具有電阻制動能力的發(fā)電系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及電能轉(zhuǎn)換，以及更具體地，涉及用于連接到電力網(wǎng)、具有低慣性矩的小型發(fā)電機(jī)組的電阻制動能力的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]分布式能源(DER)系統(tǒng)是通常在從3 kW至10000 kW的范圍中的小型發(fā)電機(jī)，其從各種源生成功率，并且將所生成功率傳送到連接至發(fā)電機(jī)的電網(wǎng)。電網(wǎng)可以是電力網(wǎng)或孤島電網(wǎng)。此外，電網(wǎng)收集從多個發(fā)電機(jī)所生成的功率，并且將功率傳輸?shù)讲煌恢没蛘咭粋€或多個客戶負(fù)載。通常，DER系統(tǒng)是對傳統(tǒng)電功率系統(tǒng)的替代或增強(qiáng)。小型發(fā)電機(jī)可由小型燃?xì)鉁u輪機(jī)來供電，或者可包括例如燃料電池和/或風(fēng)力發(fā)電機(jī)。DER系統(tǒng)降低傳送電力中損失的能量的量，因為電力在極為接近它被使用的位置，也許甚至在同一大樓中生成。DER系統(tǒng)還減少必須被構(gòu)造的電力線的大小和數(shù)量。然而，由于分布式發(fā)電的增加使用，許多電網(wǎng)規(guī)則正要求小型發(fā)電機(jī)組提供增強(qiáng)的能力，例如故障電壓穿越。
[0003]當(dāng)電功率系統(tǒng)中的故障發(fā)生時，系統(tǒng)中的電壓可能在短時間持續(xù)時間(通常小于500毫秒)下降顯著的量，直到清除故障。諸如相導(dǎo)體連接到地(或者接地故障)或者相導(dǎo)體的短路的故障在閃電和暴風(fēng)期間或者因傳輸線意外連接到地而可能發(fā)生。以往在無意故障和大功率擾動環(huán)境下，小型發(fā)電機(jī)組每當(dāng)電壓降發(fā)生時跳閘脫機(jī)已經(jīng)是可接受和期望的。以這樣的方法操作在小型發(fā)電機(jī)組的滲透水平低時對電力供應(yīng)沒有實際有害影響。然而，隨著小型發(fā)電機(jī)組在電功率系統(tǒng)中的滲透增加，這些小型發(fā)電機(jī)組保持在線并且穿越這樣的低電壓條件，以保持與電力網(wǎng)同步，并且以能夠在清除故障之后繼續(xù)向電網(wǎng)供應(yīng)功率是期望的。這類似于對大型發(fā)電機(jī)組所施加的要求。
[0004]因此，確定將會解決上述問題的方法和系統(tǒng)是期望的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]按照本發(fā)明的實施例，提供了發(fā)電系統(tǒng)。所述發(fā)電系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)，其操作耦合至發(fā)動機(jī)，用于生成電功率并且向電網(wǎng)供應(yīng)電功率。此外，所述發(fā)電系統(tǒng)包括電阻制動系統(tǒng)，其操作耦合在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間。電阻制動系統(tǒng)包括:機(jī)械開關(guān)，與電阻器并聯(lián)連接；以及控制器，用于響應(yīng)電網(wǎng)事件而控制來自發(fā)動機(jī)的功率，并且操作機(jī)械開關(guān)以在機(jī)械開關(guān)與并聯(lián)連接電阻器之間重定向電流。
[0006]按照本公開的另一方面，提供了從發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)供應(yīng)電功率的方法，其中發(fā)電機(jī)耦合至連接在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間的電阻制動系統(tǒng)。電阻制動系統(tǒng)包括與電阻器并聯(lián)連接的機(jī)械開關(guān)。所述方法包括在正常操作條件下通過機(jī)械開關(guān)向電網(wǎng)供應(yīng)電功率。此外，所述方法包括在檢測到電網(wǎng)事件時:(a)控制到發(fā)電機(jī)的功率；以及(b)操作機(jī)械開關(guān)，使得來自發(fā)電機(jī)的電流在機(jī)械開關(guān)與電阻器之間重定向。
[0007]技術(shù)方案1:一種發(fā)電系統(tǒng)，包括:
發(fā)電機(jī)，操作耦合至發(fā)動機(jī)，用于生成電功率并且向電網(wǎng)供應(yīng)所述電功率； 電阻制動系統(tǒng)，操作耦合在所述發(fā)電機(jī)與所述電網(wǎng)之間，所述電阻制動系統(tǒng)包括:
機(jī)械開關(guān)，與電阻器并聯(lián)連接；以及
控制器，用于響應(yīng)電網(wǎng)事件而控制來自所述發(fā)動機(jī)的功率，并且操作所述機(jī)械開關(guān)以在所述機(jī)械開關(guān)與所述并聯(lián)連接電阻器之間重定向電流。
[0008]技術(shù)方案2:如技術(shù)方案I所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器配置成當(dāng)檢測到所述電網(wǎng)事件時發(fā)送第一控制信號以部分或完全切斷所述發(fā)動機(jī)的點火裝置，以控制來自所述發(fā)動機(jī)的功率。
[0009]技術(shù)方案3:如技術(shù)方案2所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器配置成當(dāng)檢測到所述電網(wǎng)事件時發(fā)送第二控制信號以斷開所述機(jī)械開關(guān)，其中所述機(jī)械開關(guān)在第一預(yù)定時間之前斷開。
[0010]技術(shù)方案4:如技術(shù)方案3所述的系統(tǒng)，其中，所述電阻器充分確定大小用于當(dāng)所述機(jī)械開關(guān)斷開時吸收來自所述發(fā)電機(jī)的某些量的電功率和能量。
[0011]技術(shù)方案5:如技術(shù)方案3所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器配置成在所述第一預(yù)定時間之后發(fā)送第三控制信號以部分或完全接通所述發(fā)動機(jī)的所述點火裝置。
[0012]技術(shù)方案6:如技術(shù)方案5所述的系統(tǒng)，其中所述控制器配置成基于來自所述發(fā)動機(jī)的所述受控制的功率來調(diào)節(jié)所述發(fā)電機(jī)的速度。
[0013]技術(shù)方案7:如技術(shù)方案I所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器配置成如果在自所述電網(wǎng)事件發(fā)生起的第二預(yù)定時間之前清除所述電網(wǎng)事件則發(fā)送第四控制信號以閉合所述機(jī)械開關(guān)。
[0014]技術(shù)方案8:如技術(shù)方案7所述的系統(tǒng)，其中所述控制器配置成如果在所述第二預(yù)定時間之后所述電網(wǎng)事件繼續(xù)，則發(fā)送第五控制信號以切斷所述發(fā)動機(jī)的所述點火裝置。
[0015]技術(shù)方案9:如技術(shù)方案I所述的系統(tǒng)，其中所述控制器配置成基于輸入信號來檢測所述電網(wǎng)事件。
[0016]技術(shù)方案10:如技術(shù)方案9所述的系統(tǒng)，其中，所述輸入信號包括電壓信號、電流信號、發(fā)電機(jī)功率信號、速度信號、轉(zhuǎn)子角度信號、發(fā)動機(jī)功率信號、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩信號或者它們的任何組合。
[0017]技術(shù)方案11:如技術(shù)方案I所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)動機(jī)包括燃?xì)鉁u輪機(jī)、燃?xì)獍l(fā)動機(jī)或者風(fēng)力渦輪機(jī)。
[0018]技術(shù)方案12:—種從耦合至電阻制動系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)供應(yīng)電功率的方法，所述電阻制動系統(tǒng)連接在所述發(fā)電機(jī)與所述電網(wǎng)之間，所述電阻制動系統(tǒng)包括與電阻器并聯(lián)連接的機(jī)械開關(guān)，所述方法包括:
在正常操作條件下通過所述機(jī)械開關(guān)向所述電網(wǎng)供應(yīng)所述電功率；
在檢測到電網(wǎng)事件時:(a)控制到所述發(fā)電機(jī)的功率；以及(b)操作所述機(jī)械開關(guān)，使得來自所述發(fā)電機(jī)的電流在所述機(jī)械開關(guān)與所述電阻器之間重定向。
[0019]技術(shù)方案13:如技術(shù)方案12所述的方法，其中控制到所述發(fā)電機(jī)的功率包括控制耦合至所述發(fā)電機(jī)的發(fā)動機(jī)的功率。
[0020]技術(shù)方案14:如技術(shù)方案13所述的方法，還包括當(dāng)檢測到所述電網(wǎng)事件時部分或完全切斷所述發(fā)動機(jī)的點火裝置。
[0021]技術(shù)方案15:如技術(shù)方案13所述的方法，還包括在第一預(yù)定時間之后部分或完全接通所述發(fā)動機(jī)的所述點火裝置。
[0022]技術(shù)方案16:如技術(shù)方案13所述的方法，還包括如果在第二預(yù)定時間之前清除了所述電網(wǎng)事件則閉合所述機(jī)械開關(guān)。
[0023]技術(shù)方案17:如技術(shù)方案16所述的方法，還包括如果在所述第二預(yù)定時間之后所述電網(wǎng)事件繼續(xù)則切斷所述發(fā)動機(jī)的所述點火裝置。
[0024]技術(shù)方案18:如技術(shù)方案12所述的方法，其中，所述電網(wǎng)事件基于輸入信號來檢測。
[0025]技術(shù)方案19:如技術(shù)方案18所述的方法，其中，所述輸入信號包括電壓信號、電流信號、發(fā)電機(jī)功率信號、速度信號、轉(zhuǎn)子角度信號、發(fā)動機(jī)功率信號、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩信號或者它們的任何組合。
【附圖說明】
[0026]當(dāng)參考附圖閱讀下面詳細(xì)的描述時，將會更好地理解本發(fā)明的這些及其他特征、方面和優(yōu)點，其中整個附圖中，相同標(biāo)號表示相同部件，其中:
圖1是在故障之前、期間和之后的電網(wǎng)規(guī)則定義的電壓分布的圖表；
圖2是根據(jù)本公開的方面的連接到電力網(wǎng)并且利用電阻制動系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)的圖解表不;
圖3(a)_3(g)是根據(jù)本公開的方面的電阻制動操作的各個階段的圖解表示；以及圖4是說明按照本公開的方面的用于從發(fā)電機(jī)向電網(wǎng)供應(yīng)功率的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0027]如下面詳細(xì)討論的，本發(fā)明的實施例起作用來提供用于連接到電網(wǎng)，具有低慣性矩的小型發(fā)電機(jī)組的電阻制動能力的系統(tǒng)和方法。
[0028]圖1說明了在發(fā)電機(jī)到電網(wǎng)的連接點(POC)的電網(wǎng)規(guī)則電壓分布的示例的圖表
10。電網(wǎng)機(jī)構(gòu)中的一些希望如果在POC處的電壓高于示出的電壓分布，發(fā)電機(jī)不應(yīng)當(dāng)從電網(wǎng)斷開。然而，這是一種示范情況，并且電壓分布要求可逐個國家或者逐個電網(wǎng)機(jī)構(gòu)而改變。圖表10示出按照毫秒來表示時間的水平軸12以及按照標(biāo)稱電壓的百分比來表示電壓的垂直軸14。故障在O毫秒發(fā)生。在故障之前，系統(tǒng)處于穩(wěn)定條件，因此在POC處，即O毫秒之前的故障前電壓16為100%或者每單位為I。由于電網(wǎng)中的故障，在O毫秒的電壓18在故障開始時下降到低至5%。應(yīng)當(dāng)注意，POC處的電壓降取決于故障離POC的距離、故障阻抗