发电系统和操作发电系统的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发电系统和一种用于操作发电系统的方法。
【背景技术】
[0002]交流发电机可以经由变换器系统连接到电网，变换器系统包括多个变换器模块，其中每个变换器模块包括直流链路。由于变换器模块之一中的故障可能影响整个系统的功能，所以希望能有有效方法来隔离有故障的变换器模块。隔离故障变换器模块不仅包括将变换器模块从发电机和电网断开连接，而且还包括从其他变换器模块的其他直流链路断开故障变换器模块的直流链路。
【发明内容】
[0003]根据实施例，提供了一种发电系统，包括发电机；多个变换器模块，每个变换器模块都具有直流链路，其中每个变换器模块的直流链路都经由与所述变换器模块相关联的熔断器连接到所述多个变换器模块的其他变换器模块的直流链路；以及控制器，如果检测到所述变换器模块之一中有故障，所述控制器被配置成从所述发电机断开有故障的变换器模块，并将所述多个变换器模块的两个或更多其他变换器模块连接到所述发电机，并控制所述发电系统以向所述两个或更多其他变换器模块的直流链路供电，从而经由与所述变换器模块相关联的熔断器向有故障的变换器模块供电，使得与所述变换器模块相关联的熔断器恪断。
[0004]与变换器模块相关联的熔断器可以是变换器模块的一部分。
[0005]发电机例如是永磁发电机。
[0006]根据一个实施例，所述两个或更多其他变换器模块是未检测到故障的变换器模块。
[0007]发电系统还可以包括检测器，所述检测器被配置成检测所述多个变换器模块中的变换器模块之一是否有故障。
[0008]根据一个实施例，每个变换器模块都具有从发电机接收功率的输入端，以及向电网供电的输出端，其中所述输入端经由直流链路连接到输出端。
[0009]发电系统还可以包括AC/DC变换器和DC/AC变换器，其中所述AC/DC变换器形成所述输入端，DC/AC变换器形成所述输出端。
[0010]所述故障例如是所述直流链路的短路。
[0011]根据一个实施例，所述变换器模块被配置成向所述电网供电，所述控制器还被配置成在控制所述发电系统向所述两个或更多其他变换器模块的直流链路供电之前，从电网断开所述多个变换器模块，从而经由与所述变换器模块相关联的熔断器向其中有故障的变换器模块供电，使得与所述变换器模块相关联的熔断器熔断。
[0012]根据一个实施例，所述控制器还被配置成连接所述两个或更多其他变换器模块以连接到电网，从而在所述熔断器熔断之后向所述电网供电。
[0013]根据一个实施例，所述控制器被配置成控制所述发电系统以向所述两个或更多其他变换器模块的直流链路供电，从而经由与所述变换器模块相关联的熔断器向有故障的变换器模块供电，使得在用于为所述变换器模块预充电的预充电流程期间，与所述变换器模块相关联的熔断器熔断。
[0014]根据一个实施例，所述控制器控制所述发电系统以向所述两个或更多其他变换器模块的直流链路供电，从而经由与所述变换器模块相关联的熔断器向有故障的变换器模块供电，从而通过将所述两个或更多其他变换器模块连接到所述发电机，使与所述变换器模块相关联的熔断器熔断。
[0015]根据一个实施例，提供了一种用于操作根据上述发电系统的发电系统的方法。应当指出，在发电系统语境中描述的实施例对于用于操作发电系统的方法类似地有效，反之亦然。
【附图说明】
[0016]在附图中，在所有不同附图中，类似的附图标记一般是指相同的部分。附图未必是成比例的，相反一般将重点放在例示本发明原理上。在以下描述中，参考以下附图描述本发明的各实施例，其中:
[0017]图1示出了风力涡轮机的一般设置；
[0018]图2示出了根据实施例的发电系统范例；
[0019]图3示出了根据实施例的发电系统。
[0020]图4示出了根据实施例的发电系统。
[0021]图5示出了根据实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0022]以下详细描述参考了附图，附图通过例示示出了可以实践本发明的具体细节和实施例。足够详细地描述这些实施例以使本领域的技术人员能够实践本发明。可以利用其他实施例，可以做出结构、逻辑和电气的变化而不脱离本发明的范围。各个实施例未必是相互排斥的，因为可以将一些实施例与一个或多个其他实施例组合以形成新的实施例。
[0023]图1示出了可以使用实施例的风力涡轮机100的一般设置。风力涡轮机100安装于基底1002上。风力涡轮机100包括具有若干塔段的塔1004。风力涡轮机舱1006位于塔1004的顶部。风力涡轮机转子包括轮毂1008和至少一个转子叶片1010，例如三个转子叶片1010。转子叶片1010连接到轮毂1008，其又通过低速轴连接到吊舱1006，低速轴从吊舱1006前方延伸出来。
[0024]图2示出了根据实施例的发电系统200的范例。
[0025]轴10从能源，例如图1中所示的至少一个转子叶片1010，向可变速发电机11的转子传输机械能。轴10连接到至少一个转子叶片11，例如经由齿轮箱连接到转子，以便将轴10的旋转速度(即风力涡轮机叶片的速度)调整到适于发电机11的速度范围。发电机11将经由轴10提供的机械能转换成电能并在一组定子端子12a、12b、12c处输送电能。在本范例中，发电机11是永磁体(P M)发电机。轴10的旋转速度根据风速变化。由于发电机11转子的旋转速度与轴10的旋转速度成比例，所以发电机11在定子端子12a、12b、12c处提供的电压信号幅值和频率根据轴10的旋转速度变化。发电机11的端子12a、12b、12c连接到发电机一侧的功率变换器13。变换器13例如包括一组形式为例如MOSFET、GTO, IGBT或BJT的开关。
[0026]变换器13在正常工作中充当有源整流器，将发电机11提供的可变频率交流电压转换成直流电压。可以利用脉宽调制(PWM)方案控制转换，其中向变换器13的开关施加控制信号以便提供期望的转换功能。在一个实施例中，采用空间矢量脉宽调制方案控制开关。
[0027]变换器13的输出端连接到直流链路14，其包括链路电容器，用于减小直流链路上的电压纹波。
[0028]直流链路14连接到电网侧的功率变换器15。电网侧功率变换器15的拓扑结构可以类似于发电机侧功率变换器13。电网侧功率变换器15例如通常像逆变器那样工作，将直流链路14上的直流电压转换成调节后的交流电压，以向电网18馈送有功和无功功率。
[0029]可以利用电感器16a、16b和16c对电网侧功率变换器15的输出进行滤波，例如，以便从输出功率信号消除高次谐波。如果需要的话，可以由谐波滤波器17对输出功率信号进行滤波，以便将干扰或谐波失真保持在低值。然后经由变压器19将输出功率信号提供到电网18。
[0030]可以将发电机侧功率变换器(AC/DC变换器)13、直流链路14和电网侧功率变换器(DC/AC变换器)15的系统视为变换器模块20。
[0031]在一个实施例中，发电机11经由多个变换器模块20连接到电网18。变换器模块20的直流链路14可以彼此互连。在图3中示出了这种情况。
[0032]图3示出了根据实施例的发电系统300。
[0033]该发电系统300包括发电机301和多个变换器模块302，每个变换器模块302都具有直流链路303，其中每个变换器模块302的直流链路303都经由与变换器模块302相关联的熔断器305连接到多个变换器模块302的其他变换器模块的直流链路303。
[0034]发电系统300还包括控制器304，其被配置成如果检测到变换器模块302之一中有故障，就从发电机301断开有故障的变换器模块302并将多个变换器模块302中的两个或更多其他变换器模块302连接到发电机301，且控制发电系统向所述两个或更多其他变换器模块302的直流链路303供电，从而经由与变换器模块302相关联的熔断器305向有故障的变换器模块302供电，使得与变换器模块302相关联的熔断器熔断。
[0035]在一个实施例中，换言之，经由故障变换器模块的熔断器从所述两个或更多其他(例如无故障，即健康)变换器模块供电来隔离故障变换器模块，使得供应的功率(换言之供应的电流)熔断该熔断器。在熔断器已经熔断时，可以将其他(健康)变换器模块的直流链路的电压增大到正常直流工作值，可以将其他(健康)变换器模块连接到电网306进行正常功率生产。于是，根据一个实施例，可以隔离一个或多个故障变换器模块，可以利用其他健康(即可操作)变换器模块继续工作。应当指出，可以经由多个熔断器将变换器模块的直流链路连接到其他变换器模块的直流链路。在这种情况下，可以熔断一个或所有熔断器。
[0036]在一个实施例中，在检测到故障时，从电网断开所有的变换器模块，也可以(首先)从发电机断开所有变换器模块。然后可以将两个或更多其他变换器模块在预充电过程(根据一个实施例，也用于隔离故障变换器模块)中重新连接到发电机。
[0037]与变换器模块相关联的熔断器可以是变换器模块的一部分。
[0038]发电机例如是永磁发电机。
[0039]根据一个实施例，两个或更多其他变换器模块是未检测到故障的变换器模块。
[0040]发电系统还可以包括检测器，其被配置成检测多个变换器模块中变换器模块之一是否有故障。
[0041]根据一个实施例，每个变换器模块都具有从发电机接收功率的输入端，以及向电网304供电的输出端，其中输入端经由直流链路连接到输出端。
[0042]发电系统还可以包括AC/DC变换器和DC/AC变换器，其中AC/DC变换器形成输入端，DC/AC变换器形成输出端。
[0043]故障例如是由IGBT (绝缘栅极双极性晶体管)中的故障导致的，IGBT—般是开关元件，例如AC/DC变换器或DC/AC变换器的功率半导体开关元件。这可能导致直流链路的短路。例如，不能关断AC/DC变换器或DC/AC变换器的顶部开关元件，然后导通底部开关元件，导致直流链路贯通。该故障还可能是由IGBT模块的爆炸导致的，其导致地的故障或DC短路。变换器模块也可以包括连接于DC链路两个导体之间的直流斩波器电路，故障可能是由不能关断的直流斩波器IGBT (或一般为开关元件)导致的，使得直流电路经由直流斩波器的斩波电阻器短路。
[0044]根据一个实施例，变换器模块被配置成向电网304供电，控制器还别配置成在控制发电系统向多个其他变换器模块的直流链路供电之前，从电网断开多个变换器模块，从而经由与变换器模块相关联的熔断器向其中有故障的变换器模块供电，使得与(故障)变换器模块相关联的熔断器熔断。
[0045]根据一个实施例，控制器还被配置成连接两个或更多其他变换器模块以连接到电网，从而在熔断器熔断之后向电网供电。