具有碳化硅MOSFET的功率转换器的接地故障隔离制造技术

提供了用于使利用碳化硅MOSFET功率转换器的发电单元接地的系统和方法。发电单元可包括发电机，该发电机配置成产生处于第一电压下的多相交流功率。发电单元还可包括功率转换器，该功率转换器配置成使处于第一电压下的来自发电机的多相交流功率转换成处于第二电压下的多相交流功率。功率转换器可包括一个或多个碳化硅MOSFET和配置成从功率转换器移除热的至少一个散热器。功率转换器的至少一个散热器可电连接到由发电单元的一个或多个构件形成的局部接地端。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有碳化硅MOSFET的功率转换器的接地故障隔离
本主题大体上涉及功率系统，并且更特别地涉及用于使包括利用碳化硅MOSFET的功率转换器的功率系统接地并使其中的接地故障隔离的系统和方法。
技术介绍
发电系统可使用功率转换器来使功率转换成适合于电网的功率形式。在典型的功率转换器中，多个开关装置(诸如，绝缘栅双极型晶体管(“IGBT”)或金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”))可用于电子电路(诸如，半桥或全桥式电路)中以转换功率。开关装置技术上的最新发展已允许在功率转换器中使用碳化硅(“SiC”)MOSFET。与常规的IGBT相比，使用SiCMOSFET允许在高得多的开关频率下操作功率转换器。
技术实现思路
本公开的实施例的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而认识到，或可通过实践实施例而认识到。本公开的一个示例性方面涉及一种发电单元。发电单元可包括发电机，该发电机配置成产生处于第一电压下的多相交流功率。发电单元还可包括功率转换器，该功率转换器配置成使处于第一电压下的来自发电机的多相交流功率转换成处于第二电压下的多相交流功率。功率转换器可包括一个或多个碳化硅MOSFET和配置成从功率转换器移除热的至少一个散热器。功率转换器的至少一个散热器可电连接到由发电单元的一个或多个构件形成的局部接地端。本公开的另一示例性方面涉及一种使发电系统中的接地故障隔离的方法。发电系统可包括多个发电单元。各发电单元可包括：发电机，其配置成产生处于第一电压下的多相交流功率；以及功率转换器，其配置成使处于第一电压下的来自发电机的多相交流功率转换成处于第二电压下的多相交流功率。各功率转换器可包括一个或多个碳化硅MOSFET和配置成从功率转换器移除热的至少一个散热器。各功率转换器的至少一个散热器可电连接到由发电单元的一个或多个构件形成的局部接地端。该方法可包括通过一个或多个控制装置来从发电系统中的一个或多个传感器接收指示发电单元中的功率转换器与局部接地端之间的电流的一个或多个信号。该方法可进一步包括通过一个或多个控制装置而至少部分地基于指示发电单元中的功率转换器与局部接地端之间的电流的一个或多个信号来确定是否发生了故障。当一个或多个控制装置已确定发生了故障时，该方法可进一步包括标识有故障的发电单元。该方法可进一步包括使有故障的发电单元电隔离。本公开的另一示例性方面涉及一种发电系统。发电系统可包括多个发电单元和一个或多个控制装置。各发电单元可包括发电机，该发电机配置成产生处于第一电压下的多相交流功率。各发电单元还可包括功率转换器，该功率转换器配置成使处于第一电压下的来自发电机的多相交流功率转换成处于第二电压下的多相交流功率。功率转换器可包括一个或多个碳化硅MOSFET和配置成从功率转换器移除热的至少一个散热器。各功率转换器的至少一个散热器可电连接到由发电单元的一个或多个构件形成的局部接地端。一个或多个控制装置可配置成至少部分地基于从发电单元中的至少一个散热器到局部接地端的电流来确定发电系统中的功率转换器中何时发生了接地故障。可对本公开的这些示例性方面作出变型和修改。参考以下描述和所附权利要求书，多种实施例的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在本说明书中并构成其部分的附图示出了本公开的实施例，并与描述一起用于阐释相关的原理。附图说明在参考附图的说明书中阐述了实施例的针对本领域普通技术人员的详细讨论，在附图中：图1描绘了示例性发电单元；图2描绘了根据本公开的示例性方面的用于在功率转换器中使用的示例性元件；图3描绘了根据本公开的示例性方面的功率转换器；图4描绘了根据本公开的示例性方面的示例性发电系统；图5描绘了根据本公开的示例性方面的示例性方法；图6描绘了根据本公开的示例性方面的适合于在控制装置中使用的元件。具体实施方式现在将详细地参考本专利技术的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。各示例作为本专利技术的阐释而非本专利技术的限制来提供。实际上，对本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本专利技术的范围或精神的情况下可在本专利技术中作出多种修改和变型。例如，示出或描述为一个实施例的部分的特征可与另一实施例一起用于产生另外的其它实施例。因此，意图的是，本专利技术涵盖如归入所附权利要求书及其等同体的范围内的这样的修改和变型。本公开的示例性方面涉及用于使利用具有SiCMOSFET的功率转换器的发电系统接地并使其中的接地故障隔离的系统和方法。例如，发电系统(诸如，将双馈感应发电机(“DFIG”)用作发电单元的系统)可使用一个或多个功率转换器来使功率从低压多相交流功率转换成中压多相交流功率。多个发电单元(诸如，DFIG)可布置成群集，并且可一起向公共变压器(“群集变压器”)馈送功率。群集变压器可将中压功率升压成适合于通过一条或多条功率传输线路来传输的更高电压的功率。然而，偶尔在这些功率转换器中可发生接地故障(诸如，当发生绝缘失效时)。在一些配置中，当在功率转换器中发生接地故障时，接地故障可传播到群集变压器，并且可触发用于群集的接地故障保护方案，从而使整个群集跳闸(trip)而脱机(offline)。在这样的配置中，与单个发电单元相关联的单独功率转换器中的接地故障可使发电系统中的所有发电单元都跳闸而脱机。这可降低整个发电系统的可用性和功率输出。此外，当发生这样的接地故障时，接地故障的位置可能难以检测并隔离，从而可能需要延长的维护周期和系统停机时间。本公开的示例性方面涉及使发电单元和/或功率转换器接地以使功率转换器中的故障电流(诸如，由于绝缘失效而导致的故障电流)接地的系统和方法。例如，系统和方法可使发电单元和/或功率转换器的中压(“MV”)侧接地。如本文中使用的那样，“MV”功率可为大于大约1.5千伏且小于大约100千伏的功率。如本文中使用的那样，用语“大约”可表示在所陈述的值的20％内。例如，发电系统可包括多个发电单元。各发电单元可包括发电机(诸如，DFIG)，其可配置成产生处于第一电压下的多相交流功率(诸如，低压(“LV”)功率)。如本文中使用的那样，“LV”功率可为小于大约1.5千伏的功率。各发电单元还可包括功率转换器，该功率转换器包括一个或多个SiCMOSFET和至少一个散热器，至少一个散热器配置成从功率转换器的一个或多个构件移除热。功率转换器可配置成使处于第一电压下的来自发电机的多相交流功率转换成处于第二电压下的多相交流功率(诸如，通过使LVAC功率转换成MVAC功率)。各功率转换器的至少一个散热器可电连接到由发电单元的一个或多个构件形成的局部接地端。局部接地端可特定于发电单元，并且可处于参考或非零电压水平下。发电单元和/或系统可进一步包括控制装置，其可配置成确定功率转换器中何时发生了接地故障。在实施例中，当在发电单元或发电系统中的功率转换器中发生了接地故障时，控制装置可进一步配置成确定哪个发电单元中发生了接地故障。例如，控制装置可配置成接收指示发电单元中的功率转换器与局部接地端之间的电流的一个或多个信号。控制装置可进一步配置成通过例如将电流与阈值进行比较来确定是否发生了故障。例如，如果电流超过阈值，则控制装置可确定发生了接地故障。此外，控制装置可配置成标识有故障的发电单元，诸如包括经历了接地故障的功率转换器的发电单元。此外，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发电单元，包括：发电机，其配置成产生处于第一电压下的多相交流功率；以及功率转换器，其配置成使处于所述第一电压下的来自所述发电机的所述多相交流功率转换成处于第二电压下的多相交流功率，所述功率转换器包括一个或多个碳化硅MOSFET和至少一个散热器，所述至少一个散热器配置成从所述功率转换器移除热；并且其中，所述功率转换器的所述至少一个散热器电连接到由所述发电单元的一个或多个构件形成的局部接地端。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.06 US 15/3998171.一种发电单元，包括：发电机，其配置成产生处于第一电压下的多相交流功率；以及功率转换器，其配置成使处于所述第一电压下的来自所述发电机的所述多相交流功率转换成处于第二电压下的多相交流功率，所述功率转换器包括一个或多个碳化硅MOSFET和至少一个散热器，所述至少一个散热器配置成从所述功率转换器移除热；并且其中，所述功率转换器的所述至少一个散热器电连接到由所述发电单元的一个或多个构件形成的局部接地端。2.根据权利要求1所述的发电单元，其特征在于，所述发电单元进一步包括：一个或多个控制装置，其配置成检测所述功率转换器中的接地故障。3.根据权利要求2所述的发电单元，其特征在于，所述发电单元进一步包括：一根或多根接地导线，其中所述功率转换器的所述至少一个散热器通过所述一根或多根接地导线而电连接到所述局部接地端；并且其中，所述一个或多个控制装置配置成通过感测所述一根或多根接地导线中的电流来检测所述功率转换器中的接地故障。4.根据权利要求2所述的发电单元，其特征在于，所述一个或多个控制装置进一步配置成当在所述功率转换器中检测到接地故障时使所述发电单元电隔离。5.根据权利要求1所述的发电单元，其特征在于，所述发电单元进一步包括多相滤波器，其配置成对所述功率转换器的多相功率输出进行滤波。6.根据权利要求5所述的发电单元，其特征在于，所述多相滤波器包括用于来自所述功率转换器的所述多相功率输出的各相的至少一个电感器和至少一个电容器。7.根据权利要求6所述的发电单元，其特征在于，用于所述多相滤波器的各相的所述电容器电连接以形成中性节点；并且其中，通过将所述功率转换器的所述至少一个散热器电连接到所述中性节点，所述功率转换器的所述至少一个散热器电连接到由所述发电单元的一个或多个构件形成的局部接地端。8.根据权利要求1所述的发电单元，其特征在于，所述功率转换器包括多个DC-DC-AC逆变器组块。9.根据权利要求7所述的发电单元，其特征在于，各DC-DC-AC逆变器组块包括隔离变压器，其中各隔离变压器包括变压器散热器；并且其中，通过将所述变压器散热器电连接到由所述发电单元的一个或多个构件形成的局部接地端，所述功率转换器的所述至少一个散热器电连接到所述局部接地端。10.根据权利要求9所述的发电系统，其特征在于，各DC-DC-AC逆变器组块进一步包括配置成使DC功率转换成AC功率的第一转换实体、配置成使AC功率转换成DC功率的第二转换实体，以及配置成使DC功率转换成AC功率的第三转换实体；其中，所述隔离变压器耦合在所述第一转换实体与所述第二转换实体之间；其中，所述第二转换实体和所述第三转换实体包括转换器散热器；并且其中，通过将所述转换器散热器电连接到由所述发电单元的一个或多个构件形成的局部接地端，所述功率转换器的所述至少一个散热器电连接到所述局部接地端。11.根据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述发电机包括双馈感应发电机。12.一种使发电系统中的接地故障隔离的方法，所述发电系统包括多个发电单元，各发电单元包括：发电机，其配置成产生处于第一电压下的多相交流功率；以及功率转换器，其配置成使处于所述第一电压下的来自所述发电机的所述多相交流功率转换成处于第二电压下的多相交流功率，各功率转换器包括一个或多个碳化硅MOSFET和至少一个散热器，所述至少一个散热器配置成从所述功率转换器移除热，各功率转换器的所述至少一个散热器电连接到由所述发电单元的一个或多个构件形成的局部接地端，所述方法包括：通过一个或多个控制装置来从所述发电系统中的一个或多个传感器接收指示发电单...

【专利技术属性】
技术研发人员：RG瓦戈纳，G贾尼雷迪，S舒克拉，RN拉朱，HR施内茨卡，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US