專利名稱：冗余靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及高功率電子系統(tǒng)。具體來說，本實用新型涉及用于將機械能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電機(generator)的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(staticexcitation system)以及涉及發(fā)電機系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
靜態(tài)勵磁系統(tǒng)用于通過靜態(tài)部件、例如晶閘管等功率半導體開關(guān)及其電子控件來控制發(fā)電機的輸出電壓。靜態(tài)勵磁系統(tǒng)與發(fā)電機的勵磁繞組連接，并且激發(fā)發(fā)電機中的磁場以便控制輸出電壓。 如果靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的部件出故障，則有可能整個發(fā)電機系統(tǒng)將出故障。靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的出故障部件可能必須更換，之后發(fā)電機的下一次可能的啟動才是可能的。對于大型發(fā)電機系統(tǒng)，這可引起極高的費用，因為發(fā)電機系統(tǒng)可能停機數(shù)小時甚至數(shù)天。
實用新型內(nèi)容本實用新型的一個目的是提供一種具有極高可用性的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。 根據(jù)本實用新型的一個實施例，提供一種具體用于將機械能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電機
的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。靜態(tài)勵磁系統(tǒng)包括第一模塊部件，適用于進行用于控制靜態(tài)勵磁系統(tǒng)并
且用于調(diào)節(jié)對發(fā)電機勵磁的發(fā)電機磁場的功能；以及第二模塊部件，適用于進行用于控制
靜態(tài)勵磁系統(tǒng)并且用于調(diào)節(jié)對發(fā)電機勵磁的發(fā)電機勵磁電流(field current)的功能，其
中第二部件是適用于接替第一模塊部件的功能的冗余部件。 靜態(tài)勵磁系統(tǒng)包括至少兩個或多個模塊部件，其中至少一個部件是適用于在另一個模塊部件出故障的情況下接替這個部件的所有功能或者至少一個功能的冗余部件。[0007] 冗余部件可以是在接替另一個部件的功能之前未使用的部件。冗余部件也可以是靜態(tài)勵磁系統(tǒng)中適用于進行靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的某些功能并且適用于進一步進行出故障部件的功能的部件。 模塊部件可以是靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的模塊或組件，其中包括與靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的某功能關(guān)聯(lián)的功率半導體和/或控制器。模塊部件可以是靜態(tài)勵磁系統(tǒng)中適用于整體調(diào)換的子系統(tǒng)。 除了用于進行控制靜態(tài)勵磁系統(tǒng)并且用于調(diào)節(jié)對發(fā)電機勵磁的發(fā)電機勵磁電流
的功能的第一和第二模塊部件之外，靜態(tài)勵磁系統(tǒng)可包括其它模塊部件。 由于該冗余性，靜態(tài)勵磁系統(tǒng)具有高可用性，并且增強(即減小)故障之間的平均
時間(MTBF)。此外，靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的模塊構(gòu)造可允許系統(tǒng)的模塊部件的快速簡單更換。還
有可能甚至在靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的操作期間調(diào)換冗余模塊部件。 根據(jù)本實用新型的一個實施例，第一模塊部件包括第一控制通道，以及第二模塊
部件包括第二控制通道，其中兩個控制通道的每個適用于控制靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。 控制通道可以是適用于進行靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的控制功能的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的模塊或子系統(tǒng)。 靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的冗余性通過各適用于單獨進行控制功能的至少兩個、例如第一和第二控制通道來實現(xiàn)。 控制通道可以是靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的同樣制造的模塊。 根據(jù)本實用新型的一個實施例，第一控制通道適用于在第二控制通道出故障或失靈的情況下從第二控制通道接替控制靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(反過來也是一樣)。[0016] 例如，在某一時刻，第二控制通道是進行靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的控制功能的活動控制通道，而第一控制通道是不活動控制通道。如果活動的第二控制通道故障或者在第二控制通道中檢測到將要出故障或失靈，則第一控制通道從第二控制通道接替控制功能，并且成為活動控制通道。此后，第二控制通道可停用，從而成為不活動控制通道。 根據(jù)本實用新型的一個實施例，各控制通道經(jīng)由相應(yīng)的點對點通信線路與各個其他控制通道連接。即使控制通道其中之一出故障或失靈，其它控制通道可相互通信。[0018] 根據(jù)本實用新型的一個實施例，第一控制通道適用于監(jiān)測其功能性，而第二控制通道適用于監(jiān)測其功能性。每個控制通道適用于其自己監(jiān)測其功能性。例如，如果活動控制通道檢測到其本身的故障或失靈，則它通知另一個控制通道關(guān)于該失靈。這可經(jīng)由這兩個控制通道之間相應(yīng)的點對點通信線路來進行。此后，該另一個控制通道可接替控制靜態(tài)勵磁系統(tǒng)，從而成為活動控制通道。 還可以是另一個控制通道監(jiān)測活動控制通道的功能性(例如通過點對點通信線路)。如果另一個控制通道檢測到活動控制通道的故障或失靈，它可從活動控制通道接替控制功能。 根據(jù)本實用新型的一個實施例，每個控制通道適用于通過估量它自己的可用性來監(jiān)測其功能性。例如，控制通道可通過例如使用內(nèi)部時鐘對其停機時間進行測量或計數(shù)。[0021] 當活動控制通道具有比冗余通道更低的可用性時，具有較高可用性的控制通道可從之后成為不活動控制通道的活動控制通道接替控制功能。 根據(jù)本實用新型的一個實施例，第一控制通道、第二控制通道或者每個該控制通道包括用于與第二或另一個控制通道進行通信的通信單元或裝置。例如，這兩個控制通道可采用它們各自的經(jīng)由這兩個控制通道之間的點對點通信線路連接的通信單元相互進行通信。 根據(jù)本實用新型的一個實施例，第一控制通道、第二控制通道或者每個該控制通道包括用于接收發(fā)電機中傳感器的傳感器輸入的測量單元。 根據(jù)本實用新型的一個實施例，第一控制通道、第二控制通道或者每個該控制通
道包括用于控制靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的功率電子器件的功率電子控制單元。例如，控制通道可采
用其功率控制單元來控制靜態(tài)功率勵磁系統(tǒng)的電流轉(zhuǎn)換器的電流轉(zhuǎn)換器單元。 根據(jù)本實用新型的一個實施例，第一模塊部件包括第一電流轉(zhuǎn)換器單元，以及第
二模塊部件包括第二電流轉(zhuǎn)換器單元，其中第一和第二電流轉(zhuǎn)換器單元適用于調(diào)節(jié)對發(fā)電
機勵磁的發(fā)電機勵磁電流。 靜態(tài)勵磁系統(tǒng)可包括兩個以上電流轉(zhuǎn)換器單元。電流轉(zhuǎn)換器單元可以是靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的電流轉(zhuǎn)換器的模塊或子系統(tǒng)。靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的電流轉(zhuǎn)換器單元包括用于切換饋送到發(fā)電機勵磁繞組的電流的功率半導體。
5[0027] 在這種情況下，靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的冗余性可通過至少兩個電流轉(zhuǎn)換器單元來實現(xiàn)。每個該電流轉(zhuǎn)換器單元適用于調(diào)節(jié)電流轉(zhuǎn)換器的輸出電流的至少一部分。在某一時刻，只有一部分該電流轉(zhuǎn)換器單元可用于產(chǎn)生電流轉(zhuǎn)換器的輸出電流。在那個時刻未使用的其它電流轉(zhuǎn)換器單元可以是冗余電流轉(zhuǎn)換器單元。 轉(zhuǎn)換冗余性可通過并聯(lián)電流轉(zhuǎn)換器單元來包含。當一個電流轉(zhuǎn)換器單元出故障時，另一個電流轉(zhuǎn)換器單元可接管出故障的電流轉(zhuǎn)換器的電流。這個概念可基于所有電流轉(zhuǎn)換器之間的點對點通信。 電流轉(zhuǎn)換器單元可以是靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的同樣制造的模塊或子系統(tǒng)。 第一電流轉(zhuǎn)換器單元可適用于接替第二電流轉(zhuǎn)換器單元的功能(或者反過來也
是一樣)。還可以是每個該電流轉(zhuǎn)換器單元適用于接替另一個電流轉(zhuǎn)換器單元的功能。例
如，靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的電流轉(zhuǎn)換器可包括IO個電流轉(zhuǎn)換器單元。在某個時刻，只有9個電流
轉(zhuǎn)換器單元可用于調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流。如果這些活動電流轉(zhuǎn)換器單元其中之一出故障，
則第十個不活動電流轉(zhuǎn)換器單元可接替出故障的電流轉(zhuǎn)換器單元的功能，從而成為活動電
流轉(zhuǎn)換器單元。 根據(jù)本實用新型的一個實施例，在靜態(tài)勵磁系統(tǒng)中，控制硬件和電流轉(zhuǎn)換器是分離的?？刂朴布赏ㄟ^控制高電流晶閘管橋的電流轉(zhuǎn)換器來調(diào)節(jié)同步發(fā)電機的勵磁電流。冗余性的概念可在控制冗余性和轉(zhuǎn)換器冗余性方面是分離的。這兩個部分可獨立地保持。這可通過從各控制通道到各轉(zhuǎn)換器橋的通信路徑以及各控制通道之間的通信路徑來實現(xiàn)。[0032] 在這種情況下，靜態(tài)勵磁系統(tǒng)可包括至少兩個控制通道、如第一和第二控制通道以及至少兩個電流轉(zhuǎn)換器單元、如第一電流轉(zhuǎn)換器單元和第二電流轉(zhuǎn)換器單元?？刂仆ǖ篮娃D(zhuǎn)換器單元相互獨立地可以或者可以不包括冗余部件。 根據(jù)本實用新型的一個實施例，第一電流轉(zhuǎn)換器單元或者每個該電流轉(zhuǎn)換器單元包括用于調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流的轉(zhuǎn)換器橋。為此，轉(zhuǎn)換器橋可包含例如晶閘管等功率半導體開關(guān)或者多個這些功率半導體。 根據(jù)本實用新型的一個實施例，第一電流轉(zhuǎn)換器單元或者每個該電流轉(zhuǎn)換器單元包括用于控制轉(zhuǎn)換器橋的轉(zhuǎn)換器控制裝置。 轉(zhuǎn)換器控制裝置可適用于測量從轉(zhuǎn)換器橋輸出饋送到轉(zhuǎn)換器橋的或者在轉(zhuǎn)換器
橋中流動的電流。還可包括轉(zhuǎn)換器單元控制接口或裝置、柵極驅(qū)動接口或裝置和/或轉(zhuǎn)換
器信號接口或裝置。轉(zhuǎn)換器單元控制接口經(jīng)由柵極驅(qū)動接口來控制轉(zhuǎn)換器橋，其中柵極驅(qū)
動接口適用于控制功率半導體的柵極電壓以調(diào)節(jié)和輸出轉(zhuǎn)換器橋的電流。轉(zhuǎn)換器控制接口
可借助于轉(zhuǎn)換器信號接口來測量來自、進入轉(zhuǎn)換器橋或者在轉(zhuǎn)換器橋中的電流。 根據(jù)本實用新型的一個實施例，第一電流轉(zhuǎn)換器單元、第二電流轉(zhuǎn)換器單元或者
所有該電流轉(zhuǎn)換器單元并聯(lián)。在這種情況下，發(fā)電機勵磁電流可以是所有電流轉(zhuǎn)換器單元
的輸出電流的總和。 根據(jù)本實用新型的一個實施例，第一控制通道經(jīng)由第一點對點通信線路與第一電流轉(zhuǎn)換器單元連接，以及經(jīng)由第二點對點通信線路與第二電流轉(zhuǎn)換器單元連接。第二控制通道或者各個其他控制通道也可經(jīng)由相應(yīng)的點對點通信線路與第一、第二和其它電流轉(zhuǎn)換器單元連接。在每個這些控制通道與每個這些電流轉(zhuǎn)換器單元之間，存在點對點通信線路。不管此時哪一個部件正在使用或者正在工作，在這些部件之間可存在點對點通信。[0038] 根據(jù)本實用新型的一個實施例，第一控制通道或者第二控制通道適用于控制和/或監(jiān)測第一電流轉(zhuǎn)換器單元、第二電流轉(zhuǎn)換器單元或者所有該電流轉(zhuǎn)換器單元。例如，這可經(jīng)由點對點通信線路來進行。 例如，如果第一控制通道是活動控制通道，則它控制所有電流轉(zhuǎn)換器單元。冗余的
第二控制通道不是必須要那時控制電流轉(zhuǎn)換器單元。但是，如果第一控制通道故障并且第
二控制通道接替控制功能，則它可在稍后時刻控制所有電流轉(zhuǎn)換器單元。 根據(jù)本實用新型的一個實施例，第一或第二控制通道適用于檢測電流轉(zhuǎn)換器單元
的故障或失靈。可以有可能是甚至可由第一控制通道在相應(yīng)的電流轉(zhuǎn)換器單元完全出故障
之前檢測起始失靈。如果第一控制通道檢測到電流轉(zhuǎn)換器單元的故障，則它可將出故障的
電流轉(zhuǎn)換器單元的功能轉(zhuǎn)移到另一個電流轉(zhuǎn)換器單元。 根據(jù)本實用新型的一個實施例，第一控制通道適用于停用出故障的電流轉(zhuǎn)換器單元。 出故障的電流轉(zhuǎn)換器單元或者已停用電流轉(zhuǎn)換器單元的功能可由例如已經(jīng)活動的電流轉(zhuǎn)換器單元等冗余電流轉(zhuǎn)換器單元(例如通過增加其輸出電流)接替或者通過激活不活動電流轉(zhuǎn)換器單元來接替。 根據(jù)本實用新型的一個實施例，如果活動的電流轉(zhuǎn)換器單元其中之一出故障或者失靈，則第一控制通道適用于激活冗余電流轉(zhuǎn)換器單元。控制通道可適用于控制電流轉(zhuǎn)換器單元，使得如果電流轉(zhuǎn)換器單元其中之一出故障，則控制通道停用出故障的電流轉(zhuǎn)換器單元，并且激活冗余電流轉(zhuǎn)換器單元。 根據(jù)本實用新型的一個實施例，第一或第二控制通道適用于激活和停用電流轉(zhuǎn)換器單元，使得兩個電流轉(zhuǎn)換器單元之間的切換基本上對發(fā)電機勵磁電流沒有影響。例如，如果電流轉(zhuǎn)換器單元并聯(lián)，則勵磁電流可以是所有電流轉(zhuǎn)換器單元的輸出電流的總和。第一和第二電流轉(zhuǎn)換器單元的第一和第二輸出電流可控制成使得第一輸出電流以與第二輸出電流增加的相同速率減小，使得輸出電流的總和保持為相同的值。 本實用新型還涉及發(fā)電機系統(tǒng)。根據(jù)本實用新型的一個實施例，發(fā)電機系統(tǒng)包括
用于將機械能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電機和具有模塊冗余部件的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。 通過參照以下所述實施例進行的說明，本實用新型的這些方面及其它方面將會非
常明顯。
下面參照附圖更詳細地描述本實用新型的實施例。
圖1示出根據(jù)本實用新型的一個示范實施例的發(fā)電機系統(tǒng)的示意框圖。[0049] 圖2示出根據(jù)本實用新型的一個示范實施例的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的示意框圖。部件列表10發(fā)電機系統(tǒng)26傳感器裝置12靜態(tài)勵磁系統(tǒng)28傳感器裝置14發(fā)電機30傳感器線路16變壓器32傳感器線路18電線34a第一電流轉(zhuǎn)換器單元具體實施方式圖1示出包括靜態(tài)勵磁系統(tǒng)12、發(fā)電機14和變壓器16的發(fā)電機系統(tǒng)10的示意框圖。變壓器16經(jīng)由電線18與電網(wǎng)20連接。變壓器16用于將電網(wǎng)20的電能轉(zhuǎn)換成提供給發(fā)電機14和靜態(tài)勵磁系統(tǒng)12的電能。此外，發(fā)電機16適用于將發(fā)電機14所產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┙o電網(wǎng)20的電能。為了向靜態(tài)勵磁系統(tǒng)12提供電能，變壓器16經(jīng)由電線22與靜態(tài)勵磁系統(tǒng)12連接。為了向發(fā)電機14提供電能，變壓器16經(jīng)由電線24與發(fā)電機14連接。發(fā)電機14所產(chǎn)生的電能還經(jīng)由電線24提供給變壓器16。 在發(fā)電機系統(tǒng)10正常工作的情況下，例如可與渦輪機連接的發(fā)電機14將機械能轉(zhuǎn)換成提供給變壓器16的電能。用于將機械能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電機14中的磁場在發(fā)電機14的勵磁繞組中產(chǎn)生?？赏ㄟ^電線24向勵磁繞組饋送電流或電能。 發(fā)電機系統(tǒng)10包括用于測量發(fā)電機14中的狀態(tài)和/或電流和/或電壓的傳感器裝置26。傳感器裝置26還可用于測量連接發(fā)電機系統(tǒng)10的若干部件的網(wǎng)絡(luò)中的狀態(tài)、電流和/或電壓。發(fā)電機系統(tǒng)10的其它部件是用于測量變壓器16中的狀態(tài)、電流和/或電 [0058][0059][0060][0061][0062][0063][0064][0065][0066][0067][0068][0069][0070][0071][0072][0073][0074][0075][0076][0077][0078][0079][0080]
34b 第二電流轉(zhuǎn)換器單元
34c 電流轉(zhuǎn)換器單元
34d 電流轉(zhuǎn)換器單元
控制通道34e 電流轉(zhuǎn)換器單元
36b第二控制通道34f電流轉(zhuǎn)換器單元
38備用通道34g電流轉(zhuǎn)換器單元
40電線34h電流轉(zhuǎn)換器單元
42轉(zhuǎn)換器橋50a數(shù)據(jù)傳輸線
44轉(zhuǎn)換器信號接口50b數(shù)據(jù)傳輸線
46轉(zhuǎn)換器控制接口50c數(shù)據(jù)傳輸線
48柵極驅(qū)動接口52a通信控制和測量單元
54a功率電子控制器52b通信控制和測量單元
54b功率電子控制器52c通信控制和測量單元
56數(shù)據(jù)傳輸線22'電線
58數(shù)據(jù)傳輸線34a'第一電流轉(zhuǎn)換器單元
60a數(shù)據(jù)傳輸線34b'第二電流轉(zhuǎn)換器單元
60b數(shù)據(jù)傳輸線34c'電流轉(zhuǎn)換器單元
62組合輸入輸出單元34d'電流轉(zhuǎn)換器單元
64內(nèi)部接口36a'第一控制通道
66客戶接口36b'第二控制通道
12,靜態(tài)勵磁系統(tǒng)36 第三控制通道
40'電線56a'數(shù)據(jù)傳輸線
50a'數(shù)據(jù)傳輸線56b'數(shù)據(jù)傳輸線
50b'數(shù)據(jù)傳輸線56 數(shù)據(jù)傳輸線
50a'數(shù)據(jù)傳輸線
網(wǎng)線線一
電電電第
o 2 4 6
2 2 2 3壓的傳感器裝置28。 傳感器裝置26經(jīng)由模擬或數(shù)字傳感器線路30與設(shè)置在發(fā)電機14的部件處的傳感器連接。傳感器裝置28經(jīng)由模擬或數(shù)字傳感器線路32與變壓器16的部件處的傳感器連接。 靜態(tài)勵磁系統(tǒng)12包括8個同樣制造的電流轉(zhuǎn)換器單元34a、34b、34c、34d、34e、34f 、34g和34h、兩個控制通道36a和36b以及備用通道38。第一控制通道36a、第二控制通道36b和備用通道38是靜態(tài)勵磁系統(tǒng)12的模塊。第一電流轉(zhuǎn)換器34a、第二電流轉(zhuǎn)換器單元34b和其它電流轉(zhuǎn)換器單元34c至34h也是靜態(tài)勵磁系統(tǒng)12的模塊。靜態(tài)勵磁系統(tǒng)12是多級冗余靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。它包括兩個冗余控制通道36a、36b以及冗余電流轉(zhuǎn)換器單元34a至34h。多級冗余概念分成由兩個冗余控制通道36a和36b的控制冗余性以及由8個冗余電流轉(zhuǎn)換器單元34a至34h的轉(zhuǎn)換器冗余性。 電流轉(zhuǎn)換器單元34a至34h的每個適用于通過電線22接收來自變壓器16的電能，以及通過電線40將電能饋送到發(fā)電機14的勵磁繞組。 電流轉(zhuǎn)換器單元34a至34h并聯(lián)，并且是同樣設(shè)計的。例如，電流轉(zhuǎn)換器單元34a包括具有用于開關(guān)來自電線22的電流的功率半導體的轉(zhuǎn)換器橋42。功率半導體可以是晶閘管。此外，電流轉(zhuǎn)換器單元34a包括用于測量轉(zhuǎn)換器橋42的狀態(tài)和其中的電流的轉(zhuǎn)換器信號接口 44以及用于控制轉(zhuǎn)換器橋42的功率半導體柵極的柵極驅(qū)動接口 48。此外，電流轉(zhuǎn)換器單元34包括用于控制電流轉(zhuǎn)換器單元34a的轉(zhuǎn)換器控制接口 46 ，其中電流轉(zhuǎn)換器單元34a通過模擬數(shù)據(jù)傳輸線連接以便經(jīng)由轉(zhuǎn)換器信號接口 44從轉(zhuǎn)換器橋42傳送模擬測量信號。轉(zhuǎn)換器控制接口 46還通過控制線路與柵極驅(qū)動接口 48和電流轉(zhuǎn)換器橋42連接，用于傳送功率半導體控制信號。 電流轉(zhuǎn)換器單元34a的電流轉(zhuǎn)換器單元34a相應(yīng)的電流控制接口 46經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸線50a與第一控制通道36a連接，通過數(shù)據(jù)傳輸線50b與第二控制通道36b連接，以及通過數(shù)據(jù)傳輸線50c與備用通道38連接。轉(zhuǎn)換器控制接口 46適用于經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸線50a、50b、50c接收來自控制通道36a、36b和備用通道38的控制信號。此外，例如如果出現(xiàn)電流轉(zhuǎn)換器單元34a中的故障，則包含與電流轉(zhuǎn)換器單元34a的狀態(tài)有關(guān)信息的信號可通過數(shù)據(jù)傳輸線50a、50b、50c發(fā)送給控制通道36a、36b和備用通道38。 電流轉(zhuǎn)換器單元34b至34h也經(jīng)由與數(shù)據(jù)傳輸線50a、50b、50c相似的其它數(shù)據(jù)傳輸線與控制通道36a、36b和備用通道38連接。電流轉(zhuǎn)換器單元34a至34h的每個經(jīng)由獨立的點對點通信線路與控制通道36a、36b和備用通道38的每個連接。[0090] 控制通道36a、36b的每個包括通信控制和測量單元52a、52b，它們各適用于接收來自傳感器裝置26的測量信號，并且適用于建立相應(yīng)控制通道36a、36b與靜態(tài)勵磁系統(tǒng)12的其它部件的通信。控制通道36a、36b的每個還分別包括功率電子控制器54a、54b，其適用于分別通過數(shù)據(jù)傳輸線50a、50b向電流轉(zhuǎn)換器單元34a至34h、例如向電流轉(zhuǎn)換器單元34a發(fā)送控制信號。 備用通道38包括通信控制和測量單元52c，其適用于接收來自傳感器裝置28的測量信號，并且適用于例如通過數(shù)據(jù)傳輸線50c建立備用通道38與電靜態(tài)勵磁系統(tǒng)12的其它部件和電流轉(zhuǎn)換器單元34a之間的通信。 對于通信，第一控制通道36a通過數(shù)據(jù)傳輸線56與第二控制通道36b連接。備用
9通道38也經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸線58與第一和第二控制通道36a、36b連接。第一控制通道36a和第二控制通道36b還分別通過數(shù)據(jù)傳輸線60a、60b與多個組合輸入/輸出單元連接，其中多個組合輸入/輸出單元適用于與其它內(nèi)部接口 64和外部客戶接口 66交換數(shù)據(jù)。[0093] 數(shù)據(jù)傳輸線50a、50b、50c、56、58、60a、60b的全部或部分可以是光學數(shù)據(jù)傳輸線。[0094] 在發(fā)電機系統(tǒng)10啟動的情況下，靜態(tài)勵磁系統(tǒng)12通過電線14向發(fā)電機14的勵磁繞組提供調(diào)制電流。為此，電流轉(zhuǎn)換器單元34a至34h中的一部分調(diào)制經(jīng)由轉(zhuǎn)換器橋42中它們的半導體開關(guān)從線路22而來的電流。勵磁電流的調(diào)制由第一控制通道和第二控制通道36b其中之一來控制。在某一時刻控制轉(zhuǎn)換器橋34a至34h的控制通道36a、36b是活動控制通道。如果活動控制通道36a、36b檢測到活動電流轉(zhuǎn)換器單元其中之一的故障或失靈，則它停用相應(yīng)的電流轉(zhuǎn)換器單元，并且激活冗余電流轉(zhuǎn)換器單元。例如，在某一時刻，第一電流轉(zhuǎn)換器單元34a可以是活動的，而第二電流轉(zhuǎn)換器單元34b可以是不活動的。如果在這種情況下可以是活動控制通道的控制通道36a檢測到電流轉(zhuǎn)換器單元34a有故障，則它停用電流轉(zhuǎn)換器單元34a，并且激活電流轉(zhuǎn)換器單元34b。 控制通道36a和36b的每個監(jiān)測其自身的功能性。如果活動控制通道36a、36b檢測到它失靈或者它有故障，則通知其它不活動控制通道36a、36b關(guān)于它的狀態(tài)。在通過數(shù)據(jù)傳輸線56接收到這個信息之后，不活動控制通道36a、36b自行激活，并且從活動控制通道36a、36b接替控制功能，活動控制通道36a、36b然后成為不活動控制通道36a、36b。[0096] 圖2示出可取代靜態(tài)勵磁系統(tǒng)12用于圖1的發(fā)電機系統(tǒng)10的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)12'的另一個實施例的示意框圖。 靜態(tài)勵磁系統(tǒng)12'包括第一控制通道36a'、第二控制通道36b'和第三控制通道36c，。三個控制通道36a， 、36b，和36c，適用于通過數(shù)據(jù)傳輸線56a， 、56b，和56c，相互通信?？刂仆ǖ?6a'通過數(shù)據(jù)傳輸線56a'與控制通道36b'連接?？刂仆ǖ?6b'通過數(shù)據(jù)傳輸線56b'與控制通道36c'連接。控制通道36c'通過數(shù)據(jù)傳輸線56c'與控制通道36a'連接。如果控制通道36a、36b和36c其中之一完全故障，則另外兩個控制通道適用于相互通信。 靜態(tài)勵磁系統(tǒng)12'還包括四個電流轉(zhuǎn)換器單元34a' 、34b' 、34c'和34d'?？刂仆ǖ?6a' 、36b'和36c'的每個適用于與其它控制通道36a' 、36b' 、36c'無關(guān)地控制所有電流轉(zhuǎn)換器單元34a'至34d'?？刂仆ǖ?6a通過四個點對點通信或數(shù)據(jù)傳輸線50a'與電流轉(zhuǎn)換器單元34a'至34d'連接?？刂仆ǖ?6b通過四個點對點通信或數(shù)據(jù)傳輸線50b'與電流轉(zhuǎn)換器單元34a'至34d'連接。控制通道36c通過四個點對點通信或數(shù)據(jù)傳輸線50c'與電流轉(zhuǎn)換器單元34a'至34d'連接。 由于點對點通信線50a， 、50b， 、50c， 、56a， 、56b， 、56c，，所有模塊部件36a， 、36b，、36c'、34a'、34b'、34c'、34d'相互單獨連接。在這些部件之一出故障的情況下，其它部件適用于相互通信。 電流轉(zhuǎn)換器單元34a'至34d'并聯(lián)，并且通過電線22'接收來自變壓器16的電力或電流。在由電流轉(zhuǎn)換器單元34a'至34d'調(diào)制之后，電流或電力被提供給與發(fā)電機14的勵磁繞組連接的電線40'。 雖然在附圖和以上描述中詳細說明和描述了本實用新型，但是這種說明和描述被認為是說明性或示范性而不是限制性的；本實 新型并不局限于所公開的實施例。通過研究附圖、本公開和所附權(quán)利要求書，對所公開的實施例的其它變更是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解和實施的，并且實施要求權(quán)益的本實用新型。在權(quán)利要求書中，詞語"包括"并不排
除其它元件，以及不定冠詞"一個"并不排除多個。單個處理器或控制器或者其它單元可完成權(quán)利要求書中所述的若干項的功能。在互不相同的從屬權(quán)利要求中陳述某些測量的事實并不表示這些測量的組合不能用于產(chǎn)生良好效果。權(quán)利要求書中的任何參考標號不應(yīng)當理解為限制范圍。
權(quán)利要求一種用于將機械能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電機(14)的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(12)，所述靜態(tài)勵磁系統(tǒng)包括第一模塊部件，適用于進行用于控制所述靜態(tài)勵磁系統(tǒng)并且用于調(diào)節(jié)對所述發(fā)電機勵磁的所述發(fā)電機勵磁電流的功能，第二模塊部件，適用于進行用于控制所述靜態(tài)勵磁系統(tǒng)并且用于調(diào)節(jié)對所述發(fā)電機勵磁的所述發(fā)電機勵磁電流的功能，其中，所述第二模塊部件是適用于接替所述第一模塊部件的功能的冗余部件。
2. 如權(quán)利要求1所述的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(12)， 其中，所述第一模塊部件包括第一控制通道(36a)， 其中，所述第二模塊部件包括第二控制通道(36b)， 其中，該兩個控制通道的每個適用于控制所述靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。
3. 如權(quán)利要求2所述的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(12)，其中，所述第一控制通道(36a)適用于在所述第二控制通道出故障的情況下從所述第 二控制通道(36b)接替控制所述靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。
4. 如權(quán)利要求2和3中的任一項所述的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(12)，其中，各控制通道(36a，36b)經(jīng)由相應(yīng)的點對點通信線路與各個其他控制通道連接。
5. 如權(quán)利要求2至4中的任一項所述的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(12)， 其中，所述第一控制通道(36a)適用于監(jiān)測其功能性，以及 其中，所述第二控制通道(36b)適用于監(jiān)測其功能性。
6. 如權(quán)利要求2至5中的任一項所述的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(12)，其中，每個所述控制通道(36a，36b)適用于通過評級其自身的可用性來監(jiān)測其功能性。
7. 如權(quán)利要求2至6中的任一項所述的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(12)， 其中，所述第一控制通道(36a)包括 通信單元，用于與所述第二控制通道進行通信， 測量單元，用于接收所述發(fā)電機中傳感器的傳感器輸入， 功率電子控制器(54a)，用于控制所述靜態(tài)勵磁系統(tǒng)的功率電子器件。
8. 如權(quán)利要求1-7中的任一項所述的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(12)， 其中，所述第一模塊部件包括第一電流轉(zhuǎn)換器單元(34a)， 其中，所述第二模塊部件包括第二電流轉(zhuǎn)換器單元(34b)，其中，所述第一和第二電流轉(zhuǎn)換器單元適用于調(diào)節(jié)用于對所述發(fā)電機勵磁的所述發(fā)電 機勵磁電流。
9. 如權(quán)利要求8所述的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(12)， 其中，所述第一電流轉(zhuǎn)換器單元(34a)包括 轉(zhuǎn)換器橋(42)，用于調(diào)節(jié)所述發(fā)電機勵磁電流， 轉(zhuǎn)換器控制裝置，用于控制所述轉(zhuǎn)換器橋。
10. 如權(quán)利要求8和9中的任一項所述的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(12)， 其中，所述第一和第二電流轉(zhuǎn)換器單元(34a，34b)并聯(lián)。
11. 如權(quán)利要求8至10中的任一項所述的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(12)，其中，所述第一控制通道(36a)經(jīng)由第一點對點通信線路與所述第一電流轉(zhuǎn)換器單元(34a)連接，以及經(jīng)由第二點對點通信線路與所述第二電流轉(zhuǎn)換器單元(34b)連接。
12. 如權(quán)利要求8至11中的任一項所述的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(12)，其中，所述第一控制通道(36a)適用于控制所述第一電流轉(zhuǎn)換器單元(34a)和所述第二電流轉(zhuǎn)換器單元(34b)。
13. 如權(quán)利要求8至12中的任一項所述的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(12)，其中，所述第一控制通道(36a)適用于檢測電流轉(zhuǎn)換器單元(34a至34h)的故障，其中，所述第一控制通道(36)適用于停用出故障的電流轉(zhuǎn)換器單元。
14. 如權(quán)利要求8至13中的任一項所述的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(12)，其中，所述第一控制通道(36a)適用于如果活動的電流轉(zhuǎn)換器單元其中之一出故障則激活冗余的電流轉(zhuǎn)換器單元。
15. 如權(quán)利要求8至14中的任一項所述的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(12)，其中，所述第一控制通道(36a)適用于激活和停用所述電流轉(zhuǎn)換器單元，使得兩個電流轉(zhuǎn)換器單元之間的切換基本上對所述發(fā)電機勵磁電流沒有影響。
16. —種發(fā)電機系統(tǒng)(IO)，包括發(fā)電機(14)，用于將機械能轉(zhuǎn)換成電能，如權(quán)利要求1至15中的任一項所述的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(12)。
專利摘要本實用新型提供冗余靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(12)包括至少兩個模塊部件(36a、36b、34a、34b、34c、34d、34e、34f、34g、34h)。這些模塊部件的至少一個是冗余部件，它適用于在這些模塊部件中的另一個部件出故障的情況下接替這個部件的功能。
文檔編號H02P9/14GK201550070SQ200920166669
公開日2010年8月11日 申請日期2009年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月6日
發(fā)明者R·莫克利 申請人:Abb瑞士有限公司