风力发电系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种风力发电系统及其控制方法，在交流励磁型发电机中，根据系统电压与定子电压的比较来推定是否有同步断路器故障，在有故障的情况下停止电力变换器的工作，由此防止由同步断路器故障造成的过电流和过电压。在交流励磁型风力发电系统的断路器发生了故障的情况下，检测断路器的故障并停止转换器的工作，由此保护交流励磁型风力发电系统不受过电流和过电压伤害的装置及其控制方法，其特征在于：具备根据断路器的工作信号和定子电压、系统电压判断故障的故障检测单元，在检测出断路器故障的情况下，停止系统侧转换器以及励磁用转换器的工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于在交流励磁型风力发电系统的同步断路器发生故障的情况 下，检测同步断路器的故障并停止转换器(converter)的工作，由此保护交流励磁型风力 发电系统不受过电流和过电压伤害的装置及其控制方法。
技术介绍
发电装置中使用的交流励磁型发电机使用转换器以转差频率(slip frequency) (系统频率与旋转频率的差)对转子线圈进行交流励磁，由此能够利用转子的励磁使定子 侧产生的电压具有与系统频率相同的频率。并且，具有通过使转子的励磁频率(转差频率) 可变而能够使风车的转速可变，并且能够使电力变换器(電力変換器)的容量小于发电机 的容量等优点。但是，在交流励磁型发电机的同步断路器存在故障的情况下，发电机的工作模式 与断路器的开关状态不一致，由于定子过电压和转子过电流的影响，出现断路器之外的设 备也产生故障的问题。在专利文献1中，揭示了将系统电压和发电机的定子电压用于同步断路器闭合的 判断，但没有用于同步断路器的故障判断的先例。专利文献1 日本特开2009-27766号公报
技术实现思路
本专利技术中要解决的问题在于提供一种在交流励磁型风力发电系统的同步断路器 发生了故障的情况下，通过检测故障来停止转换器的工作，保护系统整体不受过电流和过 电压伤害的。为了解决上述问题，本专利技术提供一种风力发电系统，经由断路器将交流励磁型发 电机的定子连接到电力系统，在该交流励磁型发电机的转子上连接交流励磁用转换器，将 该交流励磁型发电机的转子连接到涡轮轮，以使用涡轮的动力使转子旋转，该风力发电系 统具备系统侧转换器，连接到该交流励磁型发电机的定子和电力系统；控制装置，将该系 统侧转换器的直流部分连接到所述交流励磁用转换器的直流部分，用于控制所述交流励磁 用转换器和所述系统侧转换器；以及单元，通过由该控制装置控制所述交流励磁用转换器 使所述交流励磁型发电机的定子电压与系统电压同步后闭合断路器；在该风力发电系统 中，所述控制装置具备根据所述断路器的工作信号和定子电压、系统电压判断故障的故障 检测单元，在检测出所述断路器的故障的情况下，停止所述系统侧转换器以及所述励磁用 转换器的工作。进而，本专利技术的特征在于在风力发电系统中，所述控制装置具有发送用于开关所 述断路器的断路器开关信号的单元，所述断路器具有发送用于向所述控制装置通知已经从 所述控制装置接受断路器开关信号的开关状态信号的单元。进而，本专利技术的特征在于在风力发电系统中，所述控制装置具有检测系统电压和定子电压的单元，以及取得该系统电压与该定子电压的差的单元，并具有在该系统电压与 该定子电压的差超过指定值的情况下判断为所述断路器的故障的功能。进而，本专利技术的特征在于在风力发电系统中，所述控制装置具有在对于所述断路 器开关信号所述开关状态信号在指定时间后未返回的情况下，判断为所述断路器的故障的单元。进而，本专利技术的特征在于在风力发电系统中，所述控制装置在检测出所述断路器 的故障的情况下将发生故障这一情况显示在监视器装置上。另外，为了解决上述问题，本专利技术提供一种风力发电系统的控制方法，该风力发电 系统经由断路器将交流励磁型发电机的定子连接到电力系统，在该交流励磁型发电机的转 子上连接交流励磁用转换器，将该交流励磁型发电机的转子连接到涡轮，以使用涡轮的动 力使转子旋转，该风力发电系统具备系统侧转换器，连接到该交流励磁型发电机的定子和 电力系统；控制装置，将该系统侧转换器的直流部分连接到所述交流励磁用转换器的直流 部分，用于控制所述交流励磁用转换器和所述系统侧转换器；以及单元，通过由该控制装置 控制所述交流励磁用转换器使所述交流励磁型发电机的定子电压与系统电压同步后闭合 断路器；在该风力发电系统的控制方法中，所述控制装置具备根据所述断路器的工作信号 和定子电压、系统电压判断故障的故障检测单元，在检测出所述断路器的故障的情况下，停 止所述系统侧转换器以及所述励磁用转换器的工作。进而，本专利技术的特征在于在风力发电系统的控制方法中，所述控制装置具有发送 用于开关所述断路器的断路器开关信号的单元，所述断路器具有发送用于向所述控制装置 通知已经从所述控制装置接受断路器开关信号的开关状态信号的单元。进而，本专利技术的特征在于在风力发电系统的控制方法中，所述控制装置具有检测 系统电压和定子电压的单元，以及取得该系统电压与该定子电压的差的单元，并具有在该 系统电压与该定子电压的差超过指定值的情况下判断为所述断路器的故障的功能。进而，本专利技术的特征在于在风力发电系统的控制方法中，所述控制装置具有在对 于所述断路器开关信号所述开关状态信号在指定时间后未返回的情况下，判断为所述断路 器的故障的单元。(专利技术效果)根据本专利技术，能够提供一种防止由同步断路器故障造成的过电流和过电压的交流 励磁型。附图说明图1是风力发电装置的电路结构。图2是系统侧转换器208-1的控制结构。图3是发电机侧转换器208-2的控制结构。 图4是相位检测器THDET的说明图。图5是切换器SW的说明图。图6是断路器220的动作情况的说明图。图7是断路器220的动作情况1至4的流程图。图8是断路器220的动作情况5至8的流程图。图9是监视器装置700的说明图。符号说明100电力系统；200风力发电装置；202发电机；204翼；206风车控制装置；208转 换器；210转换器控制装置；212齿轮；214，220，222断路器；216联结用变压器；218变压器 (控制电源用)；2M交流滤波器电路；2 直流电路；2^dV/dt抑制用电抗器；230位置检 测器；232a电压传感器；234a，234b，234c电流传感器；Qref无效电力指令值；I^ref有效电 力指令值；Run工作/停止指令值；VSY电压检测值；ISY电流检测值；IR，IG输出电流；VDC 直流电压信号；Cd电容器；SG1，SG2开关指令信号；SG3开关状态信号。具体实施例方式使用图1说明本专利技术的一个实施例的装置结构。此外，图1是用单线连接图表示 多相交流电路的图。风力发电装置200经由送电线连接到电力系统100。风力发电装置200主要由交 流励磁型的发电机202、翼204、风车控制装置206、转换器(励磁装置)208、转换器控制装 置210构成。翼204经由齿轮212机械连接到发电机202的转子。发电机202的转子线圈电连 接到转换器208。风车控制装置206进行风速检测、翼204的角度控制、有效电力指令值I^ref的生 成、工作/停止等指令值Run的输出、无效电力指令值Qref等的工作指令信号OPS的运算。所述风车控制装置206生成的无效电力指令值Qref、有效电力指令值ft~ef、所述 工作/停止指令值Rim、翼角度指令值等各种工作信号OPS被传输到转换器控制装置210以 及翼角度改变装置。转换器控制装置210按照指令值调整转换器208的输出电压，控制发电机202与 电力系统100之间的电力(发电电力，无效电力)。所述转换器控制装置210的电源经由变压器218供应。下面，简单说明转换器(励磁装置)208和转换器控制装置210。发电机202的定 子侧的三相输出经由可通过外部信号SGl开关的例如断路器220、系统联结用变压器216和 断路器214连接到电力系统100。另本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种风力发电系统，经由断路器将交流励磁型发电机的定子连接到电力系统，在该交流励磁型发电机的转子上连接交流励磁用转换器，将该交流励磁型发电机的转子连接到涡轮，以利用涡轮的动力使转子旋转，该风力发电系统具备：系统侧转换器，连接到该交流励磁型发电机的定子和电力系统；控制装置，将该系统侧转换器的直流部分连接到所述交流励磁用转换器的直流部分，并且用于控制所述交流励磁用转换器和所述系统侧转换器；以及通过由该控制装置控制所述交流励磁用转换器使所述交流励磁型发电机的定子电压与系统电压同步后闭合断路器的单元；其中，所述控制装置具备根据所述断路器的工作信号和定子电压、系统电压判断故障的故障检测单元，在检测出所述断路器的故障的情况下，停止所述系统侧转换器以及所述励磁用转换器的运转。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：中山靖章，一濑雅哉，松竹贡，清藤康弘，酒井洋满，目黑光，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP