CN106575936A - 用于双馈感应发电机(dfig)风功率系统的过电压保护自触发电路 - Google Patents

用于双馈感应发电机(dfig)风功率系统的过电压保护自触发电路 Download PDF

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Abstract

所提供的是一种用于针对过电压来保护风力涡轮机的过电压保护装置。该装置包含双馈感应发电机(DFIG),其包含转子连接和定子连接,该转子连接包含耦合到DFIG的转子引线的多个电连接,该定子包含耦合到DFIG的定子引线的多个电连接。还包含的是一种自触发电路,其与转子连接耦合,并且在检测到过电压事件时响应于电网故障期间的公用电网电压中的变化而操作,使得过电压保护电路与控制器或传感器无关地自动操作,以便将所检测的过电压降低到预定电压电平。

Description

用于双馈感应发电机(DFIG)风功率系统的过电压保护自触发 电路
技术领域
本公开一般涉及双馈感应发电机领域。具体来说,本公开涉及电网故障期间的双馈感应发电机的控制和保护。
背景技术
近年来,随着我们的化石能源、例如油和煤的供应降低并且用来回收它们的价格和工作量增加,备选能源(例如比如由风力涡轮机所产生的风能)对于供应电功率的增加需求变得流行。风力涡轮机是一种类型的基于再生能量的功率单元,其与传统形式的电功率生成竞争。因此,风力涡轮机捕获风能,并且按照成本有效、可靠和安全的方式将它转换成电能,使得它适合于输送数英里之外。
在操作中,风力涡轮机可包含多个旋转叶片,其连接到转子轴并且通过风力来旋转。叶片通过风力的旋转使转子轴自旋,以生成旋转力矩或力,其驱动一个或多个发电机将机械能量转换成电能。转子轴和发电机安装在壳体或短舱(其定位在桁架或管状塔之上)内。短舱中生成的电能经由变压器通过塔向下分配到公用电网。
风能具有若干应用,其从被互连并且向公用电网输送功率的大风力涡轮机场变动到可以或者可以不是电网连接的个别的隔离风力涡轮机。因此,风力涡轮机能够用来为单个家庭或建筑产生电力,或者它们能够连接到电力网用于更广泛的电力分配。风力涡轮机互连到电网能够基于装置的大小、对总电力供应的贡献的大小(风力渗透)、电力是用于频率还是无功功率以及与其他功率源的集成度来编组为分类。
一个分类是风力农场,其由互连到公用电网并且与常规公用发电厂合作起作用的大的协同定位的风力涡轮机场来组成。场能够由生成数百兆瓦电力的数百台机器来组成。连接到电网的大风力农场通常在电网的传输级互连。通常在风力农场中,个别风力涡轮机与中压功率收集系统和通信网络互连。在变电站处,这个中压电流的电压采用用于到高压电功率传输系统的连接的变压器来增加。
另一个分类是分布式风力发电系统(又称作“分布式功率系统”(DPS)、“分布式发电机系统”(发电机组)和“分布式发电机”),其是生成位于其使用点附近的电力的较小规模的风力涡轮机。这些分布式系统能够连接到电网或者独立操作。
连接到电网的分布式系统通常在电网的分配级接合。它们可集成到电力公用电网,使得公用事业可依靠备用功率,使得电力的一部分在本地使用,以及其余部分输送到电网。但是,在大多数情况下,这些小涡轮机主要用于生成供现场使用的电力,而不是通过电网传送能量。小风力涡轮机具有比大风力农场要小的发电容量。它们通常生成从少于一千瓦至数十兆瓦的电力。
连接到电网的风力涡轮机频繁地遭受电网故障。各种电网故障能够在电气网络中发生,并且它们的大部分与网络电压相关。它们通常通过电压的幅值中的变化并且通过持续时间来表征。风力涡轮机可采用各种保护系统,以便确保其在故障条件(例如过速、过电压和欠电压保护)期间的正确操作。
传统地,风力涡轮机的保护系统设计成每当检测到电网故障时将风力涡轮机单元断开。直到最近,连接到电网的风力涡轮机是在分配级连接的小型装置,以及所安装的风力发电容量的总量与所安装发电容量的总量的比例是小的。因此,先前很少需要这类装置满足电网连接和技术性能要求的所定义集合。因此,在过去,不存在由电网法规使风力涡轮机在故障或电压扰动期间保持连接到电网的要求。
但是,连接到现有电功率电网的大风力农场的流入量(influx)多年来已经增加,并且引起功率系统内的风功率的大规模使用。到现有电功率电网中的这个集成引起许多问题,并且对电网稳定性带来多个技术挑战,因为风功率是间歇能量源,其在大多数情况下必须在可用时使用。随着风力涡轮机不仅变得更大而且还进入作为大风力农场的编组,在一些情况下,风力农场能够为电网提供某个地理区域中的总能量生产的重要部分。
因此,风能到功率系统中的渗透的水平增加到如此程度以致于大风力涡轮机与电网的连接对电网稳定性、可靠性、安全性和功率质量具有大影响。风能“渗透”表示通过风力所产生的能量与功率系统中的总可用发电容量相比的分数。
这个变化性能够提出将大量风功率结合到电网系统中的实质挑战。因此,风能到许多区域和国家的功率系统中的增加的渗透因此引起对电网法规(其定义风力农场与电气网络的连接的要求)的修订。即,这些电网法规要求通常表示连接到电网的传输级的大风力农场而不是连接在分配级的较小站。这类要求称作故障穿越(FRT)或低电压穿越(LVRT)。
故障穿越(FRT)或低电压穿越(LVRT)是与近来在电网法规中引入的风力农场操作有关的最重要要求。新电网法规要求风力农场在故障期间和之后保持连接并且支持电网。故障穿越要求响应于馈入到传输系统中的风能力中的大增加而确立,从而使得风力发电在网络故障的情况下保持操作成为必需。
特定电网连接要求在世界的不同部分变化。但是,一般来说,新要求需求连接在传输级的风力发电厂和风力农场表现得更像常规发电厂。因此,它们必须接管使功率系统保持为稳定的许多控制任务。风力发电厂是共享公共基础设施(例如电气互连设施和辅助道路)的涡轮机编组。风力发电厂的大小能够从数兆瓦变动到数百兆瓦的容量。
在过去,在电网扰动和低电网电压期间,允许风力涡轮机和风力农场从电网断开。但是当今,所有新电网法规规定工作在传输级的风力涡轮机和风力农场应当按照与常规发电站类似的方式来有助于功率系统控制,频率和电压控制。这些要求对于功率供应网络的稳定和可靠操作是极其重要的,特别是在具有风力发电的高渗透的区域中。
在这类区域连接中,如果存在通过风力所生成并且在网络中产生的大量电力,则风力发电机组和风力农场的同时断开能够生成电网中的故障,其能够引起跨宽区域的较大电压下降、一些发电机组的丢失以及最终被影响区域中的电压的崩溃。此外,因断开引起的功率生成的附加损失能够引起更大不平衡并且因此引起较宽区域中的系统频率的下降。
对于集成风力涡轮机的电网系统,用来增强电网系统的瞬态稳定性的常见常规实践要使用双馈感应发电机(DFIG)而不是固定速度风力涡轮机将可变速度风力涡轮机互连到系统中。DFIG通常具有电网集成的更期望性质。通常,DFIG在可变速度发电(VSG)系统中用于从间歇或可变能源、例如风力农场来生成电能。
可变速度发电系统相对于固定速度系统的主要优点是电子控制轴速度以便保持能量转换过程的最大效率的可能性。可变速度风力涡轮机与固定速度风力涡轮机相比能够收获大许多的能量,因为取决于风速,它们能够工作在风力转子的空气动力效率为最大的最佳旋转速度。因此,DFIG技术已经证明是可变速度风力涡轮机的有效和节省成本的解决方案。DFIG当前是用于兆瓦范围中的风力涡轮机系统的最广泛使用类型的发电机。
因其效率和可靠性而在宽应用范围中使用的DFIG的基本配置在图1中示出。图1图示耦合到用于电功率分配的公用电网12的风力涡轮机10并且包含耦合到DFIG 18的风力涡轮机14。DFIG 18包含DFIG发电机19,其包括转子16和定子20。
转子16提供用于转子16与背靠背DFIG转换器24之间的AC功率的传递的转子绕组22。定子20具有耦合到电网12的定子绕组26。转换器24是背靠背结构,其包括转子侧转换器(RSC)电路28、为DC母线(DB)提供电容C的DC中间电路30以及线路侧转换器电路32。线路侧转换器(LSC)电路32耦合在定子绕组26与DC中间电路30之间。
如上所提及,连接到电网的风力涡轮机在电网故障期间频繁地遭受电网故障和过电压。不幸地,DFIG风力涡轮机的重要缺点在于,DFIG发电机对电网故障相当敏感,并且要求特殊功率转换器保护。在电网法规中引入故障穿越要求之前,允许配备有DFIG风力涡轮机的风力农场在显著电网扰动的情况下从电网断开。但是,按照新电网法规,要求风力农场在故障期间和之后保持连接到电网并且支持电网。
为了保护风力涡轮机的敏感组件并且减轻严重电网故障对DFIG的影响,节省成本的解决方案要采用具有短路器电路的DFIG,如图1所示。短路器电路34耦合在转子16与RSC28之间。短路器电路34由全波桥式整流器、功率电阻器和隔离栅双极晶体管(IGBT)开关来组成。为了保护RSC 28在电网电压暂降期间因转子电路中的过电流或者DC链路中的过电压引起的跳闸,短路器电路34连接到DFIG 18的转子绕组22。
在正常操作期间,短路器电路34是打开的。最初在电网故障期间,传感器(未示出)检测过电压。然后,控制器(未示出)触发短路器电路34或者实现用来降低过电压的控制策略,以保护DFIG风功率系统。电路34能够在检测到转子16过电流或DC链路过电压时被激活,以便重定向短路器电路34中的转子电流,其中能量在电阻器中耗散,使得高电流峰值成功地远离RSC 28地重定向,以保护转子16和背靠背转换器24组件免受过度电压尖峰。如图1所示的,传统短路器电路采用电阻器来构成以消耗功率或消除过电压。因此,短路器电路和DB均需要控制器被触发,以便正确操作。
因此,当电网故障发生时,采用传统短路器电路和专用控制电路所增强的DFIG风力涡轮机能够满足如最近电网法规所规定的所有故障穿越要求。短路器电路还能够为DFIG的敏感组件提供保护,并且能够实现故障穿越顺应性。但是,如果短路器和/或控制器在故障期间失灵或者不起作用,则DFIG和其他系统组件将不受保护,并且可遭受永久损坏。
监测和控制短路器电路34的传感器和控制器对过电压极为敏感,使得它们有时被破坏或者在过电压事件期间可能出故障。如果传感器或控制器中存在失灵,则传统短路器电路无法被触发,并且DFIG风功率系统在过电压期间将不受短路器电路保护。由于过电压,DFIG风功率系统中的诸如转换器DC链路、IGBT鼓风(blast)和/或其他组件的组件可因控制器和/或传感器故障而永久损坏。
发明内容
给定上述缺陷,存在对自触发电路的需要,该电路吸收过电压能量以提供对DFIG风功率系统的保护。还存在对自触发电路的需要,该电路甚至当传感器和/或控制器在电网故障期间失灵或者被破坏时也确保DFIG系统的安全性。还可期望提供一种短路器电路,其是自触发的,使得它无需控制器的帮助而独立工作。
在某些情况下,提供一种用于针对过电压来保护风力涡轮机的过电压保护装置。该装置包含DFIG,其包含转子连接和定子连接,该转子连接包含耦合到DFIG的转子引线的多个电连接,该定子连接包含耦合到DFIG的定子引线的多个电连接。还包含的是一种自触发电路,其与转子连接耦合,并且在检测到过电压事件时响应于电网故障期间的公用电网电压中的变化而操作,使得过电压保护电路与控制器或传感器无关地自动操作,以便将所检测的过电压降低到预定电压电平。
下面参照附图详细描述各个实施例的另外特征和优点以及结构和操作。要注意,本发明并不局限于本文所述的具体实施例。这类实施例在本文中仅为了说明目的而提出。附加实施例对于一个或多个相关领域的技术人员基于本文包含的教导是显而易见的。
附图说明
图1是DFIG风功率系统的基本配置的框图;
图2是按照本公开的包括单相自触发电路的DFIG风功率系统的示例的示意框图;
图3是按照本公开的包括三相自触发电路的DFIG风功率系统的示例的示意框图;以及
图4是按照本公开的实施本发明的示范方法的流程图。
本公开可具体化各种组件和组件的布置以及各种过程操作和过程操作的布置。本公开在附图中图示,附图通篇中,相似参考数字在各个附图中可指示对应或类似部件。附图仅为了图示优选实施例的目的,而并不是要被理解为限制本公开。给定附图的下面的使能描述,本公开的新方面对本领域的技术人员应当变得显而易见。
具体实施方式
下面的详细描述实际上只是示范性的,而不是意图限制本文所公开的应用和用途。此外,不存在通过先前的背景、概述或者下面的详细描述中提出的任何理论来限制的意图。虽然本技术的实施例在本文中主要结合DFIG风功率系统来描述,但是概念也可适用于具有转换器的其他类型的风力涡轮机系统,例如全功率转换器风功率系统或者具有转换器的其他类似系统。
本文所述的实施例包含风力涡轮机系统,其提供针对过电压的保护。更具体来说,提供一种作为自触发电路的过电压保护装置,其可用于针对过电压事件来保护风力涡轮机。因此,有可能提供即使过电压可存在于风力涡轮机与其连接的电气公用电网也在对电气和/或辅助风力涡轮机组件无害的范围中的电压电平。
如本文所使用的,术语“过电压”意图表示超过预定电压电平、例如参考电压电平的电压电平。这个参考电压电平可按照可施加在风力涡轮机的电气和/或辅助组件处的最大电压电平来设置。如本文所使用的,术语“叶片”意图表示任何装置,其在处于相对于周围流体的运动时提供反作用力。
如本文所使用的,术语“风力涡轮机”意图表示从风能生成旋转能并且更具体来说是将风力的动能转换为机械能的任何装置。如本文所使用的,术语“风力发电机”意图表示任何风力涡轮机,其从由风能生成的旋转能生成电功率并且更具体来说是将从风力的动能所转换的机械能转换为电功率。
在各个实施例中,本公开提供一种自触发电路,其吸收过电压能量以提供对DFIG风功率系统的保护。自触发电路甚至当传感器和/或控制器在电网故障期间失灵或者被破坏时也确保DFIG系统的安全性。各个实施例提供一种短路器电路或短路,其是自触发的,使得它无需控制器的帮助而独立工作。因此,自触发短路器或短路不要求任何附加控制电路来执行其功能。因此,它节省硬件成本和控制成本。自触发电路使DFIG能够在电网故障期间变得更健壮,这节省维护成本。
在各个实施例中,自触发电路包括单相自触发电路。在其他实施例中,自触发电路包括三相自触发电路。
具有单相自触发电路202(其耦合到用于电功率分配的公用电网204)的DFIG风功率系统200的示范实施例。DFIG风功率系统200包含耦合到DFIG 208的风力涡轮机206。DFIG208包含DFIG发电机210,其包括转子212和定子214。系统200包含变速箱216,其在操作上耦合到风力涡轮机206和DFIG发电机210。
DFIG 208的转子绕组经由保护自触发电路202来耦合到背靠背转换器220,以及DFIG 208的定子绕组耦合到公用电网204。转换器220是背靠背结构,其包括RSC电路224、为DB提供电容C的DC中间电路226和LSC 228。LSC电路228耦合在DFIG 208的定子绕组与DC中间电路226之间。
在各个实施例中,风力涡轮机系统200可包含电气和控制系统(未示出),其包括涡轮机控制器(未示出)。涡轮机控制器可包含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,并且可包含至少一个计算机。如本文所使用的,术语计算机并不局限于本领域称作计算机的集成电路,而是广义表示处理器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路以及其他可编程电路,并且这些术语在本文中可互换使用。
在示范实施例中,存储器可包含但不限于计算机可读媒介,例如随机存取存储器(RAM)。备选地,也可使用诸如软盘、致密光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字多功能光盘(DVD)的一个或多个存储装置。而且,在示范实施例中,附加输入通道可以是但不限于与操作员接口关联的计算机外设,例如鼠标和键盘。此外,在示范实施例中,附加输出通道可包含但不限于操作员接口监测器。
用于涡轮机控制器的处理器处理从多个电气和电子装置(其包含但不限于电压和电流换能器)所传送的信息。RAM和/或存储装置存储并且传递将要由处理器所运行的信息和指令。RAM和/或存储装置还能够用来在由处理器对指令的运行期间存储并且向处理器提供暂时变量、静态(即,非变化)信息和指令或者其他中间信息。被运行的指令包含但不限于常驻转换和/或比较器算法。指令序列的运行并不局限于硬件电路系统和软件指令的任何特定组合。
在各个实施例中,涡轮机控制器(未示出)配置成从一个或多个电压和电流传感器接收多个电压和电流测量信号。此外,涡轮机控制器配置成监测和控制与风力涡轮机200关联的操作变量的至少一些。电压和电流传感器电耦合到电气和控制系统的任何部分,这促进电气和控制系统的操作。
在传感器和/或控制器在电网故障事件期间失灵或者被破坏的情况下,如图2所示,风力涡轮机系统200包含保护自触发电路202,其配置成自行触发,使得它自动接通以提供短路或短路器电路以便因此吸收过电压能量来提供对DFIG风功率系统的保护,并且因此防止对组件的损坏。
保护自触发电路202不要求由传感器和/或控制器进行激活。因此,如果传感器和/或控制器在电网故障期间失灵,则保护自触发电路202将保持为可操作的,并且继续运行以提供短路或短路器通路。保护自触发电路202无需控制器的帮助或激活而独立操作。因此,自触发短路器不要求任何附加控制电路来执行其功能。
在各个实施例中,保护自触发电路202由电阻器R1,R2、二极管D1,D2、晶闸管SCR1,SCR2、放电器VC1,VC2以及电阻器Rab来组成。在图2所示的示范实施例中,仅示出一个保护自触发电路202。但是,三个保护自触发电路202通常将包含在DFIG风功率系统200内,但是为了清楚而已从图2中省略。
在各个实施例中,保护自触发电路202提供在转子212与背靠背转换器220的转子侧224之间在连接点A1、B1和C1处用于在故障条件期间保护DFIG。在备选布置中,保护自触发电路202还可基于过电压保护要求来提供在背靠背转换器220的线路侧228之间在连接点A2、B2和C2。但是,图2中,为了清楚起见,仅示出一相自触发电路202连接在转子侧转换器224上在点A1和B1处。
在电网故障期间的过电压事件的情况下,如果过电压在点A1与B1之间发生,则在点A1处的电压电位高于在点B1处的电压电位,以及过电压超过放电器VC1的阈值,经过VC1的电流将触发晶闸管SCR1。电阻器Rab将吸收过电压的能量,并且防止过电压破坏转子侧转换器224、DC中间电路226和线路侧转换器228。另一方面,如果在点B1处的电压电位在电网故障期间高于在点A1处的电压电位,并且过电压超过放电器VC2的阈值,则经过VC2的电流将触发晶闸管SCR2。
电阻器Rab将吸收过电压的能量,并且防止过电压破坏转子侧转换器224、DC中间电路226和线路侧转换器228。在按照本教导的各个实施例中,二极管D1,D2以及电阻器R1,R2能够用来在其反向电压周期保护晶闸管SCR1和SCR2栅极电极(gate pole)。放电器VC1和VC2能够是金属氧化物放电器(MOA)或其他电压钳位装置。
在备选实施例中,具有三相自触发电路302(其耦合到用于电功率分配的公用电网304)的DFIG风功率系统300的示范实施例在图3中示出。DFIG风功率系统300包含耦合到DFIG 308的风力涡轮机306。DFIG 308包含DFIG发电机310,其包括转子312和定子314。系统300包含变速箱316,其在操作上耦合到风力涡轮机306和DFIG发电机310。
DFIG 308的转子绕组经由保护自触发电路302来耦合到背靠背转换器320,以及DFIG 308的定子绕组耦合到公用电网304。转换器320是背靠背结构,其包括RSC电路324、为DB提供电容C的DC中间电路326和LSC 328。LSC电路328耦合在DFIG 308的定子绕组与DC中间电路326之间。
在各个实施例中,风力涡轮机系统300可包含电气和控制系统(未示出),其包括涡轮机控制器(未示出)。涡轮机控制器可包含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,并且可包含至少一个计算机。
如本文所使用的,术语计算机并不局限于本领域称作计算机的集成电路,而是广义表示处理器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路以及其他可编程电路,并且这些术语在本文中可互换使用。在示范实施例中,存储器可包含但不限于计算机可读媒介、例如RAM。
备选地,也可使用一个或多个存储装置,例如软盘、CD-ROM、MOD和/或DVD。而且,在示范实施例中,附加输入通道可以是但不限于与操作员接口关联的计算机外设,例如鼠标和键盘。此外,在示范实施例中,附加输出通道可包含但不限于操作员接口监测器。
用于涡轮机控制器的处理器处理从多个电气和电子装置(其包含但不限于电压和电流换能器)所传送的信息。RAM和/或存储装置存储并且传递将要由处理器所运行的信息和指令。RAM和/或存储装置还能够用来在由处理器对指令的运行期间存储并且向处理器提供暂时变量、静态(即,非变化)信息和指令或者其他中间信息。被运行的指令包含但不限于常驻转换和/或比较器算法。指令序列的运行并不局限于硬件电路系统和软件指令的任何特定组合。
在各个实施例中,涡轮机控制器(未示出)配置成从一个或多个电压和电流传感器接收多个电压和电流测量信号。此外,涡轮机控制器配置成监测和控制与风力涡轮机300关联的操作变量的至少一些。电压和电流传感器电耦合到电气和控制系统的任何部分,这促进电气和控制系统的操作。
在传感器和/或控制器在电网故障事件期间失灵或者被破坏的情况下,如图3所示,风力涡轮机系统300包含保护自触发电路302,其配置成自行触发,使得它自动接通以提供短路或短路器电路以便因此吸收过电压能量来提供对DFIG风功率系统的保护,并且因此防止对组件的损坏。保护自触发电路302不要求由传感器和/或控制器进行激活。
因此,如果传感器和/或控制器在电网故障期间失灵,则保护自触发电路302将保持为可操作的,并且继续运行以提供短路或短路器通路。保护自触发电路302无需控制器的帮助或激活而独立操作。因此,自触发短路器不要求任何附加控制电路来执行其功能。
在各个实施例中,保护自触发电路302由电阻器R1,R2,R3、二极管D11,D12,D13、晶闸管SCR1,SCR2,SCR3以及放电器VC1,VC2,VC3来组成。为了简化如上所述的要求三个自触发电路222的图2的配置,图3所示的示范实施例公开三相自触发电路302。在各个实施例中,保护自触发电路302提供在转子312与背靠背转换器20的转子侧324之间在连接点A1、B1和C1处用于在故障条件期间保护DFIG,如图3所示。
在备选布置中,保护自触发电路302还可基于过电压保护要求来提供在背靠背转换器320的线路侧328之间在连接点A2、B2和C2处。但是,图3中,为了清楚起见,示出三相自触发电路302连接在转子侧转换器324上在点A1、B1和C1处。
在电网故障期间的过电压事件的情况下,如果过电压在点A1与B1之间发生,在点A1处的电压电位高于在点B1处的电压电位,以及过电压超过放电器VC1的阈值,则经过VC1的电流将触发晶闸管SCR1。因此,晶闸管SCR1和二极管D12变成自触发,以限制过电压,并且防止过电压破坏转子侧转换器324、DC链路326和线路侧转换器328。
另一方面,如果在点B1处的电压电位在电网故障期间高于在点A1处的电压电位,并且过电压超过放电器VC2的阈值,则经过VC2的电流将触发晶闸管SCR2。因此,晶闸管SCR2和二极管D11将变成自触发,以限制过电压,并且防止过电压破坏转子侧转换器324、DC链路326和线路侧转换器328。
在按照本教导的各个实施例中,二极管D1,D2,D3以及电阻器R1,R2,R3能够用来在其反向电压周期保护晶闸管SCR1,SCR2,SCR3栅极电极。放电器VC1、VC2和VC3能够是金属氧化物放电器(MOA)或其他电压钳位装置。
图4是图示用于针对过电压来保护风力涡轮机的示范方法400的流程图。在框410处,开始该程序。然后,电功率由DFIG风力涡轮发电机来生成。如果在框420处检测到过电压,则自动触发过保护电路,而无需控制器和/或传感器的帮助,使得所检测的过电压在框430中降低到预定电压电平。该程序在框440处结束。
上述装置和方法促进风力涡轮机组件的过电压保护。具体来说,可提供在电网网络处的发电公用事业的安装,发电公用事业暴露于高电压。因此,有可能将施加在风力涡轮机中的电气和/或辅助组件处的电压保持在某个范围之内,其中电气和/或辅助组件能够进行操作而没有损坏它们。这可引起连续正常操作,而没有损坏连接到干线和/或电气公用电网的组件。
能够对本公开的过电压保护装置和方法进行各种修改和变化,而没有背离其教导的范围对于本领域的技术人员将是显而易见的。作为示例,按照本教导的过电压保护装置可与全功率转换器风功率系统、多相风功率系统或者包括转换器的其他类似系统一起使用。
将仍然由本公开囊括的备选实施例、示例和修改可由本领域的技术人员具体根据前述教导进行。此外,应当理解,用来描述本公开的术语意图具有描述的文字而不是限制的性质。
本领域的技术人员还将领会,能够配置上述优选和备选实施例的各种适配和修改,而没有背离本公开的范围和精神。因此,将理解,在所附权利要求书的范围内,可以不同于如本文的具体描述来实施本公开。
部件列表
图1
10. 风力涡轮机
12. 电网
16. 转子
18. DFIG
19. 发电机
20. 定子
22. 转子绕组
24. 转换器
30. 中间电路
32. 转换器电路
34. 短路器电路
图2
200. 风功率系统
202. 电路
204. 公用电网
206. 风力涡轮机
212. 转子
214. 定子
216. 变速箱
220. 转换器
224. 转子侧转换器(RSC)电路
226. DC中间电路
228. 线路侧转换器(LSC)电路,线路侧
308. DFIG
310. DFIG发电机
图3
300. 风功率系统,风力涡轮机系统
302. 自触发电路
304. 公用电网
306. 风力涡轮机
308. DFIG
310. DFIG发电机
312. 转子
314. 定子
316. 变速箱
320. 转换器
324. 转子侧转换器(RSC)电路
326. DC中间电路
328. 线路侧转换器电路(LSC
图4
400. 方法
410. 框
420. 框
430. 框
440. 框

Claims (18)

1.一种包括用于针对过电压来保护风力涡轮机的过电压保护装置,所述装置包括:
双馈感应发电机(DFIG),包含转子连接和定子连接,所述转子连接包含耦合到所述DFIG的转子引线的多个电连接,所述定子连接包含耦合到所述DFIG的定子引线的多个电连接;以及
自触发电路,与所述转子连接耦合,并且在检测到过电压事件时响应于电网故障期间的公用电网电压中的变化而操作,使得所述过电压保护电路与控制器或传感器无关地自动操作,以便将所检测的过电压降低到预定电压电平。
2.如权利要求1所述的过电压保护电路,其中,所述自触发电路配置成当所述公用电网电压超过阈值时自动操作。
3.如权利要求1所述的过电压保护装置,其中,所述自触发电路包括电阻器、二极管、晶闸管和放电器。
4.如权利要求3所述的过电压保护电路,其中,所述自触发电路配置成当所述公用电网电压超过至少一个放电器的预定阈值时自动操作。
5.如权利要求4所述的过电压保护电路,其中,当所述公用电网电压超过所述至少一个放电器的所述预定阈值时,流经所述至少一个放电器的电流触发至少一个晶闸管以进行操作,使得所述电阻器将吸收所述过电压的能量,以保护所述DFIG风力涡轮机系统的组件。
6.如权利要求1所述的过电压保护装置,其中,所述自触发电路包括短路器电路。
7.如权利要求1所述的过电压保护装置,其中,所述自触发电路包括短路。
8.如权利要求1所述的过电压保护装置,其中,所述自触发电路包括单相自触发电路。
9.如权利要求1所述的过电压保护装置,其中,所述自触发电路包括三相自触发电路。
10.一种用于在没有由控制器或传感器进行激活的情况下针对过电压来保护风力涡轮机的方法,所述方法包括:
提供双馈感应发电机(DFIG),其包含转子连接和定子连接,所述转子连接包含耦合到所述DFIG的转子引线的多个电连接,所述定子连接包含耦合到所述DFIG的定子引线的多个电连接;
监测公用电网电压中的变化;以及
在检测到过电压事件时响应于电网故障期间的所述公用电网电压中的变化而与控制器或传感器无关地自动操作自触发电路。
11.如权利要求10所述的方法,其中,所述自触发电路配置成当所述公用电网电压超过阈值时自动操作。
12.如权利要求10所述的方法,其中,所述自触发电路包括电阻器、二极管、晶闸管和放电器。
13.如权利要求12所述的方法,其中,所述自触发电路配置成当所述公用电网电压超过至少一个放电器的预定阈值时自动操作。
14.如权利要求13所述的方法,其中,当所述公用电网电压超过所述至少一个放电器的所述预定阈值时,流经所述至少一个放电器的电流触发至少一个晶闸管以进行操作,使得所述电阻器将吸收所述过电压的能量,以保护所述DFIG风力涡轮机系统的组件。
15.如权利要求10所述的方法,其中,所述自触发电路包括短路器电路。
16.如权利要求10所述的方法,其中,所述自触发电路包括短路。
17.如权利要求10所述的方法,其中,所述自触发电路包括单相自触发电路。
18.如权利要求10所述的方法,其中,所述自触发电路包括三相自触发电路。
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