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風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法

文檔序號(hào):7434758閱讀:247來源:國知局
專利名稱:風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其在功率系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生停電等電壓下降時(shí),吸收在交流勵(lì)磁型發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的過大電流以保護(hù)與轉(zhuǎn)子連接的變流器(converter),并 且,不需要從系統(tǒng)中將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)解列,就可以在吸收過大電流之后實(shí)現(xiàn)與轉(zhuǎn)子連接的 變流器的運(yùn)轉(zhuǎn)的重新開始。
背景技術(shù)
發(fā)電裝置中所使用的交流勵(lì)磁型發(fā)電機(jī),通過利用功率轉(zhuǎn)換器以轉(zhuǎn)差頻率(系統(tǒng) 頻率與旋轉(zhuǎn)頻率之差)對(duì)轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行交流勵(lì)磁,從而可以通過轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁使定子側(cè)產(chǎn)生 的電壓成為與系統(tǒng)頻率相同的頻率。通過使轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁頻率(轉(zhuǎn)差頻率)可變,能夠使風(fēng) 車的旋轉(zhuǎn)數(shù)可變,并且,能夠使功率轉(zhuǎn)換器的容量比發(fā)電機(jī)的容量小等的優(yōu)點(diǎn)。但是,如果功率系統(tǒng)中發(fā)生接地故障等電壓降低的情況,則交流勵(lì)磁型發(fā)電機(jī)進(jìn) 行向發(fā)生故障處提供電流的操作。此時(shí),由于在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)過大電流,且在與轉(zhuǎn)子側(cè)連 接的勵(lì)磁用變流器中流過過大的電流,因此,采用設(shè)置用閘流晶體管將轉(zhuǎn)子電路短路的、即 被稱為撬棒(Crow-bar)的裝置的方法。在歐洲等地規(guī)定在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),不將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)從系統(tǒng)解列,必須持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),因此,需要在短時(shí)間的電壓降低時(shí),通過不將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)從功率系統(tǒng)解列,在故障之 后重新開始發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn),從而減小對(duì)功率系統(tǒng)的影響。專利文獻(xiàn)1中記載了 以往在檢測(cè)到發(fā)電機(jī)側(cè)變流器的過電流時(shí)啟動(dòng)短路電路的方式。另外,專利文獻(xiàn)2中記載了 在檢測(cè)到系統(tǒng)電壓降低時(shí)啟動(dòng)短路電路的方式。[現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]專利文獻(xiàn)1 美國專利第6,921,985號(hào)專利文獻(xiàn)2 美國專利第7,321,221號(hào)本發(fā)明要解決的問題點(diǎn)在于保護(hù)交流勵(lì)磁型發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁用功率轉(zhuǎn)換器不會(huì)受 到由于系統(tǒng)故障或系統(tǒng)干擾而產(chǎn)生的過電流的影響,可以不將發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)斷開地進(jìn)行運(yùn) 轉(zhuǎn)。特別是,在低發(fā)電量時(shí),有時(shí)會(huì)有在轉(zhuǎn)子達(dá)到過電流電平之前,變流器直流電壓上升,變 流器不能運(yùn)轉(zhuǎn)的情況發(fā)生。因此,本發(fā)明要解決的問題點(diǎn)還包括避免這種情況發(fā)生,防止 變流器直流過電壓,使得發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)可以在系統(tǒng)故障恢復(fù)后立即重新開始。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中,將系統(tǒng)故障時(shí)過電流消耗裝置的交流輸入與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn) 子和勵(lì)磁用變流器之間連接,檢測(cè)出勵(lì)磁用變流器直流電壓上升,在系統(tǒng)故障時(shí)啟動(dòng)短路 電路。為了解決上述技術(shù)課題,本發(fā)明提供一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其中,將交流勵(lì)磁型發(fā)電 機(jī)的定子與功率系統(tǒng)連接,將交流勵(lì)磁用變流器與該交流勵(lì)磁型發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接,另外, 將該交流勵(lì)磁型發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與渦輪連接,通過渦輪的動(dòng)力使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),在該交流勵(lì)磁用變流器與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間,具有可以通過開關(guān)單元進(jìn)行短路的短路電路單元,并具有與上述交流勵(lì)磁型發(fā)電機(jī)的定子和上述功率系統(tǒng)連接的系統(tǒng)側(cè)變流器,該系統(tǒng)側(cè)變流器 的直流部分與上述交流勵(lì)磁用變流器的直流部分連接,另外,具有用于對(duì)在系統(tǒng)電壓降低 時(shí)備用的勵(lì)磁用變流器和系統(tǒng)側(cè)變流器進(jìn)行控制的控制裝置,且上述該交流勵(lì)磁型發(fā)電機(jī) 向上述功率系統(tǒng)提供發(fā)電功率,上述變流器的控制裝置具有檢測(cè)直流電壓的單元和直流電 壓上升檢測(cè)單元,并具有檢測(cè)直流電壓的上升,啟動(dòng)上述短路電路單元的單元。另外,本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還具有如下特征上述變流器的控制裝置具有檢測(cè)上述發(fā)電機(jī)與上述交流勵(lì)磁用變流器之間的電流,并檢測(cè)過大電流的單元;通過上述檢測(cè) 過大電流的單元或上述直流電壓上升檢測(cè)單元的任一個(gè)單元的信號(hào)來啟動(dòng)上述短路電路 單元。另外,本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還具有如下特征作為上述直流電壓上升檢測(cè)單元,檢測(cè)比通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的值大的值。另外,本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還具有如下特征作為上述直流電壓上升檢測(cè)單元,以設(shè)定在通常的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的電壓電平與使上述變流器保護(hù)停止的過電壓電平之間的過電壓 檢測(cè)電平來檢測(cè)直流電壓的上升。另外,本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還具有如下特征上述直流電壓上升檢測(cè)單元對(duì)直流電壓指令值與檢測(cè)值的偏差大的情形進(jìn)行檢測(cè)。另外,本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還具有如下特征具有在上述發(fā)電機(jī)與上述變流器之間發(fā)生過大電流的情況下,使上述交流勵(lì)磁用變流器的柵極停止的單元。另外,本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還具有如下特征上述短路電路單元具有包括多個(gè)電阻器,且在短路時(shí)幾乎同時(shí)工作,在解除短路時(shí)按順序斷開的單元。另外,本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還具有如下特征上述短路電路單元具有包括多個(gè)電阻器,且在短路時(shí)幾乎同時(shí)工作,在解除短路時(shí)按順序斷開的單元,并具有根據(jù)系統(tǒng)電壓 的振幅值使上述同時(shí)工作的期間可變的單元。另外,本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還具有如下特征當(dāng)通過上述短路電路單元將已短路的電阻都斷開之后,開始上述交流勵(lì)磁用變流器的工作,工作開始后,在功率系統(tǒng)的電壓 中大量存在反相成分時(shí),將發(fā)電機(jī)定子的有效功率以及無效功率控制在幾乎為零。另外,本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還具有如下特征上述短路電路單元連續(xù)2次實(shí)施從同時(shí)接通到按順序斷開的循環(huán),在第3次使系統(tǒng)停止。另外,本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還具有如下特征具有防止上述變流器控制的發(fā)電功率的指令值的驟變的單元。另外,本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還具有如下特征具有檢測(cè)系統(tǒng)電壓下降的單元和在系統(tǒng)電壓的下降中降低上述變流器的直流電壓的單元。另外,本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還具有如下特征,具有當(dāng)上述變流器的直流電壓上升時(shí),將有效電流變更到放電方向的單元。另外,本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還具有如下特征,具有檢測(cè)上述系統(tǒng)變流器的輸出交流電流的過電流的單元;在通過上述過電流檢測(cè)單元檢測(cè)出過電流的情況下,使上述系 統(tǒng)側(cè)變流器暫時(shí)停止的單元;和進(jìn)行再啟動(dòng)的再啟動(dòng)單元。[發(fā)明效果]
根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),可以通過將短路電路(過電流消耗裝置)的交流輸入連接到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與勵(lì)磁用變流器之間,檢測(cè)出系統(tǒng)電壓下降和勵(lì)磁用變流器直流電壓 上升,而啟動(dòng)過電流消耗裝置,來實(shí)現(xiàn)保護(hù)交流勵(lì)磁型發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁用功率轉(zhuǎn)換器不受系 統(tǒng)干擾引起的過電流的影響,并可以持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的操作。


圖1是風(fēng)力發(fā)電裝置的電路構(gòu)成的說明圖。圖2是系統(tǒng)側(cè)變流器2041的構(gòu)成的說明圖。圖3是空載時(shí)間附加器2041-02,2042-02的說明圖。圖4是發(fā)電機(jī)側(cè)變流器2042的構(gòu)成的說明圖。圖5是變流器2041的控制構(gòu)成的說明圖。圖6是變流器2041的監(jiān)視處理CTL_WTCH1的處理流程圖。圖7是變流器2042的控制構(gòu)成的說明圖。圖8是相位檢測(cè)器THDET的說明圖。圖9是指令切換器SW的構(gòu)成圖。圖10是系統(tǒng)故障應(yīng)對(duì)裝置212的電路構(gòu)成的說明圖。圖11是系統(tǒng)故障應(yīng)對(duì)裝置212的操作說明圖。圖12是系統(tǒng)故障應(yīng)對(duì)裝置的控制裝置213的控制構(gòu)成的說明圖。圖13是變流器2042的監(jiān)視處理CTL_WTCH2的處理流程圖。圖14是變流器2042的監(jiān)視處理CTL_WTCH2的處理流程圖。符號(hào)的說明10系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備20風(fēng)力發(fā)電裝置201交流勵(lì)磁型發(fā)電機(jī)202 翼203風(fēng)車控制裝置204變流器205變流器控制裝置206斷路器207連接用變壓器208,209電磁接觸器或斷路器210變流器直流電路211編碼器212過電流消耗裝置213過電流消耗裝置的控制裝置214交流濾波器電路215dv/dt控制用電抗器216無停電電源裝置217變壓器(控制電源用)
218傳動(dòng)裝置219a, 219b, 219c, 219d 電流傳感器220a, 220b電壓傳感器
221系統(tǒng)故障應(yīng)對(duì)系統(tǒng)Qref無效功率指令值Pref有效功率指令值Run運(yùn)轉(zhuǎn)/停止指令值PCH槳葉角指令VSY系統(tǒng)電壓檢測(cè)值VST定子電壓檢測(cè)值ISY系統(tǒng)電流1ST 定子電流IR 變流器2042電流IG 變流器2041電流VDC變流器直流部電壓
具體實(shí)施例方式以下,通過附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。(實(shí)施例1)通過圖1對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例1的裝置構(gòu)成(單線接線圖)進(jìn)行說明。風(fēng)力發(fā)電裝置20通過輸電線與功率系統(tǒng)10連接。風(fēng)力發(fā)電裝置20主要由發(fā)電 機(jī)201、翼202、風(fēng)車控制裝置203、變流器(勵(lì)磁裝置)204、變流器控制裝置205、過電流消 耗裝置212、過電流消耗裝置212的控制裝置213而構(gòu)成。翼202通過傳動(dòng)裝置218與發(fā)電機(jī)201的轉(zhuǎn)子機(jī)械性地連接。發(fā)電機(jī)201的轉(zhuǎn)子繞組與變流器204電連接,另外,發(fā)電機(jī)201的定子通過斷路器 206或變壓器207等與功率系統(tǒng)電連接。風(fēng)車控制裝置203對(duì)風(fēng)速檢測(cè)或翼202的角度控制、發(fā)電功率指令值Pref的作 成、或運(yùn)轉(zhuǎn)/停止等的指令值Run的輸出、無效功率指令Qref的作成等的運(yùn)轉(zhuǎn)指令信號(hào) OPSO進(jìn)行計(jì)算。通過上述風(fēng)車控制裝置203作成的無效功率指令值Qref或,發(fā)電功率指令值 Pref、上述運(yùn)轉(zhuǎn)/停止指令值Rim等的各種運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)OPSO、翼角度指令值PCH被分別傳送到 變流器控制裝置205或翼角度變更裝置。變流器控制裝置205按照指令值調(diào)整變流器204的輸出電壓,并控制發(fā)電機(jī)201 和系統(tǒng)之間的功率(發(fā)電功率、無效功率)。接下來,對(duì)變流器(勵(lì)磁裝置)2042、變流器控制裝置2041、過電流消耗裝置212、 過電流消耗裝置的控制裝置213進(jìn)行簡(jiǎn)單地說明。發(fā)電機(jī)201的定子側(cè)的3相輸出,通過 利用外部信號(hào)SGl可以開閉的例如斷路器208、系統(tǒng)聯(lián)系用變壓器207和斷路器206與功率 系統(tǒng)10連接。另外,系統(tǒng)聯(lián)系用變壓器207的斷路器208側(cè)的電路通過其他的斷路器209 與濾波器電路214、變流器2041連接。
變流器2041的直流電路210也和變流器2042的直流電路連接。上述變流器2042 的交流輸出通過dv/dt控制用的電抗器215與發(fā)電機(jī)201的轉(zhuǎn)子繞組連接。另外,在上述電抗器215的變流器2042側(cè)連接過電流消耗裝置212的交流輸入端 子,將直流輸出端子與變流器2041以及2042的直流電路210連接。過電流消耗裝置212 的直流端子和變流器204的直流端子可以通過阻抗連接,也可以以低阻抗連接。另外,變流器控制裝置205由無停電電源裝置216進(jìn)行備用,在系統(tǒng)電壓降低時(shí), 由無停電電源裝置216向變流器控制裝置205提供功率。另外,過電流消耗裝置212的控 制器213也通過無停電電源裝置216進(jìn)行備用,在系統(tǒng)電壓下降時(shí),由無停電電源裝置216 向控制器213提供功率。上述斷路器206用于例如為了保護(hù)系統(tǒng)20,在電流過大的情況持續(xù)發(fā)生時(shí),打開斷路器206,斷開電流,將系統(tǒng)20完全停止,并切斷與系統(tǒng)10的電連接。發(fā)電機(jī)側(cè)變流器2042以及系統(tǒng)側(cè)變流器2041采用例如半導(dǎo)體的開關(guān)元件(GT0, IGBT,MOS, SiC等)而構(gòu)成,并具有將交流轉(zhuǎn)換為直流或?qū)⒅绷鬓D(zhuǎn)換為交流的功能。另外,在上述系統(tǒng)側(cè)變流器2041的交流輸出端子處,設(shè)置由電抗器或電容器構(gòu)成 的、使高次諧波電流、高次諧波電壓衰減的交流濾波器電路214。在發(fā)電機(jī)201的旋轉(zhuǎn)部分,通過傳動(dòng)裝置218連接有風(fēng)力發(fā)電用的葉片202,受到 風(fēng)力而旋轉(zhuǎn)。另外,在旋轉(zhuǎn)部分連接有對(duì)旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行檢測(cè)的例如編碼器等的位置檢測(cè)器 211,并將旋轉(zhuǎn)數(shù)信號(hào)ω進(jìn)行輸出。檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)數(shù)信號(hào)ω被輸入給風(fēng)車控制裝置203和 變流器控制裝置205。接下來,對(duì)用于控制發(fā)電功率的配線以及裝置進(jìn)行說明。變壓器207的次級(jí)側(cè)的 三相電壓以及三相電流的值被分別通過電壓傳感器220a和電流傳感器219a,轉(zhuǎn)換為低電 壓的電壓檢測(cè)信號(hào)VSY和低電壓的電流檢測(cè)信號(hào)ISY,上述低電壓的信號(hào)VSY以及ISY被輸 入到變流器控制裝置205。另外,斷路器208的次級(jí)側(cè)(斷路器208和發(fā)電機(jī)201的定子之間)的電壓的值 被電壓傳感器220b轉(zhuǎn)換為低電壓的信號(hào)VST,并被輸入到變流器控制裝置205。與上述變流器2041、2042的直流部210連接的電容器Cd的電壓被通過電壓傳感 器轉(zhuǎn)換為低電壓的直流電壓信號(hào)VDC,直流電壓信號(hào)VDC被輸入到變流器控制裝置205。另外,用電流傳感器219c檢測(cè)變流器2042的輸出電流IR,用電流傳感器219d檢 測(cè)變流器2041的輸出電流IG,電流檢測(cè)值IR以及IG被傳送給變流器控制裝置205。另外,風(fēng)車控制器203具備向變流器控制裝置205發(fā)送啟動(dòng)/停止指令Rim、有效 功率指令Pref、無效功率指令Qref等的各種指令值0PS0,或,檢測(cè)風(fēng)車或系統(tǒng)的狀態(tài)量,與 外部通信的通信功能等。另外,變流器控制裝置205分別用信號(hào)SG1、SG2控制斷路器208、209,并輸出對(duì)由 半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成的變流器2041、2042分別進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的脈沖信號(hào)P1、P2。電源與無停電電源裝置216連接,以使變流器控制裝置205在系統(tǒng)電壓降低時(shí)也 可以工作。無停電電源裝置216輸入由變壓器217調(diào)整的電壓。無停電電源裝置216的輸 入電壓正常時(shí),從系統(tǒng)電壓向控制器205提供功率,在系統(tǒng)電壓異常的情況下,從無停電電 源裝置216內(nèi)的能量積蓄要素(例如電池)向控制器205提供功率。另外,過電流消耗裝置212的控制裝置213向過電流消耗裝置212傳送操作指令P3。另外,后面將對(duì)控制裝置213的詳細(xì)操作進(jìn)行說明,因此在此省略。圖2表示變流器2041的構(gòu)成。變流器2041由半導(dǎo)體元件等構(gòu)成。在此,表示三 相變流器的構(gòu)成,由半導(dǎo)體元件(在本實(shí)施例中以由IGBT和二極管構(gòu)成的變流器為例進(jìn)行 說明)Sll、S12、S21、S22、S3US32構(gòu)成。元件SlU S12構(gòu)成U相的上下臂;元件S2US22 構(gòu)成V相的上下臂;元件S31、S32構(gòu)成W相的上下臂。通過將這些半導(dǎo)體元件的IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor)接通 / 斷 開,在交流端子中產(chǎn)生三相的交流電壓,并且,通過調(diào)整該交流電壓,可以控制輸出的電流 IG0由控制裝置205提供用于接通/斷開半導(dǎo)體元件的柵極信號(hào)Pl (P1_GB.P1_U.P1_ V、Pl_ff)。在此,柵極信號(hào)Pl的附加標(biāo)記U表示U相的信號(hào)P1_U,P1_V表示V相、Pl_ff表 示W(wǎng)相的柵極信號(hào)。另外,P1_P0WER是用來使變流器2041的元件接通/斷開的柵極電路 電源,由控制裝置205以被絕緣的電源提供。另外,柵極塊信號(hào)P1_GB是停止由柵極信號(hào)控 制的半導(dǎo)體元件Sll S32的接通/斷開操作(使半導(dǎo)體元件Sll S32都為斷開)的信 號(hào),同樣由控制裝置205提供。U相的下臂元件S12的柵極信號(hào)提供上臂元件Sll的反轉(zhuǎn)(S卩,當(dāng)Sll為接通時(shí), 元件S12為斷開),同樣,關(guān)于V相、W相的上下臂,也是下側(cè)臂提供上側(cè)臂的反轉(zhuǎn)信號(hào)。為 了產(chǎn)生反轉(zhuǎn)信號(hào),使用反轉(zhuǎn)器NOT。在柵極信號(hào)Sll到S32中,為了防止上下臂的短路(防 止同時(shí)接通),用柵極電路2041-01內(nèi)的短路防止電路2041-02附加被稱為空載時(shí)間(dead time)的期間。柵極塊信號(hào)P1_GB和脈沖信號(hào)Pl被同時(shí)輸入到AND電路2041-03,柵極停止時(shí), P1.GB =“0”,因此,此時(shí),半導(dǎo)體元件Sll S32與脈沖信號(hào)P1_U、P1_V、P1_W的狀態(tài)無關(guān), 全都處于斷開的狀態(tài)。圖3表示短路防止電路2041-02的構(gòu)成。短路防止期間的時(shí)間延遲,通過時(shí)間延 遲附加器Delay被附加給所輸入的脈沖。附加了該時(shí)間延遲后的信號(hào)和所輸入的原來的信 號(hào)被輸入到“AND”運(yùn)算器中,進(jìn)行邏輯運(yùn)算(AND)。由此,輸出信號(hào)Out成為在原始信號(hào)中 附加了時(shí)間延遲Td的接通延遲的信號(hào)。由此可見,通過在上下臂的信號(hào)中附加接通延遲, 例如,在上側(cè)的開關(guān)元件斷開時(shí),下側(cè)的開關(guān)元件從斷開開始延遲時(shí)間Td后接通,由此,可 以防止上下的開關(guān)元件過渡性地同時(shí)處于接通狀態(tài),從而防止直流的短路。圖4表示變流器2042的構(gòu)成。變流器2042和變流器2041 —樣,由半導(dǎo)體元件等 構(gòu)成。在此,表示三相變流器的構(gòu)成,由半導(dǎo)體元件(IGBT和二極管)S41、S42、S51、S52、 S61、S62構(gòu)成。元件S41、S42構(gòu)成U相的上下臂;元件S51、S52構(gòu)成V相的上下臂;元件 S6US62構(gòu)成W相的上下臂。通過將這些半導(dǎo)體元件接通/斷開,在交流端子中產(chǎn)生三相的交流電壓,并且通 過調(diào)整該交流電壓,可以控制變流器2042輸出的電流IR。由控制裝置205提供用于將半導(dǎo)體元件接通/斷開的柵極信號(hào)P2。柵極信號(hào)P2 包括各相的柵極信號(hào)(三相)、柵極電路工作電源、柵極塊信號(hào),分別用P2_U、P2_V、P2_W、 P2_P0WER、P2_GB的信號(hào)名表示(信號(hào)名的附加標(biāo)記U表示U相的信號(hào)P2_U,P2_V表示V 相、P2_W表示W(wǎng)相的柵極信號(hào))。U相的下臂元件S42的柵極信號(hào)提供上臂元件S41的反轉(zhuǎn)(S卩,當(dāng)S41為接通時(shí),元件S42為斷開),同樣,關(guān)于V相、W相的上下臂,也是下側(cè)臂提供上側(cè)臂的反轉(zhuǎn)信號(hào)。為了產(chǎn)生反轉(zhuǎn)信號(hào),使用反轉(zhuǎn)器NOT。在柵極信號(hào)S41到S62中,由于上下臂的短路防止期間, 用柵極電路2042-01內(nèi)的短路防止電路2042-02附加被稱為空載時(shí)間的期間。為了停止半導(dǎo)體元件的接通/斷開,使用柵極塊信號(hào)P2_GB。該柵極塊信號(hào)P2_GB 被輸入到各脈沖信號(hào)P2 (P2_U、P2_V、P2_ff)所分別具有的各AND電路2042-03中。柵極停 止時(shí),P2_GB = “0”,因此,此時(shí),半導(dǎo)體元件S41 S62與脈沖信號(hào)P2的狀態(tài)無關(guān),全都處 于斷開狀態(tài)。通過圖5到圖8對(duì)控制裝置205的功能進(jìn)行說明。圖5表示變流器2041的控制構(gòu)成。變流器2041具有將平滑電容器Cd的直流電 壓VDC控制為恒定的功能。因此,變流器2041的控制部對(duì)系統(tǒng)電壓VSY(三相)的相位進(jìn) 行檢測(cè),使用檢測(cè)出的電壓相位對(duì)電流IG(三相)進(jìn)行控制,與系統(tǒng)交換有效功率,并控制 直流電壓。如果發(fā)電機(jī)勵(lì)磁用變流器2042利用直流部的功率,來消耗平滑電容器Cd的能量, 從而導(dǎo)致電流電壓VDC降低,則系統(tǒng)側(cè)變流器2041的直流電壓控制DCAVR進(jìn)行調(diào)整有效 電流Ipn (有效功率成分),給平滑電容器Cd充電,將直流電壓VDC保持在恒定的操作。相 反,在功率轉(zhuǎn)換器2042充電直流功率,直流電壓VDC上升的情況下,功率轉(zhuǎn)換器2041的直 流電壓控制DCAVR進(jìn)行將直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率,為了對(duì)功率系統(tǒng)放電而調(diào)整有效電流 Ipn (有效功率成分),將直流電壓VDC保持在恒定的操作。變流器2041開始運(yùn)轉(zhuǎn)之前,由直流電壓的初始充電電路(圖中沒有顯示)充電直 流電壓VDC,然后,電磁接觸器209的投入指令SG2被輸出,變流器2041與系統(tǒng)連接。上述三相交流電壓檢測(cè)值VSY向相位檢測(cè)器THDET和3相2相轉(zhuǎn)換器32TRS輸 入。上述相位檢測(cè)器THDET以追蹤系統(tǒng)的電壓的相位信號(hào)THS,將相位信號(hào)THS (將系統(tǒng)U 相電壓設(shè)為正弦波時(shí)的角度信號(hào))輸出到3相2相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器3DQ01、2相dq轉(zhuǎn)換器 2DQ02、2相3相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器DQ23-01。直流電壓指令值VDCREF和上述直流電壓檢測(cè) 值VDC被輸入到直流電壓調(diào)整器DCAVR(例如,由比例積分控制器PI構(gòu)成)。上述直流電 壓調(diào)整器DCAVR調(diào)整輸出的ρ軸電流指令值(有效電流指令值)IpR,以使被輸入的指令值 VDCREF與檢測(cè)值VDC的偏差為零,用加減法運(yùn)算器303對(duì)電流指令I(lǐng)pH進(jìn)行加減運(yùn)算,并將 其結(jié)果Ipnstr輸出給電流調(diào)整器ACRl。系統(tǒng)側(cè)變流器2041的輸出三相電流IG被輸入到過電流檢測(cè)器OCl和過電流檢 測(cè)器0C2中,直流電壓VDC被輸入到過電壓檢測(cè)器0V2中。過電流檢測(cè)器OCl和過電流檢 測(cè)器0C2、過電壓檢測(cè)器0V2由比較器和保持電路構(gòu)成,檢測(cè)到過電流或過電壓時(shí),將輸出 0PSla、0PSlb、0PSlc由“ 1 ”變更為“0”,并保持。如果輸入來自監(jiān)視環(huán)路處(CTL_WTCH1)的 復(fù)位信號(hào)(RESET1、RESET2),則過電流檢測(cè)器OCl及0C2、過電壓檢測(cè)器0V2的輸出“0”的 保持被解除,輸出變更為“ 1 ”。過電流檢測(cè)器OCl被設(shè)定為以比過電流檢測(cè)器0C2還低的電 流電平進(jìn)行工作。另外,過電壓檢測(cè)器0V2被設(shè)定為以比后面要提到的過電壓檢測(cè)器OVl 還高的電壓進(jìn)行工作。監(jiān)視環(huán)路處(CTL_WTCH1)輸出直流電壓指令值VDCREF和有效電流指令值修正量 IpH。另外,直流過電壓通過檢測(cè)器0V2進(jìn)行監(jiān)視,當(dāng)直流電壓VDC比過電壓電平0V_REF2還大時(shí),將過電壓信號(hào)OPSlc輸出到邏輯運(yùn)算AND中。檢測(cè)器0V2以檢測(cè)到過電壓時(shí) 為“0”,除此之外為“1”的方式作成過電壓檢測(cè)信號(hào)OPSlc,并具有如果檢測(cè)出過電壓,信號(hào) 為“0”,則保持該值的功能。另外,檢測(cè)信號(hào)OPSlc也可以用于圖7所示的變流器2042的控 制部分。過電流、過電壓檢測(cè)信號(hào)(0PSla、0PSlb、0PSlc)被傳送到OR運(yùn)算器和監(jiān)視環(huán)路處 理(CTL_WTCH1)中。運(yùn)算器“AND”進(jìn)行過電流檢測(cè)信號(hào)(0PSla、0PSlb、0PSlc)的AND運(yùn)算 (邏輯運(yùn)算),將其結(jié)果P1_GB傳送到變流器2041中。也就是說,如果過電流、過電壓檢測(cè) 信號(hào)(OPSla、OPSlb、OPSlc)變成“0”,則柵極信號(hào)P1_GB成為零,變流器2041停止開關(guān)操作。3相DQ坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器3DQ01根據(jù)所輸入的電流IG,利用公式1所示的3相2相轉(zhuǎn)換 式以及公式2所示的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換式,計(jì)算ρ軸電流檢測(cè)值Ipn (有效電流)和q軸電流檢 測(cè)值Iqn (無效電流),并將ρ軸電流檢測(cè)值Ipn輸出到電流調(diào)整器ACRl中,將q軸電流檢 測(cè)值Iqn輸出到電流調(diào)整器ACR2中。
在此,附加標(biāo)記U、V、W表示三相交流的各相,例如,電流IG的U相電流用I⑶表 示。以下的電壓等也同樣(系統(tǒng)電壓VSY的U相為VSYU等)。在此,系數(shù)kl為換算為微型 計(jì)算機(jī)內(nèi)部的任意單位的系數(shù)。式1
(JGU\
IGV ) IGW I式2
/Ιρη\ Sin(THS) - cos(THS)\ /In a\l/gn/ " \€οβ(Γ 5) Sin(THS)) Iln β)上述電流調(diào)整器ACRl調(diào)整輸出的P軸電壓指令值VpnO,以使上述ρ軸電流指令值 Ipnstr與上述ρ軸電流檢測(cè)值Ipn的偏差為零,并向加法運(yùn)算器301輸出。同樣,上述電流 調(diào)整器ACR2對(duì)輸出的q軸電壓指令值VqnO進(jìn)行調(diào)整,以使q軸電流指令值(=0)與上述 q軸電流檢測(cè)值Iqn的偏差為零,并向加法運(yùn)算器302輸出。在此,上述電流調(diào)整器(ACR1、 ACR2)能由例如比例積分(PI)控制器構(gòu)成。上述3相2相轉(zhuǎn)換器32TRS根據(jù)所輸入的電壓VSY,利用公式3所示的轉(zhuǎn)換式,計(jì) 算α成分Vsa和β成分Vsi3,另外,利用公式4計(jì)算ρ軸電壓檢測(cè)值(與系統(tǒng)電壓矢量 一致的成分)Vps和q軸電壓檢測(cè)值(與上述ρ軸電壓檢測(cè)值Vps正交的成分)Vqs,并分別 輸出到上述加法運(yùn)算器301、302。在此,系數(shù)k2為換算為微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部的任意單位的系數(shù)。式3
Vsv V Vsw )式4/Fps\ — isin(THS) - cos(THS)\ /Vsa\ Wgsi = \cos(THS) Sin(THS)) Ws/ /上述加法運(yùn)算器301將上述P軸電壓指令值VpnO和上述ρ軸電壓檢測(cè)值Vps相 加后,向2相3相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器DQ23-01輸出。同樣,上述加法運(yùn)算器302將上述q軸電壓指 令值VqnO和上述q軸電壓檢測(cè)值Vqs相加后,向2相3相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器DQ23-01輸出。上述2相3相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器DQ23-01將上述相位信號(hào)THS和上述各加法運(yùn)算器的結(jié) 果VpruVqn輸入,根據(jù)公式5以及公式6所示的轉(zhuǎn)換式,計(jì)算上述轉(zhuǎn)換器DQ23-01輸出的電 壓指令值Vim、Vvn, Vwn,并向脈沖運(yùn)算器PWMl輸出。在此,系數(shù)gl是將微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部的 任意單位的值換算為調(diào)制率]的系數(shù)。式5
— / sm(JHS) cos(THS)\ /l^priv^y5J = (__ cos(THS) Sin(THS) ) VFqn/式6
/Vim\ ( cos(O) sin(O) \f Ftm U α I cos(2tt/3)sin(2 r/3) \(Va) I Fwn 1 \ cos(4 r/3) sin(4w/3) I ^b/上述脈沖運(yùn)算器PWMl根據(jù)輸入的電壓指令Vim、Vvn, Vwn,通過脈沖寬度調(diào)制方 式,計(jì)算將構(gòu)成上述功率轉(zhuǎn)換器2041的η個(gè)半導(dǎo)體元件接通/斷開的柵極信號(hào)P1_U、Pl_ V、P1_W,并向上述功率轉(zhuǎn)換器2041輸出。使用圖6對(duì)上述監(jiān)視環(huán)路處理(CTL_WTCH1)進(jìn)行說明。如果系統(tǒng)電壓的下降降低,則系統(tǒng)側(cè)變流器2041使直流電壓的指令值降低5% (處理6002、6003)。這是為了通過來自發(fā)電機(jī)側(cè)變流器的能量來防止發(fā)生直流過電壓而實(shí) 施的。如果增大直流部的電容器電容,則雖然可以減小直流電壓的上升,但會(huì)導(dǎo)致成本增 力口,因此,通過降低直流電壓,為直流電壓的上升留出余地。另外,在即使上述直流電壓下降運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)直流電壓也上升的情況下,由于將直流電 壓降低,所以直接對(duì)有效電流指令值進(jìn)行變更(在此,以為-50%為例進(jìn)行說明)。在通常 的運(yùn)轉(zhuǎn)中,如圖5中也說明的那樣,有效電流指令值由直流電壓調(diào)整器DC-AVR輸出來決定。 但是,由于直流電壓調(diào)整器中會(huì)發(fā)生控制延遲,所以,降低電壓的操作會(huì)發(fā)生延遲。因此,對(duì) 直流電壓偏差(指令值與檢測(cè)值之差)的大小進(jìn)行檢測(cè)(處6005),將有效電流指令值變更 為放電側(cè)(處理6006)。 另外,雖然有可能由于系統(tǒng)側(cè)電壓變動(dòng)而發(fā)生過電流,但是由于盡量使運(yùn)轉(zhuǎn)持續(xù), 所以,具有比系統(tǒng)側(cè)變流器的過電流保護(hù)電平2還小的過電流電平1 (處理6008、6009),在 檢測(cè)出過電流保護(hù)電平1時(shí),暫時(shí)停止系統(tǒng)側(cè)變流器的柵極、控制(處理6011)。如果柵極 停止,IGBT的開關(guān)就停止,因此,僅成為整流器,而過電流衰減。在過電流電平1發(fā)生之后, 檢測(cè)出過電流電平2的情況下,由于有可能對(duì)IGBT元件造成損害,因此,系統(tǒng)側(cè)變流器停 止(處理6010)。在沒有過電流電平2,而只檢測(cè)出過電流電平1的情況下,暫時(shí)停止(處 6011),經(jīng)過一定的時(shí)間后(例如大約Ims后)(處理6012、6013)再次啟動(dòng)(處理6015)。
綜上所述,本發(fā)明可以提供一種通過在系統(tǒng)電壓下降時(shí)降低直流電壓,從而很難 形成直流電壓的過電壓狀態(tài)的系統(tǒng)。另外,本發(fā)明還能提供這樣一種系統(tǒng),S卩,當(dāng)直流電壓變得比指令值還大時(shí),通過 具有將有效電流直接變更的單元,從而可以實(shí)現(xiàn)比直流電壓控制更快地降低直流電壓的操 作,且防止由于直流電壓控制的響應(yīng)延遲引起的過電壓,并很難成為過電壓狀態(tài)。 另外,本發(fā)明可以提供一種通過在檢測(cè)出過電流時(shí)暫時(shí)停止,從而防止變流器的 元件的故障,并且通過馬上再次啟動(dòng),從而防止直流電壓上升的系統(tǒng)。接下來,通過圖7對(duì)變流器2042的控制進(jìn)行說明。表示發(fā)電機(jī)201的轉(zhuǎn)數(shù)以及位置的轉(zhuǎn)數(shù)信號(hào)ω被輸入到旋轉(zhuǎn)相位檢測(cè)器R0TDET。 在轉(zhuǎn)數(shù)信號(hào)中使用例如AB Z式的編碼器。旋轉(zhuǎn)相位檢測(cè)器ROTDET對(duì)轉(zhuǎn)數(shù)信號(hào)ω的脈沖A 以及B進(jìn)行計(jì)數(shù)后換算成相位信號(hào),并且,將相位信號(hào)按每旋轉(zhuǎn)一周以1次脈沖(例如ABZ 式的編碼器中為Z相脈沖)復(fù)位為0,生成0到360度的相位信號(hào)RTH,并將所生成的相位 信號(hào)RTH輸出到加法運(yùn)算器303。相位信號(hào)RTH和同步控制器SYNC的輸出相位信號(hào)LTH由加法運(yùn)算器304進(jìn)行相 加而成為相位信號(hào)ΤΗ,相位信號(hào)TH和上述相位信號(hào)THS (在變流器2041的控制已經(jīng)進(jìn)行說 明)一起被輸入到勵(lì)磁相位運(yùn)算器SLDET。上述勵(lì)磁相位運(yùn)算器SLDET對(duì)上述相位信號(hào)TH和THS進(jìn)行減法運(yùn)算,進(jìn)一步使發(fā) 電機(jī)的極對(duì)數(shù)增加k倍(THR = k(THS-TH),并輸出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的滑動(dòng)相位信號(hào)THR。功率運(yùn)算器PQCAL將系統(tǒng)電流ISY通過與上述公式1相同的轉(zhuǎn)換矩陣進(jìn)行轉(zhuǎn)換, 輸入所獲得的α軸電流Isa、β軸電流Is β、通過上述公式3計(jì)算出的α軸電壓檢測(cè)值 Vs α、β軸電壓檢測(cè)值Vs β,并通過公式7對(duì)系統(tǒng)的有效功率Ps和無效功率Qs進(jìn)行計(jì)算。式7Ps = 3 (Vs α X Is α +Vs β X Is β ) /2Qs = 3 (-Vs α X Is β +Vs β X Is α ) /2有效功率調(diào)整器AI3R輸入有效功率Ps和風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出功率指令Pref,將輸 出的有效電流指令值IpO輸出,以使上述功率指令值Pref與上述功率檢測(cè)值Ps的偏差為 零。在此,雖然以有效功率指令為例進(jìn)行說明,但在轉(zhuǎn)矩指令的情況下,可以將轉(zhuǎn)矩指令與 發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)相乘后轉(zhuǎn)換為有效功率指令來進(jìn)行控制。有效功率控制與轉(zhuǎn)矩控制不同,即 使轉(zhuǎn)數(shù)變化,也不會(huì)受到其影響,而能將輸出功率控制為恒定。另外,無效功率調(diào)整器AQR輸入無效功率Qs和風(fēng)力發(fā)電裝置的輸出功率指令 Qref,并將輸出的勵(lì)磁電流指令值IqO輸出,以使上述功率指令值Qref與上述功率檢測(cè)值 Qs的偏差為零。在此,上述功率調(diào)整器APR、AQR能由例如比例積分器構(gòu)成。上述有效/無效功率調(diào)整器的各輸出的電流指令值IpO以及IqO被輸入到切換器
Sffo另外,發(fā)電機(jī)定子電流1ST被輸入到3相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器3DQ03。3相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn) 換器3DQ03通過式1以及式2所示的轉(zhuǎn)換式,被分解為有效電流Ipst和無效電流Iqst,并 被分別輸入到發(fā)電機(jī)電流調(diào)整器ACRP、ACRQ。 另外,發(fā)電機(jī)電流調(diào)整器ACRP輸入0作為定子有效電流指令值,并計(jì)算轉(zhuǎn)子電流 指令值Ip2,并將指令值Ip2輸出到切換器SW,以使發(fā)電機(jī)定子電流的有效成分Ipst成為O。另外,發(fā)電機(jī)電流調(diào)整器ACRQ輸入定子無效電流指令值Iqstr,并計(jì)算轉(zhuǎn)子電流指令值 Iq2,將指令值Iq2輸出到切換器SW,以使發(fā)電機(jī)定子電流的無效電流成分Iqst與指令值一 致。定子無效電流指令值Iqstr是以例如系統(tǒng)電壓降低量的函數(shù)給出的,是為了在系統(tǒng)電 壓下降時(shí),為系統(tǒng)提供無效電流而設(shè)定的。接下來,對(duì)電壓調(diào)整器AVR進(jìn)行說明。電壓調(diào)整器AVR將發(fā)電機(jī)定子電壓VST的 振幅值Vpk作為反饋值,將通過濾波器的值或平均值作為指令值Vref輸入到系統(tǒng)電壓VSY 的振幅值中,將使上述發(fā)電機(jī)VST的振幅值與上述指令值Vref的偏差為零的勵(lì)磁電流指令 值Iql輸出到上述切換器SW。在此,上述電壓調(diào)整器AVR可以由例如比例積分控制器構(gòu)成。 該電壓調(diào)整器AVR在電磁接觸器208處在打開的狀態(tài)下工作,為了使發(fā)電機(jī)Gen的定子電 壓的振幅值與系統(tǒng)電壓的振幅值一致,調(diào)整由變流器2042流向發(fā)電機(jī)201的次級(jí)側(cè)的勵(lì)磁 電流指令值。變流器2042的輸出電流IR也被輸入到過電流檢測(cè)器0C3和3相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器 3DQ04。過電流檢測(cè)器0C3由比較器和保持電路構(gòu)成,檢測(cè)到過電流時(shí),將輸出信號(hào)0PS2a 變更為“0”并保持。如果輸入來自監(jiān)視環(huán)路處理(CTL_WTCH2)的復(fù)位信號(hào)(RESET3),則過 電流檢測(cè)器0C3的輸出“0”的保持被解除,輸出被變更為“1”。過電流檢測(cè)信號(hào)0PS2a被傳送到監(jiān)視環(huán)路處理(CTL_WTCH2)和AND運(yùn)算器。另外, 監(jiān)視環(huán)路處理(CTL_WTCH2)生成運(yùn)轉(zhuǎn)模式信號(hào)MD,運(yùn)轉(zhuǎn)模式信號(hào)MD被傳送到切換器SW。另外,反相電壓成分檢測(cè)器UBV輸入系統(tǒng)電壓VSY,例如,根據(jù)三相電壓的各相電 壓實(shí)效值中的實(shí)效值最大值和實(shí)效值最小值的差分來計(jì)算反相電壓的大小VNEG。反相電壓 的大小VNEG和系統(tǒng)電壓的振幅值Vpk被傳送到監(jiān)視環(huán)路處(CTL_WTCH2)。另外,直流電壓VDC的過電壓檢測(cè)器OVl被設(shè)定為以比圖5所說明過的檢測(cè)器0V2 還低的電壓進(jìn)行工作。檢測(cè)器0V2的檢測(cè)電平為,如果變流器204進(jìn)行開關(guān)操作,則有可能 破壞元件的電壓電平;檢測(cè)器OVl的檢測(cè)電平被設(shè)定為,比0V2低,并且即使進(jìn)行開關(guān)操作 也不會(huì)產(chǎn)生破壞的電平。接下來,通過圖8對(duì)上述相位檢測(cè)器THDET進(jìn)行說明。相位檢測(cè)器THDET輸入系 統(tǒng)電壓VSYU、VSYV、VSYff,通過3相2相轉(zhuǎn)換32TRS進(jìn)行公式3所示的計(jì)算,轉(zhuǎn)換為2相的 電壓信號(hào)Vs α和Vs β。旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器ABDQ輸入上述2相信號(hào)Vs α和Vs β,通過公式 4所示的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換式計(jì)算Vps和Vqs。利用如果計(jì)算的相位THS和系統(tǒng)電壓的U相一致則 Vqs成為0,來校正相位以使Vqs成為0。因此,將Vqs與0比較而生成頻率校正指令OMGO。 頻率校正值OMGO被輸入到積分器中,通過積分器THCAL進(jìn)行積分,將頻率信號(hào)OMGO轉(zhuǎn)換為 相位信號(hào)THS。圖9表示切換器SW的構(gòu)成。SW決定輸出下列3種模式中的任意一種。該3種模 式分別是使用上述功率調(diào)整器APR以及AQR的輸出(IpO以及IqO)的通常發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)模式 (開關(guān)位置“a”);或者在有效電流指令值中使用零,在勵(lì)磁電流指令值中使用電壓調(diào)整器 的輸出Iql的系統(tǒng)同步運(yùn)轉(zhuǎn)模式(開關(guān)位置“b”);或使用調(diào)整發(fā)電機(jī)的定子電流的定子電 流調(diào)整器ACRP、ACRQ的輸出(Ip2、Iq2)的系統(tǒng)故障時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)模式(開關(guān)裝置“C”)切換器SW在斷路器208被投入之前(即,在使發(fā)電機(jī)定子電壓與系統(tǒng)電壓同步的 電壓同步運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),投入信號(hào)SGO =“b”),在有效電流指令值中使用零,在勵(lì)磁電流指令值中 使用電壓調(diào)整器的輸出Iql,在投入斷路器208之后(投入信號(hào)SGO = “a”的狀態(tài)),選擇各功率調(diào)整器APR、AQR的輸出IpO、IqO0另外,在通常的發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),運(yùn)轉(zhuǎn)模式MD信號(hào)處 于“1”的通常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài),選擇基于上述投入信號(hào)SGO的指令值切換,但在檢測(cè)系統(tǒng)故障等 成為運(yùn)轉(zhuǎn)模式MD = “2”的狀態(tài)時(shí),選擇上述定子的電流調(diào)整器ACRP、ACRQ的輸出即Ip2、 Iq2。另外,圖7所示的同步控制器SYNC具有以下功能在斷路器208處在開放狀態(tài)時(shí), 根據(jù)上述系統(tǒng)電壓檢測(cè)值Vsref和上述發(fā)電機(jī)定子電壓檢測(cè)值Vgpk,判斷發(fā)電機(jī)的電壓振 幅是否同步的功能;在系統(tǒng)電壓和定子電壓的相位不同的情況下,輸出對(duì)其進(jìn)行校正的相 位校正信號(hào)LTH的功能;和判斷系統(tǒng)電壓和定子電壓的相位是否在所規(guī)定的范圍內(nèi),并同 步的功能,并將斷路器的操作信號(hào)SGl和控制切換信號(hào)SGO輸出。當(dāng)由于信號(hào)SGl而斷路 器208成為關(guān)閉狀態(tài)時(shí),上述相位校正信號(hào)LTH保持當(dāng)時(shí)的值。根據(jù)該同步控制器的功能,在發(fā)電機(jī)201與系統(tǒng)連接之前,可以與系統(tǒng)電壓同步, 另外,在與系統(tǒng)連接之后,可以迅速地在功率控制中切換控制。3相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器3DQ04根據(jù)所輸入的電流IR以及轉(zhuǎn)子的相位THR,利用公式 8以及公式9所示的轉(zhuǎn)換式,計(jì)算q軸電流檢測(cè)值Iqr (勵(lì)磁電流成分)和ρ軸電流檢測(cè)值 Ipr (有效電流成分),并將q軸電流檢測(cè)值Iqr輸出到電流調(diào)整器ACR4中,將ρ軸電流檢 測(cè)值Ipr輸出到電流調(diào)整器ACR3。在此,系數(shù)k3為換算成微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部的任意單位的系數(shù)。式8
Irv] Irw j式9
<formula>formula see original document page 15</formula>
上述電流調(diào)整器ACR4調(diào)整輸出的q軸電壓指令值Vqr,以使上述q軸電流指令值 Iql或IqO或Iq2與上述q軸電流檢測(cè)值Iqr的偏差為零。同樣,上述電流調(diào)整器ACR3調(diào) 整輸出的P軸電壓指令值Vpr,以使上述ρ軸電流指令值Ipl或IpO或Ip2與上述ρ軸電流 檢測(cè)值Ipr的偏差為零。在此,上述電流調(diào)整器可以由例如比例積分器構(gòu)成。上述ρ軸電壓指令值Vpr和上述q軸電壓檢測(cè)值Vqr被輸入到2相3相旋轉(zhuǎn)坐 標(biāo)轉(zhuǎn)換器DQ23-02,上述2相3相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器DQ23-02根據(jù)上述相位信號(hào)THR和上述各輸 入值,通過公式10和公式11所示的轉(zhuǎn)換式計(jì)算上述轉(zhuǎn)換器DQ23-02所輸出的電壓指令值 Vur, Vvr, Vwr,并向脈沖運(yùn)算器PWM2輸出。在此,系數(shù)g2是將微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部的任意單位 的值換算為調(diào)制率]的系數(shù)。式10
_ <formula>formula see original document page 15</formula>
式11
<formula>formula see original document page 16</formula>上述脈沖運(yùn)算器PWM2根據(jù)輸入的電壓指令Vur、Vvr, Vwr,通過脈沖寬度調(diào)制方 式,計(jì)算將構(gòu)成上述變流器2042的半導(dǎo)體元件接通/斷開的柵極信號(hào)P_2U、P2_V、P2_W,向 上述變流器2042輸出。圖10表示過電流消耗裝置212的電路構(gòu)成。過電流消耗裝置212主要由整流器 2121和能量消耗部2122和短路開關(guān)部2126構(gòu)成。整流器2121的交流輸入與發(fā)電機(jī)201 的次級(jí)側(cè)繞組端子連接。在此,表示整流器2121由二極管011、012、021、022、031、032構(gòu) 成的圖。上述整流器2121在其直流部分具有電容器Cx。另外,上述整流器2121的直流部中 具有由將電阻R2和R3分別與半導(dǎo)體開關(guān)S71和S72連接的電路構(gòu)成的能量消耗部2122。 能量消耗部2122和變流器204的直流部的正極側(cè)和負(fù)極側(cè)通過電阻Rl連接。另外,為了短路,短路開關(guān)部2126可以使用開關(guān)單元Tl (在此,是作為半導(dǎo)體開關(guān) 的閘流晶體管),根據(jù)來自控制裝置213的接通指令(P3_THY0N),使短路電路Tl進(jìn)行接通 操作??刂蒲b置213提供用于將半導(dǎo)體元件S71和S72接通/斷開的柵極信號(hào)P3_R0N。 柵極信號(hào)P3_R0N被作為接通元件S71的信號(hào)來使用。另外,信號(hào)S71也被輸出到斷開延遲 器2126。斷開延遲器2126被輸入到在信號(hào)中附加延遲時(shí)間的延遲器2123、邏輯或運(yùn)算器 2125兩者中,針對(duì)輸入信號(hào)S71,輸出斷開時(shí)刻延遲了斷開延遲時(shí)間TD2的信號(hào)S72。在信 號(hào)S72接通時(shí),電阻器R3接通。根據(jù)這樣圖示的構(gòu)成,可以實(shí)現(xiàn)在電阻器R2和R3同時(shí)接 通/斷開時(shí),R2先斷開,然后R3才斷開的操作。此處,雖然給出了電阻器R2和R3的2種 情況,但在電阻器的數(shù)量為3以上時(shí),也能夠通過采用同樣的構(gòu)成,并改變斷開的時(shí)刻,來 階段性地變更短路的電阻值。另外,最后進(jìn)行斷開操作的電阻器的操作信號(hào)R_0FFSIG被傳送到如圖7所示的變 流器控制裝置205。在根據(jù)來自控制裝置213的指令,過電流消耗裝置212啟動(dòng)的情況下,功率轉(zhuǎn)換器 2042成為柵極停止?fàn)顟B(tài),成為柵極停止?fàn)顟B(tài)的功率轉(zhuǎn)換器2042作為二極管而發(fā)揮作用。例 如,如果在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子中發(fā)生過電流,則停止功率轉(zhuǎn)換器2042的柵極,并進(jìn)一步地將在 過電流消耗裝置的直流部中的半導(dǎo)體元件S71和S72接通。此時(shí),與發(fā)揮二極管整流器的 作用的功率轉(zhuǎn)換器2042相比,過電流消耗裝置212的阻抗變小,因此,在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生的過電 流幾乎都流到過電流消耗裝置212,可以降低流入功率轉(zhuǎn)換器2042中的量,因此可以防止 由于電流過大而破壞變流器2042的半導(dǎo)體開關(guān)元件。此時(shí),從三相交流流入過電流消耗裝 置212的直流部的能量被電阻器R2和R3消耗。由于將消耗能量的電阻器的電容設(shè)置得小, 因此,對(duì)過電流消耗裝置212的操作次數(shù)設(shè)置限制,在實(shí)際應(yīng)用上優(yōu)選連續(xù)進(jìn)行2 3次左 右ο利用圖11對(duì)圖10的工作過程進(jìn)行說明。首先,如果檢測(cè)出系統(tǒng)故障,則檢測(cè)信號(hào) P.3R0N由0變?yōu)?。根據(jù)圖10所示的構(gòu)成,在信號(hào)S71、S72同時(shí)接通、斷開時(shí),S71斷開之后,在延遲斷開延遲時(shí)間TD2之后,S72才斷開。因此,電阻器R2和R3被同時(shí)連接,在保持期間THLD內(nèi),R2和R3仍舊保持原來的連接狀態(tài)。然后,電阻器R2斷開,經(jīng)過斷開延遲時(shí) 間TD2之后,電阻器R3才斷開。另外,電阻Rl的值也可以設(shè)定為構(gòu)成與變流器204的直流部的電容器Cd的電容 的串聯(lián)電路時(shí)的時(shí)間常數(shù)TCR ( = Rl[Q]XCd[F])為保持時(shí)間THLD以上,例如,保持時(shí)間 THLD為IOOms的情況下,時(shí)間常數(shù)TCR也為IOOms以上即可。通過進(jìn)行這樣的設(shè)定,在元件 S71或S72接通時(shí),可以減小變流器204的直流電壓下降的量。圖12表示過電流消耗裝置212的控制器213。控制器213輸入信號(hào)0PS2b,在經(jīng)過接通延遲的設(shè)定時(shí)間TD3之后,接通電阻器的 信號(hào)被輸出到過電流消耗裝置212。另外,控制器213輸入信號(hào)OPSlc,在經(jīng)過接通延遲的 設(shè)定時(shí)間TD4之后,接通閘流晶體管Tl的信號(hào)P3_THY0N被輸出到過電流消耗裝置212。通過這些接通延遲TD3、TD4,可以確實(shí)地防止在變流器2042的工作中電阻器接
ο接下來,使用圖13的處理流程對(duì)發(fā)電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)換器2042的監(jiān)視環(huán)路處理CTL_WTCH2 的工作過程進(jìn)行說明。在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為通常運(yùn)轉(zhuǎn)(MD= 1)的情況下,對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)模式MD的監(jiān)視(處1001、 1002)、直流電壓VDC的上升(過電壓信號(hào)0PS2d)、發(fā)電機(jī)側(cè)變流器2042的過電流(過電流 信號(hào)0PS2a = 0)進(jìn)行監(jiān)視(處1003)。如果檢測(cè)出轉(zhuǎn)子過電流(0PS2a =“0”)(處1003),則過電流消耗裝置212的操 作信號(hào)變成0PS2b = “0”,過電流消耗裝置212的電阻器接通。另外,在檢測(cè)出直流過電壓 (0PS2d = “0”)的情況下(處1004),操作信號(hào)成為0PS2c = 0(處1005),因此,過電流消 耗裝置212的操作信號(hào)成為0PS2b = 0,過電流消耗裝置212的電阻接通(如圖7所說明 的那樣,如果發(fā)電機(jī)側(cè)變流器2042檢測(cè)出轉(zhuǎn)子過電流(0PS2a =“0”),或檢測(cè)出過電流消 耗裝置212的操作信號(hào)(0PS2b =“0”),則成為停止?fàn)顟B(tài)。另外,根據(jù)操作信號(hào)(0PS2b = “0”),過電流消耗裝置212的電阻接通)。檢測(cè)出上述過電流或過電壓,在過電流消耗裝置 212的電阻器(R2、R3)接通的時(shí)刻,啟動(dòng)計(jì)時(shí)器,使電阻器接通所規(guī)定的時(shí)間Tr (處1006、 1007、1008、1009)。例如,在Tr = 150ms期間,對(duì)系統(tǒng)電壓是否恢復(fù)到正常值進(jìn)行監(jiān)視,如果在期間Tr 的范圍內(nèi),系統(tǒng)電壓恢復(fù)到100% 士 10%的正常值,則復(fù)位計(jì)時(shí)器,并轉(zhuǎn)入電阻器的依次斷 開操作(處理1009)。因此,如果系統(tǒng)電壓恢復(fù)到正常值,則不用等到期間Tr的結(jié)束,電阻 器進(jìn)入斷開操作,在系統(tǒng)電壓沒有恢復(fù)到正常值時(shí),在期間Tr結(jié)束后進(jìn)行電阻器的斷開操作。然后,通過信號(hào)R_0FFSIG對(duì)電阻器的斷開進(jìn)行確認(rèn)(處理1010)之后,復(fù)位圖7 已經(jīng)說明過的發(fā)電機(jī)側(cè)變流器的控制(比例積分器),將運(yùn)轉(zhuǎn)模式設(shè)定為MD =“2”,將過電 流檢測(cè)器0C3復(fù)位,來再啟動(dòng)變流器2042。此時(shí),為了測(cè)量使運(yùn)轉(zhuǎn)模式MD = “2”持續(xù)的時(shí) 間,啟動(dòng)計(jì)時(shí)器(處1012)。在運(yùn)轉(zhuǎn)模式為MD =“2”的情況下,如圖7所說明的那樣,發(fā)電機(jī)側(cè)變流器2042成 為控制發(fā)電機(jī)的有效功率和定子電流的無效電流成分的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。在運(yùn)轉(zhuǎn)模式為MD = “2”時(shí),在電壓的反相成分大的情況下,有效功率指令值Pref和無效電流指令值Iq2為零(處1013,1014)。如果反相電壓比所規(guī)定值小,則以例如在E. ON的電網(wǎng)規(guī)則(Grid code)的范圍內(nèi)的方式輸出所規(guī)定時(shí)間的無效電流輸出。在系統(tǒng)的反相電壓大的情況下,交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī) 的次級(jí)側(cè)端子中出現(xiàn)大幅的由反相成分引起的脈動(dòng)電壓。因此,由于有可能再次出現(xiàn)要使 電流增大的過電流,所以反相電壓大時(shí),使定子側(cè)的功率處在零的狀態(tài)為宜。在反相電壓小 時(shí),因?yàn)橛捎谵D(zhuǎn)子側(cè)的反相電壓所引起的脈動(dòng)電壓小,所以,即使從發(fā)電機(jī)定子輸出無效電 流,也可以不會(huì)產(chǎn)生過電流而進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。在運(yùn)轉(zhuǎn)模式為MD =“2”的狀態(tài)下經(jīng)過所規(guī)定的時(shí)間(例如,由功率系統(tǒng)的規(guī)格等 所決定的時(shí)間),此時(shí),如果也會(huì)有反相電壓高或者系統(tǒng)電壓低的情況,則會(huì)由于系統(tǒng)異常 而使系統(tǒng)停止(處1017、1018)。在沒有檢測(cè)出系統(tǒng)異常的情況下(處理1019),設(shè)運(yùn)轉(zhuǎn)模 式為正常運(yùn)轉(zhuǎn)(MD = “1”,SGO = “a”),恢復(fù)到通常運(yùn)轉(zhuǎn)。如上所述,通過在啟動(dòng)過電流消耗裝置212之前,使變流器2042的柵極停止,可以 只將轉(zhuǎn)子電流分流到過電流消耗裝置212。另外,通過在電阻器的斷開操作結(jié)束之后,再次開始變流器2042的運(yùn)轉(zhuǎn),可以在 不將變流器2042輸出的電流流到過電流消耗裝置的情況下再次開始運(yùn)轉(zhuǎn)。另外,在變流器204的直流部的電壓上升到一打開開關(guān)就會(huì)破壞變流器的電平 (圖5的基于0V2的檢測(cè)電平)之前,通過利用直流電壓的上升(低于停止電平的過電壓電 平圖7的0V1)使過電流消耗裝置進(jìn)行工作(處1004),能擴(kuò)大系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的范圍。作為直流電壓上升的檢測(cè)手段,可以使用直流電壓控制DCAVR的指令值與反饋值 的偏差。另外,如果圖7所示的功率指令值Pref大幅度地急劇變化,則由于直流電壓VDC 大幅度地變化,優(yōu)選在功率指令值Pref中具有變化率限流器等防止急劇變化的裝置。另外,在過旋轉(zhuǎn)時(shí)或速度下限等的變流器控制無非跟隨的條件下,由于直流電壓 VDC可能發(fā)生變化,因此,在可以預(yù)料到過旋轉(zhuǎn)或速度降低的系統(tǒng)中,圖13的處理1004的條 件可以設(shè)為只在旋轉(zhuǎn)數(shù)正常的范圍內(nèi)工作。綜上所述,通過系統(tǒng)電壓的恢復(fù)將電阻的斷開開始時(shí)間提早,由此,可以縮短將電 阻器與轉(zhuǎn)子連接的時(shí)間,消除多余的電阻連接時(shí)間,而縮短恢復(fù)到正常的運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間。如上所述,在反相電壓大的情況下,通過將發(fā)電功率、無效功率控制為零,可以防 止系統(tǒng)的反相成分產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子過電流。[產(chǎn)業(yè)上的可利用性]本發(fā)明除了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)之外,還可以用于次級(jí)勵(lì)磁型發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁用功率轉(zhuǎn)換 器或發(fā)電裝置。
權(quán)利要求
一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其中,將交流勵(lì)磁型發(fā)電機(jī)的定子與功率系統(tǒng)連接,將交流勵(lì)磁用變流器與該交流勵(lì)磁型發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接,另外,將該交流勵(lì)磁型發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與渦輪連接,通過渦輪的動(dòng)力使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),在該交流勵(lì)磁用變流器與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間,具有可以通過開關(guān)單元進(jìn)行短路的短路電路單元,并具有與上述交流勵(lì)磁型發(fā)電機(jī)的定子和上述功率系統(tǒng)連接的系統(tǒng)側(cè)變流器,該系統(tǒng)側(cè)變流器的直流部分與上述交流勵(lì)磁用變流器的直流部分連接,另外,具有用于對(duì)在系統(tǒng)電壓降低時(shí)備用的勵(lì)磁用變流器和系統(tǒng)側(cè)變流器進(jìn)行控制的控制裝置,且上述該交流勵(lì)磁型發(fā)電機(jī)向上述功率系統(tǒng)提供發(fā)電功率,上述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的特征為上述變流器的控制裝置具有檢測(cè)直流電壓的單元;和直流電壓上升檢測(cè)單元,并具有檢測(cè)直流電壓的上升,啟動(dòng)上述短路電路單元的單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征為上述變流器的控制裝置具有檢測(cè)上述發(fā)電機(jī)與上述交流勵(lì)磁用變流器之間的電流,并 檢測(cè)過大電流的單元,通過上述檢測(cè)過大電流的單元或上述直流電壓上升檢測(cè)單元的任一個(gè)單元的信號(hào),來 啟動(dòng)上述短路電路單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征為作為上述直流電壓上升檢測(cè)單元,檢測(cè)比通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的值大的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征為作為上述直流電壓上升檢測(cè)單元,以設(shè)定在通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的電壓電平與使上述變流器保 護(hù)停止的過電壓電平之間的過電壓檢測(cè)電平,來檢測(cè)直流電壓的上升。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征為上述直流電壓上升檢測(cè)單元,對(duì)直流電壓指令值與檢測(cè)值的偏差大的情形進(jìn)行檢測(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征為具有在上述發(fā)電機(jī)與上述變流器之間發(fā)生過大電流的情況下,使上述交流勵(lì)磁用變 流器的柵極停止的單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征為上述短路電路單元具有包括多個(gè)電阻器,且在短路時(shí)幾乎同時(shí)工作,在解除短路時(shí)按 順序斷開的單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征為上述短路電路單元具有包括多個(gè)電阻器,且在短路時(shí)幾乎同時(shí)工作,在解除短路時(shí)按 順序斷開的單元,并具有根據(jù)系統(tǒng)電壓的振幅值使上述同時(shí)工作的期間可變的單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征為當(dāng)通過上述短路電路單元將已短路的電阻都斷開之后,開始上述交流勵(lì)磁用變流器的 工作,工作開始后,在功率系統(tǒng)的電壓中大量存在反相成分時(shí),將發(fā)電機(jī)定子的有效功率以 及無效功率控制在幾乎為零。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征為上述短路電路單元連續(xù)2次實(shí)施從同時(shí)接通到按順序斷開的循環(huán),在第3次時(shí)使系統(tǒng)停止。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征為具有防止上述變流器控制的發(fā)電功率的指令值的驟變的單元。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征為具有檢測(cè)系統(tǒng)電壓下降的單元;和在系統(tǒng)電壓的下降中降低上述變流器的直流電壓 的單元。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征為具有當(dāng)上述變流器的直流電壓上升時(shí),將有效電流變更到放電方向的單元。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征為具有檢測(cè)上述系統(tǒng)變流器的輸出交流電流的過電流的單元;在上述過電流檢測(cè)單元 檢測(cè)出過電流時(shí),使上述系統(tǒng)側(cè)變流器暫時(shí)停止的單元;和進(jìn)行再啟動(dòng)的再啟動(dòng)單元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),可解決在低發(fā)電量時(shí),在轉(zhuǎn)子達(dá)到過電流電平之前,會(huì)出現(xiàn)變流器的直流電壓上升,變流器不能運(yùn)轉(zhuǎn)的問題。在本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中,在系統(tǒng)故障時(shí)將過電流消耗裝置的交流輸入連接到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁用變流器之間,檢測(cè)出勵(lì)磁用變流器直流電壓上升,在系統(tǒng)故障時(shí)啟動(dòng)短路電路。根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),可以通過將短路電路(過電流消耗裝置)的交流輸入連接到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁用變流器之間,檢測(cè)出系統(tǒng)電壓下降和勵(lì)磁用變流器直流電壓上升,而啟動(dòng)過電流消耗裝置,來實(shí)現(xiàn)保護(hù)交流勵(lì)磁型發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁用功率轉(zhuǎn)換器不受系統(tǒng)干擾引起的過電流的影響,并可以持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的操作。
文檔編號(hào)H02P9/14GK101800510SQ201010116850
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月10日
發(fā)明者一瀨雅哉, 二見基生, 今家和宏, 酒井洋滿 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所
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