專利名稱：用于穩(wěn)定配電網(wǎng)的方法與發(fā)電機(jī)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于穩(wěn)定配電網(wǎng)的方法。與所述配電網(wǎng)相連的是一種可以通過(guò)變 流器將電能饋送給配電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組，優(yōu)選一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。在所述方法中，可以發(fā)現(xiàn)配 電網(wǎng)的線路故障。另外，本發(fā)明還涉及一種發(fā)電機(jī)組，所述發(fā)電機(jī)組可以通過(guò)變流器將電能 饋送給配電網(wǎng)，并且所述發(fā)電機(jī)組還包括一個(gè)控制單元。
背景技術(shù)：
線路故障的一個(gè)常見(jiàn)原因在于在配電網(wǎng)中的某個(gè)地方出現(xiàn)了短路。短路會(huì)直接導(dǎo) 致局部電壓下降。電壓下降可以在一瞬間的時(shí)間內(nèi)在很大一段配電網(wǎng)中蔓延。一般來(lái)說(shuō)， 對(duì)于線路故障作出的反應(yīng)是，發(fā)生短路的一段線路會(huì)與配電網(wǎng)的其它線路段斷開(kāi)。在發(fā)生 短路的一段線路與配電網(wǎng)的其它線路段斷開(kāi)之前，發(fā)電機(jī)沒(méi)有機(jī)會(huì)穩(wěn)定電壓。特別重要的 是，發(fā)電機(jī)在這一階段不能與配電網(wǎng)斷開(kāi)。而緊接在發(fā)生短路的一段線路與配電網(wǎng)的其它線路段斷開(kāi)后的這一階段對(duì)于配 電網(wǎng)的其它穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。雖然配電網(wǎng)中的電壓之后會(huì)再次快速上升，但是不會(huì)立 即達(dá)到理論電壓，首先只能達(dá)到理論電壓的75%。因?yàn)殡娋W(wǎng)會(huì)通過(guò)一個(gè)較低的電壓處于一 種臨界狀態(tài)，所以調(diào)節(jié)機(jī)械裝置反而會(huì)導(dǎo)致，進(jìn)一步加大穩(wěn)定性的難度。如果用戶側(cè)的分接 開(kāi)關(guān)改變與高壓電網(wǎng)的變壓比，以便再次給用戶供應(yīng)理論電壓，那么這樣做就有效。但是改 變的變壓比也會(huì)造成提高高壓電網(wǎng)中的電流，以便繼續(xù)降低高壓電網(wǎng)中的電壓。用戶側(cè)的 分接開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作可以導(dǎo)致一種自行升壓效應(yīng)，而該效應(yīng)會(huì)妨礙配電網(wǎng)的完全恢復(fù)與穩(wěn) 定。因此，這種自行升壓(造成不穩(wěn)定)效應(yīng)特別有問(wèn)題，因?yàn)樨?fù)責(zé)基本負(fù)載的同步發(fā)電機(jī) 在這一階段只能非常有限地提供支撐電壓所需的無(wú)功電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于介紹一種方法與一種發(fā)電機(jī)組，所述方法與發(fā)電機(jī)組明顯有利 于在線路故障清除后重新穩(wěn)定配電網(wǎng)。根據(jù)本文開(kāi)頭所述的現(xiàn)有技術(shù)，可以通過(guò)獨(dú)立權(quán)利 要求所述特征解決該任務(wù)。其它有利的實(shí)施方式請(qǐng)參見(jiàn)從屬權(quán)利要求。在本發(fā)明所述方法中，在發(fā)現(xiàn)線路故障后，發(fā)電機(jī)組中的穩(wěn)定控制裝置會(huì)被激活， 所述穩(wěn)定控制裝置的階躍函數(shù)響應(yīng)會(huì)隨著時(shí)間的推移持續(xù)上升，并且穩(wěn)定控制裝置可以根 據(jù)返回的電壓信號(hào)調(diào)節(jié)所饋送電能的電壓。在激活穩(wěn)定控制裝置后，經(jīng)過(guò)一個(gè)規(guī)定的時(shí)間 段后，檢查電壓是否穩(wěn)定了。如果電壓還沒(méi)有充分穩(wěn)定，那么將提高無(wú)功電流饋送，使其超 過(guò)一個(gè)對(duì)于正常運(yùn)行所規(guī)定的極限值。首先來(lái)解釋幾個(gè)概念。首先，通過(guò)變流器饋送電能的發(fā)電機(jī)組是一種裝置，在所述 裝置中可以從所謂的可再生能源獲取電能。發(fā)電機(jī)組優(yōu)選涉及到風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物能、熱 能。在抽水蓄能電站中也可以使用通過(guò)變流器饋送電能的發(fā)電機(jī)組，在所述抽水蓄能電站 中，初級(jí)發(fā)電裝置(這里是指渦輪機(jī))的轉(zhuǎn)速是變化的。另外一個(gè)適用領(lǐng)域就是可以將電 能饋送到不同頻率的電網(wǎng)中的電站，例如一部分電能要被饋送到電氣化鐵路的接觸網(wǎng)上，一部分電能要被饋送到一般的電網(wǎng)中。本發(fā)明也包括一種發(fā)電機(jī)組，所述發(fā)電機(jī)組只將一 部分生產(chǎn)的電能饋送到配電網(wǎng)中。變流器可以調(diào)節(jié)饋送到配電網(wǎng)中的電能的電壓與相位， 而盡可能地不受本身發(fā)電裝置的影響。線路故障的概念涉及到一種嚴(yán)重的電壓降，而不是在正常工作時(shí)由一個(gè)分接開(kāi)關(guān) 引起的波動(dòng)。當(dāng)電壓偏離額定電壓超過(guò)10%時(shí)，特別是當(dāng)電壓在短于1ms的時(shí)間內(nèi)降低了 10%，那么就可以說(shuō)是一個(gè)線路故障。即使是短路點(diǎn)離發(fā)電機(jī)組很遠(yuǎn)，一般來(lái)說(shuō)還是可以通過(guò)發(fā)電機(jī)組中的電壓降發(fā)現(xiàn) 線路故障。因?yàn)橥ㄟ^(guò)短路引起的電壓降會(huì)在瞬間時(shí)間內(nèi)在很大一段配電網(wǎng)中蔓延。因此對(duì) 于發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，發(fā)現(xiàn)一種局部的電壓降一般是獲知短路的最快方法。本發(fā)明包括可以將 有關(guān)短路的信息以其它方式傳遞給發(fā)電機(jī)組的方法。在發(fā)現(xiàn)線路故障后，發(fā)電機(jī)組中的穩(wěn)定控制裝置會(huì)被激活。在正常運(yùn)行期間不會(huì) 被激活的穩(wěn)定控制裝置是閉環(huán)調(diào)節(jié)電路的一部分。有關(guān)所饋送電能的電壓信號(hào)返回后會(huì)與 用作指令參數(shù)的理論電壓進(jìn)行對(duì)比。兩個(gè)值之間的差值將會(huì)以輸入變量的方式傳遞給穩(wěn)定 控制裝置。變流器可以利用穩(wěn)定控制裝置的輸出變量影響電壓。當(dāng)輸入變量從零階躍至一 個(gè)恒定值時(shí)，穩(wěn)定控制裝置的輸出信號(hào)可以稱作階躍函數(shù)響應(yīng)。當(dāng)輸入變量保持不變時(shí)，在 階躍函數(shù)響應(yīng)隨著時(shí)間上升的一個(gè)穩(wěn)定控制裝置中，輸出變量也會(huì)隨著時(shí)間推移而增長(zhǎng)。根據(jù)本發(fā)明所述方法以多次識(shí)別為基礎(chǔ)。首先，配電網(wǎng)在發(fā)現(xiàn)線路故障后會(huì)處于 一個(gè)臨界狀態(tài)，其會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)決定是完全中斷電壓還是穩(wěn)定電壓。其次，臨界狀態(tài)會(huì) 導(dǎo)致一個(gè)振蕩式不穩(wěn)定性的概率上升，也就是說(shuō)電網(wǎng)中頻率的振蕩概率會(huì)上升。第三，必須 在一個(gè)非常不完整的信息基礎(chǔ)上做出有關(guān)發(fā)電機(jī)組反應(yīng)的決定。發(fā)電機(jī)組會(huì)發(fā)現(xiàn)電壓降 低，其它的信息它無(wú)法使用或者不能充分可靠地使用。鑒于這種情況，根據(jù)本發(fā)明所述方法建議一個(gè)分為兩個(gè)階段的流程。在第一步中， 在發(fā)現(xiàn)線路故障后，穩(wěn)定控制裝置會(huì)被激活。雖然電壓實(shí)際值與理論值之間的偏差往往在 這一時(shí)刻較大，但是穩(wěn)定控制裝置不應(yīng)該導(dǎo)致突然變化。因?yàn)?，突然的變化?huì)提高振動(dòng)式不 穩(wěn)定性的風(fēng)險(xiǎn)。如果實(shí)際值與理論值之間的偏差持續(xù)了一段時(shí)間，那么其是不能立即穩(wěn)定 配電網(wǎng)的一個(gè)征兆。發(fā)電機(jī)組在這時(shí)應(yīng)該饋送盡可能多的無(wú)功電流以支撐電壓。根據(jù)本發(fā) 明所述，可以通過(guò)如下方式達(dá)到這一點(diǎn)，即，使用一個(gè)帶有上升階躍函數(shù)響應(yīng)的穩(wěn)定控制裝 置。這樣就可以在一開(kāi)始避免突然變化，但是在實(shí)際值與理論值之間存在持續(xù)偏差時(shí)，其會(huì) 起到較大的作用。在穩(wěn)定控制裝置被激活一段時(shí)間后，檢查該措施是否穩(wěn)定了電壓。如果沒(méi)有成功， 那么引入方法的第二階段。因?yàn)樵诘谝浑A段中遵循了正常運(yùn)行的所有規(guī)定值，并且避免了 過(guò)壓，還保持饋送有功功率，所以在第二階段中將取消對(duì)于正常運(yùn)行所規(guī)定的極限值，以便 提高無(wú)功電流的饋送。其背景在于，如果在這一時(shí)刻前還不能充分地穩(wěn)定配電網(wǎng)，那么必須 以一個(gè)臨界狀態(tài)與一個(gè)嚴(yán)重的故障為出發(fā)點(diǎn)。本發(fā)明還介紹了一種方法，即，盡管不穩(wěn)定的 電網(wǎng)狀態(tài)與不確定的信息基礎(chǔ)，但還是可以對(duì)線路故障作出反應(yīng)。通過(guò)這種方式，根據(jù)本發(fā) 明所述方法有很大的希望穩(wěn)定電網(wǎng)。在方法的第二個(gè)階段，一個(gè)第一選項(xiàng)在于，通過(guò)提高電壓的理論值使無(wú)功電流饋 送超過(guò)一個(gè)為正常運(yùn)行規(guī)定的極限值。通過(guò)這種方式可以提高無(wú)功電流的比例，而不用降 低有功電流。有功電流與無(wú)功電流的概念是有功功率與無(wú)功功率的同義詞；專業(yè)人士都知道，還有另外的表述方式，如電流與電壓之間的相位角(p或該角度的余弦值。雖然通過(guò)提 高電壓的理論值可以使發(fā)電機(jī)組進(jìn)入一種過(guò)載狀態(tài)，但是這種狀態(tài)只能保持一個(gè)有限的時(shí) 間段。對(duì)于本發(fā)明所述方法第二階段的一個(gè)第二選項(xiàng)在于，通過(guò)以下方式使無(wú)功電流饋 送超過(guò)一個(gè)為正常運(yùn)行規(guī)定的極限值，即，無(wú)功電流的饋送要優(yōu)先于有功電流的饋送。在本 發(fā)明所述方法的第一階段中，像在正常運(yùn)行情況下一樣，有功功率的饋送擁有優(yōu)先權(quán)，其饋 送的無(wú)功電流量只能是除了有功電流外可以饋送的量。有功電流在這一階段的優(yōu)先權(quán)非常 有意義，因?yàn)樵诎l(fā)生電壓降之后，用戶需要大量有功功率。但是如果本發(fā)明所述方法的第一 階段不能達(dá)到充分穩(wěn)定電網(wǎng)的目的，那么需要采取其它措施。本發(fā)明建議，這時(shí)優(yōu)先饋送無(wú) 功電流而不是有功電流。雖然在出現(xiàn)線路故障后降低有功電流看起來(lái)有些不合情理。但是 本發(fā)明認(rèn)為，支撐電壓是對(duì)穩(wěn)定電網(wǎng)的重要貢獻(xiàn)。因?yàn)殡妷涸谂潆娋W(wǎng)中是一個(gè)局部現(xiàn)象。相 反，通過(guò)饋送有功電流影響的頻率是一個(gè)整體現(xiàn)象。也就是說(shuō)，如果局部有功電流失去了， 那么大多數(shù)情況下，相距很遠(yuǎn)的發(fā)電站會(huì)發(fā)現(xiàn)這一情況。但如果只是局部電壓降低了，那么 一個(gè)相距很遠(yuǎn)的發(fā)電站不能平衡這一點(diǎn)。在本發(fā)明所述方法的第一階段中，可以通過(guò)如下方式確保有功電流的優(yōu)先性，即， 將電流與電壓之間的相位角CP置于上極限值。極限值要么是一個(gè)明確規(guī)定的相位角(P極限 值，要么是一個(gè)物理極限值，所述物理極限值可以像相位角(P極限值一樣起作用。如果在一 個(gè)確定的相位角<p時(shí)在發(fā)電機(jī)組中達(dá)到了最大允許電流，那么對(duì)電流的限制會(huì)像對(duì)相位角 <p的限制一樣起作用。穩(wěn)定控制裝置可以調(diào)節(jié)至極限值，但不能超過(guò)極限值。因此在選擇極 限值時(shí)要使發(fā)電機(jī)組可以經(jīng)受得住有功電流與無(wú)功電流的總量。為了在本發(fā)明所述方法的 第二階段避免由于取消相位角CP的極限值而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組過(guò)載，必須確保當(dāng)超過(guò)極限值并 且提高無(wú)功電流饋送時(shí)，有功電流會(huì)同步降低。也就是說(shuō)以有功電流的饋送為代價(jià)來(lái)提高 無(wú)功電流的饋送。在本發(fā)明所述方法的第二階段中，規(guī)定提高無(wú)功電流饋送，并且超過(guò)為正常運(yùn)行 所規(guī)定的相位角CP極限值，在控制穩(wěn)定控制裝置的情況下，可以實(shí)現(xiàn)這一功能。同時(shí)還可以 在方法的第二階段再次關(guān)閉穩(wěn)定控制裝置，并利用其它方法提高無(wú)功電流饋送。在本發(fā)明所述方法的第二階段可以完全取消相位角(P極限值。然后將相位角CP提 升至90°，從而僅僅饋送無(wú)功電流。在很多情況下確定一個(gè)相位角CP上極限值與一個(gè)有功 部分下極限值比較合適。如果發(fā)電機(jī)組是一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，那么可以根據(jù)風(fēng)速確定下極 限值。此外，一旦超過(guò)規(guī)定的時(shí)間或者是超過(guò)了規(guī)定的電壓極限值，那么將相位角CP復(fù)位至 原始值是比較合適的。在一種有利的實(shí)施方式中，本發(fā)明所述方法可以增加至三個(gè)階段。如果在一個(gè)第 一規(guī)定時(shí)間段內(nèi)，本發(fā)明所述方法的第一階段不能充分穩(wěn)定電壓，那么在第二階段首先會(huì) 提高電壓的理論值。如上所述，發(fā)電機(jī)組會(huì)因此而進(jìn)入一種過(guò)載狀態(tài)，以至于不能持續(xù)保持 這一狀態(tài)。因此，在從提高理論值起超過(guò)第二規(guī)定的時(shí)間段后，要重新檢查是否電壓已充分 穩(wěn)定。如果還是不能成功穩(wěn)定電壓，那么在本發(fā)明所述方法的第三階段中取消電流與電壓 之間的相位角9上極限值。這樣會(huì)導(dǎo)致以有功電流的饋送為代價(jià)來(lái)提高無(wú)功電流的饋送。 在這種狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)組會(huì)盡其最大所能來(lái)局部支撐電壓。但是在正常運(yùn)行時(shí)，穩(wěn)定控制裝置會(huì)導(dǎo)致不期望的結(jié)果。因此，本發(fā)明所述方法規(guī)定，要及時(shí)重新關(guān)閉穩(wěn)定控制裝置。關(guān)閉穩(wěn)定控制裝置的條件在于，電壓的實(shí)際值超過(guò)一個(gè) 規(guī)定的界限。否則會(huì)存在如下危險(xiǎn)，即，穩(wěn)定控制裝置會(huì)繼續(xù)提高在故障清除后已經(jīng)階躍提 高過(guò)的過(guò)高電壓。如果從出現(xiàn)線路故障起已經(jīng)超過(guò)一個(gè)規(guī)定的時(shí)間段或者當(dāng)電壓在規(guī)定的 時(shí)間段內(nèi)可以保持在一個(gè)規(guī)定的范圍內(nèi)，那么也可以關(guān)閉穩(wěn)定控制裝置了。
一般來(lái)說(shuō)發(fā)電機(jī)組會(huì)生產(chǎn)帶有低壓或中壓的電能。以低壓的形式生產(chǎn)的電能在轉(zhuǎn) 變成高壓以便進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸之前，一般首先會(huì)轉(zhuǎn)變成中壓。在以低壓的方式生產(chǎn)電能時(shí)， 控制電路可以直接影響低壓，而對(duì)中壓與高壓的影響是間接的。在以中壓的方式生產(chǎn)電能 時(shí)，控制電路可以直接影響中壓，而對(duì)高壓的影響是間接的。除了低壓與中壓外，還可以考 慮高壓作為控制電路的指令參數(shù)。如果選用高壓作為指令參數(shù)，那么其優(yōu)點(diǎn)在于，控制裝置 會(huì)直接以最后起決定作用的變量為基礎(chǔ)。由于有分接開(kāi)關(guān)，所以中壓與高壓之間的比例一 般不會(huì)固定。如果高壓用作指令參數(shù)，那么應(yīng)該將高壓調(diào)節(jié)至出現(xiàn)線路故障之前的值，并且 不是一個(gè)普遍規(guī)定的值。這種值優(yōu)選為出現(xiàn)線路故障之前的電壓范圍的下極限值。如果已 知中壓電網(wǎng)的數(shù)據(jù)以及中壓電網(wǎng)與高壓電網(wǎng)之間變壓器的性能，那么發(fā)電機(jī)組就可以計(jì)算 高壓。如果設(shè)置有一種快速通信連接裝置，那么可以選擇測(cè)量高壓，并且將測(cè)量值傳送給發(fā) 電機(jī)組。 如上所述，配電網(wǎng)中的電壓是一種局部現(xiàn)象。如果多個(gè)發(fā)電機(jī)組同時(shí)采取措施來(lái) 支撐電壓，那么就會(huì)導(dǎo)致電壓局部短時(shí)上升，并超過(guò)理論值，而不管電網(wǎng)還完全沒(méi)有重新穩(wěn) 定。由于實(shí)際電壓超過(guò)理論值，所以穩(wěn)定控制裝置會(huì)開(kāi)始重新降低電壓。通過(guò)設(shè)計(jì)一種只 會(huì)使電壓上升的穩(wěn)定控制裝置可以避免這種不希望的效應(yīng)。如上所述，在出現(xiàn)線路故障后，由于配電網(wǎng)的狀態(tài)不明確，所以會(huì)增加振蕩式波動(dòng) 的風(fēng)險(xiǎn)。因此，一般來(lái)說(shuō)建議與電網(wǎng)相連的元器件可以避免突然變化。在本發(fā)明的框架下， 這種想法找到了一種第一表現(xiàn)形式，即，選擇一種可以在本發(fā)吸所述方法開(kāi)始時(shí)避免突然 變化的穩(wěn)定控制裝置。對(duì)于在實(shí)施本發(fā)明所述方法期間發(fā)電機(jī)組遭受的其它變化，穩(wěn)定控 制裝置同樣也可以避免其突然變化。也就是說(shuō)變化不應(yīng)突然完成，而應(yīng)該以持續(xù)、延伸一段 時(shí)間、分多個(gè)階段或漸變的方式完成。當(dāng)在本發(fā)明所述方法結(jié)束后要將電壓理論值重新降 至正常值時(shí)，這一點(diǎn)特別適用，并且這一點(diǎn)也適用于在方法結(jié)束時(shí)同樣不應(yīng)被一下關(guān)閉的 穩(wěn)定控制裝置。當(dāng)取消了相位角9極限值時(shí)，這一點(diǎn)還適用于有功電流的降低，并且適用于 有功電流接下來(lái)的上升。如果發(fā)電機(jī)組是一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，那么在降低有功功率時(shí)，其對(duì) 于調(diào)整轉(zhuǎn)子葉片的偏轉(zhuǎn)角是非常有意義的，以避免轉(zhuǎn)子加速。無(wú)功功率的降低也應(yīng)慢慢完 成，從而使電網(wǎng)中的其它用戶平衡這些變化。一般來(lái)說(shuō)，變化要延伸至少2秒鐘，優(yōu)選至少 5秒鐘，最好是至少10秒鐘。另外，本發(fā)明還涉及一種可以用于實(shí)施本發(fā)明所述方法的發(fā)電機(jī)組。根據(jù)本文開(kāi) 頭所述的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)組的特征在于，配置有一個(gè)穩(wěn)定控制裝置，所述穩(wěn)定 控制裝置的階躍函數(shù)響應(yīng)會(huì)隨著時(shí)間的推移而上升，并且其可以根據(jù)返回的電壓信號(hào)調(diào)節(jié) 所饋送電能的電壓。另外，控制單元還包括一個(gè)激活模塊與一個(gè)探測(cè)器，所述激活模塊可以 在出現(xiàn)線路故障后激活穩(wěn)定控制裝置，所述探測(cè)器用于檢查在從激活穩(wěn)定控制裝置起經(jīng)過(guò) 規(guī)定的時(shí)間段后電壓是否穩(wěn)定了。最后配置有一個(gè)執(zhí)行元件，一旦探測(cè)器發(fā)現(xiàn)電壓還沒(méi)有 充分穩(wěn)定時(shí)，所述執(zhí)行元件就會(huì)提高無(wú)功電流的饋送，并且超過(guò)為正常運(yùn)行所規(guī)定的極限 值?？刂茊卧脑诮Y(jié)構(gòu)上相互連接在一起比較合適。元件也可以相互分開(kāi)。
帶有上升階躍函數(shù)響應(yīng)的控制裝置的最常見(jiàn)示例就是一種所謂的I-控制裝置， 在所述控制裝置中，控制是以積分電路為基礎(chǔ)的。積分電路會(huì)對(duì)一個(gè)帶有非限制性上升的 輸出變量的恒定階躍作出響應(yīng)。利用P-控制裝置也可以得到類似的效果，所述控制裝置的 增益會(huì)隨著時(shí)間的推移而上升。P-控制裝置會(huì)以一種階躍的形式對(duì)一個(gè)恒定的階躍作出響 應(yīng)。在帶有上升階躍函數(shù)響應(yīng)的控制裝置中，如果理論值與實(shí)際值之間保持有偏差的話，那 么輸出變量會(huì)不斷增長(zhǎng)。因此，在實(shí)踐中必須限制一個(gè)值，所述值可以通過(guò)帶有上升階躍函 數(shù)響應(yīng)的控制裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)。在本發(fā)明所述的發(fā)電機(jī)組中，可以通過(guò)電流電壓之間相位角 cp的一個(gè)不允許被超過(guò)的值設(shè)定極限值。本發(fā)明所述的穩(wěn)定控制裝置只有在出現(xiàn)線路故障后才有效。在正常運(yùn)行下，電壓 不會(huì)遭遇一個(gè)閉環(huán)調(diào)整電路。因?yàn)樵趥€(gè)別情況下，在正常使用時(shí)也可以設(shè)置一個(gè)用于電壓 的閉環(huán)調(diào)整電路，所以控制裝置是一個(gè)簡(jiǎn)單的P-控制裝置。在出現(xiàn)線路故障后，本發(fā)明所 述的穩(wěn)定控制裝置要么作為用于正常運(yùn)行的控制裝置的一種補(bǔ)充，要么替代該控制裝置。 在激活穩(wěn)定控制裝置后，如果在電網(wǎng)中出現(xiàn)了不利的振蕩，那么可以降低穩(wěn)定控制裝置相 對(duì)于用于正常運(yùn)行的控制裝置的比例，從而抑制振動(dòng)。如果電壓上升超過(guò)某一個(gè)極限值時(shí)， 同樣也可以短時(shí)復(fù)位穩(wěn)定控制裝置，并轉(zhuǎn)換為用于正常運(yùn)行的控制裝置。這樣就可以避免 過(guò)壓。如果電壓還沒(méi)有充分穩(wěn)定，那么可以再次激活穩(wěn)定控制裝置。


下面將在參閱附圖的情況下根據(jù)一種有利的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。其中圖1為帶有一種根據(jù)本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)組的一種配電網(wǎng)；圖2為一臺(tái)發(fā)電機(jī)上用于出現(xiàn)線路故障后的動(dòng)作的一種設(shè)置值；圖3為一種根據(jù)本發(fā)明所述發(fā)電機(jī)組的一種示意圖；圖4為一種帶有根據(jù)本發(fā)明所述穩(wěn)定控制裝置的控制電路的一種示意圖；圖5至圖7為本發(fā)明所述方法的各種實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式在一個(gè)整體用附圖標(biāo)記10標(biāo)識(shí)的配電網(wǎng)上連接有一個(gè)傳統(tǒng)的發(fā)電站11，在所述 發(fā)電站可以借助一種同步發(fā)電機(jī)SG生產(chǎn)電能。一種根據(jù)本發(fā)明所述的發(fā)電機(jī)組14(這里是 一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)同樣與配電網(wǎng)10相連，并且通過(guò)一個(gè)變流器將電能饋送給配電網(wǎng)10。 配電網(wǎng)10在高壓的狀態(tài)下將電能輸送給用戶12。配電網(wǎng)10在開(kāi)關(guān)位置15、16之間分支成一個(gè)第一支路17與一個(gè)第二支路18。配 電網(wǎng)的這樣一種環(huán)形結(jié)構(gòu)非常普遍，通過(guò)這種結(jié)構(gòu)可以確保兩個(gè)開(kāi)關(guān)位置不會(huì)因?yàn)檫B接線 路故障而完全相互斷開(kāi)。假設(shè)在第一支路17中，在點(diǎn)13處發(fā)生了短路，那么，這樣會(huì)導(dǎo)致， 在整個(gè)配電網(wǎng)10中，電壓會(huì)崩潰。電壓降在一瞬間的時(shí)間內(nèi)就會(huì)從對(duì)地短路處13蔓延至 傳統(tǒng)的發(fā)電站11與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組14。開(kāi)關(guān)位置15、16可以這樣設(shè)置，即，它們?cè)?50ms的時(shí)間內(nèi)可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)地短路是 在第一支路17中出現(xiàn)的，還是在第二支路18中出現(xiàn)的，并通過(guò)將所涉及到的支路與配電網(wǎng) 10的其它部分?jǐn)嚅_(kāi)的方法消除故障。如果在對(duì)地短路期間電壓降低至理論電壓的15%之 后，那么緊接在故障消除之后，電壓又會(huì)迅速上升。顯然其不會(huì)立即恢復(fù)至理論電壓值，而是恢復(fù)至一個(gè)理論電壓值的80%。在對(duì)地短路期間，最重要的是，傳統(tǒng)的發(fā)電站11與風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組14不會(huì)和配電網(wǎng)斷開(kāi)。只要存在對(duì)地短路，那么其就不會(huì)對(duì)支撐電壓做出貢獻(xiàn)。 在故障消除后的階段可以決定是完全斷開(kāi)，還是穩(wěn)定電網(wǎng)。
穩(wěn)定這一階段的配電網(wǎng)10并不是非常簡(jiǎn)單的事情，因?yàn)樵诟邏弘娋W(wǎng)中降低電壓 會(huì)導(dǎo)致在用戶處的電壓也會(huì)降低。在將高壓電網(wǎng)中的電能降低成用戶可用電能的變壓器 中，按照如下方式安裝有分接開(kāi)關(guān)，即，當(dāng)在用戶處出現(xiàn)較低的電壓時(shí)，分接開(kāi)關(guān)可以改變 與高壓的變壓比。而這樣又會(huì)繼續(xù)加重高壓電網(wǎng)的負(fù)荷，從而導(dǎo)致一種會(huì)使得配電網(wǎng)不穩(wěn) 定的自行升壓效應(yīng)。在圖2中，示出了配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商對(duì)饋電發(fā)電機(jī)在出現(xiàn)線路故障時(shí)以及之后的性能 所提出的要求。從該圖中可以看出，在典型的線路故障期間，以相對(duì)單位(P -u)的形式加載 到y(tǒng)軸上的電壓具有一些時(shí)間曲線。在出現(xiàn)對(duì)地短路后，電壓從理論電壓(1.0ρ·ιι)降低至 理論電壓的一部分。在故障消除后，電壓在兩秒后上升至理論電壓的80% (0.8ρ·ιι)，在接 下來(lái)的5分鐘內(nèi)，會(huì)達(dá)到理論電壓的90% (0. 9ρ ·ιι)，之后達(dá)到理論電壓的95% (0. 95ρ ·ιι)。 電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商對(duì)發(fā)電機(jī)的要求在于，只有當(dāng)電壓低于在圖2中所示曲線之下時(shí)，才允許從電 網(wǎng)斷開(kāi)饋電的發(fā)電機(jī)。如果在故障消除后，電壓保持在理論電壓90%之下超過(guò)兩秒鐘，那么 也允許從電網(wǎng)斷開(kāi)饋電的發(fā)電機(jī)。在理論電壓的95%至104%之間時(shí)，發(fā)電機(jī)組必須永久 保持在配電網(wǎng)上。圖3示出了本發(fā)明所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組14的結(jié)構(gòu)。利用轉(zhuǎn)子19獲得的動(dòng)能會(huì)通過(guò) 發(fā)電機(jī)20轉(zhuǎn)化為電能。通過(guò)一個(gè)變流器21可以將電能傳輸給變壓器22。在所述變壓器 22中，電能首先從低壓變成中壓便于繼續(xù)傳輸。如果在圖3沒(méi)有示出的高壓電網(wǎng)中出現(xiàn)了 一個(gè)電壓降，那么中壓電網(wǎng)中的電壓也會(huì)降低，并通過(guò)變壓器22傳遞給低壓側(cè)。在風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組14中設(shè)置有一個(gè)傳感器23，所述傳感器可以測(cè)量變流器21輸出端的電壓，并且將 相應(yīng)的電壓信號(hào)傳遞給變流器控制單元24。如果發(fā)現(xiàn)了線路故障，也就是說(shuō)電壓降在短于 Ims的時(shí)間內(nèi)超過(guò)了 10%，那么就會(huì)啟動(dòng)本發(fā)明所述方法。在本發(fā)明所述方法的第一階段會(huì)激活在圖4中所示的一個(gè)穩(wěn)定控制裝置25。穩(wěn)定 控制裝置25是一個(gè)閉環(huán)調(diào)整電路的一部分，在所述閉環(huán)調(diào)整電路中，如圖所示，會(huì)返回一 個(gè)有關(guān)所饋送電能的電壓信號(hào)26。這里，在變流器21的輸出端會(huì)返回一個(gè)有關(guān)低壓的信 號(hào)，本發(fā)明還包括有關(guān)中壓或高壓的信號(hào)返回裝置。返回的電壓信號(hào)在27處與用作指令參 數(shù)的理論電壓進(jìn)行比較，并將差值以輸入變量的方式傳輸給穩(wěn)定控制裝置25。穩(wěn)定控制裝 置25是一種I-控制裝置，其階躍函數(shù)響應(yīng)會(huì)隨著時(shí)間的推移而上升，如果返回的電壓信號(hào) 和指令參數(shù)之間的差值保持了一段時(shí)間，那么其輸出變量也會(huì)增長(zhǎng)。如果用作輸入變量的 差值本身沒(méi)有增長(zhǎng)，那么輸出變量也會(huì)增長(zhǎng)。在圖4的電路符號(hào)中示出了穩(wěn)定控制裝置25 的階躍函數(shù)響應(yīng)。穩(wěn)定控制裝置25的輸出變量會(huì)被傳輸給變流器控制單元24，所述變流器 控制裝置可以根據(jù)輸出變量會(huì)對(duì)電壓施加影響，特別是會(huì)提高無(wú)功部分，以便支撐電壓。在圖5中示出了本發(fā)明所述方法的整個(gè)流程。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在100中投入使用 后，在120中不斷檢測(cè)，是否存在線路故障。如果發(fā)現(xiàn)了線路故障，那么在140中會(huì)激活穩(wěn) 定控制裝置25。在穩(wěn)定控制裝置25被激活時(shí)，在160中會(huì)持續(xù)檢查，電壓是否重新充分穩(wěn) 定了。如果電壓在超過(guò)5秒的時(shí)間內(nèi)都高于理論電壓值的95%，那么就表明電壓已經(jīng)充分 穩(wěn)定了。對(duì)于電壓充分穩(wěn)定的另外一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在于，電壓至少在5秒鐘內(nèi)高于高壓電網(wǎng)中電壓范圍的最低極限值。在測(cè)量高壓時(shí)或者在認(rèn)識(shí)中壓與分接變壓器的分接裝置時(shí)，也可以 計(jì)算這種電壓，只要存在電流測(cè)量。如果電壓穩(wěn)定了，那么就可以在180中結(jié)束本發(fā)明所述方法，并且風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 14重新進(jìn)入正常工作狀態(tài)。如果在激活穩(wěn)定控制裝置25后的2至10秒內(nèi)電壓還沒(méi)有充分 穩(wěn)定，那么在200中激活本發(fā)明所述方法的第二階段。在第二階段中，理論電壓在這種實(shí)施 例中要相對(duì)于以前的理論值提高5%，例如從100%提高至105%。這樣風(fēng)力發(fā)電機(jī)組14 就可以饋送額外的無(wú)功電流，而不必降低有功電流。穩(wěn)定控制裝置25繼續(xù)激活，并將電壓 調(diào)節(jié)至一個(gè)新的理論值。在210中，再次檢查，本發(fā)明所述方法的第二個(gè)階段是否導(dǎo)致電壓 充分穩(wěn)定了。如果已經(jīng)穩(wěn)定了，那么就可以在180中結(jié)束本發(fā)明所述方法，并使風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組14回到正常狀態(tài)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組只能經(jīng)受住由于提高理論電壓所提高的負(fù)荷大約兩分 鐘。兩分鐘后，將在220中結(jié)束本發(fā)明所述方法，即使是電壓還沒(méi)有穩(wěn)定。圖6示出了本發(fā)明所述方法的另外一種實(shí)施方式。啟動(dòng)方法后，在120中持續(xù)檢 測(cè)是否存在線路故障，必要時(shí)在140中激活穩(wěn)定控制裝置25。同時(shí)關(guān)閉一個(gè)之前負(fù)責(zé)調(diào)節(jié) 電壓的P-控制裝置。如果實(shí)際電壓低于理論電壓值，那么穩(wěn)定控制裝置25會(huì)獲得相應(yīng)的 差值作為輸入變量。如果該差值在一段時(shí)間保持不變，那么輸出變量會(huì)增長(zhǎng)。變流器21會(huì) 通過(guò)一個(gè)上升的無(wú)功部分轉(zhuǎn)化穩(wěn)定控制裝置25上升的輸出變量。在穩(wěn)定控制裝置25的輸 出變量理論上增長(zhǎng)的過(guò)大時(shí)，會(huì)限制變流器提高無(wú)功部分的可能性。在實(shí)施例中，可以通過(guò) 以下方式設(shè)置無(wú)功部分的極限值，即，電流與電壓之間的相位角(P不允許大約18°。如果實(shí) 際電壓等于理論電壓的80%，那么這種差值會(huì)導(dǎo)致，在低于1秒的時(shí)間內(nèi)達(dá)到(p=18°的極限 值。如果在160中證明，通過(guò)提高無(wú)功部分達(dá)到了穩(wěn)定電壓的目的，那么在170處再次 關(guān)閉穩(wěn)定控制裝置25，其中關(guān)閉過(guò)程可以延遲10秒。通過(guò)時(shí)間上延遲關(guān)閉穩(wěn)定控制裝置 25可以降低配電網(wǎng)10中的發(fā)生振蕩的風(fēng)險(xiǎn)。如果第一個(gè)階段沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定配電網(wǎng)10的目的，那么通過(guò)取消CP=18°的極限值， 在200中引入本發(fā)明所述方法的第二階段。這樣就可以導(dǎo)致無(wú)功電流的饋送優(yōu)先于有功電 流的饋送。在穩(wěn)定控制裝置25的相應(yīng)輸出變量下，變流器21可以達(dá)到cp=90°，這樣就只會(huì) 饋送無(wú)功電流，而不再饋送有功電流。如果通過(guò)這些措施降低了饋送的有功功率，那么要是 其它方法不能阻止發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低升高的話，就可以提高葉片偏轉(zhuǎn)角。如果在210中檢測(cè)， 電壓穩(wěn)定了，那么風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在170中在經(jīng)過(guò)30秒后又會(huì)進(jìn)入正常狀態(tài)。如果在5分鐘 內(nèi)還沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的，那么在215中將停止風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，如果需要的話。在圖7所示的可選流程中，本發(fā)明所述方法包括三個(gè)階段。首先，在140中激活 穩(wěn)定控制裝置25，并在160中檢查，該措施是否在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致了成功。如果沒(méi)有成 功，那么在200中將引入本發(fā)明所述方法的第二階段，并提高電壓的理論值。如果這種措 施在2至10秒鐘內(nèi)還沒(méi)有成功，那么將在10秒鐘內(nèi)將理論值分多個(gè)階段重新降低至正常 值。緊接著，在212處引入本發(fā)明所述方法的第三個(gè)階段，并且將相位角(p極限值從18°提 高至70°。在相位角(P=70°時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組14主要饋送無(wú)功電流，只會(huì)饋送少量有功電 流。在取消CP=18°的極限值后，相位角不會(huì)一下變大，而是持續(xù)變大，以便將振蕩的風(fēng)險(xiǎn)保 持最低。在放大相位角(P的同時(shí)，可以改變轉(zhuǎn)子葉片的偏角，以避免轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速上升。在這 種實(shí)施例中，也是分三個(gè)階段作出響應(yīng)，以便降低線路故障的后果。
權(quán)利要求
用于穩(wěn)定配電網(wǎng)(10)的方法，在所述方法中與配電網(wǎng)(10)相連的是一種可以通過(guò)變流器(21)將電能饋送給配電網(wǎng)(10)的發(fā)電機(jī)組(14)，包括以下步驟a、發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)(10)的線路故障；b、激活發(fā)電機(jī)組(14)中的穩(wěn)定控制裝置(25)，所述穩(wěn)定控制裝置的階躍函數(shù)響應(yīng)會(huì)隨著時(shí)間的推移而上升，并根據(jù)返回的電壓信號(hào)(26)調(diào)整所饋送電能的電壓；c、檢查在從激活穩(wěn)定控制裝置(25)起經(jīng)過(guò)規(guī)定的時(shí)間段后電壓是否穩(wěn)定了；d、如果電壓還沒(méi)有穩(wěn)定，那么提高無(wú)功電流饋送，并超過(guò)為正常運(yùn)行所規(guī)定的極限值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于穩(wěn)定配電網(wǎng)的方法，其特征在于，在步驟d中，可以通過(guò) 提高電壓理論值的方式提高無(wú)功電流饋送，并超過(guò)為正常運(yùn)行所規(guī)定的極限值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于穩(wěn)定配電網(wǎng)的方法，其特征在于，在步驟d中，可以通過(guò) 規(guī)定無(wú)功電流優(yōu)先于有功電流饋送的方式提高無(wú)功電流饋送，并超過(guò)為正常運(yùn)行所規(guī)定的 極限值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于穩(wěn)定配電網(wǎng)的方法，其特征在于，取消了電流與電壓之 間相位角φ的上極限值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的用于穩(wěn)定配電網(wǎng)的方法，其特征在于，發(fā)電機(jī)組(14)是 一種具有很多轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在降低有功功率的同時(shí)，也會(huì)調(diào)整轉(zhuǎn)子葉片的偏角。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于穩(wěn)定配電網(wǎng)的方法，其特征在于， 具有以下步驟c、檢查在從激活穩(wěn)定控制裝置(25)起經(jīng)過(guò)規(guī)定的時(shí)間段后電壓是否穩(wěn)定了；d、如果在步驟c中電壓還沒(méi)有穩(wěn)定，那么提高電壓的理論值；e、檢查在從提高理論電壓起經(jīng)過(guò)第二次規(guī)定的時(shí)間段后電壓是否穩(wěn)定了；f、如果在步驟e中電壓還沒(méi)有穩(wěn)定，那么取消電流與電壓之間相位角φ的上極限值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于穩(wěn)定配電網(wǎng)的方法，其特征在于， 如果電壓的實(shí)際值超過(guò)了一個(gè)規(guī)定的界限，那么就會(huì)關(guān)閉穩(wěn)定控制裝置(25)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于穩(wěn)定配電網(wǎng)的方法，其特征在于， 穩(wěn)定控制裝置(25)使用高壓側(cè)的電壓作為指令參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于穩(wěn)定配電網(wǎng)的方法，其特征在于，穩(wěn)定控制裝置(25)使 用高壓側(cè)上出現(xiàn)線路故障前的電壓或者是相應(yīng)的電壓范圍下極限值作為理論值。
10.通過(guò)變流器(21)將電能饋送給配電網(wǎng)(10)的發(fā)電機(jī)組，帶有一個(gè)控制單元(24)， 其特征在于，a、配置有一個(gè)穩(wěn)定控制裝置(25)；i、所述穩(wěn)定控制裝置的階躍函數(shù)響應(yīng)會(huì)隨著時(shí)間的推移而上升；
11.所述穩(wěn)定控制裝置可以根據(jù)返回的電壓信號(hào)(26)調(diào)整所饋送電能的電壓；b、所述控制單元(24)具有如下特征i、具有一個(gè)激活模塊，所述激活模塊可以在出現(xiàn)線路故障后激活穩(wěn)定控制裝置(25)；ii、具有探測(cè)器(23)，用于檢查在從激活穩(wěn)定控制裝置(25)起經(jīng)過(guò)規(guī)定的時(shí)間段后電 壓是否穩(wěn)定了；iii、具有一個(gè)執(zhí)行元件，如果電壓還沒(méi)有充分穩(wěn)定，那么所述執(zhí)行元件會(huì)提高無(wú)功電流饋送，并超過(guò)為正常運(yùn)行所規(guī)定的極限值。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)電機(jī)組，其特征在于，穩(wěn)定控制裝置(25)是一種I-控制直ο
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)電機(jī)組，其特征在于，穩(wěn)定控制裝置(25)是一種帶有時(shí) 間增益的P-控制裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的發(fā)電機(jī)組，其特征在于，穩(wěn)定控制 裝置(25)僅僅只能以提高電壓的方式起作用。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的發(fā)電機(jī)組，其特征在于，發(fā)電機(jī)組 可以實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求2至9中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于穩(wěn)定配電網(wǎng)(10)的方法。與配電網(wǎng)(10)相連的是一種可以通過(guò)變流器(21)將電能饋送給配電網(wǎng)(10)的發(fā)電機(jī)組(14)。在所述方法中，在發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)的線路故障后，發(fā)電機(jī)組(14)中的穩(wěn)定控制裝置(25)會(huì)被激活，所述穩(wěn)定控制裝置的階躍函數(shù)響應(yīng)會(huì)隨著時(shí)間的推移而上升，并根據(jù)返回的電壓信號(hào)(26)調(diào)整所饋送電能的電壓。在從激活穩(wěn)定控制裝置(25)起經(jīng)過(guò)規(guī)定的時(shí)間段后檢查配電網(wǎng)(10)是否穩(wěn)定了。如果配電網(wǎng)還沒(méi)有穩(wěn)定，那么提高無(wú)功電流饋送，并超過(guò)為正常運(yùn)行所規(guī)定的極限值。另外本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)施本方法的發(fā)電機(jī)組。利用本發(fā)明所述方法，通過(guò)變流器饋電的發(fā)電機(jī)組(14)(例如風(fēng)力發(fā)電機(jī)組)會(huì)在發(fā)電線路故障后對(duì)配電網(wǎng)(10)的穩(wěn)定作出很大貢獻(xiàn)。
文檔編號(hào)H02J3/12GK101800427SQ200910260928
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者延斯·福特曼 申請(qǐng)人:瑞能系統(tǒng)股份公司