电力系统和用于控制发电机电压的方法技术方案

一种电力系统包括：至少一个同步发电机(101)；信号变换器(102)，该信号变换器用于产生指示发电机电压的幅值的幅值信号；以及控制器(103)。信号变换器和控制器是电压控制回路的部分，该电压控制回路用于基于幅值信号和参考幅值来控制同步发电机的励磁。电压控制回路包括带阻滤波器(104)或另一个信号调理装置，该带阻滤波器或另一个信号调理装置用于抑制与旋转系统的扭转模式振荡对应的频率分量，该旋转系统包括同步发电机的转子和发动机或另一个原动机的旋转部。由此，可以避免电压控制回路维持或者甚至放大扭转模式振荡的不利现象。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电力系统和用于控制发电机电压的方法
本公开总体涉及包括一个或更多个同步发电机的电力系统。更具体地，本公开涉及用于控制同步发电机的励磁(excitation)的方法和用于控制同步发电机的励磁的调压器。此外，本公开涉及一种用于配置电力系统的调压器的计算机程序。
技术介绍
在许多情况下，用于产生电能的电力系统包括被布置为使一个或更多个同步发电机旋转的一个或更多个原动机。每个原动机例如可以为涡轮或诸如柴油机的活塞发动机。对于每个同步发电机，电力系统包括励磁装置，该励磁装置被配置为向考虑中的同步发电机的转子绕组供给励磁电流。励磁装置例如可以为非接触式旋转励磁机或滑环励磁机。每个同步发电机的控制系统包括用于控制励磁装置的调压器。调压器经常被称为自动调压器“AVR”。调压器是电压控制回路的一部分，该电压控制回路用于基于发电机电压的振幅的实际值和参考值控制同步发电机的励磁。同步发电机的控制系统还可以包括电力系统稳定器“PSS”，该PSS与调压器并联以增强电力系统的动态稳定性。电力系统稳定器被示出为在同步发电机或多组同步发电机的瞬时电力关于彼此振荡的阻尼振荡中有效。这些振荡的频率区域例如可以从0.3Hz到2Hz。电力系统稳定器通常包括超前-滞后电路，该超前-滞后电路用于修改指示与同步操作的偏差的信号，例如，指示所测量转速与标称转速的偏差的信号。超前-滞后电路提供以上所提及的振荡的频率区域处的相位超前，由此超前-滞后电路提供该频率区域上的良好相位裕度。因此，电力系统稳定器“PSS”可以被调谐为有效地抑制以上所提及的振荡。然而，以上所描述的种类的控制系统无法免于挑战。一个挑战是电力系统稳定器“PSS”可能对可能发生在旋转系统中的扭转模式振荡的阻尼具有反效果，该旋转系统包括同步发电机的转子和涡轮或另一个原动机的旋转部。在原动机是四冲程活塞发动机的情况下，由于发动机的性质被励磁的最低频率分量是半旋转频率(N/(2×60))，其中，N是如每分钟转数的转速。可能有害的另一个频率是最低自然扭转振荡频率。该自然频率可以通过将同步发电机的转子和原动机的旋转部的组合建模为包括挠性联轴器的二质量系统来估计。在该模型中，以上所提及的自然频率为：其中，KC是挠性联轴器的扭转弹性常数，JG是同步发电机的转子的惯性力矩，并且JM是原动机的旋转部的惯性力矩。公开出版物US4080559描述了一种电力系统稳定器“PSS”包括带阻滤波器的控制系统。带阻滤波器的阻带被布置为覆盖扭转模式振荡的频率区域。带阻滤波器抑制与扭转模式振荡有关的频率分量，因此可以避免电力系统稳定器维持甚至放大扭转模式振荡的不利现象。然而，连同许多电力系统一起，仍然需要用于控制同步发电机的励磁以使得将扭转模式振荡保持在足够低水平的技术。该需要特别存在于船的电力系统和负载变化相对于电力系统的标称功率可能较强的其它小电力系统中。
技术实现思路
下文提出了简化概述以提供各种专利技术实施方式的一些方面的基本理解。该概述不是本专利技术的广泛概观。它既不旨在识别本专利技术的关键或紧要元素，也不旨在描绘本专利技术的范围。以下概述仅以简化形式提出本专利技术的一些概念，作为对示例本专利技术的实施方式的更详细描述的序言。根据本专利技术，提供了一种例如可以但不必须为船的电力系统的新电力系统。根据本专利技术的电力系统包括：-至少一个同步发电机，同步发电机的转子是旋转系统的一部分，以及-控制系统，该控制系统包括：-信号变换器，该信号变换器用于产生指示同步发电机的电压的振幅的幅值信号，以及-控制器，该控制器用于控制连接到同步发电机的励磁装置。信号变换器和控制器是电压控制回路的部分，该电压控制回路用于基于幅值信号和发电机电压的参考幅值控制同步发电机的励磁。电压控制回路还包括信号调理装置，该信号调理装置用于抑制与旋转系统的扭转模式振荡对应且属于预定频率区域的一个或更多个频率分量。在预定频率区域以下或以上的频率分量不受信号调理装置抑制，或者至少被抑制为小于与扭转模式振荡对应的一个或更多个频率分量。由此，在电压控制回路中抑制与扭转模式振荡对应的频率分量，因此可以避免电压控制回路维持或者甚至放大扭转模式振荡的不利现象。信号调理装置的实现可以基于一个或更多个模拟电路、一个或更多个数字信号处理“DSP”电路、或其组合。信号调理装置有利地为具有至少部分覆盖扭转模式振荡的频率区域的阻带的带阻滤波器。带阻滤波器还可以被称为陷波滤波器、带阻滤波器、带除滤波器以及带停滤波器。在根据本专利技术的示例性且非限制性实施方式的电力系统中，控制系统还包括均构成相应稳定控制回路的一部分的一个或更多个电力系统稳定器“PSS”。每个稳定控制回路可以设置有用于抑制与扭转模式振荡对应的频率分量的带阻滤波器或另一个信号调理装置。由此，可以使得控制系统免于将与扭转模式振荡对应的未抑制频率分量连接到同步发电机的励磁的控制回路。根据本专利技术，还提供了一种用于控制同步发电机的励磁的新方法。根据本专利技术的方法包括以下步骤：-产生指示同步发电机的电压的幅值的幅值信号，以及-操作包括以上所描述的种类的信号调理装置(例如，带阻滤波器)的电压控制回路，以便基于幅值信号和电压的参考幅值控制同步发电机的励磁。根据本专利技术，还提供了一种用于控制同步发电机的励磁的新调压器。根据本专利技术的调压器包括：-第一信号接口，该第一信号接口用于接收指示同步发电机的电压的幅值的幅值信号；-第二信号接口，该第二信号接口用于连接到励磁装置，该励磁装置连接到同步发电机；-控制器，该控制器用于构成电压控制回路的一部分，该电压控制回路用于基于幅值信号和电压的参考幅值控制同步发电机的励磁，以及-以上所描述的种类的信号调理装置(例如，带阻滤波器)，该信号调理装置用于构成电压控制回路的另一部分。根据本专利技术的示例性且非限制性实施方式的调压器还包括用于产生以上所提及的幅值信号的信号变换器。在该示例性情况下，以上所提及的第一信号接口是调压器的内部信号接口。根据本专利技术，还提供了一种用于配置电力系统的调压器的新计算机程序。计算机程序包括计算机可执行指令，这些计算机可执行指令用于将调压器的可编程数字信号处理电路配置为构成以上所描述的种类的信号调理装置(例如，带阻滤波器)，该信号调理装置是用于基于幅值信号和参考幅值控制同步发电机的励磁的电压控制回路的一部分，其中，幅值信号指示同步发电机的电压的幅值。根据本专利技术，还提供了一种新计算机程序产品。该计算机程序产品包括编码有根据本专利技术的计算机程序的非易失性计算机可读介质(例如，光盘“CD”)。所附从属权利要求中描述了本专利技术的若干示例性且非限制性实施方式。关于构造和操作方法的本专利技术的各种示例性且非限制性实施方式连同其另外目的和优点一起将在关于附图阅读时从具体示例性且非限制性实施方式的以下描述来最佳地理解。动词“包括”在该文献中用作既不排除也不需要未列特征的存在的开放限制。从属权利要求中所列的特征可互相自由组合，除非另外明确陈述。此外，应理解，“一”或“一个”(即，单数形式)贯穿该文献的使用不排除复数。附图说明以下在示例的意义上且参照附图更详细地说明本专利技术的示例性且非限制性实施方式及其优点，附图中：图1a例示了根据本专利技术的示例性且非限制性实施方式的电力系统；图1b示出了出现在图1a所例示的电力系统的电压控制回路中的示例性信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力系统，所述电力系统包括：‑至少一个同步发电机(101)，所述同步发电机的转子是旋转系统的一部分，‑信号变换器(102)，所述信号变换器用于产生指示所述同步发电机的电压的幅值的幅值信号，以及‑控制器(103)，所述控制器用于控制连接到所述同步发电机的励磁装置，其中，所述信号变换器和所述控制器是电压控制回路的部分，所述电压控制回路用于基于所述幅值信号和所述电压的参考幅值来控制所述同步发电机的励磁，其特征在于，所述电压控制回路包括带阻滤波器(104、304)，所述带阻滤波器具有至少部分覆盖所述旋转系统的扭转模式振荡的频率区域的阻带。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电力系统，所述电力系统包括：-至少一个同步发电机(101)，所述同步发电机的转子是旋转系统的一部分，-信号变换器(102)，所述信号变换器用于产生指示所述同步发电机的电压的幅值的幅值信号，以及-控制器(103)，所述控制器用于控制连接到所述同步发电机的励磁装置，其中，所述信号变换器和所述控制器是电压控制回路的部分，所述电压控制回路用于基于所述幅值信号和所述电压的参考幅值来控制所述同步发电机的励磁，其特征在于，所述电压控制回路包括带阻滤波器(104、304)，所述带阻滤波器具有至少部分覆盖所述旋转系统的扭转模式振荡的频率区域的阻带。2.根据权利要求1所述的电力系统，其中，所述带阻滤波器的所述阻带的下转角频率在从fs/2p的30％到70％的范围内，并且所述带阻滤波器的所述阻带的上转角频率在从fs/2p的80％到150％的范围内，fs是所述同步发电机的所述电压的标称频率，并且p是所述同步发电机的极对的数量。3.根据权利要求1或2所述的电力系统，其中，所述带阻滤波器包括用于实现可变频率响应的一个或更多个可控组件。4.根据权利要求3所述的电力系统，其中，所述电力系统还包括处理系统(205)，所述处理系统用于计算所述幅值信号的频谱并且用于将所述带阻滤波器设置为抑制属于所述频谱的预定频带的一个或更多个峰值。5.根据权利要求4所述的电力系统，其中：-所述带阻滤波器的所述一个或更多个可控元件适于在所述带阻滤波器的所述频率响应上形成一个或更多个可变传输零点，并且-所述处理系统被配置为将所述带阻滤波器设置为在与所述频谱的所述一个或更多个峰值对应的一个或更多个频率处形成所述一个或更多个可变传输零点。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的电力系统，其中，所述电力系统还包括在所述电压控制回路上的低通滤波器(206)。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的电力系统，其中：-所述电力系统还包括一个或更多个电力系统稳定器(207、307)，每个电力系统稳定器包括超前-滞后电路，并且-所述控制器(103)构成一个或更多个稳定控制回路的一部分，每个稳定控制回路包括所述电力系统稳定器中的一个并且被配置为基于指示与同步操作的偏差的信息来控制所述同步发电机的所述励磁。8.根据权利要求7所述的电力系统，其中，所述电力系统稳定器中的至少一个包括带阻滤波器(204)，所述带阻滤波器具有至少部分覆盖所述旋转系统的所述扭转模式振荡的所述频率区域的阻带。9.根据权利要求7至8中的任一项所述的电力系统，其中，所述电力系统稳定器中的第一个被配置为增大所述同步发电机的同步转矩，并且所述电力系统稳定器中的第二个被配置为增大所述同步发电机的制动转矩。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的电力系统，其中，所述电力系统是船的电力系统。11.一种用于控制同步发电机的励磁的方法，所述方法包括以下步骤：-产生(501)指示所述同步发电机的电压的幅值的幅值信号，以及-操作(502)电压控制回路，所述电压控制回路用于基于所述幅值信号和所述电压的参考幅值控制所述同步发电机的所述励磁，其特征在于，所述电压控制回路包括带阻滤波器，所述带阻滤波器具有至少部分覆盖包括所述同步发电机的转子的旋转系统的扭转模式振荡的频率区域的阻带。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述带阻滤波器的所述阻带的下转角频率在从fs/2p的30％到70％的范围内，并且所述带阻滤波器的所述阻带的上转角频率在从fs/2p的80％到150％的范围内，fs是所述同步发电机的所述电压的标称频率，并且p是所述同步发电机的极对的数量。13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：通过改变所述带阻滤波器的一个或更多个可控组件的设置调谐所述带阻滤波器。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤姆·凯丝，阿里·赛科宁，
申请(专利权)人：瓦锡兰芬兰有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰,FI