[发明专利]电力系统稳定器及方法

说明书

技术领域

这里公开的主题通常涉及电力系统的稳定性。

背景技术

当电力系统连接到一个发电量为数千兆瓦的大型电网时，电力系 统的任一独立的电力负载通常只具有微乎其微的影响。相反，岛电力 系统(island power system)不连接到大型电网且岛状电力系统与 电网只具有微弱连接(如借助于具有相对高阻抗的长传输线)。岛和 岛状电力系统通常应用在航海工业(例如，大型船只的舰载电力系 统)、隔离的岸上设备以及石油工业和煤气工业。在这种电力系统中， 发电和连接的负载之间的平衡更加难以控制，且电压和频率的波动更 经常观测到。

岛和岛状电力系统的干扰可引起不稳定，其会导致系统关闭 (shutdown)。稳定措施和控制被用于在发生这种干扰时改进系统性 能。这种稳定措施和控制的类型包括暂态稳定器(如快速动作开关 制动电阻器、机械功率降低系统以及故意产生断开连接系统)、动态 稳定器(如可变电导元件和调制同步发电机的场电压的控制装置)以 及它们的组合。在故障状态(如短路)时(或其后)使用暂态稳定器， 其中一个或多个机器的角速度相对于系统中其它的机器会增加，并由 此引起同步损耗。动态稳定器被用于解决由涉及在正常或紧急操作过 程中的开关操作的干扰所引起的小的信号问题。

在传统途径下，当使用开关制动电阻器时，耗散功率难以控制， 因此难以实现动态稳定支持。此外，还使用高电压元件(例如标称 (nominal)电压高于1千伏)。

当通过发电机励磁控制企图改善动态稳定性时，暂态稳定性能却 通常未能显著增强。

有时候使用可变电导，如动态制动电阻器用来在干扰后稳定电力 系统。动态制动电阻器通常包括直接耦合至电力系统总线的或经过变 压器耦合至电力系统母线(busbar)的反并联晶闸管。这些方法需要 阻尼功率，阻尼功率通常可通过包括高电压装置的实施例实现。

理想的是具有适合于岛和岛状电力系统且能够提供暂态和动态 稳定性的电力系统稳定器。

发明内容

申请号为11/381900的共同受让人的US申请涉及电阻扭转模式 阻尼系统及方法(RTMD)。RTMD系统使用可控电阻模块用于解决传 动系统(drivet rain)应用中的扭转振动问题。在具有标称电压要 求的电力系统如油气钻探系统和风电场，的电力系统稳定应用中，具 有类似功能(不需要高电压设备)将是非常有用的。

简要来说，根据本申请公开的一个实施例，电力系统稳定器包括： 传感器，被构造用于检测表征电力系统的机电振荡的信号；控制器， 被构造用于使用所述检测信号产生用于阻尼所述机电振荡的控制信 号；以及阻尼器，其包括阻尼变换器和耦合到该阻尼变换器的电阻器； 该阻尼变换器通过电源总线耦合至电力系统并被构造用于使用所述 控制信号来阻尼所述机电振荡。

根据本申请公开的另一实施例，用于稳定岛或岛状电力系统的方 法，包括：检测表征电力系统机电振荡的信号；使用该检测信号用于 产生阻尼该机电振荡的控制信号；以及向阻尼器提供该控制信号，该 阻尼器包括阻尼变换器以及耦合至该阻尼变换器的电阻器，其中该阻 尼变换器通过电源总线耦合至电力系统。

根据本发明的一方面，提供一种电力系统稳定器，该稳定器包括： 传感器，其被配置用于检测表征电力系统机电振荡的信号；控制器， 其被配置用于使用所检测的信号产生阻尼所述机电振荡的控制信号； 阻尼器，包括阻尼变换器和耦合至该阻尼变换器的电阻器，所述阻尼 变换器通过电源总线耦合至电力系统，所述阻尼变换器配置成用于使 用所述控制信号阻尼所述机电振荡，其中所述控制器被配置用于：在 正常运行过程中，产生用于阻尼机电振荡的控制信号以及在暂态运行 过程中，产生用于通过阻尼器提供机电制动的控制信号。

根据本发明的另一方面，提供一种电力系统，包括：电力系统稳 定器。该稳定器包括：传感器，其被配置用于检测表征该电力系统机 电振荡的信号；控制器，其被配置用于使用所检测的信号产生阻尼所 述机电振荡的控制信号；以及阻尼器，包括阻尼变换器和耦合至该阻 尼变换器的电阻器，所述阻尼变换器通过电源总线耦合至所述电力系 统，所述阻尼变换器被配置用于使用所述控制信号阻尼所述机电振 荡，其中所述控制器被配置用于：在正常运行过程中，产生用于阻尼 机电振荡的控制信号以及在暂态运行过程中，产生用于通过阻尼器提 供机电制动的控制信号。