阻器53中部分或完全耗散了发动机功率。
[0081]如果故障在预定时间内得到清除，且POC处的电压返回到发电机可对电网供应电力的可接受水平，则发动机点火如果仍然部分或全部切断的话则回到导通，且机械开关54被触发为导通。同时，作为实例，固态开关52可或者置于持续ON位置中以便使电阻器53短路，或者继续由控制器56控制以用于调节发电机速度或转子角度。最后，当机械开关54处于ON状态时，固态开关52由控制器56置于OFF位置中，从而使故障穿越系统46返回到故障事件之前正常状态期间的初始状态。然而，如果故障在预定时间内未得到清除，且POC处的电压低于由电网规范给定的电压曲线，那么发动机被触发为完全切断，且从电力网44断开，最终导致没有电力由发电机42供应到电力网44。
[0082]在故障期间由电阻器53消耗的有功功率取决于跨过电阻器的电压，且通常由Vr2/R给出，其中Vr是跨过电阻器的均方根(RMS)电压，且R是电阻器的电阻值。因此，如果Vr是0.3pu且R是0.1pu,则假定固态开关52是OFF状态，那么由可变电阻器消耗的功率将为0.9pu，其几乎等同于由发电机提供的全部功率。换言之，在该情形下，电阻器53将消耗由发动机对发电机提供的功率的直到90%，且因此显著减小了低压状态期间的发电机加速。因此，在故障期间或者故障之后，发电机能够将其旋转速度或者转子角度保持在可接受范围内，且不需要从电网断开。
[0083]图3(a)_3(f)示出了根据本公开的方面的故障穿越操作的各种阶段。图3 (a)示出了正常状态或者无故障状态(t < O)，其中仅机械开关54导电且固态开关52不导电。在该阶段期间，发电机电流70仅流过机械开关54，且不流过固态开关52。由于机械开关54使电阻器53短路，故也没有电流流过电阻器53。在t = O处(图3(b))，电网中发生故障事件，且在t = 20ms处(图3(c))，故障事件由故障穿越系统检测到。在一个实施例中，如果电压降至低于特定低值以特定时间段，那么可检测到该故障事件。在其他实施例中，可基于电压信号、电流信号、速度信号、功率信号、转矩信号或转子角度信号或者其任意组合来检测故障事件。如图3(b)和图3(c)中可见，在这些阶段期间，发电机电流70仍流过机械开关52，因为控制动作尚未开始。应该注意，这里所示出的定时(即，t = 0、20、120ms等)仅用于例示目的，且在其他实施例中，这些定时可基于系统和控制参数。此外，在t =20ms处，当故障事件由故障穿越系统检测到时，将第一控制信号发送给发电机发动机，以部分或完全切断其点火，且同时或在一段时间之后，将第二控制信号发送给机械开关54以断开它。导通固态开关52的第三控制信号可也在t = 20ms处或在某些延迟的情况下发送，因为与机械开关54的关断时间相比，固态开关52的导通时间短得多。然而固态开关52应该在机械开关54完全关断之前很好地导通。在该时间期间，发电机电流70可流过固态开关52和机械开关54 二者。
[0084]图3(d)示出了在t = 120ms处，机械开关54完全关断，且固态开关52导通。在一个实施例中，还命令发动机点火在机械开关54完全断开后导通。这通常在不能关断发动机点火较长时间段(例如，一个或更多个发动机周期)的实施例中进行。在一个实施例中，控制固态开关52的导通时间。换言之，控制通过固态开关52的电流，且剩余的发电机电流70流过电阻器53。在电阻器53中耗散的功率量因此可通过控制该固态开关来控制。作为实例，控制器56的目的是将发电机速度调节到标称同步速度。这通过改变在电阻器53中消耗的“制动功率”的量来实现。控制器56的另一个控制目的可为调节同步发电机的转子角度或者在POC处供应到电网的电功率。
[0085]如果故障在预定时间(例如t = 250ms)之前清除，那么控制器发送第一控制信号到发动机以完全导通(在仍然部分或全部切断的情况下)其点火，并且同时将第二控制信号发送到机械开关54，以触发闭合它。控制器56继续控制固态开关52，直到机械开关54在例如t = 551ms处完全闭合。然后固态开关52关断，且恢复故障事件之前的正常操作状态，如图3(e)所示。
[0086]如果故障在预定时间例如t = 250ms处仍未清除，或者POC处的电压低于由电网规范给出的电压曲线，那么触发发动机以完全切断。同时或者一段时间之后(例如，在发电机停止旋转之后)触发固态开关52关断，且电流70仅流过电阻器53，如图3 (f)所示，发动机功率全部或部分地在电阻器中耗散，直到发动机60最终切断并从电网断开。
[0087]尽管本文中已示出和描述了本发明的仅某些特征，但是对于本领域技术人员来说将想到许多变形和改变。因此，应该知道，所附权利要求旨在覆盖落入了本发明的真正精神内的全部此种变形和改变。
【主权项】
1.一种发电系统(40)，包括: 发电机(42)，其机械地联接到发动机￠0)，以产生电力； 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； 其中，与所述发动机￠0)配合地控制所述机械开关(54)和所述固态开关(52)。
2.根据权利要求1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。
3.根据权利要求2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。
4.根据权利要求3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。
5.根据权利要求3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。
6.根据权利要求5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。
7.根据权利要求2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。
8.根据权利要求7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。
9.根据权利要求8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。
10.一种从发电系统(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: 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); 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 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￠0)的点火。
【专利摘要】本发明涉及具有故障穿越能力的发电系统和方法。具体而言，一种发电系统(40)，包括机械地联接到发动机(60)以产生电力的发电机(42)和连接在发电机(42)与电力网(44)之间的故障穿越系统(46)。该故障穿越系统(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发电机(42)吸收功率。与该发动机(60)配合地控制该机械开关(54)和该固态开关(52)。
【IPC分类】H02J3-38, H02P9-10
【公开号】CN104578155
【申请号】CN201410858029
【发明人】A·帕诺斯彦, S·F·S·埃尔-巴巴里, S·施勒德
【申请人】通用电气公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年10月29日
【公告号】EP2869426A1, US20150115902