用於使電機與電網同步的方法以及電機和電網的布置結構的製作方法

2023-05-09 16:59:56

專利名稱：用於使電機與電網同步的方法以及電機和電網的布置結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種使電機與電網同步的方法以及一種電機和電網的布置結構。下文 將參考發電機展開，但清楚的是，本發明的方法和布置結構也可用於不同的電機，特別是例 如電動機。
背景技術：
參考圖1，為了將同步電機例如發電機1正確地連接到電網2，提供了同步器3，同 步器3測量(通過測量變壓器4、5)發電機1和電網2的電壓、頻率和相位並且僅當上述這 些參數儘可能彼此接近時致使斷路器6將發電機1和電網2彼此連接起來。換言之，如圖4所示，其示出了相對於時間t的發電機(實線10)和電網(虛線 11)的電壓V，當曲線10和11彼此重疊時斷路器閉合。然而，在系統架設或維護期間，存在連接發電機1和斷路器6的電導線7或者測量 變壓器4、5的導線互相易位的風險。當發電機1和電網2彼此連接時，如果這種情況發生，則即使同步器3測量到發電 機1和電網2之間的相同電壓、相同頻率和相同相位，但實際上相位並不相同，最壞情況時 相位改變120° (三相電壓)。換言之，如圖3所示，其示出了下述情況時相對於時間的發電機1(實線10)和電 網2 (虛線11)的電壓電導線7或者測量變壓器4、5的導線互相易位，當斷路器6閉合時 電壓和頻率相同，但是相位改變了 120° ( 「誤同步(faultysynchronising)，，)。當斷路器6閉合時，這種相位差導致發電機1的軸承受巨大的轉矩衝擊，該轉矩傾 向於使發電機軸與電網同相位。因此，同步電機諸如發電機的軸被設計成能承受這樣的巨大轉矩衝擊。

發明內容
因此，本發明的技術目標是提供一種方法和布置結構，通過該方法和布置結構使 現有技術中的上述問題明顯減少。在該技術目標的範圍內，本發明的一個目的是提供一種方法和布置結構，當誤同 步時，使得同步電機(諸如發電機)的軸上的轉矩衝擊小，尤其比使用常規同步方法的衝擊更小。本發明的進一步目的是提供一種方法和布置結構，使得同步電機的軸更小，並且 總體上設計成比根據現有技術的軸承受更小的轉矩。根據本發明，通過提供根據所附權利要求的方法，實現了該技術目標以及這些目 的和進一步的目的。


從根據本發明的方法的優選但非排他的實施例的描述看，本發明的進一步特點和優勢將變得更加明顯，該優選但非排他的實施例作為附圖中的非限制性示例來說明，附圖 中圖1為發電機和電網連接在一起的示意圖。圖2為曲線圖，示出了互連之前和之後發電機和電網的電壓的進程。圖3和圖4為曲線圖，分別示出了在誤同步和同步的情況下，互連之前的發電機和 電網的電壓、頻率和相位相對於時間的進程。附圖標記
1發電機
2電網
3同步器
4、5測量變壓器
6斷路器
7導線
10發電機電壓
11電網電壓
13用於頻率的控制線
14用於電壓的控制線(AVR)
17控制單元
18存儲器
20AVR(自動電壓調節器)
V1第一電壓
Vg電網電壓
Δ ν電壓差
具體實施例方式發電機1由發動機(例如但不限於燃氣或蒸汽輪機)驅動旋轉，不過發電機1沒 有連接到電網2;即斷路器6 (例如具有三極)打開。發電機1的電壓不同於電網的電壓，並且它的頻率和相位也不同於電網2的頻率 和相位。在斷路器6閉合併且發電機1連接到電網2之前，發電機1必須與電網2同步。使發電機1與電網2同步的方法包括使發電機1的頻率與電網2的頻率同步的步
馬聚ο在這個方面，同步器3通過測量變壓器4、5測量發電機1和電網2的頻率，並且驅 動發電機1(通過控制線13)以使它的頻率等於電網2的頻率。在附圖中所示的變壓器4、5隻連接到一根導線7或電網2的單相，但非常清楚的 是這是示意性草圖，並且在不同的實施例中，根據需要上述連接可應用到一個或更多導線 或相位。在此步驟期間或之前或之後，發電機2的電壓朝電網2的電壓增加。在這個方面，同步器3(通過測量變壓器4、5)也測量發電機1和電網2的電壓，並且通過控制線14驅動AVR 20 (自動電壓調節器)以增加發電機1的電壓。正如圖2所示，發電機1的電壓增加到低於電網2的電壓Vg的第一值V1,以使在 此步驟末尾時，發電機1的電壓和電網2的電壓之間存在電壓差Δν。當發電機1的電壓達到第一值V1並且發電機相位和電網相位相同時(由同步器 通過變壓器4、5測量)，斷路器6閉合併且使發電機1連接到電網2。在導線7或者測量變壓器4、5的導線已彼此互相易位的情況下，當斷路器6閉合 時，發電機相位和電網相位之間存在差(差為120° )；這導致發電機的軸承受轉矩衝擊。然而，出人意料的是，根據本發明的方法，在誤同步狀況下軸的轉矩衝擊也比常規 方法小很多。優選地，在發電機1的電壓達到第一值V1之後並且在發電機1連接到電網2之前， 使發電機1的相位與電網2的相位同步。在發電機1連接到電網2之後(圖2)，發電機1的電壓能夠上升到電網2的初始 電壓。第一電壓值V1比電網電壓Vg低5% -20%，優選地，低10% -15%。仿真表明上述範圍使得在誤同步(具有120°相位偏移)的情況下軸上的轉矩衝 擊明顯降低，同時仍然保證發電機1和電網2的安全運行。本發明的方法可使用兩種不同的測量變壓器4、5來實施。具體地，變壓器4、5應當提供相同的次級電壓(例如100V)而具有不同的初級電 壓(例如，如果電網具有15000V，則測量變壓器4的初級電壓可為14000V而測量變壓器5 的初級電壓可為15000V)。這樣，測量變壓器4、5應當具有不同的初級電壓而提供相同的次級電壓，連接到 發電機1的測量變壓器4的初級電壓比連接到電網2的測量變壓器5的初級電壓小。在另一個實施例中，本發明的方法可通過AVR 20 (自動電壓調節器)實施，該AVR 20設置有或者連接到存儲器，電壓V1存儲在該存儲器中。在這種情況下，AVR20不是驅動發電機使發電機的輸出電壓儘可能接近電網電壓 Vg,而是驅動發電機使得發電機的電壓儘可能接近電壓V1。在另一個實施例中，本發明的方法可通過同步器3實施，該同步器3包括控制單元 17和存儲器18 (連接或嵌入在控制單元17內)，第一電壓值V1存儲在存儲器18中。因此，同步器3能夠比較發電機電壓(通過測量變壓器4測量得到)和電網電壓 (通過測量變壓器5測量得到)，並且驅動發電機1以使發電機1的頻率與電網2的頻率同 步，並且調整發電機1的電壓朝電網2的電壓增加。而且，當發電機1的電壓達到低於電網2的電壓的第一值V1時，同步器(通過控 制單元17)致使斷路器6將發電機1連接到電網2。按這種方式設想的方法以及同步器允許多種修改和變型，所有修改和變型均落入 本創造性概念的範圍內；而且更多細節可通過技術上的等同元件來代替。在實際中，所使用的材料和尺寸可根據需要和技術狀況隨意選取。
權利要求
一種使電機(1)與電網(2)同步的方法，包括使所述發電機(1)的頻率與所述電網(2)的頻率同步並且調節所述發電機(1)的電壓朝著所述電網(2)的電壓，其特徵在於，當所述發電機(1)的電壓達到低於所述電網電壓(Vg)的第一值(V1)時，將所述發電機(1)連接到所述電網(2)。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，使所述發電機⑴的相位與所述電網(2)的 相位同步。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，在所述發電機的電壓達到所述第一電壓值 (V1)之後並且在所述發電機(1)連接到所述電網(2)之前，使所述發電機(1)的相位與電 網(2)的相位同步。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述發電機(1)已經連接到所述電網(2) 之後，增加所述發電機⑴的電壓達到所述電網⑵的電壓。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一電壓值(V1)比所述電網電壓(Vg) 低 5% -20%，優選地，低 10% -15%。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述電機(1)是發電機。
7.一種電機⑴和電網(2)的布置結構，斷路器(6)位於所述電機⑴和所述電網(2) 之間，同步器⑶通過測量變壓器(4、5)在所述斷路器(6)的上遊連接到所述發電機⑴ 並且在所述斷路器(6)的下遊連接到所述電網(2)，並進一步連接到所述發電機(1)以驅動 它，其特徵在於，所述測量變壓器(4、5)是兩個不同的測量變壓器(4、5)。
8.如權利要求7所述的布置結構，其特徵在於，所述測量變壓器(4、5)具有不同的初級 電壓並且提供相同的次級電壓，連接到所述發電機(1)的測量變壓器(4)的初級電壓小於 連接到所述電網⑵的測量變壓器(5)的初級電壓。
9.一種電機⑴和電網(2)的布置結構，斷路器(6)位於所述電機⑴和所述電網(2) 之間，同步器⑶通過測量變壓器(4、5)在所述斷路器(6)的上遊連接到所述發電機⑴ 並且在所述斷路器(6)的下遊連接到所述電網(2)，並進一步連接到所述發電機(1)以驅動 它，其特徵在於，AVR(20)設置有或連接到存儲器，電壓(V1)存儲在所述存儲器中，使得所述 AVR(20)驅動所述發電機(1)以使所述發電機(1)的電壓儘可能接近所述電壓(V》。
10.一種電機(1)和電網(2)的布置結構，斷路器(6)位於所述電機⑴和所述電網 ⑵之間，同步器⑶通過測量變壓器(4、5)在所述斷路器(6)的上遊連接到所述發電機 (1)並且在所述斷路器(6)的下遊連接到所述電網(2)，並進一步連接到所述發電機(1) 以驅動它，其特徵在於，所述同步器(3)包括控制單元(17)和連接或嵌入在所述控制單元 (17)內的存儲器(18)，第一電壓值(V1)存儲在所述存儲器(18)中，使得當所述發電機(1) 的電壓達到低於所述電網(2)電壓的所述第一值(V1)時，所述同步器通過所述控制單元 (17)致使斷路器(6)將所述發電機⑴連接到所述電網(2)。
全文摘要
本發明涉及用於使電機與電網同步的方法以及電機和電網的布置結構，具體公開了一種使電機(1)與電網(2)同步的方法，包括如下步驟使發電機(1)的頻率與電網(2)的頻率同步並且調節發電機(1)的電壓朝著電網(2)的電壓，因此當發電機(1)的電壓達到低於電網電壓(Vg)的第一值(V1)時將發電機(1)連接到電網(2)。本發明還涉及發電機(1)和電網(2)的布置結構。
文檔編號H02J3/40GK101958558SQ201010263038
公開日2011年1月26日 申請日期2010年7月9日 優先權日2009年7月10日
發明者R·胡格, T·許特 申請人:阿爾斯託姆科技有限公司