电力系统技术方案

一种电力系统，包括同步发生器，该同步电发生器具有由轴驱动的转子;永磁体信号发生器，其耦合到轴;角度计算单元，被配置为基于来自永磁体信号发生器的电压和来自同步电发生器的电压来计算转子角度或负载角度。

Electric power system

A power system includes a synchronous generator having a rotor driven by a shaft, a permanent magnet signal generator coupled to a shaft, and an angle calculation unit configured to calculate a rotor angle or a load angle based on the voltage from the permanent magnet signal generator and the voltage from the synchronous generator.

【技术实现步骤摘要】
电力系统
本公开涉及由主移动件驱动的电功率发生器(generator)中的负载角度和/或转子角度的确定，例如用于电网应用的往复式发动机或燃气/蒸汽/风力涡轮机或电机等。本文公开的技术提供了在高负载状态期间以及也在故障引起发生器磁饱和的瞬变时期期间负载角度和/或转子角度的准确确定。因此，本文公开的技术特别适合于检测何时发生失步状态(out-of-step)。
技术介绍
存在对已知的负载角度和/或转子角度确定技术改进的普遍需要。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种电力系统，包括：同步电发生器，其具有由轴驱动的转子;永磁体信号发生器，其耦连到轴;以及角度计算单元，其被配置为基于来自永磁体信号发生器的电压和来自同步电发生器的电压来计算转子角度和/或负载角度。该方法提供了确定负载和/或转子角度的廉价且可靠的方式。永磁体信号发生器中的磁极的数量可以与同步电发生器的转子的极的数量相同。永磁体信号发生器的相位的数量可以与同步电发生器的定子中的相位的数量相同。永磁体信号发生器的磁极可以与同步电发生器的磁极对准。角度计算单元可以被配置为在稳定状况和瞬变状态中的一者或两者中计算转子角度或负载角度。角度计算单元可以被配置为：接收在第一电阻器处来自永磁体信号发生器经由可变电阻器的电压，接收在第二电阻器处来自同步电发生器的电压，第一电阻器和第二电阻器中的每一个的第一端彼此连接并接地，调整可变电阻器的值，直到第一电阻器上的电压(Va,snl)和第二电阻器上的电压(Va,pcc/t)相等，并使用以下等式计算角度(δ)：其中Vag是第一和第二电阻器的未接地端之间的电压。该方法在稳定状况期间提供稳健的角度确定。角度计算单元可包括数字信号处理器。数字信号处理器可以被配置为：从永磁体信号发生器接收三相电压，并确定永磁体信号发生器的电压角度(θsnl);从同步电发生器接收三相电压，并确定同步电发生器的电压角度(θpcc/t);以及计算角度(δ)作为永磁体信号发生器的电压角度(θsnl)与同步电发生器的电压角度(θpcc/t)之间的差。该方法提供了一种确定转子和/或负载角度的方法，其独立于电压幅度，且因此即使在电力系统的瞬时状况操作期间(例如，在故障之后)也是可靠的。同步电发生器的电功率输出可小于30MW。来自同步电发生器的电压可以是至附接到同步电发生器的负载的公共耦连点(thepointofcommoncoupling)处的电压(Vpcc)，或者在同步电发生器的输出端子处的电压(Vt)。根据本专利技术的第二方面，提供了一种确定包括同步电发生器的电力系统中的转子角度或负载角度(δ)的方法，该方法包括基于来自耦连到同步电发生器的转子轴的永磁体信号发生器的电压来计算转子角度或负载角度(δ)。第二方面中的电力系统可以是根据第一方面的电力系统。根据本专利技术的第三方面，提供了一种确定是否发生了失步状态的方法，该方法包括：根据第二方面的方法确定发生器系统的负载角度和/或转子角度(δ);并且取决于确定的负载角度和/或转子角度(δ)确定是否发生了失步状态。根据本专利技术的第四方面，提供了一种计算机程序，当由计算装置执行时，引起计算装置根据第三方面的方法确定电力系统中的负载角度和/或转子角度(δ)，和/或根据第四方面的方法确定失步状态。根据本专利技术的第五方面，提供了一种计算装置，其被配置为通过执行第四方面的计算程序来确定电力系统中的转子角度(δ)和/或失步状态。本领域技术人员将理解，除非相互排斥，关于任何一个上述方面描述的特征或参数可以应用于任何其他方面。此外，除非相互排斥，本文描述的任何特征或参数可以应用于任何方面和/或与本文描述的任何其他特征或参数组合。附图说明现在将参考附图仅通过示例的方式描述实施例，其中：图1示出了根据实施例的电力系统的组件;图2示出了示例电压迹线;图3示出了角度计算单元的第一布置;图4展示了图3的角度计算单元如何在诸如图1的电力系统中操作;图5示出了用于角度计算单元的第二布置;以及图6展示了图5的角度计算单元如何在诸如图1的电力系统中操作。具体实施方式本公开提供了一种确定电力系统中的负载角度和/或转子角度的改进方法。为了清楚地呈现本公开的环境，下面提供
技术介绍
的细节。电电力系统(Electricalpowersystems)暴露于各种异常操作状态，例如故障，发生器损耗，线路跳闸和其他可能导致功率振荡和随之而来的系统不稳定的干扰。在这些状态下，适当的继电器设置对于确保适当的保护是必要的(即，失去同步的发生器的断开连接以及与高压，HV，线路相关联的距离继电器(distancerelays)的不期望的操作的阻断)。在正常操作状态期间，从发生器输出的电功率产生电扭矩，该电扭矩平衡施加到发生器转子轴的机械扭矩。转子以恒定速度运行，其中电和机械扭矩平衡。当发生故障时，传递的电力的量减少，从而减小了抵抗机械扭矩的电扭矩。如果在故障期间机械动力没有降低，则发生器转子将由于不平衡的扭矩状态而加速。在不稳定的电力状况期间，至少两个向电网供电的发生器以彼此不同的速度旋转并失去同步。这被称为失步状况(也称为失步同步状态(loss-of-synchronismcondition)或失同步状态(out-of-synchronouscondition))。失步状态会在发生器绕组中引起高电流和机械力，并引起高水平的瞬变轴扭矩。扭矩可以大到足以破坏发生器的轴。极滑动事件还可能导致异常高的定子芯端部铁通量，这可能导致定子芯端部处的过热和短路。单元变压器还将承受非常高的瞬变绕组电流，其对绕组施加高机械应力。因此，如果发生失步状态，重要的是异步(asynchronously)操作的发生器或系统区域使用失步保护技术快速彼此隔离。至少在如下详细描述了失步保护：2011年8月29日发布的IEEETutorialontheProtectionofSynchronousGenerators(第二版)，见http://resourcecenter.ieee-pes.org/pes/product/tutorials/PESTP1001(如2018年3月14日查看)。对于大型电力发生系统，用于失步检测器(例如阻抗继电器)的标准是用于确定发生器是否与电网正确同步。然而，通常不为小型同步发生器提供失步检测器，即功率输出小于30MW的发生器。小型同步发生器(synchronousgenerator)的特别适用的应用是智能电网。存在具有可变数量的电源和来自电源的可调节的功率输出的电网。小型同步发生器的另一个特别合适的应用是微电网。因此，希望小型同步发生器以比目前用于大型电力发生系统的失步检测和防止技术低得多的成本提供失步保护。确定发生器是否正确操作，或者是否已经或即将发生失步状态的方法是通过确定和监测发生器的转子角度和/或负载角度。因此，需要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力系统(10)，包括：/n同步电发生器(11)，其具有由轴(17)驱动的转子;/n永磁体信号发生器(21)，其耦连到所述轴(17);和/n角度计算单元(20)，其被配置为基于来自所述永磁体信号发生器(21)的电压和来自所述同步电发生器(11)的电压来计算转子角度和/或负载角度。/n

【技术特征摘要】
20180530 GB 1808796.51.一种电力系统(10)，包括：
同步电发生器(11)，其具有由轴(17)驱动的转子;
永磁体信号发生器(21)，其耦连到所述轴(17);和
角度计算单元(20)，其被配置为基于来自所述永磁体信号发生器(21)的电压和来自所述同步电发生器(11)的电压来计算转子角度和/或负载角度。


2.根据权利要求1所述的电力系统(10)，其中，所述永磁体信号发生器(21)中的磁极的数量与所述同步电发生器(11)的转子的极的数量相同。


3.根据权利要求1所述的电力系统(10)，其中，所述永磁体信号发生器(21)的相位的数量与所述同步电发生器(11)的定子中的相位的数量相同。


4.根据权利要求1所述的电力系统(10)，其中，所述永磁体信号发生器(21)的磁极与所述同步电发生器(11)的磁极对准。


5.根据权利要求1所述的电力系统(10)，其中，所述角度计算单元被配置为在稳定状况和瞬变状态中的一者或两者中计算所述转子角度或负载角度。


6.根据权利要求1所述的电力系统(10)，其中，所述角度计算单元被配置为：
接收来自所述永磁体信号发生器(21)经由可变电阻器(40)在第一电阻器(47)处的电压，
接收来自所述同步电发生器(11)在第二电阻器(48)处的电压，第一和第二电阻器(47,48)中的每一个的第一端彼此连接并接地，
调节所述可变电阻器(40)的值，直到所述第一电阻器上的电压(Va,snl)和所述第二电阻器上的电压(Va,pcc/t)相等，并且
使用以下等式计算角度(δ)：



其中Vag是第一和第二电阻器(47,48)的未接地端之间的电压。


7.根据权利要求1所述的电力系统(10)，其中，所述角度计算单元(20)包括数字信号处理器。


8.根据权利要求7所述的电力系统(...

【专利技术属性】
技术研发人员：S杨，S达斯古普塔，M克赖斯尔，J德姆哈特，AK古普塔，
申请(专利权)人：劳斯莱斯有限公司，MTU腓特烈港有限责任公司，MTU场地能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB