專利名稱：帶功率電網(wǎng)的整體壓縮機(jī)－渦輪機(jī)－電機(jī)鏈的控制的制作方法
背景技術(shù)：
壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈為公知的技術(shù)。在一個(gè)典型的壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈中，壓縮機(jī)從共用一個(gè)傳動(dòng)軸的電機(jī)和渦輪機(jī)中得到動(dòng)力。壓縮機(jī)的動(dòng)力來(lái)源于渦輪機(jī)和電機(jī)的凈輸出。電機(jī)通過(guò)一個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)和電網(wǎng)相連。在電接口中通過(guò)電力連接與電網(wǎng)交換有用功功率(real power)和無(wú)用功功率(reactive power)。電網(wǎng)的電壓和頻率是傳動(dòng)系統(tǒng)吸引的有用功功率和無(wú)用功功率的函數(shù)。如果渦輪機(jī)的能力超出了渦輪機(jī)的負(fù)載，那么電機(jī)也可以充當(dāng)一個(gè)發(fā)電機(jī)將動(dòng)力傳遞到電網(wǎng)中。
在正常工作時(shí)一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程控制器提供一個(gè)命令給壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)整渦輪機(jī)控制的速度參考來(lái)保持一定的壓力比。渦輪機(jī)的速度的調(diào)節(jié)是通過(guò)渦輪機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)完成的。當(dāng)渦輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，調(diào)整燃料流來(lái)改變渦輪機(jī)的動(dòng)力和調(diào)節(jié)速度。傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出命令使電機(jī)補(bǔ)償一個(gè)與渦輪機(jī)不相匹配的轉(zhuǎn)矩差。當(dāng)渦輪機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，傳動(dòng)系統(tǒng)利用從渦輪機(jī)控制系統(tǒng)傳遞而來(lái)的速度命令來(lái)執(zhí)行調(diào)節(jié)速度的功能。一般的情況是，由渦輪機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)管理協(xié)調(diào)并且向傳動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)出命令。
當(dāng)前的系統(tǒng)中，負(fù)載的大小由壓縮機(jī)和渦輪機(jī)運(yùn)行情況來(lái)決定，而沒(méi)有來(lái)自電網(wǎng)操作系統(tǒng)或其它裝置的反饋控制或自動(dòng)控制來(lái)幫助穩(wěn)定電網(wǎng)。壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈系統(tǒng)不能對(duì)電網(wǎng)的變化進(jìn)行快速響應(yīng)，而這些變化是由于電力故障、甩負(fù)荷或動(dòng)力突然缺失而產(chǎn)生的。
因此，我們所需是一個(gè)用于壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈的控制系統(tǒng)，其中通過(guò)自動(dòng)控制來(lái)調(diào)整與電網(wǎng)的電接口，由此輔助功率電網(wǎng)的操作。這樣一個(gè)控制系統(tǒng)能夠用來(lái)對(duì)渦輪機(jī)和壓縮機(jī)負(fù)荷之間的有用功功率的平衡的任何微小的變化進(jìn)行杠桿調(diào)節(jié)(leverage)，從而幫助調(diào)節(jié)電網(wǎng)頻率，同時(shí)也可以利用電機(jī)傳動(dòng)的反應(yīng)式控制(reactive control)能力來(lái)輔助調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例包括一種控制壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈的方法，該方法包括接收一個(gè)來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程控制器的控制信號(hào)；接收一個(gè)與電網(wǎng)控制器相關(guān)的功率參考信號(hào)；接收一個(gè)指示電網(wǎng)狀態(tài)的反饋信號(hào)；以及調(diào)整壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈的工作參數(shù)，來(lái)穩(wěn)定電網(wǎng)的頻率和電壓中的至少一個(gè)。
本發(fā)明實(shí)施例還包括一個(gè)壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)電網(wǎng)管理系統(tǒng)，運(yùn)用來(lái)接收一個(gè)與電網(wǎng)相關(guān)的功率參考信號(hào)，接收一個(gè)指示電網(wǎng)狀態(tài)的反饋信號(hào)，并且輸出一個(gè)或者多個(gè)命令信號(hào)；該系統(tǒng)還包括一個(gè)壓縮機(jī)控制系統(tǒng)，其中，壓縮機(jī)控制系統(tǒng)接收來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程控制器的控制信號(hào)，接收一個(gè)或者多個(gè)命令信號(hào)，并且輸出一個(gè)速度控制信號(hào)；該系統(tǒng)還包括一個(gè)渦輪機(jī)控制系統(tǒng)，所述渦輪機(jī)控制系統(tǒng)接收速度控制信號(hào)，接收一個(gè)或者多個(gè)命令信號(hào)，并且輸出傳動(dòng)命令信號(hào)；該系統(tǒng)還包括一個(gè)傳動(dòng)控制系統(tǒng)，其中傳動(dòng)控制系統(tǒng)接收傳動(dòng)命令信號(hào)和接收一個(gè)或者多個(gè)所述命令信號(hào)。
本發(fā)明的實(shí)施例包括一種控制壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈的方法，該方法包括接收一個(gè)來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程控制器的控制信號(hào)的裝置；接收一個(gè)與電網(wǎng)相關(guān)的功率參考信號(hào)裝置；接收一個(gè)指示電網(wǎng)狀態(tài)的反饋信號(hào)的裝置；以及調(diào)整壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈的工作參數(shù)，來(lái)穩(wěn)定電網(wǎng)的頻率和電壓中的至少一個(gè)的裝置。


參考附圖閱讀以下對(duì)發(fā)明的具體描敘，將更容易理解本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1為一個(gè)壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈的結(jié)構(gòu)方塊圖；圖2為一個(gè)壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈控制系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)施例的控制圖；圖3為一個(gè)渦輪機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)施例的方塊圖；圖4為一個(gè)傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩邏輯控制模塊的一個(gè)具體實(shí)施例的方塊圖；圖5為一個(gè)頻率和電壓控制模塊的一個(gè)具體實(shí)施例的方塊圖；圖6為一個(gè)電壓控制模塊的一個(gè)具體實(shí)施例的方塊圖；圖7是與具有圖2所示的控制系統(tǒng)以及不具有所述系統(tǒng)的壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈相對(duì)應(yīng)的一組示例性的波型；圖8是與具有圖2所示的控制系統(tǒng)的壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈在具有和不具有負(fù)載調(diào)節(jié)功能的情況下相對(duì)應(yīng)的一組示例性波形型。
具體實(shí)施例方式
圖1為一個(gè)壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈10的一個(gè)具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)的方塊圖，其中壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈的控制系統(tǒng)30控制壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈，圖2描敘了所述控制系統(tǒng)的具體方式。壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈10包括一個(gè)壓縮機(jī)12，一個(gè)電機(jī)14，一個(gè)渦輪機(jī)16，一個(gè)傳動(dòng)裝置18，一個(gè)軸20。渦輪機(jī)16和電機(jī)14通過(guò)軸20相連。壓縮機(jī)12也通過(guò)軸20和電機(jī)14相連。電機(jī)14通過(guò)傳動(dòng)裝置18和電網(wǎng)22相連。傳動(dòng)裝置18在電網(wǎng)22和電機(jī)14之間交換有用功功率或無(wú)用功功率。電網(wǎng)22的電壓和頻率是傳動(dòng)裝置18所吸收或者提供的有用功功率和無(wú)用功功率的函數(shù)。壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈10針對(duì)頻率和電壓的快速和穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)來(lái)穩(wěn)定電網(wǎng)。然而應(yīng)該知道，利用壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈10，可以具有到該過(guò)程的耦合。理想的是，這種耦合能夠防止斷裂并且將對(duì)裝置的生產(chǎn)率的影響限制到可以接受的范圍內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈10系統(tǒng)中不同的部件的運(yùn)行用來(lái)方便的控制穩(wěn)定電網(wǎng)22。也就是說(shuō)，對(duì)渦輪機(jī)和壓縮機(jī)負(fù)載間的有用功功率的任何微小變化進(jìn)行杠桿調(diào)節(jié)，以加強(qiáng)電網(wǎng)頻率的調(diào)整，同時(shí)也利用電機(jī)傳動(dòng)的反饋控制能力來(lái)提高電網(wǎng)電壓的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈10的工作參數(shù)可以影響電網(wǎng)22的運(yùn)行，這些參數(shù)包括(但是不限于)進(jìn)入渦輪機(jī)16的燃料流、渦輪機(jī)16的存儲(chǔ)能量、壓縮機(jī)12的存儲(chǔ)能量和由壓縮機(jī)12供應(yīng)給該過(guò)程的能量。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈控制系統(tǒng)30對(duì)電網(wǎng)22電壓和/或頻率的改變作出反應(yīng)，可以調(diào)節(jié)燃料流，從而調(diào)節(jié)渦輪機(jī)16的功率輸出，同時(shí)保持軸20的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速幾乎不變。在可選的另一個(gè)實(shí)施例中，壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈控制系統(tǒng)30對(duì)電網(wǎng)22電壓和/或頻率的改變作出反應(yīng)，可以改變壓縮機(jī)12的速度，以及對(duì)渦輪機(jī)16和壓縮機(jī)12存儲(chǔ)的能量進(jìn)行杠桿調(diào)節(jié)。
在實(shí)施例中，如圖2所示，一個(gè)壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈控制系統(tǒng)30可以包括(但不限于)一個(gè)壓縮機(jī)控制系統(tǒng)40，一個(gè)渦輪機(jī)控制系統(tǒng)50，一個(gè)傳動(dòng)控制系統(tǒng)60，電網(wǎng)管理系統(tǒng)90。壓縮機(jī)控制系統(tǒng)40接收一個(gè)或多個(gè)來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程控制器和電網(wǎng)管理系統(tǒng)90的輸入信號(hào)。壓縮機(jī)控制系統(tǒng)40作為輸出產(chǎn)生理想速度命令。渦輪機(jī)控制系統(tǒng)50接收一個(gè)或者多個(gè)來(lái)自壓縮機(jī)控制系統(tǒng)40和電網(wǎng)管理系統(tǒng)90的輸入信號(hào)。渦輪機(jī)控制系統(tǒng)50作為輸出產(chǎn)生直接到達(dá)傳動(dòng)控制系統(tǒng)60的理想速度和轉(zhuǎn)矩命令。傳動(dòng)控制系統(tǒng)60接收一個(gè)或多個(gè)來(lái)自渦輪機(jī)控制系統(tǒng)50和電網(wǎng)管理系統(tǒng)90的輸入信號(hào)。電網(wǎng)管理系統(tǒng)90接收一個(gè)或多個(gè)來(lái)自電網(wǎng)控制器和電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器92的輸入信號(hào)。電網(wǎng)管理系統(tǒng)90作為輸出產(chǎn)生理想有用功功率和無(wú)用功功率的命令。
在實(shí)施例中，壓縮機(jī)控制系統(tǒng)40包括壓力比調(diào)整器功能塊42，用來(lái)通過(guò)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)12的速度來(lái)改變壓縮機(jī)12的壓力比。更進(jìn)一步，在另外一個(gè)實(shí)施例中，壓縮機(jī)控制系統(tǒng)40還可以包括負(fù)載調(diào)制器功能塊44，用來(lái)根據(jù)功率控制命令來(lái)改變壓縮機(jī)12的速度。壓縮機(jī)控制系統(tǒng)40響應(yīng)負(fù)載調(diào)制器功能塊44而傳遞一個(gè)或多個(gè)信號(hào)到渦輪機(jī)控制系統(tǒng)50中，來(lái)設(shè)置或調(diào)節(jié)渦輪機(jī)16的速度。
在一個(gè)實(shí)施例中，壓縮機(jī)控制系統(tǒng)40接收來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程控制器的一個(gè)壓力比參考信號(hào)45(以下稱為Pressure_Ratio_Ref 45)，該信號(hào)45表示壓縮機(jī)12的理想壓力比。壓縮機(jī)控制系統(tǒng)40產(chǎn)生并傳遞一個(gè)速度參考信號(hào)41(以下稱為Spd_Ref信號(hào)41)到渦輪機(jī)控制系統(tǒng)50中，該信號(hào)41表示渦輪機(jī)16的理想速度。另外，壓縮機(jī)控制系統(tǒng)40還可以產(chǎn)生并傳遞速度改變信號(hào)43(以下稱為dSpdPC 43)來(lái)命令調(diào)整渦輪機(jī)16的速度，該信號(hào)43表示渦輪機(jī)16的理想速度變量。壓縮機(jī)控制系統(tǒng)40也可以接受一個(gè)功率改變控制命令信號(hào)71(以下稱為dPC_Cmd 71)，該信號(hào)71表示壓縮機(jī)功率的改變量。負(fù)載調(diào)制器功能塊44通過(guò)dSpdPC信號(hào)43和Spd_Ref信號(hào)41的使用，響應(yīng)dPC_Cmmd信號(hào)71來(lái)保持所要求的渦輪機(jī)的速度。
繼續(xù)參看圖3，實(shí)施例中，渦輪機(jī)控制系統(tǒng)50包括速度調(diào)節(jié)器功能塊52，用來(lái)設(shè)置或調(diào)整渦輪機(jī)16的速度。渦輪機(jī)控制系統(tǒng)50也包括一個(gè)功率前饋功能塊54，用來(lái)調(diào)節(jié)渦輪機(jī)16的功率輸出而無(wú)需改變軸20的旋轉(zhuǎn)速度。渦輪機(jī)控制系統(tǒng)50也可以接收一個(gè)或者多個(gè)來(lái)自壓縮機(jī)控制系統(tǒng)40的信號(hào)，該信號(hào)表示渦輪機(jī)16速度。渦輪機(jī)控制系統(tǒng)50可以傳遞一個(gè)或者多個(gè)信號(hào)到傳動(dòng)控制系統(tǒng)60中，該信號(hào)表示驅(qū)動(dòng)裝置18的理想速度或者轉(zhuǎn)矩和運(yùn)轉(zhuǎn)模式。在另外一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)渦輪機(jī)16運(yùn)轉(zhuǎn)在其極限上時(shí)，渦輪機(jī)控制系統(tǒng)50也可以傳遞一個(gè)速度命令信號(hào)到傳動(dòng)控制系統(tǒng)60中，當(dāng)渦輪機(jī)16的運(yùn)轉(zhuǎn)不在其極限上時(shí)，渦輪機(jī)控制系統(tǒng)50發(fā)出一個(gè)轉(zhuǎn)矩命令信號(hào)。
圖3描敘了渦輪機(jī)控制系統(tǒng)50的實(shí)施例。速度調(diào)節(jié)器功能塊52接收指示出渦輪機(jī)16的理想額定速度的Spd_Ref信號(hào)41，和接受一個(gè)指示出渦輪機(jī)16的理想調(diào)整量的dSpdPC 43信號(hào)，所述調(diào)整是從額定速度Spd_Ref信號(hào)41而來(lái)的。功率前饋功能塊44響應(yīng)一個(gè)有用功功率命令信號(hào)73(以下稱Pe_Cmd信號(hào)73)，發(fā)出命令調(diào)節(jié)渦輪機(jī)16的功率輸出而無(wú)需改變軸20的旋轉(zhuǎn)速度。渦輪機(jī)控制系統(tǒng)50通過(guò)功率前饋功能塊54和速度調(diào)節(jié)功能塊52產(chǎn)生并傳遞一個(gè)或多個(gè)傳動(dòng)命令信號(hào)。傳動(dòng)命令信號(hào)包括(并不局限于)指示出電機(jī)14速度的一個(gè)速度命令信號(hào)51(以下稱Spd_Cmd信號(hào)51)，指示出傳動(dòng)裝置18和電機(jī)14理想的轉(zhuǎn)矩的一個(gè)轉(zhuǎn)矩命令信號(hào)53(以下稱Trq_Cmd信號(hào)53)，指示出傳動(dòng)裝置18的模式的一個(gè)傳動(dòng)模式信號(hào)55(以下稱Drv_Mode信號(hào)55)。
現(xiàn)在參看圖4，為一個(gè)傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩邏輯控制模塊56的具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)塊狀圖。傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制模塊接收速度誤差信號(hào)55(以下稱為Spd_Err信號(hào)55)、Spd_Ref信號(hào)41、Pe_Cmd信號(hào)73和渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)57。傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩邏輯控制模塊響應(yīng)Spd_Err信號(hào)55、Spd_Ref信號(hào)41、Pe_Cmd信號(hào)73和渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)57，形成并傳遞Trq_Cmd信號(hào)53，該信號(hào)指示出傳動(dòng)裝置18和電機(jī)14的理想轉(zhuǎn)矩。
繼續(xù)參看圖2，在實(shí)施例中，傳動(dòng)控制系統(tǒng)60包括一個(gè)反應(yīng)電流調(diào)節(jié)器功能塊66，它能夠調(diào)節(jié)與電網(wǎng)22交換的無(wú)用功功率。傳動(dòng)控制系統(tǒng)60還包括一個(gè)速度調(diào)節(jié)器功能塊62，能夠基于Spd_Cmd信號(hào)51調(diào)節(jié)電機(jī)14的速度，和一個(gè)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器功能塊64，能夠基于Trq_Cmd信號(hào)53調(diào)節(jié)電機(jī)14的轉(zhuǎn)矩。傳動(dòng)控制系統(tǒng)60可以利用無(wú)用功功率命令信號(hào)81(以下稱為Qe_Cmd信號(hào)81)，來(lái)控制反應(yīng)電流調(diào)節(jié)器功能塊66。傳動(dòng)控制系統(tǒng)60接收一個(gè)或多個(gè)包括Spd_Cmd信號(hào)51、Trq_Cmd信號(hào)53、Drv_Mode信號(hào)55的輸入信號(hào)，它們分別用來(lái)控制傳動(dòng)裝置18的速度、轉(zhuǎn)矩、工作模式。傳動(dòng)控制系統(tǒng)60響應(yīng)Drv_Mode信號(hào)55，來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)裝置18的工作模式。
壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈控制系統(tǒng)30包括一個(gè)電網(wǎng)管理系統(tǒng)90，該電網(wǎng)管理系統(tǒng)90使壓縮機(jī)控制模塊30、渦輪機(jī)控制模塊50、傳動(dòng)控制系統(tǒng)60與電網(wǎng)22交互。在一個(gè)實(shí)施例中，電網(wǎng)管理系統(tǒng)90可以包括一個(gè)頻率和功率控制模塊70、～個(gè)電壓控制模塊80和一個(gè)或多個(gè)電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器92。電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器92與電網(wǎng)22相連并能傳遞一個(gè)或多個(gè)反饋信號(hào)。電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器92監(jiān)視電網(wǎng)22的電壓和頻率。此外，電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器92可以監(jiān)視與電網(wǎng)22交換的有用功功率和無(wú)用功功率的大小。頻率和功率控制模塊70和電壓控制模塊80將在以下進(jìn)行詳細(xì)討論。
在一個(gè)電網(wǎng)管理系統(tǒng)90的實(shí)施例中，電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器92傳遞一個(gè)或多個(gè)反饋信號(hào)，這些反饋信號(hào)包括Pe_Fbk 77、一個(gè)頻率反饋信號(hào)79(以下稱為Freq_Fbk信號(hào)79)、一個(gè)無(wú)用功功率反饋信號(hào)85(以下稱為Qe_Fbk信號(hào)85)、一個(gè)電壓反饋信號(hào)87(以下稱為V_Fbk信號(hào)87)。Pe_Fbk 77信號(hào)表示壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈10與電網(wǎng)22之間所交換有用功功率，F(xiàn)req_Fbk信號(hào)79表示電網(wǎng)22頻率，Qe_Fbk信號(hào)85用來(lái)指示出壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈10與電網(wǎng)22之間所交換的無(wú)用功功率，V_Fbk信號(hào)87用來(lái)指示出電網(wǎng)22電壓。
現(xiàn)在參考圖5，為一個(gè)頻率和功率控制模塊70，其為電網(wǎng)管理系統(tǒng)90的一部分。頻率和功率控制模塊70接收一個(gè)有用功功率參考信號(hào)75(以下稱為Pe_Ref信號(hào)75)、Pe_Fbk信號(hào)77、Freq_Fbk信號(hào)79。頻率和功率控制模塊70通過(guò)利用一個(gè)頻率調(diào)節(jié)器功能塊72和一個(gè)壓縮機(jī)渦輪機(jī)分配功能塊76的功能，發(fā)出命令用于與電網(wǎng)22進(jìn)行有用功功率的交換。頻率和功率控制模塊70響應(yīng)壓縮機(jī)渦輪機(jī)分配功能塊76，形成并傳遞dPC_Cmd信號(hào)71，并且響應(yīng)Pe_Ref信號(hào)75和dPC_Cmd信號(hào)71形成并傳遞Pe_Cmd信號(hào)73。
現(xiàn)在參考圖6，它示出了電網(wǎng)管理系統(tǒng)90的電壓控制模塊80的示例性實(shí)施例。電壓控制模塊80接收一個(gè)無(wú)用功功率參考信號(hào)83(以下稱為Qe_Ref信號(hào)83)、Qe_Fbk信號(hào)85、V_Fbk信號(hào)87。電壓控制模塊80通過(guò)利用一個(gè)快速電壓調(diào)整器模塊84和一個(gè)無(wú)用功功率調(diào)整器82，產(chǎn)生命令用于和電網(wǎng)22之間的無(wú)用功功率交換。電壓控制模塊80響應(yīng)快速電壓調(diào)整功能塊84和無(wú)用功功率調(diào)整器82傳遞Oe_Cmd信號(hào)81。繼續(xù)利用電壓控制模塊80，無(wú)用功功率調(diào)整器82可以調(diào)整電網(wǎng)22中的無(wú)用功功率，調(diào)節(jié)器82用來(lái)將電網(wǎng)22中的無(wú)用功功率改變成由電網(wǎng)級(jí)控制器通過(guò)快速電壓調(diào)節(jié)器功能塊84和反應(yīng)電流調(diào)節(jié)器66或傳動(dòng)控制系統(tǒng)66所確定的功率。
很容易理解和意識(shí)到，在電網(wǎng)22和傳動(dòng)裝置18之間可以交換的電力功率大小有限定值。這個(gè)限定值取決于壓縮機(jī)負(fù)荷、環(huán)境溫度和其他一些因素。限定值的大小由渦輪機(jī)控制系統(tǒng)50實(shí)時(shí)計(jì)算出來(lái)。此外，傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩的極限值也影響到這個(gè)限定值的大小，在實(shí)時(shí)計(jì)算時(shí)也被考慮到。交換的無(wú)用功功率是工作狀況的函數(shù)，它也存在限定值。有用功功率和無(wú)用功功率的限定值可以結(jié)合起來(lái)，因此它們優(yōu)選地一起計(jì)算出來(lái)。
在一個(gè)實(shí)施例中，電網(wǎng)管理系統(tǒng)90接收Pe_Ref信號(hào)75和Qe_Ref信號(hào)83。Pe_Ref信號(hào)75和Qe_Ref信號(hào)83由一個(gè)穩(wěn)態(tài)值所推導(dǎo)出來(lái)，該穩(wěn)態(tài)值來(lái)自于高層電網(wǎng)控制器或操縱者。任意的，一個(gè)或多個(gè)積分器可以保存Pe_Ref信號(hào)75和Qe_Ref信號(hào)83，如果渦輪機(jī)16工作在極限值上，那么，Pe_Ref信號(hào)75和Qe_Ref信號(hào)83將被調(diào)整用來(lái)跟蹤實(shí)際功率。通過(guò)來(lái)自頻率和功率控制模塊70的命令來(lái)調(diào)制Pe_Ref信號(hào)75。同樣的，通過(guò)來(lái)自電壓控制模塊80的命令來(lái)調(diào)整Qe_Ref信號(hào)83。
在另外一個(gè)可選的實(shí)施例中，電網(wǎng)管理系統(tǒng)90不接收來(lái)自高層電網(wǎng)控制器的Pe_Ref信號(hào)75或Qe_Ref信號(hào)83。相反的，電網(wǎng)管理系統(tǒng)90操縱渦輪機(jī)在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的額定程度內(nèi)，例如使壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈10在正常情況下的輸出值最大化，同時(shí)保持從電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器92所接收的局部檢測(cè)信號(hào)來(lái)使電網(wǎng)22穩(wěn)定的能力。為了使輸出最大化，在所公開(kāi)的方案中可以通過(guò)將Pe_Ref信號(hào)75設(shè)定為一個(gè)高于渦輪機(jī)16能力的值，這樣渦輪機(jī)控制系統(tǒng)50就使渦輪機(jī)16一直在極限值上連續(xù)工作了。這會(huì)造成渦輪機(jī)狀態(tài)信號(hào)57迫使轉(zhuǎn)矩邏輯模塊(如圖4所示)計(jì)算出驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩53來(lái)快速滿足速度命令，因此允許負(fù)載調(diào)制器功能塊44的操作根據(jù)電網(wǎng)頻率信號(hào)79來(lái)調(diào)節(jié)速度。同樣，對(duì)于無(wú)用功功率而言，Qe_Ref信號(hào)83可能被設(shè)定為零來(lái)建立一個(gè)穩(wěn)態(tài)點(diǎn)，同時(shí)快速電壓調(diào)整器功能塊84仍然運(yùn)轉(zhuǎn)，以通過(guò)電壓反饋信號(hào)87保證對(duì)電網(wǎng)22上的擾動(dòng)進(jìn)行快速響應(yīng)。在這個(gè)實(shí)施例中，壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈控制系統(tǒng)30不必接收來(lái)自高層電網(wǎng)控制器的Pe_Ref信號(hào)75或Qe_Ref信號(hào)83，就能夠提供穩(wěn)定電網(wǎng)22。
例如，在一個(gè)系統(tǒng)中，三個(gè)壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈10與一個(gè)電網(wǎng)22相連接。每個(gè)壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈都帶有一臺(tái)115MW渦輪機(jī)16、一臺(tái)98MW壓縮機(jī)12和一臺(tái)60MW電機(jī)14。兩臺(tái)發(fā)電機(jī)以額定40MW功率向電網(wǎng)22提供動(dòng)力。電網(wǎng)22有一個(gè)40MW的負(fù)荷并且額定頻率為50Hz。電網(wǎng)22工作在穩(wěn)定的狀態(tài)下，直到兩臺(tái)40MW發(fā)電機(jī)的中的一臺(tái)由于內(nèi)部原因故障了，只剩下一臺(tái)40MW發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)線上運(yùn)轉(zhuǎn)。圖7顯示了在有和沒(méi)有壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈控制系統(tǒng)30的情況下，電網(wǎng)22作出反應(yīng)的對(duì)比。
如圖7所示，在沒(méi)有壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈控制系統(tǒng)30的情況下，電網(wǎng)22的頻率將會(huì)快速下降，導(dǎo)致電網(wǎng)的22的癱瘓。然而，在使用示例實(shí)施例的壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈控制系統(tǒng)30的情況下，電網(wǎng)22的頻率下降被限制在48Hz并在幾秒鐘內(nèi)恢復(fù)到49Hz。壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈控制系統(tǒng)30的反應(yīng)速度使電網(wǎng)22得到恢復(fù)，并避免了造成癱瘓。在這臺(tái)電機(jī)故障后，壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈控制系統(tǒng)30在幾秒鐘內(nèi)就作出了反應(yīng)?，F(xiàn)有的高層電網(wǎng)控制器也不能足夠快的作出反應(yīng)來(lái)獲得這種恢復(fù)。圖7也示出了壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈控制系統(tǒng)30包含負(fù)載調(diào)制器44的響應(yīng)和通過(guò)頻率調(diào)節(jié)器功能塊72進(jìn)入渦輪機(jī)燃料的增加。dPC_Cmd信號(hào)71的改變示出了負(fù)載調(diào)制器功能塊44的作用。
圖8顯示了壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈控制系統(tǒng)30在有和沒(méi)有負(fù)載調(diào)制器功能塊44的條件下的對(duì)比。如圖8所示，在沒(méi)有負(fù)載調(diào)制器功能塊44條件下，壓縮機(jī)12的速度幾乎保持為常數(shù)，而渦輪機(jī)16的響應(yīng)有利于電網(wǎng)22。在沒(méi)有負(fù)載調(diào)制器44功能塊條件下，電網(wǎng)22的頻率下降到小于46Hz，而與之對(duì)比，在有負(fù)載調(diào)制器功能塊44條件下電網(wǎng)22的頻率下降到48Hz。電網(wǎng)多出來(lái)的下降頻率可能導(dǎo)致電網(wǎng)22的癱瘓。
應(yīng)該知道，一個(gè)或多個(gè)壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈10可以與單個(gè)電網(wǎng)22相連。這些壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈10可以完全或部分地共同使用一個(gè)壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈控制系統(tǒng)30。在一個(gè)實(shí)施例中，壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈10可以共同使用單個(gè)電網(wǎng)管理系統(tǒng)90，并且每個(gè)壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈10可以有一個(gè)壓縮機(jī)控制系統(tǒng)40，一個(gè)渦輪機(jī)控制系統(tǒng)50和一個(gè)傳動(dòng)控制系統(tǒng)60。
盡管本發(fā)明是參考一個(gè)實(shí)施例來(lái)描敘的，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，這些元素可以進(jìn)行各種改變或等同替換。此外，在不脫離本發(fā)明實(shí)施范圍的情況下，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，可以進(jìn)行許多變形來(lái)適應(yīng)特殊情況或者材料。因此本發(fā)明不局限于作為實(shí)施本發(fā)明所預(yù)期的最佳模式而公開(kāi)的特殊實(shí)施例，本發(fā)明包括落入附加權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。部件列表



權(quán)利要求
1.一種控制壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈(10)的方法，它包括接收一個(gè)來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程控制器的控制信號(hào)；接收一個(gè)反饋信號(hào)；并且調(diào)整壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈(10)的工作參數(shù)來(lái)穩(wěn)定電網(wǎng)(22)頻率和電壓中的至少一個(gè)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括接收一個(gè)與電網(wǎng)控制器相關(guān)的功率參考信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述工作參數(shù)包括下面這些中的至少一個(gè)壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈(10)中的壓縮機(jī)(12)的速度和負(fù)荷，及進(jìn)入到壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈(10)中的渦輪機(jī)(10)的燃料流。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，響應(yīng)所述控制信號(hào)來(lái)調(diào)整壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈(10)的工作參數(shù)。
5.一個(gè)壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈(10)控制系統(tǒng)，它包括一個(gè)電網(wǎng)(22)管理系統(tǒng)，它用來(lái)接收一個(gè)反饋信號(hào)和輸出一個(gè)或多個(gè)命令信號(hào)；一個(gè)壓縮機(jī)控制系統(tǒng)(40)，其中所述壓縮機(jī)控制系統(tǒng)(40)接收一個(gè)來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程控制器的控制信號(hào)，接收一個(gè)或多個(gè)所述命令信號(hào)，和輸出一個(gè)速度控制信號(hào)；一個(gè)渦輪機(jī)控制系統(tǒng)(50)，其中所述渦輪機(jī)控制系統(tǒng)(50)接收所述速度控制信號(hào)，接收一個(gè)或多個(gè)所述命令信號(hào)，和輸出一個(gè)傳動(dòng)命令信號(hào)；一個(gè)傳動(dòng)控制系統(tǒng)(60)，其中所述傳動(dòng)控制系統(tǒng)(60)接收所述傳動(dòng)命令信號(hào)和一個(gè)或多個(gè)所述命令信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈(10)控制系統(tǒng)，其中，所述電網(wǎng)(22)管理系統(tǒng)用來(lái)接收一個(gè)與電網(wǎng)(22)相關(guān)的功率參考信號(hào)。
7.如權(quán)利要求5所述的壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈(10)控制系統(tǒng)，其中，所述反饋信號(hào)包括下面中的至少一個(gè)一個(gè)有用功功率信號(hào)；一個(gè)無(wú)用功率信號(hào)；一個(gè)頻率信號(hào)；和一個(gè)電壓信號(hào)。
8.如權(quán)利要求6所述的壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈(10)控制系統(tǒng)，其中，所述功率參考信號(hào)包括下面至少其中之一一個(gè)有用功功率參考信號(hào)(75)和一個(gè)無(wú)用功功率參考信號(hào)(83)。
9.如權(quán)利要求5所述的壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈(10)控制系統(tǒng)，其中，所述電網(wǎng)(22)管理系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器(92)；一個(gè)頻率和功率控制模塊(70)；和一個(gè)電壓控制模塊(80)。
10.如權(quán)利要求5所述的壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈(10)控制系統(tǒng)，其中，所述渦輪機(jī)控制系統(tǒng)(50)包括一個(gè)速度調(diào)節(jié)器功能塊(52，62)和一個(gè)功率前饋功能塊(54)中的至少一個(gè)。
全文摘要
一種控制壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈(10)的方法，它包括接收一個(gè)來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程控制器的控制信號(hào)；接收一個(gè)指示出電網(wǎng)(22)狀態(tài)的反饋信號(hào)并且調(diào)整壓縮機(jī)渦輪機(jī)電機(jī)鏈(10)的工作參數(shù)，來(lái)穩(wěn)定電網(wǎng)(22)的頻率和電壓中的至少一個(gè)。
文檔編號(hào)H02P9/04GK1822464SQ20061007110
公開(kāi)日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2006年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月28日
發(fā)明者E·V·拉森 申請(qǐng)人:通用電氣公司