電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)及風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)及風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)一個(gè)電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的實(shí)施例，所述系統(tǒng)可包括：多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器；主變壓器，所述主變壓器具有單獨(dú)的磁路，以便來自所述多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器的匯合電流在所述變壓器中產(chǎn)生磁場(chǎng)，所述多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器電連接到所述主變壓器；以及轉(zhuǎn)換器控制裝置，所述轉(zhuǎn)換器控制裝置電連接到所述多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器和所述主變壓器。所述轉(zhuǎn)換器控制裝置可配置用于至少部分基于對(duì)電氣故障條件的檢測(cè)而中斷所述系統(tǒng)中的電流。
【專利說明】電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)及風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型總體上涉及一種轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，確切地說，涉及包括變壓器的替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，所述變壓器帶有用于共模電流生成的磁通量的單獨(dú)通路。
【背景技術(shù)】
[0002]由于世界廣泛關(guān)注使用化石燃料產(chǎn)生能量的不利結(jié)果，替代或可再生能量技術(shù)正不斷發(fā)展。風(fēng)能就是一個(gè)廣受歡迎的可再生能量。風(fēng)能的使用包括將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成更為實(shí)用的能量形式，例如電能。
[0003]在風(fēng)力機(jī)中，通過風(fēng)推動(dòng)與轉(zhuǎn)子相連的多片葉片來發(fā)電。風(fēng)致使葉片旋轉(zhuǎn)，并進(jìn)而推動(dòng)轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子軸連接到用于發(fā)電的發(fā)電機(jī)。轉(zhuǎn)子可以安裝在外殼或機(jī)艙內(nèi)，所述外殼或機(jī)艙置于構(gòu)架或管狀塔筒(有時(shí)高達(dá)300英尺)的頂部。公用級(jí)風(fēng)力機(jī)(例如，被設(shè)計(jì)成向公用電網(wǎng)供電的風(fēng)力機(jī))可以包括大型轉(zhuǎn)子(例如，直徑為100或以上英尺)。這些轉(zhuǎn)子的葉片可以將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)扭矩或力，所述發(fā)電機(jī)以旋轉(zhuǎn)方式通過齒輪箱連接到轉(zhuǎn)子。齒輪箱可以用于為發(fā)電機(jī)加快風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)子固有的低旋轉(zhuǎn)速度，以便有效地將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，然后提供到公用電網(wǎng)。一些風(fēng)力機(jī)所使用的發(fā)電機(jī)直接連接到轉(zhuǎn)子而不使用齒輪箱。風(fēng)力機(jī)中可以使用各種類型的發(fā)電機(jī)。
[0004]風(fēng)力機(jī)可以包括電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)通常用于將輸入電流轉(zhuǎn)換為所需的輸出頻率和電壓電平，所述輸入電流可以是固定頻率交流電、可變頻率交流電，或者直流電。轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)通常包括若干功率半導(dǎo)體開關(guān)，例如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、集成柵換向晶閘管(IGCT或GCT)，或者金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET)，這些開關(guān)以特定頻率打開，以生成所需的轉(zhuǎn)換器輸出電壓和頻率。所述轉(zhuǎn)換器輸出電壓隨后提供到多個(gè)負(fù)載。本說明書中所述的“負(fù)載”意圖廣泛地包括電動(dòng)機(jī)、電力網(wǎng)和電阻性負(fù)載等。
[0005]隨著風(fēng)力機(jī)所需的功率電平升高，一些風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)可能需要一起并行運(yùn)行的多個(gè)電能轉(zhuǎn)換器來獲得所需的額定功率。
[0006]圖1是包括多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的示意圖。電力系統(tǒng)100可以配置用于將電力提供給負(fù)載120。供應(yīng)的電力可以由發(fā)電機(jī)105產(chǎn)生，隨后提供給電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)110。電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)110可以包括轉(zhuǎn)換器110-1至110-N。轉(zhuǎn)換器110-1至Iio-N可以并行連接，并且配置用于從發(fā)電機(jī)105接收電力。電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)110可以轉(zhuǎn)換所接收的電力，并且將其通過給負(fù)載120。負(fù)載120可以包括電力網(wǎng)、電動(dòng)機(jī)、電阻性負(fù)載等。
[0007]電力系統(tǒng)100還可以包括轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)115。轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)115可以配置用于為電力系統(tǒng)100的操作提供控制信號(hào)。轉(zhuǎn)換器控制器系統(tǒng)115可以連接到電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)110，并且配置用于根據(jù)預(yù)定開關(guān)模式驅(qū)動(dòng)電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)110。由轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)115提供的預(yù)定開關(guān)模式可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器的同步選通，或者可以通過相移選通信號(hào)為每個(gè)轉(zhuǎn)換器線程提供一種交錯(cuò)控制方式，以便降低總體的開關(guān)諧波分量，原因是消除了相移開關(guān)波形。
[0008]在電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)110內(nèi)運(yùn)行的多個(gè)轉(zhuǎn)換器可以提供高可用性和低失真。但是，使用多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器的電力系統(tǒng)可以形成在并行轉(zhuǎn)換器之間流動(dòng)的共模電流，因而需要提供共式扼流圈，或者以其他方式隔離發(fā)電機(jī)側(cè)或者線路側(cè)的轉(zhuǎn)換器，以便中斷轉(zhuǎn)換器之間共模電流通路。
[0009]如圖2所示，在一些傳統(tǒng)電力系統(tǒng)200中，使用共式扼流圈來保護(hù)負(fù)載120和發(fā)電機(jī)105。在此類現(xiàn)有電力系統(tǒng)200中，電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)110包括發(fā)電機(jī)側(cè)的扼流圈205、直流(DC)鏈路215、負(fù)載側(cè)扼流圈220和并行轉(zhuǎn)換器210。發(fā)電機(jī)側(cè)扼流圈205和負(fù)載側(cè)扼流圈220抑制連接這兩個(gè)轉(zhuǎn)換器210的共模電流。
[0010]但是，此傳統(tǒng)解決方案可能十分昂貴且可靠性不足。此外，還需要考慮到電弧閃光事件的可能性，因?yàn)殡S著系統(tǒng)功率電平的提高，這些事件變得更為普遍。
[0011]因此，隨著電力系統(tǒng)所需的功率電平提高，需要提供具有一起運(yùn)行的多個(gè)電能轉(zhuǎn)換器的電力系統(tǒng)，隨后，還需要通過適當(dāng)?shù)姆绞絹韮?yōu)化并保護(hù)此類系統(tǒng)。根據(jù)本實(shí)用新型，這可以通過將多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器與多芯柱主變壓器相組合。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0012]本實(shí)用新型的實(shí)施例可以解決上述的一些或全部需求。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，本實(shí)用新型提供一種能源電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。所述電能轉(zhuǎn)換器可以包括:多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器；主變壓器，所述主變壓器具有至少一個(gè)單獨(dú)的磁路，所述磁路用于變壓器中由多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器中的電流總和產(chǎn)生的磁場(chǎng)，所述主變壓器電連接到多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器；以及轉(zhuǎn)換器控制裝置，所述轉(zhuǎn)換器控制裝置電連接到多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器。所述轉(zhuǎn)換器控制裝置可以配置用于至少部分基于對(duì)電氣故障條件的檢測(cè)而中斷系統(tǒng)中的電流。
[0013]根據(jù)另一示例性實(shí)施例，本實(shí)用新型提供一種風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可以包括并行電能轉(zhuǎn)換器裝置，所述裝置包括多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器和風(fēng)力發(fā)電機(jī)，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)電連接到所述并行電能轉(zhuǎn)換器裝置。所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以配置用于為所述并行電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)發(fā)電。所述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括:轉(zhuǎn)換器控制裝置，所述轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)器控制裝置連接到所述并行電能轉(zhuǎn)換器裝置并且配置用于減小系統(tǒng)中電氣故障的影響；以及主變壓器，所述主變壓器具有多芯柱鐵芯以及纏繞在多芯柱鐵芯的多個(gè)芯柱上的繞組。主變壓器可以具有單獨(dú)的磁路，用于變壓器中由多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器中電流總和產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
[0014]參照附圖來閱讀以下說明可以清楚地了解本實(shí)用新型的其他實(shí)施例和方面。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是包括多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的示意圖。
[0016]圖2是包括共模扼流圈的傳統(tǒng)電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的示意圖。
[0017]圖3是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的示意圖，所述替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)具有多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器和多芯柱變壓器。
[0018]圖4是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的另一示意圖，所述替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)具有多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器和多芯柱變壓器。
[0019]圖5是三芯柱變壓器的示意圖，所述三芯柱變壓器不具有用于共模通量的通路。
[0020]圖6是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的四芯柱變壓器的示意圖，所述四芯柱變壓器具有用于共模通量的通路。[0021]圖7是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的五芯柱變壓器的示意圖，所述五芯柱變壓器具有用于共模通量的通路。
[0022]圖8是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的六芯柱變壓器的示意圖，所述六芯柱變壓器具有用于共模通量的通路。
[0023]圖9是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的用于優(yōu)化替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的方法的流程圖。【具體實(shí)施方式】
[0024]本說明書中將參考附圖來更詳細(xì)地描述本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例，附圖中示出了一些但并非全部實(shí)施例。事實(shí)上，本實(shí)用新型可以通過許多不同形式實(shí)施并且不應(yīng)視作限于本說明中所述的實(shí)施例；相反，提供這些實(shí)施例的目的在于滿足適用的法律要求。附圖中相似的數(shù)字指代相似但并不必要相同或完全一致的元素。
[0025]本說明書中所述的特定示例性實(shí)施例可以用于使用變壓器(例如，多芯柱變壓器)來優(yōu)化電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，所述變壓器具有用于磁場(chǎng)的單獨(dú)通路，以為電力系統(tǒng)中的共模電流生成的通量提供通路。在本文件中，將參考示例性風(fēng)力系統(tǒng)來描述多個(gè)實(shí)施例；但是，這些實(shí)施例可以在各種電力系統(tǒng)中實(shí)施，包括，但不限于，水力系統(tǒng)、太陽能系統(tǒng)、潮汐能系統(tǒng)、波浪能系統(tǒng)、地?zé)崮芟到y(tǒng)、生物質(zhì)能系統(tǒng)等。
[0026]諸如風(fēng)力系統(tǒng)等現(xiàn)有電力系統(tǒng)可能需要一起并行運(yùn)行的多個(gè)轉(zhuǎn)換器來獲得所需的額定功率。為消除在并行轉(zhuǎn)換器之間流動(dòng)的共模電流，并且將電弧閃光事件(隨系統(tǒng)功率電平的升高而更為普遍)降至最少，可以在變壓器中配備用于電力系統(tǒng)中生成的共模電流的單獨(dú)磁路。
[0027]所述變壓器可以包括多芯柱變壓器，例如，四芯柱變壓器、五芯柱變壓器、六芯柱變壓器，或者具有用于共模通量的單獨(dú)磁路的任何變壓器。在本文件的剩余部分中，公用術(shù)語“多芯柱變壓器”將用于描述具有用于共模通量的單獨(dú)磁路的任何變壓器。
[0028]通過在具有多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器的電力系統(tǒng)中使用多芯柱變壓器，可以提供用于共模通量的通路，從而無需通過配備現(xiàn)有系統(tǒng)中所用的共模扼流圈來過濾掉系統(tǒng)中的共模噪聲。此外，使用多芯柱變壓器還無需通過隔離發(fā)電機(jī)側(cè)或線路側(cè)的轉(zhuǎn)換器來中斷轉(zhuǎn)換器之間的共模電流通路。此外，經(jīng)如此配置的具有多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器的電力系統(tǒng)，還能夠降低成本并提局可罪性。
[0029]本實(shí)用新型的另一方面包括以特定方式結(jié)合使用故障感測(cè)以及施加到轉(zhuǎn)換器能量的消除方法，以便在跳閘事件中保護(hù)轉(zhuǎn)換器并將發(fā)生電弧閃光事件的可能性降至最低。例如，可以確定感測(cè)和斷路元件的位置，以特別地將感測(cè)和斷路元件在電力系統(tǒng)中的作用最大化。
[0030]在特定的示例性實(shí)施例中，感測(cè)和斷路元件可以位于電力系統(tǒng)中的特定位置，以便最大化整體保護(hù)。例如，感測(cè)和斷路元件可以位于發(fā)電能(例如，發(fā)電機(jī))附近，以便保護(hù)電力系統(tǒng)的相對(duì)大型部分。在另一示例性實(shí)施例中，感測(cè)和斷路元件可以用于分別保護(hù)每個(gè)并行轉(zhuǎn)換器。
[0031]此外，轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)可以用于控制電力系統(tǒng)中的并行轉(zhuǎn)換器。所述轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)可以檢測(cè)、識(shí)別并隔離故障。例如，轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)的硬件和軟件部件可以用于執(zhí)行接地功能檢測(cè)。[0032]在所公開的示例性實(shí)施例中，可以通過謹(jǐn)慎考慮的斷路的組合和/或配置來提供具體的防護(hù)。對(duì)于所公開的每種配置，在保險(xiǎn)絲、斷路器、接觸器中進(jìn)行選擇，以便保護(hù)并斷開系統(tǒng)的各個(gè)區(qū)域。此外，對(duì)于所公開的每種配置，在諸如接地故障、快速過流跳閘、慢速過流跳閘等保護(hù)性感測(cè)以及逆功率檢測(cè)之間進(jìn)行選擇，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各個(gè)區(qū)域的故障感測(cè)。
[0033]在特定的示例性實(shí)施例中，具有并行轉(zhuǎn)換器的電力系統(tǒng)可以將多芯柱變壓器與各種保護(hù)機(jī)制相結(jié)合。該方法能夠進(jìn)一步降低與電力系統(tǒng)相關(guān)的總成本。
[0034]本實(shí)用新型某些實(shí)施例的技術(shù)效果可以包括提高使用多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器的風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的可靠性并降低成本。具體來說，提高可靠性并降低成本的方法可以是，無需通過使用一些傳統(tǒng)系統(tǒng)中所使用的共模扼流圈來過濾掉共模噪聲。本實(shí)用新型某些實(shí)施例的進(jìn)一步技術(shù)效果可以包括無需隔離發(fā)電機(jī)側(cè)或電網(wǎng)側(cè)的轉(zhuǎn)換器，這種措施通常用于傳統(tǒng)系統(tǒng)中，以防止共模電流在轉(zhuǎn)換器之間流動(dòng)。本實(shí)用新型某些實(shí)施例的進(jìn)一步技術(shù)效果可以包括將電弧閃光事件降至最少，隨著功率電平的提高，傳統(tǒng)系統(tǒng)中發(fā)生電弧閃光事件越來越普遍。
[0035]現(xiàn)在將參考附圖描述本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例。
[0036]圖3示出了替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)300的實(shí)施例，所述電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)包括多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器305和主變壓器360。替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)300可以包括發(fā)電機(jī)105、并行轉(zhuǎn)換器305、主變壓器360、公用電網(wǎng)375等。發(fā)電機(jī)105可以包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能發(fā)電機(jī)、潮汐能發(fā)電機(jī)、波浪能發(fā)電機(jī)等。
[0037]在風(fēng)力機(jī)應(yīng)用中，發(fā)電機(jī)105可以將輸入電力供應(yīng)給并行轉(zhuǎn)換器305，并通過主變壓器360進(jìn)一步供應(yīng)給公用電網(wǎng)375。盡管圖3中示出的是四個(gè)并行轉(zhuǎn)換器305，但是替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)300可以包括任何數(shù)量的并行轉(zhuǎn)換器305。并行轉(zhuǎn)換器305可以包括發(fā)電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)換器310 (DC/AC)和負(fù)載側(cè)轉(zhuǎn)換器315 (AC/DC)，每個(gè)轉(zhuǎn)換器均具有DC鏈路325(DC-Link)0此外，并行轉(zhuǎn)換器305可以包括保險(xiǎn)絲保護(hù)340和過濾器320，用于減小并行轉(zhuǎn)換器305中電壓波形的失真。
[0038]并行轉(zhuǎn)換器305可以連接到轉(zhuǎn)換器的斷路器350，以便與電網(wǎng)側(cè)電力隔離并且能夠在維修期間鎖定掛牌。斷路器350還可以在諸如過流事件、電壓瞬變等電氣故障條件下提供保護(hù)。斷路器350可以在負(fù)載側(cè)連接到主變壓器360，以便將轉(zhuǎn)換器電力輸出轉(zhuǎn)換為公用電網(wǎng)375的公用總線電壓，并且可以配置用于斷開并行轉(zhuǎn)換器305與主變壓器360之間的電流，以防止損壞系統(tǒng)。
[0039]主變壓器360是多芯柱變壓器，具有用于共模通量的至少一個(gè)單獨(dú)磁路。通過將多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器305與多芯柱主變壓器360結(jié)合使用，無需在系統(tǒng)中配備共模扼流圈，并且無需通過隔離發(fā)電機(jī)側(cè)或線路側(cè)的并行轉(zhuǎn)換器305來中斷并行轉(zhuǎn)換器305之間的共模電流通路。
[0040]替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)300能夠通過這些優(yōu)化來獲得低成本和高可靠性。此外，在主變壓器360中配備用于共模通量的單獨(dú)磁路也能夠降低發(fā)生電弧閃光事件的可能性，從而提高替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)300的安全性。
[0041]主變壓器360可以包括，但不限于，五芯柱變壓器、四芯柱變壓器，或者具有用于共模通量的至少一個(gè)單獨(dú)磁路的任何變壓器。
[0042]在一個(gè)示例性實(shí)施例中，主變壓器360的磁路數(shù)可以比系統(tǒng)中的相數(shù)(N)至少多一個(gè)(N+l)。
[0043]主變壓器360可以在負(fù)載側(cè)連接到發(fā)電機(jī)105的中壓(MV)開關(guān)裝置370，從而將包括并行轉(zhuǎn)換器305的發(fā)電機(jī)105的電力與公用電網(wǎng)375的電力相隔離。MV開關(guān)裝置370可以用于發(fā)電機(jī)和轉(zhuǎn)換器維修期間的轉(zhuǎn)換器鎖定上牌。
[0044]在一些實(shí)施例中，斷路器350和MV開關(guān)裝置370可以與保護(hù)繼電器協(xié)作，所述保護(hù)繼電器感測(cè)接地故障、電壓瞬變和其他跳閘指示，以及/并且在主變壓器360中使用其他電弧閃光檢測(cè)方法。保護(hù)繼電器功能可以是單獨(dú)的控制器，或者可以包括在一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器的硬件/軟件中。
[0045]此外，在一些實(shí)施例中，可以使用轉(zhuǎn)換器控制裝置(未圖示)。所述轉(zhuǎn)換器控制裝置可以包括軟件和硬件部件，并且可以通過新穎方式使用轉(zhuǎn)換器本地的儀表來檢測(cè)、識(shí)別并隔離故障，從而將現(xiàn)有技術(shù)擴(kuò)展到“接地故障檢測(cè)以外”。選擇最佳組合的所用具體保護(hù)措施，在謹(jǐn)慎考慮將部件隔離到不同機(jī)柜內(nèi)的情況下進(jìn)行連接至關(guān)重要。為了優(yōu)化每種解決方案，將特定部件的位置移動(dòng)到不同的機(jī)柜中，以加強(qiáng)保護(hù)。
[0046]此外，替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)300可以包括電流互感器(未圖示)，所述電流電壓器用于電流感測(cè)并且可以或者可以不位于主變壓器360內(nèi)部、并行轉(zhuǎn)換器305內(nèi)部，以及/或者主變壓器360與并行變壓器305之間的電纜上，以及斷路器350的任一側(cè)上。
[0047]在一些實(shí)施例中，替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)300可以包括感測(cè)和斷路元件，這些元件安裝在替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)300各處，用于檢測(cè)故障、跳閘指示并發(fā)出命令和/或中斷系統(tǒng)中的電流。例如，此類感測(cè)和斷路元件可以包括額外的保險(xiǎn)絲345，所述保險(xiǎn)絲可以位于主變壓器360內(nèi)部、并行轉(zhuǎn)換器305內(nèi)部，以及/或者變壓器360與并行轉(zhuǎn)換器305之間的電纜上，以及斷路器350的任一側(cè)上。在任何情況下，所述保險(xiǎn)絲均有效連接在主變壓器360的次級(jí)側(cè)上。系統(tǒng)不同區(qū)域中的電弧閃光保護(hù)級(jí)別將取決于額外保險(xiǎn)絲345的位置。根據(jù)一些示例性實(shí)施例，額外的保險(xiǎn)絲345可以位于主變壓器360附近?；诖祟愇恢?，額外的保險(xiǎn)絲345可以保護(hù)超出額外保險(xiǎn)絲345之外的較大量系統(tǒng)。
[0048]所述實(shí)施例提供一種新的轉(zhuǎn)換器保護(hù)方法，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化以及電弧閃光保護(hù)?？梢酝ㄟ^將故障感測(cè)與施加到轉(zhuǎn)換器305能量消除方法進(jìn)行謹(jǐn)慎的配合，可以在跳閘事件中保護(hù)轉(zhuǎn)換器305，以及將電弧閃光事件的能量降至最小。本實(shí)施例的另一方面是將提供保護(hù)的感測(cè)和斷路元件移動(dòng)到能量源附近，以保護(hù)電力系統(tǒng)的較大型部分。
[0049]圖4示出了感測(cè)和斷路元件的替代位置。圖4中的替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)400示出了與圖3中的替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)300類似的電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)；但是，替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)400包括用于每個(gè)并行轉(zhuǎn)換器305的斷路器350。如圖4所示，斷路器350可以位于每個(gè)并行轉(zhuǎn)換器305附近，以單獨(dú)隔離每個(gè)并行轉(zhuǎn)換器305的發(fā)電機(jī)側(cè)。斷路器350可以配置用于中斷相應(yīng)并行轉(zhuǎn)換器305與主變壓器360之間的電流，以防止損壞系統(tǒng)。
[0050]圖3和圖4所示的實(shí)施例公開了代表用于保護(hù)并斷開連接每個(gè)系統(tǒng)區(qū)域的一些示例性方法的配置。對(duì)于每個(gè)實(shí)施例，將實(shí)施保險(xiǎn)絲、斷路器和/或接觸器的特定組合，以提供電力系統(tǒng)保護(hù)的特定系統(tǒng)和方法。此外，還可以通過特定的實(shí)施例來實(shí)施保護(hù)感測(cè)，例如接地故障、快速過流跳閘、慢速過流跳閘，以及逆功率感測(cè)的概念，以便為電力系統(tǒng)的每個(gè)區(qū)域提供故障感測(cè)。因此，本實(shí)用新型特定實(shí)施例的一個(gè)技術(shù)效果可以通過在具有并行轉(zhuǎn)換器的風(fēng)力機(jī)中將多芯柱變壓器與特定保護(hù)機(jī)制相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，能夠相對(duì)于傳統(tǒng)系統(tǒng)和方法而降低電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的總成本，同時(shí)提高可靠性。
[0051]替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的實(shí)施例中所用的多芯柱變壓器可以是六芯柱變壓器、五芯柱變壓器、四芯柱變壓器，或者具有用于共模通量的單獨(dú)磁路的任何變壓器。
[0052]圖5是三芯柱變壓器500的示意圖，所述三芯柱變壓器不具有用于共模通量的通路。三芯柱變壓器500包括具有芯柱520、525和530的鐵芯，每個(gè)芯柱分別具有繞組505、510和515。因此，三芯柱500的全部三個(gè)芯柱520-530分別具有繞組505-515，因此三芯柱變壓器500不提供用于共模通量的單獨(dú)磁路。
[0053]圖6是四芯柱變壓器600的示意圖，所述四芯柱變壓器具有用于共模通量的通路。四芯柱變壓器包括具有芯柱620、625、630和635的鐵芯。芯柱620、625和630分別具有繞組605、610和615，而芯柱635不具有繞組。因此，芯柱635提供用于共模通量的單獨(dú)磁路。當(dāng)用于替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)300或替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)400中時(shí)，四芯柱變壓器600可以為變壓器中由來自并行轉(zhuǎn)換器305的電流總和產(chǎn)生的磁場(chǎng)提供單獨(dú)的磁路。
[0054]圖7是五芯柱變壓器700的示意圖，所述五芯柱變壓器具有用于共模通量的通路。五芯柱變壓器700包括具有芯柱720、725、730、735和740的鐵芯。芯柱720、725和730分別具有繞組705、Π0和Π5，而芯柱735和740不具有繞組。因此，芯柱735和740提供用于共模通量的單獨(dú)磁路。當(dāng)用于替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)300或替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)400中時(shí)，五芯柱變壓器700可以為變壓器中由來自并行轉(zhuǎn)換器305的電流總和產(chǎn)生的磁場(chǎng)提供單獨(dú)的磁路。
[0055]圖8是六芯柱變壓器800的示意圖，所述六芯柱變壓器具有用于共模通量的通路。六芯柱變壓器800包括具有芯柱830、835、840、845、850和855的鐵芯。芯柱830、840和850分別具有繞組805、810和815，而芯柱835、845和855不具有繞組。因此，芯柱835、845和855提供用于共模通量的單獨(dú)磁路。當(dāng)用于替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)300或替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)400中時(shí)，六芯柱變壓器800可以為變壓器中由來自并行轉(zhuǎn)換器305的電流總和產(chǎn)生的磁場(chǎng)提供單獨(dú)的磁路。
[0056]圖9是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的方法900的流程圖。方法900可以由圖3和圖4所示的替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)300或替代電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)400及其對(duì)應(yīng)的部件實(shí)施。方法900可以從塊905開始，其為變壓器中由來自多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器的電流總和產(chǎn)生的磁場(chǎng)提供至少一個(gè)單獨(dú)磁路。所述至少一個(gè)單獨(dú)的磁路可以用主變壓器的至少一個(gè)芯柱表示。主變壓器可以是圖6、7和8中所示的一個(gè)變壓器。
[0057]在塊910中，方法900包括至少部分基于對(duì)電氣故障條件的檢測(cè)而中斷系統(tǒng)中的電流。方法900將在塊910之后結(jié)束。
[0058]將參考根據(jù)本實(shí)用新型示例性實(shí)施例的系統(tǒng)、方法、設(shè)備和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的方框圖。應(yīng)了解，方框圖中的至少一些方框，以及方框圖中的方框組合分別可以至少部分地由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)施。這些計(jì)算機(jī)程序指令可以加載到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、基于硬件的專用計(jì)算機(jī)，或者其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備中，以構(gòu)成一種機(jī)器，以便借助在計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備中執(zhí)行的指令來實(shí)施方框圖中至少一些方框的功能，或者所述方框圖中的方框組合的功能。
[0059]這些計(jì)算機(jī)程序指令還可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)中，此類存儲(chǔ)器可以指示計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式運(yùn)作，以便存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中的指令能夠構(gòu)成一種制品，其中包括實(shí)施一個(gè)或多個(gè)方框中指定的功能的指令方法。所述計(jì)算機(jī)程序指令還可以加載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備中，以觸發(fā)在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備中執(zhí)行的一系列操作步驟以構(gòu)成一種計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備中執(zhí)行的指令提供用于執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。
[0060]本說明書中所述系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部件以及方法的一個(gè)或多個(gè)元素可以通過在計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)上運(yùn)行的應(yīng)用程序來實(shí)施。這些部件或方法元素可以通過其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置來實(shí)踐，包括手持式裝置、多處理器系統(tǒng)、基于微處理器或可編程消費(fèi)電子裝置、微型計(jì)算機(jī)、主計(jì)算機(jī)等。
[0061]作為本說明書中所述系統(tǒng)和方法的部件的應(yīng)用程序可以包括例程、程序、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，用以實(shí)施特定的抽象數(shù)據(jù)類型并執(zhí)行特定任務(wù)或操作。在分布式計(jì)算環(huán)境中，應(yīng)用程序(完整或部分)可以位于本地存儲(chǔ)器或者其他存儲(chǔ)器中。附加地或者替代地，應(yīng)用程序(完整或部分)可以位于遠(yuǎn)程內(nèi)存或存儲(chǔ)器中，以考慮到任務(wù)由通過通信網(wǎng)絡(luò)連接的遠(yuǎn)程處理裝置執(zhí)行的情況。
[0062]應(yīng)認(rèn)識(shí)到，本說明書中所述的技術(shù)可以通過許多形式實(shí)施，并不限于上述的示例性實(shí)施例。因此應(yīng)了解，本實(shí)用新型并不限于所公開的具體實(shí)施例，各種修改和其他實(shí)施例也意圖包括在隨附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。盡管本說明書中采用了特定的術(shù)語，但是這些術(shù)語具有通用意義并且僅用于說明，并不用于限定。
【權(quán)利要求】
1.一種電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器； 電連接到所述多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器的主變壓器，所述主變壓器具有至少一個(gè)單獨(dú)磁路，以便來自所述多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器的匯合電流在所述變壓器中產(chǎn)生磁場(chǎng)；以及 轉(zhuǎn)換器控制裝置，所述轉(zhuǎn)換器控制裝置電連接到所述多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器和所述主變壓器，并且配置用于至少部分基于對(duì)電氣故障條件的檢測(cè)而中斷所述系統(tǒng)中的電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括以下一項(xiàng)或多項(xiàng): 風(fēng)力發(fā)電機(jī)，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)電連接到所述多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器、所述主變壓器和所述轉(zhuǎn)換器控制裝置；以及 電力網(wǎng)，所述電力網(wǎng)電連接到所述多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器、所述主變壓器和所述轉(zhuǎn)換器控制裝置中的一項(xiàng)或多項(xiàng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述主變壓器包括多個(gè)磁路，所述多個(gè)磁路的數(shù)目比相數(shù)至少多一個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括通用斷路器，所述通用斷路器配置用于: 檢測(cè)所述系統(tǒng)中的電氣故障條件；以及 基于所述檢測(cè)，選擇性地中斷所述多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器與所述主變壓器之間的電流，以防止損壞所述系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括多個(gè)斷路器，每個(gè)斷路器對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)轉(zhuǎn)換器，所述多個(gè)斷路器中的每個(gè)斷路器配置用于: 檢測(cè)對(duì)應(yīng)的并行轉(zhuǎn)換器中的電氣故障條件；以及 基于所述檢測(cè)，中斷所述對(duì)應(yīng)的并行轉(zhuǎn)換器與所述主變壓器之間的電流，以防止損壞所述系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括安裝在所述電能轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)各處的一個(gè)或多個(gè)傳感器以及一個(gè)或多個(gè)斷路器，所述轉(zhuǎn)換器控制裝置配置用于: 從一個(gè)或多個(gè)傳感器接收故障數(shù)據(jù)；以及 基于所述故障數(shù)據(jù)，選擇性地指示所述一個(gè)或多個(gè)斷路器中斷所述系統(tǒng)中的電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括位于以下一項(xiàng)或多項(xiàng)內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)保險(xiǎn)絲:所述多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)轉(zhuǎn)換器、電流互感器、所述主變壓器、所述并行轉(zhuǎn)換器與所述主變壓器之間的電纜，以及斷路器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)保險(xiǎn)絲位于所述主變壓器中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)電流互感器，所述一個(gè)或多個(gè)電流互感器位于以下一項(xiàng)或多項(xiàng)內(nèi):所述主變壓器、轉(zhuǎn)換器，以及斷路器的任一側(cè)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)斷路器，所述斷路器配置用于在所述系統(tǒng)的維修期間中斷電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述主變壓器包括多芯柱變壓器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述多芯柱變壓器包括具有一個(gè)或多個(gè)芯柱的變壓器，所述變壓器沒有繞組來 為所述多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的所述磁場(chǎng)提供所述至少一個(gè)單獨(dú)磁路。
13.—種風(fēng)力機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，包括:包括多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器的并行電能轉(zhuǎn)換器裝置； 風(fēng)力發(fā)電機(jī)，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)配置用于為所述并行電能轉(zhuǎn)換器裝置發(fā)電，其中所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)電連接到所述并行電能轉(zhuǎn)換器裝置； 轉(zhuǎn)換器控制裝置，所述轉(zhuǎn)換器控制裝置連接到所述并行電能轉(zhuǎn)換器裝置并且配置用于減小所述系統(tǒng)中電氣故障的影響；以及 主變壓器，所述主變壓器具有多芯柱鐵芯以及圍繞所述多芯柱鐵芯的多個(gè)芯柱的繞組，其中為來自所述多個(gè)并行轉(zhuǎn)換器的匯合電流在所述主變壓器中產(chǎn)生磁場(chǎng)提供至少一個(gè)磁路 。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK203607861SQ201320499405
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月15日
【發(fā)明者】R.G.沃戈納 申請(qǐng)人:通用電氣公司