[發明專利]發電機制動設備

有效

• 申請號: 201210572888.7
• 申請日: 2012-12-25
• 公開（公告）號: CN103078565A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 李健;王相明;趙祥;夏靜
• 申請（專利權）人: 北京金風科創風電設備有限公司
• 主分類號: H02P3/00
• 分類號: H02P3/00
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 王兆賡;韓明花

技術領域

本發明涉及一種發電機制動設備，更具體地講，涉及一種能夠在功率變換器失去對發電機電磁扭矩的控制能力后有效地進行制動的發電機制動設備。

背景技術

變速變槳直驅型風力發電機組通過風輪將風能轉化為機械能，通過發電機(例如，永磁發電機)將機械能轉化為原始電能，通過功率變換器將原始電能轉化為符合電網輸配電品質要求的電能。功率變換器包括發電機變換器和電網變換器。此外，發電機變換器在完成電能轉化的同時，還可以控制發電機的電磁轉矩，來平衡風輪的機械轉矩，實現風力發電機組的變速控制。當直驅風力渦輪發電機組發生一般性故障停車時，通過變槳系統控制執行變槳距操作，迅速降低風輪的機械轉矩；發電機變換器持續控制發電機電磁扭矩，平衡風輪機械轉矩，使風輪轉速既快又平穩地降低，完成安全停機。但是，當直驅風力發電機組由于外因或內因導致其失去對發電機電磁扭矩的控制能力時，發電機電磁扭矩會迅速丟失。雖然通過變槳系統控制執行變槳距操作停車，迅速降低風輪的機械轉矩，但相對于一般性故障停車，失去發電機電磁扭矩控制能力后缺少發電機電磁扭矩的平衡，可能造成如下影響：一方面，風輪轉速存在短時超限的情況；另一方面，葉片、輪轂、傳動軸以及塔架都將承受非常大的力和彎曲力矩。由于直驅型風力發電機組因其省去了增速齒輪箱，僅有低速轉動軸，扭矩非常大，通常設計的抱閘剎車裝置僅在維護停車時使用，在機組運行或停車過程中不能使用。

通常，直驅風力發電機組整體和局部設計均需要考慮此類特殊故障停車過程中產生的極限力和力矩，部件設計強壯，然而其成本過高。在保障機組安全穩定的同時，設計經濟性更高的直驅機組，需要新型的發電機制動方法和制動系統，既可以產生全部或部分制動電磁力矩，又可以保證系統在瞬間接入時具有較小的沖擊和平滑的電磁力矩過渡。

第200710084201.4號中國發明專利公開了一種風輪機泄放負載系統及方法，其中，使用至少一個泄放電阻耦合至發電機和發電機轉換器，當用電電網損失功率時，泄放電阻施加一電氣負載給發電機轉換器。然而，當發電機轉換器由于外因或內因導致其失去對發電機電磁扭矩的控制能力時，該專利并不能進行監控。此時，功率變換器失去對發電機電磁扭矩的正常控制能力，其效果相當于電網損失功率，但更加嚴格(因為即使電網沒有損失功率，功率變換器也可能因為某些原因失去對發電機電磁扭矩的正常控制能力)，并且此現象應該是典型風輪機設計所需要考慮的。這里，內因可以包括功率變換器內部冷卻系統故障或換流模塊損壞故障等，外因可以包括電網損失或電網品質過差等。此外，在該專利中，直接用電阻負載，發電機繞組電壓、電流等品質較差，帶給發電機的沖擊過大，發電機實際電磁扭矩存在較大尖峰抖動。

第200710108216.X號中國發明專利公開了一種用于發電機的冗余電制動器及保護系統。然而，該專利直接用剩余電阻負載，發電機繞組電壓、電流等品質較差，帶給發電機的沖擊過大，發電機實際電磁扭矩存在較大尖峰抖動。

發明內容

因此，本發明的一方面在于提供一種能夠解決風力渦輪發電機組功率變換器失去對發電機電磁扭矩控制能力后的制動問題的發電機制動設備。

根據本發明的示例性實施例，提供一種發電機制動設備，包括控制器和制動系統，其中，控制器監測用于將發電機輸出的原始電能轉化為符合電網輸配電品質要求的電能的功率變換器的工作狀態，其特征在于：當功率變換器正常工作時，控制器控制制動系統切斷制動電阻；當功率變換器出現異常時，控制器控制制動系統投入制動電阻，并斷開功率變換器與發電機之間的連接。

此外，所述制動系統可包括發電機接觸器、制動器接觸器、第一電力濾波器、第二電力濾波器和制動電阻，其中，發電機接觸器的一端連接到發電機，另一端連接到第一電力濾波器，第一電力濾波器的輸出端連接到功率變換器，制動器接觸器的一端連接到發電機，另一端連接到第二電力濾波器，第二電力濾波器的輸出端連接到制動電阻。

此外，所述制動系統可包括發電機接觸器、制動器接觸器、第一電力濾波器、第二電力濾波器、制動器變換器和制動電阻，其中，發電機接觸器的一端連接到發電機，另一端連接到第一電力濾波器，第一電力濾波器的輸出端連接到功率變換器，制動器接觸器的一端連接到發電機，另一端連接到第二電力濾波器，第二電力濾波器的輸出端連接到制動變換器的一端，制動變換器的另一端連接到制動電阻。