用于增强无功电流共享的先进横流补偿系统和方法技术方案

本系统和方法提供了一种横流补偿控制系统，该横流补偿控制系统通过使用消除无功电流共享中的稳态误差的比例积分PI控制器或比例积分微分PID控制器在多个发电机并联运行期间提供改进的负载共享性能，这样，当存在各种系统参数不确定性时，通过改进的横流补偿，提供稳定且鲁棒的响应，以应对电力系统中装备的不确定变化。确定变化。确定变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增强无功电流共享的先进横流补偿系统和方法
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年2月22日提交的美国临时申请No.62/809,009的权益，其公开内容通过引用完全并入本文。


[0003]本公开涉及发电系统，并且更具体而言，涉及用于具有多个发电机的发电系统的控制系统。

技术介绍

[0004]本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，而不构成现有技术。
[0005]多个发电机或发电机组(gensets)常常并联运行以提高燃料经济性和电源的发电可靠性。通过在任何给定的时间仅选择足够的发电机来携带负载需求，用多个并联的发电机提高燃料经济性。通过使每个发电机接近其满负荷运行，燃料得到高效利用。多个发电机中的每一个向连接的发电机变压器提供输出功率，然后发电机变压器将发电机输出端连接到电网或负载。每个发电机的变压器将接收到的功率变换成期望或指定的电网或传输线功率。
[0006]自动电压调节器(AVR)是一种电子设备，用于在发电机空载时和改变发电机上的负载时提供精确的、经调节的发电机电压。在许多实施方式中，AVR用于通过提供和调整发电机磁场功率(诸如励磁功率)来控制发电机的无功运行。由于AVR仅控制无功功率，因此即使发电机产生有功功率和无功功率两者，本公开也仅阐述无功功率的控制。照此，为了简化本公开，除非另有说明，否则假设有功功率为零。在许多实施方式中，AVR用于通过向励磁机或其它发电机组件提供发电机磁场功率(诸如励磁电压)以控制发电机功率的无功功率输出来控制发电机的操作。发电机磁场功率(诸如励磁电压)常常是DC电压并且被提供为发电机的发电机磁场功率或励磁输入，以便为发电机磁场供电，使发电机产生输出端子电压V
T
，具有固定或稳定的无功电流，而不管电网负载在运行期间的任何特定时间汲取的有功功率如何。当发电机在并联运行中连接在一起时，需要并联补偿元件来帮助每个发电机的AVR控制发电机的无功负载，如在IEEE Std.421.5
‑
2016，IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies中所阐述的。
[0007]如上所述，每个发电机包括发电机磁场输入端，用于接收通常由AVR提供的发电机磁场输入电压或功率。通常，发电机磁场输入电压是作为预定的参考发电机磁场电压量的量，其通常也被称为电压设定点，诸如举例来说可以是12伏DC。AVR可以从本地DC电源接收基本发电机磁场功率(诸如12伏DC)，AVR由此导出确定的参考发电机磁场电压。可替代地，AVR可以从输入功率(诸如从其中一个或多个发电机的输出获得或从本地获得的)获得或导出期望的或确定的发电机功率。不管AVR如何获得参考发电机磁场电压，AVR生成的发电机磁场电压(或功率)提供给发电机的发电机磁场或励磁磁场，其控制到发电机的主磁场的输入并导致生成发电机的生成的输出功率或端子电压V
T
。
[0008]一般而言，基本AVR感测发电机的输出端子电压V
T
并将其与参考电压V
REF
进行比较。基于这两个电压的这种比较，AVR产生发电机磁场输入电压，这是经调整的发电机磁场值。该值从预定的发电机磁场输入电压向上或向下调整，这导致发电机控制的改变并因此导致输出端子电压V
T
的改变。并联运行以向公共负载供电的两个或更多个发电机以类似的方式运行，每个发电机都具有其自己相关联的AVR和预定的参考发电机磁场电压。如果开路运行模式下的端子电压V
T
在所有发电机上完全相同，那么发电机在它们之间平均划分负载。两个或更多个发电机的输出端处的端子电压V
T
之间的任何小差异都会导致负载划分不平衡，或者在极端情况下，导致产生不期望的循环电流。
[0009]在实践中，两个或更多个发电机的输出端子电压V
T
的精确匹配是不可能的，因此电压失配会导致一定量的循环电流或负载不平衡。为了解决这些问题，已经开发了两种形式的多发电机控制来解决多个发电机的输出端子电压V
T
的不匹配问题，这两种形式都被称为并联补偿方法，如Rubenstein,A.S.和W.W.Wakley在“Control of reactive kVA with modern amplidyne voltage”中所阐述的。最常用的并联补偿类型是并联下垂补偿，也称为无功下垂补偿，或简称为“下垂补偿”。另一种类型的并联补偿是横流补偿(下文中称为“CCC”)，也称为无功差动补偿。
[0010]下垂补偿用于随着发电机的无功功率输出的增加而使电压曲线“下垂”。当两个发电机并联运行时，利用它们的下垂曲线，由它们各自的AVR提供的参考发电机磁场电压(或电压设定点)被调整为用于实现无功负载按比例共享的发电机磁场值。下垂补偿控制电路和方法对发电机产生的端子电压中的任何不平衡作出反应。这种发电机磁场控制下垂补偿以在一个方向上改变它们各自的AVR的发电机磁场输入值，从而使负载在多个发电机之间恢复平衡。当下垂补偿被用作到两个或更多个并联发电机的每个AVR的输入时，提供给每个发电机的AVR的每个并联下垂补偿电路或元件彼此独立，并且经调整的发电机磁场值从每个发电机的预定参考发电机磁场电压的改变的每个量值取决于负载和功率因数的量值。
[0011]在第二种并联补偿方法中，为了防止端子电压V
T
随着负载功率因数的改变而增加或减少，采用横流补偿CCC元件作为到AVR的输入以用于控制确定提供到发电机的发电机磁场输入端的经调整的发电机磁场值并由此控制发电机的操作。CCC是一种允许两个或更多个并联发电机共享无功负载的方法。每个发电机的无功电流I
d
的表示由所有并联的发电机的复合电流互感器(“CCT”或“CT”)的次级接线建立。图1中示出了用于两个发电机的典型常规CCC控制接线配置。这两个所示发电机的无功电流之间的差异是从这种配置估计的。如图所示，现有技术系统CCC控制系统100包括具有两个或更多个发电机104的发电电路102，从而形成发电机机组或发电机组104，在这个示例中，其反映了两个发电机GEN A 104A和GEN B 104B。每个发电机都具有发电机磁场118(118A、118B)和发电机磁场输入端106(106A、106B)，用于分别经由输出端125(示为125A、125B)从AVR 124(示为124A、124B)接收发电机磁场电压或功率E
F
。发电机磁场118接收发电机磁场输入106以改变发电机104的操作，其改变由发电机104生成的无功输出功率和端子电压V
T
。每个发电机(GEN A 104A和GEN B 104B)具有用于提供发电机输出功率的发电输出端112(112A、112B)。这种输出功率包括无功功率，其各自分别包括端子电压V
T
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种控制发电系统的方法，该发电系统具有并联连接运行的两个或更多个发电机，每个发电机具有端子电压并且在发电机输出端处将发电机无功功率输出供应给公共负载，每个发电机具有耦合到自动电压调节器AVR发电机参考电压的发电机磁场控制输入端，发电系统还具有并联横流补偿元件CCC，该并联横流补偿元件耦合到每个发电机的输出端用于从发电机接收无功电流，并且耦合到AVR用于响应于接收到的无功电流而向AVR提供电流补偿输入，该方法包括：接收受控发电机的无功电流，该受控发电机是从所述两个或更多个发电机中选择的要被控制的一个；从第一发电机的输出端接收第一发电机无功电流；从第二发电机的输出端接收第二发电机无功电流；通过对接收到的第一发电机无功电流和第二发电机无功电流求平均来确定平均发电机无功电流；确定作为接收到的无功电流与确定的平均发电机无功电流之间的差的差值无功电流；将确定的差值无功电流提供到比例
‑
积分PI控制器的输入端；根据确定的差值无功电流生成经调整的无功电流补偿值；以及将经调整的无功电流补偿值提供到与受控发电机相关联的AVR作为输入。2.如权利要求1所述的方法，其中在AVR中，该过程包括：接收经调整的无功电流补偿值；生成经调整的发电机磁场电压值，该值是响应于接收到的经调整的无功电流补偿值而从受控发电机的发电机磁场电压的调整；以及将经调整的发电机磁场输入电压提供到受控发电机的发电机磁场控制输入端，该输入电压包括生成的经调整的发电机磁场电压值。3.如权利要求2所述的方法，还包括：确定接收到的第一发电机与第二发电机的无功电流之间的无功电流差，并且其中当确定的无功电流差不等于零也不大约为零时，提供的经调整的发电机磁场输入电压包括生成的发电机磁场电压值，并且当确定的无功电流差等于零或大约为零时，提供的经调整的发电机磁场输入电压依赖于接收到的参考电压和发电机端子电压，并且不包括CCC补偿输入。4.如权利要求1所述的方法，其中受控发电机是第一发电机，AVR是耦合到第一发电机的AVR，并且比例
‑
积分PI控制器是第一比例
‑
积分PI控制器；该方法还包括：将接收到的第一发电机的无功电流提供给第二发电机的AVR，其中在第二AVR中，该方法还包括生成第二经调整的发电机磁场电压值，该值是响应于从第一发电机的第一AVR接收到的无功电流而从第二发电机的发电机磁场电压的调整，以及向第二发电机的发电机磁场控制输入端提供第二经调整的发电机磁场电压，该电压包括生成的第二经调整的发电机磁场电压值。5.如权利要求1所述的方法，其中生成经调整的无功电流补偿值包括确定经调整的补偿电压以及将经调整的补偿电压提供到与受控发电机相关联的AVR的电压求和输入端，该电压求和输入端还接收来自参考电源的参考电压和来自CCC元件的电流补偿输入。6.如权利要求1所述的方法，其中受控发电机是具有接收第一发电机磁场参考电压的第一发电机磁场控制输入端的第一发电机，并且AVR是耦合到第一发电机的第一AVR，还包
括：接收第二发电机的第二无功电流；确定作为接收到的第二无功电流与确定的平均发电机无功电流之间的差的第二差值无功电流；将确定的第二差值无功电流提供到与第二AVR相关联的第二比例
‑
积分PI控制器的输入端；根据确定的第二差值无功电流生成第二经调整的无功电流补偿值；以及将第二经调整的无功电流补偿值作为输入提供给与第二发电机相关联的第二AVR。7.如权利要求6所述的方法，其中在第二AVR中，该方法还包括：接收第二经调整的无功电流补偿值；生成第二经调整的发电机磁场电压值，该值是响应于接收到的第二无功电流补偿值而从第二发电机的第二发电机磁场电压的调整，以及将第二经调整的发电机磁场电压提供到第二发电机的发电机磁场控制输入端，该电压包括生成的第二发电机磁场电压值。8.如权利要求1所述的方法，其中在比例
‑
积分PI控制器中，该方法还包括：接收第一增益K
I
和第二增益K
G
作为比例
‑
积分PI控制器的输入设置；以及其中响应于接收到的第一增益K
I
和第二增益K
G
输入设置而生成经调整的无功电流补偿。9.如权利要求1所述的方法，其中比例
‑
积分控制器是并联横流补偿元件CCC的组件。10.如权利要求1所述的方法，其中比例
‑
积分PI控制器是比例积分微分PID控制器，并且其中向比例
‑
积分PI控制器的输入端提供差值无功电流的步骤是向PID控制器提供输入。11.一种用于控制发电系统的系统，该发电系统具有并联连接运行的两个或更多个发电机，每个发电机具有端子电压并且将发电机输出端处的发电机无功功率输出供应给公共负载，每个发电机具有耦合到自动电压调节器AVR的发电机磁场控制输入端，该自动电压调节器AVR从发电机磁场电压源接收发电机磁场电压，发电系统还具有并联横流补偿元件CCC，该并联横流补偿元件CCC耦合到每个发电机的输出端用于接收无功电流并且耦合到AVR用于响应于接收到的无功电流而向AVR提供无功电流补偿输入，该系统包括：比例
‑
积分PI控制器；存储器，用于存储可执行指令；输入端，用于接收从所述两个或更多个发电机当中选择的要被控制的受控发电机的无功电流、来自第一发电机的输出端的第一发电机无功电流和来自第二发电机的输出端的第二发电机无功电流；处理器，耦合到存储器并且被配置用于执行存储的可执行指令，可执行指令包括通过对接收到的第一发电机无功电流和第二发电机无功电流求平均来确定平均发电机无功电流，以及确定作为接收到的无功电流与确定的平均发电机无功电流之间的差的差值无功电流；比例
‑
积分PI控制器，被配置用于接收确定的差值无功电流，并且确定经调整的无功电流补偿值；以及将确定的经调整的无功电流补偿值作为输入提供给与受控发电机相关联的AVR。
12.如权利要求11所述的系统，还包括：AVR被配置用于接收经调整的无功电流补偿值，生成经调整的发电机磁场电压，该电压是响应于接收到的经调整的无功电流补偿值而从受控发电机的发电机磁场电压的调整，并且将经调整的发电机磁场输入电压提供到受控发电机的发电机磁场控制输入端，该输入电压包括生成的经调整的发电机磁场电压值。13.如权利要求12所述的系统，其中PI控制器和AVR被配置用于：确定第一发电机与第二发电机之间的无功电流差，并且其中当确定的无功电流差不等于零也不大约为零时；以及PI控制器基于确定的无功电流差和发电机磁场电压生成经调整的发电机磁场电压，其中经调整的发电机磁场电压将比例控制与附加的积分调整相结合，以提供等于或大约等于零的无功电流差。14.如权利要求12所述的系统，其中PI控制器还包括微分控制回路并且是PID控制器，并且其中PID控制器和AVR被配置用于确定第一发电机与第二发电机之间的无功电流差，并且其中当确定的无功电流差不等于零也不大约为零时；以及PI控制器基于确定的无功电流差和发电机磁场电压生成经调整的发电机磁场电压，其中经调整的发电机磁场电压将比例控制与附加的积分和微分调整相结合，以提供等于或大约等于零的无功电流差。15.如权利要求11所述的系统，其中受控发电机是第一发电机并且AVR是耦合到第一发电机的第一AVR并且经调整的发电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：巴斯勒电子公司，
类型：发明
国别省市：