[發明專利]用于延長故障清除時間的設備和方法

有效

• 申請號: 201380062802.9
• 申請日: 2013-09-05
• 公開（公告）號: CN104823375B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 馬丁·希勒;奧拉夫·米克爾松
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02P9/00
• 分類號: H02P9/00;H02P103/20
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 丁永凡,高少蔚

技術領域

本發明涉及一種用于延長故障清除時間的設備以及一種用于延長故障清除時間的方法。

背景技術

由于供電網中的可再生的能量發生器的大幅增長，存在電網運營商對所有饋送單元在穩定性和供電安全性方面的持續提高的最低要求。對此，存在要求一致的行為方式的電網規定(Grid-Codes)。因此，例如在芬蘭的電網規定“Fin-Grid”中，在每單位殘余電壓為零時要求250ms的故障清除時間，所述故障清除時間對于一些發電機、尤其是同步發電機在沒有附加措施的情況下引起不同步的情況進而在電網電壓恢復之后引起限制的重新同步。圖1示出多個電網規定要求。因此，前述“Fin-Grid”設有附圖標記1。其他的電網規定要求在此示例地對于E.on(德國意昂集團)2、西班牙REE 3以及北美WECC 4示出。

電網電壓恢復之后的重新同步的過程能夠要求若干分鐘，在這若干分鐘期間，發電廠功率不可用于電網。這尤其在較大的發電廠停機時能夠造成電網不穩定并且在最差的情況下造成大面積的停電。

在短路期間，通過渦輪機施加到軸系中的機械功率不再在發電機上吸收進而引起渦輪機組的加速。

如果同步發電機的磁極轉子角超過臨界的瞬時值，所述同步發電機變為不同步并且必須重新同步。在電網規定中要求，發電廠在不進行電網分離的情況下在變壓器高壓側上的特定的殘余電壓下必須能夠經過預先限定的故障清除時間。如果所述所要求的故障清除時間超過對于渦輪機組可實現的故障清除時間，那么必須采取附加預防措施。

在現有技術中，已知多種考慮所述情況的可能性。因此，例如在EP 1 805 887 B1中，有源升壓電路在故障情況下經由滑環與發電機激磁繞組串聯地連接到已充電的電容器上，由此場電壓突然升高。因此，發電機在電網恢復時位于過激勵的范圍中，由此渦輪機組電網系統的穩定性提高。

延長臨界的故障清除時間的另一個可能性在于，提高軸系的慣性矩，以便在短路情況下降低軸加速。

此外，對于一些渦輪機類型存在下述可能性，在蒸汽輪機上進行改變，以便實現將水蒸氣更快速地從渦輪機葉片去除，這稱作為汽門快關(Fast-Valving)。因此，應實現快速地降低施加到軸系中的渦輪機功率。

同樣已知的是，在海上風力設施的情況下，構成具有負載電阻的類似的設計方案。然而，風電廠例如經由高壓DC連接裝置與陸上變流器設施連接，所述變流器設備在陸地側短路的情況下將風電廠的過剩的能量導出到負載電阻中。

值得期望的是，對于渦輪機組具有用于在短路情況下延長故障清除時間的簡單的可能性。

發明內容

在這一點上設計本發明，本發明的目的是，提出用于延長故障清除時間的一種設備和一種方法。

這通過用于延長故障清除時間的設備來實現，所述設備包括發電機、尤其是同步發電機和電負載以及構成為識別短路情況的組件，其中設備構成為，使得在短路情況下，電負載與發電機連接。

有利地，這根據本發明在沒有在給出的軸系或其部件上進行改變的機械干預的情況下實現。

在第一有利的改進方案中，電負載構成為電阻。因此，遵循下述想法：設置電阻，所述電阻在短路情況下作為電負載與發電機連接進而作為能接入的負載電阻，所述負載電阻在故障情況下將促進軸加速的渦輪機功率導出，而不將發電機與電網分離。由此，明顯地延長臨界的故障清除時間。

有利的改進方案在下面的描述中給出。因此，在一個有利的改進方案中，設備構成為具有與發電機連接的變壓器，其中電負載在短路期間與變壓器并聯地設置。

在一個替選的實施方式中，設備構成為具有電負載，其中電負載與變壓器中性點處的短路路徑串聯地設置在高壓側上。

同樣地，作為前述能接入的電阻的其他潛在的應用，能夠實現發電機功率開關的明顯的減荷。

對于發電機功率開關的設計而言，通常存在在短路情況下盡可能快地切斷所述發電機功率開關的要求。

出現的突然的發電機短路由AC以及DC電流分量組成，所述電流分量根據其時間常數以不同的速度衰減到穩態的短路電流。尤其地，短路電流的DC分量對于電流曲線在幾微秒之后才經過電流過零負有責任。在斷開功率開關之后，開關電弧燃燒一定時間，直至發生所述第一次電流過零并且電弧能夠熄滅。在此時，在開關中由于極熱的電弧等離子體出現明顯的接觸應力以及熱學的放熱。因此，期望的是，短路電流的DC分量盡可能快地衰減。