CN102110992A

CN102110992A - 使涡轮机发电机与电网同步的方法

Info

Publication number: CN102110992A
Application number: CN2010106209366A
Authority: CN
Inventors: J·C·马特斯; J·N·坎宁安
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Company PLC
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2030-12-23
Also published as: US7915868B1; EP2339129A3; EP2339129B1; CN102110992B; JP5856736B2; JP2011135771A; EP2339129A2

Abstract

本发明的一个实施例可设法在起动过程期间、在动力设备机器(100)达到电网匹配速度之前使发电机(145)电压和电网(155)电压匹配。本发明的一个实施例可提供一种预测算法(365)等，以控制动力设备机器(100)的加速速率，以便在动力设备机器(100)达到电网匹配速度时，在动力设备机器(100)和电网(155)之间实现特定的相位角差的目标。这里，可实现相位角差的目标，使得发电机断路器可在动力设备机器(100)加速超过电网匹配速度之后立刻闭合。这可避免发电机(145)经历可增加与发电机断路器闭合相关联的功率瞬变的相位角差。

Description

使涡轮机发电机与电网同步的方法

技术领域

本申请涉及2008年12月10日提交的共同转让的美国专利申请12/331824[GE档案号230465-2]。

本发明大体涉及与涡轮机相关联的发电机的运行，并且更具体而言，涉及减少使发电机与电网系统(以下称为“电网”)同步的时间的方法。

背景技术

“快速起动”和“迅速响应”可认为是这样一种运行模式：这种运行模式要求涡轮机在操作员启动该涡轮机的起动之后的某个时间内对电网输出负载。波动的能量需求是确定涡轮机在何时运行的主要因素。涡轮机通常是空闲的，直到足够的需求要求运行为止。当需求要求运行时，涡轮机就在输出所需电力之前执行起动过程。

一般而言，同步过程要求发电机的三个参数在电网的对应的三个参数的可接受范围内。这些参数为：电压、速度/频率和相位角。直到涡轮机达到全速无负荷(FSNL)之前，前述参数通常都不是考虑因素。这里，相位角在同步过程期间是不受控制的变量。这导致进行同步所需的时间偏差很大。另外，当断路器由于涡轮机连续加速而闭合时，可出现不期望的瞬变。在起动过程期间，涡轮机遵从特定的加速计划(schedule)，加速计划一般取决于物理参数，例如但不限于热瞬变、排气温度、空气流等。

关于目前的同步过程存在一些问题。在一些应用(例如但不限于快速起动或迅速响应)中，同步过程时间的偏差可为不能接受的。这会阻碍动力设备满足运行要求。

因此，需要一种改进的同步过程。改进的过程应当减少目前在同步过程期间经历的功率瞬变。该方法还应当减小涡轮机在正常模式或快速起动模式中运行时的同步过程时间的偏差。此方法还应当提供更加一致且可重复的同步过程。

发明内容

在本发明的一个实施例中，(提供了)一种减少使涡轮机发电机与电网系统同步的时间的方法，该方法包括：确定电网系统的电压值；其中，发电机与涡轮机结合，并且构造成以便对电网系统输出电力；以及其中，发电机包括发电机磁场；对电压值应用目标偏移(bias)；其中，目标偏移有助于发电机将正电压输送到电网系统；调节电压值；其中，调节提高了电压值的精度；确定发电机的电压目标，其中，励磁器将电压值转换成电压目标；以及调节电压目标，以确定电压目标是否在优选范围内；其中，该方法允许励磁器用电压目标来对发电机电压调整器进行预调节，以准备在涡轮机加速到同步速度时进行同步。

在本发明的一个备选实施例中，(提供了)一种减少使涡轮机发电机与电网系统同步的时间的方法，该方法包括：提供与涡轮机结合的发电机，其中，发电机构造成以便对电网系统输出电力，并且包括发电机磁场；控制速度回路，其中，速度回路执行以下步骤：确定电网速度，其中，该速度对应于电网系统的频率；对电网速度应用速度目标偏移；其中，速度目标偏移有助于在同步过程开始之前使转子速度与电网速度匹配；调节电网速度，以确定电网速度是否在优选范围内；以及基于电网速度来产生转子速度命令，其中，转子速度命令用来调节转子速度；以及控制相位回路，其中，速度回路执行以下步骤：使用目标相位算法来确定转子加速度调节偏移，其中，目标相位算法执行以下步骤中的至少一个：确定电网系统和发电机之间的相位差；确定电网速度，其中，电网速度对应于电网系统的频率；确定电网加速度；其中，电网加速度对应于电网系统的频率的加速度；确定转子速度，其中，转子速度对应于发电机的转子的频率；以及

确定转子加速度；其中，转子加速度对应于发电机的转子的加速度；其中，转子加速度调节偏移用来调节转子加速度；其中，该方法在使涡轮机加速到同步速度时调节转子的速度和加速度，以支持迅速同步。

在本发明的另一个备选实施例中，(提供了)一种减少使涡轮机发电机与电网系统同步的时间的方法，该方法包括：提供与涡轮机结合的发电机，其中，发电机构造成以便对电网系统输出电力，并且包括发电机磁场；控制速度回路，其中，速度回路执行以下步骤：确定电网速度，其中，该速度对应于电网系统的频率；对电网速度应用速度目标偏移；其中，速度目标偏移有助于在同步过程开始之前使转子速度与电网速度匹配；调节电网速度，以确定电网速度是否在优选范围内；以及基于电网速度来产生转子速度命令，其中，转子速度命令用来调节转子速度；以及控制相位回路，其中，速度回路执行以下步骤：使用目标相位算法来确定转子加速度调节偏移，其中，目标相位算法执行以下步骤中的至少一个：确定电网系统和发电机之间的相位差；确定电网速度，其中，电网速度对应于电网系统的频率；确定电网加速度；其中，电网加速度对应于电网系统的频率的加速度；确定转子速度，其中，转子速度对应于发电机的转子的频率；以及确定转子加速度；其中，转子加速度对应于发电机的转子的加速度；其中，转子加速度调节偏移用来调节转子加速度；其中，相位回路调节转子的速度和加速度，以允许在涡轮机加速到同步速度时进行迅速同步；以及控制电压回路，其中，速度回路执行以下步骤：确定发电机磁场的电压目标，以为同步过程做准备；其中，该步骤包括：确定电网系统的电压值；对该电压值应用目标偏移；其中，目标偏移有助于在同步过程期间将正电压输送到电网系统；调节电压值，其中，该调节提高了电压值的精度；确定发电机的电压目标，其中，励磁器将电压值转换成电压目标；以及调节电压目标，以确定电压目标是否在优选范围内；其中，电压回路允许励磁器用电压目标来对发电机电压调整器进行预调节，以准备在涡轮机加速到同步速度时进行同步。

附图说明

图1是示出了起动涡轮机的已知方法在其内运行的环境的示意图。

图2是示出了根据本发明的一个实施例的、主动控制发电机电压来为同步过程做准备的方法的算法的过程图。

图3是示出了根据本发明的一个实施例的、主动控制发电机速度和相位角来为同步过程做准备的方法的算法的过程图。

部件列表

100涡轮机

110压缩机区段

115入口导叶(IGVs)

120燃烧系统

125燃料供应系统

127燃料回路

130涡轮区段

140转子

145发电机

150控制系统

155电网

160励磁器

200过程图

300过程图

具体实施方式

本发明具有减少与和动力设备机器结合的发电机的同步过程相关联的时间的技术效果。本发明的实施例可主动调节动力设备机器的转子的加速度，以最优地控制发电机和电网之间的相位角差。这可有利于一贯地更快速的同步时间。本发明的实施例可用来一贯地减小通常与同步过程相关联的功率瞬变。

本发明的一个实施例可设法在起动过程期间在动力设备机器达到电网匹配速度之前使发电机电压和电网电压匹配。本发明的一个实施例可提供预测算法等，以控制动力设备机器的加速速率，以便在动力设备机器达到电网匹配速度时，在动力设备机器和电网之间实现特定的相位角差的目标。这里，可实现该相位角差的目标，使得发电机断路器可在动力设备机器加速超过电网匹配速度之后立即闭合。这可避免发电机经历可增加与断路器闭合相关联的功率瞬变的相位角差。

虽然是关于燃气轮机的动力设备机器来描述本方法的实施例的，但是本发明的应用不限于燃气轮机。本发明的实施例可应用于与经历与电网的同步过程的发电机结合的其它工业机器。这种其它工业机器可包括但不限于蒸汽轮机、往复式发动机、航改燃气轮机等。

本发明的实施例可应用于在各种模式-例如但不限于正常模式、快速起动模式、迅速响应等-中运行的燃气轮机。如所论述的那样，“快速起动”或“迅速响应”可认为是动力设备机器的运行模式。此模式大体要求动力设备机器在启动该动力设备机器的起动之后的某个时间内输出负载，同时以遵守排放(规定)的方式运行。如本文所用，用语快速起动或迅速响应意图包括在本发明的范围内的所有这样的模式及其等效物。

在本文中公开了详细的实例实施例。但是，本文公开的具体的结构和功能细节仅仅为了描述实例实施例而是代表性的。但是，实例实施例可实施为许多备选形式，并且不应理解为仅限于本文阐述的实施例。

因此，虽然实例实施例能够有许多修改和备选形式，但是在图中是以实例的方式来说明本发明的实施例的，并且本文将会对其进行详细描述。但是，应当理解，不意图将实例实施例限于公开的具体形式，而是相反，实例实施例将覆盖落在实例实施例的范围内的所有修改、等效物和备选方案。

将理解到，虽然用语第一、第二等可在本文中用来描述各种元件，但是，这些元件不应受这些用语的限制。这些用语仅用来使元件彼此区分开。例如第一元件可称为第二元件，而且，类似地，第二元件可称为第一元件，而不偏离实例实施例的范围。如本文所用，用语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和全部组合。

本文使用的术语仅是为了描述具体实施例，并且不意图限制实例实施例。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“所述”意图还包括复数形式，除非上下文明确作出其它表示。将进一步理解，在本文中使用时，用语“包括”、“包括有”、“包含”和/或“包含有”规定了存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件，但是不排除存在或附加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、构件和/或它们的组。

还应当注意到，在一些备选实现中，所提到的功能/动作可不按图中提到的顺序出现。例如，取决于所涉及的功能/操作，两幅连续的图可基本同时执行，或者有时可按相反的顺序执行。

现在参照附图，其中各个标号贯穿若干幅图表示相似的部件。图1是示出了起动涡轮机的已知方法在其内运行的环境的示意图。在图1中，燃气轮机形式的涡轮机100包括：压缩机区段110；燃烧系统120；燃料供应系统125；涡轮区段130；转子140；以及涡轮控制系统150。燃烧系统120可接收来自燃料系统125的燃料回路127的燃料。燃料系统125的实施例可包括多个燃料回路127。

大体上，压缩机区段110包括多个入口导叶(IGV)115和结构设置成以便压缩吸入的空气(由图1中的大箭头所示)的多个旋转叶片和固定的导叶。在燃烧系统120内，压缩空气和燃料被混合、点燃，并且产生工作流体。

工作流体大体上从燃烧系统120向下游前进到涡轮区段130。涡轮区段130包括多个旋转的和固定的构件(它们均未显示)。这些构件可定位在转子140周围，并且用来将工作流体转换成机械扭矩，机械扭矩可用来通过转子140驱动压缩机区段110和与燃气轮机100结合的发电机145。

在操作上，起动燃气轮机100的已知方法包括以下步骤。起动机构(例如但不限于负载换流逆变器(LCI))使燃气轮机100加速到预定义的吹扫速度。在吹扫完成之后，起动机构使燃气轮机100减速到预定义的点火速度。在此点火速度处，燃烧系统120和燃料回路127的阀被调节到预定义位置，以在开环燃料流原理的控制下进行燃料流点火。在点火和预定义的升温时标(timer)终止之后，起动机构和控制系统150共同使燃气轮机100加速到主运行速度，例如但不限于FSNL。

根据在FSNL处的已知方法，控制系统150与励磁系统160(以下称为“励磁器”)通讯。励磁器160和控制系统150协作运行来执行同步过程。此过程与发电机断路器(未示出)的闭合合并，发电机断路器使发电机145与电网155电连接。

如将理解的那样，本发明可实施为方法，系统或计算机程序产品。因此，本发明可采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)，或者结合了软件和硬件方面的实施例(在本文中全部一般地称为“电路”、“模块”或“系统”)的形式。另外，本发明可采取计算机可用的存储介质上的计算机程序产品的形式，其具有实施在该介质中的计算机可用的程序代码。如本文所用，用语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储在存储器(包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失性RAM(NVRAM)存储器)中以由处理器执行的任何计算机程序。以上存储器类型仅是示例性的，并且因此不对可用来存储计算机程序的存储器类型进行限制。

可使用任何适当的计算机可读介质。计算机可用或计算机可读介质可为例如但不限于电子、磁、光学、电磁、红外或半导体系统、设备、装置或传播介质。计算机可读介质的更具体的实例(非穷尽性列举)可包括以下(介质)：具有一条或者多条线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧致盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储装置、诸如支持互联网或内联网的那些的传输介质，或者磁存储装置。注意，计算机可用或计算机可读介质甚至可为其上打印了程序的纸张或另一种适当的介质，因为可通过例如对纸张或其它介质的光学扫描来以电子的方式捕捉到该程序，然后对该程序进行编译、解析，或者另外以适当的方式处理该程序(如有必要)，然后将该程序存储在计算机存储器中。在本文档的上下文中，计算机可用或计算机可读介质可为可包含、存储、通讯、传播或传输程序以由指令执行系统、设备或装置使用或与它们结合起来使用的任何介质。

如本文所用，用语处理器指的是中央处理单元、微处理器、微控制器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路，以及能够执行本文描述的功能的任何其它电路或处理器。

可用面向对象的编程语言(例如Java7、Smalltalk或C++等)来编写用于执行本发明的操作的计算机程序代码。但是，也可用传统的过程编程语言(例如“C”编程语言或类似的语言)来编写用于执行本发明的操作的计算机程序代码。程序代码可完全在用户的计算机上执行、作为单独的软件包部分地在用户的计算机上执行、部分地在用户的计算机上且部分地在远程计算机上执行或者完全在远程计算机上执行。在后一种情形中，远程计算机可通过局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户的计算机上，或者可在计算机的外部进行连接(例如使用互联网服务提供商而通过互联网)。

以下参照根据本发明的实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图说明和/或方框图来对本发明进行描述。将理解，流程图说明和/或方框图的各个方框以及流程图说明和/或方框图中的方框的组合可由计算机程序指令实现。可将这些计算机程序指令提供给公用计算机、专用计算机或其它可编程的数据处理设备的处理器，以产生机器，从而使得通过计算机或其它可编程的数据处理设备的处理器来执行的指令产生了用于实现流程图和/或方框图方框或不止一个方框中指定的功能/行为的方式。

这些计算机程序指令还可存储在计算机可读存储器中。这些指令可引导计算机或其它可编程的数据处理设备以特定的方式起作用，从而使得存储在计算机可读存储器中的指令产生这样的制造物：该制造物包括实现流程图和/或方框图方框或不止一个方框中指定的功能/行为的指令方式。计算机程序指令还可加载到计算机或其它可编程的数据处理设备上。这些指令可促使在计算机或其它可编程的设备上执行一系列的操作步骤，以产生计算机实现的过程。这里，在计算机或其它可编程的设备上执行的指令提供用于实现流程图和/或方框图方框中指定的功能/行为的步骤。

图2是示出了根据本发明的一个实施例的、主动控制发电机电压来为同步过程做准备的方法200的算法的过程图。本文描述的方法200的实施例可应用于与励磁器控制系统共同起作用的涡轮机控制系统。这些系统可在同步过程之前共同主动地控制发电机磁场的目标电压。这里，步骤205-230可由涡轮机控制系统执行或直接控制；且步骤235-260可由励磁器控制系统执行或直接控制。

在步骤205中，方法200可确定电网的电压。这里，在本发明的一个实施例中，涡轮机控制系统可与测量电网电压的装置结合。

在步骤210中，方法200可确定待应用于步骤205的电网电压的目标偏移。该偏移可有助于发电机对电网输出正电压，并且发电机断路器是闭合的。在本发明的一个实施例中，目标偏移可为预设值。在本发明的一个备选实施例中，涡轮机控制系统可部分地基于当前电网参数来计算目标偏移的适当值。如所论述的那样，电网参数可包括但不限于：频率、电压和相位角。

在步骤215中，方法200可使用求和点等来对测得的电网电压添加目标偏移。这个总和可认为是被偏移的电网电压等。

在步骤220中，方法200可对被偏移的电网电压应用修正算法等。修正算法的一个实施例可执行以下功能中的至少一个：误差校验、过滤和反馈。误差校验的目标可包括确定被偏移的电网电压是否在一定的伏/赫兹范围内。这可确保命令的电压不会高，命令的电压高可不利地影响发电机；或者确保命令的电压不会低，命令的电压低可导致与在正常运行频率以下运行的电网同步。过滤的目标可包括确定被偏移的电网电压在指定的期限内是否是几乎一致的。这可确保电网电压不振荡，电压振荡可表明电网稳定性问题。反馈的目标可包括确定目标偏移的值是否合适。这里，修正算法可基于当前电网参数来确定被偏移的电网电压是否合适。该修正算法可基于误差修正和过滤步骤来调节被偏移的电网电压的值。

如图2所示，修正算法可将反馈直接传送到步骤210，在步骤210中，确定了目标偏移。另外，在本发明的一个实施例中，修正算法可将被偏移的电网电压同时传送到步骤225和230。

在步骤225中，方法200可确定涡轮机运行许可条件是否得到满足。此许可条件可为在方法200(可)继续之前就应当满足的要求。此许可条件可包括涡轮机在允许同步过程的模式中运行的要求。例如但不限于自动同步模式等。

在步骤230中，方法200可确定是否建立了涡轮机控制系统和励磁器控制系统之间的通讯链路。这种双向通讯链路对于方法200和同步过程的恰当执行可为至关重要的。因此，方法200可确定在方法200的执行期间通讯链路是否被保持。

如图2所示，方法200的一个实施例可在步骤225和230之间提供通讯。这可确认涡轮机控制系统在允许同步过程的模式中操作涡轮机。

在方法200的一个实施例中，如果涡轮机运行许可条件未得到满足，则方法200可回到步骤205。另外，如果未建立或保持励磁器通讯链路，则方法200可回到步骤205。

如所论述的那样，在本发明的一个实施例中，方法200的步骤235-260可由励磁器控制系统执行或直接控制。在步骤235中，方法200可确定是否建立以及保持了励磁器控制系统和涡轮机控制系统之间的通讯链路，这与关于步骤230所描述的功能类似。

在步骤240中，方法200可确定励磁器运行许可条件是否得到满足。此许可条件可为在方法200(可)继续之前就应当满足的要求。此许可条件可包括励磁器在允许同步过程的模式中运行的要求。例如但不限于励磁器模式，磁场起励(field flashing)模式或集中于在发电机磁场上产生(电压)伏值的其它模式。

在步骤245中，方法200可使用电压调整算法，电压调整算法可被看作是发电机电压调整器。此算法可接收在步骤220中产生的被偏移的测得电压，该电压可认为是发电机磁场的目标电压。此算法的一个实施例可包括比例加积分器回路(P+I)，该比例加积分器回路可用来自动调整发电机的当前磁场伏值。这里，该算法可应用从步骤255接收到的预调节值，以高效地起动调整过程。在本发明的一个实施例中，预调节值可设定为100％。这可避免P+I的终结(wind up)和/或斜坡极限(如果预调节值设定为0％的话)。

在方法200的步骤250中，目标电压可由修正算法接收和评价，该修正算法可与步骤220中的修正算法类似地起作用。修正算法的一个实施例可执行以下功能中的至少一个：误差校验、反馈和过滤。误差校验的目标可包括确定步骤245所命令的目标电压是否在一定的伏/赫兹范围内。这可确保目标电压不会高，目标电压高可不利地影响发电机；或者确保目标电压不会低，目标电压低可导致与在正常运行频率以下运行的电网同步。误差校验还可确定励磁器是否恰当地接收了目标电压的值。这里，修正算法可将在步骤245中接收到的目标电压的值与在步骤235中接收到的目标电压的值(其源于步骤220)比较。反馈的目标可包括确定发电机磁场控制器在步骤260中所接收到的目标电压的值是否与步骤245的发电机电压调整器发送到发电机磁场控制器的目标电压的值相同或相似。该修正算法还可基于当前电网参数来确定目标电压是否合适。该修正算法可基于误差修正和反馈步骤来调节目标电压的值。

如图2所示，方法200的实施例采用持续地调节发电机电压的目标值的闭环过程。此调节可在涡轮机达到同步速度之前发生。

图3是示出了根据本发明的一个实施例的、主动控制发电机速度和相位角来为同步过程做准备的方法300的算法的过程图。图3示出了两个独立的控制回路，这两个控制回路共同起作用来调节涡轮机的速度控制和加速度控制，这又可调节涡轮机的燃料控制。第一控制回路可认为是速度回路，并且包括步骤305-340。第二控制回路可认为是加速度回路，并且包括步骤305、335、340和345-365。

以下论述集中在第一控制回路上。在步骤305中，方法300可确定电网的速度。这里，在本发明的一个实施例中，涡轮机控制系统可与测量电网速度的装置结合，电网速度可与电网频率直接相关。

在步骤310中，方法300可确定待应用于步骤305的电网速度的目标偏移。该偏移可有助于发电机的转子与电网的速度匹配，并且发电机断路器是闭合的。在本发明的一个实施例中，目标偏移可为预设值。在本发明的一个备选实施例中，涡轮机控制系统可部分地基于当前电网参数来计算目标偏移的适当值。如所论述的那样，电网参数可包括但不限于：频率、电压和相位角。

在步骤315中，方法300可使用求和点等来对测得的电网速度添加目标偏移。这个总和可认为是被偏移的电网速度等。

在步骤320中，方法300可对被偏移的电网速度应用修正算法等。修正算法的一个实施例可执行以下功能中的至少一个：误差校验、过滤和反馈。误差校验的目标可包括确定被偏移的电网速度是否在一定速度范围内。这可确保命令的速度不会太高，命令的速度太高可导致高的载荷瞬变；或者确保命令的速度不会低，命令的速度低可阻碍与电网同步。过滤的目标可包括确定被偏移的电网速度在指定的期限内是否是几乎一致的。这可确保电网速度不振荡，速度振荡可表明电网稳定性问题。该修正算法可基于误差修正和过滤步骤来调节被偏移的电网速度的值。

在步骤325中，方法300可确定涡轮机的速度的命令。这里，方法300可将被偏移的电网速度传送给算法，例如但不限于，涡轮机控制系统的涡轮机速度控制。

以下论述集中在第二控制回路上。在步骤345中，方法300可确定当前电网加速度。这里，在本发明的一个实施例中，涡轮机控制系统可与测量电网加速度的装置结合。电网加速度的值可被传送到相位目标优化器，在步骤365中对其进行论述。

在步骤350中，方法300可确定发电机的相位角和电网的相位角之间的当前差异。这里，方法300可接收来自测量相位角的装置的、关于相位角的数据。然后，方法300可计算相位角之间的差异，并且传送到相位目标优化器。

在步骤355中，方法300可确定涡轮机的当前加速度。这里，在本发明的一个实施例中，涡轮机控制系统可与测量涡轮机加速度的装置结合。

在步骤360中，方法300可确定涡轮机的当前速度。这里，在本发明的一个实施例中，涡轮机控制系统可与测量涡轮机速度的装置结合。

在步骤365中，方法300可确定涡轮机的加速度的调节偏移。这里，构造成以便确定相位角目标的算法可基于从步骤345-360接收到的数据来确定调节偏移，如之前描述的那样。接下来，方法300可将调节偏移传送到步骤335的涡轮机加速度控制。

在步骤325-340中，方法300可结合由速度回路产生的被偏移的电网速度目标和由相位角回路产生的加速度的调节偏移。这个结合可通过燃料冲程基准(或者称为燃料)的变化来调节涡轮机机器的运行。

在步骤325中，方法300可使用结合了步骤320的该被偏移的速度目标、步骤360的当前速度、步骤330的默认速度目标的算法。在本发明的一个实施例中，如果方法300确定被偏移的速度目标和/或当前速度表现出有误差，就可使用默认速度目标。该算法可确定适当的速度命令，且然后该速度命令可传送到步骤335和340，如图3所示。

在步骤335中，方法300可使用结合了步骤355的该当前加速度、步骤325的速度命令和步骤365的加速度调节偏移的算法。该算法可确定适当的加速度命令，且然后该加速度命令可传送到步骤340，如图3所示。

在步骤340中，方法300可确定涡轮机在起动过程期间将消耗的合适的燃料量。当涡轮机加速到FSNL时，该燃料量可调节涡轮机转子的速度和加速度。这可允许在涡轮机达到同步速度时发生同步。

本发明的实施例可提供许多好处。励磁器接合成以便比目前已知的方法更早地使发电机电压与电网电压匹配。这可确保在达到同步速度匹配时发电机电压是匹配的。

本发明的实施例可采用预测算法和/或模型来预测电网和发电机之间的相位角差。然后，算法调节机器的加速度，旨在在某个时间或机器速度处实现特定的相位差的目标。

如本领域普通技术人员将理解的那样，可进一步选择性地应用以上关于若干个示例性实施例所描述的许多不同的特征和构造，以形成本发明的其它可行的实施例。本领域技术人员将进一步理解到，没有详细提供或论述本发明的所有可行的反复，但是由所附的若干个权利要求或以其它方式包含的所有组合和可行的实施例均意在成为本申请的一部分。另外，根据本发明的若干个示例性实施例的以上描述，本领域技术人员将想到改进、变化和修改。在本领域技术中的这种改进、变化和修改也意在由所附的权利要求书覆盖。另外，将显而易见的是，前述内容仅与本申请的所描述的实施例有关，而且可在本文中作出许多改变和修改，而不偏离由所附的权利要求书及其等效物限定的本申请的精神和范围。

Claims

1.一种减少使涡轮机(100)发电机(145)与电网系统(155)同步的时间的方法(200，300)，所述方法(200，300)包括：

确定电网系统(155)的电压值(205)；其中，发电机(145)与涡轮机(100)结合，并且构造成以便对所述电网系统(155)输出电力；且其中，所述发电机(145)包括发电机磁场；

对所述电压值应用目标偏移(210)；其中，所述目标偏移有助于所述发电机(145)对所述电网系统(155)输送正电压；

调节所述电压值(220)；其中，所述调节提高了所述电压值的精度；

确定所述发电机(145)的电压目标(245)，其中，励磁器(160)将所述电压值转换成所述电压目标；以及

调节(250)所述电压目标，以确定所述电压目标是否在优选范围内；

其中，所述方法(200，300)允许所述励磁器(160)用所述电压目标来对发电机电压调整器进行预调节(245)，以准备在所述涡轮机(100)加速到同步速度时进行同步。

2.根据权利要求1所述的方法(200，300)，其特征在于，所述方法(200，300)进一步包括调节所述涡轮机(100)的速度以准备进行所述同步过程的步骤(325，335，340)，其中，所述步骤包括控制速度回路和相位回路。

3.根据权利要求2所述的方法(200，300)，其特征在于，所述速度回路执行以下步骤：

确定电网速度(305)，其中，所述速度对应于所述电网系统(155)的频率；

对所述电网速度应用速度目标偏移(310)；其中，所述速度目标偏移有助于在所述同步过程开始之前使转子速度与所述电网速度匹配；

调节所述电网速度(320)，以确定所述电网速度是否在优选范围内；以及

基于所述电网速度来产生转子速度命令(320)，其中，所述转子速度命令用来调节所述转子速度。

4.根据权利要求2所述的方法(200，300)，其特征在于，所述相位回路执行以下步骤：

使用目标相位算法(365)来确定转子加速度调节偏移，其中，所述目标相位算法(365)执行以下步骤中的至少一个：

确定所述电网系统(155)和所述发电机(145)之间的相位差(350)；

确定电网速度(305)，其中，所述电网速度对应于所述电网系统(155)的频率；

确定电网加速度(345)；其中，所述电网加速度对应于所述电网系统(155)的频率的加速度；

确定转子速度(360)，其中，所述转子速度对应于所述发电机(145)的转子的频率；以及

确定转子加速度(355)；其中，所述转子加速度对应于所述发电机(145)的所述转子(140)的加速度；

其中，所述转子加速度调节偏移用来调节所述转子加速度。

5.根据权利要求2所述的方法(200，300)，其特征在于，调节所述电压值的步骤(320)进一步包括以下步骤：

确定所述电压值是否在较高的伏每赫兹范围内；

确定所述电压值是否在较低的伏每赫兹范围内；

确定关于所述电压值的数据是否需要滤波过程来减小所述数据之间的不可接受的偏差；以及

确定所述目标偏移是否需要调节。

6.根据权利要求5所述的方法(200，300)，其特征在于，所述方法(200，300)进一步包括确定涡轮机(100)运行许可条件是否得到满足的步骤(225)。

7.根据权利要求6所述的方法(200，300)，其特征在于，所述方法(200，300)进一步包括确定与励磁器接口的通讯是否被保持的步骤(230)。

8.根据权利要求5所述的方法(200，300)，其特征在于，所述方法(200，300)进一步包括将所述发电机电压调整器控制器的所述电压目标传输到所述发电机磁场的控制器的步骤(245，260)。

9.一种减少使涡轮机(100)发电机(145)与电网系统(155)同步的时间的方法(200，300)，所述方法(200，300)包括：

提供与涡轮机(100)结合的发电机(145)，其中，所述发电机(145)构造成以便对电网系统(155)输出电力，并且包括发电机磁场；

控制速度回路，其中，所述速度回路执行以下步骤：

基于所述电网速度来产生转子速度命令(325)，其中，所述转子速度命令用来调节所述转子速度；以及

控制相位回路，其中，所述相位回路执行以下步骤：

使用目标相位算法(365)来确定转子加速度调节偏移，其中，所述目标相位算法执行以下步骤中的至少一个：

确定所述电网系统(155)和所述发电机(145)之间的相位差(350)；

确定转子速度(360)，其中，所述转子速度对应于所述发电机(145)的转子(140)的频率；以及

确定转子加速度(355)；其中，所述转子加速度对应于所述发电机(145)的所述转子(140)的加速度；其中，所述转子加速度调节偏移用来调节所述转子加速度；

其中，所述相位回路调节所述转子(140)的速度和加速度，以允许在所述涡轮机(100)加速到同步速度时进行迅速同步；以及

控制电压回路，其中，所述电压回路执行确定所述发电机磁场的电压目标以准备进行所述同步过程的步骤；其中，所述步骤包括：

确定所述电网系统(155)的电压值(205)；

对所述电压值应用目标偏移(210)；其中，所述目标偏移有助于在同步过程期间对所述电网系统(155)输送正电压；

调节所述电压值(220)，其中，所述调节提高了所述电压值的精度；

调节所述电压目标(245)，以确定所述电压目标是否在优选范围内；

其中，所述电压回路允许所述励磁器(160)用所述电压目标来对发电机电压调整器进行预调节，以准备在所述涡轮机(100)加速到同步速度时进行同步。

10.根据权利要求9所述的方法(200，300)，其特征在于，所述方法(200，300)进一步包括以下步骤：

a.将所述发电机电压调整器的所述电压目标传输到所述发电机磁场的控制器(245，260)；

b.将所述转子加速度调节偏移传输到确定所述转子加速度的控制器(335，340)；以及

c.将所述速度命令传输到确定所述转子速度的控制器(325，340)。