CN101048592B - 用于防止发电机场从电网脱离的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

在电压跌落的情况下防止发电厂从电网脱离的方法，通过其一旦检测到电压跌落，根据跌落幅值的比例控制输送给电网的电压，电厂产生的有功功率不输送给电网，因此转移到存储和/或消耗能量的装置，将电厂电压保持在标定值。本发明还包括集成了旁路装置、变压器、静态逆变器、静态变流器、电容与耗散电阻单元、电压跌落检测电路和控制电路的设备，用于执行上述方法。

Description

用于防止发电机场从电网脱离的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于防止在电压跌落的情况下发电机场从电网脱离的方法和设备，尤其适用于风力涡轮机发电机场。
背景技术
风力涡轮机与配电网络的连接，以及使用涡轮机作为电机供电的装置与其他能量源相比会产生特殊的问题。针对这些问题已经提出了不同的解决方案。
问题之一是在电网中产生短路，导致风电厂的连接变化。在这方面，专利DE 10206828提出了检测这种短路的控制***，其可不停机地从风力涡轮机发电机场断开电网连接，风力涡轮机发电机场具有耗散和累积其产生的能量的装置，直到一旦短路被修复其能够重新连接到电网。
另一个问题是电网中的过电压，潜在地影响风力涡轮机发电机场。专利DE 10105892提出了检测该问题和建立解决方案的***，其消耗以热的形式产生的过多能量。
专利DE 19624809提出了在交流电网自身中的过滤***，其通过发电机转子旋转中的振动获取特定的波信号。
最后，专利US 5127085限制或消除了在交流电网中的受损电流，其会在交流发电机内部的元件中导致电压浪涌。
但是，最后一项技术没有解决由电压跌落引起的问题。
突然的电压跃变的产生与发电机场的发电机如风力涡轮机发电机的输出电网有关，因此导致了电网故障。在该情况下，执行适当的保护断开故障部分的电网，在相反的方向产生新的电压跃变并将电压恢复到在故障之前的正常等级。两次跃变的结合称为“电压跌落”，电压跌落可由两个参数定义：幅值和电压跃变持续时间。
“电压跌落”能够导致风力涡轮机发电机场从电网脱离，因此对电网自身的管理有破坏作用。电压跃变还会破坏风力涡轮机的运行，因为他们会导致电压、转矩突然变化，影响倍增器的寿命。因此需要防止这些结果的方法和装置。本发明提供了所需的解决方案。
发明内容
首先，本发明产生干预以防止发电机场如风力涡轮机发电机场在电压跌落的情况下从电网脱离，其包括以下步骤：
-长期监测网压；
-一旦检测到电网中电压跌落，将发电机场产生的一部分有功功率转移到电容器或耗散电阻单元，将发电机场电压维持在标称值并根据电压跌落幅值的比例控制输送给电网的电压。
第二，本发明提出了用于实施上述方法的设备，该设备布置在电网和发电机场之间并包括以下主要元件：
a)中压旁路装置；
b)低压旁路装置；
c)包括DC/DC静态变流器+DC/AC逆变器和低压/中压(LV/MV)连续变压器的集成单元；
d)用于吸收不输送给电网的有功功率的电容和耗散电阻单元；
e)用于检测MV电网中的电压跌落的电路；
f)用于连接上述元件的控制电路。
该设备允许结合在一起的静态变流器和变压器产生维持发电机场电压为标称值的必要电压，其根据电压跌落的幅值自动控制由该设备输送给电网的电压，且该设备能够使电容和耗散电阻单元存储和消耗由发电机场产生的有功功率电流而不输送给电网。该设备的控制电路连接到用于上述元件的控制电路，以及能够快速检测相关参数的传感器。
本发明的其他特征和优点将参照附图在以下解释用途的详细说明中体现。
附图说明
图1是具有组成本发明设备的元件的框图。
具体实施方式
实现本发明的方法包括以下步骤：
a)长期监测电网电压；
b)一旦检测到电压跌落，产生大小合适的交流电压，其间当交流电压加入电网时，维持三相中每一相的发电机场电压；
c)吸收由发电机场产生的部分有功功率，将其转移到电量耗散电阻单元，以可控的方式调节耗散的能量；
d)根据电压跌落的比例调整输送给电网的电压，恢复正确的网压等级。
在这一程度上并参考附图，以下将描述根据本发明的设备的优选实施例。
该设备包括以下元件：
a)具有控制电路11的中压三相静态旁路装置1，其执行启动与停止、旁路控制、报警功能、通过RS-232的外部通信、警报显示等任务。该装置应当优选能在小于150微秒的时间内启动，并在1毫秒内停用；
b)功能上与上述旁路装置相关的自动切换开关2；
c)具有相关电路的低电压保护装置；
d)用于维持运转的绝缘装置3；
e)LV/MV变压器4，其主要部分串行连接到LV电路；
f)具有以DSP控制的电路15的DC/AC静态逆变器，其调节产生的电压的大小和时间，以从电压跌落恢复并控制基于这两个参数的有功和无功功率输入；
g)具有以DSP控制的电路16的DC/DC静态变流器6，其通过修改控制流向耗散电阻的连续电流的电压带，连续调节母线电压；
h)由能量存储电容7和多个耗散电阻8构成的单元；
i)DSP控制的电路10，其快速计算网压等级、检测电压跌落和电网的频率与相角以检测MV电网14中的电压跌落，此外其还能够在小于0.5毫秒的时间内使用在电路微处理器中执行的计算算法检测出电压跌落的幅值和持续时间；
j)用于连接上述单元的控制电路20被连接到对应于这些单元中的每一个的电子控制装置(10，11，15，16)，其包括以下元件：
-时间间隔电压传感器，用于测量设备输出处的电网电压；
-时间间隔电压传感器，用于测量发电机场的电网电压(12)；
-时间间隔电流强度传感器，用于测量由发电机场输送给电网的电流；
-用于调节和过滤交流电压与电流的测量的电路；
-连续电压传感器和相关电路；
-电子保护控制***，其用于在受到破坏的情况下，确保发电机场的连续运行。
上述***的运行描述如下。
在长期网压监测模式中：
-切换开关2打开。
-绝缘装置3闭合。
-静态旁路装置1闭合。
-保护装置打开。
-结合了DC/DC变流器6与DC/AC逆变器5的单元处于热待机状态。
-电容7充电到标称值。
-电阻8不消耗能量。
当网压跌落检测器电路10通过即时判断高压等级的升高，检测到幅值和持续时间可调的电压跌落时，电压跌落在0.5毫秒内确定，其激活根据本发明的装置，产生如下事件：
在临时电压跌落模式中：
-静态旁路装置1打开；
-DC/AC逆变器5激活并产生即时等级如下的电压：
V → i = ( V → park i - V → network i ) × N
其中：
Vparki＝即时标定发电机场电压等级
Vnetworki＝由中压电网传感器即时测量到的电压等级
N＝变换比
-LV/MV变压器4产生必要的电压以维持厂压在标定等级；
-结合了DC/AC逆变器5和变压器4的单元允许吸收由风力涡轮机发电机场提供的有功功率；
-DC/DC变流器6通过DC电流强度传感器检测电流强度并激活变流器控制，其传送有功功率给耗散电阻。
该临时过程在如下状况的电压跌落期间持续：
-DC/AC逆变器5自动调节由三相中的每一相的变压器4输送给电网的电压，降低电压输入，并因此允许恢复到正确的网压，达到标定等级。
-被吸收的有功功率以相同的方式自动减少。
-DC/AC逆变器5还能通过电压输入矢量控制强制无功功率进入电网，矢量控制是调整模和相位。
-DC/DC变流器8强制必要的有功功率以逐级递减的方式流过耗散电阻，直到正确的网压完全恢复。
-DC/DC变流器6控制流向电阻的即时电流强度。
-DC/DC变流器6控制分布在电容周围的电流强度并使其降低，转移电流强度的交流成分给电阻。
当电网14恢复时，通过电网中的电压跌落检测器检测并将组合单元切换到稳定的状态。
低电压保护装置确保恶劣的运行状态下和逆变器器受损的情况下，在变压器的低压侧不会产生过电压。
在刚才已经描述的实施例中，可以在权利要求的范围内做出修改。

Claims (6)

1.在电压跌落的情况下用于防止发电机场从电网脱离的方法包括步骤：长期监测电网电压；及如果电压跌落，根据跌落幅值的比例调节提供给电网的电压；其特征在于：检测到电压跌落时通过激活连接在发电机场(12)和电网(14)之间的防止发电机场从电网脱离的设备实现电压调节，及所述电压调节包括以下步骤，将发电机场的电压维持在标定等级：
i.一旦检测到电压跌落，产生具有适当大小和持续时间的交流电压，将其加入电网以在所有三相上维持发电机场电压恒定；
ii.将发电机场产生的部分有功功率转移到耗散电阻单元，从而控制DC/DC变流器(6)耗散的能量，该DC/DC变流器(6)具有电路(16)以允许以DSP进行控制，所述DC/DC变流器(6)连接到所述耗散电阻单元；
iii.借助于DC/AC逆变器根据电压跌落的比例调节提供给电网的电压，从而恢复电网的电压水平；
iv.在电压跌落期间调节输送给电网的无功功率。
2.根据权利要求1所述的在电压跌落的情况下用于防止发电机场从电网脱离的方法，其特征在于所述发电机是风力涡轮机发电机。
3.在电压跌落的情况下用于防止发电机场从中压电网(14)脱离的设备，其特征在于所述设备安排在中压电网(14)和发电机场的内部电网(12)之间并包括以下元件：
a)与两个绝缘装置(3)和中压三相静态旁路装置(1)并联连接的自动切换开关(2)，其中两个绝缘装置分别串联连接在中压三相静态旁路装置的两侧；
b)低压保护装置；
c)低压/中压串联变压器(4)，与低压电路串联连接，及中压三相静态旁路装置与低压/中压串联变压器并联连接；
d)DC/AC静态逆变器(5)，连接到低压/中压串联变压器和第一电子控制装置(15)；
e)DC/DC静态变流器(6)，连接到DC/AC静态逆变器及第二电子控制装置(16)；
f)连接到DC/AC静态逆变器(5)的电容(7)和连接到DC/DC静态变流器(6)的耗散电阻(8)单元；
g)中压网压跌落检测电路(10)，连接到中压电网；
h)控制电路(20)，该控制电路连接到元件a)的电子控制装置(11)、所述第一和第二电子控制装置(15、16)及连接到所述检测电路(10)；
其中在检测电路(10)检测到中压电网(14)电压跌落的情况下，所述逆变器(5)根据电压跌落的幅值的比例调整由所述变压器(4)输送给中压电网(14)的电压，及调整输送给内部电网(12)的电压以将发电机场电压维持在标定等级，将发电机场产生的部分有功功率转移到电容(7)和所述耗散电阻(8)单元而不直接输送到中压电网(14)，同时对输送给中压电网(14)的无功功率进行控制。
4.根据权利要求3所述的在电压跌落的情况下用于防止发电机场从中压电网(14)脱离的设备，其特征在于所述检测电路(10)能够在不多于0.5毫秒的时间内使用控制电路微处理器中所执行的算法确定电压跌落的大小和持续时间。
5.根据权利要求3所述的在电压跌落的情况下用于防止发电机场从中压电网(14)脱离的设备，其特征在于所述旁路装置(1)能够在少于150微秒的时间内激活并能在少于1毫秒的时间内停用。
6.根据权利要求3所述的在电压跌落的情况下用于防止发电机场从中压电网(14)脱离的设备，其特征在于所述发电机是风力涡轮机发电机。
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