專利名稱：用于使電機與電網(wǎng)同步的方法以及電機和電網(wǎng)的布置結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使電機與電網(wǎng)同步的方法以及一種電機和電網(wǎng)的布置結(jié)構(gòu)。下文 將參考發(fā)電機展開，但清楚的是，本發(fā)明的方法和布置結(jié)構(gòu)也可用于不同的電機，特別是例 如電動機。
背景技術(shù)：
參考圖1，為了將同步電機例如發(fā)電機1正確地連接到電網(wǎng)2，提供了同步器3，同 步器3測量(通過測量變壓器4、5)發(fā)電機1和電網(wǎng)2的電壓、頻率和相位并且僅當(dāng)上述這 些參數(shù)盡可能彼此接近時致使斷路器6將發(fā)電機1和電網(wǎng)2彼此連接起來。換言之，如圖4所示，其示出了相對于時間t的發(fā)電機(實線10)和電網(wǎng)(虛線 11)的電壓V，當(dāng)曲線10和11彼此重疊時斷路器閉合。然而，在系統(tǒng)架設(shè)或維護期間，存在連接發(fā)電機1和斷路器6的電導(dǎo)線7或者測量 變壓器4、5的導(dǎo)線互相易位的風(fēng)險。當(dāng)發(fā)電機1和電網(wǎng)2彼此連接時，如果這種情況發(fā)生，則即使同步器3測量到發(fā)電 機1和電網(wǎng)2之間的相同電壓、相同頻率和相同相位，但實際上相位并不相同，最壞情況時 相位改變120° (三相電壓)。換言之，如圖3所示，其示出了下述情況時相對于時間的發(fā)電機1(實線10)和電 網(wǎng)2 (虛線11)的電壓電導(dǎo)線7或者測量變壓器4、5的導(dǎo)線互相易位，當(dāng)斷路器6閉合時 電壓和頻率相同，但是相位改變了 120° ( “誤同步(faultysynchronising)，，)。當(dāng)斷路器6閉合時，這種相位差導(dǎo)致發(fā)電機1的軸承受巨大的轉(zhuǎn)矩沖擊，該轉(zhuǎn)矩傾 向于使發(fā)電機軸與電網(wǎng)同相位。因此，同步電機諸如發(fā)電機的軸被設(shè)計成能承受這樣的巨大轉(zhuǎn)矩沖擊。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的技術(shù)目標(biāo)是提供一種方法和布置結(jié)構(gòu)，通過該方法和布置結(jié)構(gòu)使 現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題明顯減少。在該技術(shù)目標(biāo)的范圍內(nèi)，本發(fā)明的一個目的是提供一種方法和布置結(jié)構(gòu)，當(dāng)誤同 步時，使得同步電機(諸如發(fā)電機)的軸上的轉(zhuǎn)矩沖擊小，尤其比使用常規(guī)同步方法的沖擊更小。本發(fā)明的進一步目的是提供一種方法和布置結(jié)構(gòu)，使得同步電機的軸更小，并且 總體上設(shè)計成比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的軸承受更小的轉(zhuǎn)矩。根據(jù)本發(fā)明，通過提供根據(jù)所附權(quán)利要求的方法，實現(xiàn)了該技術(shù)目標(biāo)以及這些目 的和進一步的目的。


從根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選但非排他的實施例的描述看，本發(fā)明的進一步特點和優(yōu)勢將變得更加明顯，該優(yōu)選但非排他的實施例作為附圖中的非限制性示例來說明，附圖 中圖1為發(fā)電機和電網(wǎng)連接在一起的示意圖。圖2為曲線圖，示出了互連之前和之后發(fā)電機和電網(wǎng)的電壓的進程。圖3和圖4為曲線圖，分別示出了在誤同步和同步的情況下，互連之前的發(fā)電機和 電網(wǎng)的電壓、頻率和相位相對于時間的進程。附圖標(biāo)記
1發(fā)電機
2電網(wǎng)
3同步器
4、5測量變壓器
6斷路器
7導(dǎo)線
10發(fā)電機電壓
11電網(wǎng)電壓
13用于頻率的控制線
14用于電壓的控制線(AVR)
17控制單元
18存儲器
20AVR(自動電壓調(diào)節(jié)器)
V1第一電壓
Vg電網(wǎng)電壓
Δ ν電壓差
具體實施例方式發(fā)電機1由發(fā)動機(例如但不限于燃?xì)饣蛘羝啓C)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，不過發(fā)電機1沒 有連接到電網(wǎng)2;即斷路器6 (例如具有三極)打開。發(fā)電機1的電壓不同于電網(wǎng)的電壓，并且它的頻率和相位也不同于電網(wǎng)2的頻率 和相位。在斷路器6閉合并且發(fā)電機1連接到電網(wǎng)2之前，發(fā)電機1必須與電網(wǎng)2同步。使發(fā)電機1與電網(wǎng)2同步的方法包括使發(fā)電機1的頻率與電網(wǎng)2的頻率同步的步
馬聚ο在這個方面，同步器3通過測量變壓器4、5測量發(fā)電機1和電網(wǎng)2的頻率，并且驅(qū) 動發(fā)電機1(通過控制線13)以使它的頻率等于電網(wǎng)2的頻率。在附圖中所示的變壓器4、5只連接到一根導(dǎo)線7或電網(wǎng)2的單相，但非常清楚的 是這是示意性草圖，并且在不同的實施例中，根據(jù)需要上述連接可應(yīng)用到一個或更多導(dǎo)線 或相位。在此步驟期間或之前或之后，發(fā)電機2的電壓朝電網(wǎng)2的電壓增加。在這個方面，同步器3(通過測量變壓器4、5)也測量發(fā)電機1和電網(wǎng)2的電壓，并且通過控制線14驅(qū)動AVR 20 (自動電壓調(diào)節(jié)器)以增加發(fā)電機1的電壓。正如圖2所示，發(fā)電機1的電壓增加到低于電網(wǎng)2的電壓Vg的第一值V1,以使在 此步驟末尾時，發(fā)電機1的電壓和電網(wǎng)2的電壓之間存在電壓差Δν。當(dāng)發(fā)電機1的電壓達到第一值V1并且發(fā)電機相位和電網(wǎng)相位相同時(由同步器 通過變壓器4、5測量)，斷路器6閉合并且使發(fā)電機1連接到電網(wǎng)2。在導(dǎo)線7或者測量變壓器4、5的導(dǎo)線已彼此互相易位的情況下，當(dāng)斷路器6閉合 時，發(fā)電機相位和電網(wǎng)相位之間存在差(差為120° )；這導(dǎo)致發(fā)電機的軸承受轉(zhuǎn)矩沖擊。然而，出人意料的是，根據(jù)本發(fā)明的方法，在誤同步狀況下軸的轉(zhuǎn)矩沖擊也比常規(guī) 方法小很多。優(yōu)選地，在發(fā)電機1的電壓達到第一值V1之后并且在發(fā)電機1連接到電網(wǎng)2之前， 使發(fā)電機1的相位與電網(wǎng)2的相位同步。在發(fā)電機1連接到電網(wǎng)2之后(圖2)，發(fā)電機1的電壓能夠上升到電網(wǎng)2的初始 電壓。第一電壓值V1比電網(wǎng)電壓Vg低5% -20%，優(yōu)選地，低10% -15%。仿真表明上述范圍使得在誤同步(具有120°相位偏移)的情況下軸上的轉(zhuǎn)矩沖 擊明顯降低，同時仍然保證發(fā)電機1和電網(wǎng)2的安全運行。本發(fā)明的方法可使用兩種不同的測量變壓器4、5來實施。具體地，變壓器4、5應(yīng)當(dāng)提供相同的次級電壓(例如100V)而具有不同的初級電 壓(例如，如果電網(wǎng)具有15000V，則測量變壓器4的初級電壓可為14000V而測量變壓器5 的初級電壓可為15000V)。這樣，測量變壓器4、5應(yīng)當(dāng)具有不同的初級電壓而提供相同的次級電壓，連接到 發(fā)電機1的測量變壓器4的初級電壓比連接到電網(wǎng)2的測量變壓器5的初級電壓小。在另一個實施例中，本發(fā)明的方法可通過AVR 20 (自動電壓調(diào)節(jié)器)實施，該AVR 20設(shè)置有或者連接到存儲器，電壓V1存儲在該存儲器中。在這種情況下，AVR20不是驅(qū)動發(fā)電機使發(fā)電機的輸出電壓盡可能接近電網(wǎng)電壓 Vg,而是驅(qū)動發(fā)電機使得發(fā)電機的電壓盡可能接近電壓V1。在另一個實施例中，本發(fā)明的方法可通過同步器3實施，該同步器3包括控制單元 17和存儲器18 (連接或嵌入在控制單元17內(nèi))，第一電壓值V1存儲在存儲器18中。因此，同步器3能夠比較發(fā)電機電壓(通過測量變壓器4測量得到)和電網(wǎng)電壓 (通過測量變壓器5測量得到)，并且驅(qū)動發(fā)電機1以使發(fā)電機1的頻率與電網(wǎng)2的頻率同 步，并且調(diào)整發(fā)電機1的電壓朝電網(wǎng)2的電壓增加。而且，當(dāng)發(fā)電機1的電壓達到低于電網(wǎng)2的電壓的第一值V1時，同步器(通過控 制單元17)致使斷路器6將發(fā)電機1連接到電網(wǎng)2。按這種方式設(shè)想的方法以及同步器允許多種修改和變型，所有修改和變型均落入 本創(chuàng)造性概念的范圍內(nèi)；而且更多細(xì)節(jié)可通過技術(shù)上的等同元件來代替。在實際中，所使用的材料和尺寸可根據(jù)需要和技術(shù)狀況隨意選取。
權(quán)利要求
一種使電機(1)與電網(wǎng)(2)同步的方法，包括使所述發(fā)電機(1)的頻率與所述電網(wǎng)(2)的頻率同步并且調(diào)節(jié)所述發(fā)電機(1)的電壓朝著所述電網(wǎng)(2)的電壓，其特征在于，當(dāng)所述發(fā)電機(1)的電壓達到低于所述電網(wǎng)電壓(Vg)的第一值(V1)時，將所述發(fā)電機(1)連接到所述電網(wǎng)(2)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使所述發(fā)電機⑴的相位與所述電網(wǎng)(2)的 相位同步。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在所述發(fā)電機的電壓達到所述第一電壓值 (V1)之后并且在所述發(fā)電機(1)連接到所述電網(wǎng)(2)之前，使所述發(fā)電機(1)的相位與電 網(wǎng)(2)的相位同步。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述發(fā)電機(1)已經(jīng)連接到所述電網(wǎng)(2) 之后，增加所述發(fā)電機⑴的電壓達到所述電網(wǎng)⑵的電壓。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一電壓值(V1)比所述電網(wǎng)電壓(Vg) 低 5% -20%，優(yōu)選地，低 10% -15%。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電機(1)是發(fā)電機。
7.一種電機⑴和電網(wǎng)(2)的布置結(jié)構(gòu)，斷路器(6)位于所述電機⑴和所述電網(wǎng)(2) 之間，同步器⑶通過測量變壓器(4、5)在所述斷路器(6)的上游連接到所述發(fā)電機⑴ 并且在所述斷路器(6)的下游連接到所述電網(wǎng)(2)，并進一步連接到所述發(fā)電機(1)以驅(qū)動 它，其特征在于，所述測量變壓器(4、5)是兩個不同的測量變壓器(4、5)。
8.如權(quán)利要求7所述的布置結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述測量變壓器(4、5)具有不同的初級 電壓并且提供相同的次級電壓，連接到所述發(fā)電機(1)的測量變壓器(4)的初級電壓小于 連接到所述電網(wǎng)⑵的測量變壓器(5)的初級電壓。
9.一種電機⑴和電網(wǎng)(2)的布置結(jié)構(gòu)，斷路器(6)位于所述電機⑴和所述電網(wǎng)(2) 之間，同步器⑶通過測量變壓器(4、5)在所述斷路器(6)的上游連接到所述發(fā)電機⑴ 并且在所述斷路器(6)的下游連接到所述電網(wǎng)(2)，并進一步連接到所述發(fā)電機(1)以驅(qū)動 它，其特征在于，AVR(20)設(shè)置有或連接到存儲器，電壓(V1)存儲在所述存儲器中，使得所述 AVR(20)驅(qū)動所述發(fā)電機(1)以使所述發(fā)電機(1)的電壓盡可能接近所述電壓(V》。
10.一種電機(1)和電網(wǎng)(2)的布置結(jié)構(gòu)，斷路器(6)位于所述電機⑴和所述電網(wǎng) ⑵之間，同步器⑶通過測量變壓器(4、5)在所述斷路器(6)的上游連接到所述發(fā)電機 (1)并且在所述斷路器(6)的下游連接到所述電網(wǎng)(2)，并進一步連接到所述發(fā)電機(1) 以驅(qū)動它，其特征在于，所述同步器(3)包括控制單元(17)和連接或嵌入在所述控制單元 (17)內(nèi)的存儲器(18)，第一電壓值(V1)存儲在所述存儲器(18)中，使得當(dāng)所述發(fā)電機(1) 的電壓達到低于所述電網(wǎng)(2)電壓的所述第一值(V1)時，所述同步器通過所述控制單元 (17)致使斷路器(6)將所述發(fā)電機⑴連接到所述電網(wǎng)(2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于使電機與電網(wǎng)同步的方法以及電機和電網(wǎng)的布置結(jié)構(gòu)，具體公開了一種使電機(1)與電網(wǎng)(2)同步的方法，包括如下步驟使發(fā)電機(1)的頻率與電網(wǎng)(2)的頻率同步并且調(diào)節(jié)發(fā)電機(1)的電壓朝著電網(wǎng)(2)的電壓，因此當(dāng)發(fā)電機(1)的電壓達到低于電網(wǎng)電壓(Vg)的第一值(V1)時將發(fā)電機(1)連接到電網(wǎng)(2)。本發(fā)明還涉及發(fā)電機(1)和電網(wǎng)(2)的布置結(jié)構(gòu)。
文檔編號H02J3/40GK101958558SQ201010263038
公開日2011年1月26日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者R·胡格, T·許特 申請人:阿爾斯托姆科技有限公司