涡轮机与交流电网根据期望差角的期望轨迹的同步的制作方法

本发明涉及一种用于将涡轮机与电网同步的方法和一种所属的控制装置。

背景技术：

在发电厂中产生电流时，需要注意的是：相位正确地馈入电流，其中在所述发电厂中将所产生的电流馈入到电网中。因此，在热电厂中，将涡轮机置于与电网的相位匹配的角位置，以便能够馈入电流，其中在所述热电厂中在由涡轮机驱动的发电机中产生电流。严格来说，显而易见地，重要的是发电机的角位置。因为发电机的转子在通常情况下固定地与涡轮机的转子连接，所以本文总是提及：必须对涡轮机进行同步，尽管其实际上是发电机。

在现有技术中，通常将涡轮机与电网的相位无关地置于电网频率。因此，将涡轮机借助于所谓的同步设备置于正确的角位置。对此，将涡轮机轻微地加速或制动，大略地能够称作往复移动，直至角位置相匹配。

从ep3012420a1中已知一种用于将涡轮机与电网同步的方法。所述方法包括如下步骤：1)将涡轮机加速直至电网频率的范围中的频率；2)检测涡轮机和交流电网之间的差角；3)检测涡轮机和交流电网之间的差速；4)加速或减速涡轮机，使得涡轮机遵循期望轨迹，其中期望轨迹是事先计算的轨迹，所述轨迹与差角相关地规定期望差速，应当存在所述期望差速，以便在涡轮机和交流电网的速度一致时实现涡轮机和交流电网之间的适合于同步地馈入的目标角位置。

技术实现要素：

本发明的目的是：实现一种用于将涡轮机与交流电网改进地同步的方法。所述目的的解决方案尤其在于独立权利要求。从属权利要求说明实施方式。可从说明书中得出其他的细节。

已知的是：提供一种用于将涡轮机与具有电网频率的交流电网同步的方法，所述方法具有如下步骤。

步骤a)将涡轮机加速直至额定转速，而不考虑涡轮机和交流电网之间的差角；

步骤b)检测涡轮机和交流电网之间的差角；

步骤c)加速或减速涡轮机，使得差速遵循期望轨迹，其中期望轨迹是如下轨迹，所述轨迹与所测量的差角相关地规定期望转速，以便在涡轮机和交流电网之间实现适合于同步地馈入的目标角位置。轨迹和最终的目标角之间的关联关系在此从如下函数中得出，借助所述函数将所测量的差角转换成目标角。如果测量的差角过大，那么必须加速涡轮机，如果所述差角过小，那么必须制动所述涡轮机。

步骤a)与在现有技术中常见的处理方式不同。借助术语额定转速应解释：其不必是实际的电网频率。已知地，在网络中总是又存在小的波动。该波动能够在步骤a)中保持不考虑，使得能够选择与实际的电网频率偏差的额定转速。这不应当排除：额定转速对应于实际的电网频率。这能够通过网络状态得出。此外，也应可行的是：额定转速通过持续测量与实际的电网频率一致。

由于上面示出的频率波动有意义的是：也检测电网频率。显然，相同内容更多地适用于网络的相位。

对于本发明决定性的是步骤c)，即加速或减速涡轮机，使得差速遵循期望轨迹，其中期望轨迹是如下轨迹，所述轨迹与所测量的差角和将测量角转换成目标角的函数相关地规定期望差速，以便在涡轮机和交流电网之间实现适合于同步地馈入的目标角位置。毫无疑问地，不仅要实现目标角位置；也应当迅速地进行。在此提出的方法尤其能够实现这一效果。

尽管考虑多个用于将测量的差角转换成目标角的函数，通常提供斜坡函数，即目标角从在斜坡函数开始时所检测的差角开始直至期望的目标角位置的线性变化曲线。

期望轨迹在步骤c)开始时在涡轮机和网络之间检测差角时始于所检测的差角，并且止于目标角位置。换言之，期望差速与在步骤c)开始时、即在开始遵循期望轨迹时所检测的差角相关地伸展直至目标角位置，即最终力求的差角。

在此要注意的是，期望轨迹基于：给出期望差角。从期望差角和实际的差角之间的偏差中确定期望转速。期望转速是如下变量，所述变量能够由常见的涡轮机控制单元使用。因此，提及确定期望转速。

在简单的情况下，检测差角并且相应地加速或减速涡轮机是足够的。在执行步骤a)之后，涡轮机和网络的速度已经充分一致。在遵循期望轨迹时加速或减速涡轮机以小的程度进行，使得通过遵循期望轨迹不出现涡轮机频率和电网频率的大的差。更确切地说，预设用于达到目标角位置并且保持，以使电网频率和涡轮机频率一致。

电网频率的可能的波动自动地被考虑，因为当保持目标角位置时，电网频率和涡轮机频率必须一致。

关于此点，应再次强调：步骤a)提出涡轮机在不考虑差角的情况下加速。因此完全可预期：在步骤a)结束时，或在其之前或之后极短的时间，已经存在涡轮机频率和电网频率的精确的一致，但是仍不能够开始馈入，因为网络和涡轮机之间的角位置不适合。因此完全有意义的是：在步骤a)期间已经检测差角。这当然需要对在现有技术中已知的方法进行较大程度的修改，由此也会需要大范围地调整测量技术。为了避免这种情况，如在开始提到的现有技术中那样能够执行步骤a)。紧随其后的步骤b)和c)能够借助已知的同步设备执行，所述同步设备在通常情况下仅必须不同地编程。该方法因此尤其适合于已经存在的发电厂，其中应执行尽可能少的结构变化。

也广为流行的是：新的且有利的方法即使在专业领域也会遇到不适。当前能够极大程度地降低这种不适，因为表面上存在与开头所述的已知的同步方法的高的相似性。

在步骤a)之后，涡轮机实际上已经达到电网频率。在步骤c)中达到目标角位置之后，能够立即开始电流馈入。以该方式，能够降低直至开始产生电流的时间。借此，能够实现更高的经济收益。在此尤其重要的观点是：在决定开动发电厂之后，有时马上需要电流。在这种情况下，对于电网的稳定性有决定意义的是：快速地开始产生电流。在此，几分钟能够有高的经济意义。在现有技术中，在涡轮机频率大致对应于电网频率之后，为了达到期望的目标角位置，通常还需要二至三分钟。借助本发明能够显著地减少该时间。

能够迅速地进行涡轮机的加速或减速，使得差角遵循期望轨迹，直至达到目标角位置。所需要的时间与在开始遵循期望轨迹时的差角相关。用于达到目标角位置的时间也与期望轨迹相关，即与期望差角如何快地变化相关。换言之，期望轨迹越陡地伸展，期望差角就越快地等于目标角位置。当然，期望轨迹不能够任意陡地伸展，最后涡轮机必须能够加速或减速，使得差角实际上能够遵循期望轨迹。期望轨迹的可能的斜率灵敏地与涡轮机的惯性相关。通常适用的是：在涡轮机较重进而较迟缓的情况下，期望轨迹能够不那么陡地伸展。

在多种情况下，在涡轮机加速直至额定转速时，超过额定转速。随后进行减速。

为了理解超过额定转速可考虑：加速度与输送的蒸汽量相关，并且所述加速度又与蒸汽输送阀的位置相关。但是，蒸汽输送阀的位置的变化需要时间。相应地，加速度的变化需要一定时间。

通过相应地选择加速度，能够显著地降低过冲。更确切地说，不试图突然地改变加速度，而是连续地降低。因此可行的是：显著地降低过冲。当前，已经能够达到小于0.02hz的值。只要是这种情况，就不如在现有技术中常见的那样进行步骤a)。但是，这不改变上面的论述，即能够根据现有技术进行步骤a)。尤其适用的是：对此在涡轮机和交流电网之间不需要考虑差角。

在一个实施方式中，期望轨迹给出期望差角的线性变化曲线。期望差角因此根据斜坡的类型伸展。从期望差角和所检测的差角之间的偏差中，确定用于调节的期望转速。在此，能够以所检测的差角开始，其中期望差角关于时间线性地伸展直至目标角位置。这允许简单的期望轨迹。

在一个实施方式中，当差角大于通过期望轨迹提供的期望差角时，加速涡轮机，并且当差角小于通过期望轨迹提供的期望差角时，制动涡轮机。也可以提出其他可行性，但是已经在上文中描述的用于跟踪期望轨迹的所述方式是有利的。

在一个实施方式中，检测涡轮机和交流电网之间的差速，并且在遵循期望轨迹时考虑。所述实际差速根据通过差角限定的期望差速来调节。

为了解释而提出：将“差速”理解为以测量方式检测的差速，即涡轮机和网络之间以测量方式检测的频率差。因此，差速为涡轮机和网络之间的频率差，其中频率差能够以测量方式检测。与之相对，期望差速经由调节特征曲线从期望差角和所检测的差角之间的偏差中形成。

代替差速始终也能够提及频率差。当前，提及目标角位置，而所述目标角位置通常称作为期望的相位。

在一个实施方式中，为了执行步骤b)和c)使用在现有技术中已知的同步设备。如更上文中已经描述，这是可行的并且随之带来如下优点：设施的变化非常小。

本发明还涉及一种用于涡轮机的控制装置，所述控制装置设计用于：根据上述方法控制涡轮机。如已经提到的那样，对此需要极其少量的修改。通常，进行相应的编程就足够。

在控制装置的一个实施方式中，存在同步设备，所述同步设备构成用于：检测涡轮机和交流电网之间的差角，并且将用于加速或减速涡轮机的指令传输给涡轮机控制单元。

如提及的那样，这种同步设备通常已经存在，以便如开始描述的那样轻微地加速或制动涡轮机，直至角位置相匹配。这种同步设备必须能够检测差角。借此所述同步设备也能够用于根据本发明的方法。

关于此点，简单地讨论涡轮机控制单元。涡轮机控制单元经由阀的位置调节涡轮机的速度，所述阀设定对蒸汽轮机的蒸汽输送。广泛采用的涡轮机控制单元需要期望转速作为输入信号。根据当前的方法，由同步设备确定期望转速，所述期望转速能够传输给涡轮机控制单元。

附图说明

下面应利用附图根据实施例详细地阐述本发明。在此示出：

图1示出涡轮机的经转速调节的加速度；

图2示出在达到额定转速之后的差角的示例性的变化曲线；

图3示出经由斜坡函数将差角调节至目标角位置；

图4示出在同步时涡轮机的转速的变化；

图5示出用于达到目标角位置的调节的示意的结构；

图6示出涡轮机频率直至额定转速的调节。

具体实施方式

在图1中在横坐标轴上说明以秒为单位的时间并且在纵坐标轴上说明以赫兹为单位的涡轮机频率。示出直至50hz的额定转速的、转速调节的加速度。调节加速度，使得实际上不进行过冲，这就是说，尽可能地避免涡轮机加速超出额定转速。

在图2中，在横坐标轴上再次为以秒为单位的时间并且在纵坐标轴上为以度为单位的检测到的差角。同样如在图1中那样，示出在加速开始之后40秒至80秒的时间。在差角的该示例性的变化中，在80秒之后、即在加速到额定转速结束之后，得到-62.5°的差角。

因此，涡轮机比网络超前62.5°。因此，现在适用的是：涡轮机更缓慢地转动，以便达到0°的目标角度，其中当然在达到目标角度时，涡轮机频率和电网频率必须一致。

从图3理解调节。在横坐标轴上绘制以秒为单位的在加速开始之后的时间，在纵坐标轴上绘制涡轮机和网络之间的差角。实线示出实际的差角的变化曲线。从时间值55秒至时间值80秒可见在图2已知的变化曲线。此后，开始以调节的方式接近目标角位置。对此，要注意虚线。该虚线说明在相应时间点的期望差角。所述线在时间值80秒处以-62.5°的实际的差角开始。最后，力求0°的差角；因此目标角位置是0°。

为了实现上述内容，提出根据虚线的期望差角变化曲线。在此，其为斜坡，即在调节开始时的实际的差角、当前即为-62.5°和目标角位置、当前即通常为0°之间的关于时间的线性变化曲线。

现在可行的是：将所检测的差角持续地与期望差角比较，并且相应地加速或减速涡轮机。如已经在更上文结合过冲所详述的那样，不能够任意快地改变加速度或减速度。这通过期望差角和所检测的差角之间的偏差的调节方面的反馈以及斜坡的受限的斜率来考虑。

通过在目标角位置中的期望差角的直线变化曲线，由调节给出：差角保持恒定。当差角保持恒定时，自动地实现：涡轮机频率和电网频率一致。

涡轮机频率的通过调节得出的变化曲线从图4中清楚。在横坐标轴上又绘制以秒为单位的在加速开始之后的时间，并且在纵坐标轴上绘制以赫兹为单位的涡轮机频率。如果考虑在加速开始之后55秒至80秒的范围中的涡轮机频率的变化曲线，那么可见涡轮机的轻微的过冲，即轻微地加速超过电网频率。

现在原本感兴趣的范围是在加速开始之后80s起的区域。如上面示出，在检测到-62.5°的差角的情况下，涡轮机必须暂时比网络更慢。这通过如下方式实现：如在图3中阐述，遵循期望差角。

在图5中示意地描绘调节的结构。期望轨迹模块1规定期望差角2的变化曲线。在此，在通常情况下，如在图3中阐述的那样选择如下斜坡，所述斜坡从在调节开始时检测的差角3直至期望的目标角位置关于时间线性地伸展。在达到目标角位置之后，期望轨迹直线地伸展，即要求保持目标角位置。

期望轨迹模块1因此输出期望差角2。所述期望差角与所检测的差角3比较。将如此获得的差角比较值4传输给评估单元5，所述评估单元从中确定：应将涡轮机频率提高或降低哪个值。因此，确定期望频率6，能够将所述期望频率传输给涡轮机控制单元。涡轮机控制单元具有如下目的：控制用于蒸汽输送的阀位置进而控制涡轮机。在常见的涡轮机控制单元中，这还根据期望频率来进行。因此，尽管真正涉及涡轮机的加速或减速，确定期望频率6。当然，涡轮机控制单元最后又用于加速或减速。

在图6中示出将涡轮机频率调节直至额定转速。加速模块7给出期望加速度8，即直至额定转速的线性的加速度。输出额定加速度8。此外，作为切换标准9提到：考虑调整时间，直至加速度能够置于零，因为如更上文中阐述的那样阀的调整需要一定时间，所述阀控制对涡轮机的蒸汽输送。在考虑切换标准9的情况下，将额定加速度8变换成期望转速变化10。借助观察电网频率11，得到涡轮机期望频率12，将所述涡轮机期望频率传输给涡轮机控制单元13。

尽管本发明的细节通过优选的实施例详细说明和描述，本发明不通过所公开的实例来限制并且能够由本领域技术人员从中推导出其他的变型形式，而没有偏离本发明的保护范围。