專(zhuān)利名稱(chēng)：電力系統(tǒng)的保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的保護(hù)裝置。具體地，本發(fā)明涉及旨在針對(duì)發(fā)電機(jī)安裝的保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)的故障期間，維持發(fā)電機(jī)的同步以便能夠在故障清除之后繼續(xù)工作很重要。顯著的故障例如是三相短路，這導(dǎo)致故障位置處的系統(tǒng)電壓崩潰，因此造成發(fā)電單元和電網(wǎng)之間的同步扭矩明顯降低。通常，在這些故障期間，因?yàn)殡娋W(wǎng)的大的慣性維持電網(wǎng)速度(相位)恒定，發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間的負(fù)載角開(kāi)始打開(kāi)。然而，在來(lái)自原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率(扭矩)維持幾乎恒定級(jí)別時(shí)，由于負(fù)載損失(當(dāng)電壓消失時(shí)甚至到幾乎零負(fù)載)，位于故障地點(diǎn)附近的各個(gè)發(fā)電機(jī)將加速。負(fù)載角是發(fā)電機(jī)端子處的正弦功率曲線的角度，在該點(diǎn)處發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率輸入和電力輸出處于平衡。換句話說(shuō)，發(fā)電機(jī)以特定功率級(jí)別和負(fù)載角工作，其中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角比電網(wǎng)角超前該負(fù)載角。原動(dòng)機(jī)是將機(jī)械功率饋入發(fā)電機(jī)的引擎。發(fā)電機(jī)和引擎的組合經(jīng)常稱(chēng)為發(fā)電機(jī)組。如果故障清除足夠快地發(fā)生從而在故障期間已注入發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的能量小于或等于在故障清除之后可注入電網(wǎng)的能量，則發(fā)電機(jī)的重新同步是可能的。圖1利用所謂的等面積準(zhǔn)則例示了上述情況。在電網(wǎng)的常規(guī)狀況下，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生和電網(wǎng)能夠消耗的一樣多的功率Pm。圖1中的點(diǎn)0例示此狀況。發(fā)電機(jī)端子處的電力輸出遵循正弦曲線5。在點(diǎn)0處，正弦曲線的角度是Sci，這是負(fù)載角。由于電網(wǎng)的大的擾動(dòng)，諸如三相故障，發(fā)電機(jī)的端子電壓下降。因此， 在負(fù)載角\處能夠傳遞到電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)電力輸出突然下降。正弦曲線6例示了此故障情形，并且可以看到電力輸出下降到點(diǎn)1。在點(diǎn)2處清除故障之前發(fā)電機(jī)加速。面積A1例示使發(fā)電機(jī)的速度加速的能量。點(diǎn)2處的負(fù)載角不同于點(diǎn)1。點(diǎn)2處的故障清除再次造成可傳遞到電網(wǎng)的電力的改變。因此，工作點(diǎn)從點(diǎn)2改變到點(diǎn)3，從而回到曲線5?，F(xiàn)在，對(duì)電網(wǎng)的電力輸出大于運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率，造成發(fā)電機(jī)滯后。由于在點(diǎn)3處轉(zhuǎn)子速度大于同步速度，所以負(fù)載角δ繼續(xù)增加，直至在點(diǎn)4處通過(guò)將能量傳遞到電網(wǎng)而將在加速(面積A1)期間吸收的動(dòng)能耗盡為止。面積A2例示了耗盡的能量。只要面積^大于或等于面積~，發(fā)電機(jī)就返回瞬時(shí)穩(wěn)定工作點(diǎn)。圖1的示例還例示了在點(diǎn)4處的將系統(tǒng)保持在瞬時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)的最大負(fù)載角δ_。在點(diǎn)2處的臨界清除角 δ cr是當(dāng)仍可能進(jìn)行故障清除時(shí)的負(fù)載角的界限。臨界故障清除時(shí)間取決于原動(dòng)機(jī)扭矩、 發(fā)電機(jī)扭矩曲線(和勵(lì)磁電平)、起始負(fù)載角和發(fā)電機(jī)慣性常數(shù)H?？勺⒁獾脚R界清除角越大，臨界清除時(shí)間越大。在圖1中，最大負(fù)載角是在點(diǎn)4處，并且臨界清除時(shí)間是在點(diǎn)2處， 但是應(yīng)注意的是，故障清除可以在臨界清除角δ cr或臨界清除時(shí)間之前發(fā)生，并且加速能量耗盡處的負(fù)載角可以小于最大負(fù)載角δΜχ。在電網(wǎng)的小的擾動(dòng)之后，發(fā)電機(jī)可以返回常規(guī)狀態(tài)。如果擾動(dòng)在短時(shí)間內(nèi)(通常在250ms內(nèi))不停止，則通過(guò)將發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)分離來(lái)處理這種更大的擾動(dòng)。保護(hù)繼電器和開(kāi)關(guān)用于該分離。在故障清除之后，發(fā)電機(jī)連接回電網(wǎng)，因而發(fā)電機(jī)必須返回同步速度運(yùn)行。 分離和重新連接之間的時(shí)間間隔相對(duì)較長(zhǎng)，這意味著對(duì)電力傳輸和分配的有害或嚴(yán)重的中斷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是減輕以上提到的缺陷。這通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求中描述的裝置和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求描述本發(fā)明的不同實(shí)施方式。本發(fā)明的電力系統(tǒng)的保護(hù)裝置包括用于測(cè)量電網(wǎng)的電流、電壓或這二者的繼電器裝置。繼電器裝置適用于檢測(cè)過(guò)電流、欠電壓或這二者。所述保護(hù)裝置還包括與所述繼電器裝置相連接的速度/負(fù)載控制器。所述速度/負(fù)載控制器被設(shè)置為作為對(duì)所述檢測(cè)的響應(yīng)而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組的原動(dòng)機(jī)。速度/負(fù)載控制器可與所述原動(dòng)機(jī)相連接。更具體地，控制器被設(shè)置為當(dāng)檢測(cè)到過(guò)電流、欠電壓或這二者時(shí)將原動(dòng)機(jī)的功率輸出驅(qū)動(dòng)到更低級(jí)別。


接下來(lái)參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1例示等面積準(zhǔn)則的示例；圖2例示利用等面積準(zhǔn)則的本發(fā)明的效果的示例；圖3例示本發(fā)明的裝置的示例；以及圖4例示來(lái)自本發(fā)明的方法的流程圖的示例。
具體實(shí)施例方式故障清除應(yīng)在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，通常小于250ms，以維持接近故障點(diǎn)處的發(fā)電機(jī)的同步速度。在實(shí)際中，電網(wǎng)的故障點(diǎn)從電網(wǎng)的其余部分解耦合并且立即耦合回電網(wǎng)，以便限制故障的影響。用于故障清除的時(shí)間周期越大，電網(wǎng)的可靠性越大并且發(fā)電機(jī)的功能越好。更長(zhǎng)的故障清除時(shí)間給予更多的時(shí)間用于故障消失?？赏ㄟ^(guò)在故障期間減小發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)扭矩Pm來(lái)實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的故障清除時(shí)間。圖2示出這如何影響等面積準(zhǔn)則的示例。假定故障及其消失與圖1所示的相同，點(diǎn)0、1、2、3和4 也是相同的。在故障(以及可能的解耦合)(0- > 1)之后，驅(qū)動(dòng)扭矩遵循線7而減小。加速能量(面積A1)現(xiàn)在比圖1中的小。可耗盡到系統(tǒng)中的能量的量(面積A2)現(xiàn)在比圖1 中的大。因此，臨界清除角Sct移動(dòng)到更大的角度8，這也意味著更大的臨界清除時(shí)間。最大負(fù)載角Smax也移動(dòng)到更大的角度9。為了能夠足夠快地減小驅(qū)動(dòng)扭矩，在檢測(cè)到故障之后必須迅速驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組的原動(dòng)機(jī)。一般假定在故障期間速度控制不能減小扭矩。這是因?yàn)槭录哂卸痰某掷m(xù)時(shí)間。這是由于速度控制看到在相對(duì)長(zhǎng)的延遲之后速度增加，并且另外隨著負(fù)載消失，下垂控制速度基準(zhǔn)值增加。下垂控制用于在連接到電網(wǎng)的并聯(lián)發(fā)電機(jī)之間劃分電網(wǎng)的負(fù)載。本發(fā)明使得能夠非?？斓販p小驅(qū)動(dòng)扭矩。如果原動(dòng)機(jī)的速度/負(fù)載控制器被設(shè)置為接收特殊故障檢測(cè)信號(hào)以及作為對(duì)該檢測(cè)信號(hào)的響應(yīng)來(lái)控制驅(qū)動(dòng)扭矩，則可獲得所需的控制速度。圖3示出本發(fā)明的裝置的示例。該裝置包括用于測(cè)量電網(wǎng)15的電流、電壓或這二者的繼電器裝置12。繼電器裝置 (例如，保護(hù)繼電器)適用于檢測(cè)過(guò)電流、欠電壓或這二者。繼電器裝置的通常實(shí)施方式包括用于測(cè)量來(lái)自電網(wǎng)的電量的互感器13?；ジ衅髋c實(shí)際繼電器14相連接。明顯的是可以按照很多方式利用該繼電器裝置。保護(hù)繼電器包括基于被監(jiān)視的信號(hào)的所謂的檢測(cè)功能。當(dāng)信號(hào)超過(guò)特定預(yù)定界限時(shí)發(fā)生檢測(cè)。例如，發(fā)電機(jī)10輸出超出過(guò)電流界限的電流。用于本發(fā)明的檢測(cè)信號(hào)可由諸如過(guò)電流、欠電壓或者過(guò)電流和欠電壓的組合的單個(gè)或多個(gè)源形成。繼電器裝置12連接到速度/負(fù)載控制器16。檢測(cè)信號(hào)17被發(fā)送到引擎速度/負(fù)載控制器。速度/負(fù)載控制器16被設(shè)置為作為對(duì)檢測(cè)的響應(yīng)而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組的原動(dòng)機(jī)11。 速度/負(fù)載控制器可與所述原動(dòng)機(jī)相連接?？刂破?6形成發(fā)送到原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)18。 為了形成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，速度/負(fù)載控制器16包括故障檢測(cè)單元19，故障檢測(cè)單元19與速度/ 負(fù)載控制器和繼電器裝置12之間的通信線路、以及原動(dòng)機(jī)11和速度/負(fù)載控制器16之間的通信線路相連接。故障檢測(cè)單元19使得能夠響應(yīng)于檢測(cè)信號(hào)而直接并迅速地形成驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由于可按照多種方式形成故障檢測(cè)單元19，所以在圖3中用虛線描繪。故障檢測(cè)單元19例如可以是軟件單元。值得注意的是速度/負(fù)載控制器16還包括屬于現(xiàn)有技術(shù)并且與本發(fā)明的描述不相關(guān)的通常的速度/負(fù)載控制裝置。繼電器裝置12和速度/負(fù)載控制器16之間的通信可以被設(shè)置為很快。例如，可使用繼電器裝置的數(shù)字輸出，或者可利用超快線路。檢測(cè)到過(guò)電流、欠電壓或這二者和輸出檢測(cè)信號(hào)17之間的時(shí)間小于10ms。速度/負(fù)載控制器16中用于形成驅(qū)動(dòng)信號(hào)18的時(shí)間也小于10ms。因此可實(shí)現(xiàn)從故障檢測(cè)到驅(qū)動(dòng)信號(hào)小于20ms的時(shí)間周期。更具體地，速度/負(fù)載控制器被設(shè)置為當(dāng)檢測(cè)到過(guò)電流、欠電壓或這二者時(shí)將原動(dòng)機(jī)的功率輸出驅(qū)動(dòng)至更低級(jí)別。當(dāng)過(guò)電流、欠電壓或這二者的檢測(cè)停止時(shí)，速度/負(fù)載控制器被設(shè)置為將原動(dòng)機(jī)的功率輸出驅(qū)動(dòng)至更高的級(jí)別。因此，朝向零或任何其它預(yù)定功率級(jí)別來(lái)控制原動(dòng)機(jī)11輸出?？梢噪娮踊驒C(jī)械地進(jìn)行對(duì)功率的限制。該控制非?？斓販p小了原動(dòng)機(jī)輸出，并且甚至可以在數(shù)十毫秒后實(shí)現(xiàn)功率的減小。原動(dòng)機(jī)可以屬于允許功率輸出被控制信號(hào)控制的任意技術(shù)。利用繼電器裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的速度，該繼電器用于測(cè)量電流、電壓或這二者并且直接將檢測(cè)信號(hào)發(fā)送到速度/負(fù)載控制器，該速度/負(fù)載控制器被設(shè)置為接收檢測(cè)信號(hào)以及作為對(duì)檢測(cè)信號(hào)的響應(yīng)而形成用于原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。圖4例示保護(hù)電力系統(tǒng)的方法。從電網(wǎng)測(cè)量電流、電壓或這二者41。使用這些量， 因?yàn)楣收现苯佑绊戇@些量。作為對(duì)測(cè)量的響應(yīng)，如果存在過(guò)電流、欠電壓或這二者，則形成檢測(cè)信號(hào)42。響應(yīng)于存在的檢測(cè)信號(hào)，調(diào)整發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)的速度/負(fù)載控制43。可通過(guò)使速度負(fù)載控制器適于基于該檢測(cè)信號(hào)改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)獲得調(diào)整。驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)原動(dòng)機(jī)。更具體地，調(diào)整階段被設(shè)置為響應(yīng)于該檢測(cè)信號(hào)來(lái)將原動(dòng)機(jī)的功率輸出驅(qū)動(dòng)至更低的級(jí)別。在故障消失之后，當(dāng)過(guò)電流、欠電壓或這二者的檢測(cè)信號(hào)停止時(shí)，調(diào)整階段可被設(shè)置為將原動(dòng)機(jī)的功率輸出驅(qū)動(dòng)至期望的任意更高級(jí)別。所描述的控制基于從發(fā)電機(jī)保護(hù)繼電器裝置12或類(lèi)似裝置取得的故障檢測(cè)信號(hào)17而急劇地影響原動(dòng)機(jī)11的扭矩?？砂慈缦路绞叫纬蓮乃俣?負(fù)載控制器到原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在檢測(cè)到至少一個(gè)超出電量界限以及形成驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間的延遲像期望的一樣長(zhǎng)， 并且不考慮下垂控制的影響。通過(guò)減小原動(dòng)機(jī)扭矩，減少了發(fā)電機(jī)10的加速。此外，在故障期間臨界清除時(shí)間和最大負(fù)載角增加，并且本發(fā)明的控制減小了故障后同步時(shí)的扭矩。當(dāng)故障(檢測(cè)信號(hào))消失時(shí)，可立即或在延遲之后去除檢測(cè)信號(hào)的影響，或者可將其設(shè)定為任何預(yù)定級(jí)別。 鑒于以上示例，能夠清楚可以按照多種方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施方式。還能夠清楚本發(fā)明不限于本文的示例，而是可在權(quán)利要求的范圍內(nèi)按照任意形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種電力系統(tǒng)的保護(hù)裝置，所述保護(hù)裝置包括用于測(cè)量電網(wǎng)的電流、電壓或這二者的繼電器裝置(12)，所述繼電器裝置適用于檢測(cè)過(guò)電流、欠電壓或這二者，其特征在于，所述保護(hù)裝置包括與所述繼電器裝置(1 相連接的速度/負(fù)載控制器(16)，所述速度/負(fù)載控制器被設(shè)置為作為對(duì)所述檢測(cè)的響應(yīng)而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組的原動(dòng)機(jī)(11)，所述速度/負(fù)載控制器能夠與所述原動(dòng)機(jī)相連接，當(dāng)檢測(cè)到過(guò)電流、欠電壓或這二者時(shí)，所述速度/負(fù)載控制器(16)將所述原動(dòng)機(jī)(11)的功率輸出驅(qū)動(dòng)至更低級(jí)別。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，作為對(duì)所述檢測(cè)的響應(yīng)而將所述功率輸出驅(qū)動(dòng)至更低級(jí)別被設(shè)置為在所述電力系統(tǒng)的故障期間并且在所述發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)的臨界清除時(shí)間之前啟動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述速度/負(fù)載控制器(16)被設(shè)置為當(dāng)過(guò)電流、欠電壓或這二者的檢測(cè)停止時(shí)，將所述原動(dòng)機(jī)(11)的功率輸出驅(qū)動(dòng)至更高級(jí)別。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述速度/負(fù)載控制器 (16)包括故障檢測(cè)單元(19)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述繼電器裝置(12)包括互感器(13)。
6.一種保護(hù)電力系統(tǒng)的方法，所述方法包括測(cè)量Gl)電網(wǎng)的電流、電壓或這二者的階段，其特征在于，所述方法還包括在測(cè)量到過(guò)電流、欠電壓或這二者的情況下形成G2)檢測(cè)信號(hào)的階段，以及響應(yīng)于所述檢測(cè)信號(hào)而調(diào)整^幻發(fā)電機(jī)組的原動(dòng)機(jī)的速度/負(fù)載控制的階段。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，調(diào)整階段被設(shè)置為響應(yīng)于所述檢測(cè)信號(hào)，將所述原動(dòng)機(jī)的功率輸出驅(qū)動(dòng)至更低級(jí)別。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，調(diào)整階段被設(shè)置為當(dāng)過(guò)電流、欠電壓或這二者的檢測(cè)信號(hào)停止時(shí)，將所述原動(dòng)機(jī)的功率輸出驅(qū)動(dòng)至更高級(jí)別。
全文摘要
本發(fā)明的電力系統(tǒng)的保護(hù)裝置包括用于測(cè)量電網(wǎng)(15)的電流、電壓或這二者的繼電器裝置(12)。繼電器裝置適用于檢測(cè)過(guò)電流、欠電壓或這二者。所述保護(hù)裝置還包括與所述繼電器裝置(12)相連接的速度/負(fù)載控制器(16)。速度/負(fù)載控制器被設(shè)置為作為對(duì)所述檢測(cè)的響應(yīng)而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(10)組的原動(dòng)機(jī)(11)。速度/負(fù)載控制器(16)可與所述原動(dòng)機(jī)(11)相連接。更具體地，控制器(16)被設(shè)置為當(dāng)檢測(cè)到過(guò)電流、欠電壓或這二者時(shí)將原動(dòng)機(jī)(11)的功率輸出驅(qū)動(dòng)至更低級(jí)別。
文檔編號(hào)H02P9/10GK102484445SQ201080035199
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者V·力赫馬基 申請(qǐng)人:瓦錫蘭芬蘭有限公司