CN104604068A - 用于保护电机的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于在与一个或者多个电机连接的电系统上的电网故障期间保护一个或者多个电机的系统和方法。该方法包括检测电系统上的电网故障(402)；基于电系统上的检测到的电网故障从第一动作集合采取一个或者多个第一动作(404)；在基于电系统上的检测到的电网故障从第一动作集合采取一个或者多个第一动作之后检测电系统的至少一个操作状况(406)；以及基于电系统的检测到的至少一个操作状况从第二动作集合采取一个或者多个第二动作(408)。

Description

用于保护电机的系统和方法
技术领域
本主题内容总体上涉及电机，并且更特别地，涉及一种用于在与一个或者多个电机连接的电系统上的电网故障期间保护一个或者多个电机的系统和方法。
背景技术
一般地，风力涡轮发电机包括具有转子的涡轮机，该转子包括具有多个叶片的可旋转中枢组件。叶片将机械风能变换成经由转子驱动一个或者多个发电机的机械旋转转矩。发电机一般地、但是并不总是通过变速装置旋转地耦合到转子。变速装置向上步进用于发送机的转子的固有低转速以将旋转机械能高效地转换成经由至少一个电连接向电网中馈送电能。无变速直接驱动风力涡轮发电机也存在。转子、发电机、变速装置和其它部件通常被装配在壳或者舱内，该壳或者舱被定位在基部上面，该基部可以是桁架或者管状塔。
一些风力涡轮发电机配置包括双馈感应发电机(DFIG)。这样的配置也可以包括用来从与电力电网连接的连接之一向缠绕的发电机转子传输发电机励磁功率的电力转换器。另外，这样的转换器与DFIG合并也在电网与发电机之间传输电力以及从与电力电网连接的连接之一向缠绕的发电机转子传输发电机励磁功率。备选地，一些风力涡轮发电机包括、但不限于备选类型的感应发电机、永磁体(PM)同步发电机和电励磁的同步发电机以及开关磁阻发电机。
这些备选配置也可以包括用来如以上描述的那样转换频率并且在电网与发电机之间传输电力的电力转换器。在一些实例中，发电源、比如以上描述的风力涡轮发电机可以位于与它们服务于的负载远离的遥远区域中。通常，这些发电源通过电系统、比如长传输线连接到电网。这些传输线使用一个或者多个断路器连接到电网。在一些实例中，电网故障可能在这些电系统上出现。这样的电网故障可以引起如果未采取保护动作则可能有破坏地影响一个或者多个电机的高电压事件、低电压事件、零电压事件等。在一些实例中，可能通过断开电系统的一个或者多个相导体从而造成一个或者多个电机中的至少一个电机的孤岛来引起这些电网故障。这些电机由于在电网侧突然跳开传输线断路器或者以别的方式断开这些传输线而发电源在重负荷之下而孤岛可能造成传输线上的过电压，该过电压可能导致损坏发电源或者与发电源关联的设备、比如转换器和逆变器。孤岛一般需要受影响的一个或者多个电机的至少部分与电系统脱离连接以防止损坏电机或者与电机关联的装备。然而，在其它实例中，电网故障可以不是孤岛而可以是对电系统的短期偏差。在这些实例中，希望保持受影响的电机连接到电系统并且制定穿越(ride-through)过程、比如高电压穿越(HVRT)、低电压穿越(LVRT)和零电压穿越(ZVRT)。在通过引用而完全地合并于此并且成为其一部分的、分别提交于2011年12月12日的美国专利公开号U.S.20120133343 A1(申请号13/323309)；授权于2008年1月22日的美国专利号7,321,221；以及授权于2005年7月26日的美国专利号6,921,985中描述用于HVRT、ZVRT和LVRT的示例系统和方法。
无法恰当地检测和管理风力涡轮机或者其它发电机系统中的孤岛事件的出现可能尤其在发电系统使用双馈感应发电机拓扑时对那些系统很有损坏。在上游断路器断开风力农场或者其它发电系统并且让风力农场或者其它发电系统从电网隔离时，风力农场所见ac电压可能在数毫秒内达到危险水平。这一高ac电压在如下系统上更为极端，在这些系统中，与电网的其余连接具有视为分流电容的电力线的明显长度。该事件也具有损坏程度随着个别风力涡轮机的电力输出增加而更高的可能性，例如如果它们在高风力期间处于超负荷状况。
因而，将在本技术中欢迎一种改进的系统和/或方法，该系统和/或方法在与一个或者多个电机连接的电系统上的电网故障期间保护一个或者多个电机。
发明内容
在一方面，提供一种在与一个或者多个电机连接的电系统上的电网故障期间保护一个或者多个电机的方法。该方法包括：检测电系统上的电网故障，其中检测电网故障包括检测电网故障是否包括高电压事件或者另一电网故障事件；基于电系统上的检测到的电网故障从第一动作集合采取一个或者多个第一动作；在基于电系统上的检测到的电网故障从第一动作集合采取一个或者多个第一动作之后检测电系统的至少一个操作状况；以及基于电系统的检测到的至少一个操作状况从第二动作集合采取一个或者多个第二动作。
在另一方面，提供另一种在与一个或者多个电机连接的电系统上的电网故障期间保护一个或者多个电机的方法。该方法包括：将一个或者多个电机连接到交流(AC)电力系统，其中AC电力系统被配置为向一个或者多个电机传输电力的至少一个相或者从一个或者多个电机接收电力的至少一个相；将控制系统的至少部分电耦合到AC电力系统的至少部分；耦合控制系统的至少部分与一个或者多个电机的至少部分电子数据通信；基于控制系统监视的一个或者多个状况监视AC电力系统的电网故障，其中检测AC电力系统上的电故障包括检测电网故障是否包括高电压或者另一电网故障事件；通过控制系统基于AC电网系统上的检测到的电网故障从第一动作集合采取一个或者多个第一动作；通过控制系统在基于AC电网系统上的检测到的电网故障从第一动作集合采取一个或者多个第一动作之后检测AC电力系统的至少一个操作状况；以及通过控制系统基于AC电力系统的至少一个检测到的操作状况从第二动作集合采取一个或者多个第二动作。
在另一方面，提供一种用于在与一个或者多个电机连接的电系统上的电网故障期间保护一个或者多个电机的系统。该系统包括：连接到交流(AC)电力系统的一个或者多个电机，其中AC电力系统被配置为向一个或者多个电机传输电力的至少一个相或者从一个或者多个电机接收电力的至少一个相；以及控制系统，其中控制系统电耦合到AC电力系统的至少部分并且控制系统的至少部分被耦合与一个或者多个电机的至少部分电子数据通信，以及其中控制系统包括控制器并且控制器被配置为：检测AC电力系统上的电网故障，其中检测电系统上的电网故障包括检测电网故障是否包括高电压事件或者另一电网故障事件；基于电系统上的检测到的电网故障从第一动作集合采取一个或者多个第一动作；在基于AC电力系统上的检测到的电网故障从第一动作集合采取一个或者多个第一动作之后检测AC电力系统的至少一个操作状况；以及基于AC电力系统的检测到的至少一个操作状况从第二动作集合采取一个或者多个第二动作。
参考以下说明和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将得到更好的理解。合并于此并构成本说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在参照附图的说明书中阐述向本领域技术人员的、本发明的实施例的完全和实现公开内容、包括其最佳实施方式，在附图中：
图1是示例风力涡轮发电机的示意图；
图2是可以与图1中所示风力涡轮发电机使用的示例电和控制系统的示意图；
图3图示根据本主题内容的方面的可以在控制器或者接收指示电网故障的信号的任何其它计算设备的一个实施例内包括的适当部件的一个实施例的框图；
图4是图示在与一个或者多个电机、比如风力涡轮发电机连接的电系统上的电网故障期间保护一个或者多个电机的方法的一个实施例的流程图；
图5A图示用于转子转换器的示例控制方案；
图5B图示线转换器的示例控制方案；
图6图示用于通过钳位转子的励磁电压来保护DFIG的转子电压钳位控制方案的一个实施例；以及
图7是图示在与一个或者多个电机、比如风力涡轮发电机连接的电系统上的电网故障期间保护一个或者多个电机的方法的另一实施例的流程图。
具体实施方式
在公开和描述本方法和系统之前，理解方法和系统不限于具体综合方法、具体部件或者具体组成。也将理解这里描述的技术仅用于描述具体实施例而未旨在于限制。
如在说明书和所附权利要求中使用的那样，除非上下文另有明示，单数形式“一个/一种”和“该”包括复数引用。这里，范围可以表达为从“大约”一个特定值和/或到“大约”另一特定值。在表达这样的范围时，另一实施例包括从一个特定值和/或到另一特定值。相似地，在通过使用先行词“大约”来表达值为近似时，将理解特定值形成另一实施例。还将理解每个范围的端点既相对于另一端点又独立于另一端点而有意义。
“可选”或者“可选地”意味着随后描述的事件或者境况可以出现或者可以不出现并且该描述包括其中所述事件或者境况出现的实例和其中它未出现的实例。
贯穿本说明书的描述和权利要求，字眼“包括(comprise)”和该字眼的变化、比如“包括(comprising)”和“包括(comprises)”意味着“包括、但不限于”而并非旨在于例如排除其它添加、部件、整件或者步骤。“示例”意味着“......的示例”未旨在于传达优选或者理想实施例的指示。“比如”不是在限制意义上使用的而是用于说明的目的。
公开可以用来执行公开的方法和系统的部件。这里公开这些和其它部件，并且理解在公开是这些部件的组合、子集、交集、成组等时，尽管可以未显式地公开这些部件的每个各种个别和集体组合和排列的具体引用，但是这里对于所有方法和系统具体地设想和描述每个组合和排列。这适用于本申请的所有方面、包括、但不限于公开的方法中的步骤。因此，如果有可以执行的多种附加步骤，则理解可以用公开的方法的任何具体实施例或者实施例组合执行这些附加步骤中的每个附加步骤。
可以通过参照优选实施例的以下具体描述和其中包括的示例以及参照附图及其先前和以下描述更容易理解本方法和系统。
这里总体地公开在与一个或者多个电机连接的电系统上的电网故障期间保护一个或者多个电机的系统和方法。这样的电机可以例如包括电马达、发电机和与这样的电机关联的任何辅助装备，这些发电机例如包括风力涡轮发电机、太阳能/光伏发电装置等。在一方面，本发明的实施例公开用于迅速地检测连接到一个或者多个风力涡轮发电机的电系统上的电网故障、确定已经出现的电网故障类型、基于确定的电网故障类型从第一动作集合采取动作以保护一个或者多个风力涡轮发电机和任何辅助装备免于电网故障引起的电瞬态、孤岛事件、在基于电系统上的确定的电网故障类型从第一动作集合采取一个或者多个第一动作之后检测电系统的至少一个操作状况以及基于电系统的检测到的至少一个操作状况从第二动作集合采取一个或者多个第二动作的系统和方法。
图1是示例风力涡轮发电机100的示意图。风力涡轮发电机100包括容纳发电机(在图1中未示出)的舱102。舱102被装配在塔104上(在图1中示出塔104的部分)。塔104可以是有助于如这里描述的风力涡轮机100的操作的任何高度。风力涡轮机100也包括转子106，该转子包括附着到旋转中枢110的三个转子叶片108。备选地，风力涡轮机100包括有助于如这里描述的风力涡轮机100的操作的任何数目的叶片108。在示例实施例中，风力涡轮机100包括旋转地耦合到转子106的变速装置(在图1中未示出)和发电机(在图1中未示出)。
图2是可以与风力涡轮发电机100(在图1中示出)一起使用的示例电和控制系统200的示意图。转子106包括耦合到旋转中枢110的多个转子叶片108。转子106也包括可旋转地耦合到中枢110的低速轴杆112。低速轴杆耦合到向上步进变速装置114。变速装置114被配置为向上步进低速轴杆112的转速并且向高速轴杆116传送该速度。在示例实施例中，变速装置114具有近似70∶1的向上步进比值。例如耦合到具有近似70∶1向上步进比值的变速装置114的、在近似每分钟20转(20)旋转的低速轴杆112生成近似1400rpm的高速轴杆116速度。备选地，变速装置114具有有助于如这里描述的风力涡轮机100的操作的任何向上步进比值。也备选地，风力涡轮机100包括直接驱动发电机，其中发电机转子(在图1中未示出)旋转地耦合到转子106而无任何居间变速装置。
高速轴杆116可旋转地耦合到发电机118。在示例实施例中，发电机118是缠绕转子、同步、60Hz、三相、双馈感应发电机(DFIG)，该DFIG包括磁耦合到发电机转子122的发电机定子120。备选地，发电机118是有助于如这里描述的风力涡轮机100的操作的任何数目的相的任何发电机。
电和控制系统200包括控制器202。控制器202包括至少一个处理器和存储器、至少一个处理器输入通道、至少一个处理器输出通道并且可以包括至少一个计算机(在图2中未示出)。如这里所用，术语计算机并非仅限于在本领域中称为计算机的那些集成电路而是广义地指代处理器、微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路(在图2中未示出)，并且这里可互换地使用这些术语。在示例实施例中，存储器可以包括、但不限于计算机可读介质、比如随机存取存储器(RAM)(在图2中未示出)。备选地，也可以使用软盘、光盘-只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字通用光盘(DVD)(在图2中都未示出)。也在示例实施例中，附加输入通道(在图2中未示出)可以是、但不限于与操作者接口关联的计算机外设、比如鼠标和键盘(在图2中均未示出)。备选地，也可以使用可以例如包括、但不限于扫描仪(在图2中未示出)的其它计算机外设。另外，在示例实施例中，附加输出通道可以包括、但不限于操作者接口监视器(在图2中未示出)。
用于控制器202的处理器处理从可以包括、但不限于速度和电力换能器、电流互感器和/或电流换能器、断路器定位指示符、电势互感器和/或电压换能器等的多个电和电子设备发送的信息。RAM和存储设备存储和传送将由处理器执行的信息和指令。RAM和存储设备也可以用来存储和在处理器执行指令期间向处理器提供暂时变量、静态(即非可变)信息和指令或者其它中间信息。执行的指令包括、但不限于常驻转换和/或比较器算法。指令序列的执行不限于硬件电路装置和软件指令的任何具体组合。
电和控制系统200也包括与发电机118和控制器202电子数据通信的发电机转子转速计204。发电机定子120经由定子总线208电耦合到定子同步开关206。在示例实施例中，为了有助于DFIG配置，定子转子122经由转子总线212电耦合到双向电力转换组件210。备选地，系统200被配置为本领域已知的全电力转换系统(未示出)，其中设计和操作与组件210相似的全电力转换组件(未示出)电耦合到定子120，并且这样的全电力转换组件有助于在定子120与电力传输和配电电网(未示出)之间用通道传输电力。定子总线208从定子120传输三相电力，并且转子总线212从转子122向组件210传输三相电力。定子同步开关206经由系统总线216电耦合到主变压器电路断路器214。
组件210包括经由转子总线212电耦合到转子122的转子滤波器218。转子滤波器218经由转子滤波器总线219电耦合到转子侧、双向电力转换器220。转换器220电耦合到线侧、双向电力转换器222。转换器220和222基本上相同。电力转换器222经由线侧电力转换器总线223和线总线225电耦合到线滤波器224和线接触器226。在示例实施例中，转换器220和222被配置在三相、脉宽调制(PWM)配置中，该配置包括如本领域已知的那样“点燃”的绝缘栅双极晶体管(IGBT)开关器件(在图2中未示出)。备选地，转换器220和222具有任何配置，该配置使用有助于如这里描述的系统200的操作的任何开关器件。组件210被耦合与控制器202电子数据通信以控制转换器220和222的操作。
线接触器226经由转换电路断路器总线230电耦合到转换电路断路器228。电路断路器228也经由系统总线216和连接总线232电耦合到系统电路断路器214。系统电路断路器214经由发电机侧总线236电耦合到电力主变压器234。主变压器234经由断路器侧总线240电耦合到电网电路断路器238。电网断路器238经由电网总线242连接到电力传输和配电电网。
在示例实施例中，转换器220和222经由单个直流(DC)链路244被耦合相互电通信。备选地，转换器220和222经由个别和分离DC链路(在图2中未示出)电耦合。DC链路244包括正轨道246、负轨道248和在它们之间耦合的至少一个电容器250。备选地，电容器250是在轨道246与248之间串联或者并联配置的一个或者多个电容器。
系统200还可以包括配置为从多个电压换能器252接收多个电压测量信号的锁相环(PLL)调节器400。在示例实施例中，三个电压换能器252中的每个电压换能器电耦合到总线242的三相中的每相。备选地，电压换能器252电耦合到系统总线216。此外，备选地，电压换能器252电耦合到系统200的有助于如这里描述的系统200的操作的任何部分。PLL调节器400经由多个电管道254、256和258被耦合与控制器202和电压换能器252电数据通信。备选地，PLL调节器400被配置为从任何数目的电压换能器252接收任何数目的电压测量信号、包括、但不限于来自一个电压换能器252的一个电压测量信号。控制器202也可以从电流变压器或者电流换能器接收任何数目的电流反馈，这些电流变压器或者电流换能器电耦合到系统200的有助于如这里描述的系统200的操作的任何部分、比如来自定子总线208的电流反馈、来自发电机侧总线236的电网电流反馈等。
在操作期间，风力冲击叶片108，并且叶片108将机械风能变换成经由中枢110旋转地驱动低速轴杆112的机械转矩。低速轴杆112驱动变速装置114，该变速装置随后向上步进轴杆112的低转速以增加的转速驱动高速轴杆116。高速轴杆116旋转地驱动转子122。在转子122内感应旋转磁场，并且在磁耦合到转子122的定子120内感应电压。发电机118将旋转机械能转换成定子120中的正弦、三相交流(AC)电能信号。经由总线208、开关206、总线216、断路器214和总线236向主变压器234传输关联电力。主变压器234向上步进电力的电压幅值，并且经由总线240、电路断路器238和总线242向电网进一步传输变换的电力。
在双馈感应发电机配置中，提供第二电力传输路径。在缠绕的转子122内生成并且经由总线212向组件210传输电三相正弦AC电力。在组件210内，向转子滤波器218传输电力，在该转子滤波器内对于与转换器220关联的PWM信号的改变率而修改电力。转换器220充当整流器并且将正弦三相AC电力整流成DC电力。向DC链路244传输DC电力。电容器250通过有助于减轻与AC整流关联的DC脉动来有助于减轻DC链路244电压幅值变化。
从DC链路244向电力转换器222随后传输DC电力，其中转换器222充当配置为将来自DC链路244的DC电力转换成具有预定电压、电流和频率的三相正弦AC电力的逆变器。经由控制器202监视和控制这一转换。经由总线227和225、线接触器226、总线230、电路断路器228以及总线232从转换器222向总线216传输转换的AC电力。线滤波器224补偿或者调整从转换器222传输的电力的谐波电流。定子同步开关206被配置为闭合，从而有助于连接来自定子120的三相电力与来自组件210的三相电力。
电路断路器228、214和238被配置为例如在电流流量过量并且可能损坏系统200的部件时使得对应总线脱离连接。也提供包括线接触器226的附加保护部件，可以通过断开与线总线230的线中的每个线对应的开关(在图2中未示出)来控制该线接触器以形成脱离连接。
组件210例如对于在中枢110和叶片108的风速的改变来补偿或者调整来自转子122的三相电力的频率。因此，以这一方式，去耦合机械和电转子频率，并且与机械转速基本上独立地有助于电定子和转子频率匹配。
在一些状况之下，组件210的双向特性并且具体为转换器220和222的双向特性有助于向发电机转子122中反馈生成的电力中的至少一些电力。更具体而言，从总线216向总线232并且随后经过电路断路器228和总线230向组件210中传输电力。在组件210内，经过线接触器226以及总线225和227向电力转换器222中传输电力。转换器222充当整流器并且将正弦三相AC电力整流成DC电力。向DC链路244传输DC电力。电容器250通过有助于减轻有时与三相AC整流关联的DC脉动来有助于减轻DC链路244电压幅值变化。
随后从DC链路244向电力转换器220传输DC电力，其中转换器220充当配置为将从DC链路244传输的DC电力转换成具有预定电压、电流和频率的三相正弦AC电力的逆变器。经由控制器202监视和控制这一转换。经由总线219从转换器220向转子滤波器218传输并且随后经由总线212向转子122传输这一转换。以这一方式，有助于发电机无功功率控制。
组件210被配置为从控制器202接收控制信号。控制信号基于如这里描述的风力涡轮机100和系统200的感测的状况或者操作特性并且用来控制电力转换组件210的操作。例如发电机转子122的感测的速度这一形式的转速计204反馈可以用来控制来自转子总线212的输出电力的转换以维持恰当和平衡的三相电力状况。来自其它传感器的其它反馈也可以由系统200用来控制组件210、例如包括定子和转子总线电压和电流反馈。使用这一反馈信息并且例如可以用任何已知的方式生成切换控制信号、定子同步开关控制信号和系统电路断路器控制(跳开)信号。例如对于具有预定特性的电网电压瞬态，控制器202将至少暂时地暂停转换器220、220内的IGBT的点燃。这一过程也可以称为“门控关闭”转换器220、220内的IGBT。转换器220、220的这样的操作暂停将明显地减轻经过转换组件210用通道传输的电力为近似零。
电力转换组件210和发电机118可能易受电网电压波动和其它形式的电网故障影响。发电机118可以存储能够在发电机端子电压快速地减少时转换成高电流的磁能。这些电流可能降低组件210的部件的寿命预期，这些部件可以包括、但不限于半导体器件、比如转换器220和220内的IGBT。相似地，在孤岛事件期间，发电机118变成从电网脱离连接。组成电系统200的部件、比如总线208、216、232、230、236、240可以存储在孤岛事件期间释放的能量。这可能造成在连接发电机单元118与电网的电系统200上的过电压。过电压可以是电系统的测量电压在它的标称额定值以上的短期或者更长持续时间的增加。例如过电压可以是测量电压在标称电压以上的1％、5％、10％、50％、150％或者更大和在它们之间的任何值。在孤岛事件期间向电系统200呈现的另一挑战是转换器210和发电机118可能经历极高阻抗电网并且将最可能几乎无能力导出有功功率。如果涡轮机在显著电力水平操作，则如以下描述的那样，必须消耗该能量，并且该能量倾向于发现它的进入耦合两个转换器220、222的DC链路244中的途径。这一电力流动可能通过线222或者转子转换器220的电力半导体(在图2中未示出)向DC链路244中出现。对于与图2中所示系统相似的系统，在转子转换器220端子对如本领域所知的消弧电路(例如与电阻器串联的斩波器电路)的使用可以用来在许多事件中保护电力半导体，但是消弧在孤岛事件期间的应用可能增加损坏风险。
如以上指出的那样，线侧转换器222的AC侧上的这一过电压可能使能量被推送到电容器250中、由此增加DC链路244上的电压。DC链路244上的更高电压可能损坏位于线侧转换器222和/或转子转换器220内的电力半导体、比如一个或者多个电子开关、比如栅极可关断(GTO)晶闸管、栅极换向晶闸管(GCT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、MOSFET、其组合等。用于解决孤岛事件的最明显方法是尽快关停转换器220、222二者以便去励磁DFIG机器118并且断开接触器226、206以便从电网隔离转换器210和涡轮机。这一方法可以上至某个电网电容范围有效，但是为了有效，它必须在孤岛事件的开始的数毫秒内出现。对于高电力情况，所需关停时间可以如3毫秒一样少。
电网故障也可以包括各种机制引起的短期电流和/或电压瞬态、例如包括对电系统的切换、相到接地和相到相故障、开路、连接到电系统的负载接通和断开、对电装置、比如电容器和变压器的切换等。不同于孤岛，这些故障可能在性质上是短期的，并且电系统可以在时间段之后返回到在正常参数内操作。在一些实例中，这样的短期故障可能在电系统上引起包括高电压、低电压和零电压的短期偏差。这些偏差也可以影响和/或损坏连接到电系统的一个或者多个电机以及位于线侧转换器222和/或转子转换器220内的一个或者多个电子开关、比如栅极可关断(GTO)晶闸管、栅极换向晶闸管(GCT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、MOSFET、其组合等。为了在这些短期电网故障期间保护机器，已经开发了如在如以上描述和这里先前合并的、分别提交于2011年12月12日的美国专利公开号U.S.20120133343 A1(申请号13/323309)；授权于2008年1月22日的美国专利号7,321,221；以及授权于2005年7月26日的美国专利号6,921,985中描述的各种保护设备和方法以提供HVRT、ZVRT和LVRT。在一些实例中，这些HVRT、LVRT和ZVRT保护设备和方法包括电机向电系统中输出无功电流以有助于机器穿越短期电网故障。然而，在检测到的故障的那些前数毫秒中，可能难以区别孤岛事件与高电压事件或者不是孤岛引起的其它故障。许多电网公共事业公司要求或者强烈地希望风力农场“穿越”不是孤岛引起的高电压事件。因此，在本领域中面临的挑战是允许涡轮机保持用于穿越故障、比如高电压事件(HVRT)并且也对于孤岛事件保护转换器和其它涡轮机装备的能力。
现在参照图3，如以上指出的那样，用于过电压保护的系统的一些实施例可以包括控制系统或者控制器202。一般而言，控制器202可以包括计算机或者其它适当处理单元。因此，在若干实施例中，控制器202可以包括适当计算机可读指令，这些计算机可读指令在被实施时配置控制器202执行各种不同功能、比如接收、发送和/或执行控制信号。这样，控制器202可以一般地被配置为控制电系统200的实施例的一个或者多个开关和/或部件的各种操作模式(例如导通或者非导通状态)。例如控制器200可以被配置为实施方法，这些方法在与一个或者多个电机连接的电系统上的电网故障期间保护一个或者多个电机。
图3图示根据本主题内容的方面的可以在控制器202或者接收指示电网故障状况的信号的任何其它计算设备的一个实施例内包括的适当部件的一个实施例的框图。在各种方面，可以从一个或者多个传感器或者换能器58、60接收或者可以从其它计算设备(未示出)、比如监督控制和数据采集(SCADA)系统、涡轮机保护系统、PLL调节器400等接收这样的信号。接收的信号可以例如包括电压信号、比如DC总线244电压和AC电网电压以及用于AC电网的每个相的对应相角、电流信号、功率流(方向)信号、从转换器系统210输出的电力、向电网中(或者从电网出来)的总功率流等。在一些实例中，接收的信号可以由控制器202用来计算其它变量、比如电压相角随时间的改变等。如图所示，控制器202可以包括配置为实施多种通过计算机实施的功能(例如执行这里公开的方法、步骤、计算等)的一个或者多个处理器62和关联存储器设备64。如这里所用，术语“处理器”不仅指代在本领域中称为被包括在计算机中的集成电路而且指代控制器、微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路。附加地，存储器设备64可以一般地包括存储器单元，该(这些)存储器单元包括、但不限于计算机可读介质(例如如随机存取存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如闪存)、软盘、光盘-只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字通用光盘(DVD)和/或其它适当存储器单元。这样的存储器设备64可以一般地被配置为存储适当计算机可读指令，这些计算机可读指令在由处理器62实施时配置控制器202执行各种功能、包括、但不限于向组成双向电力转换组件210的一个或者多个开关直接地或者间接地传输适当控制信号、监视电系统200的操作状况以及各种其它适当的通过计算机实施的功能。
附加地，控制器202也可以包括用于有助于在控制器202与电系统200的各种部件和/或一个或者多个发电源118之间的通信的通信模块66。例如通信模块66可以用作接口以允许控制器202向组成双向电力转换组件210的一个或者多个开关传输控制信号以改变成导通或者非导通状态。另外，通信模块66可以包括用于允许从传感器(例如58、60)传输的信号被转换成可以由处理器62理解和处理的信号的传感器接口68(一个或者多个模数转换器)。备选地，控制器202可以具有适当计算机可读指令，这些计算机可读指令在由它的处理器62实施时配置控制器202以基于第一接收的指示符、基于在它的存储器64内存储的信息和/或基于控制器202从电系统接收的输入来确定一个或者多个发电源118的孤岛是否已经出现。相似地，控制器202可以具有适当计算机可读指令，这些计算机可读指令在由它的处理器62实施时配置控制器202以基于一个或者多个附加状况指示符、基于在它的存储器64内存储的信息和/或基于控制器202从电系统200接收的其它输入来确定与一个或者多个电机118连接的电系统上的电网故障是否已经出现。
图4是图示在与一个或者多个电机、比如风力涡轮发电机连接的电系统上的电网故障期间保护一个或者多个电机的方法的一个实施例的流程图。图4中描述的方法的步骤的实施例可以由一个或者多个计算设备、比如控制器202执行。在步骤402，计算设备检测电系统上的电网故障。在一方面，检测电系统上的电网故障包括检测电系统的一个或者多个相的断开、一个或者多个电机中的至少一个电机从电系统的孤岛、电系统上的低电压、电系统上的高电压、电系统上的零电压等中的一项或者多项。
在步骤404，计算设备可以基于电系统上的检测到的电网故障从第一动作集合采取一个或者多个第一动作。例如在电系统中检测到的高AC电压可以是对孤岛事件或者高电压瞬态的指示。在一方面，基于电系统上的检测到的电网故障从第一动作集合采取一个或者多个第一动作包括如果电网故障是高电压事件则将一个或者多个电机的部分的一个或者多个开关切换成非导通状态。例如计算设备可以采取动作通过向包括一个或者多个电机的至少部分的一个或者多个开关发送一个或者多个信号以将开关置于非导通状态来保护一个或者多个电机的至少部分。例如，这些开关可以包括转子侧双向电力转换器220和/或线侧双向电力转换器222中的电子开关。例如这些开关可以包括一个或者多个绝缘栅双极晶体管(IGBT)、栅极可关断(GTO)晶闸管、栅极换向晶闸管(GCT)、MOSFET、其组合等。通过将这些开关置于非导通状态，可以保护转子侧双向电力转换器220、线侧双向电力转换器222和一个或者多个电机免于一个或者多个电机的孤岛或者其它高电压原因引起的过电压和瞬态。
在另一方面中，计算设备可以在门控断开任何开关之前基于检测到的电网故障进入询问模式并且开始抵抗测量的高电压(例如在阈值(例如百分之120)以上的AC电网电压和/或DC链路244的在阈值(例如1250伏特)或者以上的过电压)。例如一旦检测到高电压，事件可以是孤岛事件或者高电压瞬态。在这样的实例中，控制器可以设置标志并且基于检测到的高电压从第一动作集合采取若干动作。这样的动作可以例如包括将转子转换器控制模式从正常切换成允许发电机对有功和无功电流命令做出响应的“孤岛”控制模式；将去往转子控制的转矩命令减少成零或者接近零以便减少发电机输出的功率的量并且将用于转子转换器的所得有功电流命令减少成零或者接近零并且在孤岛控制模式中使用它；以与检测到的AC电压的幅值成比例、但是限于系统的能力的方式驱动无功电流命令；以及线转换器产生无功电流以便减少AC电压。如果电系统包括如本领域所知转子消弧，则升高转子消弧激活电平以便降低激活它的概率；并且激活状态机或者其它相似控制结构以开始通过事件对控制进行定序的过程。
如以上提到的那样，如果检测到的电网故障包括高电压事件，则可以基于电系统上的检测到的电网故障从第一动作集合采取的一个或者多个第一动作之一是在询问时段期间将控制切换成孤岛模式。如果事件证明不是孤岛，则可以将控制模式切换回到正常模式。主要地通过转子转换器220(图5A)执行用于孤岛和HVRT控制的控制动作，因为它对电系统的总功率和VAR能力具有影响。图5A图示用于转子转换器220的示例控制方案。然而，图5B图示线转换器222的示例控制方案，因为它可以用来控制电系统中的无功电流。如图5A和5B中所示，在正常模式中，向转子控制给予转矩502和VAR 504命令，并且通过将转矩502和VAR 504命令转换成有功506和无功508电流命令来实现对这两个数量的调节。使用转子的电流命令、机器参数512和电频率514的电压前馈模型510输出与为了产生如下电压而需要的电压值接近的电压前馈命令516，这些电压是为了实现请求的电流而需要的。有功和无功电流调节器518、520使用反馈522、524和PI控制以调整电压命令516，从而实现请求的电流。电流调节器的输出是用来与转子电压调节器534中的转子电压反馈530、532比较的转子电压命令526、528。对于转子转换器桥路，通过转子转换器220的旋转器和门控控制535旋转和转化转子电压调节器534的输出为桥路门控命令。在正常模式中，转子控制然后通过使用以上提到的调节器和模型来实现请求的转矩和VAR命令。在孤岛事件期间，涡轮机的电系统改变，因为电网特性已经从正常明显地改变。由于这一点，正常调节模式不再有效，并且不再需要涡轮机以满足用于电系统的转矩和VAR的请求。事实上，必须快速地减少发电机的有功功率并且必须使用无功电流以便减少在涡轮机的电压。通过暂时地允许线转换器222输出比将正常允许的无功电流更多的无功电流来允许它辅助减少无功电流也是有用的。以下技术可以在控制(图5A)中用来实现这些结果。“高电压”标志540在控制中用来如以上描述的那样从正常模式切换成孤岛模式并且有时切换回：(1)发电机前馈模型510接收独立“孤岛”电流参考536、538而不是有功506和无功508电流命令。通常地，有功电流参考536被设置成很低或者零值以便减少发电机递送的有功电流、因此减少发电机递送的有功功率。为了减少在涡轮机的高电压并且也为了去励磁DFIG机器而需要的无功电流参考538一旦达到阈值就被设置成与电压的值成比例的值；(2)在设置高电压标志时关闭转子电流调节器518、520；(3)调整电压调节器增益和钳位器542以有助于在事件期间的更佳控制；以及(4)使线转换器无功电流调节器544(图5B)产生更多无功电流。
如图5B中所示，线转换器222的控制方案包括有功和无功电流调节路径。图5B中所示上或者有功路径负责维持dc链路电压。线转换器222对dc链路电压的调节维持电力平衡，该电力平衡保证转子转换器220能够恰当地管理对DFIG机器的励磁。dc链路电压参考546确定线转换器222尝试维持的dc链路电压。这一dc电压可以被固定或者浮动并且可以在某些状况、比如电网故障期间变化以便最佳地使系统受益。dc链路电压调节器548负责通过比较dc链路电压的反馈与参考546并且形成用于有功电流调节器550的将满足参考546的电流命令来维持dc链路电压参考。有功电流调节器550然后形成满足dc链路电压调节器548给予的电流命令的线电压命令(Vx*)。这一电压命令被转化成用于调制控制552的调制索引，该调制索引然后被传递到转子和门控制554以实施将维持所需dc链路电压参考546的转换器门控。图5B中的下路径负责维持外环或者另一控制器可以给定的固定或者可变无功电流参考556。例如线转换器222如果必要则可以帮助转子转换器220向电网供应无功电流或者线转换器222可以在不存在足以用于发电机操作的风力时自行充当VAR补偿器。在任一情况下，无功电流参考556可以根据转换器的能力钳位这一无功电流命令或者限制改变率。无功电流调节器544比较命令的无功电流与反馈或者实际无功电流并且在“Y”轴中产生将满足无功电流命令的线电压命令(Vy*)。无功电流调节器544也可以通过在有功电流调节器550有限制时提供补充无功电流来帮助有功电流调节器550。这一补充无功电流可以用帮助减轻有功电流调节器550的限制状况的方式修改x和y电压矢量的关系。
在高电压事件期间设置的高电压标志540用来在高电压事件期间无论事件是否为孤岛或者HVRT都瞬态地允许无功电流调节器544的增加的权限。这一附加瞬态能力可以用来如以上提到的那样辅助有功电流调节器550，或者它可以用来允许通过无功电流参考556增加无功电流数量。在任一情况下，瞬态增加的无功电流能力可以辅助线转换器222帮助向系统供应无功电流以便帮助减少在孤岛或者HVRT事件期间所见ac电压。
如果控制定序器确定事件是在初始瞬态之后的HVRT事件，则可以清除高电压标志540并且控制返回到它的正常模式。控制可以在它的正常模式中对HVT事件更佳地做出响应和正常操作。在高电压事件第一次出现时进入的高电压模式赋予对任一类型的事件(孤岛或者HVRT)的快速响应的优点，但是在通过初始瞬态之后，正常控制模式可以更佳地管理对HVRT事件的响应。在高电压事件期间的控制模式转变即使对于其中事件将被跨越(不是孤岛)的那些情况下仍然可以比正常控制方法有利。转换器被置于在ac电压快速地升高时用于减少该电压的方向上允许很快无功电流响应的模式(即高电压)。净结果是如下系统，该系统对于希望涡轮机穿越的高电压事件具有增加的穿越能力。这也可以对于某些其它类型的状况、比如仅影响一个涡轮机的单相或者三相开路事件、比如失去熔断器或者开路断路器提供改进的响应。
在一方面，回顾图4，可以基于电系统上的检测到的电网故障从第一动作集合采取的一个或者多个第一动作之一是抵抗测量的高电压，这可以通过计算设备将电机(例如风力涡轮发电机)的励磁电压钳位成比在检测到过电压时的励磁电压值更小的值来执行。在一方面，可以通过使用可以经由机器(例如风力涡轮发电机)的模型转化成转子电压命令的电流命令来间接地钳位励磁电压。例如考虑如向图2的电和控制方案应用的图6的控制方案。图5图示用于通过钳位转子的励磁电压(Uy_cmd和Ux_cmd)来保护DFIG的转子电压钳位控制方案的一个实施例。通过钳位转子励磁电压(Uy_cmd和Ux_cmd)，可以获得对转子气隙通量的更佳瞬态磁化控制，因此该瞬态磁化控制抑制DFIG定子线AC电压。换而言之，通过获得对发电机的磁化电流的更多控制并且并行地减少马达转矩控制来减轻DFIG定子AC过电压电平。这提供用于避免由于DFIG可以穿越的事件而跳开DFIG和/或在开路电网孤岛事件期间减少DC总线电压的更佳能力。如图5中所示，向钳位控制逻辑(转子电压钳位器)602的输入包括来自电压控制环606的Vdr 604和来自转矩控制环610的Vqr 608以及基于检测到AC电网过电压(电网Vac反馈614)或者DC总线过电压(Vdc反馈616)的用于钳位控制逻辑602的使能/去使能命令612。钳位控制逻辑602的输出包括用来通过转子脉冲宽度调制器(PWM)设置转子的Uy_cmd和Ux_cmd值的Vdr_cmd 618和Vqr_cmd 620。在一方面，钳位控制逻辑可以设置以下值以便钳位励磁电压：Iqr＝0；Vqr＝Vqr_ff，仅使用前馈(ff)补偿项；以及Vdr＝Vdc/2，利用全DC总线电压用于磁化控制。在另一方面，可以在固定值、比如Uy_cmd＜0.5和Ux_cmd＜1.1钳位励磁值。在一方面，可以有在AC电网过电压检测和DC总线过电压检测二者中的每个检测触发中构建的滞后带。在AC电压和DC电压二者已经减少至阈值减去滞后以下时，控制器可以去除转子电压钳位。
回顾图4，在另一方面，如果检测到的电网故障不是高电压事件、比如低电压或者零电压事件，则计算设备基于电系统上的检测到的电网故障从第一动作集合采取一个或者多个第一动作可以包括如果电网故障包括低电压穿越(LVRT)事件或者零电压穿越(ZVRT)事件则计算设备使一个或者多个电机中的至少一个电机向电系统中输出无功电流和/或如在如以上描述和这里先前合并的、分别提交于2011年12月12日的美国专利公开号U.S.20120133343 A1(申请号13/323309)；授权于2008年1月22日的美国专利号7,321,221；以及授权于2005年7月26日的美国专利号6,921,985中描述的那样采取动作。
在步骤406，计算设备从与电系统关联的各种监视器、换能器、设备、其它计算设备等接收输入信号并且在基于电系统上的检测到的电网故障从第一动作集合采取一个或者多个第一动作之后检测电系统的至少一个操作状况。在一方面，在基于电系统上的检测到的电网故障从第一动作集合采取一个或者多个第一动作之后检测电系统的至少一个操作状况包括确定电系统的一个或者多个操作参数是否在可接受操作范围内。在各种方面，一个或者多个操作参数可以包括电压、电流、有功功率、无功功率、频率、功率流方向、相角、电抗、阻抗、电容、电阻、电感等。例如在一方面，控制器检查电系统的例如PLL(锁相环)确定的频率。如果系统的测量的频率在标称值以外预定数量，则系统确定‘孤岛’事件在进行中。在一方面中，可以使用实现固定阈值的频率的滤波版本来执行对孤岛的确定。在另一方面，一旦感测到高电压，频率增量或者改变可以用来检测孤岛事件。也可以运用其它确定孤岛的方法、比如相跳跃、反向功率检测等。例如确定来自电系统的一个或者多个电机中的至少一个电机的孤岛是否已经出现可以包括接收一个或者多个电机的孤岛的第一指示符。一般而言，这一指示符由计算设备、比如控制器202接收。在一方面，第一指示符可以是对在例如系统总线216或者电网总线242的电压相角跳跃的指示。相角跳跃是在例如系统总线216或者电网总线242的AC电压的一个或者多个相位的电压相角的迅速改变。通过测量在定义的时间段内与其先前相角比较的实时相角位移来确定相角跳跃。如果相位位移误差高于阈值(在正或者负方向上)，则可以断定相位跳跃误差。在一方面，使用PLL调节器400对于一个或者多个相实时跟踪电压相角。跟踪的相角的改变从PLL调节器产生指示相角跳跃的输出。在另一方面，第一指示符可以包括在系统总线216或者电网总线242或者甚至DC总线244的幅度过电压。在另一方面，第一孤岛指示符可以包括系统总线216或者电网总线242的一个或者多个相上的频率改变。具体而言，迅速频率改变可以指示一个或者多个电机的孤岛。在更多另一方面，第一孤岛指示符可以包括来自AC电网电路断路器238的指示断路器已经断开的信号。在一方面，如果电压相角跳跃超过近似正或者负30度，则计算设备可以做出孤岛已经出现的确定。在另一方面，如果电压相角跳跃未超过近似正或者负30度，但是在系统总线216或者电网总线242或者甚至DC总线244检测到125％或者更大的过电压，则计算设备可以做出孤岛已经出现的确定。将认识这些阈值仅为举例而可以如希望的那样被调整以便保护一个或者多个电机的至少部分，在本发明的实施例的范围内设想用于这样的阈值的任何其它值。另外，如果第一指示符未清楚地指示一个或者多个电机中的至少一个电机的孤岛，则计算设备可以接收一个或者多个附加状况指示符。这些一个或者多个附加状况指示符可以例如是对连接到一个或者多个电机的交流(AC)电力系统200上的过电压的指示、对DC总线244上的过电压的指示、对经过线侧转换器222的反向功率流的指示、对经过线侧转换器222或者转子转换器220的功率流的过量量值的指示等中的一个或者多个指示。在一方面，第一指示符与一个或者多个附加指示符组合可以由计算设备用来做出电网故障是否为孤岛事件的确定。例如电压相角跳跃与对连接到一个或者多个电机的交流(AC)电力系统上的过电压的指示、对DC总线上的过电压的指示、对经过线侧转换器的反向功率流的指示、对经过线侧转换器或者转子转换器的功率流量值的指示等中的至少一个指示组合可以由计算设备用来确定电网故障是否为孤岛事件。考虑一个非限制示例，如果电压相角跳跃小于或者等于近似30度或者等于或者大于负30度并且对连接到一个或者多个电机的交流(AC)电力系统上的过电压的指示对过电压是标称电压的近似百分之125或者更大进行指示，则计算设备可以确定电网故障是孤岛事件。相似地，从电系统向计算设备的输入可以用来确定电网故障是否包括高电压穿越(HVRT)事件。例如如这里描述的那样，如果电系统经历高电压而系统的测量的频率在允许的范围内预定量，则控制器确定高电压瞬态事件在进行中，并且转换器控制可以返回到它的正常模式以有助于穿越事件、比如高电压事件(HVRT)。
在步骤408，计算设备基于电系统的检测到的至少一个操作状况从第二动作集合采取一个或者多个第二动作。在一方面，基于电系统的检测到的至少一个操作状况从第二动作集合采取一个或者多个第二动作包括如果电系统的一个或者多个操作参数不在可接受操作范围内则关停一个或者多个电机中的至少一个电机。例如如果系统经历高电压事件并且系统的测量的频率在标称值以外预定量，则系统确定孤岛事件在进行中并且可以采取来自第二动作集合的以下示例动作：(a)向同步接触器和涡轮机断路器发送用于断开的命令；(b)控制基频尝试防止系统的与频率成比例的VAR加载增加；(3)对转换器的门控的控制以用于遵循孤岛控制方法的方式继续直至涡轮机从电网隔离并且同步接触器断开，例如对于某些跳开故障、如高电压跳开，可以一检测到跳开就命令从电网分离涡轮机的断路器断开，但是转换器继续运行并且向电网提供无功电流直至断路器已经断开；(d)关停转换器；以及(d)做出孤岛事件已经出现的通报。如果电系统包括如本领域所知转子消弧，则在一方面，可以一旦检测到孤岛就暂停对转子消弧的激活。在另一方面，基于电系统的检测到的至少一个操作状况从第二动作集合采取一个或者多个第二动作包括同步一个或者多个电机中的至少一个电机与电系统并且如果电系统的一个或者多个操作参数在可接受操作范围内则将一个或者多个电机的部分的一个或者多个开关切换成导通状态。
图7是图示在与一个或者多个电机、比如风力涡轮发电机连接的电系统上的电网故障期间保护一个或者多个电机的方法的另一实施例的流程图。图7中描述的方法的步骤的实施例可以由一个或者多个计算设备、比如控制器202执行。在步骤702，电机正常地操作——用于一个或者多个电机或者连接到一个或者多个电机的AC电力系统的所有监视或者测量的操作参数在可接受范围内。在步骤704，确定计算设备是否在电系统上检测到电网故障。如果未检测到电网故障，则该过程返回到步骤702。在一方面，检测电系统上的电网故障包括检测电系统的一个或者多个相的断开、一个或者多个电机中的至少一个电机从电系统的孤岛、电系统上的低电压、电系统上的高电压、电系统上的零电压等中的一项或者多项。如果检测到电网故障，则该过程前往步骤706。在步骤706，计算设备确定电网故障类型。在一方面，确定电系统上的电网故障的类型包括确定电网故障是否包括高电压事件或者某个其它类型的事件。如果是高电压，则可以在AC系统上和/或在电系统的DC链路上检测到事件。例如高电压检测可以指示孤岛事件、高电压穿越(HVRT)事件等。其它事件类型的示例可以包括低电压穿越(LVRT)事件、零电压穿越(ZVRT)事件等。如果在步骤706，电网故障包括其它事件类型、比如LVRT或者ZVRT事件，则可以运用用于ZVRT和LVRT的方法、比如在这里先前通过引用而完全地合并于此并且成为其一部分的、分别授权于2008年1月22日的美国专利号7,321,221；以及授权于2005年7月26日的美国专利号6,921,985中描述的用于ZVRT和LVRT的方法。这样的方法可以包括前往步骤708，其中在一方面，向电系统中输入无功电流。在一方面，连接到电系统的一个或者多个电机中的至少一个电机向电系统中输入无功功率。例如如果电机是同步发电机，则可以过励磁它以便产生无功电流。在其它方面，无功电流可以由其它设备和方法、比如电容器和/或转换器提供。在步骤710，确定电系统是否在已经经历电网故障之后回到正常。在一方面，这可以通过计算设备从与电系统关联的各种监视器、换能器、设备、其它计算设备等接收输入信号并且在步骤708向电系统中输入无功电流之后检测电系统的至少一个操作状况来执行。在一方面，在向电系统中输入无功电流之后检测电系统的至少一个操作状况包括确定电系统的一个或者多个操作参数是否在可接受操作范围内。在各种方面，一个或者多个操作参数可以包括电压、电流、有功功率、无功功率、频率、功率流方向、相角、电抗、阻抗、电容、电阻、电感等。如果在步骤710，电系统回到正常，则该过程返回到步骤702。然而，如这里描述的那样，如果在步骤710，电系统未回到正常，则在步骤712，计算设备开始关停一个或者多个电机中的至少一个电机和连接到电系统的辅助装备。
回顾步骤706，如这里描述的那样，如果电网故障是可以与开路电网或者孤岛关联的高电压事件，则该过程前往步骤714。在步骤714，计算设备可以采取动作以保护一个或者多个电机的至少部分。在一方面，这可以包括改变转换器220、222中的一个或者多个转换器的控制模式。例如在一方面，改变控制模式包括如这里描述的那样将转换器控制从正常模式改变成孤岛模式、转换成保护模式或者询问模式。
在步骤716，计算设备可以基于电系统上的检测到的电网故障从第一动作集合采取一个或者多个第一动作。例如在电系统中检测到的高AC电压可以是对孤岛事件或者高电压瞬态的指示。在一方面，基于电系统上的检测到的电网故障从第一动作集合采取一个或者多个第一动作包括如果电网故障是高电压事件则将一个或者多个电机的部分的一个或者多个开关切换成非导通状态。例如计算设备可以采取动作以通过向组成一个或者多个电机的至少部分的一个或者多个开关发送用于将开关置于非导通状态的一个或者多个信号来保护一个或者多个电机的至少部分。例如开关可以包括转子侧双向电力转换器220和/或线侧双向电力转换器222中的电子开关。例如这些开关可以包括一个或者多个绝缘栅双极晶体管(IGBT)、栅极可关断(GTO)晶闸管、栅极换向晶闸管(GCT)、MOSFET、其组合等。通过将这些开关置于非导通状态，可以保护转子侧双向电力转换器220、线侧双向电力转换器222和一个或者多个电机免于一个或者多个电机的孤岛或者其它高电压原因引起的过电压和瞬态。
在另一方面，计算设备可以在门控断开任何开关之前基于检测到的电网故障进入询问模式并且开始抵抗测量的高电压(例如在阈值(例如百分之120)以上的AC电网电压和/或DC链路244的在阈值(例如1250伏特)或者以上的过电压)。例如一旦检测到高电压，事件可以是孤岛事件或者高电压瞬态。在这样的实例中，控制器可以设置标志并且基于检测到的高电压从第一动作集合采取若干动作。这样的动作可以例如包括(a)将转子转换器控制模式从正常切换成允许发电机对有功和无功电流命令做出响应的“孤岛”控制模式；(b)将去往转子控制的转矩命令减少成零或者接近零以便减少发电机输出的功率的量并且将用于转子转换器的所得有功电流命令减少成零或者接近零并且在孤岛控制模式中使用它，例如在一方面，可以在“监视”方向上将向发电机生成电流的转矩为取为额定有功电流的约百分之10的值。这一动作可以帮助更快地去磁化机器；(c)以与检测到的AC电压的幅值成比例、但是限于系统的能力的方式驱动无功电流命令；以及(d)线转换器产生无功电流以便减少AC电压。如果电系统包括如本领域所知转子消弧，则升高转子消弧激活电平以便降低激活它的概率；并且激活状态机或者其它相似控制结构以开始通过事件对控制进行定序的过程。在一方面，一旦检测到孤岛就可以暂停对转子消弧的激活。
在另一方面，如这里描述的那样，转换器可以置于保护模式、包括改变操作特性和/或门控断开组成转换器220、222的开关。在一方面，转换器220、222中的一个或者多个转换器的这一控制模式包括改变组成转换器220、222的电子开关的激发特性。例如可以变更电子开关激发的角度。在另一方面，可以向组成一个或者多个电机的至少部分的一个或者多个开关发送一个或者多个信号以将开关置于非导通状态。例如这些开关可以包括转子侧双向电力转换器220和/或线侧双向电力转换器222中的电子开关。例如这些开关可以包括一个或者多个IGBT、GTO晶闸管、GCT、MOSFET、其组合等。通过改变激发特性和/或门控断开这些开关，可以保护转子侧双向电力转换器220、线侧双向电力转换器222和一个或者多个电机免于一个或者多个电机的孤岛引起的过电压和瞬态。
在步骤720，确定电系统是否在已经经历电网故障之后回到正常。在一方面，这可以通过计算设备从与电系统关联的各种监视器、换能器、设备、其它计算设备等接收输入信号并且在步骤714已经改变与一个或者多个电机关联的转换器的控制模式并且在步骤716从第一动作集合执行一个或者多个动作之后检测电系统的至少一个操作状况来执行。在一方面，检测电系统的至少一个操作状况包括确定电系统的一个或者多个操作参数是否在可接受操作范围内。在各种方面，一个或者多个操作参数可以包括电压、电流、有功功率、无功功率、频率、功率流方向、相角、电抗、阻抗、电容、电阻、电感等。在一方面，在运行电系统变稳定的时间延迟(步骤718)之后执行描述的过程；然而，这一步骤是可选的，而不是为了实现本发明的实施例而必需的。如果在步骤720，电系统回到正常，则该过程前往步骤722。然而，如这里描述的那样，如果在步骤720，电系统未回到正常，则在步骤712，计算设备开始关停一个或者多个电机中的至少一个电机和连接到电系统的辅助装备。
在步骤722，再同步在步骤714和716影响的一个或者多个电机与电系统，并且使转换器的控制模式返回到正常控制模式(例如置于非导通状态的一个或者多个开关被置于导通状态和如以上描述的其它动作)，并且该过程返回到步骤702。
如以上描述和本领域技术人员将认识的那样，本发明的实施例可以被配置为一种系统、方法或者计算机程序产品。因而，本发明的实施例可以由完全包括硬件、完全包括软件或者软件和硬件的任何组合的各种装置组成。另外，本发明的实施例可以采用计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式，该计算机可读存储介质具有存储介质中体现的计算机可读程序指令(例如计算机软件)。可以利用任何适当非瞬态计算机可读存储介质、包括硬盘、CD-ROM、光存储设备或者磁存储设备。
以上已经参照方法、装置(即系统)和计算机程序产品的框图和流程图图示描述本发明的实施例。将理解框图和流程图图示的每个块以及框图和流程图图示中的块的组合分别可以通过包括计算机程序指令的各种手段来实施。这些计算机程序指令可以被加载到通用计算机、专用计算机或者其它可编程数据处理装置、比如以上参照图3讨论的处理器62上以产生机器，从而在计算机或者其它可编程数据处理装置上执行的指令创建用于实施流程图的一个或者多个块中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可以被存储在非瞬态计算机可读存储器中，该非瞬态计算机可读存储器可以指引计算机或者其它可编程数据处理装置(例如图3的处理器62)以特定方式工作，从而在计算机可读存储器中存储的指令产生制造品，该制造品包括用于实施流程图的一个或者多个块中指定的功能的计算机可读指令。计算机程序指令也可以被加载到计算机或者其它可编程数据处理装置上以使系列操作步骤在计算机或者其它可编程装置上被执行以产生计算机实施的过程，从而在计算机或者其它可编程装置上执行的指令提供用于实施流程图的一个或者多个块中指定的功能的步骤。
因而，框图和流程图图示的块支持用于执行指定的功能的装置的组合、用于执行指定的功能的步骤的组合和用于执行指定的功能的程序指令装置。也将理解框图和流程图图示的每个块以及框图和流程图图示中的块的组合可以由执行指定的功能或者步骤的基于专用硬件的计算机系统或者专用硬件和计算机指令的组合实施。
除非另有明示，决不旨在于解释这里阐述的任何方法为要求按照具体顺序执行它的步骤。因而，在方法权利要求未实际地记载它的步骤将遵循的顺序或者不在权利要求或者说明书中以别的方式具体地陈述步骤将限于具体顺序时，决不旨在于在任何方面推断顺序。这对于用于解释的任何可能非明确基础而言成立、包括：关于步骤或者操作流程布置的逻辑内容；从语法组织或者标点推导的字面含义；在说明书中描述的实施例的数目或者类型。
贯穿本申请，可以引用各种公开文本。这些公开文本的全部公开内容通过引用到本申请中而结合于此以便更完全地描述方法和系统涉及的现有技术。
从在前文描述和关联附图中呈现的教导中受益的、本发明的这些实施例涉及的本领域技术人员将想到这里阐述的本发明的许多修改和其它实施例。因此，将理解本发明的实施例将不限于公开的具体实施例并且修改和其它实施例旨在于被包括在所附权利要求的范围内。另外，虽然前文描述和关联附图在某些示例单元和/或功能组合的上下文中描述示例实施例，但是应当认识备选实施例可以提供不同单元和/或功能组合而未脱离所附权利要求的范围。就这一点而言，例如也如可以在所附权利要求中的一些权利要求中阐述的那样设想除了以上明确地描述的单元和/或功能组合之外的不同单元和/或功能组合。虽然这里运用具体术语，但是它们仅在通用和描述意义上加以使用而并非用于限制的目的。

Claims (20)

1.一种在与一个或者多个电机连接的电系统上的电网故障期间保护所述一个或者多个电机的方法，所述方法包括：
检测所述电系统上的电网故障，其中检测所述电系统上的所述电网故障包括检测所述电网故障是否包括高电压事件或者另一电网故障事件；
基于所述电系统上的检测到的电网故障从第一动作集合采取一个或者多个第一动作；
在基于所述电系统上的检测到的电网故障从所述第一动作集合采取一个或者多个第一动作之后检测所述电系统的至少一个操作状况；以及
基于所述电系统的检测到的至少一个操作状况从第二动作集合采取一个或者多个第二动作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测电系统上的电网故障包括检测所述电系统的一个或者多个相的断开、所述一个或者多个电机中的至少一个电机从所述电系统的孤岛、所述电系统上的低电压、所述电系统上的高电压或者所述电系统上的零电压中的一项或者多项。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述电系统上的检测到的电网故障从所述第一动作集合采取一个或者多个第一动作包括基于检测到的电网故障改变所述一个或者多个电机的至少部分的控制模式。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，检测到的电网故障是高电压事件，并且基于所述电系统上的检测到的电网故障从所述第一动作集合采取一个或者多个第一动作还包括将所述一个或者多个电机的部分的一个或者多个开关切换成非导通状态，或者将所述控制模式从正常模式切换成允许所述一个或者多个电机对有功和无功电流命令做出响应的孤岛控制模式并且将去往与所述一个或者多个电机关联的转子控制的转矩命令减少成零或者接近零，将用于与所述一个或者多个电机关联的转子转换器的所得有功电流命令减少成零或者接近零并且在所述孤岛控制模式中使用它，以与检测到的高电压的幅值成比例但是限于所述电系统的能力的方式驱动无功电流命令，并且通过与所述一个或者多个电机关联的线转换器产生无功电流以便减少所述高电压。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基于所述电系统上的检测到的电网故障从所述第一动作集合采取一个或者多个第一动作之后检测所述电系统的所述至少一个操作状况包括确定所述电系统的一个或者多个操作参数是否在可接受操作范围内。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述一个或者多个操作参数包括电压、电流、有功功率、无功功率、频率、功率流方向、相角、电抗、阻抗、电容、电阻和电感。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于所述电系统的检测到的至少一个操作状况从所述第二动作集合采取一个或者多个第二动作包括如果所述电系统的一个或者多个操作参数不在可接受操作范围内则关停所述一个或者多个电机中的至少一个电机，或者如果所述电系统的一个或者多个操作参数在可接受操作范围内则同步所述一个或者多个电机中的至少一个电机与所述电系统并且将所述一个或者多个电机的部分的控制模式改变成正常模式。
8.一种在与一个或者多个电机连接的电系统上的电网故障期间保护所述一个或者多个电机的方法，所述方法包括：
将一个或者多个电机连接到交流(AC)电力系统，其中所述AC电力系统被配置为向所述一个或者多个电机传输电力的至少一个相或者从所述一个或者多个电机接收电力的至少一个相；
将控制系统的至少部分电耦合到所述AC电力系统的至少部分；
耦合所述控制系统的至少部分与所述一个或者多个电机的至少部分电子数据通信；
基于所述控制系统监视的一个或者多个状况检测所述AC电力系统的电网故障，其中检测所述电系统上的所述电故障包括检测所述电网故障是否包括高电压或者另一电网故障事件；
通过所述控制系统基于所述AC电力系统上的检测到的电网故障从第一动作集合采取一个或者多个第一动作；
通过所述控制系统在基于所述AC电力系统上的检测到的电网故障从所述第一动作集合采取一个或者多个第一动作之后检测所述AC电力系统的至少一个操作状况；以及
通过所述控制系统基于所述AC电力系统的至少一个检测到的操作状况从第二动作集合采取一个或者多个第二动作。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过所述控制系统基于所述AC电力系统上的检测到的电网故障从所述第一动作集合采取一个或者多个第一动作包括基于检测到的电网故障改变所述一个或者多个电机的至少部分的控制模式。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，检测到的电网故障是高电压事件，并且基于所述电系统上的检测到的电网故障从所述第一动作集合采取一个或者多个第一动作还包括将所述一个或者多个电机的部分的一个或者多个开关切换成非导通状态，或者将所述控制模式从正常模式切换成允许所述一个或者多个电机对有功和无功电流命令做出响应的孤岛控制模式并且将去往与所述一个或者多个电机关联的转子控制的转矩命令减少成零或者接近零，将用于与所述一个或者多个电机关联的转子转换器的所得有功电流命令减少成零或者接近零并且在所述孤岛控制模式中使用它，以与检测到的高电压的幅值成比例但是限于所述电系统的能力的方式驱动无功电流命令，并且通过与所述一个或者多个电机关联的线转换器产生无功电流以便减少所述高电压。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过所述控制系统在基于所述AC电力系统上的检测到的电网故障从所述第一动作集合采取一个或者多个第一动作之后检测所述AC电力系统的至少一个操作状况包括通过所述控制系统确定所述AC电力系统的一个或者多个操作参数是否在可接受操作范围内。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述一个或者多个操作参数包括电压、电流、有功功率、无功功率、频率、功率流方向、相角、电抗、阻抗、电容、电阻和电感。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，通过所述控制系统基于所述AC电力系统的检测到的至少一个操作状况从所述第二动作集合采取一个或者多个第二动作包括如果所述AC电力系统的一个或者多个操作参数不在可接受操作范围内则关停所述一个或者多个电机中的至少一个电机，或者如果所述AC电力系统的一个或者多个操作参数在可接受操作范围内则同步所述一个或者多个电机中的至少一个电机与所述AC电力系统并且将所述一个或者多个电机的部分的控制模式改变成正常模式。
14.一种用于在与一个或者多个电机连接的电系统上的电网故障期间保护所述一个或者多个电机的系统，所述系统包括：
连接到交流(AC)电力系统的一个或者多个电机，其中所述AC电力系统被配置为向所述一个或者多个电机传输电力的至少一个相或者从所述一个或者多个电机接收电力的至少一个相；以及
控制系统，其中所述控制系统电耦合到所述AC电力系统的至少部分并且所述控制系统的至少部分被耦合与所述一个或者多个电机的至少部分电子数据通信，以及其中所述控制系统包括控制器并且所述控制器被配置为：
检测所述AC电力系统上的电网故障，其中所述控制器被配置为检测所述AC电力系统上的所述电网故障包括所述控制器被配置为检测所述电网故障是否包括高电压事件或者另一电网故障事件；
基于所述电系统上的检测到的电网故障从第一动作集合采取一个或者多个第一动作；
在基于所述AC电力系统上的检测到的电网故障从所述第一动作集合采取一个或者多个第一动作之后检测所述AC电力系统的至少一个操作状况；以及
基于所述AC电力系统的检测到的至少一个操作状况从第二动作集合采取一个或者多个第二动作。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置为检测所述AC电力系统上的电网故障包括所述控制器被配置为检测所述AC电力系统的一个或者多个相的断开、所述一个或者多个电机中的至少一个电机从所述AC电力系统的孤岛、所述AC电力系统上的低电压、所述AC电力系统上的高电压或者所述AC电力系统上的零电压中的一项或者多项。
16.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置为基于所述AC电力系统上的检测到的电网故障从所述第一动作集合采取一个或者多个第一动作包括所述控制器被配置为基于检测到的电网故障改变所述一个或者多个电机的部分的控制模式。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，检测到的电网故障是高电压事件，并且所述控制器被配置为基于所述电系统上的检测到的电网故障从所述第一动作集合采取一个或者多个第一动作还包括所述控制器被配置为将所述一个或者多个电机的部分的一个或者多个开关切换成非导通状态，或者将所述控制模式从正常模式切换成允许所述一个或者多个电机对有功和无功电流命令做出响应的孤岛控制模式并且将去往与所述一个或者多个电机关联的转子控制的转矩命令减少成零或者接近零，将用于与所述一个或者多个电机关联的转子转换器的所得有功电流命令减少成零或者接近零并且在所述孤岛控制模式中使用它，以与检测到的高电压的幅值成比例但是限于所述电系统的能力的方式驱动无功电流命令，并且通过与所述一个或者多个电机关联的线转换器产生无功电流以便减少所述高电压。
18.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置为在基于所述AC电力系统上的检测到的电网故障从所述第一动作集合采取一个或者多个第一动作之后检测所述AC电力系统的至少一个操作状况包括所述控制器被配置为确定所述AC电力系统的一个或者多个操作参数是否在可接受操作范围内。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述一个或者多个操作参数包括电压、电流、有功功率、无功功率、频率、功率流方向、相角、电抗、阻抗、电容、电阻和电感。
20.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述控制器被配置为基于所述AC电力系统的检测到的操作状况从所述第二动作集合采取一个或者多个第二动作包括如果所述AC电力系统的一个或者多个操作参数不在可接受操作范围内则关停所述一个或者多个电机中的至少一个电机，或者如果所述AC电力系统的一个或者多个操作参数在可接受操作范围内则同步所述一个或者多个电机中的至少一个电机与所述AC电力系统并且将所述一个或者多个电机的部分的控制模式改变成正常模式。
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