本文所公開的主題涉及跟隨瞬態(tài)電網(wǎng)事件對發(fā)電系統(tǒng)的控制。

發(fā)電系統(tǒng)包括從其它主能量源產(chǎn)生電力的原動(dòng)機(jī)。示例性原動(dòng)機(jī)——燃?xì)鉁u輪是帶有燃?xì)鉁u輪軸的旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置，其驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)來為向最終用戶供電的傳輸電網(wǎng)供應(yīng)電力。另一示例性原動(dòng)機(jī)是蒸汽渦輪。為了無故障運(yùn)行，渦輪軸速度和產(chǎn)生的電網(wǎng)頻率必須保持在操作范圍內(nèi)。當(dāng)電網(wǎng)頻率由于瞬態(tài)事件突然變化時(shí)，渦輪控制器嘗試通過控制軸速度來恢復(fù)發(fā)電系統(tǒng)中的平衡。

本發(fā)明的簡要描述

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種跟隨瞬態(tài)電網(wǎng)事件控制發(fā)電系統(tǒng)的方法包括：感測發(fā)電機(jī)端的電頻率的變化率；使用處理器確定軸線加速度的變化率；基于軸線加速度的變化率識別瞬態(tài)電網(wǎng)事件；以及在電頻率的變化率超過第一指定值且軸線加速度的變化率超過第二指定值達(dá)到指定持續(xù)時(shí)間時(shí)觸發(fā)動(dòng)作以從瞬態(tài)電網(wǎng)事件恢復(fù)。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用以跟隨瞬態(tài)電網(wǎng)事件控制發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)包括：包括聯(lián)接至發(fā)電機(jī)的軸線的原動(dòng)機(jī)；構(gòu)造成向電網(wǎng)供電的發(fā)電機(jī)；聯(lián)接至發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)；以及控制器，其構(gòu)造成感測發(fā)電機(jī)端的電頻率的變化率，確定軸線加速度的變化率，基于加速度的變化率識別瞬態(tài)電網(wǎng)事件，以及在電頻率的變化率超過第一指定值且加速度的變化率超過第二指定值達(dá)到指定持續(xù)時(shí)間時(shí)觸發(fā)動(dòng)作以從瞬態(tài)電網(wǎng)事件恢復(fù)。

根據(jù)本發(fā)明的還有另一方面，一種聯(lián)接至發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)的控制器包括：輸入接口，其構(gòu)造成接收測量數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)器裝置，其構(gòu)造成存儲(chǔ)指令；以及處理器，其構(gòu)造成基于根據(jù)測量數(shù)據(jù)感測發(fā)電機(jī)端的電頻率的變化率、確定將原動(dòng)機(jī)線聯(lián)接至發(fā)電機(jī)的軸線的加速度的變化率、基于加速度的變化率識別瞬態(tài)電網(wǎng)事件以及在電頻率的變化率超過第一指定值且加速度的變化率超過第二指定值達(dá)到指定持續(xù)時(shí)間時(shí)觸發(fā)動(dòng)作以從瞬態(tài)電網(wǎng)事件恢復(fù)來處理指令以跟隨瞬態(tài)電網(wǎng)事件控制發(fā)電系統(tǒng)。

這些及其它優(yōu)點(diǎn)和特征從結(jié)合附圖的以下描述將變得更加顯而易見。

附圖的簡要描述

認(rèn)作是本發(fā)明的主題在說明書的結(jié)尾處的權(quán)利要求中特別指出且明確要求保護(hù)。本發(fā)明的前述和其它特征與優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合附圖的以下詳細(xì)描述將顯而易見，在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括勵(lì)磁機(jī)控制器的發(fā)電系統(tǒng)的框圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的跟隨電網(wǎng)上的瞬態(tài)事件控制燃?xì)鉁u輪的方法的流程流；以及

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的計(jì)算燃?xì)鉁u輪中的軸線加速度的變化率的流程流。

詳細(xì)描述通過參照附圖的示例連同優(yōu)點(diǎn)和特征解釋了本發(fā)明的實(shí)施例。

本發(fā)明的詳細(xì)描述

如上文所述，帶有原動(dòng)機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)包括渦輪控制器以跟隨電網(wǎng)上導(dǎo)致頻率偏差的瞬態(tài)事件使系統(tǒng)恢復(fù)平衡。作為示例，當(dāng)檢測到電網(wǎng)中的頻率下降時(shí)，由于速度隨電網(wǎng)頻率改變，檢測到速度的下降?；诟袦y到速度的下降，將增加原動(dòng)機(jī)的燃料吸入，其增加有功功率輸出以補(bǔ)償頻率的下降。這可能造成電功率增加超過系統(tǒng)限制，且因此關(guān)閉至燃?xì)鉁u輪的燃料(燃燒中斷)。此外，當(dāng)渦輪控制器嘗試對快速電網(wǎng)頻率瞬變作出反應(yīng)時(shí)，其可潛在地影響燃?xì)鉁u輪動(dòng)態(tài)特性。因?yàn)闆]有識別瞬態(tài)電網(wǎng)事件本身而對電網(wǎng)上的瞬態(tài)事件的征兆作出反應(yīng)，出現(xiàn)事件的順序。本文詳細(xì)描述的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例涉及識別瞬態(tài)電網(wǎng)事件和相應(yīng)地控制原動(dòng)機(jī)。具體而言，實(shí)施監(jiān)測時(shí)段以確保適當(dāng)?shù)膭?dòng)作而不是對感知到的情況的過度反應(yīng)。雖然為了說明目的而具體論述了燃?xì)鉁u輪，但本文描述的實(shí)施例適用于任何原動(dòng)機(jī)，且不限于示例性系統(tǒng)。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括勵(lì)磁機(jī)控制器110的發(fā)電系統(tǒng)100的框圖。發(fā)電系統(tǒng)100包括燃?xì)鉁u輪150，燃?xì)鉁u輪150聯(lián)接至為電網(wǎng)140供電的發(fā)電機(jī)130。燃?xì)鉁u輪150還聯(lián)接至渦輪控制器160。發(fā)電機(jī)130聯(lián)接至由勵(lì)磁機(jī)控制器110控制的勵(lì)磁機(jī)120。本文詳細(xì)描述的實(shí)施例為了說明目的而參照勵(lì)磁機(jī)控制器110論述，但在備選實(shí)施例中其可在發(fā)電系統(tǒng)100的一個(gè)或多個(gè)其它子系統(tǒng)中實(shí)施。勵(lì)磁機(jī)控制器110是包括輸入接口112、輸出接口118、一個(gè)或多個(gè)處理器114以及一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器裝置116的計(jì)算系統(tǒng)。如以下詳細(xì)描述的那樣，在對發(fā)電系統(tǒng)100的控制中，勵(lì)磁機(jī)控制器110有助于識別瞬態(tài)電網(wǎng)事件。在備選實(shí)施例中，使用與勵(lì)磁機(jī)控制器110分開的控制器。即，雖然為了說明目的具體論述了勵(lì)磁機(jī)控制器110，但可使用監(jiān)測發(fā)電機(jī)130且包括參照本發(fā)明的實(shí)施例論述的勵(lì)磁機(jī)控制器110的功能的任何控制器。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的跟隨電網(wǎng)140上的瞬態(tài)事件控制燃?xì)鉁u輪150的方法的流程流。如上文所述，燃?xì)鉁u輪150是根據(jù)本文論述的實(shí)施例的可控制的原動(dòng)機(jī)的示例性實(shí)施例。描述的流程具有促進(jìn)瞬態(tài)電網(wǎng)事件的識別使得可相應(yīng)地控制原動(dòng)機(jī)的技術(shù)效果。瞬態(tài)電網(wǎng)事件可造成電網(wǎng)頻率的上升或下降和/或發(fā)電機(jī)130的有功功率或無功功率上升或下降，并且可能與像電壓、電流、功率因數(shù)等的其它發(fā)電機(jī)參數(shù)的其它瞬態(tài)變化相關(guān)聯(lián)。一旦檢測到這些狀況中的一者，則方框210處的流程包括感測發(fā)電機(jī)130處的電頻率的變化率。在方框220處，計(jì)算機(jī)械功率(在燃?xì)鉁u輪150的情況下在發(fā)電系統(tǒng)100的燃?xì)鉁u輪150側(cè)的合成機(jī)械功率)和電功率(在發(fā)電系統(tǒng)100的電網(wǎng)140側(cè))的差值參照圖3進(jìn)一步論述。方框210和方框220處的流程可由勵(lì)磁機(jī)控制器110執(zhí)行，或者在備選實(shí)施例中，由發(fā)電系統(tǒng)100的另一個(gè)控制器或子系統(tǒng)執(zhí)行。在方框240處，確定軸線加速度的變化率是基于機(jī)械功率(合成機(jī)械功率)和電功率的差值(方框220)，且也參照圖3詳細(xì)描述。在方框250處，確定發(fā)電系統(tǒng)100的不同步的可能性包括合成與高頻率變化率(在方框210處感測到)相關(guān)聯(lián)的軸線的加速功率(在方框240處確定)的積分。此確定有助于識別瞬態(tài)電網(wǎng)事件，而不僅僅是由燃?xì)鉁u輪控制器160對軸速度的變化作出反應(yīng)。方框260處的流程在下文論述。首先，論述方框230處的流程，其可超馳(override)方框260處的流程。在方框230處，識別短路(例如，利用勵(lì)磁機(jī)控制器110)包括判斷是否存在端電壓的下降和無功電流的上升。當(dāng)基于端電壓和無功電流識別出短路時(shí)，發(fā)出超馳信號270以防止任何動(dòng)作在方框260處觸發(fā)。

在方框260處，判斷是否滿足閾值以觸發(fā)動(dòng)作包括判斷軸線加速度的變化率(方框240)是否超過指定值，以及發(fā)電機(jī)130端處的電頻率的變化率(方框210)是否大于指定頻率變化率達(dá)到指定的時(shí)間或周期數(shù)。例如，閾值可為軸線加速度的變化率的閾值，其由以下公式給出：

Pm是機(jī)械功率，Pe是電功率，且指定值0.1PU是發(fā)電機(jī)130的滿載(1PU)的百分比。發(fā)電機(jī)130端處的電頻率的變化率的閾值由以下公式給出：

f是頻率，且指定的頻率變化率以赫茲(Hz)每秒(s)為單位。例如，在動(dòng)作開始之前，可能必須超過示例性閾值達(dá)到3至7個(gè)連續(xù)周期。例如，在60Hz系統(tǒng)的示例性情況下，周期大約為16毫秒(ms)，且可能必須超過閾值達(dá)到5個(gè)周期。周期的(閾值)數(shù)量可基于燃?xì)鉁u輪150(原動(dòng)機(jī))的構(gòu)造。例如，在動(dòng)作開始之前，對于多軸系統(tǒng)來說，相比于單軸系統(tǒng)，可能必須超過軸線加速度的閾值變化率和電頻率的閾值變化率達(dá)到較短的持續(xù)時(shí)間。示例性閾值僅提供用于說明目的。閾值可由電網(wǎng)140管理機(jī)構(gòu)提供或者以其它方式獲得，且示例性閾值不限制可用于確保在燃?xì)鉁u輪150中不太快地采取反應(yīng)(錯(cuò)誤)動(dòng)作的閾值。一旦在方框260處滿足閾值要求達(dá)到指定的持續(xù)時(shí)間，則然后勵(lì)磁機(jī)控制器110、渦輪控制器160、兩者的組合以及發(fā)電系統(tǒng)100的其它控制子系統(tǒng)可用于執(zhí)行多個(gè)動(dòng)作。例如，渦輪控制器160可通過預(yù)先定位(preposition)燃料系統(tǒng)(燃料行程基準(zhǔn)(FSR)和噴嘴)或者預(yù)先定位入口導(dǎo)向?qū)~(IGV)或燃燒室來預(yù)先定位燃?xì)鉁u輪150，以避免跳閘或諸如壓縮機(jī)喘振的其它重大事件。此外，在備選實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)130的其它參數(shù)可用于評估瞬態(tài)電網(wǎng)事件。例如，可使用無功功率、勵(lì)磁電流、定子電流、定子電壓或負(fù)載角(包括在上述示例性實(shí)施例中)。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的計(jì)算燃?xì)鉁u輪150中的軸線加速度的變化率的流程流300。發(fā)電機(jī)150功率(通常以兆瓦(MW)為單位)301接通已知的處理器303。處理器303包括濾除不關(guān)注的高頻瞬態(tài)事件的沖失濾波器或低通濾波器、積分塊以及分頻器(通過系統(tǒng)慣量)。具體而言，處理器303輸出310由以下公式給出：

慣量由H給出。

頻率信號305(燃?xì)鉁u輪150軸線的速度)接通不同的沖失濾波器(沖失濾波器307)，以獲得燃?xì)鉁u輪150的軸線的速度變化(Δω)作為沖失濾波器輸出320。電功率(處理器輸出310)和軸線的速度變化(沖失濾波器輸出320)相加以獲得發(fā)電系統(tǒng)100的機(jī)械功率(Pm)的表示。具體而言，和數(shù)輸出330由以下公式給出：

此和數(shù)輸出330接通斜變跟蹤濾波器335以獲得機(jī)械功率Pm作為斜變跟蹤濾波器輸出340。獲得機(jī)械功率Pm和電功率Pe的差值作為差值輸出350(上文參照圖2的方框220論述)。具體而言，差值輸出350是加速功率(由Pacc表示)的積分，其由以下公式給出：

Pm和Pe的差值有助于燃?xì)鉁u輪150中的轉(zhuǎn)子的加速(或減速)(公式5的結(jié)果)。隨時(shí)間觀測此加速以確定變化率提供了上文論述的軸線加速功率的變化率。

雖然僅結(jié)合有限數(shù)量的實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)容易理解的是，本發(fā)明不限于這些公開的實(shí)施例。相反，可修改本發(fā)明以結(jié)合此前未描述但與本發(fā)明的精神和范圍相稱的任何數(shù)量的變型、改變、替換或等同布置。另外，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的方面可包括描述的實(shí)施例中的僅一些。因此，本發(fā)明不應(yīng)視為由前述描述限制，而是僅由所附權(quán)利要求的范圍限制。