CN107250820A - 分体式风力涡轮机转换器系统的直流链路的监测 - Google Patents

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Abstract

一种监测分体式风力涡轮机转换器系统的方法，所述分体式风力涡轮机转换器系统具有设置在远距离位置处的至少一个发电机侧转换器和至少一个电网侧转换器、以及直流链路，所述直流链路的形式为具有至少一个正导体和至少一个负导体的细长导体构造。直流链路导体构造的阻抗借助于直流电压传感器确定。正导体和负导体之间的电压在发电机侧转换器处和在电网侧转换器处确定，并且电压之间的差值被确定。直流链路导体构造的阻抗通过将确定的电压差与流过直流链路导体构造的直流电流相关联来确定。如果阻抗超过给定阻抗阈值，则故障状态被识别。

Description

分体式风力涡轮机转换器系统的直流链路的监测
技术领域
本发明涉及风力涡轮机的领域，并且例如涉及监测具有直流链路的分体式风力涡轮机转换器系统的方法以及涉及分体式风力涡轮机转换器系统。
背景技术
文献US 2013/0138257A1描述用于风力涡轮机的电力系统的防护和控制系统，所述风力涡轮机具有在变压器上游的短路检测。存储器装置存储多个电压测量值，并且处理器依据测量的电压改变确定电气故障的近似位置。
发明内容
提供一种监测分体式风力涡轮机转换器系统的方法，其具有至少一个发电机侧转换器、至少一个电网侧转换器、以及直流链路。直流链路将所述至少一个发电机侧转换器连接到所述至少一个电网侧转换器。所述至少一个发电机侧转换器和所述至少一个电网侧转换器设置在远距离位置处。直流链路由细长导体构造提供且包括至少一个正导体和至少一个负导体。所述方法包括借助于测量电压的第一和第二直流电压传感器确定细长直流链路导体构造的阻抗。为此，第一直流电压传感器在发电机侧转换器处确定直流链路导体构造的正导体和负导体之间的电压；第二直流电压传感器在电网侧转换器处确定直流链路导体构造的正导体和负导体之间的电压；电压之间的差值基于第一和第二直流电压传感器确定；直流链路导体构造的阻抗通过将确定的电压差与流过直流链路导体构造的已知或测量的电流相关联来确定。故障状态响应于超过给定阻抗阈值的阻抗而被识别。
根据另一方面，提供一种分体式风力涡轮机转换器系统，其具有至少一个发电机侧转换器、至少一个电网侧转换器、直流链路、以及控制器。所述至少一个发电机侧转换器和所述至少一个电网侧转换器设置在远距离位置处。直流链路将所述至少一个发电机侧转换器连接到所述至少一个电网侧转换器。直流链路由包括至少一个正导体和至少一个负导体的细长导体构造提供。控制器设置成利用测量电压的第一直流电压传感器以在发电机侧转换器处确定直流链路导体构造的正导体和负导体之间的电压。控制器还设置成利用测量电压的第二直流电压传感器以在电网侧转换器处确定直流链路导体构造的正导体和负导体之间的电压。控制器设置成确定基于第一和第二直流电压传感器确定的电压之间的差值。控制器还设置成通过将电压差与流过直流链路导体构造的已知或测量的电流相关联来确定直流链路导体构造的阻抗。控制器设置成响应于超过给定阻抗阈值的阻抗识别故障状态。
在一些实施方式中，风力涡轮机转换器系统设置成将由可变速度的风力涡轮机产生的可变频率的电能转换成将供给到电网中的固定频率的电能。
例如，可变速度的风力涡轮机的转换器系统将由风力涡轮机发电机依据风速产生的具有可变频率的三相交流电转换成将供给到电网中的固定频率(例如50Hz或60Hz)的交流电。可变频率的交流电流首先由转换器系统转换成直流电流，而后这个直流电流转换成与固定频率电能对应的交流电流。
所公开的方法用于监测具有至少一个发电机侧转换器、至少一个电网侧转换器、以及直流链路的分体式风力涡轮机转换器系统。在具有串联和/或并联连接的多个发电机侧转换器和电网侧转换器的实施方式中，直流链路对于所有发电机侧和电网侧转换器是共同的。发电机侧转换器(一个或多个)例如通过整流分相将从风力涡轮机发电机接收的三相交流电流变成直流电流。在一些实施方式中，每个发电机侧转换器连接到单独一组发电机绕组。
电网侧转换器(一个或多个)例如通过例如利用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)逆变直流电流而将直流电流变回三相交流电流。交流电流可被供应到变压器以产生高电压，所述高电压而后能够供给到例如局部电网或公用电网的电网中。
直流链路将发电机侧转换器(一个或多个)连接到电网侧转换器(一个或多个)。此外，直流链路用于通过利用电容器在发电机侧转换器(一个或多个)和电网侧转换器(一个或多个)之间进行电压平衡。在一些实施方式中，直流链路包括至少两个堆叠串，即，至少一个串具有正电势且至少一个串具有负电势。在这些实施方式中的一些中，直流链路还包括在基本零电势处的中心连接线。在一些其它实施方式中，所述至少两个串之一处于基本零电势。
术语“转换器”可包括可以并联或串联连接的多条转换器串。术语阻抗将被理解为用于例如欧姆电阻、复电阻的所有类型的电阻的一般术语。确定阻抗不仅不受限于例如欧姆、伏特、安培的任何形式的单元系统，而且覆盖代表阻抗的无量纲数。
所提供的方法通过借助于测量电压的第一和第二直流电压传感器确定直流链路导体构造的阻抗来监测转换器系统。因为由风力涡轮机发电机产生的大约数兆瓦的电能经由直流链路的路径，直流链路的阻抗被监测。
如果直流链路导体构造的阻抗例如由于在直流链路和直流链路的任一侧上的一个或多个转换器之间的摇晃连接、或由于直流链路导体构造(例如铜线缆)中的故障而增加，则额外的热量在故障位置处产生。大量热量的产生能够损坏直流链路的绝缘，并且在极端的情况下甚至可能引起火灾。
发电机侧转换器和电网侧转换器之间的直流链路导体构造的阻抗通过在发电机侧转换器处测量横向电压(即，正导体和负导体之间的电压)且同时通过在电网侧转换器处测量横向电压来计算。附加地，穿过直流链路导体构造的电流也是已知的或被测量到。流过直流链路导体构造的直流电流可以例如从将风速分配给电流的匹配表得知。这张匹配表例如预事先形成。因此，阻抗能够通过将获得的电压之间的电压差与获得的电流相关联来计算，例如，通过将电压差除以电流。
如果例如电压差随着时间增加而穿过直流链路导体构造的电流恒定，则这是出现直流链路故障的指示。因此，穿过直流链路的电流能够被减小以保护导体构造。依据故障的严重程度，流过直流链路的电流能够例如通过使风力涡轮机停机而部分或完全减小(即，降低到零)，直到维护能够执行。此外，警报器能够启动。
为了减小电压测量的系统误差，第一测量(即，在穿过直流链路的接近零电流下的基准测量)可事先执行。在基本零电流下，发电机侧测量值和电网侧测量值之间的电压差也应该基本为零。由于电压传感器中的偏移，与零的偏差是极有可能的，所述偏差能够利用在接近零电流下的这个第一测量之后的偏移参数来调整。在操作电流(即，当风力涡轮机高于切入风速操作时由发电机产生的电流)处的第二电压测量能够随后执行。能够实现正常操作状况的切入风速依据风力涡轮机的构造和模型，并且可以例如范围从2米每秒至5米每秒。在穿过直流链路导体构造的操作电流下的测量中，发电机侧转换器和电网侧转换器之间的电压差能够由在第一测量期间获得的偏移参数修正。
如果可能已经以上文描述的方式修正的阻抗超过给定阈值，从而指示转换器系统在正常操作参数之外操作，则警报器可启动和/或流过转换器系统的电流可例如通过将转子叶片变桨(即，通过将风力涡轮机的转子叶片从风中转出)减小发电机输出来减小。
在一些实施方式中，用于确定电压差的已知或测量的直流电流由风力涡轮机发电机产生和供应，即，使用发电机的正常操作电流输出。因此，电压测量在没有将专用监测直流电流注入到分体式风力涡轮机转换器系统中的情况下执行。
在一些实施方式中，直流链路包括至少一个二相线缆、两个单相线缆、或至少一个母线。因为大约1千安培的高电流穿过直流链路导体构造，所以正常线缆线材不适于这种应用。因此，实际上使用直径为例如10厘米的基本上是粗铜棒的线缆。
在一些实施方式中，线缆或母线从直流链路的一侧延伸到另一侧，即，直流链路导体直接连接到发电机侧转换器的输出和电网侧转换器的输入。换言之，直流链路导体被构造为单件。
在一些实施方式中，直流链路导体构造延伸超过50米。在一些实施方式中，直流链路导体构造延伸超过75米或甚至超过100米。
在一些实施方式中，在直流链路导体构造中流动的直流电流由测量直流电流的电流传感器(例如，形式为例如利用霍尔效应测量围绕导体的磁场的传感器)测量。
在一些实施方式中，直流链路(例如铜棒)由一个或多个压力或焊接接头连接到发电机侧转换器的输出。在这些实施方式中的一些中，直流链路也由一个或多个压力或焊接接头连接到电网侧转换器的输入。
在一些实施方式中，确定在穿过直流链路导体构造的两个不同的直流电流下的两个电压差。在第一直流电流下的第一电压差和在第二直流电流下的第二电压差彼此独立地确定。第一和第二直流电流从属于不同量级的直流电流，而非获得电流的时间顺序。例如，称为“第二直流电流”的电流可以比“第一直流电流”大。
在一些实施方式中，第一电压差在切入程序期间(即，在风力涡轮机发电机产生供给到电网中的电力之前)确定。与操作电流相比较相对小的直流电流用于确定第一电压差。第一电压差可以例如通过在达到切入风速之前将转子短暂地连接到发电机和/或通过将发电机短暂地连接到发电机侧转换器而在风力涡轮机的每次启动时、例如在穿过直流链路导体构造的零电流或接近零电流下确定。在此，“短暂地”应该被理解为确定在直流链路导体构造的两端处的直流电压(即，在当前直流电流下的电压差)所需的时间。
在替代实施方式中，转子、发电机和发电机侧转换器在切入程序期间维持连接，并且产生的电力例如由斩波器耗散，直到正常操作状况被实现，并且产生的电力被供给到电网。
在一些实施方式中，第一电压差在与电压差的确定无关的风力涡轮机的停机程序期间确定。由此第一电压差能够在穿过直流链路导体构造的比操作电流低的直流电流下确定。这可以例如当风力涡轮机无论如何不能在标称产能级别处操作时、或当执行计划或非计划维护时在低风状况期间完成。
在一些实施方式中，当第一(即，较低)直流电流流过直流链路导体构造时，偏移电压差值基于第一电压差确定。在一些实施方式中，第二电压差一直在操作电流下确定。
在一些实施方式中，用于修正在操作电流下的直流链路导体构造中的电压差的、在基本零电流下获得的偏移电压差值在将差值与操作电流相关联(例如除以操作电流)之前应用到电压差。在一些其它实施方式中，偏移电压差值包括代表零电流偏移、增益偏移等的修正因子，并且依据在计算直流链路导体构造的阻抗中使用的公式而从产生的阻抗减去或乘以产生的阻抗。
在电压测量中，例如，在0–4000安培的电流级别处的大约0-5伏特的电压差(即，线缆电压)被确定。增益误差可包括两个部分：一个部分是增益误差的能够被看作在例如大约1000伏特的操作点处由转换器使用的电压电平处的偏移误差的部分。这个部分于在此要求保护的直流线缆阻抗的测量方案中消除。另一部分是在校准的测量中仍将存在的小信号增益误差，这意味着1％的增益误差在产生的阻抗测量中仍将是1％的误差。然而，这被认为是小误差且能够被忽略。对于误差的主要贡献是偏移误差和增益偏移误差。电流测量中的增益误差将直接影响测量的总偏差。在此1％增益误差将给出1％总偏差。同样地，这对于绝对误差是小贡献且能够被忽略。在±10％内的总偏差被认为对于大多数目的而言是足够好的。
在一些实施方式中，第一电压差在穿过直流链路导体构造的操作电流(即，当风力涡轮机高于切入风速操作时由发电机产生的电流)下确定。第二电压差在穿过直流链路导体构造的更高的直流电流下确定。第一电压差可例如当在正常操作期间风速降低时确定，或第二电压差可在阵风期间确定。偏移电压差值而后基于穿过直流链路导体构造的在零电流或接近零电流下的第一电压差的外推值来确定。两个数据点(即，在两个不同直流电流下的电压差)用于外推在穿过直流链路导体构造的零电流或接近零电流下的电压差。两个不同的直流电流需要足够偏离(例如至少10％)以使得降低到零电流或接近零电流的外推值以足够高的准确性计算。因此，零电流偏移、增益偏移等等能够在正常操作期间修正而无需风力涡轮机必须停机。
在一些实施方式中，第二电压差由偏移电压差值修正且直流链路导体构造的阻抗通过将这个修正的电压差与相关直流电流相关联(例如通过将修正电压差除以穿过直流链路导体构造的直流电流)来确定。因此，电压测量的系统误差能够减小，因为零电流偏移等能够被消除或减轻。
在一些实施方式中，发电机侧转换器在机舱内侧定位在风力涡轮机塔架的顶部上。风力涡轮机发电机也定位在机舱中。因此，转换器接近于发电点，由风力涡轮机发电机产生的三相交流电流在所述转换器处被转换成直流电流。因此，由于将发电机连接到发电机侧转换器的导体的阻抗造成的损失能够减小。
在一些实施方式中，电网侧转换器定位在风力涡轮机塔架的底部处，例如在塔架基内侧。因此，由电网侧转换器引起的额外质量和额外发热从机舱移除。由此机舱的尺寸和重量减小，这有助于风力涡轮机的装配(即，建造)。
直流链路导体构造例如包括铜线缆，所述铜线缆从机舱和发电机侧转换器定位的风力涡轮机塔架的顶部延伸到电网侧转换器定位的风力涡轮机塔架的基部。在一些实施方式中，直流链路在风力涡轮机塔架内侧从顶部处的机舱延伸到风力涡轮机塔架的基部。依据塔架的高度，直流链路可超过100米长。
在一些实施方式中，发电机侧转换器是无源整流器或有源整流器，并且电网侧转换器是逆变器。无源整流器由电压控制，即，无源整流器具有二极管的基本操作原理。如果达到足够高的电压电平，则整流器被切换。另一方面有源整流器被主动控制，即，能够选定基本自由且可调整的切换模式。由风力涡轮机发电机产生的交流电流穿过直流链路导体构造而输送到风力涡轮机塔架的基部处的变压器，由此使得电压和电力调整能够利用直流链路中的电容器组。
在一些实施方式中，穿过直流链路导体构造的电流响应于超过给定阈值的阻抗测量值而被减小到零。在一些实施方式中，流过直流链路的电流的减小以数个阶段调整。在直流链路导体构造的阻抗仅稍微超过标称值的第一阶段处，电流被减小以保护直流链路导体。电流能够根据多个设定点(即，阻抗阈值)逐步减小。如果达到特定阈值，则整个设备的完整性处于危险当中，并且风力涡轮机的立即停机序列被初始化。不同的警报级别也可伴随不同的故障阶段。
所公开的分体式风力涡轮机转换器系统具有至少一个发电机侧转换器、至少一个电网侧转换器、共同直流链路以及控制器。直流链路将发电机侧转换器(一个或多个)连接到电网侧转换器(一个或多个)。发电机侧转换器(一个或多个)和电网侧转换器(一个或多个)设置在远距离位置处。直流链路由具有至少一个正导体和至少一个负导体的细长导体构造提供。
控制器设置成利用测量电压的第一直流电压传感器在发电机侧转换器处确定直流链路导体构造的正导体和负导体之间的电压电平。控制器还设置成利用测量电压的第二直流电压传感器在电网侧转换器处确定直流链路导体构造的正导体和负导体之间的电压电平。
控制器设置成基于由第一和第二直流电压传感器提供的数据确定所述两个电压之间的差值，并且设置成通过将确定的电压差与流过直流链路导体构造的已知或测量的电流相关联(例如将电压差除以相关直流电流)来确定直流链路导体构造的阻抗。
控制器设置成响应于超过给定阈值的阻抗识别故障状态。如果故障状态被识别，则控制器可使警报器发声和/或减小流过直流链路导体构造的直流电流。
在一些实施方式中，分体式风力涡轮机转换器系统还设置成执行根据上文提及的实施方式的任一或全部所述的方法。
附图说明
现在还参考附图描述本发明的示例性实施方式，其中，
图1示出风力涡轮机，其配有安装在风力涡轮机塔架上的机舱、可旋转轮毂、以及三个转子叶片，
图2是配有分体式转换器系统的图1的风力涡轮机的另一示意性代表图，所述分体式转换器系统包括定位在机舱中的发电机侧转换器和定位在风力涡轮机的塔架基处的电网侧转换器，
图3示意性示出在图1和2的风力涡轮机中使用的用于阻抗确定的控制系统，所述控制系统包括电流传感器、两个电压传感器、以及指示增加的阻抗的警报器，
图4示出图2的示意性转换器系统，其中，发电机侧电压传感器和电网侧电压传感器由直流链路的正导体和负导体之间的箭头代表，
图5示出图2和/或图4的转换器系统的堆叠的转换器拓扑，其形成正串、负串、以及共同中心连接线，
图6示出图2和/或图4的转换器系统的直流链路中的故障，
图7示出电压传感器的示例性校准方法，所述电压传感器用于根据在此描述的监测系统的直流链路的阻抗测量，
图8示出用于涉及数据点的外推值的直流链路的阻抗测量的电压传感器的另一示例性校准方法。
附图和附图说明是本发明的实施例且并非本发明自身。
具体实施方式
根据图1的风力涡轮机100的示例性实施方式具有风力涡轮机塔架101、在塔架101的顶部上的机舱101、连接到机舱的可旋转轮毂103、以及连接到轮毂103的三个转子叶片104。
机舱102通过偏航轴承连接到塔架101，所述偏航轴承允许机舱102且因此转子叶片104在风中转动。将转子叶片104连接到轮毂103的转子叶片104的基部是可变桨的，即，转子叶片104能够在与沿驱动轴105穿过轮毂103和风力涡轮机发电机110的主轴线垂直的轴线上旋转，在图2中示出。通过将转子叶片104变桨，入射角度能够被选定以使得连接到发电机110的轮毂103的给定转速被实现。
通过将转子叶片104变桨以调整发电机110的转速，给定输出电压能够传递到发电机侧转换器2，在图2、4、和5中示出。
根据图2的示例性风力涡轮机100的剖视图具有从塔架101的顶部处的机舱102向下延伸到塔架101的基部的分体式转换器系统1、和经由三相连接线160到电网130的连接。风引起转子叶片104、可旋转安装的轮毂103、以及驱动轴105旋转，并且因此在发电机110中产生电力。
发电机110的电流输出经由三相连接线140供给到发电机侧转换器2。发电机侧转换器2例如设置成堆叠串拓扑，所述堆叠串拓扑在每个串中具有的两个平行的发电机侧转换器2，如图5所示。发电机侧转换器2传递输出直流电流，所述输出直流电流被供给到分体式转换器系统1的直流链路17的直流链路导体构造117中。
发电机侧转换器2处的直流链路17中的电压电平由执行直流链路导体构造117的正导体和负导体117a、117b之间的横向电压测量的电压传感器12确定。电网侧转换器3处的直流链路17中的电压电平由执行直流链路导体构造117的正导体和负导体117a、117b之间的横向电压测量的电压传感器13确定，所述电网侧转换器例如设置成在每个串中具有两个平行的电网侧转换器3的堆叠串拓扑，如图5所示。穿过直流链路导体构造117的电流的测量由直流电流传感器14执行。
直流链路导体构造117的输出被供给到在输出侧处传递三相交流电流的电网侧转换器3中。由电网侧转换器3输出的三相交流电流经由三相连接线150供给到变压器构造120。变压器构造120将电压提高到电网级别且经由三相连接线160将高电压交流电流供给到电网130。变压器构造120例如包括在低压侧上成星形构型的两个变压器和在高压侧上成三角形构型的第三变压器。
根据图3的示例性控制器11执行直流链路17的阻抗监测。控制器11包括电流计15，所述电流计用于利用电流传感器14测量穿过直流链路17、或实际上是穿过直流链路导体构造117的直流电流。控制器11还包括电压计16，所述电压计用于测量在两个电压传感器12和13处的直流链路17的两端处的直流电压电平。替代的，每个电压传感器12、13可连接到专用电压计16。
控制器11通过线缆22与电流传感器14连接。在控制器11的一些实施例中，电流计15可以是电流传感器14的一部分。控制器11通过线缆21与电压传感器12、13连接。在控制器11的一些实施例中，电压计16可以是电压传感器12、13的一部分。
控制器11也包括CPU(中央处理器)31和存储器32，所述CPU和存储器用于基于接收的电流和电压数据来计算和存储直流链路导体构造117的阻抗。直流链路17中的导体117a、117b的阻抗Z根据下式计算：
其中，VDC,top是电压传感器12的输出值、VDC,bottom是电压传感器13的输出值、且Icable是电流传感器14的输出值。获得的阻抗值存储在存储器32中以用于将来参考。如果后来测量的阻抗具有比存储的阻抗值显著更高的值，则控制器11例如通过警报器33通知控制中心或自动减小流过直流链路导体构造117的电流。
为了提高阻抗测量的准确性，电压传感器12、13例如每月校准一次。为了校准，以Verror表示的在穿过直流链路17的基本零电流下的电压差根据下式测量：
Verror＝VDC,top-VDC,bottom,Icable≈0
其中，如前文，VDC,top是电压传感器12的输出值，并且VDC,bottom是电压传感器13的输出值。最佳Verror是零，因为基本无压降在穿过直流链路17的导体阻抗的基本零电流下发生。然而，两个电压传感器12、13不相同并且呈现制造公差等，从而导致所述两个电压传感器12和13之间的偏移。
由相应电压传感器12和13确定的直流链路17的两端处的电压差根据下式由上文确定的偏差Verror修正：
Icable≈操作电流
其中，VDC,top是电压传感器12的输出值，VDC,bottom是电压传感器13的输出值，Verror是电压传感器12和13的偏移，即，在穿过直流链路17的基本零电流下的VDC,top和VDC,bottom之间的偏差，并且Icable是电流传感器14的输出值。
数据总线25穿过数个输入/输出(IO)单元连接电流计15、电压计16、CPU 31、存储器32、以及警报器33。
根据图2的示例性直流链路阻抗测量设置方式在图4中更详细地示出。分体式转换器系统1包括用于将由风力涡轮机发电机110产生的交流电流转换成将供给到直流链路17的直流电流的一组发电机侧转换器2(即，一组整流器)。所述一组发电机侧转换器2例如包括两个堆叠串，每个堆叠串具有两个平行转换器。
分体式转换器系统1也包括一组电网侧转换器3，即，一组逆变器，用于将由直流链路17输出的直流电流转换成将供给到一组变压器120的交流电流。所述一组电网侧转换器3例如包括两个堆叠串，每个堆叠串具有两个平行转换器。
所述一组发电机侧转换器2和所述一组电网侧转换器3由共同直流链路17连接，即，所有转换器2、3连接到相同的直流链路导体构造117；没有平行的直流链路用于单独的转换器2、3。
直流链路17的正导体117a和负导体117b之间的第一横向电压电平由电压传感器12测量。直流链路17的正导体117a和负导体117b之间的第二横向电压电平由电压传感器13测量。电压传感器12与发电机侧转换器2关联且电压传感器13与电网侧转换器3关联。穿过直流链路导体构造117的电流由电流传感器14测量。这个电流由风力涡轮机发电机110产生且构成发电机110的正常输出电流，所述正常输出电流用于在没有注入直流链路导体构造117中的专用监测直流电流的情况下的电压测量。
在直流链路17中导体117a、117b故障、连接摇晃等的事件中，增加的压降由电压传感器13记录。因此，与正常操作相比较，在两个电压传感器12和13之间的电压差中检测到偏差。在穿过直流链路17的标称电流下的电压差是已知的。如果在标称电流下观察到与这个电压差的偏差，则这给出直流链路17中故障的指示。穿过直流链路的电流根据偏差的大小而减小，以保护直流链路不受局部发热影响，所述局部发热可能引起次级故障，例如由于熔融的绝缘体而在转换器2和3处短路。这对于低于标称电流的操作电流也是如此。
在另一示例性实施方式中，提供具有分段传动系的风力涡轮机。额外交流电压传感器定位在风力涡轮机发电机110的输出处以及电网侧转换器3的输出处。因此，通过从分散式电压传感器聚集电压数据，风力涡轮机传动系能够分成五个区段，即，发电机区段、发电机侧-转换器区段、直流链路区段、电网侧-转换器区段、以及电网区段。依据四个电压传感器的电压读数，风力涡轮机传动系中的故障定位的一般区域能够被识别。这简化风力涡轮机100的维护，因为例如损坏的发电机110的错误部位能够通过将用于所有部位的当前电压数据与存储在存储器32中的在正常操作期间的操作电压的参考数据相比较而确定。
具有延伸直流链路17且具有堆叠转换器串的示例性分体式转换器系统1在图5中示出。发电机侧转换器2a和2b和电网侧转换器3a和3b形成第一转换器串，而发电机侧转换器2c和2d和电网侧转换器3c和3d形成第二转换器串。发电机侧转换器2a和2b并联连接，发电机侧转换器2c和2d也一样。两个串串联连接。电网侧转换器3a–3d以类似的方式设置。
直流链路17包括连接到第一串的正导体线117a、连接到第二串的负导体线117b、以及处于基本零电势且例如由电容器接地的中心线117c。这个电容器允许例如由转换器中的高频率选通产生的不期望的交流电流分量被排放。
在导体线中的一个中具有故障1117的示例性直流链路17在图6中示出。在描绘的直流链路17的实施例中，正导体线117a是故障导体线。在电压传感器12测量到直流链路17中基本相同电压电平时，电压传感器13仅测量到与无故障情况对应的操作电压电平的一小部分。在电网侧转换器的电压传感器13处的这个压降源于围绕故障1117局部产生的增加的阻抗处的压降。
穿过直流链路导体构造117的电流由电流传感器14测量。因为导体线117a和117b基本串联连接，所以单个电流传感器14是足够的。只要导体线117a和117b不损坏，穿过直流链路17的电流就维持基本相同。然而，随着故障的严重程度增加，增加的散热(即，能量耗散)在故障导体线117a中发生。
为了保护直流链路17、另外保护整个风力涡轮机100不受可能导致例如涡轮起火的次级故障和损坏的大量生热影响，穿过直流链路导体构造117的电流依据受测阻抗的增加而减小。在严重故障117的事件中，风力涡轮机停机以便维护。
根据图7a至7c的电压传感器12和13的示例性校准减小由于偏移和能够被看作在电压电平处的偏移误差的增益误差的一部分造成的测量误差。在图7a中，测量的电压电平Vmeas相对于实际电压电平Vtrue绘制出。两个电压传感器12、13的校准作用在那张图中示出。虚线“a”例如是发电机侧电压传感器12的校准作用且实线“b”例如是电网侧电压传感器13的校准作用。点线代表两个轴线之间的斜率等于1的二等分线，所述点线是无任何误差或偏置的最佳电压传感器响应。在这个实施例中，呈现大约1000伏特处的操作点。
用于特征曲线“a”的Ya的y-截点和用于特征曲线“b”的Yb的y-截点呈现在电压传感器12和13的这个示例性校准中。两个曲线之间的y-截点的差值表示为WO。在操作点处的两个曲线之间的实际差值X由X＝WO+Δg·Vworking point计算，其中，Δg是两个斜率(即，两个电压传感器12和13的相应增益ga和gb)之间的差值，并且Vworking point是在电流操作点处的电压。
图7b示出所述两个电压传感器响应“a-b”的差值的特征曲线。发电机侧电压传感器12和电网侧电压传感器13之间的电压电平差值相对于竖直轴线上的测量电压Vmeas在水平轴线上绘制出。在此，“a-b”的y-截点是在操作点处的两个响应曲线之间的差值X。
因为直流链路17在发电机110的正常操作和标称产能期间也一直具有非零阻抗，发电机侧电压传感器12和电网侧电压传感器13之间的电压差一直存在。只要有流过直流链路17的导体线117a和117b的电流，就会这样。在基本零电流下，也基本无沿直流链路导体构造117的压降；在那种情况下，两个电压传感器12和13之间的任何测量的电压差由偏移(即，偏移电压差值)引起。
如上文结合图7a描述的，y-截点X包括“a”和“b”的y-截点中的恒定差值(即，电压传感器12和13的零电流偏移)，以及依据斜率差值和电流操作点的第二项。因此，已知差异WO能够被减去且产生的曲线在图7c中示出。
通过这种方法，维持依据斜率差异和当前电压电平的仅小误差，斜率差异即电压传感器12和13的不同增益，并且当前电压电平即操作点。这个增益误差通常在几个百分比的范围内，这对于绝对误差是小贡献且能够被忽略。
如能够在图7b和7c中所见的，如果故障1117如图6所示的沿直流链路导体构造117发生，则在直流链路17的相应末端上的所述两个电压传感器12和13之间的电压差显著增加。依据故障的属性(例如松动连接、直径减小的导体线117a、117b、或磨损的绝缘体)，由十分缓慢的电压差增加伴随的阻抗的缓慢构建能够被观察到。替代的，例如在损坏的导体线117a、117b的事件中，快速或瞬时的阻抗增加能够被观察到。依据作为故障1117属性指示的阻抗增加的构建时间，流过直流链路导体构造117的电流可据此减小，或对于风力涡轮机100的立即停机命令被发布。
在图8中示出电压传感器12和13的另一示例性校准，所述校准用于减小由于偏移和能够被看作在电压电平处的偏移误差的增益误差的一部分造成的测量误差。
测量电压Vmeas相对于测量电流Imeas被绘制出。在电压传感器12和13的这个示例性校准中，电压差在具有对应的电流I1和I2的两个不同的操作点处被测量。在操作点I1处直流电流流过直流链路导体构造117，所述直流电流比当风力涡轮机100在操作点I2处操作时穿过直流链路导体构造117的直流电流小。
操作点I1可以例如在一段平静期间被达到，或操作点I1可以是在例如一般较低风速处的正常操作、即最佳操作点处的在先操作点。替代的，操作点I2可在短暂阵风期间达到，而操作点I1是例如在给定风速和特定电网状况处用于当前状况的最佳操作点。
两个单独的电压差在两个操作点处被计算。基于那些数据点，降低到零电流的外推被执行。两个操作点必须分开足够远，或更准确而言，两个直流电流必须足够不同，以使得穿过直流链路17的电流与在电压传感器12和13之间测量的电压差之间呈现的线性关系的斜率能够充分准确地确定。例如10％的操作点电流之间的差异将产生充足的准确性。
因此，零电流偏移值(即，在零电流下的偏移电压差值)能够从在所述两个单独的操作点处的数据外推。这个外推的偏移值能够用于减小直流链路17的阻抗测量的系统误差而无需使风力涡轮机100停机用于电压传感器12和13的校准。因此，提出一种用于监测直流链路17的阻抗的方法，所述方法减小使风力涡轮机部件磨损的风力涡轮机100的停机次数，并且遵照电网准则而且省钱，因为风力涡轮机100无需离线。校准程序能够在正常操作期间在操作电流下执行。
虽然已经在此描述依据本发明的教导构建的特定方法和产品，但是本专利的覆盖范围并非受限于此。相反的，本专利覆盖字面上或在等价方案的原则下清楚地落入所附权利要求的范围内的本发明教导的所有实施方式。

Claims (16)

1.一种监测分体式风力涡轮机转换器系统的方法，其中，分体式转换器系统包括至少一个发电机侧转换器、至少一个电网侧转换器、以及将所述至少一个发电机侧转换器连接到所述至少一个电网侧转换器的直流链路，其中，所述至少一个发电机侧转换器和所述至少一个电网侧转换器设置在远距离位置处，其中，直流链路由包括至少一个正导体和至少一个负导体的细长导体构造提供，所述方法包括借助于测量电压的第一和第二直流电压传感器通过下述步骤确定细长直流链路导体构造的阻抗：
利用第一直流电压传感器在发电机侧转换器处确定直流链路导体构造的正导体和负导体之间的电压；
利用第二直流电压传感器在电网侧转换器处确定直流链路导体构造的正导体和负导体之间的电压；
确定基于第一和第二直流电压传感器确定的电压之间的差值；
通过将确定的电压差与流过直流链路导体构造的已知或测量的直流电流相关联来确定直流链路导体构造的阻抗；
响应于超过给定阻抗阈值的阻抗识别故障状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，用于确定电压差的直流电流由风力涡轮机发电机产生。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，直流链路导体构造延伸超过50米、或75米、或100米。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，流过直流链路导体构造的直流电流由测量电流的电流传感器测量。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述方法包括确定在穿过直流链路导体构造的第一直流电流下的第一电压差以及确定在穿过直流链路导体构造的第二直流电流下的第二电压差，其中，第二直流电流比第一直流电流高。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，第一电压差在切入程序期间确定，即，在风力涡轮机发电机产生供给到电网的电力之前确定。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，第一电压差在穿过直流链路导体构造的零电流或接近零电流下确定。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，偏移电压差值在穿过直流链路导体构造的第一直流电流下基于第一电压差确定。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，第一电压差在穿过直流链路导体构造的操作电流、即当风力涡轮机高于切入风速操作时由发电机产生的电流下确定，并且偏移电压差值在穿过直流链路导体构造的零电流或接近零电流下基于第一电压差的外推值确定。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的方法，其中，第二电压差在穿过直流链路导体构造的操作电流、即当风力涡轮机高于切入风速操作时由发电机产生的电流下确定。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，第二电压差由偏移电压差值修正，并且确定阻抗的步骤包括将修正的电压差与已知或测量的操作电流相关联。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，所述至少一个发电机侧转换器是无源整流器或有源整流器，并且所述至少一个电网侧转换器是逆变器。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，发电机侧转换器定位在风力涡轮机塔架的顶部上，并且电网侧转换器定位在风力涡轮机塔架的底部处，并且细长直流链路导体构造沿风力涡轮机塔架延伸。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，所述方法包括当识别到故障状态时：
使警报器发声，和/或，
减小穿过直流链路导体构造的电流，或，
使风力涡轮机停机。
15.一种分体式风力涡轮机转换器系统，包括至少一个发电机侧转换器、至少一个电网侧转换器、将所述至少一个发电机侧转换器连接到所述至少一个电网侧转换器的直流链路、以及控制器，其中，所述至少一个发电机侧转换器和所述至少一个电网侧转换器设置在远距离位置处，其中，直流链路由包括至少一个正导体和至少一个负导体的细长导体构造提供，所述控制器设置成：
利用测量电压的第一直流电压传感器在发电机侧转换器处确定直流链路导体构造的正导体和负导体之间的电压；
利用测量电压的第二直流电压传感器在电网侧转换器处确定直流链路导体构造的正导体和负导体之间的电压；
确定基于第一和第二直流电压传感器确定的电压之间的差值；
通过将确定的电压差与流过直流链路导体构造的已知或测量的电流相关联来确定直流链路导体构造的阻抗；
响应于超过给定阻抗阈值的阻抗识别故障状态。
16.根据权利要求15所述的分体式风力涡轮机转换器系统，还设置成执行根据权利要求2至14中任一项所述的方法。
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