[发明专利]燃气涡轮电力系统和用于限制反向功率关断的控制策略

说明书

一种用于防止电力系统(10)中电力供应中断的控制系统(12)，包括电子控制单元(14)，所述电子控制单元被构造成接收功率信号，所述功率信号指示响应于所述电力总线(40)的电负载变化而在发电机(34)中产生的无功功率。所述电子控制单元(14)还被构造成基于所述功率信号确定电压命令，并且非线性地改变发电机(34)的输出电压使得无功功率关断条件的发生被抑制。

技术领域

本公开大体上涉及限制AC电力系统中电力供应中断，且更具体地涉及非线性地改变发电机输出电压以抑制无功功率关断。

背景技术

采用由内燃机、蒸汽或其它方式供电的发电机组的电力系统是在全世界使用的众所周知的设施。这样的系统可以包括一个或多个发电机组，其目的是向地方电网(例如用于自治市或工厂)提供电力或者向更大的设施提供电力以为整个城市供电。发电机通常与电力总线并联联接，电力总线通常可以连接到地方电网和区域电网。无论规模如何，通常期望功率不中断且干扰尽可能小地操作电力系统。

当发电机针对并联操作连接时，常见的是，发电机中的一个或多个发电机以所称的下垂操作模式(droop mode)操作，使得电力总线上的负载变化使发电机的速度和/或输出电压改变到通常可由操作员选择的程度，例如5％下垂、10％下垂等。同一系统中的另一发电机通常也以等时模式操作，使得频率充当响应于负载变化的控制基础。

工程师已在几十年内对在并联发电机的操作中如何最佳控制速度、电压、频率和其它变量进行了实验。当负载需求相对稳定且一致时，发电机速度和功率输出将变化相对较小。然而，许多电力系统是动态的，因为电负载被连接和断开。在使用多个基本上相同的发电机组的设施中，在瞬态负载变化或“瞬态”期间控制多个发电机可相对简单，因为类似地定位的机器的响应和行为是相对可预测的。然而，许多系统具有多样性的机器，其中，例如，来自不同制造商或具有不同设计和/或额定值的多个燃气涡轮发动机供电的发电机、与往复式发动机供电的发电机并联的燃气涡轮供电的发电机、具有蒸汽涡轮机的燃气涡轮机或另外其它组合。在这些较不一致的系统中，可引入关于不同机器的控制特性和响应的额外复杂性。Kawabata Yasahara等人的JP2014029736(A)涉及一种示例性反向功率流控制器，其明显限制在某些电力系统中供电的不稳定性。

发明内容

一方面，一种用于防止电力系统中电力供应中断的控制系统，所述电力系统具有与电力总线电连接的多个发电机组，所述控制系统包括功率监测器。所述功率监测器被构造成输出功率信号，所述功率信号指示响应于所述电力总线的电负载变化而在所述多个发电机组中的一个发电机组中的发电机中产生的无功功率。所述控制系统还包括电子控制单元，所述电子控制单元被构造成将电压控制命令输出到电压调节机构以改变发电机的输出电压。所述电子控制单元还被构造成接收所述功率信号；基于所述功率信号确定所述电压控制命令；以及基于所述功率信号，用所述电压控制命令非线性地改变所述发电机的输出电压，使得抑制无功功率关断条件的发生。

另一方面，一种电力系统，包括：电力总线，所述电力总线被构造成与多个电感负载连接；以及发电机组，所述发电机组连接到所述电力总线，并包括内燃机和发电机。所述电力系统还包括保护机构，所述保护机构被构造成响应于无功功率关断条件发生而关闭所述发电机。所述电力系统还包括控制系统，所述控制系统具有电压调节机构，所述电压调节机构控制所述发电机的输出电压、功率监测器和电子控制单元。所述功率监测器被构造成输出功率信号，所述功率信号指示响应于所述电力总线上的负载变化在所述发电机中产生的无功功率。所述电子控制单元被构造成基于所述功率信号控制所述电压调节机构，使得所述发电机的输出电压以补偿所述无功功率的非线性方式被改变。