CN116317740A - 用于在故障情况下操作永磁发电机的方法 - Google Patents

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CN116317740A CN202211641966.4A CN202211641966A CN116317740A CN 116317740 A CN116317740 A CN 116317740A CN 202211641966 A CN202211641966 A CN 202211641966A CN 116317740 A CN116317740 A CN 116317740A
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Abstract

本发明涉及一种用于在故障情况下操作发电组件的方法,其中,所述发电组件包括PMG,所述PMG包括至少第一组和第二组定子绕组,其中,每组定子绕组经由可控断路器连接到电力转换器,所述方法包括如下步骤:检测与所述第一组定子绕组相关联的故障,以及降低,例如中断所述第二组定子绕组中的所述电流,并且在预定延迟之后,降低,例如中断所述第一组定子绕组中的电流。本发明还涉及一种能够处理此类故障的发电组件以及包括此类发电组件的风力涡轮发电机。

Description

用于在故障情况下操作永磁发电机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在与一组定子绕组相关联的故障的情况下操作包括永磁发电机(PMG)的发电组件的方法。本发明还涉及一种能够处理此类故障的发电组件以及包括此类发电组件的风力涡轮发电机。
背景技术
本发明主要涉及PMG相关应用,尤其是定子包括至少两组定子绕组的PMG。
顾名思义,PMG是转子电路中具有永磁体的发电机。由于这些永磁体的原因,转子始终被磁性激励,只要转子旋转,就将会产生电力,并且至少一组定子绕组形成闭合电路/回路的一部分。
由于PMG只要在旋转的时候就会产生电力,所以需要距PMG尽可能近的例如可控断路器形式的保护装置。可控断路器被配置成在发生故障的情况下(例如,在与定子绕组之一相关联的,即在闭合电路/回路之一中发生短路时)断开并中断来自PMG的生成的电力。
在闭合电路/回路之一中发生短路的情况下,由于其性质的原因,PMG将继续向故障处馈送电力,直到与故障电路/回路相关联的断路器中断PMG故障电流为止。不过,出于以下原因,PMG故障电流常常非常难以被断路器中断:
-PMG故障电流可能是极其电感性的,更加难以中断;
-PMG故障电流通常非常不对称,其中在前面周期之内不会保证有过零电流;
-瞬态周期,即到达稳定电流之前的时间,可能长于500ms;
-标准断路器架构是针对固定电网频率,例如50/60Hz开发的。不过,PMG频率可能高得多,这增加了断路器灭弧室再次点火的风险;
-来自PMG中其他组定子绕组的相互耦合将对PMG故障电流有贡献;
-故障中断之后反电动势(BEMF)电压的恢复。
由于以上列出的困难,识别出适合中断PMG故障电流的断路器是非常有挑战性的任务。
因此,提供一种以安全方式降低或中断PMG故障电流的方法和布置,可以被视为本发明实施例的目的。
提供一种确保中断最小可能PMG故障电流的方法和布置可以被视为本发明实施例的另一目的。
发明内容
在第一方面中,通过提供一种用于在故障情况下操作发电组件的方法来实现上述目的,其中,所述发电组件包括PMG,所述PMG包括至少第一组和第二组定子绕组,其中,每组定子绕组经由可控断路器连接到电力转换器,所述方法包括如下步骤:
-检测与所述第一组定子绕组相关联的故障,以及
-降低所述第二组定子绕组中的电流,例如中断所述第二组定子绕组中的电流,并且在预定延迟之后,降低所述第一组定子绕组中的电流,例如中断所述第一组定子绕组中的电流。
因此,在第一方面中,本发明涉及一种方法,其中,在降低有故障的第一组定子绕组中的电流之前,降低,例如中断正常的第二组定子绕组,即,无故障定子绕组中的电流。这是有利的,因为,由于PMG中的多组定子绕组(包括第一和第二组定子绕组)之间的相互耦合,正常的第二组定子绕组中的电流对第一组定子绕组中的PMG故障电流贡献很大。于是,通过降低,例如中断正常的第二组定子绕组中的电流,第一组定子绕组中的PMG故障电流也被降低,从而更容易利用断路器进行中断。
从正常的第二组定子绕组到故障的第一组定子绕组的相互耦合可以使PMG故障电流增加320%。
可以在形成风力发电厂的一个或多个风力涡轮发电机中实施根据第一方面的方法。
在本上下文中,术语“故障”应当被理解为任何电气故障,包括与定子绕组相关联的闭合电路和/或电力转换器中的短路。
相对于电力转换器,每个电力转换器可以至少包括AC/DC转换器,其中,每个电力转换器的AC端子适于从PMG接收电力。每个电力转换器的DC端子可以连接到DC电网,DC电网可以是岸上或离岸的。或者,每个电力转换器还可以包括通过DC链路与AC/DC转换器分开的DC/AC转换器,从而形成满标度频率变换器。AC/DC转换器和DC/AC转换器都包括典型为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)形式的可控开关。PMG的标称功率可以是几MW。
电力转换器和PMG的多组定子绕组可以通过各种方式连接。在一种方式中,可以将一不同并且独立的电力转换器连接到每组定子绕组,而在另一种方式中,可以将一电力转换器连接到几组定子绕组。
术语“降低”应当被宽泛地理解。因此,第一和第二组定子绕组中的电流在故障情况下原则上可以减小到较低电流水平,尽管在故障情况下,在第一和第二组定子绕组中中断电流,从而使电流完全失效可能是优选的。
可以通过使连接到所述第二组定子绕组的所述可控断路器进入非导通操作状态而中断所述第二组定子绕组中的电流。类似地,可以通过使连接到所述第一组定子绕组的所述可控断路器进入非导通操作状态而中断所述第一组定子绕组中的电流。通过使连接到第一和第二组定子绕组的断路器进入非导通操作状态,有效地中断了这些组的定子绕组中的电流,即使其失效。
应该指出的是,AC/DC和/或DC/AC转换器的可控IGBT也可以可选地控制以降低/中断第一和/或第二组定子绕组中的电流。例如,如果PMG以较低RPM运行,从而具有更低的VBEMF,则可以使用可控IGBT来中断第二组定子绕组(正常的定子绕组)中的电流。在VBEMF较低的情况下,由于电压较低,关联的可控断路器具有增强的电流中断能力。而且,可控断路器开放极之间的电弧放电不太严重。
(降低/中断第二组定子绕组中的电流和降低/中断第一组定子绕组中的电流之间的)预定延迟可以小于25ms,例如小于20ms,例如小于15ms,例如小于10ms。5-10ms之间的延迟应当足以确保第一和第二组定子绕组之间的相互耦合已经终止,由此,连接到第一组定子绕组的断路器可以安全方式进入非导通操作状态,因为仅有来自单组定子绕组的电流被中断。
PMG可以包括多于两组的定子绕组。根据第一方面的方法从而可以进一步包括在中断第一组定子绕组中的电流之前,中断PMG的一个或多个附加组的定子绕组中的电流的步骤。可以通过使连接到所述一个或多个附加组的定子绕组和所述第一组定子绕组的相应可控断路器进入非导通操作状态,提供所述一个或多个附加组的定子绕组中电流的中断以及预定延迟之后所述第一组定子绕组中的电流中断。
相对于定时而言,可以基本同时中断第二组定子绕组中的电流和一个或多个附加组定子绕组中电流。由于其简单的实施方式,这种方式是有利的,其中,基本同时中断所有正常组的定子绕组中的电流。或者,可以根据具有不超过预定延迟的持续时间的预定序列来中断第二组定子绕组中的电流和一个或多个附加组定子绕组中的电流。一种方式可以涉及根据相应电流水平中断第二组定子绕组和一个或多个附加组定子绕组中的电流,以使最高电流被首先中断。
无论应用什么方法,都需要在中断第一组定子绕组中的电流之前,显著降低,例如完全中断第二组定子绕组中的电流和一个或多个附加组定子绕组中的电流。
所述第一、第二和/或一个或多个附加组的定子绕组可以包括多组多相定子绕组,例如多组三相定子绕组。在定子绕组涉及三相定子绕组的情况下,这些绕组可以通过星形连接被耦合。相对于标称值,多组定子绕组可以具有600到1000V RMS范围之内的标称电压,以及100到160Hz范围之内的标称频率。在超速的情形中,频率可以达到180Hz。
在第二方面中,本发明涉及一种包括PMG的发电组件,所述PMG包括至少第一组和第二组定子绕组,其中,每组定子绕组经由可控断路器连接到电力转换器,其中,所述发电组件还包括:
-传感器,所述传感器被配置成用于检测与所述第一组定子绕组相关联的故障,以及
-控制器,所述控制器被配置成响应于所检测到的故障,降低所述第二组定子绕组中的电流,例如中断所述第二组定子绕组中的所述电流,并且在预定延迟之后,降低所述第一组定子绕组中的电流,例如中断所述第一组定子绕组中的电流。
因此,在第二方面中,本发明涉及一种用于执行根据第一方面的方法的发电组件。根据第二方面,一种控制器被配置成在降低,例如中断有故障的第一组定子绕组中的电流之前,降低,例如中断正常的第二组定子绕组,即,无故障定子绕组中的电流。如前所述,这是有利的,因为,由于PMG中的第一和第二组定子绕组之间的相互耦合,正常的第二组定子绕组中的电流对第一组定子绕组中的PMG故障电流贡献很大。于是,通过降低,例如中断正常的第二组定子绕组中的电流,第一组定子绕组中的PMG故障电流也被降低,从而更容易利用断路器进行中断。
同样,从正常的第二组定子绕组到故障的第一组定子绕组的相互耦合可以使PMG故障电流增加320%。
根据第二方面的发电组件可以形成风力涡轮发电机的部分。
同样,术语“故障”应当被理解为任何电气故障,包括与定子绕组相关联的闭合电路和/或电力转换器中的短路。
如前所述,每个电力转换器可以至少包括AC/DC转换器,其中,每个电力转换器的AC端子适于从PMG接收电力。每个电力转换器的DC端子可以连接到DC电网,DC电网可以是岸上或离岸的。或者,每个电力转换器还可以包括通过DC链路与AC/DC转换器分开的DC/AC转换器,从而形成满标度频率变换器。如前所述,AC/DC转换器和DC/AC转换器都包括典型为IGBT形式的可控开关。PMG的标称功率可以是几MW。
如结合第一方面所述,电力转换器和PMG的多组定子绕组可以通过各种方式连接。在一种方式中,可以将一不同并且独立的电力转换器连接到每组定子绕组,而在另一种方式中,可以将一电力转换器连接到几组定子绕组。
同样,术语“降低”应当被宽泛地理解。因此,第一和第二组定子绕组中的电流在故障情况下原则上可以减小到较低电流水平,尽管在故障情况下,在第一和第二组定子绕组中中断电流,从而使电流完全失效可能是优选的。
发电组件的控制器可以被配置成通过向连接到第二组定子绕组的可控断路器分派控制信号以所述断路器进入非导通操作状态而中断第二组定子绕组中的电流。类似地,所述控制器可以被配置成通过向连接到第一组定子绕组的可控断路器分派控制信号以使所述断路器进入非导通操作状态而中断第一组定子绕组中的电流。通过使连接到第一和第二组定子绕组的断路器进入非导通操作状态,有效地中断了这些组的定子绕组中的电流,即使其失效。
如前所述,任选地可以控制AC/DC和/或DC/AC转换器的可控IGBT,以降低/中断第一和/或第二组定子绕组中的电流。例如,如果PMG以较低RPM运行并因此具有较低VBEMF,则可以使用可控IGBT来中断第二组定子绕组(正常的定子绕组)中的电流。在VBEMF较低的情况下,相关联的可控断路器由于较低的电压而具有增加的电流中断能力。而且,跨过可控断路器的断路极(open poles)的电弧放电不太严重。
(降低/中断第二组定子绕组中的电流和降低/中断第一组定子绕组中的电流之间的)预定延迟可以小于25ms,例如小于20ms,例如小于15ms,例如小于10ms。如前所述,5-10ms之间的延迟应当足以确保第一和第二组定子绕组之间的相互耦合已经终止,从而,连接到第一组定子绕组的断路器可以安全方式进入非导通操作状态,因为仅有来自单组定子绕组的电流被中断。
如前所述,PMG可以包括多于两组的定子绕组。因此,控制器可以被配置成通过向连接到所述PMG的一个或多个附加组的定子绕组和第一组定子绕组的相应可控断路器分派控制信号,在中断所述第一组定子绕组中的电流之前,中断所述一个或多个附加组的定子绕组中的电流。可以通过响应于分派的控制信号,使连接到所述一个或多个附加组的定子绕组和所述第一组定子绕组的相应可控断路器进入非导通操作状态,提供所述一个或多个附加组的定子绕组中电流的中断,以及预定延迟之后所述第一组定子绕组中的电流中断。
相对于定时而言,可以基本同时中断第二组定子绕组中的电流和一个或多个附加组定子绕组中电流。由于其简单的实施方式,这种方式是有利的,其中,基本同时中断所有正常组定子绕组中的电流。或者,可以根据具有不超过预定延迟的持续时间的预定序列,中断所述第二组定子绕组中的电流和所述一个或多个附加组定子绕组中的电流。一种方式可以涉及根据相应电流水平,中断所述第二组定子绕组和所述一个或多个附加组定子绕组中的电流,使得最高电流被首先中断。
无论应用什么方法,都需要在中断第一组定子绕组中的电流之前,显著降低,例如完全中断第二组定子绕组中的电流和一个或多个附加组定子绕组中的电流。
所述第一、第二和/或一个或多个附加组的定子绕组可以包括多组多相定子绕组,例如多组三相定子绕组。在定子绕组涉及三相定子绕组的情况下,这些绕组可以通过星形连接被耦合。相对于标称值,多组定子绕组可以具有600到1000V RMS范围之内的标称电压,以及100到160Hz范围之内的标称频率。在超速的情形中,频率可以达到180Hz。
在第三方面中,本发明涉及一种包括根据第二方面的发电组件的风力涡轮发电机。该风力涡轮发电机还可以包括向其上布置可旋转机舱的塔架。PMG、可控断路器和电力转换器可以布置于风力涡轮发电机的机舱内部。或者,可控断路器和电力转换器可以布置于地面,例如靠近风力涡轮发电机的塔架。而且,典型通过变齿轮箱将一组可旋转转子叶片操作性地连接到PMG的轴。根据第三方面的风力涡轮发电机可以形成包括多个风力涡轮发电机的风力发电厂的部分。
通常,可以通过本发明范围之内任何可能方式组合并耦合本发明的各方面。本发明的这些和其他方面、特征和/或优点将参考下文所述的实施例而显而易见并得到阐明。
附图说明
现在将参考附图,更详细地解释本发明,在附图中:
图1示出了在前几个半周期之内没有过零的PMG故障电流(下方曲线)的示例,
图2示出了在正常操作期间具有四组三相定子绕组的PMG,
图3示出了具有四组三相定子绕组的PMG,其中,由于上方一组三相定子绕组中的短路故障,三组定子绕组中的电流被中断,
图4示出了具有四组三相定子绕组的PMG,其中,所有组定子绕组中的电流都被中断,以及
图5示出了多组三相定子绕组如何能够共享电力转换器。
尽管本发明容易做出各种修改和替代形式,但附图中以举例的方式示出了具体实施例并将在本文中进行详细描述。然而,应当理解,本发明并非意在限于公开的特定形式。相反,本发明要覆盖落入如由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同和替代方式。
具体实施方式
通常,本发明涉及一种用于操作发电组件的方法,所述发电组件包括PMG,PMG包括多组定子绕组。本发明具体涉及用于在PMG的至少一组定子绕组遭受故障,例如短路时,操作发电组件的方法。本发明还涉及一种包括PMG的发电组件,所述PMG包括经由相应可控断路器连接到相应电力转换器的多组定子绕组,并且涉及包括此类发电组件的风力涡轮发电机。
现在参考图1,图示了PMG短路事件的典型结果。在图1中可以看出,一个相103相对于其他两个相101、102有偏移。偏移相103在前四个半周期之内没有过零。没有过零是不利的,因为在到达第一次过零之前电弧将不会熄灭,利用可控断路器中断PMG故障电流变得非常困难。这种熄灭的缺乏可能潜在造成损伤和/或增加磨损,从而缩短可控断路器的寿命。
现在转向图2,图示了包括PMG 201和断路器/转换器单元206的发电组件。在图2中可以看出,PMG 201包括四组三相定子绕组202-205。每组定子绕组202-205以星形连接被耦合。PMG 201的定子绕组的组数当然可以与图2中图示的四组不同。而且,相数可以与图2中所示的三相不同。PMG 201的标称电压可以约为800V RMS,标称频率可以在100到160Hz范围之内,在超速情况下甚至为180Hz。PMG 201的标称功率可以是几MW。
四组定子绕组202-205在PMG 201的定子内部相互耦合,如符号219-221所示,从而,一组定子绕组中流动的电流将影响一个或多个其它组定子绕组中流动的电流。这种影响可以高达320%。断路器/转换器单元206包括针对每组定子绕组202-205的相应的可控断路器215-218和相应的电力转换器207-210。因此,图2中图示的发电组件被配置如下:
-定子绕组202经由可控断路器215连接到电力转换器207,
-定子绕组203经由可控断路器216连接到电力转换器208,
-定子绕组204经由可控断路器217连接到电力转换器209,以及
-定子绕组205经由可控断路器218连接到电力转换器210。
如图2中进一步所示,控制器211-214与可控断路器215-218的每个相关联。被配置成向相应可控断路器215-218分派控制信号的控制器211-214可以不同且因此是独立的控制器,或者它们可以形成相应电力转换器207-210的部分。
在操作方面,图2图示了正常操作状态,其中,所有可控断路器215-218都处于导通操作状态,可以从全部组的定子绕组202-205向相应电力转换器207-210提供电力。
PMG 201和断路器/转换器单元206都可以布置于风力涡轮发电机的机舱之内。或者,断路器/转换器单元206可以布置于靠近风力涡轮发电机的塔架的地面。
现在参见图3,在断路器/转换器单元306中检测到与PMG 301的上方组的定子绕组302相关的短路315,而与其他组定子绕组303-305相关联的电路是正常的。而且,尽管已经检测到短路315,但定子绕组302仍经由可控断路器316连接到电力转换器307。通过使相应可控断路器312-314进入非导通操作状态,已经将正常组的定子绕组303-305从相应电力转换器308-310断开连接。下文将更详细地解释这种情况的原因。此外,用于分派控制信号的控制器311-314与可控断路器316-319的每个相关联。而且,控制器311-314可以是不同的且因此是独立的控制器,或者它们可以形成相应电力转换器307-310的部分。
在与PMG 301的上方组定子绕组302相关的电路中检测到的短路电流显著大于标称电流。此外,只要可控断路器317-319处于导通操作状态(如图2中所示),PMG 301中各组定子绕组之间的相互耦合就将进一步增大与上方组定子绕组302相关的电路中的短路电流。短路电流的这种意外进一步增大是不利的,因为它可能例如损伤可控断路器316。
为了防止短路电流(由于各组定子绕组之间相互耦合)的意外进一步增大,如图3所示,使可控断路器317-319进入非导通操作状态,从而,中断在与这些组定子绕组303-305相关联的电路中流动的电流。这种中断终止了与上方组定子绕组302的相互耦合,从而短路电流显著减小,以使可控断路器316在预定延迟之后进入非导通操作状态。如前所述,预定延迟可以小于25ms,例如小于20ms,例如小于15ms,例如小于10ms。实际上,5-10ms之间的预定延迟应当足以确保当使可控断路器316进入如图4所示的非导通操作状态时,仅中断短路电流。
可以通过基本同时从控制器312-314向可控断路器317-319分派控制信号,使可控断路器317-319基本同时进入非导通操作状态。或者,可以根据具有不超过预定延迟的持续时间的预定序列,使可控断路器317-319进入非导通操作状态。例如,可以根据电流水平来中断,即无效化与多组定子绕组303-305相关联的正常电路的电流,其中,最高电流被首先中断。
现在转向图4,已经使断路器/转换器单元406中的所有可控断路器416-419进入非导通操作状态,并且已经克服了短路415的影响。而且,四组定子绕组402-405被配置成经由相应的可控断路器416-419连接到相应电力转换器407-410,每个可控断路器416-419受到相应控制器411-414的控制,控制器411-414可以是不同的且因此是独立的控制器,或者是形成相应电力转换器407-410的部分的控制器。
图5中示出了发电组件(PMG 501和断路器/转换器单元506)的不同配置,其中,电力转换器507适于经由受相应控制器509、510控制的相应可控断路器513、514,从两组定子绕组502、503接收电力,且电力转换器508适于经由受相应控制器511、512控制的相应可控断路器515、516,从两组定子绕组504、505接收电力。在这种配置中,电力转换器507、508能够处理来自不仅一组定子绕组,而且来自两组定子绕组的电力。图5中所示的结构的优点在于,减少了发电组件的功率器件的总数。此外,将两个较小的电力转换器合并成一个较大的电力转换器中也可以降低总成本。
图2-5中的PMG的标称电压可以约为800V RMS,标称频率可以在100到160Hz范围之内,且在过速情况下甚至为180Hz。PMG的标称功率可以是几MW。此外,PMG的定子绕组的组数可以与图示的四组不同,并且每组的相数可以与图示的三相不同。
再者,图2-5中所示的每个电力转换器可以至少包括适于从PMG接收电力的AC/DC转换器,并且向岸上或离岸DC电网供电。或者,每个电力转换器还可以包括通过DC链路与AC/DC转换器分开的DC/AC转换器,从而形成满标度频率变换器。AC/DC转换器和DC/AC转换器都包括典型为IGBT形式的可控开关。如前所述,AC/DC转换器和/或DC/AC转换器的可控IGBT也可以可选地以在故障事件的情况下降低一组或多组定子绕组中的电流的方式来控制。

Claims (15)

1.一种用于在故障情况下操作发电组件的方法,其中,所述发电组件包括永磁发电机,所述永磁发电机包括至少第一组定子绕组和第二组定子绕组,其中,每组定子绕组经由可控断路器连接到电力转换器,所述方法包括如下步骤:
-检测与所述第一组定子绕组相关联的故障,以及
-降低所述第二组定子绕组中的电流,例如中断所述第二组定子绕组中的电流,并且在预定延迟之后,降低所述第一组定子绕组中的电流,例如中断所述第一组定子绕组中的电流。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,通过使连接到所述第二组定子绕组的所述可控断路器进入非导通操作状态来中断所述第二组定子绕组中的电流。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,通过使连接到所述第一组定子绕组的所述可控断路器进入非导通操作状态而中断所述第一组定子绕组中的电流。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述预定延迟小于25ms,例如小于20ms,例如小于15ms,例如小于10ms。
5.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法,进一步包括如下步骤:通过使连接到所述永磁发电机的一个或多个附加组的定子绕组和所述第一组定子绕组的相应可控断路器进入非导通操作状态,在中断所述第一组定子绕组中的电流之前,中断所述一个或多个附加组的定子绕组中的电流。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,所述第二组定子绕组中的电流和所述一个或多个附加组的定子绕组中的电流基本同时被中断,或者其中,根据具有不超过所述预定延迟的持续时间的预定序列,所述第二组定子绕组中的电流和所述一个或多个附加组的定子绕组中的电流被中断。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述第一、第二和/或一个或多个附加组的定子绕组包括多组多相定子绕组,例如多组三相定子绕组。
8.一种发电组件,包括永磁发电机,所述永磁发电机包括至少第一组和第二组定子绕组,其中,每组定子绕组经由可控断路器连接到电力转换器,其中,所述发电组件还包括
-传感器,所述传感器被配置成用于检测与所述第一组定子绕组相关联的故障,以及
-控制器,所述控制器被配置成响应于所检测到的故障,降低所述第二组定子绕组中的电流,例如中断所述第二组定子绕组中的电流,并且在预定延迟之后,降低所述第一组定子绕组中的电流,例如中断所述第一组定子绕组中的电流。
9.根据权利要求8所述的发电组件,其中,所述控制器被配置成通过向连接到所述第二组定子绕组的所述可控断路器分派控制信号以使这一断路器进入非导通操作状态而中断所述第二组定子绕组中的电流。
10.根据权利要求8或9所述的发电组件,其中,所述控制器被配置成通过向连接到所述第一组定子绕组的所述可控断路器分派控制信号以使这一断路器进入非导通操作状态来中断所述第一组定子绕组中的电流。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的发电组件,其中,所述预定延迟小于25ms,例如小于20ms,例如小于15ms,例如小于10ms。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的发电组件,其中,所述控制器被配置成通过向连接到所述永磁发电机的一个或多个附加组的定子绕组和所述第一组定子绕组的相应可控断路器分派控制信号而使所述相应断路器进入非导通操作状态,在中断所述第一组定子绕组中的电流之前,中断所述一个或多个附加组的定子绕组中的电流。
13.根据权利要求12所述的发电组件,其中,所述控制器被配置成基本同时中断所述第二组定子绕组中的电流和所述一个或多个附加组的定子绕组中的电流,或者其中,所述控制器被配置成根据具有不超过所述预定延迟的持续时间的预定序列,中断所述第二组定子绕组中的电流并中断所述一个或多个附加组的定子绕组中的电流。
14.根据权利要求8-13中任一项所述的发电组件,其中,所述多组定子绕组包括多组多相定子绕组,例如多组三相定子绕组。
15.一种包括根据权利要求8-14中任一项所述的发电组件的风力涡轮发电机。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7276871B2 (en) 2005-07-25 2007-10-02 Honeywell International, Inc. System and method for fault protection for permanent magnet machines
US8125747B2 (en) 2009-03-16 2012-02-28 Honeywell International Inc. Method for mitigating negative sequence effect resulting from non-symmetrical short circuit failure of synchronous electric machine based systems
EP2372860A1 (en) 2010-03-30 2011-10-05 Converteam Technology Ltd Protection circuits and methods for electrical machines
US8294289B2 (en) 2010-06-30 2012-10-23 General Electric Company Method for operating a wind turbine, method for determining the temperature of a permanent magnet and controller for a wind turbine
CN103947065A (zh) 2011-11-16 2014-07-23 维斯塔斯风力系统集团公司 永磁体发电机的保护
US8760094B2 (en) * 2011-12-09 2014-06-24 The Boeing Company Power system protection
JP5988750B2 (ja) 2012-07-30 2016-09-07 株式会社日立製作所 発電システム
EP3073635B8 (en) 2015-03-25 2018-11-21 GE Renewable Technologies Wind B.V. Protecting a permanent magnet generator
EP3223422B1 (en) * 2016-03-24 2023-06-14 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Control arrangement of a multi-stator machine
EP3652853B1 (en) * 2017-08-22 2021-07-07 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Monitoring a multi-winding set stator
EP3480610B1 (en) * 2017-11-07 2020-04-08 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Diagnosing a winding set of a stator
DK3522362T3 (da) * 2018-02-01 2024-03-04 Siemens Gamesa Renewable Energy As Styring af en elektrisk permanentmagnetmaskine med multiviklingssæt
DK3811481T3 (da) * 2018-12-21 2023-07-10 Siemens Gamesa Renewable Energy As Fremgangsmåde til bestemmelse af en lokalitet for en kortslutningsfejl i en generatoranordning, generatoranordning, vindmølle, computerprogram og elektronisk læsbart medium

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