一種運行與發(fā)電機、尤其是同步發(fā)電機相連接的內(nèi)燃機的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在與發(fā)電機相連接的供電網(wǎng)中產(chǎn)生電網(wǎng)故障期間、尤其在發(fā)生電短路期間運行與發(fā)電機、尤其是同步發(fā)電機相連接的內(nèi)燃機的方法，其中，由內(nèi)燃機所輸出的機械功率被引入到發(fā)電機中，并且在發(fā)電機中轉(zhuǎn)化為電功率，其中，該電功率被輸出到供電網(wǎng)上。
【背景技術(shù)】
[0002]在供電網(wǎng)中產(chǎn)生電網(wǎng)故障期間，尤其在供電網(wǎng)中產(chǎn)生電短路并且與之相關(guān)聯(lián)的電源電壓下降期間，在與供電網(wǎng)相連接的發(fā)電機、尤其同步發(fā)電機中可能產(chǎn)生發(fā)電機工作參數(shù)的不良的變化，例如轉(zhuǎn)速或者負載角度的變化。根據(jù)已知方式，把發(fā)電機的定子的旋轉(zhuǎn)磁場的矢量和發(fā)電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場的矢量之間的角度稱為負載角度。
[0003]電源電壓的下降導(dǎo)致發(fā)電機對供電網(wǎng)的電功率的輸出明顯減小。在發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與內(nèi)燃機(例如，燃氣發(fā)動機)的驅(qū)動轉(zhuǎn)子的發(fā)動機軸相連接的通常構(gòu)造中，該電功率下降可以導(dǎo)致內(nèi)燃機的相應(yīng)的轉(zhuǎn)速提高并且因此導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速提高。因此，可能喪失發(fā)電機與供電網(wǎng)的同步或者甚至引起發(fā)電機的損壞。
[0004]識別供電網(wǎng)中的電網(wǎng)故障例如可以通過以下方法來實現(xiàn)，S卩，監(jiān)視供電網(wǎng)的電源電壓和/或由發(fā)電機供給到供電網(wǎng)中的電流和/或發(fā)電機或者內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速和/或內(nèi)燃機的發(fā)動機軸上的轉(zhuǎn)矩或者發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)矩，其中，在至少一個這種監(jiān)視的工作參數(shù)產(chǎn)生變化時，通過可預(yù)先確定的閾值來探測電網(wǎng)故障。在此，還可以設(shè)定，如果多個這種工作參數(shù)具有關(guān)于可預(yù)先確定的閾值的相應(yīng)變化，如果這樣例如電源電壓、電流和轉(zhuǎn)速具有相應(yīng)的偏差，那么所產(chǎn)生的變化首先作為電網(wǎng)故障被探測到。發(fā)電機可以在電網(wǎng)故障期間與供電網(wǎng)保持連接。
[0005]為了對這種電網(wǎng)故障作出反應(yīng)，傳統(tǒng)的方法是，利用相應(yīng)的方法抵抗發(fā)電機轉(zhuǎn)速的這種提高和與之相關(guān)的負載角度的增大。如此，利用降低轉(zhuǎn)速和減小負載角度的傳統(tǒng)方法。這種示例性的方法是減少加速力矩，方式為:相應(yīng)地限制與發(fā)電機相連接的內(nèi)燃機。
[0006]但是已表明，傳統(tǒng)的方法在電網(wǎng)故障時在某些情況下存在缺點?？赡馨l(fā)生下面的這些情況，即，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速在出現(xiàn)電網(wǎng)故障時沒有提高，而是首先下降。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)英語專業(yè)術(shù)語“回擺”已知的影響，這可能在一定情況下甚至導(dǎo)致發(fā)電機的磁極滑動。另一方面，磁極滑動導(dǎo)致發(fā)電機的不穩(wěn)定，在發(fā)電機不穩(wěn)定時，發(fā)電機不再如理想的那樣可以將由內(nèi)燃機通過發(fā)動機軸弓I入到轉(zhuǎn)子中的機械功率轉(zhuǎn)化為電功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是避免上述缺點，并且給出一種相對于現(xiàn)有技術(shù)改進的、在供電網(wǎng)中發(fā)生電網(wǎng)故障期間運行與發(fā)電機、尤其是同步發(fā)電機相連接的內(nèi)燃機的方法。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，該目的通過權(quán)利要求1的特征來實現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中給出本發(fā)明的有利設(shè)計方案。
[0009]本申請涉及次瞬態(tài)效應(yīng)，即:在電網(wǎng)故障之后的幾十毫秒(ms)的時間刻度內(nèi)發(fā)生的事件。優(yōu)選地，本發(fā)明在這樣的供電網(wǎng)中被采用，即在該供電網(wǎng)中，通過本發(fā)明內(nèi)燃機饋電到供電網(wǎng)中的功率與供電網(wǎng)的總功率相比明顯較小(例如小于10%，優(yōu)選地小于1% ) O
[0010]就是說根據(jù)本發(fā)明設(shè)定，根據(jù)在電網(wǎng)故障之前和/或在電網(wǎng)故障期間發(fā)電機和/或內(nèi)燃機的至少一個工作參數(shù)的值，至少暫時地提高由內(nèi)燃機輸出的機械功率，優(yōu)選地，方式為:提高引入到內(nèi)燃機中的燃料的量。
[0011]因此，可以抵抗尤其是在回擺期間所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速下降，該轉(zhuǎn)速下降在不利的情況下甚至可能導(dǎo)致發(fā)電機的磁極滑動。
[0012]根據(jù)優(yōu)選的實施例可以設(shè)定，燃料借助至少一個燃料計量裝置被引入到內(nèi)燃機中，優(yōu)選被引入到內(nèi)燃機的進氣道中，其中，優(yōu)選地，內(nèi)燃機的每個汽缸設(shè)有一個燃料計量裝置。在此可以設(shè)定，通過改變至少一個燃料計量裝置的打開位置和/或打開時間來提高引入到內(nèi)燃機中的燃料的量，其中，所述至少一個燃料計量裝置可以構(gòu)成為口噴射閥(Port-1nject1n-Ventil)。
[0013]尤其在功率例如為大于3MW的大型燃氣發(fā)動機中可以設(shè)定，首先可直接在進氣閥之前實現(xiàn)混合氣形成。在所謂的空氣增壓式發(fā)動機中，可以通過相應(yīng)的燃料計量裝置為每個汽缸單獨地計量燃料。在壓縮機單元之前的氣體混合器中央實現(xiàn)混合氣形成的混合增壓發(fā)動機由于從混合氣形成到燃燒室的距離長而僅緩慢地對燃料或者氣體計量起作用期間，具有燃料計算裝置(例如，為口噴射閥的形式)的空氣增壓式發(fā)動機的反應(yīng)時間大大減少。這樣，通過燃料計量裝置所引入的燃料量的改變已經(jīng)在1ms內(nèi)可以影響從內(nèi)燃機輸出的機械功率。
[0014]所建議的方法尤其有利于這樣的發(fā)電機，即，該發(fā)電機具有小于或等于1.5Ws/VA、優(yōu)選為小于或等于lWs/VA的慣性常數(shù)，因為回擺影響對慣性常數(shù)較小的發(fā)電機影響更大。
[0015]在優(yōu)選的實施方式中，發(fā)電機借助耦聯(lián)裝置與內(nèi)燃機相連接。該內(nèi)燃機例如可以是按照汽油機運行的往復(fù)式活塞燃氣發(fā)動機。
[0016]因此經(jīng)常在電網(wǎng)故障期間發(fā)生發(fā)電機的工作參數(shù)的偏差，因為在通過內(nèi)燃機引入到發(fā)電機中的機械功率和由發(fā)電機供給到供電網(wǎng)中的電功率之間產(chǎn)生了不平衡。在由于電網(wǎng)故障產(chǎn)生回的擺效應(yīng)情況下，電功率大于機械功率可能引起這種不平衡。通過提高由內(nèi)燃機所輸出的機械功率可以抵抗這種不平衡。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式可以設(shè)定，檢測在電網(wǎng)故障之前由發(fā)電機輸出到供電網(wǎng)上的電功率作為工作參數(shù)，其中，根據(jù)在電網(wǎng)故障之前由發(fā)電機輸出到供電網(wǎng)上的電功率來提高引入到內(nèi)燃機中的燃料的量。在此，基本上與電網(wǎng)故障之前的輸出電功率和可預(yù)先確定的基準值、優(yōu)選為額定功率之間的差值成比例地提高引入到內(nèi)燃機中的燃料的量。
[0018]根據(jù)優(yōu)選的實施方式可以設(shè)定，檢測在電網(wǎng)故障之前發(fā)電機和/或耦聯(lián)裝置和/或內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速作為工作參數(shù)，其中，根據(jù)電網(wǎng)故障之前的轉(zhuǎn)速來提高引入到內(nèi)燃機中的燃料的量。
[0019]優(yōu)選地還可以設(shè)定，在電網(wǎng)故障期間檢測發(fā)電機和/或耦聯(lián)裝置和/或內(nèi)燃機的瞬時轉(zhuǎn)速作為工作參數(shù)，其中，基本上與該瞬時轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)故障之前的轉(zhuǎn)速之間的差值成比例地提高弓I入到內(nèi)燃機中的燃料的量。
[0020]例如，根據(jù)下面的公式F1，通過關(guān)于100%的可預(yù)先確定的額定打開位置或者額定打開時間來計算出燃料計量裝置的百分比打開位置或者打開時間，可以提高引入到內(nèi)燃機中的燃料的量:
[0021]S7s = 100% +(Slref-Sl) * Pspeed
[0022]其中，S7s表示燃料計量裝置關(guān)于100%額定打開位置或者額定打開時間的百分比打開位置或者打開時間，Slref表示發(fā)電機或者耦聯(lián)裝置或者內(nèi)燃機在電網(wǎng)故障之前關(guān)于100%額定轉(zhuǎn)速的百分比轉(zhuǎn)速，SI表示發(fā)電機或者耦聯(lián)裝置或者內(nèi)燃機在電網(wǎng)故障期間關(guān)于100%額定轉(zhuǎn)速的百分比瞬時轉(zhuǎn)速，及？3_(1表示正比例系數(shù)，通過該正比例系數(shù)可以影響燃料計量裝置的打開位置或者打開時間的改變程度。
[0023]根據(jù)另一個實施方式可以設(shè)定，在電網(wǎng)故障期間檢測發(fā)電機和/或耦聯(lián)裝置和/或內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速改變作為工作參數(shù)，其中，根據(jù)轉(zhuǎn)速改變的大小，提高引入到內(nèi)燃機中的燃料的量。
[0024]還可以設(shè)定，在電網(wǎng)故障期間檢測內(nèi)燃機的發(fā)動機軸和/或發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)矩作為工作參數(shù)，其中，根據(jù)轉(zhuǎn)矩來提高引入到內(nèi)燃機中的燃料的量。
[0025]在另一個優(yōu)選的實施方式中可以設(shè)定，在電網(wǎng)故障期間檢測發(fā)電機的負載角度作為工作參數(shù)，其中，基本上與所檢測到的負載角度的大小成反比地提高引入到內(nèi)燃機中的燃料的量。
[0026]例如，在負的負載角度時，根據(jù)下面公式F2，通過關(guān)于100%的可預(yù)先確定的額定打開位置或者額定打開時間計算出燃料計量裝置的百分比打開位置或者打開時間可以提高引入到內(nèi)燃機中的燃料的量:
[0027]S7s = 100% -(S2/180) * 100% * PLoad angle
[0028]其中，S7s表示燃料計量裝置關(guān)于100%額定打開位置或者額定打開時間的百分比打開位置或者打開時間，S2表示所測得的負的負載角度的度數(shù)，及Pkjad angle表示正比例系數(shù)，通過該正比例系數(shù)可以影響燃料計量裝置的打開位置或者打開時間的改變程度。
[0029]優(yōu)選地可以設(shè)定，提高引入到內(nèi)燃機中的燃料的量、最大直到可預(yù)先確定的最大量。這樣，例如為上述公式Fl或者F2的數(shù)值S7s可以預(yù)先確定最大值，不應(yīng)當提高燃料計量裝置的百分比打開位置或者打開時間到超過該最大值。通過這種安全方法，可以避免內(nèi)燃機的臨界工作狀態(tài)。
[0030]根據(jù)特別優(yōu)選的實施方式可以設(shè)定，在電網(wǎng)故障期間檢測發(fā)電機的工作參數(shù)的波動，其中，如果該波動超過了可預(yù)先確定的程度，那么提高引入到內(nèi)燃機中的燃料的量。在此可以設(shè)定，檢測發(fā)電機的負載角度的波動，其中，如果波動具有大于2度、優(yōu)選大于10度的幅度，那么提高引入到內(nèi)燃機中的燃料的量。
【附圖說明】
[0031]根據(jù)下面的附圖描述來闡述本發(fā)明的其它細節(jié)和優(yōu)點。在附圖中:
[0032]圖1示出了與供電網(wǎng)相電連接的、由內(nèi)燃機驅(qū)動的發(fā)電機的示意性框圖；
[0033]圖2示出了在供電網(wǎng)中發(fā)生電網(wǎng)故障期間發(fā)電機負載角度隨時間變化的示例性曲線圖；以及
[0034]圖3示出了在供電網(wǎng)中發(fā)生電網(wǎng)故障期間負載角度、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和氣體量隨時間變化的示例性曲線圖。
【具體實施方式】
[0035]圖1以示意性框圖示出了發(fā)電機2，該發(fā)電機與構(gòu)成為三相的供電網(wǎng)I電連接。發(fā)電機2構(gòu)成為同步發(fā)電機，并且具有定子6和可旋轉(zhuǎn)地布置在定子6內(nèi)部的轉(zhuǎn)子7。供電網(wǎng)I的三個相位以已知的方式和方法與發(fā)電機2的定子6上的繞組相連接。供電網(wǎng)I可以是預(yù)先確定電網(wǎng)頻率的公共供電網(wǎng)，或者在孤立運行時例如可以是本地供電網(wǎng)，即在進行孤立運行時預(yù)先確定了發(fā)電機2的電網(wǎng)頻率。發(fā)電機2的轉(zhuǎn)子7或者電樞通過耦聯(lián)裝置3與內(nèi)燃機4的發(fā)動機軸8基本上抗扭地相連接。內(nèi)燃機4例如可以是固定式燃氣發(fā)動機，即該燃氣發(fā)動機可以構(gòu)成為外部點火(fremd gezundete)的按照汽油機運行的往復(fù)式活塞發(fā)動機。
[0036]由內(nèi)燃機4所供給的機械功率P_h通過發(fā)動機軸8儲入到發(fā)電機2中，在發(fā)電機2中轉(zhuǎn)化成電功率Pel，及之后將該電功率Pel供給供電網(wǎng)I。
[0037]在所示的例子中，在發(fā)電機2、耦聯(lián)裝置3和內(nèi)燃機4中布置了現(xiàn)