用于发电机的冗余电制动器及保护系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于发电机（１０１）的电控制动及系统保护的设备，其包括设计用于与功率转换器配合以在命令时消耗功率的动态制动器（２１０）以及急剧短路线路（２２０）。动态制动器（２１０）包括至少一个电阻器，而急剧短路线路（２２０）包括至少另一电阻器，用于消耗来自发电机（１０１）的功率。本发明专利技术还提供了一种使用电控制动及系统保护的方法，涉及将功率分流至动态制动器（２１０）、急剧短路线路（２２０）以及发电机（１０１）侧功率转换器其中至少一者。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及用于安全并可控地对发电机进行去激励的技术。在本专利技术中，对发电机去激励涉及平衡发电机轴上的动力，减小在发电机的转动质量中存储的转动能量，并减小在发电机中存储的电磁场能量。
技术介绍
在对动力的控制受限或不可行的实施例中，必需提供以可控方式对发电机去激励的方法。一个示例是由风轮机驱动的发电机。例如，在存在强风的情况下，要停止风轮机就需要在风轮机的部件上施加不合理或过大的力。为提供有效去激励的一些尝试已经采用了机械制动器。但是，机械制动器会较大、较昂贵，且如果需要经常制动则会被迅速磨损。这种系统需要周期性地维护及检测以确保可靠性，而这至少会对产能造成一定损失。通常情况下，机械制动器具有相对过长的响应时间(数十秒)。在一些极端情况下，过长的响应时间会导致发电机超速。故难以使用机械制动器来控制去激励过程。此外，这种系统必需具有失效保护，并需满足很高的可靠性标准。在对动力的控制有限或不存在的装置中，通常通过急剧短路线路与机械制动器或整流器直流链路(dc-link)中的动态制动器的组合来降低发电机的速度。需要的是一种用于发电机的冗余可控低成本制动系统。优选地，该制动系统以迅速、安全及可靠的方式对发电机进行去激励。
技术实现思路
通过本专利技术可克服或消除上述及其他缺陷及不足。本专利技术揭示了一种电功率转换器，其包括控制单元；发电机侧转换器；电网侧转换器；耦合所述发电机侧转换器以及所述电网侧转换器的共用直流总线；耦合至所述直流总线并设置用于从所述控制单元接收制动信号的动态制动器；以及耦合至所述发电机侧转换器并设置用于从所述控制单元接收另一制动信号的急剧短路线路。本专利技术还揭示了一种用于将发电机去激励的方法，包括以下步骤提供电功率转换器，所述电功率转换器包括控制单元；发电机侧转换器；电网侧转换器；耦合所述发电机侧转换器以及所述电网侧转换器的共用直流总线；耦合至所述直流总线并设置用于从所述控制单元接收制动信号的动态制动器；以及耦合至所述发电机侧转换器并设置用于从所述控制单元接收另一制动信号的急剧短路线路；从所述控制单元发出所述制动信号以及所述另一制动信号其中至少一者，以消耗来自所述发电机的功率；并且利用所述动态制动器以及所述急剧短路线路其中至少一者来消耗所述功率。本专利技术还揭示了一种存储在机器可读媒介上的计算机程序产品，该产品具有将发电机去激励的指令，该发电机包括电功率转换器，其包括控制单元；发电机侧转换器；电网侧转换器；耦合所述发电机侧转换器以及所述电网侧转换器的共用直流总线；耦合至所述直流总线并设置用于从所述控制单元接收制动信号的动态制动器；以及耦合至所述发电机侧转换器并设置用于从所述控制单元接收另一制动信号的急剧短路线路，该指令包括用于从所述控制单元发出所述制动信号以及所述另一制动信号其中至少一者以消耗来自所述发电机的功率以及利用所述动态制动器以及所述急剧短路线路其中至少一者来消耗所述功率的指令。本领域技术人员通过以下详细描述及附图将懂得并理解本专利技术的特征及优点。附图说明现在参考附图，其中在数个附图中以相同标号表示相同的元件，其中图1示出了采用动态制动器及急剧短路线路作为冗余保护系统的发电机的各个方面；及图2是流程图，示出了用于使用冗余保护系统的示意性逻辑线路。具体实施例方式这里的教导提供了具有动态制动器及急剧短路线路用于对发电机有效去激励的冗余保护系统。在本说明书中，术语“干扰”、“电网干扰”、“故障”、“系统故障”、“瞬变”以及其他类似技术术语总体指引起(发电机电连接至其的)电网信号扰动的各种事件。会引起电网信号干扰(例如，电网故障)的上述事件的示例是公知的，将不在本说明书中讨论。不可避免地，因为各种发电设备对电网信号起作用并且会产生包括瞬变事件的各种现象，故电网信号分量会在某种程度上劣化或改变。当选择电制动器及保护系统的自动响应时，通常由系统管理员来选择对信号扰动的容许量。在本说明书中，发电机产生三相电信号。但是，应该理解的是，对三相信号的讨论仅是为便于说明，而并不构成对本专利技术的限制。例如，本专利技术可应用于单相、双相及其他多相或复相(poly-phase)信号。本领域技术人员将理解，对本专利技术而言，对风轮机的引用仅为说明而非限制。例如，用于发电机的其他动力可以包括水力涡轮机、燃气轮机以及其他类似设备。因此，应当理解的是，示例性实施例的某些方面与其他实施例具有相应部件，并享有类似(而非相同)的术语命名。现参考图1，示出了风轮机100的示例性方面。在图1的示例中，风轮机100包括与定子总线102耦合的发电机101。定子总线102耦合至提供到电网180的耦合的变频器103。耦合至电网180通常涉及利用电网耦合变压器181及主开关182。在本示例中，发电机101包括用于对发电机101进行制动的制动单元105。变频器103(也被称为“电力转换器”)包括用于产生与电网180同步的电信号的各种部件。与变频器103相关的非限制性部件包括与定子总线102及发电机侧转换器111相耦合的发电机接触器110。发电机侧转换器111从发电机101接收交流(AC)输入信号，并将此电气输入转换为直流(DC)信号。发电机侧转换器111通过DC总线130向电网侧转换器121提供DC信号。电网侧转换器121将该DC信号转换为适于向电网180供应的AC输出信号。通过线路接触器120向电网180进行供应。通过转换器控制单元140来控制变频器103中各种部件中至少一部分的工作。风轮机100还包括动态制动器210及急剧短路线路220。剩余负载(dump load)电阻器221通过急剧短路线路220及剩余负载接触器222中至少一者被使用。动态制动器210与急剧短路线路220两者均耦合至转换器控制单元140用于控制其工作。在本示例中，至少一个剩余负载电阻器221与发电机接触器110并联耦合到定子总线102。急剧短路线路220及剩余负载接触器222到定子总线102的耦合也为并联，并串联在剩余负载电阻器221之后。在本示例中，通过风轮机控制单元190来对风轮机100的工作进行控制。在本示例中，风轮机控制单元190耦合至制动单元105、剩余负载接触器222及转换器控制单元140。通常，风轮机控制单元190向转换器控制单元140、剩余负载接触器222及机械制动器105发出至少一个制动信号。转换器控制单元140向动态制动器210及急剧短路线路220发出制动能分配信号。风轮机100的各种接触器以公知的方式实现开闭功能。在本说明书中，动态制动器210与急剧短路线路220的组合与机械制动器105及剩余负载接触器222一同工作提供了用于风轮机100的冗余保护系统。作为设计冗余保护系统的第一种方案，使用动态制动器210来防止DC总线130过压，由此保护发电机侧转换器111及电网侧转换器121。通过以此方式使用动态制动器210，仅需要偶而激活急剧短路线路220。因此，改进了在电网干扰期间发电机侧转换器111的可控性。作为设计冗余保护系统的第二种方案，动态制动器210具有足够大的功率额定值，由此可以消除或修改急剧短路线路220。但是，该第二方案通常需要昂贵且笨重的动态制动器210设计。本领域的技术人员将理解，至少通过平衡本专利技术的各个方面来解决冗余保护系统的设计问题。因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电功率转换器（１０３），包括：　　　　控制单元（１４０）；　　　　发电机侧转换器（１１１）；　　　　电网侧转换器（１２１）；　　　　耦合所述发电机侧转换器（１１１）以及所述电网侧转换器（１２１）的共用直流总线（１３０）；　　　　耦合至所述直流总线（１３０）并设置用于从所述控制单元（１４０）接收制动信号的动态制动器（２１０）；以及　　　　耦合至所述发电机侧转换器（１１１）并设置用于从所述控制单元（１４０）接收另一制动信号的急剧短路线路（２２０）。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：L李，Z卢，R泰希曼，C王，W杨，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]