用于对电网频率瞬态事件进行快速负荷支持的方法和系统技术方案

本发明专利技术题为“用于对电网频率瞬态事件进行快速负荷支持的方法和系统”。本申请提供了用于对电网频率瞬态事件进行快速负荷支持的方法和系统。示例性系统可包括：具有第一控制器的涡轮；联接到涡轮的发电机，其中发电机被构造成向电网提供电力；和被构造成向发电机的转子提供直流(DC)电压和DC电流的励磁机。励磁机可包括第二控制器，该第二控制器被构造成监测与电网相关联的第一组电特性，基于第一组电特性来确定电网上存在瞬态事件，以及将瞬态事件的通知发送到第一控制器。

【技术实现步骤摘要】
用于对电网频率瞬态事件进行快速负荷支持的方法和系统
本申请和所得的专利整体涉及气体涡轮系统，并且更具体地涉及响应于电网频率瞬态事件而提供快速负荷支持。
技术介绍
发电厂或发电系统可利用其他初级能源产生电力。例如，原动机诸如气体涡轮是具有气体涡轮轴的旋转机械装置，该气体涡轮轴驱动发电机以向输电网供应电力。输电网继而向各种电力用户供应电力。为了确保发电系统有效地运行，涡轮轴速度和所得的电网频率应在运行范围内彼此同步。当电网频率由于瞬态事件而突然变化时，可导致电力中断。对于较小的电网，诸如提供约500兆瓦(MW)负荷容量的电网，瞬态事件诸如电网频率突然变化的负面影响被放大。较小的电网通常不如较大的电网稳定，因为相同量值的负荷变化将导致较大的频率变化。因此，较小的电网趋于比较大的电网更频繁地经历频率变化。缺乏稳定性可导致电网停电和/或电力损失。因此，需要为电网频率瞬态事件提供快速负荷支持的系统和方法，以增强电网的电力稳定性。
技术实现思路
本申请和所得的专利提供了用于使用气体涡轮提供快速负荷支持的系统。该系统可包括：具有第一控制器的涡轮；联接到涡轮的发电机，其中发电机被构造成向电网提供电力；和被构造成向发电机的转子提供直流(DC)电压和DC电流的励磁机。励磁机可包括第二控制器，该第二控制器被构造成监测与电网相关联的第一组电特性，基于第一组电特性来确定电网上存在瞬态事件，以及将瞬态事件的通知发送到第一控制器。第一控制器可被构造成基于通知来调节涡轮的运行。本申请和所得的专利还提供了用于为电网频率瞬态事件提供改善的负荷支持的方法。该方法可包括：由第一控制器监测与电网相关联的第一组电特性，由第一控制器基于第一组电特性来确定电网上存在瞬态事件，以及将瞬态事件的通知发送到第二控制器。第二控制器可被构造成通过以下方式基于通知来调节涡轮的运行：(i)调节对涡轮的燃料阀调节器的燃料需求的动态，以及(ii)调节主频率算法。本申请和所得的专利还提供了用于提供快速负荷支持的系统。该系统可包括：具有第一控制器的原动机，诸如航改式气体涡轮；联接到航改式气体涡轮的发电机，其中发电机被构造成向电网提供电力；和被构造成向发电机的转子提供直流(DC)电压和DC电流的励磁机。励磁机可包括第二控制器，该第二控制器被构造成监测与电网相关联的第一组电特性，基于第一组电特性来确定电网上存在瞬态事件，以及将瞬态事件的通知发送到第一控制器。第一控制器可被构造成通过以下方式基于通知来调节航改式气体涡轮的运行：(i)调节对航改式气体涡轮的燃料阀调节器的燃料需求的动态，以及(ii)调节主频率算法。在结合若干附图和所附权利要求阅读以下详细描述后，本申请和所得专利的这些和其他特征和改善对于本领域普通技术人员将变得显而易见。附图说明图1是发电系统的示意图。图2是如本文中可能描述的用于励磁机和气体涡轮的控制系统的示意图。图3是如本文中可能描述的用于对电网频率瞬态事件进行快速负荷支持的示例性处理流程。图4是如本文中可能描述的用于对电网频率瞬态事件进行快速负荷支持的示例性处理流程。具体实施方式现在参见附图，其中在若干视图中，类似的数字是指类似的元件。图1是发电系统100的示意图。发电系统100可包括从其他初级能源产生电力的原动机。示例性原动机可为气体涡轮150，诸如航改式气体涡轮，并且可为具有气体涡轮轴的旋转机械装置，该气体涡轮轴驱动发电机以向输电网供应电力，该输电网向用户供应电力。其他实施方案可包括不同类型的涡轮，诸如蒸汽涡轮。为了实现无故障运行，涡轮轴速度和所得的电网频率必须保持在运行范围内。气体涡轮150可联接到为电网140供电的发电机130。气体涡轮引擎150可包括压缩机。压缩机压缩进入的空气流。压缩机将压缩的空气流递送至燃烧器。燃烧器将压缩的空气流与加压的燃料流混合并点燃混合物，从而产生燃烧气体流。燃烧气体流继而被递送至涡轮。燃烧气体流驱动涡轮以便产生机械功。涡轮中产生的机械功经由轴驱动压缩机并且驱动外部负荷诸如发电机130。气体涡轮引擎150可使用天然气、各种类型的合成气、液体燃料和/或其他类型的燃料及其共混物。气体涡轮引擎150可具有不同的构造并且可使用其他类型的部件。在本文中也可以使用其他类型的气体涡轮引擎。本文中还可一起使用多个气体涡轮引擎、其它类型的涡轮以及其它类型的发电设备。气体涡轮150还可联接到涡轮控制器160。涡轮控制器160可控制气体涡轮150的一个或多个方面的运行。发电机130可联接到由励磁机控制器110控制的励磁机120。励磁机120可被构造成自动调节电压并且供应直流(DC)输出。例如，励磁机120可包括电路，该电路向发电机130的转子的励磁绕组提供DC电流和DC电压，从而在发电机130内感应磁场。磁场可随后导致转子在发电机内部旋转并且使发电机130的轴旋转。除了在发电机130内产生磁场之外，励磁机120可用于控制由发电机130输出的电压的频率、振幅和相位特性。因此，在发电机轴以其额定速度旋转之后，励磁机120可用于使发电机130输出的电压与电网140的电压同步。励磁机控制器110可为任选地包括输入接口112、输出接口118、一个或多个处理器114和/或一个或多个存储器装置116中的一者或多者的计算系统。如下文所详述，在发电系统100的控制下，励磁机控制器110有利于识别瞬态电网事件。在另选的实施方案中，可使用与励磁机控制器110分开的控制器来代替或辅助励磁机控制器110。在电网140上发生导致频率偏差的瞬态事件之后，发电系统100可使用涡轮控制器160使系统回到平衡。例如，当检测到电网140中的频率下降时，可检测到速度下降，因为速度随电网频率而变化。原动机的燃料摄入将基于感测速度下降而增加，这增加了有功功率输出以补偿频率下降。涡轮150可使发电机130中的轴旋转，使得发电机130输出电压。发电机130的电压输出可随后与电网140的电压同步。在某些实施方案中，励磁机控制器110可监测电网140的电特性。因此，励磁机控制器120可监测电网140的瞬态事件，诸如电网频率的上升或下降、发电机130的有功功率或无功功率的上升或下降等。瞬态事件可包括电特性诸如电压、电流、功率、功率因数等的变化。在一些实施方案中，励磁机控制器120可被构造成在电网瞬态到其发生的初始阶段检测或识别瞬态电网事件。在检测到瞬态事件时，励磁机控制器120可将命令或通知发送到涡轮控制器160以调节原动机的运行并且补偿发电机的频率变化。即，励磁机控制器120可监测发电机130的电参数，诸如功率输出和电频率，并且基于电参数来检测瞬态事件。本文所述的发电系统100可经由以下各项中的一者或全部的组合来响应于电网频率瞬态事件而提供快速负荷支持：(i)电网事件的早期电检测；(ii)使用MW建模值代替测量的瓦特计值(例如，避免在瓦特计处读取由发电机的动能响应于频率瞬态的变化所贡献的功率分量)；和/或(iii)使用用于燃料值控制回路的灵活动态。因此，可在不振本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于使用气体涡轮提供快速负荷支持的系统，所述系统包括：/n涡轮，所述涡轮包括第一控制器；/n发电机，所述发电机联接到所述涡轮，其中所述发电机被构造成向电网提供电力；和/n励磁机，所述励磁机被构造成向所述发电机的转子提供直流(DC)电压和DC电流，其中所述励磁机包括第二控制器，所述第二控制器被构造成：/n监测与所述电网相关联的第一组电特性；/n基于所述第一组电特性来确定所述电网上存在瞬态事件；以及/n将所述瞬态事件的通知发送到所述第一控制器；/n其中所述第一控制器被构造成基于所述通知来调节所述涡轮的运行。/n

【技术特征摘要】
20191003 US 16/592,2051.一种用于使用气体涡轮提供快速负荷支持的系统，所述系统包括：
涡轮，所述涡轮包括第一控制器；
发电机，所述发电机联接到所述涡轮，其中所述发电机被构造成向电网提供电力；和
励磁机，所述励磁机被构造成向所述发电机的转子提供直流(DC)电压和DC电流，其中所述励磁机包括第二控制器，所述第二控制器被构造成：
监测与所述电网相关联的第一组电特性；
基于所述第一组电特性来确定所述电网上存在瞬态事件；以及
将所述瞬态事件的通知发送到所述第一控制器；
其中所述第一控制器被构造成基于所述通知来调节所述涡轮的运行。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一控制器被构造成基于电力的建模值来调节所述涡轮的运行。


3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一控制器被构造成生成电力的建模值。


4.根据权利要求3所述的系统，其中所述建模值是基于所述涡轮处的压缩机的压缩机排放压力而生成的兆瓦建模值。


5.根据权利要求3所述的系统，其中所述建模值暂时地替换所述涡轮的瓦特计处的实际动能读数。


6.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一控制器被构造成调节对所述涡轮的燃料阀调节器的燃料需求的动态。


7.根据权利要求6所述的系统，其中燃料需求的所述动态是灵活动态。


8.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：路易斯·费尔南多·古铁雷斯，约翰·T·阮，阿德南·法里德·萨法尔，尤利玛·罗阿，乔斯·卡洛斯·桑切斯，胡安·尤赛尔·蒙托亚，斯雷德哈·德萨巴特拉，斯蒂芬·罗伊·巴特利特，马克西姆·比凯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US