專(zhuān)利名稱(chēng)：風(fēng)力發(fā)電機(jī)及在電網(wǎng)故障后將變壓器連接到電網(wǎng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的方法和系統(tǒng)，確切地說(shuō)，涉及用于保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和風(fēng)場(chǎng)在電網(wǎng)恢復(fù)后免受浪涌電流(inrush current)的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一般而言，風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)具有轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括具有多片葉片的可旋轉(zhuǎn)輪轂組件。所述葉片將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩，使得通過(guò)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)有時(shí)通過(guò)齒輪箱以可旋轉(zhuǎn)的方式連接到轉(zhuǎn)子，但并非總是如此。齒輪箱提升轉(zhuǎn)子固有的低旋轉(zhuǎn)速度，以使發(fā)電機(jī)有效地將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，電能經(jīng)由至少一個(gè)電氣連接饋送到公用電網(wǎng)中。還存在無(wú)齒輪的直接驅(qū)動(dòng)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)。轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)、齒輪箱以及其他部件通常安裝在外殼或機(jī)艙內(nèi)，所述外殼或機(jī)艙位于底座的頂部上，所述底座可為桁架或管狀塔筒。一些風(fēng)力發(fā)電機(jī)配置包括雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)。此類(lèi)配置還可包括功率轉(zhuǎn)換器，用以將所生成的電力的頻率轉(zhuǎn)換成大體上與公用電網(wǎng)頻率相似的頻率。此外，此類(lèi)轉(zhuǎn)換器以及DFIG還在公用電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)之間傳輸電力，并且將發(fā)電機(jī)勵(lì)磁功率從與公用電網(wǎng)電連接的其中一個(gè)連接傳輸?shù)嚼@線發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子?；蛘撸恍╋L(fēng)力發(fā)電機(jī)配置包括，但不限于，感應(yīng)發(fā)電機(jī)、永磁(PM)同步發(fā)電機(jī)和電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)，以及開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的替代類(lèi)型。這些替代配置還可包括功率轉(zhuǎn)換器，用以轉(zhuǎn)換上述頻率并且在公用電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)之間傳輸電力。已知的風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有多個(gè)機(jī)械和電氣部件。每個(gè)電氣和/或機(jī)械部件可具有獨(dú)立或不同于其他部件的運(yùn)行限制，例如，電流、電壓、功率，和/或溫度限制。此外，已知的風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常被設(shè)計(jì)和/或組裝成具有預(yù)定的額定功率限制。為了在此類(lèi)額定功率限制內(nèi)運(yùn)行，電氣和/或機(jī)械部件可以所述運(yùn)行限制的較大界限運(yùn)行。此運(yùn)行可導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率低，而且風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力可能未得到充分利用。幾乎每個(gè)發(fā)電廠，無(wú)論是核電廠、熱電廠、水力發(fā)電站、煤發(fā)電站、燃?xì)獍l(fā)電站還是在下文中還稱(chēng)為風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)力發(fā)電站，均通過(guò)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電力的一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)生成電流。通常，發(fā)電機(jī)的電力經(jīng)由變壓器饋送到公用電網(wǎng)。例如，風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)通常連接到單個(gè)變壓器，所述單個(gè)變壓器經(jīng)由變電站的主變壓器連接到公用電網(wǎng)。當(dāng)公用電網(wǎng)在斷電之后恢復(fù)時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單個(gè)變壓器仍連接并且都同時(shí)通電。這可產(chǎn)生非常高的浪涌電流峰值。因此，變電站中的主變壓器可因多余的保護(hù)繼電器跳閘而與公用電網(wǎng)斷開(kāi)連接。此外，浪涌電流峰值可導(dǎo)致配電系統(tǒng)中發(fā)生共振和/或振蕩，和/或?qū)е伦儔浩骼@組的機(jī)械負(fù)載較高，從而減少變壓器的使用壽命。據(jù)此，需要減少發(fā)電廠，尤其是風(fēng)場(chǎng)，的浪涌電流和/或提高浪涌電流保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
—方面，提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)。所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括變壓器，所述變壓器具有低壓側(cè)和高壓側(cè)。所述變壓器經(jīng)配置以將所述變壓器的所述低壓側(cè)的電壓提升到外部電網(wǎng)的電壓。所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)一步包括發(fā)電單元，所述發(fā)電單元連接到所述變壓器的所述低壓側(cè)，且經(jīng)配置以將交流電饋送到所述變壓器的所述低壓側(cè)。所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的充電裝置連接到所述變壓器的所述低壓側(cè)，且經(jīng)配置以在所述發(fā)電單元未將交流電饋送到所述變壓器的所述低壓側(cè)時(shí)，對(duì)所述變壓器的所述低壓側(cè)充電。所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)一步包括開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)連接在所述外部電網(wǎng)與所述變壓器的所述高壓側(cè)之間，且經(jīng)配置以斷開(kāi)和閉合所述變壓器的所述高壓側(cè)與所述外部電網(wǎng)之間的連接。其中所述充電裝置包括控制器，所述控制器連接到所述開(kāi)關(guān)，且經(jīng)配置以發(fā)布閉合所述開(kāi)關(guān)。所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)一步包括電壓開(kāi)關(guān)柜，所述電壓開(kāi)關(guān)柜包括所述開(kāi)關(guān)和電壓互感器，所述電壓互感器包括連接到所述外部電網(wǎng)的高壓側(cè)以及低壓側(cè)，其中所述充電裝置連接到所述電壓互感器的所述低壓側(cè)。其中所述充電裝置包括逆變器，所述逆變器連接到所述變壓器的所述低壓側(cè)，且經(jīng)配置以將至少一個(gè)上升交流電輸出信號(hào)輸出到所述變壓器的所述低壓側(cè)。其中所述逆變器經(jīng)配置以將所述至少一個(gè)上升交流電輸出信號(hào)大體上斜升到所述發(fā)電單元的額定電壓。其中所述充電裝置包括連接到所述逆變器的能量緩沖器，所述能量緩沖器可用所述外部電網(wǎng)的電力進(jìn)行充電。其中所述充電裝置包括控制器，所述控制器經(jīng)配置以檢測(cè)所述外部電網(wǎng)的恢復(fù)情況以控制所述逆變器，從而使所述至少一個(gè)上升交流電輸出信號(hào)大體上與所述外部電網(wǎng)同相。所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)一步包括連接到所述外部電網(wǎng)的傳感器以及連接到所述傳感器控制器，所述控制器經(jīng)配置以控制所述逆變器，從而使所述至少一個(gè)上升交流電輸出信號(hào)大體上與所述外部電網(wǎng)同相。其中所述充電裝置經(jīng)配置以在所述變壓器的所述低壓側(cè)的電壓已達(dá)到預(yù)定值之后使所述開(kāi)關(guān)閉合。另一方面，提供一種風(fēng)場(chǎng)。所述風(fēng)場(chǎng)包括風(fēng)場(chǎng)電網(wǎng)；以及主變壓器，其連接到所述風(fēng)場(chǎng)電網(wǎng)，且經(jīng)配置以將所述風(fēng)場(chǎng)電網(wǎng)的電壓提升到所述風(fēng)場(chǎng)所連接的公用電網(wǎng)的電壓。所述風(fēng)場(chǎng)進(jìn)一步包括至少一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)、變壓器，以及開(kāi)關(guān)。所述至少一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括內(nèi)部電網(wǎng)；發(fā)電單元，其連接到所述內(nèi)部電網(wǎng)，且經(jīng)配置以將額定電壓的交流電饋送到所述內(nèi)部電網(wǎng)；以及連接到所述內(nèi)部電網(wǎng)的充電裝置。所述變壓器連接到所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的所述內(nèi)部電網(wǎng)，且經(jīng)配置以將所述發(fā)電單元的所述額定電壓提升到所述風(fēng)場(chǎng)電網(wǎng)的所述電壓。所述開(kāi)關(guān)連接在所述風(fēng)場(chǎng)電網(wǎng)與所述變壓器之間，且經(jīng)配置以斷開(kāi)和閉合所述變壓器與所述風(fēng)場(chǎng)電網(wǎng)之間的連接。所述充電裝置經(jīng)配置以在所述開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)將交流電饋送到所述風(fēng)場(chǎng)的所述內(nèi)部電網(wǎng)。其中所述充電裝置包括逆變器，所述逆變器經(jīng)配置以在所述發(fā)電單元未將交流電饋送到所述內(nèi)部電網(wǎng)時(shí)，將所述內(nèi)部電網(wǎng)的電壓斜升到所述額定電壓。其中所述充電裝置包括控制器，所述控制器連接到所述開(kāi)關(guān)，且經(jīng)配置以使所述開(kāi)關(guān)閉合。又一方面，提供一種用于在電網(wǎng)故障后將變壓器連接到電網(wǎng)的方法。所述方法包括檢測(cè)所述電網(wǎng)的恢復(fù)情況；緩沖所述電網(wǎng)的能量；以及用所緩沖的能量對(duì)所述變壓器的低壓側(cè)充電，同時(shí)所述變壓器的高壓側(cè)與所述電網(wǎng)斷開(kāi)連接，以便所述變壓器的所述高壓側(cè)與所述電網(wǎng)大體上同相。所述方法進(jìn)一步包括連接所述變壓器的所述高壓側(cè)和所述電網(wǎng)。其中對(duì)所述變壓器的所述低壓側(cè)充電包括將所述變壓器的所述低壓側(cè)的電壓斜升到預(yù)定值。其中連接所述變壓器的所述高壓側(cè)包括在通過(guò)充電裝置對(duì)所述變壓器的所述低壓側(cè)充電后，使連接在所述電網(wǎng)與所述變壓器的所述高壓側(cè)之間的開(kāi)關(guān)閉合。所述的方法進(jìn)一步包括使發(fā)電機(jī)與所述變壓器的低壓側(cè)同步。其中所述發(fā)電機(jī)為風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。其中檢測(cè)所述電網(wǎng)的所述恢復(fù)情況包括測(cè)量額外變壓器的低壓側(cè)的信號(hào)，所述額外變壓器的高壓側(cè)連接到外部電網(wǎng)。其中所述額外變壓器為開(kāi)關(guān)柜的電壓互感器。本發(fā)明的其他方面、優(yōu)點(diǎn)和特征在從屬權(quán)利要求、具體說(shuō)明和附圖中顯而易見(jiàn)。


本說(shuō)明書(shū)的其余部分參考附圖，針對(duì)所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，完整且可實(shí)現(xiàn)地詳細(xì)揭示了本發(fā)明，包括其最佳模式，其中圖1為示例性風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一部分的透視圖。圖2為適用于圖1所不的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的不例性電氣和控制系統(tǒng)的一部分的不意圖。圖3為根據(jù)一項(xiàng)實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的示意圖。圖4為根據(jù)另一項(xiàng)實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的示意圖。圖5為根據(jù)又一項(xiàng)實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的示意圖。圖6為根據(jù)再一項(xiàng)實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的示意圖。圖7為根據(jù)一項(xiàng)實(shí)施例的用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的充電裝置的示意圖。圖8為根據(jù)另一項(xiàng)實(shí)施例的用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的充電裝置的示意圖。圖9為根據(jù)一項(xiàng)實(shí)施例的風(fēng)場(chǎng)的示意圖。圖10為根據(jù)一項(xiàng)實(shí)施例的用于在電網(wǎng)故障后將變壓器連接到電網(wǎng)的流程圖。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括 變壓器，其包括低壓側(cè)和高壓側(cè)，且經(jīng)配置以將所述低壓側(cè)的低壓提升到外部電網(wǎng)的聞壓; 發(fā)電單元，其連接到所述變壓器的所述低壓側(cè)，且經(jīng)配置以將交流電饋送到所述變壓器的所述低壓側(cè)；以及 充電裝置，其連接到所述變壓器的所述低壓側(cè)，且經(jīng)配置以在所述發(fā)電單元未將交流電饋送到所述變壓器的所述低壓側(cè)時(shí)，對(duì)所述變壓器的所述低壓側(cè)充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，進(jìn)一步包括開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)連接在所述外部電網(wǎng)與所述變壓器的所述高壓側(cè)之間，且經(jīng)配置以斷開(kāi)和閉合所述變壓器的所述高壓側(cè)與所述外部電網(wǎng)之間的連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中所述充電裝置包括控制器，所述控制器連接到所述開(kāi)關(guān)，且經(jīng)配置以發(fā)布將所述開(kāi)關(guān)閉合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，進(jìn)一步包括電壓開(kāi)關(guān)柜，所述電壓開(kāi)關(guān)柜包括所述開(kāi)關(guān)和電壓互感器，所述電壓互感器包括連接到所述外部電網(wǎng)的高壓側(cè)以及低壓側(cè)，其中所述充電裝置連接到所述電壓互感器的所述低壓側(cè)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中所述充電裝置包括逆變器，所述逆變器連接到所述變壓器的所述低壓側(cè)，且經(jīng)配置以將至少一個(gè)上升交流電輸出信號(hào)輸出到所述變壓器的所述低壓側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中所述逆變器經(jīng)配置以將所述至少一個(gè)上升交流電輸出信號(hào)大體上斜升到所述發(fā)電單元的額定電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或者6所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中所述充電裝置包括連接到所述逆變器的能量緩沖器，所述能量緩沖器可用所述外部電網(wǎng)的電力進(jìn)行充電。
8.—種風(fēng)場(chǎng),包括 風(fēng)場(chǎng)電網(wǎng)； 主變壓器，其連接到所述風(fēng)場(chǎng)電網(wǎng)，且經(jīng)配置以將所述風(fēng)場(chǎng)電網(wǎng)的電壓提升到與所述風(fēng)場(chǎng)并網(wǎng)的公用電網(wǎng)的電壓； 前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的至少一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，變壓器的高壓側(cè)(152)連接到所述風(fēng)場(chǎng)電網(wǎng)。
9.一種用于在電網(wǎng)故障后將變壓器連接到電網(wǎng)的方法，包括 檢測(cè)所述電網(wǎng)的恢復(fù)情況； 緩沖所述電網(wǎng)的能量； 用所緩沖的能量對(duì)所述變壓器的低壓側(cè)充電，同時(shí)所述變壓器的高壓側(cè)與所述電網(wǎng)斷開(kāi)連接，以便所述變壓器的所述高壓側(cè)大體上與所述電網(wǎng)同相；以及 連接所述變壓器的所述高壓側(cè)和所述電網(wǎng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中對(duì)所述變壓器的所述低壓側(cè)充電包括將所述變壓器的所述低壓側(cè)的電壓斜升到預(yù)定值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)。所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括變壓器，所述變壓器具有低壓側(cè)和高壓側(cè)。所述變壓器經(jīng)配置以將所述變壓器的所述低壓側(cè)的電壓提升到外部電網(wǎng)的電壓。所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)一步包括發(fā)電單元，所述發(fā)電單元連接到所述變壓器的所述低壓側(cè)，且經(jīng)配置以將交流電饋送到所述變壓器的所述低壓側(cè)。所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的充電裝置連接到所述變壓器的所述低壓側(cè)，且經(jīng)配置以在發(fā)電機(jī)未將交流電饋送到所述變壓器的所述低壓側(cè)時(shí)，對(duì)所述變壓器的所述低壓側(cè)充電。
文檔編號(hào)H02J3/28GK103001245SQ20121034207
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者A.朗格爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司