电气变速双馈感应电机的保护系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明的领域是保护诸如电动机和发电机的电气变速双馈感应电机的领域。更准确地说，本发明涉及在初始启动和制动期间为变速转子和定子中的极低频率电流和电压提供保护的保护继电器。
【背景技术】
[0002]双馈电机是在定子和转子部件上均具有绕组的电动机或发电机，这里，两个绕组在轴与电气系统之间传送有效的电力。定子绕组直接与三相电网连接，并且，通过电力电子变换器从电网馈送三相转子绕组。
[0003]开发用于保护这种电机的继电器时的主要困难在于关于频率的动态变化、极低频率和变换器功率调制(PWM)的效果的转子保护设计。
[0004]目前，在市场上不存在用于为在初始启动和制动期间的定子(OHz?50Hz/60Hz)中和变速转子(例如，在运行时的转子中，一般为0.1Hz?6Hz)中的极低频率电流和电压提供保护的可用的保护继电器。
[0005]并且，虽然存在内置于与转子电路连接的电力电子变换器中以保护变换器的过电流和过电压保护，但不存在用于电机转子的专用保护。
[0006]事实上，常规的保护继电器主要提供可提供一般低至5Hz的保护的定子保护功能。一些继电器可提供低于标准保护功能的正常频率范围的保护。例如，r.m.s过电流启动保护可用于定子的低频率2Hz?1Hz。
[0007]因此，看起来常规的保护继电器不提供针对非常低频的保护。这是由于，诸如一般用于常规的保护继电器中的离散傅立叶变换(DFT)的傅立叶方法不足以为低频率应用提供快速的保护，原因是，采样率必须在傅立叶方法可正确地计算主要PWM频率分量及其谐波之前与基频对准。事实上，这些傅立叶方法依赖于提供随着跟踪的转子频率减慢的保护执行速率(如上所示，在正常的运行期间，可低至0.1Hz)的频率跟踪技术。
[0008]并且，常规的保护继电器通常与不能精确地测量低频信号的铁芯式仪表互感器连接。
[0009]因此，需要不使用DFT和频率跟踪的保护继电器，该保护继电器能够实施快速的操作时间且能够与能够精确地测量低频信号的仪表互感器连接，以确保机器在所有条件下的安全。
【发明内容】
[0010]为了响应该要求，本发明提供一种用于具有定子和转子的电气变速双馈感应电机的保护系统，该保护系统包括:
[0011]—能够测量来自转子和定子的低频信号、特别是0.1Hz?6Hz的范围内的低频信号的仪表互感器；
[0012]—被配置为接收来自仪表互感器的测量值并且以恒定的采样率对所述测量值采样的保护继电器。
[0013]该系统的某些优选的但非限制性的特征如下:
[0014]一仪表互感器包含用于测量转子电流的第一组电流互感器、用于测量定子电流的第二组电流互感器和用于测量转子电压的第一组电压互感器；
[0015]一仪表互感器还包含用于测量转子电压的第二组冗余电压互感器；
[0016]—保护继电器通过接收和采样来自仪表互感器的测量值的合并单元与仪表互感器连接，所采样的测量值被传送到以所述恒定采样率对测量值重新采样的保护继电器；
[0017]—保护继电器包含与合并单元通信的IEC 61850-9-2 LE兼容接口模块；
[0018]—保护继电器包含被配置为实施保护算法的至少一个保护模块；
[0019]—保护算法利用在所述恒定采样率下所采样的测量值；
[0020]一保护算法利用分别在可变窗口内针对在所述恒定采样率下所采样的一系列的测量值所计算的均方根值；
[0021]—保护继电器包含定子过电流保护模块和/或转子过电流保护模块和/或转子过电压保护模块和/或转子过频保护模块；
[0022]—保护继电器包含定子负相序过电流保护模块和/或转子中性点电压保护模块；
[0023]—保护继电器包含被配置为在与定子相关的电流互感器失效的情况下阻止定子负相序过电流保护模块的定子电流互感器监视模块；
[0024]—保护继电器包含被配置为在与转子相关的电压互感器失效的情况下阻止转子中性点电压保护模块的电压互感器监视模块；
[0025]—保护继电器包含转子过频保护模块；
[0026]—质量标记与各所采样的测量值相关。
【附图说明】
[0027]阅读通过非限制性例子给出的本发明的优选实施例的以下详细描述并参照附图，本发明的其它方面、目标、优点和特征将看起来更加清晰，在附图中，图1是表示根据本发明的保护系统的可能的实施例的单线图。
【具体实施方式】
[0028]参照图1，本发明涉及用于具有定子S和转子R的电气变速双馈感应电机頂的保护系统。
[0029]感应机器頂在定子和转子上均具有绕组。η相(η —般为3)定子绕组直接与η相电网G连接，并且，通过通常包含电网侧变换器1、DC链2和转子侧变换器3的电力电子变换器从电网G馈送η相转子绕组。
[0030]保护系统包含能够测量来自转子和定子的低频信号、特别是0.1Hz?6Hz的范围内的低频信号的仪表互感器。这种仪表互感器，也被称为非常规的仪表互感器，诸如光学和Rogowski设备，可包含用于测量转子电流的第一组电流互感器CTR1、用于测量定子电流的第二组电流互感器CTSl和用于测量转子电压的第一组电压互感器VTR1。各组包含η个互感器(η —般等于3)，每个与转子或定子的各相位相关。
[0031]在实施例中，仪表互感器还包括用于测量转子电压的第二组电压互感器。如下面描述的那样，该重复的第二组电压互感器可被用于提供转子电压互感器监视能力。
[0032]可以设想，图1的保护系统是冗余的保护系统，这在于它除了转子电流互感器CTR1、定子电流互感器CTSl和转子电压互感器VTRl以外还包括另外的转子电流互感器CTR2、另外的定子电流互感器CTS2和另外的转子电压互感器VTR2。
[0033]保护系统还包括被配置为接收来自仪表互感器CTRl、CTSl、VTRl (如果适用的话，以及来自重复的转子电压互感器)的测量值且在恒定采样率下对所述测量值采样的保护继电器Rl。
[0034]通过这种恒定采样率，并且，与频率跟踪技术相反，保护执行速率不在正常的运行期间随着可低至0.1Hz的跟踪转子频率减慢。
[0035]保护继电器Rl可通过接收和采样来自仪表互感器的测量值的合并单元MUl与仪表互感器CTR1、CTS1、VTR1(以及如果适用的话，与重复的转子电压互感器)连接，所采样的测量值被传送到以所述恒定采样率重新对测量值采样的保护继电器(特别是当合并单元不在恒定采样率下对测量值采样时，否则，保护继电器仅在相同的速率下重新采样)。
[0036]例如，保护继电器可以以80个采样/周期从合并单元接收所采样的测量值(该采样率是由IEC 61850-9-2 LE标准规定的采样率)。通过常规的仪表互感器，与数字变换器类似的常规的保护继电器以24个采样/周期进行采样。因此，当如本发明的情况那样与非常规的仪表互感器和合并单元一起使用继电器时，保护继电器将在80个采样/周期下所采样的测量值向下采样到要与现有保护继电器算法兼容的24个采样/周期。
[0037]在实施例中，保护继电器Rl包含与合并单元MUl通信的IEC 61850 9-2 LE兼容接口模块。用于从合并单元接收所采样的测量值的逻辑节点的分配可以如下:用于转子电流的IA-1、IB-1和IC-1 (电流互感器CTR1)、用于定子电流的IA_2、IB-2和IC_2(电流互感器CTS1)、用于转子电压的VA-1、VB-1和VC-1 (电压互感器VTR1)，以及，如果适用的话，用于来自重复的第二组的电压互感器的转子电压的VA-2、VB-2和VC-2(电压互感器VTR2)。
[0038]在实施例中，保护继电器Rl通过诸如以太网开关的中间开关SI与合并单元MUl通信。
[0039]图1的冗余系统包括分别通过各开关S1、S2通过各合并单元MU1、MU2与各组仪表互感器(用于保护继电器Rl的VTRl、CTRl、CTSl ;用于保护继电器R2的VTR2、CTR2、CTS2)连接的两个保护继电器R1、R2。另外，如图1所示，各开关S1、S2可被配置为从两个合并单元MU1、MU2接收测量值，使得各保护继电器Rl、R2也可分别从电压互感器VTR2和VTRl接收电压测量值。因此，各继电器Rl、R2接收可用于提供转子电压互感器监视能力的重复的电压测量值。
[0040]保护继电器Rl包含被配置为实施保护算法的至少一个保护模块。保护算法可利用在所述恒定采样率下所采样的测量值。保护算法也可利用分别在可变窗口内针对在所述恒定采样率下所采样的一系列的测量值所计算的