本公開涉及一種發(fā)電機(jī)控制裝置和一種用于控制連接到電網(wǎng)的至少一個發(fā)電機(jī)的輸出功率的方法。

發(fā)電機(jī)是被連接到燃?xì)鉁u輪機(jī)或蒸汽渦輪機(jī)的同步發(fā)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)，稱為渦輪發(fā)電機(jī)。電網(wǎng)通常是用于將電能供給到家庭和工業(yè)的公用電網(wǎng)。

背景技術(shù)：

公共電功率供給由廣闊的電網(wǎng)所提供。用于提供功率的主要的系統(tǒng)是高功率發(fā)電機(jī)(在下面為渦輪發(fā)電機(jī))，該高功率發(fā)電機(jī)將電功率供給到電網(wǎng)。這些渦輪發(fā)電機(jī)通常由由不同的能量源(如煤炭、燃?xì)饣蝻L(fēng))提供動力的渦輪機(jī)驅(qū)動。已知通過固定式變頻器將渦輪發(fā)電機(jī)(尤其具有較高的功率的那些渦輪發(fā)電機(jī))連接到電網(wǎng)，該固定式變頻器使產(chǎn)生的頻率適應(yīng)于電網(wǎng)頻率。固定式變頻器使得帶有已知的缺點的機(jī)械的齒輪箱成為不必要的。在運(yùn)行電網(wǎng)時的主要的目標(biāo)是保證可靠性、供給安全，改善電網(wǎng)效率，允許市場效率，并且使可再生能量生成大規(guī)模地集成到現(xiàn)有的電網(wǎng)中成為可能。特別地可再生能量的集成由于頻率波動導(dǎo)致了運(yùn)行穩(wěn)定性問題。這些挑戰(zhàn)引起了在系統(tǒng)運(yùn)行性中的增加的復(fù)雜性。在此，尤其考慮了電網(wǎng)頻率、電網(wǎng)頻率的波動、以及在該背景中被連接的渦輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行頻率。

文件us2010/0032964a1公開了一種用于運(yùn)行帶有包括燃?xì)鉁u輪機(jī)和渦輪發(fā)電機(jī)的渦輪機(jī)軸系(turbineshafting)的發(fā)電站的方法，該渦輪發(fā)電機(jī)直接地由燃?xì)鉁u輪機(jī)驅(qū)動并且產(chǎn)生帶有運(yùn)行頻率的交流電。渦輪發(fā)電機(jī)的輸出連接到帶有給定的電網(wǎng)頻率的電網(wǎng)。電子脫耦設(shè)備(electronicdecouplingapparatus)或可變電子齒輪箱(variableelectronicgearbox)布置在渦輪發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間。脫耦設(shè)備使運(yùn)行頻率與電網(wǎng)頻率脫耦。如果在電網(wǎng)中發(fā)生臨時的過頻或欠頻事件，燃?xì)鉁u輪機(jī)的機(jī)械的轉(zhuǎn)動速度在電網(wǎng)的欠頻事件期間比電網(wǎng)頻率減少得更多并且在電網(wǎng)的過頻事件期間比電網(wǎng)頻率增加得更多。該描述的方法解決了在帶有電網(wǎng)需要的背景中的若干問題。當(dāng)電網(wǎng)是在欠頻或過頻狀態(tài)中時所述方法尤其保證了在幾秒的范圍內(nèi)的快速響應(yīng)時間。盡管由文件us2010/0032964a1公開的該解決方案證明是可靠的并且快速的，但是對于這樣的系統(tǒng)并且方法的未來要求甚至可能增加，尤其關(guān)于速度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是提供快速解決方案以抵抗電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定。該目的利用根據(jù)獨立權(quán)利要求所述的發(fā)電機(jī)控制裝置和方法的特征解決。

本發(fā)明公開了一種發(fā)電機(jī)控制裝置，該發(fā)電機(jī)控制裝置用于控制連接到電網(wǎng)的由渦輪機(jī)驅(qū)動的至少一個渦輪發(fā)電機(jī)的輸出功率，該發(fā)電機(jī)控制裝置帶有固定式變頻器、用于測量電網(wǎng)頻率fel的頻率測量裝置，并且該固定式變頻器(6)用于依賴于測量的電網(wǎng)頻率fel運(yùn)行渦輪發(fā)電機(jī)(4)。

此外本發(fā)明公開了一種用于控制連接到電網(wǎng)的由渦輪機(jī)驅(qū)動的至少一個渦輪發(fā)電機(jī)的輸出功率的方法，該方法帶有步驟：測量電網(wǎng)頻率fel并且依賴于測量的電網(wǎng)頻率fel供給固定式變頻器。

本發(fā)明特別地允許發(fā)電機(jī)運(yùn)行對于電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定的更快速的響應(yīng)。特別地，本發(fā)明公開了控制方法論以用于提供快速頻率響應(yīng)，該快速頻率響應(yīng)處于在幾乎是即時的同步的慣性響應(yīng)和常規(guī)的熱電廠的大于2s的主要頻率響應(yīng)之間的時間范圍中。

本發(fā)明的另外的例子在從屬權(quán)利要求中公開。

在一種例子中在電網(wǎng)頻率fel越過目標(biāo)頻率的上閾值的情況下渦輪機(jī)和渦輪發(fā)電機(jī)以高于額定速度的速度運(yùn)行，從而降低輸送到電網(wǎng)的電功率。

在電網(wǎng)頻率fel越過目標(biāo)頻率的下閾值的情況下，渦輪發(fā)電機(jī)以低于額定速度的速度運(yùn)行，從而增加輸送到電網(wǎng)的電功率。通過這種方式渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)單元(渦輪機(jī)和渦輪發(fā)電機(jī))的速度被調(diào)整以提供適合于電網(wǎng)的需要的快速電功率。

作為進(jìn)一步的發(fā)展方案，連接到渦輪發(fā)電機(jī)的渦輪機(jī)向固定式變頻器提供了可變的慣性功率。在此，渦輪機(jī)在軸的旋轉(zhuǎn)速度方面為運(yùn)行速度改變做準(zhǔn)備。

在另一例子中發(fā)電機(jī)控制裝置控制由由可再生源和/或低功率產(chǎn)生運(yùn)行的渦輪機(jī)驅(qū)動的若干發(fā)電機(jī)組的輸出功率，該發(fā)電機(jī)具有高頻率變化。發(fā)電機(jī)控制裝置那么與若干發(fā)電機(jī)連接并且以同等的方式操控所有連接的發(fā)電機(jī)的輸出功率。

在另一例子中由轉(zhuǎn)換器控制器從電網(wǎng)頻率fel中計算參考功率，該參考功率被供應(yīng)到固定式變頻器以控制輸出功率。轉(zhuǎn)換器控制器從頻率測量裝置接收測量的頻率fel的信號并且將參考功率信號傳送到固定式變頻器。

附圖說明

其他的特征和優(yōu)點以由在附圖中的非限制性的例子所闡明的方式從發(fā)電機(jī)控制裝置和方法的優(yōu)選的但是非唯一的實施例的描述中將更加明顯，在附圖中：

圖1示出了連接到渦輪發(fā)電機(jī)以及渦輪機(jī)并且連接到電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)控制裝置的示意性的框圖，并且示出了將測量的電網(wǎng)頻率傳送到轉(zhuǎn)換器控制器的頻率測量裝置，該轉(zhuǎn)換器控制器計算參考功率以調(diào)整供應(yīng)有來自渦輪發(fā)電機(jī)的電功率的固定式變頻器。

參考符號列表

2發(fā)電機(jī)控制裝置

3渦輪機(jī)

4渦輪發(fā)電機(jī)

6固定式變頻器

12頻率測量裝置

16轉(zhuǎn)換器控制器。

具體實施方式

圖1示出了連接到渦輪發(fā)電機(jī)4和渦輪機(jī)3的由虛線框起來的發(fā)電機(jī)控制裝置2的示意性的框圖。渦輪機(jī)3和渦輪發(fā)電機(jī)4在此利用一根軸并且因此利用相同的軸速度運(yùn)行。渦輪發(fā)電機(jī)4在用于高功率產(chǎn)生的工業(yè)環(huán)境中是通常由渦輪機(jī)3驅(qū)動的常見的發(fā)電機(jī)?？蛇x地，多個渦輪發(fā)電機(jī)4能夠被連接。發(fā)電機(jī)控制裝置2被連接到電網(wǎng)，該電網(wǎng)是大規(guī)模地供給電能的公共電網(wǎng)。渦輪發(fā)電機(jī)4經(jīng)由功率傳輸線纜被連接到固定式變頻器6并且將電功率pel傳輸?shù)焦潭ㄊ阶冾l器6。在此，固定式變頻器6是通常用于轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器。備選地，發(fā)電機(jī)控制裝置2能夠包含附加的固定式變頻器(未示出)以滿足描述的功能。功率傳輸在圖1中被標(biāo)記有n以針對產(chǎn)生的和傳輸?shù)南嗟臄?shù)量。固定式變頻器6是高功率裝置并且在現(xiàn)有技術(shù)中被描述成適合于使產(chǎn)生的功率的頻率和振幅適應(yīng)于電網(wǎng)需要。在圖1中的右側(cè)在電網(wǎng)側(cè)處連接有頻率測量裝置12，該頻率測量裝置12測量電網(wǎng)的當(dāng)前的頻率fel。電網(wǎng)由于若干參數(shù)具有波動，該波動危及運(yùn)行可靠性。一個基本的參數(shù)是到電網(wǎng)中的可再生功率的漸增的供應(yīng)?？稍偕β十a(chǎn)生是不太穩(wěn)定的、不太可預(yù)測的并且因此相比傳統(tǒng)的功率產(chǎn)生是不太可靠的。由頻率測量裝置12測量的fel的頻率數(shù)據(jù)在該例子中傳送到轉(zhuǎn)換器控制器16。轉(zhuǎn)換器控制器16基本上從測量的頻率fel中計算參考功率pref。為此目的轉(zhuǎn)換器控制器16包含處理器，該處理器從目標(biāo)頻率以及測量的頻率fel推導(dǎo)δ頻率參考(deltaelectricalfrequencyreference)。從該δ頻率值中轉(zhuǎn)換器控制器16基于電網(wǎng)操作員的預(yù)先限定的快速頻率響應(yīng)需要計算相應(yīng)的需要的機(jī)械的參考軸速度。軸速度是渦輪發(fā)電機(jī)4和渦輪機(jī)3的共同軸的速度。機(jī)械的軸速度是實際的軸速度。機(jī)械的參考軸速度是新的目標(biāo)速度，渦輪發(fā)電機(jī)4應(yīng)當(dāng)現(xiàn)在以該新的目標(biāo)速度運(yùn)行以提供電網(wǎng)頻率支持。機(jī)械的參考軸速度和渦輪發(fā)電機(jī)4的測量的實際的軸速度的信號然后被使用以產(chǎn)生δ軸速度信號。δ軸速度信號在轉(zhuǎn)換器控制器16中被轉(zhuǎn)換成參考功率pref。參考功率pref繼而是這樣的電功率，即該電功率高于或低于通過渦輪發(fā)電機(jī)4待被供應(yīng)到電網(wǎng)的實際的功率以在頻率擾動期間支持電網(wǎng)并且將電網(wǎng)保持在安全的運(yùn)行中。關(guān)于參考功率pref計算的數(shù)據(jù)被傳送到固定式變頻器6。轉(zhuǎn)換器控制器16基于參考功率pref對固定式變頻器6進(jìn)行切換。假如電網(wǎng)頻率fel高于電網(wǎng)的目標(biāo)頻率或參考頻率，參考功率pref計算成使得更少的電功率被輸送到電網(wǎng)。特別地，轉(zhuǎn)換器控制器16觀察測量的電網(wǎng)頻率fel的上閾值或下閾值是否被越過。這些閾值由特定的電網(wǎng)需要決定。措施是然后減少注入到電網(wǎng)中的電功率并且因而降低電網(wǎng)頻率。在該例子中這通過渦輪發(fā)電機(jī)4完成，該渦輪發(fā)電機(jī)4連接到固定式變頻器6并且連接到電網(wǎng)。轉(zhuǎn)換器控制器16觸發(fā)固定式變頻器6以減少渦輪發(fā)電機(jī)4的電功率pel，該電功率pel關(guān)聯(lián)于參考功率pref。這意味著電功率的減少但是渦輪機(jī)機(jī)械功率保持不變，渦輪發(fā)電機(jī)4和渦輪機(jī)3的速度將增加。由渦輪發(fā)電機(jī)4產(chǎn)生的電功率pel由固定式變頻器6轉(zhuǎn)移到電網(wǎng)。由固定式變頻器6供給到電網(wǎng)的這樣降低的功率導(dǎo)致了在取決于電網(wǎng)容量的某種程度上減少電網(wǎng)頻率。在相反的情形中當(dāng)電網(wǎng)頻率fel低于電網(wǎng)的目標(biāo)頻率或參考頻率時，參考功率pref計算成使得從而更多的電功率被輸送到電網(wǎng)。那么措施是添加電功率到電網(wǎng)并且因而增加電網(wǎng)頻率，特別地在電網(wǎng)頻率下降到下閾值之下的情況下。為此電功率pel在固定式變頻器6中增加了利用pref計算的值。需要的功率增加由轉(zhuǎn)換器控制器16觸發(fā)，該轉(zhuǎn)換器控制器16促使了渦輪機(jī)3和渦輪發(fā)電機(jī)4的機(jī)械的軸速度的減少。供給到電網(wǎng)的電功率水平以該方式增加。相應(yīng)地，電網(wǎng)頻率增加以維護(hù)安全的電網(wǎng)運(yùn)行。描述的發(fā)電機(jī)控制裝置2的主要的性質(zhì)是在僅僅一秒或更短的范圍內(nèi)的快速反應(yīng)時間。對于電網(wǎng)頻率擾動的該快速反應(yīng)促進(jìn)了改善的穩(wěn)定性。發(fā)電機(jī)控制裝置2和方法的快速反應(yīng)時間大體上基于這樣的事實，即對電網(wǎng)生效的時間延遲取決于用于頻率測量的時間。這將發(fā)電機(jī)控制裝置2和方法與現(xiàn)有技術(shù)解決方案相區(qū)分。

雖然已經(jīng)參考本發(fā)明的示范性的實施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但是對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明顯的是，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下能夠做出各種變化以及使用等同物。本發(fā)明的一種例子的前文的描述已經(jīng)為了解釋和描述的目的而呈現(xiàn)。不旨在是窮舉的或?qū)⒈景l(fā)明限制到公開的精確的方式，并且改型和變型根據(jù)上面的教導(dǎo)是可能的或可從本發(fā)明的實踐中獲得。實施例被選擇和被描述以為了解釋本發(fā)明的原理以及其實際的應(yīng)用以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠利用本發(fā)明。旨在本發(fā)明的范圍通過附加于此的權(quán)利要求及其等同物所限定。