发电设备的自动操作方法与流程

本发明涉及发电设备的自动操作方法，并且具体而言涉及使用永磁体发电机的发电设备的自动操作方法。

背景技术：

使用作为中小型发电机的永磁体发电机和使用风轮机或水轮机作为能量源的发电设备引人注目。图7示出了使用永磁体发电机的水轮机发电设备的单个连接图，并且水轮机发电设备通过互连变压器5被互连到电力系统6。在图7中，数字1表示水轮机，数字2表示飞轮并且数字3表示永磁体发电机，它们通过轴承4耦合。

数字10表示变换器面板，并且该变换器面板配备有相应的部件，包括第一变换器(逆变器)11、第二变换器12、用于再生制动的制动电路13、平滑电容器14、滤波器单元15、电磁开关16、17和断路器18。数字20表示发电机面板，该发电机面板具有对于电力系统6执行互连控制的断路器21。数字30表示虚设电阻器设备，在该虚设电阻器设备中具有不同的电阻值的多个电阻器33分别通过断路器31和电磁开关32连接。

数字40表示上部控制单元，并且控制单元40通过变换器面板10被输入由编码器检测的永磁体发电机3的旋转信号。控制单元40还将诸如速度命令的输出的控制命令输出到变换器面板10，将阀位命令的输出输出到水轮机的进口阀1a并且将输入命令的输出输出到虚设电阻器设备30。在图1中示出的使用永磁体发电机的发电设备在例如专利公开1等中是公知的。

当图7中示出的发电设备被互连到电力系统6时，通过从发电机面板20输出互连/操作命令而使断路器21导通，然后，断路器18和电磁开关17在变换器面板10中被导通，由此变换器12将来自电力系统6的交流电变换成直流电以便对平滑电容器14进行充电。在平滑电容器14的初始充电被执行并且操作准备完成的时间点处，输入命令被输出到电磁开关16。控制单元40还将速度命令和功率因数命令输出到逆变器11以操作逆变器11，从而在图8中示出的、虚线给出的互连操作范围内控制永磁体发电机3。

在图8中，纵轴指示永磁体发电机的轴输入并且横轴指示旋转速度。当额定容量是f0时，在额定速度n0周围的速度n1，n2形成永磁体发电机的操作范围的情况下，互连操作被执行。

当在互连操作期间在系统互连中出现异常时，变换器12的操作被停止并且用于再生控制的制动电路13的开关设备19被导通，由此允许电流流入再生电阻器19’并消耗能量。

在通过互连到电力系统而操作中小型发电设备的情况下，当在作为互连目的地的电力系统中出现某种异常时，可能有难以实现系统互连的情况。即使当在风力发电中确保了足够的风量和当在水力发电中确保了足够的水量时，即，即使在这两种情况下用于发电的能量足够时，当不提供自动操作功能时，互连的发电设备也必须被停止。不言而喻，可以通过特别地将虚设电阻器设备或电动伺服电机的高速导叶控制单元等添加到发电设备而实现自动操作。但是，在这种情况下，添加特有的操作功能是必需的，这在安装地点和成本方面是不利的。

现有技术公开

专利公开

专利公开1：日本专利No.4003414

技术实现要素：

本发明的一目的是提供在不添加迄今为止是必需的自动操作设备的情况下的使用风力或水轮机效率特性的发电设备的自动操作方法。

本发明致力于这样的发电设备的自动操作方法：该发电设备包括被耦合到能量源的永磁体发电机、具有正/逆变换功能的第一变换器和第二变换器、与第一变换器和第二变换器之间的DC联动(linkage)单元连接的平滑电容器和将控制命令输出到第一变换器和第二变换器的控制单元，其中在发电设备自动操作时，沿着能量源的效率特性曲线中的从额定速度到最大速度的速度范围内的效率特性曲线来操作发电设备。

在本发明的一实施例中，到发电设备的负载被连接和断开。

在本发明的一实施例中，能量源是水轮机，并且在自动操作期间，当操作准备命令被控制单元输出时，阀位命令被输出到水轮机的进口阀，并且第一变换器在变换器模式下操作，当电压由DC联动单元确立时，第二变换器在逆变器模式下操作，并且当操作准备完成时，负载被连接。

在本发明的一实施例中，使用与水轮机的进口阀的开度(aperture)对应的效率特性曲线。

如上所述，根据本发明，即使当发电设备从电力系统的解列被执行时，使用效率特性曲线中的额定速度以上的速度范围内的对应于负载的能量平衡，发电设备的自动操作也被实现。从而，即使当发电设备难以执行系统互连时，自动操作控制也可以被执行，而不特别地准备用于隔离操作的设备，诸如虚设电阻器设备或电动伺服电机的高速导叶控制单元。

附图说明

图1是示出根据本发明一实施例的发电设备到电力系统的互连状态的图；

图2是示出用于说明的发电设备的自动操作范围的图；

图3是在自动操作时的状态的说明性图；

图4是示出在自动操作时的操作过程的概要图；

图5是示出在自动操作时的操作过程的概要图；

图6是示出在自动操作时的操作过程的概要图；

图7是示出传统发电设备到电力系统的互连状态的图；及

图8是示出当永磁体发电机互连到电力系统时的操作范围的图。

具体实施方式

图1是示出根据本实施例1的发电设备的示意图。图1与示出传统发电设备的图7的不同点在于虚设负载设备被省略。其他点与图7相同，因此，将省略其说明。

图2示出了水轮机的效率特性曲线(下文中被称为Cp特性曲线)。当永磁体发电机的额定容量是f0并且其额定速度是n0时，根据水轮机1的进口阀1a的开度，轴输入从线D增大到线A，并且在系统互连时发电机在额定速度n0附近操作。

在本发明中，在难以执行系统互连的情况下，对于小于永磁体发电机的额定容量的负载容量执行自动操作。在执行自动操作时，如图3中示出的，例如在线A的开度100％处的Cp特性曲线被使用，并且速度是额定速度n0以上的范围被用作可变速度范围。在下文中，将参考图4至图6说明自动操作方法。在图4至图6中，操作状态下的部件通过阴影示出。

图4的(1)至图6的(3)对应于示出在图1中示出的发电设备的自动操作中的操作过程的概要。在图4的(1)中，在发电设备的初始状态下，DC控制电源连接到变换器面板10。水轮机1的进口阀1a此时处于关闭状态。在图4的(2)中，到进口阀1a的阀位命令、电磁开关16的输入和用于第一变换器(逆变器)11的操作准备命令从上部控制单元40被输出。从而，水轮机1开始旋转并且永磁体发电机3开始发电并产生电压。由在变换器模式下操作的第一变换器(逆变器)11开始到平滑电容器14的初始充电。

在图4的(3)中，流量随着进口阀1a的开度进一步增大而增大，并且水轮机1被加速到跑道速度(额定速度n0以上)。从而到平滑电容器14的充电进一步进行，并且在电压在DC联动单元中被确立时，电磁开关17和断路器18被输入。

在图5的(1)中，水轮机处于在进口阀1a的开度100％处的跑道速度，输出电压和输出频率对于第二变换器12被设置，并且第二变换器12被允许具有作为逆变器操作的、自动控制电压/频率的功能，以完成操作准备。由于当操作准备完成时设备处于无负载状态，所以水轮机以图3中示出的最大旋转速度nm旋转。在图3中，方框内部的数字对应于在图4至图6的图中的数字。

在图5的(2)中，从上部控制单元40对于断路器CBl发出发电厂中的负载输入命令，由此开始自动操作。当负载被输入时，负载电流流动，并且DC联动单元中的电压减小。但是，第一变换器(逆变器)11将DC联动单元中的电压控制为恒定的(AVR)，由此使用作为旋转体的水轮机1、飞轮2和永磁体发电机3的旋转能量补偿能量的不足，并减小永磁体发电机3和水轮机的速度。结果，旋转速度从最大旋转速度nm沿着Cp特性曲线被减小，并且设备在与负载对应的旋转速度nm-1下操作。

在图5的(3)中，当负载的附加输入命令被发出并且断路器CB2被导通时，根据输入的负载量，水轮机的旋转速度被进一步减小，并且设备在旋转速度nm-2下操作。负载量可以被输入的范围在从额定速度n0到最大速度nm的速度范围内。

在自动操作时水轮机1的旋转速度必须是额定速度n0以上。原因是，当在额定速度n0以下操作时，旋转速度由于过载而减小并且旋转最终停止。

接下来，将参考图6说明停止发电设备的过程。在部分负载在旋转速度nm-2被释放的情况下，如图6的(1)所示，断路器CB2被关断，然后，旋转速度沿着Cp特性曲线增大。然后，在nm-1的旋转处，在负载和发电量之间的能量平衡被实现并且旋转速度停止增大，并且在nm-1的旋转速度处操作继续。

此外，在如图6的(2)所示的全部负载被释放的状态下，无负载操作以旋转速度nm执行。在图6的(3)中，停止命令被输出到第二变换器12，并且操作被停止。此后，用于发电设备的停止命令被输出并且第一变换器11也被停止，然后，减速命令被输出到水轮机的进口阀1a并且进口阀1a被完全关闭以由此停止水轮机。

根据上面提到的本发明，即使当发电设备从电力系统的解列被执行时，发电设备的自动操作也通过在这样的速度下执行操作而被实现：在该速度下对应于负载的能量平衡在Cp特性曲线中的额定速度以上的速度范围内被实现。从而，当发电设备难以执行系统互连时，仅通过允许发电设备具有用于互连操作的基于软件的设备自动功能就可以执行自动操作控制，而不特别准备用于隔离操作的设备，诸如虚设电阻器设备或电动伺服电机的高速导叶控制单元。