电磁制动系统和方法技术方案

发电系统的电磁制动系统包括耦合于可旋转轴的导电盘，该可旋转轴操作地耦合于原动机与发电机之间；控制器，用于从发电系统接收状态信号并且用于基于该状态信号产生控制信号；和感应单元，用于在由控制信号命令调节可旋转轴的旋转速度时在导电盘上施加电磁制动力。

【技术实现步骤摘要】
电磁制动系统和方法
本公开一般来说涉及发电系统并且更具体地涉及用于在发电系统中维持发电机与电力网之间的同步的系统和方法。
技术介绍
分布式能源（DER）系统是小的发电机，典型地在从3kW至10000kW的范围内，其从各种源产生电力并且将产生的电力传递到连接到发电机的电力网。电力网收集从多个发电机产生的电力并且将电力传输到不同位置。典型地，DER系统是传统电力系统的备选或增强。小的发电机可由小的燃气轮机提供动力或可包括例如燃料电池和/或风力发电机。DER系统使在输电中损失的能量减少，这是因为在非常接近用电的地方产生电，甚至可能在相同的建筑物内。DER系统还使必须构造的电力线的尺寸和数量减少。直到最近，许多国家中的网络操作员允许小的分布式发电机在严重的网络干扰情况下快速从网络断开。网络干扰可由于在DER系统操作期间出现的若干种故障而引起。典型地，电力网中的故障可以是平衡故障或不平衡故障。实际上，电力系统中故障中的大部分是不平衡单相故障。当在公用系统中出现故障时，系统中的电压可减小一定量。这样的电压减小可称为“电压骤降”或“电压跌落”。这样的“电压骤降”或“电压跌落”的特性取决于若干方面，例如故障的类型和严重程度、故障的位置和故障的持续时间。典型地，在电力网中的任何位置处的“电压骤降”或“电压跌落”的幅度取决于故障的严重程度和到故障的距离。相似地，“电压骤降”或“电压跌落”的持续时间可取决于保护电路检测并隔离故障所需要的时间。“电压骤降”或“电压跌落”的持续时间通常可以是大约几百毫秒。此外，在故障事件中，发电机和电力网的互连点处的电压的突然下降可导致发电机电力输出的突然下降。因此，发电机的电力输出与来自发动机的机械动力输入之间的不平衡可引起发动机加速，这可导致失去发电机与剩余电网之间的同步。从而，具有小的惯性的某些类型的发电机可迅速加速并且在故障事件期间失去同步。在非限制性示例中，某些类型的发电机包括小的同步或异步发电机。在过去，在这些意外故障和大的电力干扰情况下，每当出现电压下降时小的发电机离线跳闸，这是可接受并且可期望的。当从这些小的发电机提供给电网的总电力与由所有其他发电单元提供给电网的总电力相比非常小时，采用这样的方式的操作对电力网的稳定性没有实际的不利影响。然而，随着电网中小的分布式发电机的渗入以及由这些小的分布式发电机提供给电网的电力的量在增加，如果在具有低电压条件的故障事件期间断开所有这样的发电机，可能危及电网的稳定性。因此，这些发电机仍然与电网同步、穿越低压条件并且能够在清除故障后立即将电力馈送到电网内，这是可期望的。因此，新兴电网码越来越需要小的发电机“穿越”由电网故障事件引起的某些电压条件。然而，这目前对具有小惯性的发电机代表着大的挑战，其趋于在“电压骤降”后迅速加速。可采用各种技术来克服在故障条件期间发电机中迅速加速的问题。一个这样的技术是提供机械制动来使发电机中的原动机停止。然而，机械制动单元具有相对慢的反应时间并且因此对于具有小惯性的小的发电机是不充足的，这甚至在施加机械制动之前可能失去同步。另一个技术是增加发电机的惯性，例如通过添加飞轮，以在低电压条件期间使发电机加速减少。该技术导致具有附加重量和成本的发电机的动态性能降低。备选技术是对电制动提供制动电阻器来耗散电阻器中的电力以便在故障条件期间使发电机的加速停止。然而，电制动技术中的大部分包括昂贵的电力电子器件，其使系统的成本大大增加。因此，需要有解决一个或多个上述问题的有效且廉价的故障穿越（FRT）发电系统的改进系统和方法。
技术实现思路
根据本文描述的一个实施例，电磁制动系统包括：导电盘，其耦合于发电系统的可旋转轴，其中该可旋转轴操作地耦合于原动机与发电机之间；控制器，用于从发电系统接收至少一个状态信号并且用于基于该至少一个状态信号产生控制信号；和感应单元，用于在由控制信号命令调节可旋转轴的旋转速度时在导电盘上施加电磁制动力。根据本文描述的另一个实施例，方法包括：接收代表可旋转轴的旋转速度、电力网中的电压、发电机处的电流、由原动机生成的机械动力、发电机的转子角、由发电机生成的电力或其组合的至少一个状态信号；基于该至少一个状态信号确定控制信号；以及在由控制信号命令调节可旋转轴的旋转速度时在可旋转轴上施加电磁制动力。根据本文描述的另一个实施例，发电系统包括：原动机，用于形成机械动力；发电机，其通过可旋转轴操作地耦合于该原动机用于基于该机械动力产生电流并且将该电流供应给电力网；和电磁制动单元，其操作地耦合于可旋转轴用于调节可旋转轴的旋转速度。提供一种电磁制动系统，其包括：导电盘，其耦合于发电系统的可旋转轴，其中所述可旋转轴操作地耦合于原动机与发电机之间；控制器，用于从所述发电系统接收至少一个状态信号并且用于基于所述至少一个状态信号产生控制信号；感应单元，用于在由所述控制信号命令调节所述可旋转轴的旋转速度时在所述导电盘上施加电磁制动力。优选的，所述感应单元包括：多个感应器；电源，用于供应交流和直流中的至少一个给所述感应器以在所述导电盘中感应涡流；以及电开关，其耦合于所述感应器与所述电源之间用于如由所述控制信号命令的那样调节所述交流和所述直流中的至少一个。优选的，所述感应器靠近所述导电盘设置来跨所述导电盘形成第一磁场，其中形成的第一磁场在所述导电盘旋转通过所述第一磁场时在所述导电盘中感应所述涡流。优选的，所述导电盘中感应的涡流形成第二磁场，其与所述第一磁场相对来阻止所述导电盘的旋转。优选的，所述至少一个状态信号代表所述可旋转轴的旋转速度、所述电力网中的电压、所述发电机处的电流、由所述原动机生成的机械动力、所述发电机的转子角、由所述发电机生成的电力或其组合。优选的，所述控制器配置成促使所述控制信号在所述电力网中的电压是故障电压时启动和调节所述电磁制动力。优选的，所述控制器配置成促使所述控制信号在所述可旋转轴的旋转速度在阈值速度之上以及所述发电机的转子角在阈值角之上中的至少一个时启动和调节所述电磁制动力。优选的，所述控制器配置成促使所述控制信号在由所述原动机生成的机械动力在第一阈值功率之上或由所述发电机生成的电力在第二阈值功率之下时施加所述电磁制动力。优选的，所述控制器配置成促使所述控制信号在所述发电机处的电流在阈值电流之上时启动和调节所述电磁制动力。优选的，所述控制器配置成促使所述控制信号以基于接收的状态信号来停止或调节由所述原动机生成的动力。提供一种方法，其包括：接收代表可旋转轴的旋转速度、电力网中的电压、发电机处的电流、由原动机生成的机械动力、发电机的转子角、由发电机生成的电力或其组合的至少一个状态信号；基于所述至少一个状态信号确定控制信号；以及在由所述控制信号命令调节所述可旋转轴的旋转速度时在所述可旋转轴上施加电磁制动力。优选的，在所述可旋转轴上施加所述电磁制动力包括：跨耦合于所述可旋转轴的导电盘形成第一磁场；在所述导电盘旋转通过所述第一磁场时在所述导电盘中感应涡流；以及使用所述导电盘中的感应涡流用于形成第二磁场，其与所述第一磁场相对来阻止所述导电盘的旋转。优选的，所述导电盘周围形成所述第一磁场包括将交流和直流中的至少一个发送到多个感应器，其中所述交流和所述直流中的至少一个对应于所述控制信号。优选的，所述方法进一步包括：确本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁制动系统，包括：导电盘，其耦合于发电系统的可旋转轴，其中所述可旋转轴操作地耦合于原动机与发电机之间；控制器，用于从所述发电系统接收至少一个状态信号并且用于基于所述至少一个状态信号产生控制信号；感应单元，用于在由所述控制信号命令调节所述可旋转轴的旋转速度时在所述导电盘上施加电磁制动力。

【技术特征摘要】
2012.06.28 US 13/536,2451.一种电磁制动系统，包括：导电盘，其耦合于发电系统的可旋转轴，其中所述可旋转轴操作地耦合于原动机与发电机之间；控制器，用于从所述发电系统接收代表发电机的转子角的状态信号并且用于确定所述发电机的转子角是否大于阈值转子角，并在大于时仅基于代表所述发电机的转子角的所述状态信号产生控制信号，以维持所述发电机和电网之间的同步；以及感应单元，用于使用所述控制信号而在所述导电盘上施加电磁制动功率以调节所述发电机的转子角。2.如权利要求1所述的电磁制动系统，其中，所述感应单元包括：多个感应器；电源，用于供应交流电和直流电中的至少一个给所述感应器以在所述导电盘中感应涡流；以及电开关，其耦合于所述感应器与所述电源之间用于如由所述控制信号命令的那样调节所述交流电和所述直流电中的至少一个。3.如权利要求2所述的电磁制动系统，其中，所述感应器靠近所述导电盘设置来跨所述导电盘形成第一磁场，其中形成的第一磁场在所述导电盘旋转通过所述第一磁场时在所述导电盘中感应所述涡流。4.如权利要求3所述的电磁制动系统，其中，所述导电盘中感应的涡流形成第二磁场，其与所述第一磁场相对来阻止所述导电盘的旋转。5.一种电磁制动方法，包括：接收代表发电机的转子角的状态信号；确定所述发电机的转子角是否大于阈值转子角；如果大于，则仅基于代表所述发电...

【专利技术属性】
技术研发人员：A帕诺斯延，SH施拉姆，JE亨默尔曼，CM西勒，F帕皮尼，董晓婷，J休伯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：