CN110352550A - 用于具有碳化硅mosfet的功率转换器的接地方案 - Google Patents

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Abstract

提供了用于使具有碳化硅MOSFET功率转换器的发电系统接地的系统和方法。发电系统可包括：包括多相转子的发电机，其配置成产生处于第一电压下的多相交流功率；以及功率转换器，其包括一个或多个碳化硅MOSFET和隔离变压器。功率转换器可配置成使处于第一电压下的来自发电机的多相交流功率转换成处于第二电压下的多相交流功率。发电系统可电接地，以使与功率转换器的隔离变压器相关联的漏电流分流到接地端。

Description

用于具有碳化硅MOSFET的功率转换器的接地方案
技术领域
本主题大体上涉及功率系统，并且更特别地涉及用于使包括利用碳化硅MOSFET的功率转换器的功率系统接地的系统和方法。
背景技术
发电系统可使用功率转换器来使功率转换成适合于电网的功率形式。在典型的功率转换器中，多个开关装置(诸如，绝缘栅双极型晶体管(“IGBT”)或金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”))可用于电子电路(诸如，半桥或全桥式电路)中以转换功率。开关装置技术上的最新发展已允许在功率转换器中使用碳化硅(“SiC”)MOSFET。与常规的IGBT相比，使用SiC MOSFET允许在高得多的开关频率下操作功率转换器。
发明内容
本公开的实施例的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而认识到，或可通过实践实施例而认识到。
本公开的一个示例性方面涉及一种发电系统。发电系统可包括发电机，该发电机包括多相转子。发电机可配置成产生处于第一电压下的多相交流功率。发电系统还可包括功率转换器，该功率转换器包括一个或多个碳化硅MOSFET和隔离变压器。功率转换器可配置成使处于第一电压下的来自发电机的多相交流功率转换成处于第二电压下的多相交流功率。发电系统可进一步包括接地端。发电系统可电接地以使与功率转换器的隔离变压器相关联的漏电流分流到接地端。
本公开的另一示例性方面涉及一种操作发电系统的方法。该方法可包括利用发电机来产生处于第一电压下的多相交流功率。发电机可包括多相转子和定子。转子的相可以以三角形或Y形配置来配置。转子的各相可包括电连接到相和接地端的高阻抗电阻器。该方法可进一步包括将来自发电机的多相交流功率提供给功率转换器。功率转换器可包括一个或多个碳化硅MOSFET和隔离变压器。功率转换器可配置成使处于第一电压下的来自发电机的多相交流功率转换成处于第二电压下的多相交流功率。该方法可进一步包括通过控制装置来感测转子的各相的高阻抗电阻器两端的电压或穿过高阻抗电阻器的电流。该方法可进一步包括通过控制装置至少基于转子的各相的高阻抗电阻器两端的感测到的电压或穿过高阻抗电阻器的感测到的电流来确定是否存在电压或电流不平衡。当确定存在电压或电流不平衡时，该方法可包括通过控制装置来关闭功率转换器以保护功率转换器。
本公开的另一示例性方面涉及一种发电系统。发电系统可包括双馈感应发电机，其包括多相转子和多相定子。双馈感应发电机可配置成在转子侧上产生多相低压功率并在定子侧上产生多相中压功率。发电系统可进一步包括电连接到转子的低压总线。发电系统可进一步包括电连接到定子的中压总线。发电系统可进一步包括电连接到低压总线的AC-DC功率转换器。AC-DC功率转换器可配置成从低压总线接收低压功率。发电系统可进一步包括DC链路，该DC链路电连接到AC-DC功率转换器并且配置成从AC-DC功率转换器接收DC功率。发电系统可进一步包括DC-DC-AC功率转换器，其包括至少一个碳化硅MOSFET和隔离变压器。DC-DC-AC功率转换器可电连接到DC链路。DC-DC-AC功率转换器可配置成从DC链路接收DC功率。AC-DC功率转换器和DC-DC-AC功率转换器可一起配置成使来自多相转子的低压功率转换成中压功率。发电系统可进一步包括接地端。发电系统可电接地以使与DC-DC-AC功率转换器的隔离变压器相关联的漏电流分流到接地端。
可对本公开的这些示例性方面作出变型和修改。
参考以下描述和所附权利要求书，多种实施例的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在本说明书中并构成其部分的附图示出了本公开的实施例，并与描述一起用于阐释相关的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了实施例的针对本领域普通技术人员的详细讨论，在附图中：
图1描绘了示例性发电系统；
图2描绘了根据本公开的示例性方面的用于在功率转换器中使用的示例性元件；
图3描绘了根据本公开的示例性方面的功率转换器；
图4描绘了根据本公开的示例性方面的示例性功率系统；
图5描绘了根据本公开的示例性方面的示例性发电配置；
图6描绘了根据本公开的示例性方面的示例性发电配置；
图7描绘了根据本公开的示例性方面的示例性发电配置；
图8描绘了根据本公开的示例性方面的示例性功率系统；
图9描绘了根据本公开的示例性方面的示例性功率系统；
图10描绘了根据本公开的示例性方面的示例性功率系统；
图11描绘了根据本公开的示例性方面的方法；
图12描绘了根据本公开的示例性方面的适合于在控制装置中使用的元件。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。各示例作为本发明的阐释而非本发明的限制来提供。实际上，对本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可在本发明中作出多种修改和变型。例如，示出或描述为一个实施例的部分的特征可与另一实施例一起用于产生另外的其它实施例。因此，意图的是，本发明涵盖如归入所附权利要求书及其等同体的范围内的这样的修改和变型。
本公开的示例性方面涉及用于使利用具有SiC MOSFET和隔离变压器的功率转换器的功率系统接地的系统和方法。例如，发电系统(诸如，使用双馈感应发电机(“DFIG”)的系统)可使用一个或多个功率转换器来使功率转换成适合于电网的多相交流功率。在一些配置中，发电系统可包括多个功率转换器，诸如第一AC-DC转换器和包括隔离变压器的第二DC-DC-AC转换器。AC-DC转换器和DC-DC-AC转换器可使来自发电机(诸如，DFIG)的功率从低压转换成适合于电网的中压。该配置可允许消除电网互连部处的三绕组式变压器，从而降低功率系统的成本。
然而，在一些应用中，与隔离变压器相关联的初级-次级电容和电阻可使相关联的漏电流在发电系统的低压侧上流动。在这样的情况下，由于过大的电压，漏电流可使故障发生，并且如果未向系统提供足够低的对地阻抗水平，则漏电流可损坏发电系统的低压侧上的绝缘系统。此外，任何故障都可使发电机失效或损坏，并且可能需要保护系统来使发电机跳闸(trip)而脱机(offline)，从而降低发电系统的可用性。
本公开的示例性方面涉及使发电机和/或功率转换器的低压侧接地以使与功率转换器的隔离变压器相关联的漏电流分流的系统和方法。例如，发电系统可包括发电机(诸如，双馈感应发电机(“DFIG”))，其可配置成产生处于第一电压和第二电压下的多相(例如，三相)交流功率。例如，可在转子侧上产生第一电压，第一电压可为低压。可在定子侧上产生第二电压功率，第二电压功率可为中压功率。在实施例中，来自定子的中压功率可被提供给中压总线，并且可进一步被提供给电网，而低压功率可被提供给低压总线，并且进一步被提供给功率转换器。
发电系统还可包括功率转换器。功率转换器可包括隔离变压器和一个或多个SiCMOSFET。功率转换器可为例如配置成使功率从第一电压(诸如，低压)转换成第二电压(诸如，中压)的一个或多个功率转换器。例如，低压(“LV”)功率可为小于或等于大约1.5 kV的功率，并且中压(“MV”)功率可为大于大约1.5 kV至小于大约100 kV的功率。如本文中使用的那样，用语“大约”表示在所陈述的值的20％内。
例如，功率转换器可包括第一AC-DC转换器，其可使低压多相交流功率转换成DC功率。第一AC-DC转换器可为例如两级式AC-DC功率转换器。AC-DC转换器可耦合到低压总线，低压总线可从转子接收低压功率。AC-DC转换器可进一步耦合到DC链路。第二转换器(诸如，DC-DC-AC转换器)可进一步耦合到DC链路。第二转换器可配置成从DC链路接收DC功率，并且使DC功率转换成处于第二电压下的AC功率(诸如，处于中压下的AC功率)，使得经转换的功率处于与电网和/或由定子提供的功率相同的电压下。在实施例中，第二转换器可为DC-DC-AC转换器，并且可包括一个或多个SiC MOSFET和隔离变压器。
发电系统可电接地以使与功率转换器的隔离变压器相关联的漏电流分流到接地端。例如，转子的至少一个相可电连接到接地端。发电系统可电接地以使与隔离变压器相关联的漏电流通过电连接到接地端的至少一个相而分流到接地端。在另一实施例中，一个或多个高阻抗电阻器可电连接到至少一个相和接地端。(一个或多个)高阻抗电阻器可为被选择成承载来自所有漏电流源(包括用于诸如SiC MOSFET的高频AC源的电容)的穿过所有绝缘屏障的漏电流的(一个或多个)电阻器。此外，(一个或多个)高阻抗电阻器可被选择成确保连接到发电系统的任何电涌保护器(诸如，金属氧化物变阻器(“MOV”))不会承载漏电流。发电系统可配置成使与隔离变压器相关联的漏电流通过高阻抗电阻器而分流到接地端。
在实施例中，转子的各相可包括电连接到相和接地端的高阻抗电阻器。在这样的配置中，发电系统可电接地以使与隔离变压器相关联的漏电流通过高阻抗电阻器中的一个或全部而分流到接地端。例如，转子的相可以以三角形配置来配置，其中各相耦合到高阻抗电阻器，高阻抗电阻器进一步耦合到接地端。在另一配置中，转子的相可以以Y形配置来配置，其中各相耦合到高阻抗电阻器，高阻抗电阻器进一步耦合到接地端。在Y形或三角形配置中，漏电流可通过高阻抗电阻器而分流到接地端。此外，发电系统可包括控制装置，该控制装置可配置成感测高阻抗电阻器上的电压或电流不平衡。控制装置可进一步配置成当控制装置感测到高阻抗电阻器上的电压或电流不平衡时关闭功率转换器、断开一个或多个开关(未显示)或执行其它控制动作以使有故障的发电单元电隔离。
在实施例中，转子的相可呈Y形配置，其可包括中点。中性导线可连接到中点和接地端。发电系统可使与隔离变压器相关联的漏电流通过中性导线而电分流到接地端。此外，高阻抗电阻器可连接到中性导线和接地端。在这样的配置中，发电系统可使漏电流通过高阻抗电阻器而分流到接地端。
发电系统可通过将DC链路的至少一个极连接到接地端而进一步接地。例如，DC链路可包括处于第一电压下的第一极和处于第二电压下的第二极。第一极或第二极可电连接到接地端。发电系统可电接地以使与隔离变压器相关联的漏电流通过DC链路的连接到接地端的至少一个极而分流。在实施例中，高阻抗电阻器可连接到DC链路的至少一个极和接地端。发电系统可电接地以使与隔离变压器相关联的漏电流通过连接到DC链路的至少一个极的高阻抗电阻器而分流到接地端。
发电系统可进一步包括一个或多个滤波器。例如，可对来自转子的多相功率的各相进行滤波，以从AC功率中移除一个或多个频率。滤波器可包括例如电感器和电容器。例如，滤波器可包括电耦合到低压总线和AC-DC转换器的端子的电感器。电容器可电耦合到电感器和接地端。发电系统可电接地以使漏电流通过滤波器的电容器而分流。在实施例中，各相可包括滤波器，其中发电系统可使与隔离变压器相关联的漏电流通过各相上的各滤波器的电容器而分流。
发电系统可进一步包括多相撬棒(crowbar)电路。多相撬棒电路可用于防止过电压状况损坏发电系统。
以此方式，根据本公开的示例性方面的系统和方法可具有使功率系统的低压侧接地以便使与隔离变压器相关联的漏电流分流到接地端的技术效果。这可有助于确保发电系统的绝缘系统不会被由于漏电流而造成的高压损坏。此外，这可允许提高发电系统的可靠性和/或可用性。另外，在使用高阻抗电阻器来使发电系统接地的配置中，可限制故障电流，这可减小与电弧闪光相关联的入射能量。
现在参考附图，将更详细地讨论本公开的示例性方面。图1描绘了根据本公开的示例性方面的发电系统100，其包括DFIG 120。出于说明和讨论的目的，将参考图1的示例性发电系统100来讨论本公开。使用本文中提供的公开的本领域普通技术人员应当理解，本公开的方面也可适用于其它系统(诸如，全功率转换式风力涡轮系统、太阳能功率系统、能量存储系统和其它功率系统)中。
在示例性发电系统100中，转子106包括联接到旋转毂110的多个转子叶片108。在示例性实施例中，发电单元包括齿轮箱118，齿轮箱118继而联接到发电机120。根据本公开的方面，发电机120是双馈感应发电机(DFIG) 120。
DFIG 120典型地耦合到定子总线154，并且经由转子总线156来耦合到功率转换器162。定子总线提供来自DFIG 120的定子的输出多相功率(例如，三相功率)，并且转子总线156提供DFIG 120的输出多相功率(例如，三相功率)。功率转换器162可为配置成将输出功率提供给电网184和/或从电网184接收功率的双向功率转换器。如显示的那样，DFIG 120经由转子总线156来耦合到转子侧转换器166。转子侧转换器166耦合到线路侧转换器168，线路侧转换器168继而耦合到线路侧总线188。辅助功率馈送装置可耦合到线路侧总线188，以为在风力涡轮系统中使用的构件(诸如，风力涡轮系统的风扇、泵、电动机和其它构件)提供功率。
在示例性配置中，转子侧转换器166和/或线路侧转换器168配置成用于将SiCMOSFET和/或IGBT用作开关装置的三相脉冲宽度调制(PWM)布置中的正常操作模式。与常规的IGBT相比，SiC MOSFET可在非常高的频率下开关。例如，SiC MOSFET可在从大致0.01 Hz至10 MHz的频率下开关，其中典型的开关频率为1 KHz至400 KHz，而IGBT可在从大致0.01Hz至200 KHz的频率下开关，其中典型的开关频率为1 KHz至20 KHz。另外，当在一些电压范围中操作时，SiC MOSFET可提供相对于普通MOSFET的优点。例如，在在LV侧上在1200V-1700V下操作的功率转换器中，SiC MOSFET具有比普通MOSFET更低的开关和传导损耗。
在一些实施方式中，如将关于图2和图3而更详细地讨论的那样，转子侧转换器166和/或线路侧转换器168可包括多个转换模块，其各自与多相功率的输出相相关联。转子侧转换器166和线路侧转换器168可经由DC链路126来耦合，DC链路电容器138可跨过DC链路126。
在一些实施例中，DC链路126可包括动态制动器(未显示)。动态制动器可包括与耗能元件(例如，电阻器)串联耦合的开关元件(例如，IGBT)。可经由一个或多个控制装置(例如，控制器174或控制系统176)使用脉冲宽度调制技术来控制开关元件，以控制DC链路126上的电压。
在一些实施例中，DC链路126可包括串联耦合在正总线与负总线之间的多个电阻器(例如，两个电阻器)。接地端可耦合在电阻器之间的中点处。
功率转换器162可耦合到控制装置174，以控制转子侧转换器166和线路侧转换器168的操作。应当注意的是，在典型的实施例中，控制装置174配置为功率转换器162与控制系统176之间的接口。
在操作中，在DFIG 120处通过使转子106旋转而产生的功率经由双路径来提供给电网184。双路径由定子总线154和转子总线156限定。在定子总线侧154上，将正弦多相(例如，三相)提供给电网。特别地，经由定子总线154来提供的AC功率可为中压(“MV”)AC功率。如本文中所使用的那样，MV AC功率可为大于大约1.5千伏且小于大约100千伏的交流功率。如本文中所使用的那样，用语“大约”可表示在所陈述的值的20％内。在转子总线侧156上，将正弦多相(例如，三相)AC功率提供给功率转换器162。特别地，经由转子总线156来提供给功率转换器162的AC功率可为低压(“LV”)AC功率。如本文中所使用的那样，LV AC功率可为小于或等于大约1.5千伏的交流功率。转子侧功率转换器166使从转子总线156提供的LV AC功率转换成DC功率，并且将DC功率提供给DC链路126。在转子侧功率转换器166的并联桥式电路中使用的开关装置(例如，SiC MOSFET和/或IGBT)可被调制，以使从转子总线156提供的AC功率转换成适合于DC链路126的DC功率。这样的DC功率可为LV DC功率。
在发电系统100中，功率转换器162可配置成使LV功率转换成MV AC功率。例如，线路侧转换器168使DC链路126上的LV DC功率转换成适合于电网184的MV AC功率。特别地，在线路侧功率转换器168的桥式电路中使用的SiC MOSFET可被调制，以使DC链路126上的DC功率转换成线路侧总线188上的AC功率。SiC MOSFET可在比常规的IGBT更高的开关频率下操作。另外，耦合到桥式电路中的一个或多个的一个或多个隔离变压器可配置成如需要的那样使电压升高或降低。另外，多个逆变器组块(block)可在MV侧上串联连接，以共同使DC链路126上的功率的电压升高至MV AC功率。来自功率转换器162的MV AC功率可与来自DFIG120的定子的MV功率组合，以提供具有基本上维持于电网184的频率(例如，50 Hz/60 Hz)下的频率的多相功率(例如，三相功率)。以此方式，MV线路侧总线188可耦合到MV定子总线154以提供这样的多相功率。
多种电路断路器和开关(诸如，电网断路器182、定子同步开关158等)可被包括在发电系统100中，以用于在连接到电网184和从电网184断开的期间如对于DFIG 120的正常操作而言必要的那样使多种构件隔离。以此方式，这样的构件可配置成例如当电流过大并且可损坏发电系统100的构件时或出于其它操作考虑而使对应的总线连接或断开。额外的保护构件也可被包括在发电系统100中。例如，如图1中描绘的那样，可包括多相撬棒电路190，以防止损坏发电系统100的电路的过电压状况。
功率转换器162可经由控制装置174来从例如控制系统176接收控制信号。控制信号可尤其基于发电系统100的感测到的状况或操作特性。典型地，控制信号提供对功率转换器162的操作的控制。例如，呈DFIG 120的感测到的速度的形式的反馈可用于控制来自转子总线156的输出功率的转换，以维持适当并且平衡的多相(例如，三相)功率供应。来自其它传感器的其它反馈(包括例如定子和转子总线电压和电流反馈)也可被控制装置174用于控制功率转换器162。可使用多种形式的反馈信息来产生开关控制信号(例如，针对开关装置的栅极定时命令)、定子同步控制信号以及电路断路器信号。在实施例中，控制装置174可配置成感测发电系统100中的一个或多个高阻抗电阻器上的电压或电流不平衡。例如，如下文将更详细地讨论的那样，来自DFIG 120的转子的多相功率的各相可包括电连接在相与接地端之间的高阻抗电阻器。在实施例中，控制装置174可配置成确定在高阻抗电阻器上是否存在电压或电流不平衡，并且可进一步配置成当控制装置174确定在高阻抗电阻器上存在电压或电流不平衡时关闭功率转换器162。
现在参考图2，描绘了DC-DC-AC转换器中的构件的拓扑结构。图2描绘了示例性DC-DC-AC逆变器组块206，如图3中描绘的那样，DC-DC-AC逆变器组块206可被包括在线路侧转换器168的转换模块200中。各逆变器组块206可包括多个转换实体。例如，逆变器组块206可包括转换实体212、转换实体214和转换实体216。各转换实体212-216可包括并联耦合的多个桥式电路。例如，转换实体216包括桥式电路218和桥式电路220。如指示的那样，各桥式电路可包括串联耦合的多个开关装置。例如，桥式电路220包括上部开关装置222和下部开关装置224。开关装置可为SiC MOSFET，其可在比常规的IGBT更高的开关频率下操作。如显示的那样，逆变器组块206进一步包括隔离变压器226。隔离变压器226可耦合到转换实体212和转换实体214。如显示的那样，逆变器组块206可进一步包括电容器228和230。
第一转换实体212、隔离变压器226和第二转换实体214可一起限定内部转换器240。可操作内部转换器240以使LV DC功率从DC链路126转换到外部转换器处的第二LV DC功率总线。在实施例中，内部转换器240可为高频谐振转换器。在谐振转换器配置中，谐振电容器232可被包括在内部转换器240中。在多种实施例中，谐振电容器232可被包括在隔离变压器226的LV侧上(如图2中描绘的那样)、在隔离变压器226的MV侧上(未描绘)，或在隔离变压器226的LV侧和MV侧二者上(未描绘)。在另一实施例中，通过移除谐振电容器232，内部转换器240可为硬开关型转换器。第三转换实体216也可被称为外部转换器216。外部转换器216可使来自内部转换器的LV DC功率转换成适合于在电网184上使用的LV AC功率。在典型的应用中，外部转换器216可为硬开关型转换器，并因此不包括谐振电容器。
另外，如图2中描绘的那样，在实施例中，多个电阻器(例如，电阻器242和244)可跨过DC链路126而耦合，并且可一起限定中点(“M”)。在实施例中，中点“M”可连接到接地端246。电阻器242和244可为例如被选择成承载与隔离变压器相关联的漏电流的高阻抗电阻器。此外，在实施例中，与功率转换器的隔离变压器相关联的漏电流可通过多个电阻器中的至少一个而分流到接地端。
图3描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性线路侧转换器168。如显示的那样，线路侧转换器168包括转换模块200、转换模块202和转换模块204。转换模块200-204可配置成从转子侧转换器166接收LV DC功率并且使LV DC功率转换成MV AC功率以用于馈送到电网184。各转换模块200-204与三相输出AC功率的单相相关联。特别地，转换模块200与三相输出功率的A相输出相关联，转换模块202与三相输出功率的B相输出相关联，并且转换模块204与三相输出功率的C相输出相关联。
各转换模块200-204包括多个逆变器组块206-210。例如，如显示的那样，转换模块200包括逆变器组块206、逆变器组块208和逆变器组块210。在实施例中，各转换模块200-204可包括任何数量的逆变器组块206-210。线路侧转换器168可为双向功率转换器。线路侧转换器168可配置成使LV DC功率转换成MV AC功率以及反过来。例如，当将功率提供给电网184时，线路侧转换器168可配置成在线路侧转换器168的LV侧上从DC链路126接收LV DC功率并且在线路侧转换器168的MV侧上输出MV AC功率。逆变器组块206-210可在LV侧上并联耦合在一起，并且可在MV侧上串联耦合在一起。
在一个特定的示例性实施方式中，当将功率提供给电网184时，转换实体212可配置成使DC链路126上的LV DC转换成LV AC功率。隔离变压器226可配置成提供隔离。转换实体214可配置成使LV AC功率转换成LV DC功率。转换实体216可配置成使LV DC功率转换成适合于提供给电网184的LV AC功率。多个逆变器组块可串联连接以构建适合于在MV AC电网上使用的MV AC电压。
逆变器组块206-210可配置成促成由转换模块200提供的总体MV AC功率。以此方式，任何适合的数量的逆变器组块都可被包括在逆变器组块206-210内。如指示的那样，各转换模块200-204与输出功率的单相相关联。以此方式，可使用适合的栅极定时命令(例如，其由一个或多个适合的驱动器电路提供)来控制转换模块200-204的开关装置，以产生将提供给电网的输出功率的适当的相。例如，控制装置174可将适合的栅极定时命令提供给桥式电路的开关装置的栅极。栅极定时命令可控制SiC MOSFET和/或IGBT的脉冲宽度调制，以提供期望的输出。
将认识到，尽管图3仅描绘了线路侧转换器168，但图2中描绘的转子侧转换器166可包括相同或类似的拓扑结构。特别地，转子侧转换器166可包括如参考线路侧转换器168而描述的具有一个或多个转换实体的多个转换模块。此外，将认识到，线路侧转换器168和转子侧转换器166可包括SiC MOSFET、IGBT开关装置和/或其它适合的开关装置。在其中使用SiC MOSFET来实施转子侧转换器166的实施方式中，转子侧转换器166可耦合到撬棒电路(例如，多相撬棒电路190)，以在某些故障状况期间保护SiC MOSFET免受高转子电流的影响。
大体上参考图1-3，发电系统100的LV侧或转子侧可能需要控制电压的方法以确保LV侧上的绝缘系统不会被由于漏电流而造成的高压损坏。例如，配置成使LV功率转换成MV功率的在功率转换器162中的隔离变压器226包含两个绕组之间以及绕组与地基准之间的寄生耦合电容，其产生漏电流。这些电容效应可在功率转换器162内引起过大的瞬态电压，如果不接地，则这可使故障发生。在故障期间，功率转换器或发电机上的绝缘系统可受到损害，从而使发电系统失效或需要使其脱机。根据本公开的示例性方面，发电系统100可电接地以使与功率转换器162的隔离变压器226相关联的漏电流分流到接地端。
现在参考图4，描绘了根据本公开的示例性方面的示例性发电系统400。利用相同的参考数字来指代与图1-3中的元件相同或类似的元件。如图4中显示的那样，DFIG 120包括转子侧和定子侧。定子侧连接到定子侧总线154。转子侧连接到转子侧总线156。将由DFIG120的转子提供的功率提供给转子侧总线156，并提供给转子侧转换器166，转子侧转换器166可为AC-DC转换器。来自转子的三相功率的各相可由滤波器410滤波。例如，如图4中显示的那样，第一滤波器410A对第一相A进行滤波，第二滤波器410B对第二相B进行滤波，并且第三滤波器410C对第三相C进行滤波。转子侧转换器166可使多相AC功率转换成DC功率，并将DC功率提供给DC链路126。DC总线电容器138可连接到DC链路126。线路侧转换器168可使来自DC链路126的DC功率转换成多相AC功率，并将多相AC功率提供给线路侧总线188。由线路侧转换器168提供的功率可适合于应用至电网184。例如，线路侧转换器168可为DC-DC-AC转换器，其配置成使LV功率转换成MV功率。在实施例中，线路侧转换器168可包括一个或多个SiC MOSFET和隔离变压器。
在实施例中，DFIG 120的转子侧的至少一个相可电连接到接地端430。例如，如图4中显示的那样，转子侧总线的各相电连接到接地端430。在额外的实施例中，任何数量的相可电连接到接地端430。发电系统可电接地，以使与功率转换器的隔离变压器相关联的漏电流通过转子的电连接到接地端430的至少一个相而分流到接地端430。例如，线路侧转换器168中的隔离变压器226可引起电容效应(特别是在功率转换器利用高频开关SiC MOSFET的情况下)。电容效应可在功率转换器内引发漏电流，漏电流可通过连接到接地端430的至少一个相而分流到接地端。在实施例中，高阻抗电阻器420可电连接到至少一个相和接地端430。例如，如图4中显示的那样，各相包括电连接在相与接地端430之间的高阻抗电阻器420，用于A相的第一高阻抗电阻器420A、用于B相的第二高阻抗电阻器420B和用于C相的第三高阻抗电阻器420C。在额外的实施例中，任何数量的相可包括电连接在相与接地端430之间的高阻抗电阻器420。
高阻抗电阻器可被选择成承载与功率转换器的隔离变压器相关联的漏电流。例如，高阻抗电阻器420可为被选择成承载来自所有漏电流源的穿过绝缘屏障的漏电流(包括由高频AC源(诸如SiC MOSFET)通过绝缘系统中的杂散电容引起的漏电流)的电阻器。另外，可基于电涌保护装置(诸如MOV(未显示))的等级和容量来选择(一个或多个)高阻抗电阻器420。例如，高阻抗电阻器420可被选择成确保MOV不会最终承载漏电流。
在转子的至少一个相电连接到连接到接地端430的高阻抗电阻器420的配置中，发电系统400可电接地，以使与功率转换器162的隔离变压器相关联的漏电流通过高阻抗电阻器420而分流到接地端430。通过在至少一个相与接地端430之间包括高阻抗电阻器420，可限制到接地端的故障电流，这可降低与电弧闪光事件相关联的入射能量的风险。
现在参考图5，描绘了根据本公开的示例性方面的功率系统500的示例性配置。功率系统500可对应于图4中描绘的功率系统400。利用相同的参考数字来标注与先前附图中的元件相同或类似的元件。如显示的那样，功率系统500可包括以Y形配置连接的多相DFIG120。例如，如图5中显示的那样，DFIG 120包括用于三个转子相中的各个的三个转子绕组，配置成产生用于A相的功率的转子绕组120A、配置成产生用于B相的功率的转子绕组120B和配置成产生用于C相的功率的转子绕组120C。高阻抗电阻器420可电连接到DFIG 120的一个或多个相。例如，如显示的那样，第一高阻抗电阻器420A电连接在A相与接地端430之间，第二高阻抗电阻器420B电连接在B相与接地端430之间，并且第三高阻抗电阻器420C电连接在C相与接地端430之间。来自功率转换器162的漏电流可通过这些高阻抗电阻器420而分流到接地端430。
在实施例中，控制装置(诸如，控制装置174)可配置成感测连接到DFIG 120的相的各高阻抗电阻器420两端的电压或穿过各高阻抗电阻器420的电流。例如，各相可包括连接在相与接地端430之间的高阻抗电阻器420。电压或电流传感器可配置成感测高阻抗电阻器420两端的电压和/或通过高阻抗电阻器420的电流。此外，传感器可配置成将感测到的值提供给控制装置，诸如控制装置174。控制装置可配置成基于感测到的值来确定是否存在电压或电流不平衡，并且可进一步配置成当控制装置174确定在高阻抗电阻器420上存在电压或电流不平衡时，关闭功率转换器162、断开一个或多个开关(未显示)或执行其它控制动作以使有故障的发电单元电隔离。
现在参考图6，描绘了根据本公开的示例性方面的功率系统600的示例性配置。功率系统600可对应于图4中描绘的功率系统400。利用相同的参考数字来标注与先前附图中的元件相同或类似的元件。如显示的那样，功率系统600可包括以Y形配置连接的多相DFIG120。例如，如图6中显示的那样，DFIG 120包括用于三个相中的各个的三个转子绕组，配置成产生用于A相的功率的转子绕组120A、配置成产生用于B相的功率的转子绕组120B和配置成产生用于C相的功率的转子绕组120C。此外，如图6中描绘的那样，以Y形配置连接的DFIG120的三个相可一起限定中点M。中性导线610可电连接到中点M和接地端430。
例如，如图6中显示的那样，中性导线610电连接在中点M与接地端430之间。此外，高阻抗电阻器420在中点M与接地端430之间电连接到中性导线610。在实施例中，中性导线610可在没有高阻抗电阻器420的情况下电连接在中点M与接地端430之间。发电系统600可电接地以使与功率转换器162的隔离变压器相关联的漏电流通过中性导线610而分流到接地端430。此外，在高阻抗电阻器420电连接到中性导线的应用中，发电系统600可电接地以使与功率转换器162的隔离变压器和其它构件相关联的漏电流通过高阻抗电阻器420而分流到接地端430。
现在参考图7，描绘了根据本公开的示例性方面的功率系统700的示例性配置。功率系统700可对应于图4中描绘的功率系统400。利用相同的参考数字来标注与先前附图中的元件相同或类似的元件。如显示的那样，功率系统700可包括以三角形配置连接的多相DFIG 120。例如，如图7中显示的那样，DFIG 120包括具有三个相的转子绕组，配置成产生用于A相的功率的绕组120A和120B、配置成产生用于B相的功率的绕组120B和120C以及配置成产生用于C相的功率的绕组120C和120A。高阻抗电阻器420可电连接到DFIG 120的一个或多个相。例如，如显示的那样，第一高阻抗电阻器420A电连接在A相与接地端430之间，第二高阻抗电阻器420B电连接在B相与接地端430之间，并且第三高阻抗电阻器420C电连接在C相与接地端430之间。来自功率转换器162的漏电流可通过这些高阻抗电阻器420而分流到接地端430。
此外，控制装置(诸如，控制装置174)可配置成确定在连接到DFIG 120的相的各高阻抗电阻器420上是否存在电压或电流不平衡。例如，各相可包括连接在相与接地端430之间的高阻抗电阻器420。电压或电流传感器可配置成感测高阻抗电阻器420两端的电压和/或通过高阻抗电阻器420的电流。此外，传感器可配置成将感测到的值提供给控制装置，诸如控制装置174。控制装置可配置成基于感测到的值来确定是否存在电压或电流不平衡，并且可进一步配置成当控制装置174确定在高阻抗电阻器420上存在电压和/或电流不平衡时关闭功率转换器162。
现在参考图8，描绘了根据本公开的示例性方面的发电系统800。利用相同的参考数字来指代与如先前附图中描绘的元件相同或类似的元件。如显示的那样，DFIG 120包括连接到转子侧总线156的转子和连接到定子侧总线154的定子。在实施例中，由DFIG 120的转子提供的多相功率的至少一个相可连接到滤波器410。滤波器410可为例如电感器411和电容器412，其中电容器412电连接到接地端430。至少一个滤波器410可电连接到转子的至少一个相。另外，转子的各相可电连接到滤波器410。各滤波器410可包括电感器411和电容器412。
例如，如图8中显示的那样，来自转子的三相功率的A相包括第一滤波器410A，其包括电连接在转子侧转换器166与转子侧总线156之间的电感器411A。另外，第一滤波器410A包括电连接在转子的A相与接地端430之间的电容器412A。类似地，来自转子的三相功率的B相和C相分别包括用于B相的第二滤波器410B和用于C相的第三滤波器410C。发电系统800可电接地以使与功率转换器162的隔离变压器(诸如，线路侧转换器168的隔离变压器226)相关联的漏电流通过各滤波器的电容器412而分流到接地端430。此外，在仅一个相包括电连接到至少一个相的滤波器410的应用中，发电系统800可电接地以使与功率转换器162的隔离变压器相关联的漏电流通过至少一个滤波器410的电容器412而分流到接地端430。
现在参考图9，描绘了根据本公开的示例性方面的发电系统900。利用相同的参考数字来指代与如先前附图中描绘的元件相同或类似的元件。如显示的那样，DFIG 120包括连接到转子侧总线156的转子和连接到定子侧总线154的定子。从转子输出的三相功率的各相由滤波器410(诸如，用于A相的第一滤波器410A、用于B相的第二滤波器410B和用于C相的第三滤波器410C)滤波。将来自转子侧总线156的三相功率提供给转子侧转换器166。此外，三相转子侧总线156的至少一个相可电连接到接地端430。例如，如图9中显示的那样，C相电连接到接地端430。另外，任何数量的相都可电连接到接地端430。
现在参考图10，描绘了根据本公开的示例性方面的示例性发电系统1000。利用相同的参考数字来指代与先前附图中描绘的元件相同或类似的元件。如显示的那样，DFIG120包括连接到转子侧总线156的转子和连接到定子侧总线154的定子。转子侧总线156可为例如LV总线。定子侧总线154可为例如MV总线。DFIG 120可配置成产生LV AC功率并且将LVAC功率提供给转子侧总线156。DFIG 120可配置成产生MV AC功率并且将MV AC功率提供给定子侧总线154。LV AC功率可由转子侧总线156提供给功率转换器162，诸如转子侧转换器166。
可包括滤波器410以在将来自转子的三相功率的各相提供给转子侧转换器166之前对各相进行滤波。另外，可包括滤波器410以在线路侧转换器168与电网184之间对三相功率的各相进行滤波。还可包括多相(例如，三相)撬棒保护电路110以防止过电压。转子侧转换器166可耦合到转子侧总线156并且配置成使三相LV AC功率转换成LV DC功率。转子侧转换器166可为例如配置成使三相交流功率转换成LV DC功率的两级式AC-DC功率转换器，并且可将DC功率提供给DC链路126。DC电容器138可电连接到DC链路126。线路侧转换器168可耦合到DC链路126，并且配置成从DC链路接收DC功率并使其转换成适合于电网184的多相MVAC功率。如图3中描绘的那样，线路侧转换器168可为例如包括一个或多个SiC MOSFET和隔离变压器的DC-DC-AC转换器。
在实施例中，DC链路126的至少一个极可连接到接地端430。例如，DC链路可直接连接到接地端430，并且发电系统1000可电接地以使漏电流通过DC链路126的连接到接地端430的至少一个极而分流到接地端430。
另外，在实施例中，用以为辅助负载提供功率的抽头可耦合到DC链路126。例如，辅助逆变器可耦合到DC链路126，以将功率提供给一个或多个辅助负载。在实施例中，可在辅助逆变器的输出端处包括滤波器。例如，滤波器可包括电感器和滤波电容器。在这样的配置中，滤波电容器的中性端可电连接到接地端，这可允许漏电流分流到接地端。另外，在包括DC电源(诸如，一个或多个太阳能面板或电池/能量存储装置)的发电系统1000中，DC电源可连接到DC链路126。在这样的系统中，DC电源的极中的一个(诸如，太阳能面板或电池的负极或正极)可电连接到接地端。漏电流可通过DC电源的连接到接地端的极而分流到接地端。
在图10中未描绘的实施例中，高阻抗电阻器(诸如，高阻抗电阻器420)可电连接在DC链路126的至少一个极与接地端430之间。在这样的发电系统1000中，发电系统可电接地以使来自功率转换器的漏电流通过连接到DC链路126的至少一个极的高阻抗电阻器而分流到接地端430。
现在参考图11，描绘了根据本公开的示例性方面的用于提供功率的方法(1100)。在(1102)处，方法(1100)可包括利用发电机来产生处于第一电压下的三相交流功率。发电机可包括多相转子和定子。转子的相可以以三角形或Y形配置来配置。转子的各相可包括电连接到相和接地端的高阻抗电阻器。例如，转子的各相可包括连接在相与接地端430之间的高阻抗电阻器420。
在(1104)处，方法(1100)可包括将来自发电机的三相交流功率提供给功率转换器。功率转换器可包括一个或多个SiC MOSFET和隔离变压器。功率转换器可配置成使处于第一电压下的来自发电机的三相交流功率转换成处于第二电压下的三相交流功率。例如，功率转换器162可包括转子侧转换器166和线路侧转换器168。转子侧转换器166可为例如两级式AC-DC功率转换器。AC-DC功率转换器可耦合到DC链路126，DC链路126可进一步耦合到线路侧转换器168，线路侧转换器168可为DC-DC-AC功率转换器。DC-DC-AC功率转换器可包括一个或多个SiC MOSFET和隔离变压器。功率转换器可配置成使处于第一电压下的三相交流功率转换成处于第二电压下的三相交流功率。例如，功率转换器可为配置成使LV AC功率转换成适合于电网184的MV AC功率的功率转换器162。
在(1106)处，方法(1100)可包括通过控制装置来感测转子的各相的高阻抗电阻器两端的电压或穿过高阻抗电阻器的电流。例如，控制装置174可与一个或多个电压或电流传感器通信，一个或多个电压或电流传感器可配置成感测连接到转子的各相的高阻抗电阻器420两端的电压或穿过高阻抗电阻器420的电流。控制装置174可配置成从一个或多个电压或电流传感器接收感测到的测量值。
在(1108)处，方法(1100)可包括通过控制装置至少基于转子的各相的高阻抗电阻器两端的感测到的电压或穿过高阻抗电阻器的感测到的电流来确定是否存在电压或电流不平衡。例如，控制装置174可配置成比较至少两个高阻抗电阻器420两端的电压(诸如，通过比较转子的各相的各高阻抗电阻器420两端的电压)。如果高阻抗电阻器420两端的感测到的电压是不平衡的(诸如，例如当两个或更多个高阻抗电阻器420的电压水平彼此相差超过阈值的量时)，控制装置174可确定存在电压不平衡。类似地，控制装置可配置成通过比较通过至少两个高阻抗电阻器420的电流(诸如，通过比较通过转子的各相的各高阻抗电阻器420的电流)来基于一个或多个电流测量值确定是否存在平衡电流。如果感测到的电流是不平衡的(诸如，例如当两个或更多个高阻抗电阻器420的电流水平彼此相差超过阈值的量时)，控制装置174可确定存在电流不平衡。
当存在电压或电流不平衡时，在(1110)处，方法(1100)可包括关闭功率转换器、断开一个或多个开关(未显示)或执行其它控制动作，以通过控制装置来使有故障的发电单元电隔离以保护功率转换器。例如，控制装置174可使功率转换器162从发电系统100断开，以便保护功率转换器162免受故障电流的影响。
以此方式，根据本公开的示例性实施例的系统和方法可具有使与功率转换器中的隔离变压器和其它构件相关联的漏电流分流到接地端的技术效果，并且此外，在使用一个或多个高阻抗电阻器的应用中，根据本公开的示例性实施例的系统和方法可允许实施电压和电流不平衡检测和系统保护方案。
图12描绘了根据本公开的示例性实施例的示例性计算系统1200。计算系统1200可用作例如发电系统中的控制装置174。计算系统1200可包括一个或多个计算装置1210。(一个或多个)计算装置1210可包括一个或多个处理器1210A和一个或多个存储装置1210B。一个或多个处理器1210A可包括任何适合的处理装置，诸如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑装置和/或其它适合的处理装置。一个或多个存储装置1210B可包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机可读介质、RAM、ROM、硬盘驱动器、闪速驱动器和/或其它存储装置。
一个或多个存储装置1210B可存储能够由一个或多个处理器1210A存取的信息，该信息包括可由一个或多个处理器1210A执行的计算机可读指令1210C。指令1210C可为在由一个或多个处理器1210A执行时使一个或多个处理器1210A执行操作的任何指令集。在一些实施例中，指令1210C可由一个或多个处理器1210A执行以使一个或多个处理器1210A执行操作，诸如计算系统1200和/或(一个或多个)计算装置1210针对其而配置的任何操作和功能、如本文中描述的用于操作发电系统的操作(例如，方法1100)和/或一个或多个计算装置1210的任何其它操作或功能。指令1210C可为以任何适合的编程语言来编写的软件，或可在硬件中实施。另外和/或备选地，可在(一个或多个)处理器1210A上的逻辑上和/或实际上分开的线程中执行指令1210C。(一个或多个)存储装置1210B可进一步存储可由(一个或多个)处理器1210A存取的数据1210D。例如，数据1210D可包括指示下者的数据：功率流、电流、实际电压、接地故障电流、标称电压和/或本文中描述的任何其它数据和/或信息。
(一个或多个)计算装置1210还可包括用于例如与系统1200的其它构件通信(例如，经由网络)的网络接口1210E。网络接口1210E可包括用于与一个或多个网络对接的任何适合的构件，其包括例如发射器、接收器、端口、控制器、天线和/或其它适合的构件。例如，网络接口1210E可配置成与发电系统中的一个或多个传感器通信。
本文中讨论的技术参考基于计算机的系统以及通过基于计算机的系统而采取的动作和发送至和发送自基于计算机的系统的信息。本领域普通技术人员将认识到，基于计算机的系统的固有灵活性允许在构件之间和之中有许多种可能的配置、组合以及任务和功能的分配。例如，可使用单个计算装置或以组合的形式工作的多个计算装置来实施本文中讨论的过程。数据库、存储器、指令和应用程序可在单个系统上实施或分布在多个系统中。分布式构件可按顺序或并行地操作。
出于说明和讨论的目的，参考包括利用碳化硅MOSFET和隔离变压器的功率转换器的DFIG发电系统来讨论本公开。使用本文中提供的公开的本领域普通技术人员将理解，其它发电系统和/或拓扑结构可受益于本公开的示例性方面。例如，本文中公开的接地和保护方案可用于风力发电系统、太阳能发电系统、燃气涡轮发电系统或其它适合的发电系统中。尽管多种实施例的具体特征可在一些附图中显示而不在其它附图中显示，但这仅是为了方便起见。根据本公开的原理，附图的任何特征都可与任何其它附图的任何特征组合来引用和/或要求保护。
本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域中的任何技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法)。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质性区别的等同结构元件，则这样的其它示例旨在处于权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种发电系统，包括：
发电机，其包括多相转子，所述发电机配置成产生处于第一电压下的多相交流功率；
功率转换器，其包括一个或多个碳化硅MOSFET和隔离变压器；所述功率转换器配置成使处于所述第一电压下的来自所述发电机的所述多相交流功率转换成处于第二电压下的多相交流功率；以及
接地端；
其中，所述发电系统电接地，以使与所述功率转换器的所述隔离变压器相关联的漏电流分流到所述接地端。
2.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述转子的至少一个相电连接到所述接地端，并且
其中，所述发电系统电接地，以使与所述功率转换器的所述隔离变压器相关联的漏电流通过所述转子的电连接到所述接地端的所述至少一个相而分流到所述接地端。
3.根据权利要求2所述的发电系统，其特征在于，所述转子的电连接到所述接地端的所述至少一个相进一步包括高阻抗电阻器，所述高阻抗电阻器电连接到所述至少一个相和所述接地端；并且
其中，所述发电系统电接地，以使与所述功率转换器的所述隔离变压器相关联的漏电流通过所述高阻抗电阻器而分流到所述接地端。
4.根据权利要求3所述的发电系统，其特征在于，所述转子的各相包括电连接到所述相和所述接地端的高阻抗电阻器；并且
其中，所述发电系统电接地，以使与所述功率转换器的所述隔离变压器相关联的漏电流通过所述高阻抗电阻器而分流到所述接地端。
5.根据权利要求4所述的发电系统，其特征在于，所述发电系统进一步包括：
控制装置，其配置成确定在所述高阻抗电阻器上是否存在电压或电流不平衡；并且
其中，所述控制装置进一步配置成当所述控制装置确定在所述高阻抗电阻器上存在电压或电流不平衡时关闭所述功率转换器。
6.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述转子的所述相以限定中点的Y形配置来电连接，所述发电系统进一步包括电连接到所述Y形配置的所述中点和所述接地端的中性导线，并且
其中，所述发电系统电接地，以使与所述功率转换器的所述隔离变压器相关联的漏电流通过所述中性导线而分流到所述接地端。
7.根据权利要求6所述的发电系统，其特征在于，所述发电系统进一步包括电连接到所述中性导线和所述接地端的高阻抗电阻器，
其中，所述发电系统电接地，以使与所述功率转换器的所述隔离变压器相关联的漏电流通过所述高阻抗电阻器而分流到所述接地端。
8.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述功率转换器包括AC-DC功率转换器和DC链路，其中所述AC-DC转换器电连接到所述DC链路；
其中，所述DC链路的至少一个极连接到所述接地端；并且
其中，所述发电系统电接地，以使与所述功率转换器的所述隔离变压器相关联的漏电流通过所述DC链路的连接到所述接地端的所述至少一个极而分流到所述接地端。
9.根据权利要求8所述的发电系统，其特征在于，所述发电系统进一步包括：
高阻抗电阻器，其连接到所述DC链路的所述至少一个极和所述接地端；并且
其中，所述发电系统电接地，以使与所述功率转换器的所述隔离变压器相关联的漏电流通过连接到所述DC链路的所述至少一个极的所述高阻抗电阻器而分流到所述接地端。
10.根据权利要求9所述的发电系统，其特征在于，所述发电系统进一步包括：
跨过所述DC链路而串联连接的多个高阻抗电阻器，所述多个高阻抗电阻器限定中点，
其中，所述多个高阻抗电阻器的所述中点连接到所述接地端；并且
其中，所述发电系统电接地，以使与所述功率转换器的所述隔离变压器相关联的漏电流通过跨过所述DC链路而连接的所述多个高阻抗电阻器中的至少一个而分流到所述接地端。
11.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述发电系统进一步包括：
至少一个滤波器，所述滤波器包括电感器和电容器，所述电容器电连接到所述接地端，所述至少一个滤波器电连接到所述转子的至少一个相；并且
其中，所述发电系统电接地，以使与所述功率转换器的所述隔离变压器相关联的漏电流通过所述至少一个滤波器的所述电容器而分流到所述接地端。
12.根据权利要求10所述的发电系统，其特征在于，所述发电系统进一步包括：
电连接到所述转子的各相的至少一个滤波器，各滤波器包括电感器和电容器，各电容器电连接到所述接地端；并且
其中，所述发电系统电接地，以使与所述功率转换器的所述隔离变压器相关联的漏电流通过各滤波器的所述电容器而分流到所述接地端。
13.一种操作发电系统的方法，包括：
利用发电机来产生处于第一电压下的多相交流功率，所述发电机包括多相转子和定子，所述转子的所述相以三角形或Y形配置来配置，所述转子的各相包括电连接到所述相和接地端的高阻抗电阻器；
将来自所述发电机的所述多相交流功率提供给功率转换器，所述功率转换器包括一个或多个碳化硅MOSFET和隔离变压器，所述功率转换器配置成使处于所述第一电压下的来自所述发电机的所述多相交流功率转换成处于第二电压下的多相交流功率；
通过控制装置来感测所述转子的各相的所述高阻抗电阻器两端的电压或穿过所述高阻抗电阻器的电流；
通过所述控制装置至少基于所述转子的各相的所述高阻抗电阻器两端的感测到的电压或穿过所述高阻抗电阻器的感测到的电流来确定是否存在电压或电流不平衡；
当确定存在电压或电流不平衡时，通过所述控制装置来关闭所述功率转换器以保护所述功率转换器。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，各高阻抗电阻器被选择成承载与所述功率转换器的所述隔离变压器相关联的漏电流。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，通过所述控制装置至少基于所述转子的各相的所述高阻抗电阻器两端的感测到的电压或穿过所述高阻抗电阻器的感测到的电流来确定是否存在电压或电流不平衡包括比较至少两个高阻抗电阻器两端的电压。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述控制装置配置成当所述至少两个高阻抗电阻器两端的电压水平彼此相差超过阈值的量时确定存在电压不平衡。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，通过所述控制装置至少基于所述转子的各相的所述高阻抗电阻器两端的感测到的电压或穿过所述高阻抗电阻器的感测到的电流来确定是否存在电压或电流不平衡包括比较通过至少两个高阻抗电阻器的电流。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述控制装置配置成当通过所述至少两个高阻抗电阻器的电流水平彼此相差超过阈值的量时确定存在电流不平衡。
19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述发电机包括双馈感应发电机，所述双馈感应发电机包括多相转子和多相定子。
20.一种发电系统，包括：
双馈感应发电机，其包括多相转子和多相定子；所述双馈感应发电机配置成在转子侧上产生多相低压功率，并且在定子侧上产生多相中压功率；
低压总线，其电连接到所述转子；
中压总线，其电连接到所述定子；
AC-DC功率转换器，其电连接到所述低压总线，所述AC-DC功率转换器配置成从所述低压总线接收低压功率；
DC链路，其电连接到所述AC-DC功率转换器，并配置成从所述AC-DC功率转换器接收DC功率；
DC-DC-AC功率转换器，其包括至少一个碳化硅MOSFET和隔离变压器，所述DC-DC-AC功率转换器电连接到所述DC链路，所述DC-DC-AC功率转换器配置成从所述DC链路接收DC功率；
其中，所述AC-DC功率转换器和所述DC-DC-AC功率转换器一起配置成使来自所述多相转子的所述低压功率转换成中压功率；以及
接地端；
其中，所述发电系统电接地，以使与所述DC-DC-AC功率转换器的所述隔离变压器相关联的漏电流分流到所述接地端。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11451161B2 (en) * 2019-10-25 2022-09-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Power switcher, power rectifier, and power converter including cascode-connected transistors

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180187652A1 (en) * 2017-01-05 2018-07-05 General Electric Company Power Converter for Full Conversion Wind Turbine Systems

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6954004B2 (en) * 2003-01-23 2005-10-11 Spellman High Voltage Electronics Corporation Doubly fed induction machine
US20100207590A1 (en) * 2009-02-18 2010-08-19 Cristian Anghel High frequency generator without rotating diode rectifier
US20150171766A1 (en) * 2011-08-12 2015-06-18 Massimo Valiani Control of Leakage Currents in Systems with a Plurality of Parallel Inverters
US20150309123A1 (en) * 2014-04-24 2015-10-29 General Electric Company Automated method and apparatus for testing a crowbar circuit of a power converter
US20150343911A1 (en) * 2014-06-03 2015-12-03 Hamilton Sundstrand Corporation Power converters

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5982645A (en) * 1992-08-25 1999-11-09 Square D Company Power conversion and distribution system
US5714821A (en) * 1994-02-16 1998-02-03 Marathon Electric Mfg. Corp. Alternating current generator with direct connected exciter winding
US5638263A (en) 1994-03-01 1997-06-10 Halmar Robicon Group Low and medium voltage PWM AC/DC power conversion method and apparatus
GB2299899B (en) * 1995-04-10 1999-11-24 Switched Reluctance Drives Ltd Method and apparatus for reducing voltage stress in switched reluctance machines
US5805394A (en) * 1997-06-17 1998-09-08 Sundstrand Corporation Overvoltage protection circuit for a generating system utilizing a fault current sensing Circuit in combination with a shunting circuit
US5986909A (en) 1998-05-21 1999-11-16 Robicon Corporation Multiphase power supply with plural series connected cells and failed cell bypass
DE10125910B4 (de) * 2000-05-30 2007-02-01 International Rectifier Corp., El Segundo Verfahren und Schaltung zur Erkennung von Motor-Isolationsfehlern
JP3432505B1 (ja) * 2002-02-26 2003-08-04 学校法人慶應義塾 電力変換器を用いたシステム
JP4974215B2 (ja) * 2006-09-07 2012-07-11 東芝三菱電機産業システム株式会社 電磁石電源装置
US7800254B2 (en) 2006-09-28 2010-09-21 Siemens Industry, Inc. System for bypassing a power cell of a power supply
US8441147B2 (en) 2006-09-28 2013-05-14 Siemens Industry, Inc. Device and system for bypassing a power cell of a power supply
US8093764B2 (en) 2007-09-13 2012-01-10 Siemens Industry, Inc. Method and system for bypassing a power cell of a power supply
US8008923B2 (en) 2006-09-28 2011-08-30 Siemens Industry, Inc. Method for bypassing a power cell of a power supply
US7568931B2 (en) 2006-09-28 2009-08-04 Siemens Energy & Automation, Inc. Integrated power cell bypass assembly and power supply including same
JP4422164B2 (ja) * 2007-03-28 2010-02-24 株式会社日立製作所 電力変換装置及び電力変換方法
US8207812B2 (en) 2008-01-09 2012-06-26 Siemens Industry, Inc. System for isolating a medium voltage
TWI454028B (zh) * 2010-01-13 2014-09-21 Toshiba Kk System interconnection converter
US8698504B2 (en) 2010-10-09 2014-04-15 Rockwell Automation Technologies, Inc. System for detection of a ground fault in a high resistance ground network
US20120126728A1 (en) * 2010-11-19 2012-05-24 El-Refaie Ayman Mohamed Fawzi Integrated electric machine and silicon carbide power converter assembly and method of making same
US9568532B2 (en) 2011-01-21 2017-02-14 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine fault detection circuit and method
BR112014002167A2 (pt) * 2011-08-04 2017-02-21 Abb Technology Ag conversor multinível sem transformador
US9048694B2 (en) 2012-02-01 2015-06-02 Abb Research Ltd DC connection scheme for windfarm with internal MVDC collection grid
US8885373B1 (en) * 2012-03-07 2014-11-11 Power-One Italy S.pA. Earth leakage current control for a multi-level grounded inverter
US8988860B2 (en) 2012-11-29 2015-03-24 Siemens Aktiengesellschaft Power supplies having power electronic modules and replacement methods thereof
EP2772770B1 (en) 2013-02-28 2015-09-23 Alstom Technology Ltd Rotor earth fault protection for an electrical variable speed doubly fed induction machine
CN103219738B (zh) 2013-03-29 2015-05-20 浙江大学 一种基于三极式结构的直流输电系统
US20150070939A1 (en) * 2013-09-06 2015-03-12 General Electric Company Electric power conversion system and method of operating the same
US9277683B2 (en) 2013-09-19 2016-03-01 Siemens Aktiengesellschaft Liquid cooled electronic modules and methods for replacing the same
WO2015110185A1 (en) 2014-01-21 2015-07-30 Abb Technology Ltd A multilevel converter with reduced ac fault handling rating
JP6590911B2 (ja) * 2014-08-13 2019-10-16 イーエニエーエスセー テック − インスティチュート デ エンゲンハリア デ システマス エ コンピュータドレス テクノロジア エ シエンシアＩｎｅｓｃ Ｔｅｃ − Ｉｎｓｔｉｔｕｔｏ Ｄｅ Ｅｎｇｅｎｈａｒｉａ Ｄｅ Ｓｉｓｔｅｍａｓ Ｅ Ｃｏｍｐｕｔａｄｏｒｅｓ， Ｔｅｃｎｏｌｏｇｉａ Ｅ Ｃｉｅｎｃｉａ ３層−単層マトリクスコンバータ、フルブリッジａｃ／ｄｃコンバータ及びｈｆ変成器を備えたａｃ／ｄｃコンバータ
US9780709B2 (en) 2014-09-03 2017-10-03 General Electric Company System and method for optimizing wind turbine operation
EP2995495B1 (en) 2014-09-15 2019-06-19 ABB Schweiz AG Method for controlling of a modular converter
EP3251206B1 (en) 2015-01-30 2020-10-14 ABB Schweiz AG Improved method for detecting a power reversal in a bi-directional modular converter
EP3051680A1 (en) 2015-01-30 2016-08-03 ABB Technology AG Method for protecting a modular converter by means of comparing observer estimated input current with measurement
US9910093B2 (en) 2015-03-11 2018-03-06 Siemens Energy, Inc. Generator neutral ground monitoring device utilizing direct current component measurement and analysis

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6954004B2 (en) * 2003-01-23 2005-10-11 Spellman High Voltage Electronics Corporation Doubly fed induction machine
US20100207590A1 (en) * 2009-02-18 2010-08-19 Cristian Anghel High frequency generator without rotating diode rectifier
US20150171766A1 (en) * 2011-08-12 2015-06-18 Massimo Valiani Control of Leakage Currents in Systems with a Plurality of Parallel Inverters
US20150309123A1 (en) * 2014-04-24 2015-10-29 General Electric Company Automated method and apparatus for testing a crowbar circuit of a power converter
US20150343911A1 (en) * 2014-06-03 2015-12-03 Hamilton Sundstrand Corporation Power converters

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11451161B2 (en) * 2019-10-25 2022-09-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Power switcher, power rectifier, and power converter including cascode-connected transistors

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