用于保護電機的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本主題內(nèi)容總體上涉及電機，并且更特別地，涉及一種用于在與一個或者多個電機連接的電系統(tǒng)上的電網(wǎng)故障期間保護一個或者多個電機的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一般地，風(fēng)力渦輪發(fā)電機包括具有轉(zhuǎn)子的渦輪機，該轉(zhuǎn)子包括具有多個葉片的可旋轉(zhuǎn)中樞組件。葉片將機械風(fēng)能變換成經(jīng)由轉(zhuǎn)子驅(qū)動一個或者多個發(fā)電機的機械旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。發(fā)電機一般地、但是并不總是通過變速裝置旋轉(zhuǎn)地耦合到轉(zhuǎn)子。變速裝置向上步進(jìn)用于發(fā)送機的轉(zhuǎn)子的固有低轉(zhuǎn)速以將旋轉(zhuǎn)機械能高效地轉(zhuǎn)換成經(jīng)由至少一個電連接向電網(wǎng)中饋送電能。無變速直接驅(qū)動風(fēng)力渦輪發(fā)電機也存在。轉(zhuǎn)子、發(fā)電機、變速裝置和其它部件通常被裝配在殼或者艙內(nèi)，該殼或者艙被定位在基部上面，該基部可以是桁架或者管狀塔。
[0003]一些風(fēng)力渦輪發(fā)電機配置包括雙饋感應(yīng)發(fā)電機(DFIG)。這樣的配置也可以包括用來從與電力電網(wǎng)連接的連接之一向纏繞的發(fā)電機轉(zhuǎn)子傳輸發(fā)電機勵磁功率的電力轉(zhuǎn)換器。另外，這樣的轉(zhuǎn)換器與DFIG合并也在電網(wǎng)與發(fā)電機之間傳輸電力以及從與電力電網(wǎng)連接的連接之一向纏繞的發(fā)電機轉(zhuǎn)子傳輸發(fā)電機勵磁功率。備選地，一些風(fēng)力禍輪發(fā)電機包括、但不限于備選類型的感應(yīng)發(fā)電機、永磁體(PM)同步發(fā)電機和電勵磁的同步發(fā)電機以及開關(guān)磁阻發(fā)電機。
[0004]這些備選配置也可以包括用來如以上描述的那樣轉(zhuǎn)換頻率并且在電網(wǎng)與發(fā)電機之間傳輸電力的電力轉(zhuǎn)換器。在一些實例中，發(fā)電源、比如以上描述的風(fēng)力渦輪發(fā)電機可以位于與它們服務(wù)于的負(fù)載遠(yuǎn)離的遙遠(yuǎn)區(qū)域中。通常，這些發(fā)電源通過電系統(tǒng)、比如長傳輸線連接到電網(wǎng)。這些傳輸線使用一個或者多個斷路器連接到電網(wǎng)。在一些實例中，電網(wǎng)故障可能在這些電系統(tǒng)上出現(xiàn)。這樣的電網(wǎng)故障可以引起如果未采取保護動作則可能有破壞地影響一個或者多個電機的高電壓事件、低電壓事件、零電壓事件等。在一些實例中，可能通過斷開電系統(tǒng)的一個或者多個相導(dǎo)體從而造成一個或者多個電機中的至少一個電機的孤島來引起這些電網(wǎng)故障。這些電機由于在電網(wǎng)側(cè)突然跳開傳輸線斷路器或者以別的方式斷開這些傳輸線而發(fā)電源在重負(fù)荷之下而孤島可能造成傳輸線上的過電壓，該過電壓可能導(dǎo)致?lián)p壞發(fā)電源或者與發(fā)電源關(guān)聯(lián)的設(shè)備、比如轉(zhuǎn)換器和逆變器。孤島一般需要受影響的一個或者多個電機的至少部分與電系統(tǒng)脫離連接以防止損壞電機或者與電機關(guān)聯(lián)的裝備。然而，在其它實例中，電網(wǎng)故障可以不是孤島而可以是對電系統(tǒng)的短期偏差。在這些實例中，希望保持受影響的電機連接到電系統(tǒng)并且制定穿越(ride-through)過程、比如高電壓穿越(HVRT)、低電壓穿越(LVRT)和零電壓穿越(ZVRT)。在通過引用而完全地合并于此并且成為其一部分的、分別提交于2011年12月12日的美國專利公開號U.S.20120133343 Al (申請?zhí)?3/323309);授權(quán)于2008年I月22日的美國專利號7，321，221 ；以及授權(quán)于2005年7月26日的美國專利號6，921，985中描述用于HVRT、ZVRT和LVRT的示例系統(tǒng)和方法。
[0005]無法恰當(dāng)?shù)貦z測和管理風(fēng)力渦輪機或者其它發(fā)電機系統(tǒng)中的孤島事件的出現(xiàn)可能尤其在發(fā)電系統(tǒng)使用雙饋感應(yīng)發(fā)電機拓?fù)鋾r對那些系統(tǒng)很有損壞。在上游斷路器斷開風(fēng)力農(nóng)場或者其它發(fā)電系統(tǒng)并且讓風(fēng)力農(nóng)場或者其它發(fā)電系統(tǒng)從電網(wǎng)隔離時，風(fēng)力農(nóng)場所見ac電壓可能在數(shù)毫秒內(nèi)達(dá)到危險水平。這一高ac電壓在如下系統(tǒng)上更為極端，在這些系統(tǒng)中，與電網(wǎng)的其余連接具有視為分流電容的電力線的明顯長度。該事件也具有損壞程度隨著個別風(fēng)力渦輪機的電力輸出增加而更高的可能性，例如如果它們在高風(fēng)力期間處于超負(fù)荷狀況。
[0006]因而，將在本技術(shù)中歡迎一種改進(jìn)的系統(tǒng)和/或方法，該系統(tǒng)和/或方法在與一個或者多個電機連接的電系統(tǒng)上的電網(wǎng)故障期間保護一個或者多個電機。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一方面，提供一種在與一個或者多個電機連接的電系統(tǒng)上的電網(wǎng)故障期間保護一個或者多個電機的方法。該方法包括:檢測電系統(tǒng)上的電網(wǎng)故障，其中檢測電網(wǎng)故障包括檢測電網(wǎng)故障是否包括高電壓事件或者另一電網(wǎng)故障事件；基于電系統(tǒng)上的檢測到的電網(wǎng)故障從第一動作集合采取一個或者多個第一動作；在基于電系統(tǒng)上的檢測到的電網(wǎng)故障從第一動作集合采取一個或者多個第一動作之后檢測電系統(tǒng)的至少一個操作狀況；以及基于電系統(tǒng)的檢測到的至少一個操作狀況從第二動作集合采取一個或者多個第二動作。
[0008]在另一方面，提供另一種在與一個或者多個電機連接的電系統(tǒng)上的電網(wǎng)故障期間保護一個或者多個電機的方法。該方法包括:將一個或者多個電機連接到交流(AC)電力系統(tǒng)，其中AC電力系統(tǒng)被配置為向一個或者多個電機傳輸電力的至少一個相或者從一個或者多個電機接收電力的至少一個相；將控制系統(tǒng)的至少部分電耦合到AC電力系統(tǒng)的至少部分；耦合控制系統(tǒng)的至少部分與一個或者多個電機的至少部分電子數(shù)據(jù)通信；基于控制系統(tǒng)監(jiān)視的一個或者多個狀況監(jiān)視AC電力系統(tǒng)的電網(wǎng)故障，其中檢測AC電力系統(tǒng)上的電故障包括檢測電網(wǎng)故障是否包括高電壓或者另一電網(wǎng)故障事件；通過控制系統(tǒng)基于AC電網(wǎng)系統(tǒng)上的檢測到的電網(wǎng)故障從第一動作集合采取一個或者多個第一動作；通過控制系統(tǒng)在基于AC電網(wǎng)系統(tǒng)上的檢測到的電網(wǎng)故障從第一動作集合采取一個或者多個第一動作之后檢測AC電力系統(tǒng)的至少一個操作狀況；以及通過控制系統(tǒng)基于AC電力系統(tǒng)的至少一個檢測到的操作狀況從第二動作集合采取一個或者多個第二動作。
[0009]在另一方面，提供一種用于在與一個或者多個電機連接的電系統(tǒng)上的電網(wǎng)故障期間保護一個或者多個電機的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:連接到交流(AC)電力系統(tǒng)的一個或者多個電機，其中AC電力系統(tǒng)被配置為向一個或者多個電機傳輸電力的至少一個相或者從一個或者多個電機接收電力的至少一個相；以及控制系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)電耦合到AC電力系統(tǒng)的至少部分并且控制系統(tǒng)的至少部分被耦合與一個或者多個電機的至少部分電子數(shù)據(jù)通信，以及其中控制系統(tǒng)包括控制器并且控制器被配置為:檢測AC電力系統(tǒng)上的電網(wǎng)故障，其中檢測電系統(tǒng)上的電網(wǎng)故障包括檢測電網(wǎng)故障是否包括高電壓事件或者另一電網(wǎng)故障事件；基于電系統(tǒng)上的檢測到的電網(wǎng)故障從第一動作集合采取一個或者多個第一動作；在基于AC電力系統(tǒng)上的檢測到的電網(wǎng)故障從第一動作集合采取一個或者多個第一動作之后檢測AC電力系統(tǒng)的至少一個操作狀況；以及基于AC電力系統(tǒng)的檢測到的至少一個操作狀況從第二動作集合采取一個或者多個第二動作。
[0010]參考以下說明和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將得到更好的理解。合并于此并構(gòu)成本說明書的一部分的附圖描述了本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
【附圖說明】
[0011]在參照附圖的說明書中闡述向本領(lǐng)域技術(shù)人員的、本發(fā)明的實施例的完全和實現(xiàn)公開內(nèi)容、包括其最佳實施方式，在附圖中:
[0012]圖1是示例風(fēng)力渦輪發(fā)電機的示意圖；
[0013]圖2是可以與圖1中所示風(fēng)力渦輪發(fā)電機使用的示例電和控制系統(tǒng)的示意圖；
[0014]圖3圖示根據(jù)本主題內(nèi)容的方面的可以在控制器或者接收指示電網(wǎng)故障的信號的任何其它計算設(shè)備的一個實施例內(nèi)包括的適當(dāng)部件的一個實施例的框圖；
[0015]圖4是圖示在與一個或者多個電機、比如風(fēng)力渦輪發(fā)電機連接的電系統(tǒng)上的電網(wǎng)故障期間保護一個或者多個電機的方法的一個實施例的流程圖；
[0016]圖5A圖示用于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)換器的示例控制方案；
[0017]圖5B圖示線轉(zhuǎn)換器的示例控制方案；
[0018]圖6圖示用于通過鉗位轉(zhuǎn)子的勵磁電壓來保護DFIG的轉(zhuǎn)子電壓鉗位控制方案的一個實施例；以及
[0019]圖7是圖示在與一個或者多個電機、比如風(fēng)力渦輪發(fā)電機連接的電系統(tǒng)上的電網(wǎng)故障期間保護一個或者多個電機的方法的另一實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0020]在公開和描述本方法和系統(tǒng)之前，理解方法和系統(tǒng)不限于具體綜合方法、具體部件或者具體組成。也將理解這里描述的技術(shù)僅用于描述具體實施例而未旨在于限制。
[0021]如在說明書和所附權(quán)利要求中使用的那樣，除非上下文另有明示，單數(shù)形式“一個/ 一種”和“該”包括復(fù)數(shù)引用。這里，范圍可以表達(dá)為從“大約” 一個特定值和/或到“大約”另一特定值。在表達(dá)這樣的范圍時，另一實施例包括從一個特定值和/或到另一特定值。相似地，在通過使用先行詞“大約”來表達(dá)值為近似時，將理解特定值形成另一實施例。還將理解每個范圍的端點既相對于另一端點又獨立于另一端點而有意義。
[0022]“可選”或者“可選地”意味著隨后描述的事件或者境況可以出現(xiàn)或者可以不出現(xiàn)并且該描述包括其中所述事件或者境況出現(xiàn)的實例和其中它未出現(xiàn)的實例。
[0023]貫穿本說明書的描述和權(quán)利要求，字眼“包括(comprise) ”和該字眼的變化、比如“包括(comprising) ”和“包括(comprises) ”意味著“包括、但不限于”而并非旨在于例如排除其它添加、部件、整件或者步驟?！笆纠币馕吨?.....的示例”未旨在于傳達(dá)優(yōu)選或者理想實施例的指示?！氨热纭辈皇窃谙拗埔饬x上使用的而是用于說明的目的。
[0024]公開可以用來執(zhí)行公開的方法和系統(tǒng)的部件。這里公開這些和其它部件，并且理解在公開是這些部件的組合、子集、交集、成組等時，盡管可以未顯式地公開這些部件的每個各種個別和集體組合和排列的具體引用，但是這里對于所有方法和系統(tǒng)具體地設(shè)想和描述每個組合和排列。這適用于本申請的所有方面、包括、但不限于公開的方法中的步驟。因此，如果有可以執(zhí)行的多種附加步驟，則理解可以用公開的方法的任何具體實施例或者實施例組合執(zhí)行這些附加步驟中的每個附加步驟。
[0025]可以通過參照優(yōu)選實施例的以下具體描述和其中包括的示例以及參照附圖及其先前和以下描述更容易理解本方法和系統(tǒng)。
[0026]這里總體地公開在與一個或者多個電機連接的電系統(tǒng)上的電網(wǎng)故障期間保護一個或者多個電機的系統(tǒng)和方法。這樣的電機可以例如包括電馬達(dá)、發(fā)電機和與這樣的電機關(guān)聯(lián)的任何輔助裝備，這些發(fā)電機例如包括風(fēng)力渦輪發(fā)電機、太陽能/光伏發(fā)電裝置等。在一方面，本發(fā)明的實施例公開用于迅速地檢測連接到一個或者多個風(fēng)力渦輪發(fā)電機的電系統(tǒng)上的電網(wǎng)故障、確定已經(jīng)出現(xiàn)的電網(wǎng)故障類型、基于確定的電網(wǎng)故障類型從第一動作集合采取動作以保護一個或者多個風(fēng)力渦輪發(fā)電機和任何輔助裝備免于電網(wǎng)故障引起的電瞬態(tài)、孤島事件、在基于電系統(tǒng)上的確定的電網(wǎng)故障類型從第一動作集合采取一個或者多個第一動作之后檢測電系統(tǒng)的至少一個操作狀況以及基于電系統(tǒng)的檢測到的至少一個操作狀況從第二動作集合采取一個或者多個第二動作的系統(tǒng)和方法。
[0027]圖1是示例風(fēng)力渦輪發(fā)電機100的示意圖。風(fēng)力渦輪發(fā)電機100包括容納發(fā)電機(在圖1中未示出)的艙102。艙102被裝配在塔104上(在圖1中示出塔104的部分)。塔104可以是有助于如這里描述的風(fēng)力渦輪機100的操作的任何高度。風(fēng)力渦輪機100也包括轉(zhuǎn)子106，該轉(zhuǎn)子包括附著到旋轉(zhuǎn)中樞110的三個轉(zhuǎn)子葉片108。備選地，風(fēng)力渦輪機100包括有助于如這里描述的風(fēng)力渦輪機100的操作的任何數(shù)目的葉片108。在示例實施例中，風(fēng)力渦輪機100包括旋轉(zhuǎn)地耦合到轉(zhuǎn)子106的變速裝置(在圖1中未示出)和發(fā)電機(在圖1中未示出)。
[0028]圖2是可以與風(fēng)力渦輪發(fā)電機100 (在圖1中示出)一起使用的示例電和控制系統(tǒng)200的示意圖。轉(zhuǎn)子106包括耦合到旋轉(zhuǎn)中樞110的多個