[發明專利]具有故障穿越能力的發電系統和方法

在審

• 申請號: 201410666181.1
• 申請日: 2014-11-20
• 公開（公告）號: CN104659806A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: A.帕諾斯延;S.F.S.埃爾－巴巴里;S.施勒德
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強;肖日松

技術領域

本發明總地涉及電能轉換，并且更具體地說，涉及用于連接在電網上的、具有低的慣性力矩的小型發電機組的故障穿越能力的系統和方法，小型發電機組以。

背景技術

在傳統的電力系統中，大部分電功率是在大型集中化的設施中產生的，例如化石燃料(以煤、燃氣為動力的)電廠、核電廠或水力電廠。這些傳統的電廠具有優良的規模經濟性，但通常長距離傳輸電力，并可能影響環境。分布式能源(DER)系統是小型發電機組(通常在3kW至10,000kW的范圍內)，其用于為傳統電力系統提供一種備選或增強。小型發電機組可被例如小型燃氣發動機、柴油機和/或風力渦輪驅動。DER系統減少了傳輸電力的能量損失量，因為電力產生地非常靠近其使用地。DER系統還減少了必須建造的電力線路的尺寸和數量。然而，由于利用小型發電機組進行分布式發電的日益增長的趨勢，許多電網規范需要小型發電機組提供增強的能力，例如故障電壓穿越能力。

當在電力系統中發生故障時，系統中的電壓可在很短的期間(通常小于500毫秒)下降極大的量，直至清除故障。故障可為由于至少一個相導體被接地(接地故障)或由于兩個或多個相導體的短路而造成的。這些類型的故障可發生在閃電和風暴期間，或者由于傳輸線路意外被接地而造成的。故障可導致極大的電壓下降事件。在過去，在這些無意造成的故障和大功率干擾的情況下，無論何時發生電壓下降，使小型發電機組跳脫線路是可接受的且合乎需要的。在小型發電機組的穿透水平較低時這樣的操作對于電力供給沒有實際的損害影響。然而，隨著電力系統中的小型發電機組的穿透水平的增加，需要這些小型發電機組保持在線，并穿越這種低壓狀況，并且與電網保持同步，從而能夠在清除故障之后繼續為電網供給功率。這與應用于大型發電機組的要求是相似的。

因此，需要確定一種將解決前述問題的方法和系統。

發明內容

根據本技術的一個實施例，提供了一種發電系統。這種發電系統包括發電機，其以機械的方式聯接在發動機上，以產生電功率。發電系統還包括連接在發電機和電網之間的故障穿越系統。故障穿越系統包括與固態開關并聯連接的機械開關，以及用于協調地控制機械開關、固態開關和發動機點火的控制器。

根據本技術的另一實施例，提供了一種將電功率從發電系統供給電網的方法。發電系統包括連接在發電機和電網之間的故障穿越系統，其中故障穿越系統包括與固態開關并聯連接的機械開關。該方法包括當檢測到故障時控制機械開關斷開，并且如果在預定的時間之前清除了故障則閉合機械開關，并且在機械開關斷開之后通過固態開關為發電機電流提供旁路路徑。該方法還包括與固態開關協調地控制發動機的點火，發動機聯接在發電機上。

技術方案1.?一種發電系統，包括：

發電機，其以機械的方式聯接在發動機上，以產生電功率；

故障穿越系統，其連接在所述發電機和電網之間，所述故障穿越系統包括：

　　機械開關，其與固態開關并聯連接；和

　　控制器，其用于協調地控制所述機械開關、所述固態開關和所述發動機的點火。

技術方案2.?根據技術方案1所述的系統，所述發動機包括燃氣渦輪或燃氣發動機或風力渦輪。

技術方案3.?根據技術方案1所述的系統，所述控制器配置成產生第一控制信號來控制所述發動機的點火，產生第二控制信號來控制所述機械開關，并產生第三控制信號來控制所述固態開關。

技術方案4.?根據技術方案3所述的系統，所述控制器配置成當檢測到電網故障狀況時產生所述第一控制信號來部分地或完全地切斷所述發動機的點火。

技術方案5.?根據技術方案4所述的系統，所述控制器配置成當檢測到電網故障狀況時產生所述第二控制信號來斷開所述機械開關，并且在所述機械開關斷開之前產生所述第三控制信號來閉合所述固態開關，從而在所述機械開關斷開時提供旁路路徑。

技術方案6.?根據技術方案5所述的系統，所述控制器配置成如果在預定的時間之前清除了故障狀況，就接通所述機械開關并切斷所述固態開關。

技術方案7.?根據技術方案6所述的系統，所述控制器配置成如果在所述預定的時間之后沒有清除故障狀況，并且所述發電機停止下來，就保持所述機械開關和所述固態開關處于不導通狀態。

技術方案8.?根據技術方案4所述的系統，所述控制器配置成基于輸入信號來檢測故障狀況。

技術方案9.?根據技術方案8所述的系統，所述控制器基于所述輸入信號來控制所述發動機的點火。