[发明专利]发电机控制装置和方法

说明书

技术领域

本公开涉及一种发电机控制装置和一种用于控制连接到电网的至少一个发电机的输出功率的方法。

发电机是被连接到燃气涡轮机或蒸汽涡轮机的同步发电机或异步发电机，称为涡轮发电机。电网通常是用于将电能供给到家庭和工业的公用电网。

背景技术

公共电功率供给由广阔的电网所提供。用于提供功率的主要的系统是高功率发电机(在下面为涡轮发电机)，该高功率发电机将电功率供给到电网。这些涡轮发电机通常由由不同的能量源(如煤炭、燃气或风)提供动力的涡轮机驱动。已知通过固定式变频器将涡轮发电机(尤其具有较高的功率的那些涡轮发电机)连接到电网，该固定式变频器使产生的频率适应于电网频率。固定式变频器使得带有已知的缺点的机械的齿轮箱成为不必要的。在运行电网时的主要的目标是保证可靠性、供给安全，改善电网效率，允许市场效率，并且使可再生能量生成大规模地集成到现有的电网中成为可能。特别地可再生能量的集成由于频率波动导致了运行稳定性问题。这些挑战引起了在系统运行性中的增加的复杂性。在此，尤其考虑了电网频率、电网频率的波动、以及在该背景中被连接的涡轮发电机的运行频率。

文件US2010/0032964A1公开了一种用于运行带有包括燃气涡轮机和涡轮发电机的涡轮机轴系(turbine shafting)的发电站的方法，该涡轮发电机直接地由燃气涡轮机驱动并且产生带有运行频率的交流电。涡轮发电机的输出连接到带有给定的电网频率的电网。电子脱耦设备(electronic decoupling apparatus)或可变电子齿轮箱(variable electronic gearbox)布置在涡轮发电机和电网之间。脱耦设备使运行频率与电网频率脱耦。如果在电网中发生临时的过频或欠频事件，燃气涡轮机的机械的转动速度在电网的欠频事件期间比电网频率减少得更多并且在电网的过频事件期间比电网频率增加得更多。该描述的方法解决了在带有电网需要的背景中的若干问题。当电网是在欠频或过频状态中时所述方法尤其保证了在几秒的范围内的快速响应时间。尽管由文件US2010/0032964A1公开的该解决方案证明是可靠的并且快速的，但是对于这样的系统并且方法的未来要求甚至可能增加，尤其关于速度。

发明内容

本发明的一个目的是提供快速解决方案以抵抗电网频率不稳定。该目的利用根据独立权利要求所述的发电机控制装置和方法的特征解决。

本发明公开了一种发电机控制装置，该发电机控制装置用于控制连接到电网的由涡轮机驱动的至少一个涡轮发电机的输出功率，该发电机控制装置带有固定式变频器、用于测量电网频率f_el的频率测量装置，并且该固定式变频器(6)用于依赖于测量的电网频率f_el运行涡轮发电机(4)。

此外本发明公开了一种用于控制连接到电网的由涡轮机驱动的至少一个涡轮发电机的输出功率的方法，该方法带有步骤：测量电网频率f_el并且依赖于测量的电网频率f_el供给固定式变频器。

本发明特别地允许发电机运行对于电网频率不稳定的更快速的响应。特别地，本发明公开了控制方法论以用于提供快速频率响应，该快速频率响应处于在几乎是即时的同步的惯性响应和常规的热电厂的大于2s的主要频率响应之间的时间范围中。

本发明的另外的例子在从属权利要求中公开。

在一种例子中在电网频率f_el越过目标频率的上阈值的情况下涡轮机和涡轮发电机以高于额定速度的速度运行，从而降低输送到电网的电功率。

在电网频率f_el越过目标频率的下阈值的情况下，涡轮发电机以低于额定速度的速度运行，从而增加输送到电网的电功率。通过这种方式涡轮机发电机单元(涡轮机和涡轮发电机)的速度被调整以提供适合于电网的需要的快速电功率。

作为进一步的发展方案，连接到涡轮发电机的涡轮机向固定式变频器提供了可变的惯性功率。在此，涡轮机在轴的旋转速度方面为运行速度改变做准备。

在另一例子中发电机控制装置控制由由可再生源和/或低功率产生运行的涡轮机驱动的若干发电机组的输出功率，该发电机具有高频率变化。发电机控制装置那么与若干发电机连接并且以同等的方式操控所有连接的发电机的输出功率。