用于减少在风力涡轮中的发电机短路的影响的方法和系统技术方案

提供了一种用于减少在风力涡轮的多相永磁体发电机中发生的不平衡短路事件的影响的方法。根据所述方法，在所述风力涡轮的所述发电机中检测不平衡短路事件，并且，响应于检测到所述不平衡短路事件，在所述发电机与所述风力涡轮的转换器之间的切换点处使所述发电机的至少一个相位短路，以创建所述发电机中的平衡短路。通过这样做，更改所述发电机的转矩响应，以避免否则由于所述不平衡短路事件而将发生的高幅值转矩振荡。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体而言涉及用于减少在风力涡轮发电机(WTG)(本文中也被称为“风力涡轮”)中的发电机短路或电弧的影响的方法和系统，并且具体而言涉及用于在发电机中发生短路之后减少归因于发电机的瞬时转矩振荡的损害的方法和系统。
技术介绍
与在风力涡轮上更常使用的其他类型的发电机相比，对在风力涡轮的动力链中的永磁体同步发电机的使用具有一些优点。这些优点包括，除了别的之外，高效率、在发电机的转子上的低损耗(其是很难冷却的部分)、任何滑环的缺乏和其伴随问题以及度过性能的更好的低电压。然而，当在正常操作期间在发电机或转换器中发生诸如电弧的短路事件时，由于在转子中的永磁体将继续产生磁场，因此只要发电机正在转向，则永磁体同步发电机将继续生成定子电压。因此，在这样的情况下产生短路电流，并且必须适当地处理所述短路电流以避免损害风力涡轮。不同类型的短路事件能够发生，并且可以以不同方式进行处理以减少对风力涡轮的影响。比如，在多相发电机和功率转换器配置中，在大多数情况下功率转换器故障将表现为发电机上的三相短路。发电机上的三相短路引起跟随驱动链的几乎完全卸载的瞬时转矩振荡。这样的卸载引起在风力涡轮上的不期望的机械负载水平。为了减少来自这样的短路事件的影响，风力涡轮可以具有将转换器与发电机断开以及用于随后应用无源倾卸负载(dump load)的器件，所述器件将用于在驱动链上再引入特定负载转矩。另一短路事件(其稍微很少出现)是在三相发电机内部的三相短路。这种短路事件也引起跟随驱动链的几乎完全卸载的瞬时转矩振荡。从电气的观点，没有措施(例如，无源倾卸负载的应用)能够被采取以抵消驱动链的该不期望的卸载。第三类型的短路事件是在风力涡轮的发电机中的不平衡短路。例如，当在发电机中发生二相短路(其是不平衡短路的类型)，瞬时转矩振荡跟随具有由发电机的速度确定的频率成分的固定转矩振荡而出现。能够响应于在发电机中的不平衡短路而采取的一个对策是关闭风力涡轮(即，促使风力涡轮停止)。然而，例如如图8、图9和图10所示，驱动链振荡将通过导致在驱动链和涡轮底座中的高风险的激励共振的非常大的频率范围。此外，正如三相短路事件，倾卸负载的应用将对转矩振荡没有实质影响。图7示出了当归因于在发电机风力中的二相短路而关闭风力涡轮时，在风力涡轮中的发电机的受控速度斜坡下降。图8示出了与在图7中的速度斜坡下降曲线相关联的发电机的范例转矩响应的图形，但是没有倾卸负载的应用。所述图形包括两个弯曲线，第一个通过动态模型计算，并且第二个通过简单分析方法计算。图9和图10示出了图8中的图形的不同放大视图。如图9和图10所示，转矩振荡包含宽范围的谐波。图11示出了与在图1中示出的速度斜坡下降曲线相关联的发电机的范例转矩响应的图形，但是在该图形中已经应用了倾卸负载。图12和图13示出了图11中的图形的不同放大视图。如图12和图13所示，转矩振荡包含宽范围的谐波，不管已经应用了倾卸负载的事实。因此，归因于二相短路的转矩振荡正与没有倾卸负载一样严重。Welchko 等人的 “ IPM Synchronous Machine Drive Response to Symmetricaland Asymmetrical Short Circuit Faults，，(IEEE Transact1ns on Energy Convers1n,卷18，编号2，2003年6月)描述了归因于向IPM机器供应电流的可调速度驱动的反相器开关的故障而应用于内置永久磁体(IPM)同步机器的持久、高幅值转矩振荡。反相器开关的故障导致在IPM机器的终端处的不对称短路。Welchko等人提出了关闭在可调速度驱动中的额外的开关，以创建平衡的短路故障，这减少转矩振荡的潜在损害水平。然而，该方法具有将高水平的电流引入可调速度驱动的部件的缺点，所述可调速度驱动的部件不可以与高电流相称。当IPM机器被用作发电机而不是电动机并且使用转换器代替可调速度驱动时，发生相同的问题。本文中时常将短路或短路事件称为“在”发电机中发生。然而，引起在发电机中发生短路的非故意的导电连接(例如，电弧)的位置可以在发电机的壳体之外。例如，在发电机壳体之外的任何数目的位置(例如，在将由发电机产生的功率运载到转换器的缆线之间，在转换器之内的电导体之间，在复杂缆线终端或设备(例如，断路器或电压保护设备)中的导体之间)可以发生非故意的电气连接，但是能够大体上具有与非故意电气连接相同的短路效应，所述非故意电气连接发生在发电机壳体之内。因此，如果在发电机中的一个或多个导电元件在包括非故意电气连接的导电电路(即，短路)中，则在发电机壳体的内部或外部发生的非故意电气连接创建发电机中的短路。
技术实现思路
根据第一方面，本专利技术提供减少在风力涡轮的多相永磁体发电机中发生的不平衡短路事件的影响的方法。根据所述方法，在所述风力涡轮的所述发电机中检测不平衡短路事件，并且，响应于检测到所述不平衡短路事件，在所述发电机与所述风力涡轮的转换器之间的切换点处使所述发电机的至少一个相位被短路，以创建所述发电机中的平衡短路。通过这样做，有利地更改所述发电机的转矩响应，以避免否则由于所述不平衡短路事件而将发生的高幅值转矩振荡。在根据本专利技术的第一方面的所述方法的另一实施例中，所检测的不平衡短路事件是二相短路事件、单相接地短路事件以及多相接地短路事件中的至少一个。在根据本专利技术的第一方面的所述方法的另一实施例中，所述方法包括额外的阶段。例如，首先检测电压故障。其次，响应于检测到所述电压故障而将倾卸负载耦合到所述发电机的输出部。根据该实施例，检测所述不平衡短路包括确定所检测的电压故障是由所述发电机中的所述不平衡短路事件引起的。另外，使发电机的所述至少一个相位短路包括使所述倾卸负载短路。在根据本专利技术的第一方面的所述方法的另一实施例中，使所述发电机的所述至少一个相位短路包括在所述至少一个相位与至少一个其他相位之间的所述切换点处使电路路径短路。根据第二方面，本专利技术提供具有不平衡短路保护的风力涡轮。风力涡轮包括:转子，其包括一个或多个叶片，所述一个或多个叶片响应于风力而引起转子旋转；和多相永磁体发电机，其接收来自所述转子的转矩输入并且产生多相电功率。根据本专利技术的第二方面的所述风力涡轮也包括转换器，所述转换器被配置为接收由所述发电机产生的电功率并且转换所述电功率以在电网中使用。短路开关被布置在所述发电机与所述转换器之间，并且被配置为当被启用时创建所述发电机中的平衡短路。所述风力涡轮额外地包括:一个或多个传感器，其提供指示不平衡短路事件的信息；和控制器，其接收来自一个或多个传感器的数据以检测在所述风力涡轮的所述发电机中的所述不平衡短路事件。所述控制器也响应于检测到所述不平衡短路事件而引起所述短路开关创建所述发电机中的平衡短路。相应地，有利地更改所述发电机的所述转矩响应，以避免否则由于所述不平衡短路事件而将发生的高幅值转矩振荡。在根据本专利技术的第二方面的所述方法的另一实施例中，所检测的不平衡短路事件是二相短路事件、单相接地短路事件以及多相接地短路事件中的至少一个。在根据本专利技术的第二方面的所述方法的另一实施例中，所述风力涡轮还包括倾卸负载，所述倾卸负载被配置为当故障发生时被选择性地耦合到所述发电机以消耗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减少风力涡轮中的不平衡短路事件的影响的方法，所述风力涡轮包括多相永磁体发电机和转换器，所述转换器转换由所述发电机产生的电功率以在电网中使用，所述方法包括：检测所述风力涡轮的所述发电机中的不平衡短路事件；并且响应于检测到所述不平衡短路事件，在所述发电机与所述转换器之间的切换点处使所述发电机的至少一个相位短路，以创建所述发电机中的平衡短路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·多内斯库，L·赫勒，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK