[发明专利]具有有功和无功功率控制的暂态功率稳定化设备

说明书

一种系统包括被配置成耦合在能量存储单元与电网之间的转换器，以及被配置成检测电网的频率和电压变化并且响应性地使得转换器向电网和/或从电网输送功率和无功分量的控制电路。控制电路可以实现具有内部频率控制回路的功率控制回路和具有内部电压控制回路的无功分量控制回路。控制电路可以从内部频率控制回路向内部电压控制回路提供前馈以响应于由于能量存储单元与电网之间的功率输送所致的电网的电压变化偏差而抑制无功分量输送。

相关申请

本申请要求享有2014年12月30日提交的美国临时申请序列号62/097,691的利益，其内容通过引用整体地并入本文。

技术领域

本发明主题一般涉及电力系统和操作所述电力系统的方法，并且更特别地涉及由发电机驱动的电力系统和操作所述电力系统的方法。

背景技术

在岛式电网应用中，发电资产，诸如柴油或气体供电的发电机和涡轮机，可能经历暂态负载条件，所述暂态负载条件可以导致电网频率和电压中的改变。这些暂态条件可以包括例如大负载改变和功率源可用性中的突然改变，诸如燃料供电的发电机关机或来自诸如风或太阳能发电机之类的发电资产的供给中的变化。线路频率中的此类变化可以导致下降的负载或受损的装备。此类问题在使用由天然气或其它较低能量密度燃料供电的发动机/发电机组的系统中可能特别显著。

岛式电网发电机通常被定有明显过量的额定连续功率容量的大小，以便承载峰值负载、对大的暂态负载阶跃进行响应并且在任务关键的操作的支持中提供冗余度。它们可以以非常高的利用率（例如一天24小时、一周7天、一年365天）但是以相对低的实际负载因子（通常在非峰值时间的延伸时段内在15-50%之间）来操作。另外，由于自己强加的手动负载组的使用，制造商担保要求可能导致附加的成本。该操作分布（profile）可以导致较低的燃料效率、对发电机的过量磨损以及由于柴油或天然气燃料的不完全燃烧所致的颗粒物（PM）和碳氢化合物（HC）排放中的明显增加。

在岛式电网和其它离网应用中，负载阶跃的幅度可以超过可用发电的递增的阶跃能力。在这些情况下，负载阶跃可以导致负载总线的电压或频率不足/过电压或频率。这可以导致对任何电网连接的设备（诸如电动机和变压器等）的损害，所述设备典型地被设计成以标称电压和频率或在标称电压和频率附近操作。由于此类损害的潜在性，发电机可以具有将发电机从负载总线断开的保护电路，从而保护此类装备但是导致可能的断电或负载损耗。在一些高需求的应用中，存在要求巨大电流幅度的负载，所述负载将要求多个并联发电机以满足该需求以启动这些高需求的负载并且在暂态条件下将功率和无功分量维持在发电机规范内。一旦负载被启动，稳态负载就相对小，其不要求所有这些发电机的操作。负载阶跃可以主要是电阻性的，这导致有功功率中的改变。负载阶跃还可以是无功的，这导致伏特-安培无功（VAR）中的改变。

发明内容

本发明主题的一些实施例提供了一种系统，包括被配置成耦合在能量存储单元与电网之间的转换器，以及被配置成检测电网的频率和电压变化并且响应性地使得转换器向其输送功率和无功分量的控制电路。在一些实施例中，控制电路可以实现具有内部频率控制回路的功率控制回路和具有内部电压控制回路的无功分量控制回路。控制电路可以从内部频率控制回路向内部电压控制回路提供前馈以响应于电网的电压变化偏差而抑制无功分量输送。

在一些实施例中，功率和无功分量控制回路被配置成当电网的频率和电压满足预定准则时将由转换器进行的功率和无功输送驱动到基本为零。在另外的实施例中，控制电路可以被配置成当电网的频率和电压满足预定准则时通过改变被提供给功率控制回路的功率参考来从电网向能量存储单元提供功率流。控制电路可以被配置成使得转换器响应于耦合到电网的电动机的启动而将电网的频率和电压维持在防止驱动电网的发动机/发电机组关机的范围内。

在一些实施例中，控制电路可以被配置成响应于由于电网与能量存储单元之间的功率输送所致的电压变化偏差而抑制无功分量输送。