[发明专利]用于保护电力系统的设备的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于保护AC电力系统的设备的装置，该装置包括：

●第一装置，配置成检测所述电力系统的电力参数，

●第二装置，配置成在将所述电力系统视为如下等效双电机系统之时使用检测的所述参数的值来提供与在电力系统中出现限定为如下条件的磁极滑动有关的信息，该等效双电机系统在其每个相对端具有一个具有电动势的理论电机和在其间的互连，在该条件下所述两个理论电机的电动势的相互角度经过180°，以及

●第三装置，配置成基于所述信息来执行用于保护所述电力系统的设备的控制，以及一种根据所附独立方法权利要求的前序部分所述的用于保护这样的电力系统的方法。

背景技术

包括对任何可设想类型的AC电力系统的保护，并且这样的系统通常但是未必包括发电机、变压器、转换器和用于传输电力的网络以及其它设备。另外，本发明并不限于这样的电力系统的任何特定电力、电压或者电流电平。

在这样的电力系统中扰动系统中的能量平衡的骤然事件(比如负载大幅跃升、出现故障或者缓慢故障清除)可能引起机械质体振动(比如在系统的电机中的电动机的转子加速)，并且这样的扰动所述平衡的振动称为并且这里限定为功率摆动。在可恢复情形中，这些振动将衰减，并且将恢复稳定操作，这可以借助电力系统的不同控制设备(比如用于发电机(该发电机为系统的部分)的控制系统)来获得。然而在不可恢复情形中，功率摆动变得如此严重以至于在系统的不同部分(比如其发电机)之间失去同步，这是一种在文献中称为磁极滑动或者失步(out-of-step)的条件。下文将“磁极滑动”用于这样的条件，该条件因而与“失步条件”相同。在磁极滑动的情况下，对电力系统的电机的励磁一般不受到损害，但是有由于涉及到的电机转子的不同旋转速度所致的对有功和无功功率的强振荡。除了电现象之外，机械质体的振荡也使电力系统的发电机和/或其它设备暴露于大量脉冲机械应力。即使现代电力系统被设计成在防范功率摆动并且甚至更防范磁极滑动的高程度安全性下操作，这两种现象仍然可能尤其在异常系统条件期间出现。如果允许磁极滑动在电力系统的一个部分中持续，则其它电机/设备可能跟随并且不仅有损坏转子的轴承和其它机械部分的直接风险而且可能失去整个电力系统的稳定性而且电力系统的完全断电可能是最终结果。

根据上文公开内容清楚的是，具有用于保护电力系统的设备以防功率摆动和磁极滑动的有害影响的装置是重要的，因为这些影响否则可能造成巨额成本。在严重故障的情况下，可能绝对有必要将电力系统的部分与它的其余部分隔离，但是能够确定功率摆动是否可恢复也是重要的，因为必须避免对这样的保护装置的错误断路，因为错误断路会造成浪费大量成本。出于这一考虑而已经提出这一类型将电机(比如发电机)与系统的其余部分隔离或者在预定点拆分系统的装置。

以往已经发现尝试将电力系统视为如下等效双电机系统是合适的，该双电机系统在其每个相对端具有一个具有电动势的理论电机和在其间的如下互连，该互连用于能够提供与磁极滑动的出现有关的信息、即磁极滑动可能或者将要或者已经出现。如果电力系统可以划分成由径向链接式功率流动路径互连的两个部分，则这一模型的应用是可能的。

现在将在参照附图1-3之时简洁说明用于获得对电力系统的保护的这一方式的理论。在图1中示出了将电力系统视为如下等效双电机系统1，该双电机系统在其每个相对端具有一个具有电动势的理论电机2、3和表示为阻抗的互连4。两个电机具有图2中所示并且这里具有相同量值的电动势E₂和E₃。另外这里假设电阻部分很小、因此可忽略不计。如果假设阻抗完全为电感，则在两个电机之间流动的电流I比矢量差E₂-E₃滞后恰好90°。在两个电动势E₂与E₃之间的角度为δ。是在给定位置的电压U与电流之间的角度并且沿着在两个电机2、3之间的连接变化，而沿着这一连接恒定。

在所述理论电机的电动势E₂与E₃之间的角度δ在功率摆动期间改变，并且如果功率摆动不可恢复，则这一角度将最终经过限定为磁极滑动的180°。图3是示出了相对于所述角度δ变化的电流I和可见当δ为180°时将在磁极滑动迫近零时减少，其中然后电流I最高，这可能很不利于电力系统的设备。

因此执行对这样的电力系统的测量以便检测感兴趣的电参数以便提供与磁极滑动的出现有关的信息是重要的，并且这迄今为止主要根据两种原理来完成。