CN101989830A - 励磁绕组的静态励磁器及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的名称为励磁绕组的静态励磁器及其操作方法，涉及一种发电机(1)的励磁绕组(8)的静态励磁器(1)，其包括连接至电网(20)并且连接至发电机(1)的励磁绕组(8)的整流器(5)，与整流器(5)串联的二极管(9)，以及电容器组(10)。该静态励磁器(1)还包括二极管(9)与电容器组(10)之间的开关(11)，该开关(11)连接至控制单元(22)，当指示电网电压的电压下降到第一预定电压值(V1)以下时，该控制单元(22)将开关(11)闭合，从而将电容器组(10)连接至励磁绕组(8)。当指示电网电压的电压超过第二预定电压值(V2)时，控制单元(22)将所述开关(11)打开，从而将电容器组(10)从励磁绕组(8)断开，使得电容器组(10)仅在需要的时间将能量提供至励磁绕组(8)。本发明还涉及一种用于操作静态励磁器(1)的方法。

Description

励磁绕组的静态励磁器及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种励磁绕组的静态励磁器及其操作方法。
背景技术
静态励磁器被广泛用于为发电机的励磁绕组供电。
US2007/0296275(参照本文献的图1)公开了一种具有励磁变压器(exciter transformer)2的静态励磁器1，该励磁变压器2在一侧连接至发电机4的母线3(即连接至发电机的输出端)，并且在另一侧连接至整流器5，该整流器5将由励磁变压器2供应的交流电压转换为直流电压。
整流器5典型地由AVR(Automatic Voltage Regulator，自动电压调节器)6驱动，该AVR 6经由电压互感器(voltage transformer)7连接至母线3。
整流器5的直流侧与发电机4的励磁绕组8和正向偏置二极管9串联。
正向偏置二极管9与电容器组10并联；此外，在电容器组10与二极管9之间设置开关11；可以将该开关11闭合，从而使电容器组10与整流器5串联。
在正常运行过程中，开关11打开；由于二极管9是正向偏置的并且导电的，所以将来自励磁变压器2的交流电压转换为直流电压并且供应至励磁绕组8。
在电网(grid)上发生干扰(例如由于传输线中的短路)的情况下，电网的电压下降，并且因此母线3的电压和电压互感器7的低压侧上的电压也下降。
当电压互感器7的低压侧上的电压下降到预定电压值以下时，将开关11闭合，从而使得二极管9反向偏置(并且不再导通)，并且电容器组10与整流器5和励磁绕组8串联。
这使得将相当高的励磁电压施加至励磁绕组8，并且保证了发电机/电网***的稳定性。
然而，一旦发生干扰，电容器组10就完全放电，因此如果发生多个干扰，则该***不能处理这些干扰。
事实上(图1)，即使静态励磁器1配备有保持为电容器组10充电的充电装置12(例如电池)，充电装置的尺寸通常较小并且其花费几分钟至几小时的时间用于将电容器组10再充电至合格的充电水平。
发明内容
因此本发明的技术目的是提供一种静态励磁器和一种方法，通过它们来消除已知技术的所述问题。
在该技术目的的范围内，本发明的一个方面是提供一种静态励磁器和一种方法，它们能够处理在短时间段中相继发生(例如在几分钟内)的多个干扰。
连同该方面和其他方面，根据本发明通过提供根据所附权利要求的静态励磁器和方法而实现该技术目的。
附图说明
从根据本发明的静态励磁器和方法的优选而不排他的实施方式的描述将会更加明白本发明的其他特征和优点，其通过附图中的非限制性实施例的方式示出，其中：
图1是根据现有技术的静态励磁器的示意图；
图2是根据本发明的实施方式的静态励磁器的示意图；以及
图3和4是显示根据本发明的实施方式，开关闭合/打开延迟时间带的图。
具体实施方式
参照附图，这些显示了发电机4的励磁绕组8的静态励磁器1。
发电机4具有经由变压器(transformer)21而连接至电网20的母线3。
静态励磁器1包括由晶闸管桥(thyristor bridge)形成的整流器5，其从一侧经由励磁变压器2而连接至母线3(可替换地，电压互感器7也可以连接至电网20)，并且从另一侧连接至发电机1的励磁绕组8。
静态励磁器1还具有与整流器5串联的诸如正向偏置二极管9等单向电子开关。
另外，静态励磁器1还具有电容器组10，例如由相互串联和并联的多个超级电容器(super capacitors)形成；电容器组10与二极管9并联。
静态励磁器1进一步包括二极管9与电容器组10之间的开关11；开关11连接至控制单元22，当指示电网电压的电压(通过经由变压器21连接至电网20的母线3的电压而进行控制)下降到第一预定电压值V1以下时，该控制单元22将开关11闭合，从而将电容器组10连接至励磁绕组8。
有利地，当指示电网电压的电压(通过母线3的电压而进行控制)超过第二预定电压值V2时，控制单元22将开关11打开，从而将电容器组10从励磁绕组8断开。
这使得电容器组10仅在需要的时间将能量提供至励磁绕组8，并且防止电容器组10的完全放电，避免了在不需要时的能量供应。
第二预定电压值V2大于或等于第一预定电压值V1；优选地，为了避免开关11的振荡状的闭合和重开，第二预定电压值V2大于第一预定电压值V1。
静态励磁器1还包括为励磁绕组8的AVR 6(Automatic VoltageRegulator自动电压调节器)供电的电压互感器7；优选地在电压互感器7的低压侧上测量电网电压下降。
控制单元22具有第三预定电压值V3，使得当电容器组10的电压下降到第三预定电压值V3以下时，该控制单元22将开关11打开(因此防止电容器组10的完全放电)。
另外，充电装置12还配备有保护充电装置12免于过电流的充电开关32，其主要作为恒定电压源而运行。具体地，当开关11闭合时充电开关32打开，并且当开关11打开时充电开关32闭合。图2显示了开关11打开而充电开关32闭合。可替换地，充电装置产生恒定电流，具有支配性的电压限制(with an overruling voltage limitation)(因此消除了对充电开关的需求)。
从所描述和图示的内容可以明白在本发明的该实施方式中的静态励磁器的操作，并且基本上如下所述。
当在电网20上发生干扰并且其电压下降时，母线3的电压也下降。
控制单元22持续地监视母线3的电压(即电网20的电压)，并且当其检测到这样的下降时，驱动开关11将其闭合。
因此电容器组10与整流器5串联，并且将其能量供应给发电机1的励磁绕组8。
当电网20的电压(并且因此母线3的电压)再次上升(通常由于电网的自动保护装置而花费非常短的时间)时，控制单元22检测母线3的增加电压。
当电网20的电压(并且因此母线3的电压)超过第二预定电压值V2时，控制单元22驱动开关11将其打开。
通常开关11的重开如此快，使得电容器组10没有完全放电，从而使得如果在电网20上发生进一步的干扰，电容器组10能够处理它们。
此外，为了防止电容器组10完全放电，当控制单元22检测到电容器组10的电压低于第三预定电压值V3时，控制单元22打开开关11。事实上，在这种情况下已经克服了操作的最困难的阶段，并且节省了电容器组电荷以用于电网20中的进一步的干扰。
在本发明的不同实施方式中，控制单元22以预定的延迟闭合或打开开关11。
事实上，通常当电网20上发生干扰时，电压在两个或多个步骤中下降和上升；例如图3显示了电压在两个步骤中下降，并且图4显示了电压又在两个步骤中上升。
延迟时间使得电容器组放电相对于实际需要的电功率得到优化。
具体地(图3)，控制单元10已存储电压下降带序列(Voltage dropband series)(要用于当电网电压下降时)和用于开关11的、与电压下降带序列的每个电压带(voltage band)相关联的预定闭合延迟时间。
相应地(图4)，控制单元10已存储电压上升带序列(要用于当电网电压上升时)和用于开关11的、与每个电压带相关联的预定打开延迟时间。
图3显示了电压下降带序列的具有比V1电压高的电压的电压带A、B，并且每个电压带A、B已与延迟时间TA、TB相关联。这些延迟时间随着电压减少而逐渐减少；低于V1电压的电压的延迟时间为零。
相应地，图4显示了电压上升带序列的具有比V2电压低的电压的电压带C、D、E，并且每个电压带C、D、E已与延迟时间TC、TD、TE相关联。这些延迟时间随着电压增加而逐渐减少；高于V2电压的电压的延迟时间为零。
在运行过程中，要传递至控制单元22的信息是电网的电压是否下降或上升(从而选择要使用的电压带序列)，以及电网的实际电压或其指示电压(从而选择特定的电压带以及因此选择延迟时间)。
在本发明的不同实施方式中，电压下降带序列和电压上升带序列可以彼此相同或不同，并且与其相关联的延迟时间也可以彼此相同或不同。
在本发明的该实施方式中，静态励磁器的操作与已经参照第一实施方式描述的基本相同。
具体地，参照图3，当在电网20上发生干扰时，电网20(以及母线3)上的电压下降。
在这方面，例如电压在两个步骤中从电压30(100％)下降至大于电压V1的电压31。
控制单元22检测母线3的电压(它是电网20的电压的指示)，并且确定其包含在电压下降带A中。
由于延迟时间TA对应于电压下降带A，所以控制单元22以延迟时间TA(从电压进入电压下降带A时起)闭合开关11。
如果在闭合开关11之前电压进一步下降，则控制单元22检测母线3的电压(它是电网20的电压的指示)，并且确定新的电压下降带或者确定其低于电压V1，因此相应地闭合开关11。
例如，在图3中，一旦电压下降到V1电压以下，控制单元22就闭合开关11(延迟时间为零)。
相应地，母线3的电压在两个或多个步骤中上升(由于电网20的自动保护装置)。
因此控制单元22检测母线3的实际电压，确定其所属的电压上升带。
例如，母线3的电压上升至对应于D电压带的水平。
由于延迟时间TD对应于D电压带，所以控制单元22在延迟时间TD以后(在电压进入电压上升带D以后)才打开开关11。
然后，如果在开关打开之前电压进一步上升，则控制单元22检测新的电压并且根据与其相关联的延迟时间而驱动开关。
在图4中，一旦电压超过V2电压，就闭合开关11(延迟时间为零)。
本发明还涉及一种用于操作发电机的励磁绕组的静态励磁器的方法。
该方法在于当电网20的电压以及因此母线3的电压下降到第一预定电压值V1以下时，闭合开关11，将电容器组10与整流器5串联，以及当电网20的电压(以及因此母线3的电压)超过第二预定电压值V2时，再次打开开关11，其中第二预定电压值V2大于或等于第一预定电压值V1。
此外，当电容器组10的电压下降到第三预定电压值V3以下时，也发生开关11的打开。
在该方法的不同实施方式中，以预定的延迟闭合或打开开关11。
具体地，控制单元22具有多个电压下降带，各与预定的闭合延迟时间相关联，并且对于低于V1电压的电压，延迟时间为零。
相应地，控制单元22具有多个电压上升带，各与预定的打开延迟时间相关联，并且对于高于V2电压的电压，延迟时间为零。
当电网电压(以及因此母线3的电压)下降时，测量指示实际电网电压的实际电压，以确定电网电压所属的电压下降带；例如测量电压互感器7的低压侧上的电压。
然后，在电压进入特定的电压下降带以后，以对应于特定的电压下降带的延迟时间将开关11闭合。如果电压低于V1，则延迟时间为零。
相应地，当电网电压(以及因此母线3的电压)上升时，测量指示电网电压的实际电压，以确定电网电压所属的电压上升带；例如测量电压互感器7的低压侧上的电压。
然后，在电压进入特定的电压上升带以后，以对应于特定的电压下降带的延迟时间将开关11打开。如果电压高于V2，则延迟时间为零。
当然，所述的特征也可以相互独立地提供。
以这样的方式构思的静态励磁器和方法容许多种改进和变型，而所有这些都落在本发明的原理的范围内；此外，所有的细节可以由技术上的等同元素替换。
实际上，可以根据需要和技术情况而任意选择使用的材料和尺寸。
参考标号
1    静态励磁器
2    励磁变压器
3    母线
4     发电机
5     整流器
6     AVR(Automatic Voltage Regulator自动电压调节器)
7     电压互感器
8     发电机的励磁绕组
9     二极管
10    电容器组
11    开关
12    充电装置
20    电网
21    变压器
22    控制单元
30    电压
31    电压
32    充电开关
V1    第一预定电压值
V2    第二预定电压值
V3    第三预定电压值
A-E   电压带
TA-TE 对应于电压带A-E的延迟时间

Claims (15)

1.一种发电机(1)的励磁绕组(8)的静态励磁器(1)，所述静态励磁器(1)包括连接至电网(20)并且连接至所述发电机(1)的所述励磁绕组(8)的整流器(5)，与所述整流器(5)串联的单向电子开关(9)，以及电容器组(10)，所述静态励磁器(1)还包括所述单向电子开关(9)与所述电容器组(10)之间的开关(11)，所述开关(11)连接至控制单元(22)，当指示所述电网电压的电压下降到第一预定电压值(V1)以下时，所述控制单元(22)将所述开关(11)闭合，从而将所述电容器组(10)连接至所述励磁绕组(8)，其特征在于，当指示所述电网电压的电压超过第二预定电压值(V2)时，所述控制单元(22)将所述开关(11)打开，从而将所述电容器组(10)从所述励磁绕组(8)断开，使得所述电容器组(10)仅在需要的时间将能量提供至所述励磁绕组(8)。
2.根据权利要求1所述的静态励磁器(1)，其特征在于，所述单向电子开关(9)是正向偏置二极管。
3.根据权利要求1所述的静态励磁器(1)，其特征在于，所述第二预定电压值(V2)大于或等于所述第一预定电压值(V1)。
4.根据权利要求2所述的静态励磁器(1)，其特征在于，所述二极管(9)与所述电容器组(10)并联。
5.根据权利要求1所述的静态励磁器(1)，其特征在于，包括为所述励磁绕组(8)的自动电压调节器(6)供电的电压互感器(7)，其中在所述电压互感器(7)的低压侧上测量电网电压下降。
6.根据权利要求1所述的静态励磁器(1)，其特征在于，所述整流器(5)是晶闸管桥。
7.根据权利要求1所述的静态励磁器(1)，其特征在于，所述控制单元(22)具有第三预定电压值(V3)，使得当所述电容器组(10)的电压下降到所述第三预定电压值(V3)以下时，所述控制单元(22)将开关(11)打开。
8.根据权利要求1所述的静态励磁器(1)，其特征在于，所述控制单元(22)以预定的延迟闭合或打开所述开关(11)。
9.根据权利要求8所述的静态励磁器(1)，其特征在于，所述控制单元(22)具有多个电压下降带(A、B)，各与用于所述开关(11)的预定闭合延迟时间(TA、TB)相关联，对于低于第一预定电压值(V1)的电压，所述延迟时间为零，所述控制单元(22)还具有多个电压上升带(C、D、E)，各与用于所述开关(11)的预定打开延迟时间(TC、TD、TE)相关联，并且对于高于第二预定电压值(V2)的电压，延迟时间为零。
10.一种用于操作发电机(4)的励磁绕组(8)的静态励磁器(1)的方法，所述静态励磁器(1)包括连接至电网(20)并且连接至所述发电机(1)的所述励磁绕组(8)的整流器(5)，与所述整流器(5)串联的单向电子开关(9)，以及电容器组(10)，所述静态励磁器(10)还包括所述单向电子开关(9)与所述电容器组(10)之间的开关(11)，所述开关(11)连接至控制单元(22)，当所述电网(20)的电压下降到第一预定电压值(V1)以下时，所述控制单元(22)将所述开关(11)闭合，从而将所述电容器组(10)连接至所述励磁绕组(8)，其特征在于，当所述电网(20)的电压超过第二预定电压值(V2)时，所述控制单元(22)又将所述开关(11)打开，从而将所述电容器组(10)从所述励磁绕组(8)断开，使得所述电容器组(10)仅在需要的时间将能量提供至所述励磁绕组(8)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述单向电子开关(9)是正向偏置二极管。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二预定电压值(V2)大于或等于所述第一预定电压值(V1)。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，当所述电容器组(10)的电压下降到第三预定电压值(V3)以下时，将所述开关(11)打开。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，以预定的延迟闭合或打开所述开关(11)。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述控制单元(22)具有多个电压下降带(A、B)，各与用于所述开关(11)的预定闭合延迟时间(TA、TB)相关联，对于低于所述第一预定电压值(V1)的电压，所述闭合延迟时间为零，所述控制单元(22)还具有多个电压上升带(C、D、E)，各与用于所述开关(11)的预定打开延迟时间(TC、TD、TE)相关联，并且对于高于所述第二预定电压值(V2)的电压，所述打开延迟时间为零，从而使得当所述电网电压下降时，测量指示所述实际电网电压的实际电压，以确定所述实际电网电压所属的电压下降带；然后，在所述电压进入特定的电压下降带以后，以对应于特定的电压下降带的延迟时间将所述开关(11)闭合，并且如果所述电压低于所述第一预定电压值(V1)，则所述延迟时间为零，相应地，当所述电网电压上升时，测量指示所述电网电压的实际电压，以确定所述实际电网电压所属的电压上升带；然后，在所述电压进入特定的电压上升带以后，以对应于特定的电压下降带的延迟时间将所述开关(11)打开，并且如果所述电压高于所述第二预定电压值(V2)，则所述延迟时间为零。
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