的示意图，同步发电机系统100具有原动机(或涡轮)102、发电机104、变压器106、传输网络108、子系统110和稳定性输出116。原动机102、 发电机104、变压器106和子系统110可以被看作是本地发电机的组件，而传输网络108可以被看作是本地发电机与其他发电机之间的相互链接。如在本文进一步讨论的示例实施例中描述的，子系统110提供稳定性输出116。尽管公开的实施例针对同步功率输电网系统， 然而公开的原理可以应用于需要保持和恢复同步性的任何系统。原动机102向发电机104提供机械功率Pm。发电机104将机械功率Pm转换成变压器输入112，变压器输入112包括值VL0、Ι^ξ和Pt。变压器106接收变压器输入112 并输出变压器输出114，变压器输出114包括值νΗ^γ、Ι^ξ和Pt。这样，变压器输出114 也是从本地变送器至传输网络108的输出。子系统110接收变压器输入112和变压器输出 114，然后使用变压器输入112和变压器输出114来计算变压器上的相位φ、瞬时功率输出Pt 和稳态功率输出Ps，以确定同步发电机是稳定还是不稳定。从变压器输入和输出的电压和相位值依据本地发电机所设计用于的不同功率传输系统和应用而改变。在图1的实施例中，变压器输入112和变压器输出114的值的关系可以如下表征Pt = V · I · COS(0- ξ)= Vh · I · cos(y- ξ)
权利要求
1.一种同步发电机保护方法，包括获取包含第一相位值的发电机功率输入；获取包含电压值和第二相位值的变压器输出；计算第一相位值和第二相位值之间的相位差、瞬时功率值以及稳态功率值；以及基于相位差、以及瞬时功率值和稳态功率值之间的关系，确定同步发电机是否稳定。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定同步发电机是否稳定还包括确定发电机是否响应于对同步发电机的干扰而加速。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定同步发电机是否稳定还包括确定在干扰之后直到瞬时功率和稳态功率相同时相位差的时间导数是否为负。
4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，确定同步发电机是否稳定还包括确定发电机是否响应于对同步发电机的干扰而减速。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，确定同步发电机是否稳定还包括确定在干扰之后直到瞬时功率和稳态功率相同时相位差的时间导数是否为正。
6.根据前述任一项权利要求所述的方法，还包括步骤如果确定同步发电机不稳定， 则将同步发电机复位。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，确定同步发电机不稳定包括以下步骤确定发电机是否响应于对同步发电机的干扰而加速；以及确定在干扰之后直到瞬时功率和稳态功率相同时相位差的时间导数是否为正。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，确定同步发电机不稳定包括以下步骤确定发电机是否响应于对同步发电机的干扰而减速；以及确定在干扰之后直到瞬时功率和稳态功率相同时相位差的时间导数是否为负。
9.一种同步发电机系统，包括发电机，用于产生具有输入相位值的输入；变压器，用于将输入转换成具有电压值和第二相位值的变压器输出；以及子系统，用于计算输入相位值和输出相位之间的相位差、瞬时功率、以及稳态功率，其中，子系统还基于相位差、以及瞬时功率值和稳态功率值之间的关系，确定同步发电机系统是否稳定。
10.根据权利要求9所述的同步发电机系统，其中，子系统还基于同步发电机系统在干扰之后是加速还是减速来确定同步发电机系统是否稳定。
11.根据权利要求10所述的同步发电机系统，其中，子系统还基于在干扰之后直到瞬时功率和稳态功率相同时相位差的时间导数是否为正，来确定同步发电机系统是否稳定。
12.根据权利要求10或11所述的同步发电机系统，其中，子系统还基于在干扰之后直到瞬时功率和稳态功率相同时相位差的时间导数是否为负，来确定同步发电机系统是否稳定。
13.根据权利要求9、10、11或12所述的同步发电机系统，其中，发电机、变压器和子系统被配置用于三相电子功率传输。
14.根据权利要求9至13中任一项权利要求所述的同步发电机系统，其中，子系统还包括dqO变换。
15.根据权利要求14所述的同步发电机系统，其中，子系统还包括锁相环，锁相环接收来自于发电机功率输入的三相电压输入并且提供基准相位输出。
16.根据权利要求15所述的同步发电机系统，其中，dqO变换接收来自于锁相环的基准相位输出以及来自于发电机输入的三相电流输入，并提供直流输出和正交电流输出。
17.根据权利要求16所述的同步发电机系统，其中，子系统使用电压值和直流输出来计算瞬时功率。
18.根据权利要求16或17所述的同步发电机系统，其中，变压器具有漏电抗值，子系统使用电压值、漏电抗值、直流输出和正交电流输出来计算相位差。
19.根据权利要求9至18中任一项权利要求所述的同步发电机系统，其中，子系统通过使瞬时功率经过低通滤波器来获取稳态功率。
20.一种同步发电机保护方法，包括 获取包含三相输入的发电机输入；对三相输入的电流分量和基准执行dqO变换； 输出来自于dqO变换的直流和正交电流； 使用发电机输入、直流和正交电流来计算瞬时功率和相位差； 通过使瞬时功率经过低通滤波器来获取稳态功率；以及基于相位差的表现、以及瞬时功率值和稳态功率值之间的关系，确定同步发电机是否稳定。
全文摘要
提供了一种同步发电机保护方案。基于发电机输入和变压器输出相位信息以及能量函数概念，同步发电机保护方案提供了对发电机失同步的早期检测。这样，可以在已失去同步的发电机实际出现滑移之前将该发电机停机。还提供了这种同步发电机保护方案可以如何执行的示例。
文档编号H02H3/26GK102460951SQ201080031906
公开日2012年5月16日 申请日期2010年5月26日 优先权日2009年5月27日
发明者卡兰珀·拉杰莫汗·帕迪亚 申请人:英派尔科技开发有限公司