專利名稱：用于改進(jìn)熱電廠的輔助功率系統(tǒng)的操作的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱電廠并且更具體地涉及用于這樣的電廠的輔助功率系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
造成能量在一個方向上的凈傳送(在完整AC波形周期內(nèi))的功率流部分稱為實(shí)功率(或者有用或者有功功率)。在每個周期內(nèi)由于在負(fù)載中存儲的能量返回到源所致的功率流部分稱為無功功率。表觀功率是實(shí)功率與無功功率的矢量和。AC功率系統(tǒng)的功率因數(shù)定義為實(shí)功率與表觀功率之比并且是在0與I之間的數(shù)。當(dāng)波形是純粹正弦曲線時(shí)，功率因數(shù)是在電流與電壓正弦波形之間的相角(Cp )的余弦。功率因數(shù)在電壓和電流同相時(shí)等于I而在電流比電壓超前或者滯后90度時(shí)為零。如果負(fù)載 為純電抗，則電壓和電流異相90度并且無凈能量流。功率因數(shù)通常標(biāo)識為“超前”或者“滯后”以示出相角的符號，其中超前表示負(fù)號。對于傳輸相同數(shù)量的實(shí)功率的兩個AC功率系統(tǒng)，功率因數(shù)更低的系統(tǒng)將由于從負(fù)載中的能量存儲返回到源的能量而具有更高循環(huán)電流。功率系統(tǒng)中的這些更高電流將產(chǎn)生更高損耗并且減少總傳輸效率。更低功率因數(shù)的電路針對相同數(shù)量的實(shí)功率傳送將具有更高表觀功率和更高損耗。因此期望在AC功率系統(tǒng)中維持高功率因數(shù)。熱電廠具有用于向輔助過程(即電動機(jī)驅(qū)動的負(fù)載、電功率轉(zhuǎn)換和配電裝置和儀器以及控制)提供功率的輔助功率系統(tǒng)。熱電廠的輔助功率系統(tǒng)的功率因數(shù)之所以重要是因?yàn)闊犭姀S的輔助過程通常消耗電廠產(chǎn)生的電功率的5 8%。對于具有SO2洗滌器的燃煤電廠，輔助過程的總功率消耗可能高達(dá)電廠的總發(fā)電容量的10%。輔助過程消耗的功率的大部分(高達(dá)80%)供給通常連接到如下中電壓開關(guān)站的大型電動機(jī)，通過一個或者多個輔助變壓器向這些開關(guān)站供應(yīng)功率。在全銘牌負(fù)載處或者附近運(yùn)行的電動機(jī)具有比無負(fù)載或者輕負(fù)載運(yùn)行的電動機(jī)大得多的功率因數(shù)。出于這一和其它原因，期望在基本負(fù)載電廠的額定、連續(xù)容量操作該電廠。然而諸多基本負(fù)載電廠現(xiàn)在經(jīng)常由于越來越多地存在可再生能源(例如風(fēng)電廠)、越來越多的系統(tǒng)操作儲備要求和競爭性的能量市場而在它們的額定容量的僅50 70%操作。這樣，電動機(jī)驅(qū)動的泵和風(fēng)扇通常在多數(shù)操作時(shí)段期間僅以部分負(fù)載運(yùn)行。即使當(dāng)電廠在全容量運(yùn)行時(shí)，泵和風(fēng)扇通常由于所需設(shè)計(jì)裕度而未在它們的額定容量運(yùn)行。因此，熱電廠的電廠內(nèi)電功率系統(tǒng)的功率因數(shù)通常僅約為0. 80 0. 85。本發(fā)明涉及一種用于通過提高熱電廠的輔助功率系統(tǒng)的功率因數(shù)以及其它方式來改進(jìn)熱電廠的總體操作的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該介質(zhì)具有存儲于其上的計(jì)算機(jī)可讀指令，這些指令用于由處理器執(zhí)行以執(zhí)行在熱電廠的輔助功率系統(tǒng)中控制功率的方法，熱電廠具有發(fā)電機(jī)和一個或者多個輔助母線。每個輔助母線具有與之連接的一個或者多個可調(diào)速驅(qū)動和與之連接的一個或者多個電容源(capacitance sources)。每個可調(diào)速驅(qū)動具有有源整流器單元。根據(jù)該方法，監(jiān)視每個輔助母線的電壓?？刂戚o助功率系統(tǒng)的功率因數(shù)以具有預(yù)定功率因數(shù)值，功率因數(shù)的控制包括控制每個可調(diào)速驅(qū)動和每個電容源的無功功率。當(dāng)輔助母線受電壓擾動影響使得它的電壓在預(yù)定范圍以外時(shí)，停止輔助功率系統(tǒng)的功率因數(shù)的控制，并且控制受影響的輔助母線上的電壓以將電壓移回至預(yù)定范圍中。電壓的控制包括當(dāng)受影響的輔助母線的電壓在預(yù)定范圍以下時(shí)增加連接到受影響的輔助母線的一個或者多個可調(diào)速驅(qū)動的無功功率；并且當(dāng)受影響的輔助母線的電壓在預(yù)定范圍以上時(shí)減少連接到受影響的輔助母線的一個或者多個可調(diào)速驅(qū)動的無功功率。根據(jù)本發(fā)明也提供一種用于在熱電廠的輔助功率系統(tǒng)中控制功率的裝置，熱電廠具有發(fā)電機(jī)和一個或者多個輔助母線。該裝置包括用于連接到一個或者多個輔助母線的一個或者多個可調(diào)速驅(qū)動、用于連接到一個或者多個輔助母線的一個或者多個電容源以及用于測量一個或者多個輔助母線上的電壓和無功功率的傳感器。每個可調(diào)速驅(qū)動具有有源整流器單元。該裝置也包括可操作用于執(zhí)行上述控制輔助功率系統(tǒng)中的功率的方法的控制器。


本發(fā)明的特征、方面和優(yōu)點(diǎn)參照下文描述、所附權(quán)利要求和附圖將變得更好理解圖I是發(fā)電廠的示意圖，在該發(fā)電廠中可以利用本發(fā)明的方法和裝置；圖2是可以在本發(fā)明的方法和裝置中使用的可調(diào)速驅(qū)動的電路示意圖；圖3a_圖3c是示出了發(fā)電廠的輔助母線中的無功功率控制的矢量圖；圖4是輔助功率控制程序的示意圖，該程序在提供穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)節(jié)和動態(tài)電壓支持之時(shí)控制發(fā)電廠的輔助功率系統(tǒng)的功率因數(shù)；圖5a和圖5b示出了輔助功率控制程序的功率因數(shù)控制器的流程圖；以及圖6示出了輔助功率控制程序的動態(tài)電壓控制器的流程圖。
具體實(shí)施例方式應(yīng)當(dāng)注意，在下文具體描述中，相同部件無論是否在本發(fā)明的不同實(shí)施例中示出它們都具有相同參考標(biāo)號。也應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚而簡明地公開本發(fā)明，附圖可以未必按比例，并且可以用有些示意的形式示出本發(fā)明的某些特征?，F(xiàn)在參照圖1，示出了發(fā)電廠10的示意圖，在該發(fā)電廠中可以利用本發(fā)明的方法和裝置。發(fā)電廠10可以是熱電廠(比如燃煤電廠、核電廠、太陽能電廠或者地?zé)犭姀S)。發(fā)電廠10包括從一個或者多個蒸汽驅(qū)動的渦輪(未示出)供應(yīng)的機(jī)械能生成電力的發(fā)電機(jī)12。升壓主變壓器14將來自發(fā)電機(jī)12的電功率轉(zhuǎn)換成適合于傳輸?shù)碾妷?例如大于IOOkV)。通過傳輸網(wǎng)絡(luò)18向一個或者多個變電站16供應(yīng)來自主變壓器14的電功率。主變壓器14通過主斷路器20連接到傳輸網(wǎng)絡(luò)18。每個變電站16將電壓降壓并且通過配電網(wǎng)絡(luò)向終端用戶消費(fèi)者提供所生成的功率。
發(fā)電廠10具有包括一個或者多個降壓輔助變壓器24和一個或者多個輔助母線26的輔助功率系統(tǒng)22。每個輔助變壓器24連接到發(fā)電機(jī)12的輸出并且將來自發(fā)電機(jī)12的電功率轉(zhuǎn)換成適合于發(fā)電廠10中的輔助負(fù)載的電壓(比如2，400V、4，160V或者6，900V)。一個或者多個主輔助母線26向輔助負(fù)載供應(yīng)這一電壓。在圖I中所示實(shí)施例中，有主輔助母線26a和主輔助母線26b。主輔助母線26b具有與主輔助母線26a相同的構(gòu)造和操作容量以及與之連接的相同輔助負(fù)載，因此出于簡潔考慮將不加以描述。在主輔助母線26a上，輔助負(fù)載包括可以具有額定值1-5MW的電動機(jī)28a-z、29a_z。電動機(jī)28a-z、29a_z驅(qū)動電廠10的操作所必需的輔助設(shè)備(比如風(fēng)扇、壓縮機(jī)和泵)。這些輔助設(shè)備執(zhí)行任務(wù)(比如向一個或多個鍋爐泵送給水以及向燃燒器提供燃燒空氣和燃料)。在主輔助母線26a上的電壓可以由更低電壓輔助變壓器30進(jìn)一步降壓至更低電壓(比如480V)。通過低電壓母線32向更低電壓設(shè)備和系統(tǒng)(比如小型電動機(jī)和照明系統(tǒng))供應(yīng)這一更低電壓。根據(jù)本發(fā)明，電動 機(jī)28a-z、29a_z中的至少部分電動機(jī)由具有有源整流器單元(ARU)的可調(diào)速驅(qū)動(ASD) 36a-z連接到主輔助母線26a。在圖I中所示實(shí)施例中，電動機(jī)28a-z、29a-z中的一些電動機(jī)未通過ASD連接到輔助母線26a并且恒速運(yùn)行。更具體地，電動機(jī)28a-z連接到ASD 36a_z，而電動機(jī)29a_z未連接到ASD并且恒速運(yùn)行。電動機(jī)28a_z可以已經(jīng)用ASD 36a-z來改造、原先已經(jīng)作為恒速電動機(jī)來運(yùn)行或者已經(jīng)通過具有固定整流器(即僅利用二極管)的常規(guī)可變頻驅(qū)動來被提供功率。在圖2中示出了可以使用的ASD 36的示例。ASD 36包括由DC鏈路或者橋接器40連接到逆變器單元(INU) 42的ARU 38。ARU 38和INU 40可以具有相同構(gòu)造(比如圖2中所示)。在這一實(shí)施例中，ASD 36是具有三級的中性點(diǎn)鉗位轉(zhuǎn)換器(NPC)。ARU38和INU40的每一個包括多個可控開關(guān)器件46，這些器件可以是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)或者集成門極換流晶閘管(IGCT)。DC橋接器40包括串聯(lián)連接的一對電容器48。應(yīng)當(dāng)理解，其它ASD拓?fù)淇梢杂糜贏SD 36。例如可以使用具有兩級或者四級或者更多級的ASD。每個ASD 36是能夠四象限操作的再生驅(qū)動(即ASD 36可以正向或者反向轉(zhuǎn)動它的關(guān)聯(lián)電動機(jī)28以及在任一方向上減速)。正向和反向旋轉(zhuǎn)以及正向和反向轉(zhuǎn)矩的四種組合是(I.)正向旋轉(zhuǎn)/正向轉(zhuǎn)矩(電動機(jī)驅(qū)動)；(2.)正向旋轉(zhuǎn)/反向轉(zhuǎn)矩(再生)；(3.)反向旋轉(zhuǎn)/反向轉(zhuǎn)矩(電動機(jī)驅(qū)動)；以及(4.)反向旋轉(zhuǎn)/正向轉(zhuǎn)矩(再生)。組合(2.)和(4.)是制動操作，其中電動機(jī)28充當(dāng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電機(jī)。電動機(jī)28在制動期間生成的電能由INU 40整流、由ARU 38逆變并且返回到輔助母線26，其中它可以由其它電動機(jī)28和其它連接負(fù)載使用或者存儲用于將來使用。因此，ASD 36執(zhí)行的制動操作稱為再生制動，這比具有固定(純二極管)整流器的常規(guī)驅(qū)動執(zhí)行的動態(tài)制動更能量高效。在動態(tài)制動中，電動機(jī)在制動期間生成的能量引向電阻器組(resistor bank),其中它耗散為熱。使用脈寬調(diào)制(PWM)來控制每個ASD 36，其中打開和閉合開關(guān)器件46以創(chuàng)建系列電壓脈沖，其中平均電壓是峰電壓乘以占空比(即脈沖的“接通”和“打開”時(shí)間)。以這一方式，可以使用系列可變寬度的正和負(fù)電壓脈沖來近似正弦波?？梢酝ㄟ^改變PWM模式來改變正弦波的相位和振幅。因此可以控制每個ASD 36以引起在電流與電壓之間的相移，這允許控制ASD 36以提供功率因數(shù)1(單位)。此外，可以控制每個ASD 36以補(bǔ)償主輔助母線26a中的無功功率消耗。更具體而言，可以控制每個ASD 36以注入電容性無功功率或者電感性無功功率。當(dāng)ASD 36注入電容性無功功率時(shí)，ASD 36及其關(guān)聯(lián)電動機(jī)28具有超前功率因數(shù)(在電流與電壓之間的負(fù)相角)并且消耗負(fù)無功功率(即無功功率分量為負(fù))(在矢量圖中)。當(dāng)ASD36注入電感性無功功率時(shí)，ASD 36及其關(guān)聯(lián)電動機(jī)28具有滯后功率因數(shù)(在電流與電壓之間的正相角)并且消耗正無功功率(即無功功率分量為正)(在矢量圖中)。每個ASD 36根據(jù)它的關(guān)聯(lián)電動機(jī)28的額定值加上某一備用容量來設(shè)定大小。如果預(yù)期更多無功功率補(bǔ)償，則ARU 38可以用比它的關(guān)聯(lián)INU 40更大的容量來設(shè)定大小。ASD 36合計(jì)地用充分備用容量來設(shè)定大小以減輕發(fā)電廠10和傳輸網(wǎng)絡(luò)18中的擾動(比如失電跨越和負(fù)載拒斥)。負(fù)載拒斥出現(xiàn)于傳輸網(wǎng)絡(luò)18上的足夠大負(fù)載從發(fā)電廠10斷開時(shí)。在這樣的擾動的情況下，ARD 36由動態(tài)電壓控制器66控制以抑制可能由于擾動而出現(xiàn)的瞬態(tài)過電壓或者欠電壓。
圖3a-圖3c是示出了如何可以控制主輔助母線26a中的無功功率的矢量圖。在圖3a中，矢量圖示出了恒速電動機(jī)29的表觀功率。P。代表比如電動機(jī)29a_z中的線圈消耗的有功功率而Q。代表比如其消耗的無功功率。S。代表所得表觀功率。在圖3b中，矢量圖示出了具有ASD 36的電動機(jī)28的表觀功率，控制這些ASD 36以及以其它方式來補(bǔ)償恒速電動機(jī)29a-z消耗的無功功率。Pa代表ARU 38消耗的有功功率，Qa代表其消耗的無功功率，而Sa代表所得表觀功率。應(yīng)當(dāng)注意，Qa具有與Q。相同的長度、但是方向相反。圖3c示出了恒速電動機(jī)29a-z和具有ASD 36的電動機(jī)28a_z的組合功率消耗。由于Qa和Qc相同、但是方向相反，所以當(dāng)使用Sa和S。來執(zhí)行矢量加法時(shí),所得矢量Se+A等于Pe+A。換而g之，無功功率Qa消除無功功率Q。。從圖3a_圖3c清楚，如果選擇圖2b的表觀功率Sa的另一角度，則Se+A將并非純實(shí)數(shù)。以這一方式，可以通過改變Sa的角度來控制組合的無功功率Qc+a。除了 ASD 36a_z和恒速電動機(jī)29a_z之外，電容器組44a_z旁路連接到主輔助母線26a。每個電容器組44由可控開關(guān)46連接到主輔助母線26。提供多個傳感器50用于在輔助功率系統(tǒng)22中的各種位置測量實(shí)功率和無功功率。一些傳感器50可以并入到用于發(fā)電機(jī)12、主變壓器14和一個或多個輔助變壓器24的保護(hù)設(shè)備中。每個傳感器50可以包括伏特計(jì)、安培計(jì)和相角測量單元。ASD 36a_z、一個或多個可控開關(guān)46a_z和傳感器50通過數(shù)據(jù)總線56連接到控制系統(tǒng)54?？刂葡到y(tǒng)54包括一個或者多個控制器60，該控制器可操作用于執(zhí)行與一個或多個控制器60關(guān)聯(lián)的存儲器63中存儲的輔助功率控制程序62。控制系統(tǒng)54可以是分布式控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可操作用于控制整個電廠10 (包括鍋爐、渦輪和發(fā)電機(jī)(比如發(fā)電機(jī)12))。控制系統(tǒng)54可以具有人機(jī)接口(HMI) 58，該HMI包括諸如監(jiān)視器、鍵盤等的查看和輸入設(shè)備。輔助功率控制程序62從數(shù)據(jù)總線56接收并且監(jiān)視以下過程變量輔助功率系統(tǒng)22的實(shí)功率和無功功率；每個輔助母線26的電壓量值；一個或多個電容器組44的連接/斷開狀態(tài)；以及ARU 38的實(shí)功率和無功功率。使用前述過程變量，輔助功率控制程序62在提供穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)節(jié)和動態(tài)電壓支持之時(shí)控制輔助功率系統(tǒng)22的功率因數(shù)。如圖4中所示，輔助控制程序62 —般包括五個塊或者模塊功率因數(shù)控制器64 ;動態(tài)電壓控制器66 ;擾動檢測器68 ；ARU接口單元70 ;以及電容器接口單元72。功率因數(shù)控制器64提供穩(wěn)態(tài)功率因數(shù)控制。功率因數(shù)控制器64計(jì)算用于主輔助母線26a、b的ARU 38的無功功率參考值(設(shè)置點(diǎn))和用于主輔助母線26a、b的電容器組44的切換命令以用平衡母線電壓分布圖將輔助功率系統(tǒng)22的合計(jì)功率因數(shù)保持于期望值。動態(tài)電壓控制器66可操作用于在擾動期間提供輔助功率系統(tǒng)22的動態(tài)電壓支持以防止意外設(shè)備跳閘(tripping)。當(dāng)在擾動期間激活動態(tài)電壓控制器66時(shí)，動態(tài)電壓控制器66超馳功率因數(shù)控制器64并且阻止到用于電容器組44的開關(guān)46的打開/閉合信號。此外，閉環(huán)線路側(cè)電壓調(diào)節(jié)器生成用于ARU 38而不是功率因數(shù)控制器64的參考值。有用于每個輔助母線26a、b的電壓調(diào)節(jié)器。每個電壓調(diào)節(jié)器可操作用于根據(jù)擾動的嚴(yán)重性實(shí)施快速控制算法和慢速控制算法。顧名思義，快速控制算法比慢速控制算法更快地將受影響的輔助母線26a或者26b的電壓移回至設(shè)置點(diǎn)電壓。然而快速控制算法通常具有更多超調(diào)?？梢允褂玫目焖倏刂扑惴ǖ氖纠情_關(guān)控制(bang-bang control)算法,其中在受影響的輔助母線上的電壓降的情況下，命令受影響的輔助母線的所有ARU 38立即注入盡可能多的無功功率，并且其中在受影響的輔助母線上的電壓尖峰的情況下，命令受影響的輔助母線的所有ARU 38立即盡可能多地減少無功功率。在電壓降的情況下，甚至可以命令一些ASD 36執(zhí)行再生制動以通過從ASD 36的負(fù)載提取能量來為受影響的輔助母線創(chuàng)建實(shí)功率。可以使用的慢速控制算法的示例包括比例⑵控制算法、比例-積分(PI)控制算法和比例-積分-微分(PID)控制算法。PI控制算法通常用于慢速控制算法。電壓調(diào)節(jié)器(使用快速或者慢速控制算法)的主要目的是通過以協(xié)調(diào)方式改變輸出(ARU 38的無功功率參考)來減少在設(shè)置點(diǎn)(受影響的輔助母線的預(yù)定義電壓)與反饋值(受影響的輔助母線的實(shí)際電壓)之間的誤差。如果設(shè)置點(diǎn)高于反饋(電壓降)，則誤差將為正。假設(shè)ARU 38已經(jīng)在產(chǎn)生電容性無功功率的模式中，那么電壓調(diào)節(jié)器的輸出將增加ARU 38的無功功率參考以向受影響的輔助母線注入更多電容性無功功率以便減少或者消除電壓降。另一方面，如果設(shè)置點(diǎn)低于反饋(電壓尖峰)，則誤差將為負(fù)并且電壓調(diào)節(jié)器的輸出將減少ARU 38的無功功率參考以向受影響的輔助母線注入更少電容性無功功率以便減少或者消除電壓超調(diào)。在這樣的電壓超調(diào)情形中，電壓調(diào)節(jié)器也可以調(diào)整ARU 38的無功功率參考，從而可以 向受影響的輔助母線注入電感性無功功率。擾動檢測器68可操作用于基于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)集來自動檢測電壓擾動在輔助母線26a、b上的出現(xiàn)和消失。例如，如果輔助母線26a或者26b的電壓在預(yù)定范圍以外，則將針對該輔助母線檢測到擾動。預(yù)定范圍可以是額定電壓值或者設(shè)置點(diǎn)的95%至105%或者電壓設(shè)置點(diǎn)的97%至103%、電壓設(shè)置點(diǎn)的98%至102%或者某一其它電壓范圍。在檢測到電壓擾動時(shí)，擾動檢測器68激活動態(tài)電壓控制器66，該控制器超馳功率因數(shù)控制器64的操作。當(dāng)電壓擾動消失時(shí)，擾動檢測器68去激活動態(tài)電壓控制器66、由此使功率因數(shù)控制器64能夠再次控制ARU 38和開關(guān)46。如下文將進(jìn)一步討論的那樣，擾動檢測器68也確定輔助母線26a、b上的電壓擾動的量值。例如，如果輔助母線26a或者26b上的電壓處于或者大于上限量值(比如設(shè)置點(diǎn)電壓的106%、107%、108%、109%或者110% )或者處于或者小于下限量值(比如設(shè)置點(diǎn)電壓的94%、93%、92%、91%或者90%)，則擾動檢測器68確定電壓擾動嚴(yán)重。ARU接口單元70在個別ARU 38之中分配功率因數(shù)控制器64計(jì)算的總無功功率參考值，這允許發(fā)明方法和裝置的靈活擴(kuò)展以包括附加ARU 38的將來安裝。電容器接口單元72在電容器組44之中分配功率因數(shù)控制器64計(jì)算的切換命令，這允許發(fā)明方法和裝置的靈活擴(kuò)展以包括附加電容器組44的將來安裝。
現(xiàn)在參照圖5，示出了功率因數(shù)控制器64的流程圖。在流程圖中和在下文段落中，在電容性無功功率方面描述功率因數(shù)控制器64的操作，因?yàn)楣β室驍?shù)校正通常涉及到由于負(fù)載(電動機(jī)28)的電感性質(zhì)而注入電容性無功功率。因此,涉及無功功率的變量(例如Qaux*、Q*等)在電容性無功功率將增加時(shí)具有正值而在電容性無功功率將減少時(shí)具有負(fù)值。一般而言，功率因數(shù)控制器64的操作具有三個階段總階段80、母線分配階段82和個別分配階段84。在總階段80中，基于用于整個輔助功率系統(tǒng)22的所期望功率因數(shù)確定用于整個輔助功率系統(tǒng)22的無功功率需求Qaux*。在母線分配階段82中，根據(jù)主輔助母線26a、b的電壓分布圖和可用容量向每個主輔助母線分配所期望無功功率Q*。在個別分配階段84中，在ARU 38與電容器組44之間分配所期望無功功率Q*。在總階段80的步驟86中，基于輔助功率系統(tǒng)22的(如由與輔助變壓器24的輸入連接的傳感器50測量的)當(dāng)前功率因數(shù)與存儲于存儲器63中的參考(設(shè)置點(diǎn))功率因數(shù)之差計(jì)算輔助功率系統(tǒng)22的無功功率需求Qaux*。然而參考功率因數(shù)可以由操作者通 過HMI 68手動或者由另一軟件程序自動改變。在步驟86之后，該方法進(jìn)行到步驟88，其中 計(jì)算主輔助母線26a、b的所有ARU 38a-z和所有電容器組44a_z的所期望增量無功功率輸出Qctrl*。Qctrl*是在Qaux* (輔助系統(tǒng)的無功功率參考)與Qaux (輔助系統(tǒng)的無功功率的反饋值)之間的誤差。因此，Qctrl*實(shí)際上表明電容性無功功率需要增加或者減少多少以滿足所期望功率因數(shù)。在步驟88之后，在步驟90中計(jì)算主輔助母線26a、b的所有ARU38a-z和所有電容器組44a_z的無功功率能力以確定每個輔助母線26a、b的可控?zé)o功功率的裕度。這一裕度計(jì)算提供關(guān)于是否可以從ARU 38a-z和電容器組44a-z提供所期望增量無功功率的信息。對于ARU 38，可以通過計(jì)算在ARU 38的額定表觀功率與ARU 38的由與ARU 38關(guān)聯(lián)的傳感器50測量的實(shí)功率之間的矢量差來獲得這一裕度。在母線分配階段82的步驟92中，確定所期望增量無功功率輸出Qctrl*是否大于零(即是否要求增加的電容性無功功率)。如果所期望無功功率輸出Qctrl*大于零，則在步驟94中分別基于主輔助母線26a、b的上限電壓和無功功率能力計(jì)算主輔助母線26a的無功功率的所期望改變(增加)(+AQa*)和主輔助母線26b的無功功率的所期望改變(增加)(+ △ Qb*)。然而如果所期望增量無功功率輸出Qctrl*未大于零，則在步驟96中確定所需增量無功功率Qctrl*是否小于零(即是否要求增加的電感性無功功率)。如果Qctrl*小于零，則在步驟98中分別基于主輔助母線26a、b的下限電壓和無功功率能力計(jì)算主輔助母線26a的電容性無功功率的所需改變(減少)(-AQa*)和主輔助母線26b的電容性無功功率的所需改變(減少)(_ A Qb*)。如果在步驟96中確定Qctrl*未小于零，則在步驟100中確定主輔助母線26a的電容性無功功率的所需改變(AQa*)和主輔助母線26b的電容性無功功率的所需改變(AQb*) 二者等于零。在步驟102中，分別確定主輔助母線26a、b的所期望無功功率輸出QA*、QB*。通過將輔助母線26a的實(shí)際無功功率輸出(由傳感器50a檢測)和輔助母線26a的基于步驟94,98,100的輸出而確定的增量無功功率輸出求和來確定所期望無功功率輸出Qa*。類似地，通過將輔助母線26b的實(shí)際無功功率輸出(由傳感器50b檢測)和輔助母線26b的基于步驟94、98、100的輸出而確定的增量無功功率輸出求和來確定所期望無功功率輸出Qb*。該方法從步驟102進(jìn)行到個別分配階段84的步驟106和108。在步驟106中，確定Qa*是否小于從主輔助母線26a中的電容器組44提供的所有電容性無功功率。如果在步驟106中的確定為“是”，則該方法進(jìn)行到步驟110，其中生成總電容(減少)要求，該要求要求斷開當(dāng)前連接到主輔助母線26a的電容器組44中的一些或者所有電容器組。此外，為ARU 38生成總參考值以在已經(jīng)斷開一個或多個電容器組44之后供應(yīng)為了滿足Qa*而可能必需的任何電容性無功功率。如果在步驟106中的確定為“否”，則該方法進(jìn)行到步驟112，其中生成總電容(補(bǔ)充)要求，該要求要求連接當(dāng)前從主輔助母線26a斷開的電容器組44中的一些或者所有電容器組。此外，針對ARU 38生成總參考值以在一個或多個電容器組44已經(jīng)連接到主輔助母線26a之后供應(yīng)為了滿足Qa*而必需的任何無功功率。就這一點(diǎn)而言，應(yīng)當(dāng)理解，從能量效率觀點(diǎn)來看，通常不期望ARU 38消耗正無功功率(即諸如電感性無功功率)以補(bǔ)償由一個或多個電容器組44生成的任何過量電容性無功功率。因此，ARU 38通常僅注入并非由所連接的一個或多個電容器組44供應(yīng)的所需附加電容性無功功率。步驟108、114和116除了為主輔助母線26b執(zhí)行它們之外與上文描述的步驟106、110、112相同并且以相同方式執(zhí)行，因此為求簡潔將不加以描述。向ARU接口單元70傳輸用于ARU 38的總參考值用于向個別ARU 38分配，并且向電容器接口單元72傳輸總電容要求用于向開 關(guān)46生成連接/斷開信號。根據(jù)功率因數(shù)控制器64的操作方法的上文描述應(yīng)當(dāng)理解，電容器組44的切換用來對輔助功率系統(tǒng)22的無功功率進(jìn)行粗略調(diào)整，而ARU 38的控制用來對輔助功率系統(tǒng)22的無功功率進(jìn)行更細(xì)微調(diào)整。盡管已經(jīng)關(guān)于兩個輔助母線26a、b描述了功率因數(shù)控制器64，但是應(yīng)當(dāng)理解，功率控制器64可以與僅一個輔助母線或者與三個或者更多輔助母線一起利用以用平衡式母線電壓分布圖將輔助功率系統(tǒng)的合計(jì)功率因數(shù)保持于所期望值?，F(xiàn)在參照圖6，示出了動態(tài)電壓控制器66的流程圖。在步驟200中，確定擾動是否已經(jīng)出現(xiàn)(例如輔助母線26a或者26b的電壓在電壓設(shè)置點(diǎn)的95%至105%這一范圍以外)。如果檢測到擾動，則該方法進(jìn)行到步驟202，其中確定是否啟用動態(tài)電壓控制器66的操作模式。如果未啟用操作模式，則該方法進(jìn)行到步驟204，其中計(jì)算用于每個受影響的輔助母線的電壓調(diào)節(jié)器的電壓參考。在步驟204之后，該方法進(jìn)行到步驟206，其中確定開關(guān)46的狀態(tài)并且將開關(guān)46保持于它們的當(dāng)前狀態(tài)(即如可能的情況那樣為打開或者閉合)。該方法然后進(jìn)行到步驟208，其中啟用動態(tài)電壓控制器66的操作模式。在步驟208之后，該方法進(jìn)行到步驟210，其中對于每個受影響的輔助母線，電壓調(diào)節(jié)器使用快速控制算法(例如開關(guān)控制算法)來計(jì)算并且向ARU 38直接傳輸用于ARU 38的無功功率參考。該方法從步驟210返回到步驟200。快速控制算法保證電壓調(diào)節(jié)器可以足夠快地對電壓擾動做出響應(yīng)以便盡可能多地減少電壓降或者超調(diào)以避免所不期望的設(shè)備跳閘。如果在步驟202中確定啟用操作模式，則該方法進(jìn)行到步驟212，其中確定擾動是否嚴(yán)重(例如受影響的輔助母線的電壓為電壓設(shè)置點(diǎn)的90%或者更少或者電壓設(shè)置點(diǎn)的110%或者更多)。如果擾動嚴(yán)重，則該方法進(jìn)行到步驟210。然而如果擾動不嚴(yán)重(例如受影響的輔助母線的電壓低于電壓設(shè)置點(diǎn)的110%，但是仍然高于105% (這是穩(wěn)態(tài)操作的電壓上限))，則該方法進(jìn)行到步驟214，其中電壓調(diào)節(jié)器使用慢速控制算法(例如PI控制算法)來計(jì)算并且向ARU38直接傳輸用于受影響的輔助母線中的所有ARU 38的無功功率參考。該方法從步驟214返回到步驟200。
如果在步驟200中未檢測到擾動，則該方法進(jìn)行到步驟220，其中禁用動態(tài)電壓控制器66的操作模式。在步驟220之后，在步驟222中啟用功率因數(shù)控制器64的操作模式。該方法從步驟222返回到步驟200。根據(jù)前文描述應(yīng)當(dāng)理解，輔助功率控制程序62提供諸多益處。功率因數(shù)控制器64對ARU 38和電容器組44的協(xié)同控制允許將輔助功率系統(tǒng)22的總功率因數(shù)維持于提供高效能量使用的參考值(比如在從0. 95至0. 99的范圍中)。減少電廠輔助系統(tǒng)22的無功功率消耗使發(fā)電機(jī)12能夠向傳輸網(wǎng)絡(luò)18提供更多實(shí)功率而又仍然維持所需無功功率能力。輔助系統(tǒng)22的總功率因數(shù)的參考值可以由操作者通過HMI 58手動或者由輔助功率控制程序62自動改變。例如輔助功率控制程序62可以自動(或者在接收命令時(shí))改變輔助功率系統(tǒng)22的總功率因數(shù)的參考值，從而在高峰負(fù)載時(shí)間(比如從上午8點(diǎn)至午夜12點(diǎn))期間輔助功率系統(tǒng)22的總無功功率改善發(fā)電機(jī)12的超前相位操作(負(fù)功率因數(shù))而在高峰外負(fù)載時(shí)間(比如從午夜12點(diǎn)至上午8點(diǎn))期間輔助功率系統(tǒng)22的總無功功率改善發(fā)電機(jī)12的滯后相位操作(正功率因數(shù))。 在主輔助母線26a、b上有電壓尖峰或者下降的情況下，去激活功率因數(shù)控制器64的操作，并且動態(tài)電壓控制器66接管ARU 38的控制以快速增加或者減少輔助功率系統(tǒng)22的無功功率。例如，如果有電壓下降并且ARU 38正在提供電容性無功功率，則控制ARU38以增加電容性無功功率，而如果有電壓尖峰，則控制ARU 38以減少電容性無功功率或者甚至注入電感性無功功率。以這一方式，動態(tài)電壓控制器66有助于防止負(fù)載(比如電動機(jī)28、29)由于電壓尖峰或者下降而從線路跳閘。一旦電壓尖峰或者下降消失，再次激活功率因數(shù)控制器64的操作。將理解前文一個或多個示例實(shí)施例的描述旨在于僅舉例說明而不是窮舉本發(fā)明。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠?qū)_的主題內(nèi)容的一個或多個實(shí)施例做出某些添加、刪除和/或修改而未脫離如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)或者其范圍。
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，具有存儲于其上的計(jì)算機(jī)可讀指令，所述計(jì)算機(jī)可讀指令用于由處理器執(zhí)行以執(zhí)行在熱電廠的輔助功率系統(tǒng)中控制功率的方法，所述熱電廠具有發(fā)電機(jī)和一個或者多個輔助母線，每個輔助母線具有與之連接的一個或者多個可調(diào)速驅(qū)動和與之連接的一個或者多個電容源，每個可調(diào)速驅(qū)動具有有源整流器單元，所述方法包括 監(jiān)視每個輔助母線的電壓； 控制所述輔助功率系統(tǒng)的功率因數(shù)以具有預(yù)定功率因數(shù)值，所述功率因數(shù)的控制包括控制每個可調(diào)速驅(qū)動和每個電容源的無功功率；并且 當(dāng)輔助母線受電壓擾動影響使得它的電壓在預(yù)定范圍以外時(shí)，停止所述輔助功率系統(tǒng)的功率因數(shù)的控制，并且控制受影響的輔助母線上的電壓以將所述電壓移回至所述預(yù)定范圍中，所述電壓的控制包括 當(dāng)所述受影響的輔助母線的電壓在所述預(yù)定范圍以下時(shí)增加連接到所述受影響的輔助母線的一個或者多個可調(diào)速驅(qū)動的無功功率；并且 當(dāng)所述受影響的輔助母線的電壓在所述預(yù)定范圍以上時(shí)減少連接到所述受影響的輔助母線的一個或者多個可調(diào)速驅(qū)動的無功功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述預(yù)定范圍為基于設(shè)置點(diǎn)電壓的百分比。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中控制所述受影響的輔助母線上的電壓的步驟還包括 確定所述電壓擾動的量值； 如果所述量值處于或者大于上限值，則使用第一控制算法來增加或者減少所述無功功率；并且 如果所述量值小于所述上限值，則使用第二控制算法來增加或者減少所述無功功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述第一控制算法可操作用于比所述第二控制算法更快地將所述受影響的輔助母線的電壓移回至所述設(shè)置點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述第一控制算法為開關(guān)控制算法而所述第二控制算法為比例-積分控制算法。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述預(yù)定范圍為所述設(shè)置點(diǎn)電壓的90%至 110%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述上限值為所述設(shè)置點(diǎn)電壓的正或者負(fù)10%。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中在初次檢測到所述電壓擾動時(shí)，所述第一控制算法用來增加或者減少所述無功功率，并且其中在所述初次檢測之后的時(shí)間段之后，執(zhí)行確定所述電壓擾動的量值的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中控制所述受影響的輔助母線上的電壓的步驟還包括當(dāng)所述電壓擾動為電壓降時(shí)執(zhí)行所述一個或者多個可調(diào)速驅(qū)動的再生制動。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中控制所述受影響的輔助母線上的電壓的方法包括向所述受影響的輔助母線上注入電感性無功功率。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中在所述電壓擾動消失之后再次控制所述輔助功率系統(tǒng)的功率因數(shù)以具有預(yù)定功率因數(shù)值。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中執(zhí)行所述功率因數(shù)的控制以在重負(fù)載條件期間改善所述發(fā)電機(jī)的超前相位操作而在輕負(fù)載條件期間改善所述發(fā)電機(jī)的滯后相位操作。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中在每個輔助母線中，每個電容源包括將電容器組旁路連接到所述輔助母線的可控開關(guān)，并且其中控制每個電容源的所述無功功率包括打開或者閉合所述電容源的可控開關(guān)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述輔助功率系統(tǒng)的功率因數(shù)的控制包括 確定用于每個輔助母線的所期望電容性無功功率； 對于每個輔助母線，確定所述所期望電容性無功功率是否小于由所述輔助母線的一個或者多個電容源提供的所述電容性無功功率； 對于每個輔助母線，如果所述所期望電容性無功功率小于由所述一個或者多個電容源提供的所述電容性無功功率，則 打開所述可控開關(guān)中的一個或者多個可控開關(guān)以從所述輔助母線斷開所述電容器組中的一個或者多個電容器組；并且控制所述一個或者多個可調(diào)速驅(qū)動以提供為了在所述一個或者多個可控開關(guān)已經(jīng)打開時(shí)向所述輔助母線提供所述所期望電容性無功功率而必需的任何電容性無功功率；并且 對于每個輔助母線，如果所述所期望電容性無功功率大于由所述一個或者多個電容源提供的所述電容性無功功率，則 閉合所述可控開關(guān)中的一個或者多個可控開關(guān)以將所述電容器組中的一個或者多個電容器組連接到所述輔助母線；并且控制所述一個或者多個可調(diào)速驅(qū)動以提供為了在所述一個或者多個可控開關(guān)已經(jīng)閉合時(shí)向所述輔助母線提供所述所期望電容性無功功率而必需的任何電容性無功功率。
15.一種用于在熱電廠的輔助功率系統(tǒng)中控制功率的裝置，所述熱電廠具有發(fā)電機(jī)和一個或者多個輔助母線，所述裝置包括 一個或者多個可調(diào)速驅(qū)動，用于連接到所述一個或者多個輔助母線，每個可調(diào)速驅(qū)動具有有源整流器單元； 一個或者多個電容源，用于連接到所述一個或者多個輔助母線； 傳感器，用于測量所述一個或者多個輔助母線上的電壓和無功功率； 控制器，可操作用于執(zhí)行在所述輔助功率系統(tǒng)中控制功率的方法，所述方法包括 監(jiān)視每個輔助母線的電壓； 控制所述輔助功率系統(tǒng)的功率因數(shù)以具有預(yù)定功率因數(shù)值，所述功率因數(shù)的控制包括控制每個可調(diào)速驅(qū)動和每個電容源的無功功率；并且 當(dāng)輔助母線受電壓擾動影響使得它的電壓在預(yù)定范圍以外時(shí)，停止所述輔助功率系統(tǒng)的功率因數(shù)的控制，并且控制受影響的輔助母線上的電壓以將所述電壓移回至所述預(yù)定范圍中，所述電壓的控制包括 當(dāng)所述受影響的輔助母線的電壓在所述預(yù)定范圍以下時(shí)增加連接到所述受影響的輔助母線的所述一個或者多個可調(diào)速驅(qū)動的無功功率；并且 當(dāng)所述受影響的輔助母線的電壓在所述預(yù)定范圍以上時(shí)減少連接到所述受影響的輔助母線的所述一個或者多個可調(diào)速驅(qū)動的無功功率。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述一個或者多個可調(diào)速驅(qū)動包括多個可調(diào)速驅(qū)動，每個可調(diào)速驅(qū)動為多級中性點(diǎn)轉(zhuǎn)換器。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中每個電容源包括將電容器組旁路連接到所述輔助母線的可控開關(guān)，并且其中控制每個電容源的所述無功功率包括打開或者閉合所述電容源的可控開關(guān)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其中所述輔助功率系統(tǒng)的功率因數(shù)的控制包括 確定用于每個輔助母線的所期望電容性無功功率； 對于每個輔助母線，確定所述所期望電容性無功功率是否小于由所述輔助母線的一個或者多個電容源提供的所述電容性無功功率； 對于每個輔助母線，如果所述所期望電容性無功功率小于由所述一個或者多個電容源提供的所述電容性無功功率，則 打開所述可控開關(guān)中的一個或者多個可控開關(guān)以從所述輔助母線斷開所述電容器組中的一個或者多個電容器組；并且控制所述一個或者多個可調(diào)速驅(qū)動以提供為了在所述一個或者多個可控開關(guān)已經(jīng)打開時(shí)向所述輔助母線提供所述所期望電容性無功功率而必需的任何電容性無功功率；并且 對于每個輔助母線，如果所述所期望電容性無功功率大于由所述一個或者多個電容源提供的所述電容性無功功率，則 閉合所述可控開關(guān)中的一個或者多個可控開關(guān)以將所述電容器組中的一個或者多個電容器組連接到所述輔助母線；并且控制所述一個或者多個可調(diào)速驅(qū)動以提供為了在所述一個 或者多個可控開關(guān)已經(jīng)閉合時(shí)向所述輔助母線提供所述所期望電容性無功功率而必需的任何電容性無功功率。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述預(yù)定范圍為基于設(shè)置點(diǎn)電壓的百分比，并且其中控制所述受影響的輔助母線上的電壓的步驟還包括 確定所述電壓擾動的量值； 如果所述量值處于或者大于上限值，則使用第一控制算法來增加或者減少所述無功功率；并且 如果所述量值小于所述上限值，則使用第二控制算法來增加或者減少所述無功功率。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述第一控制算法可操作用于比所述第二控制算法更快地將所述受影響的輔助母線的電壓移回至所述設(shè)置點(diǎn)。
全文摘要
一種用于在熱電廠的輔助功率系統(tǒng)中控制功率的裝置和方法，熱電廠具有發(fā)電機(jī)和一個或者多個輔助母線。該裝置包括用于連接到一個或者多個輔助母線的可調(diào)速驅(qū)動和電容源以及用于測量一個或者多個輔助母線上的電壓和無功功率的傳感器。控制器可操作用于在提供穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)節(jié)和動態(tài)電壓支持之時(shí)控制可調(diào)速驅(qū)動和電容源以控制輔助功率系統(tǒng)的功率因數(shù)。
文檔編號H02J11/00GK102668295SQ201080054792
公開日2012年9月12日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月25日
發(fā)明者L·格特瑪, 潘久平, 王振遠(yuǎn), 陳瑤 申請人:Abb研究有限公司