使用不一致的负载不平衡响应的发电厂制造技术

一种控制发电厂中的不平衡响应的方法(110)，该发电厂包括第一燃气涡轮发动机和第二燃气涡轮发动机以及被由来自第一燃气涡轮发动机和第二燃气涡轮发动机的废气所生成的蒸汽驱动的蒸汽涡轮，该方法可以包括：在第一电力输出下操作第一燃气涡轮发动机(116A)；在第二电力输出下操作第二燃气涡轮发动机(116B)；监测来自在稳态条件下操作的电网的负载需求(114)；检测在电网上的导致与稳态条件的偏离的负载不平衡(120)；以及根据第一燃气涡轮发动机和第二燃气涡轮发动机的同生效率状态，在不平衡响应期间不一致地调节第一电力输出和第二电力输出(128)来改变第一电力输出和第二电力输出以匹配与稳态条件的偏离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用不一致的负载不平衡响应的发电厂
该文件总体上但非通过限制的方式涉及包括燃气涡轮发动机的发电厂。更具体地，但非通过限制的方式，本申请涉及用于对变化的电网条件具有负载不平衡响应的发电厂的控制系统。
技术介绍
发电厂通常向分布式网络内的电网系统供应电力，在分布式网络中以恒定的幅度或幅值提供电压。管理电网系统来例如以诸如60赫兹(Hz)的控制频率保持频率调节，使得频率幅值和电压幅值在宽范围的电力输入和负载条件内保持稳定性。每个发电厂可以使用能够与控制频率一致的受控频率来向电网系统单独地提供电力。换言之，期望每个发电厂贡献电力以满足需求，使得电网系统以期望的频率调节程度例如以控制频率进行操作。电网系统上的典型负载将不会改变到足以使系统频率从控制频率改变。然而，当电网系统上的负载充分改变时，例如在负载不平衡事件期间，系统频率将从控制频率改变。例如，当电网系统突然变得负载重时，系统频率将下降，因为每个发电厂相应地变得负载更重。即，在每个发电机上的另外的负载将导致发电机减速。同步发电机的频率由等式[1]控制。在等式[1]中，F是以赫兹(Hz)为单位的频率，P是发电机中的极数，以及N是以每分钟转数(RPM)为单位的发电机的速度。一些发电厂将燃气涡轮发动机作为原动机操作以操作发电机。为了产生电网系统所需的另外的电力，用于每个发电厂的控制系统可以根据与规定的“下垂响应”相对应的预先确定的时间表向燃气涡轮发动机燃烧室提供另外的燃料。当向电网系统提供另外的电力以适应增加的电力需求时，驱动发电机的原动机的速度(N)(例如燃气涡轮发动机的旋转轴速度)和电网频率将增加回至可以与控制频率相对应的期望的系统频率(F)。为了分配在负载不平衡事件期间强加于电网系统的另外的需求，发电厂控制系统在常规响应计划下操作。例如，每个发电机将通过将其输出增加固定的量来响应于控制频率的百分比下降。这通常被称为“下垂响应”。下垂响应可以被描述为100％调速器动作的设计速度的变化。对于4％的下垂响应，控制频率每下降1％，发电机将使电力输出增加25％。因此，与例如典型的4％下垂响应相比，较大或较鲁棒的下垂响应水平包括较小的下垂响应百分比。同样地，与例如典型的4％下垂响应相比，较小或较不鲁棒的下垂响应水平包括较大的下垂响应百分比。下垂响应通常由北美电力可靠性公司(NERC)管制，使得所有发电厂以相同的方式响应负载不平衡。在Yannone等人的美国专利第4,305,129号、Piyabongkarn等人的美国专利第9,472,954号、以及Gülen的美国公开第2012/0317973号中描述了控制发电厂中的电力生产的示例。
技术实现思路
除其他事项外，本专利技术人已经认识到要解决的问题可以包括强加于电网系统内的各个发电厂以及发电厂内的各个发电机的低效下垂响应。例如，通常期望电网系统中的每个发电厂和发电厂内的每个发电机在负载不平衡事件期间提供相同的下垂响应。例如，由于发电厂与发电机之间的操作、电气、管理、生产、机械、经济以及金融的差异，统一的下垂响应会导致发电厂水平和单个发电机水平下的效率低下。本主题可以例如通过以下操作帮助提供对该问题和其他问题的解决方案，该操作通过如下来增加下垂响应效率：允许发电厂内的发电机基于例如与每个发电机相关联的机械操作效率、维护历史、合同义务和金融义务中的一种或更多种对具有不同下垂响应的负载不平衡事件作出不同反应。可以通过允许发电厂内的发电机具有不同的不平衡响应以利用发电机之间的上述电气、机械、金融等的差异来增加下垂响应效率。在示例中，一种控制包括第一燃气涡轮发动机、第二燃气涡轮发动机以及被由来自第一燃气涡轮发动机和第二燃气涡轮发动机的废气所生成的蒸汽驱动的蒸汽涡轮的发电厂中的不平衡响应的方法可以包括：在第一电力输出下操作第一燃气涡轮发动机；在第二电力输出下操作第二燃气涡轮发动机；监测来自在稳态条件下操作的电网的负载需求；检测在电网上的导致与稳态条件的偏离的负载不平衡；以及根据第一燃气涡轮发动机和第二燃气涡轮发动机的同生效率状态，在不平衡响应期间不一致地调节第一电力输出和第二电力输出来改变第一电力输出和第二电力输出以匹配与稳态条件的偏离。在另一示例中，一种响应于电网的变化的条件而控制发电厂操作的方法可以包括：相对于控制频率监测电网的操作频率；以控制频率操作第一燃气涡轮和第二燃气涡轮来提供总电力输出以满足稳态操作条件下的电力需求，其中，在稳态操作条件下，第一燃气涡轮的第一电力输出和第二燃气涡轮的第二电力输出相等；检测来自电网的负载不平衡，在负载不平衡下操作频率和控制频率不同；以及操作第一燃气涡轮和第二燃气涡轮以提供不平衡响应，其中，与第一燃气涡轮和第二燃气涡轮在负载不平衡期间的一致的电力输出响应相比，第一电力输出和第二电力输出不一致使得发电厂进行操作以在负载不平衡期间增大操作效率。在另外的示例中，用于操作发电厂的控制系统可以包括：第一发动机控制器，其用于控制向第一发电机提供动力的第一燃气涡轮发动机中的第一燃烧过程；第二发动机控制器，其用于控制向第二发电机提供动力的第二燃气涡轮发动机中的第二燃烧过程；以及发电厂控制器，其包括：燃气涡轮接口，该燃气涡轮接口用于向第一发动机控制器和第二发动机控制器提供控制输入信号，以控制第一发电机和第二发电机的输出；电网接口，该电网接口用于接收电网将以其被操作的控制频率、用于响应于电网上的负载不平衡的下垂响应指令和电网的当前操作频率；以及存储器，该存储器存储有第一燃气涡轮发动机和第二燃气涡轮发动机的效率数据，其中，发电厂控制器被配置成响应于当前操作频率偏离控制频率而基于效率数据不一致地向第一发动机控制器和第二发动机控制器提供控制输入信号，以便满足下垂响应指令。该概述旨在提供本专利申请的主题的概述。其不旨在提供本专利技术的排他性的或详尽的说明。详细描述被包括以提供关于本专利申请的更多信息。附图说明图1是示出包括向分布式电网网络提供输出的多个发电厂内的多个发电机组的电力系统的示意图。图2是示出图1的发电厂之一的发电机组相对于操作电力输出的效率的曲线图。图3是示出图1的发电厂之一的发电机组的维护时间表的图表。图4A和图4B是分别示出本申请的常规下垂响应和不一致的下垂响应的曲线图。图5A和图5B是分别示出本申请的常规负载响应和不一致的负载响应的曲线图。图6是示出用于操作图1的电力系统和发电厂的控制器的部件的示意图。图7是示出用于为发电厂的燃气涡轮发动机提供不一致的下垂响应和负载不平衡响应的方法的步骤的线图。在不一定按比例绘制的附图中，相似附图标记可以描述不同视图中的相似部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图通过示例的方式而非通过限制的方式总体上示出了本文件中讨论的各种实施方式。具体实施方式图1是示出向分布式电网网络(DGN)或“电网”14提供电力的发电厂12A、发电厂12B和发电厂12C的电力系统10的示意图，电力系统10可以包括控制器15。第一发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制发电厂中的不平衡响应的方法，所述发电厂包括第一燃气涡轮发动机、第二燃气涡轮发动机以及被由来自所述第一燃气涡轮发动机和所述第二燃气涡轮发动机的废气所生成的蒸汽驱动的蒸汽涡轮，所述方法包括：/n在第一电力输出下操作所述第一燃气涡轮发动机；/n在第二电力输出下操作所述第二燃气涡轮发动机；/n监测来自在稳态条件下操作的电网的负载需求；/n检测所述电网上的导致与所述稳态条件的偏离的负载不平衡；以及/n在所述不平衡响应期间不一致地调节所述第一电力输出和所述第二电力输出来改变所述第一电力输出和所述第二电力输出以匹配与所述稳态条件的偏离，不一致取决于所述第一燃气涡轮发动机和所述第二燃气涡轮发动机的同生效率状态。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种控制发电厂中的不平衡响应的方法，所述发电厂包括第一燃气涡轮发动机、第二燃气涡轮发动机以及被由来自所述第一燃气涡轮发动机和所述第二燃气涡轮发动机的废气所生成的蒸汽驱动的蒸汽涡轮，所述方法包括：
在第一电力输出下操作所述第一燃气涡轮发动机；
在第二电力输出下操作所述第二燃气涡轮发动机；
监测来自在稳态条件下操作的电网的负载需求；
检测所述电网上的导致与所述稳态条件的偏离的负载不平衡；以及
在所述不平衡响应期间不一致地调节所述第一电力输出和所述第二电力输出来改变所述第一电力输出和所述第二电力输出以匹配与所述稳态条件的偏离，不一致取决于所述第一燃气涡轮发动机和所述第二燃气涡轮发动机的同生效率状态。


2.根据权利要求1所述的方法，其中：
操作所述第一燃气涡轮发动机包括以第一速度操作所述第一燃气涡轮发动机；
操作所述第二燃气涡轮发动机包括以第二速度操作所述第二燃气涡轮发动机；
所述稳态操作条件包括控制频率；并且
所述第一速度和所述第二速度被配置成在所述稳态操作条件下以所述控制频率进行操作。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述负载不平衡包括与所述控制频率的偏离。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述不平衡响应包括调节所述第一电力输出和所述第二电力输出以减小所述偏离。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述不平衡响应持续有期限的转变时段。


6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述不平衡响应包括以下中的任一者：
在负载下降条件下，更快速地减小所述第一燃气涡轮和所述第二燃气涡轮中的效率较低的燃气涡轮上的电力输出；或者
在负载上升条件下，更快速地增加所述第一燃气涡轮和所述第二燃气涡轮中的效率较高的燃气涡轮上的电力输出。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述不平衡响应产生新的稳态条件。


8.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述第一燃气涡轮发动机在所述同生效率状态下具有第一生产效率；
所述第二燃气涡轮发动机在所述稳态条件下具有第二生产效率；并且
响应于所述第一生产效率大于所述第二生产效率，调节所述第一电力输出以提供更多的不平衡响应。


9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述生产效率包括用于产生电力的燃料的使用。


10.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述第一燃气涡轮发动机具有第一经济效率；
所述第二燃气涡轮发动机具有第二经济效率；并且
响应于所述第一经济效率大于所述第二经济效率，调节所述第一电力输出以提供更多的不平衡响应。


11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述经济效率包括用于提供维护的资产支出。


12.一种响应于电网的变化的条件而控制发电厂操作的方法，所述方法包括：
相对于控制频率监测所述电网的操作频率；
以所述控制频率操作第一燃气涡轮和第二燃气涡轮来提供总电力输出以满足稳态操作条件下的电力需求，其中，在稳态操作条件下，所述第一燃气涡轮的第一电力输出和所述第二燃气涡轮的第二电力输出相等；
检测来自所述电网的负载不平衡，在所述负载不平衡下所述操作频率和所述控制频率不同；以及
操作所述第一燃气涡轮和所述第二燃气涡轮以提供不平衡响应，其中，与所述第一燃气涡轮和所述第二燃气涡轮在所述负载不平衡期间的一致的不平衡响应相比，所述第一电力输出和所述第二电力输出不一致使得...

【专利技术属性】
技术研发人员：莉萨·巴奇史密斯，
申请(专利权)人：三菱日立动力系统美洲股份有限公司，三菱日立电力系统株式会社，
类型：发明
国别省市：美国;US