具有故障穿越能力的发电系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明大致涉及电能转换，并且更具体而言，涉及用于连接到电力网的具有低惯性矩的小型发电机组的故障穿越能力的系统和方法。
【背景技术】
[0002]在传统发电系统中，电力中的大多数在大型集中设施中产生，例如矿物燃料(煤，天然气动力)、原子能、或水力工厂。这些传统工厂具有优良的规模经济性，但是通常远距离输电，并且可影响环境。分布式能源(DER)系统是小型发电机组(典型地在3kW到10，OOOkff的范围内)，其用于提供传统发电系统的备选或改进。小型发电机组可以例如由燃气涡轮、柴油发动机或者风力涡轮供能。DER系统减小了输电中的能量损耗量，这是因为电距离使用它的地方非常近地产生。DER系统还减小了必须构造的电力线的尺寸和数量。然而，由于倾向于使用小型发电机组的分布式发电的增加趋势，故许多电网规范要求小型发电机组提供增强的能力，诸如故障电压穿越。
[0003]当电力系统中出现故障时，系统中的电压在短时间段内(典型地小于500毫秒)下降显著的量，直到故障清除。故障可由至少一相导体接地(接地故障)或者由两相或多相导体短路导致。这些类型的故障可发生在雷电和风暴期间，或者由于输电线意外连接到地而发生。故障可导致显著的电压降情况。过去，在这些意外故障和大电力干扰环境下，小型发电机组在无论何时电压降发生时跳闸脱机是可接受且合乎需要的。在小型发电机组的渗透等级低时，以此方式的操作对于电的供应没有实际的有害效果。然而，当小型发电机组在电力系统中的渗透增加时，合乎需要的是，这些小型发电机组保持联机并且穿越这种低压状态，且维持与电网同步，以能够在故障清除之后继续对电力网供应电力。这类似于适用于较大型发电机组的要求。
[0004]因此，期望确定将解决上述问题的方法和系统。
【发明内容】
[0005]根据本技术的一个实施例，提供一种发电系统。该发电系统包括机械地联接到发动机以产生电力的发电机。该发电系统还包括连接在该发电机与电力网之间的故障穿越系统。该故障穿越系统包括与固态开关和电阻器并联连接的机械开关，以在电网故障状态期间吸收来自该发电机的电力。在该发电系统中，与该发动机配合地控制该机械开关和该固态开关。
[0006]根据本技术的另一实施例，提供一种从发电系统对电力网供应电力的方法。该发电系统包括连接在发电机和该电力网之间的故障穿越系统，并且包括与机械开关和固态开关并联联接的电阻器。该方法包括当检测到故障时控制该机械开关断开，且如果预定时间之后该故障得到清除则闭合该机械开关。该方法还包括在机械开关断开之后并且该预定时间之前经由该固态开关或该电阻器为发电机电流提供旁通路径，和与该固态开关配合地控制发动机的点火。
[0007]一种发电系统40，包括:
[0008]发电机42，其机械地联接到发动机60，以产生电力；
[0009]故障穿越系统46，其连接在所述发电机42与电力网44之间，所述故障穿越系统46包括与固态开关52和电阻器53并联连接的机械开关54，以在电网故障状态期间从所述发电机吸收电力；
[0010]其中，与所述发动机60配合地控制所述机械开关54和所述固态开关52。
[0011]优选地，所述系统还包括控制器，以当检测到所述电网故障状态时，生成控制所述机械开关的第一控制信号、控制所述发动机的点火的第二控制信号、和控制所述固态开关的第三控制信号。
[0012]优选地，所述控制器构造成当检测到所述电网故障时切断所述机械开关，且如果在预定时间之后故障得到清除则导通所述机械开关。
[0013]优选地，所述控制器构造成如果在所述预定时间之后故障状态得到清除则切断所述固态开关。
[0014]优选地，所述控制器构造成当检测到故障时，部分或者完全切断所述发动机的点火以特定时间。
[0015]优选地，所述控制器构造成如果故障状态在所述预定时间处未得到清除，则将所述机械开关和所述固态开关保持在非导电状态下且所述发电机变为停止。
[0016]优选地，所述控制器构造成基于输入信号来检测故障状态。
[0017]优选地，所述控制器基于所述输入信号来控制所述固态开关和所述发动机。
[0018]优选地，所述输入信号包括以下中的一种:电压信号、电流信号、发电机功率信号、速度信号、转子角度信号、发动机功率信号、转矩信号或其任意组合。
[0019]一种从发电系统40对电力网44供应电力的方法，所述发电系统40包括连接在发电机42与所述电力网44之间的故障穿越系统46，所述故障穿越系统46包括与固态开关52和电阻器53并联的机械开关54，所述方法包括:
[0020]当检测到故障时控制所述机械开关54断开，并且若预定时间之后故障得到清除则闭合所述机械开关54;
[0021]在所述机械开关54断开之后且所述预定时间之前，经由所述固态开关52或所述电阻器53为发电机电流提供旁通路径；并且
[0022]与所述固态开关配合地控制联接到所述发电机42的发动机60的点火。
[0023]技术方案1:一种发电系统，包括:
[0024]发电机，其机械地联接到发动机，以产生电力；
[0025]故障穿越系统，其连接在所述发电机与电力网之间，所述故障穿越系统包括与固态开关和电阻器并联连接的机械开关，以在电网故障状态期间从所述发电机吸收电力；
[0026]其中，与所述发动机配合地控制所述机械开关和所述固态开关。
[0027]技术方案2:根据技术方案I所述的系统，其特征在于，所述发动机包括燃气涡轮或燃气发动机或风力涡轮。
[0028]技术方案3:根据技术方案I所述的系统，其特征在于，还包括控制器，以当检测到所述电网故障状态时，生成控制所述机械开关的第一控制信号、控制所述发动机的点火的第二控制信号、和控制所述固态开关的第三控制信号。
[0029]技术方案4:根据技术方案3所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成当检测到所述电网故障时切断所述机械开关，且如果在预定时间之后故障得到清除则导通所述机械开关。
[0030]技术方案5:根据技术方案4所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成如果在所述预定时间之后故障状态得到清除则切断所述固态开关。
[0031]技术方案6:根据技术方案4所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成当检测到故障时，部分或者完全切断所述发动机的点火以特定时间。
[0032]技术方案7:根据技术方案6所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成如果故障状态在所述预定时间处未得到清除，则将所述机械开关和所述固态开关保持在非导电状态下且所述发电机变为停止。
[0033]技术方案8:根据技术方案3所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成控制所述固态开关，以通过改变通过所述电阻器的电流来调节所述发电机的速度或转子角度。
[0034]技术方案9:根据技术方案3所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成基于输入信号来检测故障状态。
[0035]技术方案10:根据技术方案9所述的系统，其特征在于，所述控制器基于所述输入信号来控制所述固态开关和所述发动机。
[0036]技术方案11:根据技术方案10所述的系统，其特征在于，所述输入信号包括以下中的一种:电压信号、电流信号、发电机功率信号、速度信号、转子角度信号、发动机功率信号、转矩信号或其任意组合。
[0037]技术方案12:根据技术方案I所述的系统，其特征在于，所述固态开关包括集成门极换流晶闸管(IGCT)、绝缘门极双极晶体管(IGBT)或用于交流电流的三极管(TRIAC)。
[0038]技术方案13:—种从发电系统对电力网供应电力的方法，所述发电系统包括连接在发电机与所述电力网之间的故障穿越系统，所述故障穿越系统包括与固态开关和电阻器并联的机械开关，所述方法包括:
[0039]当检测到故障时控制所述机械开关断开，并且若预定时间之后故障得到清除则闭合所述机械开关；
[0040]在所述机械开关断开之后且所述预定时间之前，经由所述固态开关或所述电阻器为发电机电流提供旁通路径；并且
[0041]与所述固态开关配合地控制联接到所述发电机的发动机的点火。
[0042]技术方案14: