[發明專利]電磁制動系統和方法

有效

• 申請號: 201310263947.7
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN103516272B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: A.帕諾斯延;S.H.施拉姆;J.E.亨默爾曼;C.M.西勒;F.帕皮尼;董曉婷;J.休伯
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02P9/00
• 分類號: H02P9/00;H02P9/04;H02J3/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 柯廣華,湯春龍

技術領域

本公開一般來說涉及發電系統并且更具體地涉及用于在發電系統中維持發電機與電力網之間的同步的系統和方法。

背景技術

分布式能源（DER）系統是小的發電機，典型地在從3kW至10000kW的范圍內，其從各種源產生電力并且將產生的電力傳遞到連接到發電機的電力網。電力網收集從多個發電機產生的電力并且將電力傳輸到不同位置。典型地，DER系統是傳統電力系統的備選或增強。小的發電機可由小的燃氣輪機提供動力或可包括例如燃料電池和/或風力發電機。DER系統使在輸電中損失的能量減少，這是因為在非常接近用電的地方產生電，甚至可能在相同的建筑物內。DER系統還使必須構造的電力線的尺寸和數量減少。

直到最近，許多國家中的網絡操作員允許小的分布式發電機在嚴重的網絡干擾情況下快速從網絡斷開。網絡干擾可由于在DER系統操作期間出現的若干種故障而引起。典型地，電力網中的故障可以是平衡故障或不平衡故障。實際上，電力系統中故障中的大部分是不平衡單相故障。當在公用系統中出現故障時，系統中的電壓可減小一定量。這樣的電壓減小可稱為“電壓驟降”或“電壓跌落”。

這樣的“電壓驟降”或“電壓跌落”的特性取決于若干方面，例如故障的類型和嚴重程度、故障的位置和故障的持續時間。典型地，在電力網中的任何位置處的“電壓驟降”或“電壓跌落”的幅度取決于故障的嚴重程度和到故障的距離。相似地，“電壓驟降”或“電壓跌落”的持續時間可取決于保護電路檢測并隔離故障所需要的時間。“電壓驟降”或“電壓跌落”的持續時間通?？梢允谴蠹s幾百毫秒。

此外，在故障事件中，發電機和電力網的互連點處的電壓的突然下降可導致發電機電力輸出的突然下降。因此，發電機的電力輸出與來自發動機的機械動力輸入之間的不平衡可引起發動機加速，這可導致失去發電機與剩余電網之間的同步。從而，具有小的慣性的某些類型的發電機可迅速加速并且在故障事件期間失去同步。在非限制性示例中，某些類型的發電機包括小的同步或異步發電機。

在過去，在這些意外故障和大的電力干擾情況下，每當出現電壓下降時小的發電機離線跳閘，這是可接受并且可期望的。當從這些小的發電機提供給電網的總電力與由所有其他發電單元提供給電網的總電力相比非常小時，采用這樣的方式的操作對電力網的穩定性沒有實際的不利影響。然而，隨著電網中小的分布式發電機的滲入以及由這些小的分布式發電機提供給電網的電力的量在增加，如果在具有低電壓條件的故障事件期間斷開所有這樣的發電機，可能危及電網的穩定性。因此，這些發電機仍然與電網同步、穿越低壓條件并且能夠在清除故障后立即將電力饋送到電網內，這是可期望的。因此，新興電網碼越來越需要小的發電機“穿越”由電網故障事件引起的某些電壓條件。然而，這目前對具有小慣性的發電機代表著大的挑戰，其趨于在“電壓驟降”后迅速加速。

可采用各種技術來克服在故障條件期間發電機中迅速加速的問題。一個這樣的技術是提供機械制動來使發電機中的原動機停止。然而，機械制動單元具有相對慢的反應時間并且因此對于具有小慣性的小的發電機是不充足的，這甚至在施加機械制動之前可能失去同步。另一個技術是增加發電機的慣性，例如通過添加飛輪，以在低電壓條件期間使發電機加速減少。該技術導致具有附加重量和成本的發電機的動態性能降低。備選技術是對電制動提供制動電阻器來耗散電阻器中的電力以便在故障條件期間使發電機的加速停止。然而，電制動技術中的大部分包括昂貴的電力電子器件，其使系統的成本大大增加。

因此，需要有解決一個或多個上述問題的有效且廉價的故障穿越（FRT）發電系統的改進系統和方法。

發明內容

根據本文描述的一個實施例，電磁制動系統包括：導電盤，其耦合于發電系統的可旋轉軸，其中該可旋轉軸操作地耦合于原動機與發電機之間；控制器，用于從發電系統接收至少一個狀態信號并且用于基于該至少一個狀態信號產生控制信號；和感應單元，用于在由控制信號命令調節可旋轉軸的旋轉速度時在導電盤上施加電磁制動力。

根據本文描述的另一個實施例，方法包括：接收代表可旋轉軸的旋轉速度、電力網中的電壓、發電機處的電流、由原動機生成的機械動力、發電機的轉子角、由發電機生成的電力或其組合的至少一個狀態信號；基于該至少一個狀態信號確定控制信號；以及在由控制信號命令調節可旋轉軸的旋轉速度時在可旋轉軸上施加電磁制動力。

根據本文描述的另一個實施例，發電系統包括：原動機，用于形成機械動力；發電機，其通過可旋轉軸操作地耦合于該原動機用于基于該機械動力產生電流并且將該電流供應給電力網；和電磁制動單元，其操作地耦合于可旋轉軸用于調節可旋轉軸的旋轉速度。