Sistemas y procedimientos de medición de ángulos del rotor en un generador eléctrico.

Sistemas y procedimientos de medición de ángulos del rotor en un generador eléctrico.

Se divulgan en la presente memoria sistemas y procedimientos para la medición del ángulo del rotor en un generador eléctrico. De acuerdo con una realización

, un dispositivo electrónico inteligente puede comprender una lógica de control configurada para generar una señal de referencia y para generar una señal de posición de rotación basada en un indicador de una posición de rotación de un rotor en un generador eléctrico. La lógica de control puede estar configurada además para detectar un desplazamiento relativo entre la señal de referencia y la señal de posición de rotación y para determinar la posición de rotación del rotor en base al desplazamiento relativo. Un ángulo de potencia del generador eléctrico se puede calcular en base a la posición de rotación del rotor. De acuerdo con ciertas realizaciones, la lógica de control puede configurarse adicionalmente para generar una instrucción de control para reducir el ángulo de potencia en respuesta a la determinación de que el ángulo de potencia supera un umbral.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2013/056271.

Solicitante: SCHWEITZER ENGINEERING LABORATORIES, INC..

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 2350 NE Hopkins Court 99163 Pullmann ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: SEELEY,Nicholas C, RAMILLER,Charles L.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CIRCUITOS DE PROTECCION DE SEGURIDAD (indicación... > Circuitos de protección de seguridad especialmente... > H02H7/06 (para generadores dinamoeléctricos; para compensadores síncronos)
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Sistemas y procedimientos de medición de ángulos del rotor en un generador eléctrico.

Fragmento de la descripción:

Sistemas y procedimientos de medición de ángulos del rotor en un generador eléctrico.

Campo técnico La presente divulgación se refiere a sistemas y procedimientos para la monitorización de una posición angular de un rotor en un generador eléctrico o un motor eléctrico, y calcular un ángulo de potencia utilizando una señal de referencia. Esta divulgación también se refiere al

uso de un ángulo de potencia calculado en un sistema de potencia para control, automatización y/o protección. Además, esta divulgación se refiere a la utilización de un ángulo de potencia calculado para determinar los parámetros asociados con un modelo de un generador eléctrico.

Breve descripción de los dibujos Se describen realizaciones no limitativas y no exhaustivas de la divulgación, incluyendo varias realizaciones de la divulgación con referencia a las figuras, en las que:

La figura 1A ilustra un diagrama conceptual de un rotor de un generador síncrono coherente con las realizaciones descritas en la presente memoria.

La figura 1B ilustra un diagrama conceptual del rotor ilustrado en la figura 1A y un estator, que juntos pueden funcionar como un generador síncrono.

La figura 2 es una curva de ángulo de potencia para un generador de energía ejemplar.

La figura 3 ilustra un diagrama simplificado de un sistema de generación y suministro de energía eléctrica ejemplar consistente con las realizaciones descritas en la presente memoria.

La figura 4 ilustra una vista simplificada en sección transversal parcial de una unidad de captador magnético (MPU) , en consonancia con las realizaciones descritas en la presente memoria.

La figura 5A ilustra una tensión de salida del borne ejemplar y la salida de una MPU en un

generador que funciona en una condición sin carga consistente con las realizaciones descritas en la presente memoria.

La figura 5B ilustra una tensión de salida del borne ejemplar y la salida de una MPU en un 5 generador que opera en una condición de carga consistente con las realizaciones descritas en la presente memoria.

La figura 5C ilustra una salida ejemplar de una MPU y una señal de referencia en base a una entrada de tiempo externo, que puede ser utilizada para calcular un ángulo de potencia de un generador que opera en una condición de carga consistente con las realizaciones descritas en la presente memoria.

La figura 6 ilustra un procedimiento de cálculo de un ángulo de potencia de un generador consistente con las realizaciones descritas en la presente memoria.

La figura 7 ilustra un diagrama de bloques funcional de un dispositivo electrónico inteligente (IED) que puede ser utilizado para calcular un ángulo de potencia de un generador consistente con las realizaciones descritas en la presente memoria.

Descripción detallada La información sobre el ángulo de potencia (a veces referido como un ángulo del rotor) de un generador en un sistema de energía eléctrica es beneficiosa para proporcionar un control, una automatización, y una protección apropiados del sistema eléctrico. Un ángulo de 25 potencia, como se usa el término en la presente memoria, se refiere a un ángulo entre el eje de un rotor del generador y un eje del campo magnético resultante. Información sobre el ángulo de potencia se puede utilizar en las decisiones respecto a los niveles de potencia del generador, desconexión o adición de carga, aislamiento, unión a las redes eléctricas, y así sucesivamente. Los cambios en un sistema de generación y suministro eléctrico pueden conducir a un generador a la inestabilidad para ciertas condiciones del ángulo de potencia del generador particular. Como resultado, para mantener la estabilidad, la información relativa al ángulo de potencia de un generador es importante en la protección, automatización y control de un sistema de generación y suministro eléctrico.

El ángulo de potencia puede determinarse, de acuerdo con algunas realizaciones, mediante el uso de una fuente de tiempo (por ejemplo, una fuente de tiempo común o de referencia)

para generar una señal de referencia que se compara con una señal de posición de rotación. La señal de posición de rotación se puede obtener usando una rueda dentada acoplada al eje del generador eléctrico. Alternativamente, las fases individuales de la tensión del borne pueden compararse con la señal de referencia para detectar un ángulo de fase relativo. Un cambio entre la señal de referencia y la señal de posición de rotación puede ser analizado para determinar el ángulo de potencia del generador eléctrico. Algunas realizaciones descritas en la presente memoria pueden incorporar un sensor de reluctancia variable (también conocido como una unidad de captador magnético o MPU) colocado con una pieza polar en la proximidad de los dientes de una rueda dentada. Cuando los dientes se mueven más allá de la pieza polar, una tensión de frecuencia periódica puede ser inducida en una bobina enrollada alrededor de la pieza polar. Una señal correspondiente generada por la MPU se puede utilizar para determinar un ángulo de rotor en varias realizaciones.

Ciertas realizaciones divulgadas en la presente memoria pueden permitir la determinación de una posición del rotor usando una rueda dentada que tiene dientes dispuestos en ella que son sustancialmente uniformes. Una señal de salida generada por una rueda dentada que tiene dientes uniformes puede basarse indistintamente en la posición angular de la rueda dentada. En otras palabras, la posición angular de la rueda dentada no puede determinarse a partir de la señal de salida solo cuando la rueda tiene dientes uniformes. Varias realizaciones descritas en la presente memoria pueden permitir el uso de las ruedas dentadas que tienen dientes dispuestos en ella que son sustancialmente uniformes. En consecuencia, tales sistemas y procedimientos descritos en la presente memoria pueden ser utilizados en conexión con los generadores existentes que tienen ruedas dentadas en el que cada uno de los dientes es sustancialmente uniforme. Realizaciones en las que los dientes de una rueda dentada no son sustancialmente uniformes (por ejemplo, porque uno de los dientes se ha desgastado, o porque el espacio entre los dientes no es uniforme) también se pueden utilizar en conexión con los sistemas y procedimientos divulgados en la presente memoria.

De acuerdo con otras realizaciones, el ángulo de potencia de un generador eléctrico se puede determinar mediante el uso de una tensión del borne de una o más fases como una señal de referencia y comparar la tensión del borne a una señal de salida de una MPU. Cuando se carga el generador, el par aumenta con entrada mecánica para equilibrar la fuerza eléctrica opuesta. La posición de la rueda dentada respecto a la tensión del borne puede ser monitorizada dado que la rueda dentada se acopla mecánicamente al eje del

rotor. El cambio relativo entre una condición de carga y una condición sin carga puede ser utilizado en el cálculo de un ángulo de potencia asociado con el generador.

Las realizaciones de la divulgación se entenderán mejor por referencia a los dibujos, en los que las partes similares están designadas por números similares en todas partes. Se entenderá fácilmente que los componentes de las realizaciones descritas, como generalmente se describe e ilustra en las figuras del presente documento, podrían estar dispuestos y diseñados en una amplia variedad de configuraciones diferentes. Por lo tanto, la siguiente descripción detallada de las realizaciones de los sistemas y procedimientos de la descripción no pretende limitar el ámbito de la divulgación, tal como se reivindica, sino que es meramente representativa de las posibles realizaciones de...

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo electrónico inteligente (IED) configurado para determinar un ángulo de potencia de un generador eléctrico en base a la posición de rotación de un rotor, que comprende: un puerto de comunicaciones; una lógica de control acoplada en comunicación al puerto de comunicaciones, estando la lógica de control configurada para: generar una señal de referencia;

generar una señal de posición de rotación de forma de onda sinusoidal en base a un indicador de una posición de rotación de un rotor en un generador eléctrico; detectar un desplazamiento relativo entre la señal de referencia y la señal de posición de rotación de forma de onda sinusoidal; calcular un ángulo de potencia del generador eléctrico usando el desplazamiento relativo entre la señal de referencia y la señal de posición de rotación de forma de onda sinusoidal; y transmitir una indicación del ángulo de potencia a través del puerto de comunicaciones.

2. El IED de la reivindicación 1, que comprende además una interfaz de equipo monitorizado comunicativamente acoplada a la lógica de control configurada para recibir información de 20 estado a partir de una pieza del equipo monitorizado.

3. El IED de la reivindicación 2, en el que la interfaz de equipo monitorizado está configurada para recibir una entrada desde una unidad de captador magnético (MPU) configurada para detectar el paso de una pluralidad de dientes asociados con una rueda dentada acoplada al

rotor del generador eléctrico; y en el que la señal de posición de rotación está basada en la entrada de la MPU.

4. El IED de la reivindicación 3, en el que la señal de posición de rotación está basada, de manera no distinguible, en la posición angular del indicador de la posición de rotación.

5. El IED de la reivindicación 3, en el que los dientes de la rueda dentada son cada uno sustancialmente uniformes.

6. El IED de la reivindicación 2, en el que la interfaz de equipo monitorizado está configurada

para recibir una entrada de un sensor de efecto Hall configurado para detectar el paso de una pluralidad de dientes asociados con una rueda dentada acoplada al rotor del generador

eléctrico ; y en el que la señal de posición de rotación está basada en la entrada de la MPU.

7. El IED de la reivindicación 1, que comprende además una entrada de tiempo externa acoplada comunicativamente a la lógica de control y configurada para recibir una señal de tiempo externa.

8. El IED de la reivindicación 7, en el que la lógica de control está configurada además para crear una señal de referencia en base a una señal de tiempo externa recibida a través de la 10 entrada de tiempo externa.

9. El IED de la reivindicación 1, que comprende además un componente de sensor configurado para monitorizar una tensión de terminal de una fase del generador eléctrico, y en el que la señal de referencia comprende la tensión del terminal.

10. El IED de la reivindicación 1, en el que la lógica de control está configurada además para: determinar que el ángulo de potencia supera un umbral; y generar una instrucción de control para reducir el ángulo de potencia.

11. El IED de la reivindicación 10, en el que la instrucción de control comprende una de una instrucción para reducir la carga conectada al generador, y una instrucción para aumentar la capacidad de generación.

12. Un procedimiento para determinar una posición de rotación de un rotor en un generador eléctrico, que comprende: generar una señal de posición de rotación de forma de onda sinusoidal en base a un indicador de una posición de rotación de un rotor en un generador eléctrico; generar una señal de referencia;

detectar un desplazamiento relativo entre la señal de referencia y el indicador de la posición de rotación; calcular un ángulo de potencia del generador eléctrico usando el desplazamiento relativo entre la señal de referencia y la señal de posición de rotación de forma de onda sinusoidal; y transmitir una indicación del ángulo de potencia a través de un puerto de comunicaciones.

13. El procedimiento de la reivindicación 12, en el que la generación de la señal de

referencia comprende operar el generador en una condición sin carga.

14. El procedimiento de la reivindicación 13, en el que la determinación del desplazamiento relativo comprende:

conectar el generador a una carga; y comparar la señal de referencia en la condición sin carga para el indicador de la posición de rotación en una condición cargada.

15. El procedimiento de la reivindicación 13, que comprende además:

determinar que el desplazamiento de fase excede de un umbral; y generar una instrucción de control para reducir el desplazamiento de fase.

16. El procedimiento de la reivindicación 15, en el que la instrucción de control comprende una de una instrucción para reducir la carga conectada al generador, y una instrucción para 15 aumentar la capacidad de generación conectada a la carga.

17. El procedimiento de la reivindicación 13, en el que el cálculo de la posición de rotación del rotor comprende: detectar un cruce por cero de la señal de referencia;

detectar un cruce por cero de la tensión del terminal; y determinar una diferencia de tiempo entre el cruce por cero de la señal de referencia y un cruce por cero de la tensión del terminal.

18. El procedimiento de la reivindicación 13, en el que la operación del generador en una configuración sin carga comprende eliminar selectivamente una tensión de excitación operable para inducir un campo magnético en el rotor.

19. El procedimiento de la reivindicación 12, en el que la señal de referencia comprende una señal generada en base a una señal de tiempo externa.

20. El procedimiento de la reivindicación 12, en el que la señal de referencia comprende una fase de la tensión del terminal del generador eléctrico.

21. El procedimiento de la reivindicación 12, en el que el indicador de la posición de rotación 35 comprende una rueda dentada acoplada al eje del rotor.

22. El procedimiento de la reivindicación 21, en el que la señal de posición de rotación está basada de manera no distinguible en la posición angular del indicador de la posición de rotación.

23. El procedimiento de la reivindicación 21, en el que los dientes de la rueda dentada son cada uno sustancialmente uniformes.

24. Un procedimiento para desarrollar un modelo de un generador eléctrico realizado mediante un sistema que comprende un procesador y un medio de almacenamiento legible por ordenador no transitorio que almacena instrucciones que cuando son ejecutadas por el procesador hacen que el procesador realice el procedimiento, comprendiendo el procedimiento: generar una señal de posición de rotación de forma de onda sinusoidal en base a un indicador de una posición de rotación de un rotor en un generador eléctrico;

generar una señal de referencia; detectar un desplazamiento relativo entre la señal de referencia y el indicador de la posición de rotación; calcular un ángulo de potencia del generador eléctrico usando el desplazamiento relativo entre la señal de referencia y la señal de posición de rotación de forma de onda sinusoidal; y

determinar un parámetro de un modelo del generador eléctrico en base al ángulo de potencia calculado.