[发明专利]风力发电机及在电网故障后将变压器连接到电网的方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及用于风力发电机的方法和系统，确切地说，涉及用于保护风力发电机和风场在电网恢复后免受浪涌电流(inrush current)的方法和系统。

背景技术

一般而言，风力发电机包括涡轮机，所述涡轮机具有转子，所述转子包括具有多片叶片的可旋转轮毂组件。所述叶片将风能转变成机械转动扭矩，使得通过转子驱动一个或多个发电机。发电机有时通过齿轮箱以可旋转的方式连接到转子，但并非总是如此。齿轮箱提升转子固有的低旋转速度，以使发电机有效地将旋转机械能转换成电能，电能经由至少一个电气连接馈送到公用电网中。还存在无齿轮的直接驱动式风力发电机。转子、发电机、齿轮箱以及其他部件通常安装在外壳或机舱内，所述外壳或机舱位于底座的顶部上，所述底座可为桁架或管状塔筒。

一些风力发电机配置包括双馈感应发电机(DFIG)。此类配置还可包括功率转换器，用以将所生成的电力的频率转换成大体上与公用电网频率相似的频率。此外，此类转换器以及DFIG还在公用电网与发电机之间传输电力，并且将发电机励磁功率从与公用电网电连接的其中一个连接传输到绕线发电机转子。或者，一些风力发电机配置包括，但不限于，感应发电机、永磁(PM)同步发电机和电励磁同步发电机，以及开关磁阻发电机的替代类型。这些替代配置还可包括功率转换器，用以转换上述频率并且在公用电网与发电机之间传输电力。

已知的风力发电机具有多个机械和电气部件。每个电气和/或机械部件可具有独立或不同于其他部件的运行限制，例如，电流、电压、功率，和/或温度限制。此外，已知的风力发电机通常被设计和/或组装成具有预定的额定功率限制。为了在此类额定功率限制内运行，电气和/或机械部件可以所述运行限制的较大界限运行。此运行可导致风力发电机运行效率低，而且风力发电机的发电能力可能未得到充分利用。

几乎每个发电厂，无论是核电厂、热电厂、水力发电站、煤发电站、燃气发电站还是在下文中还称为风场的风力发电站，均通过将机械能转换成电力的一个或多个发电机生成电流。通常，发电机的电力经由变压器馈送到公用电网。例如，风场的风力发电机的发电机通常连接到单个变压器，所述单个变压器经由变电站的主变压器连接到公用电网。当公用电网在断电之后恢复时，风力发电机的单个变压器仍连接并且都同时通电。这可产生非常高的浪涌电流峰值。因此，变电站中的主变压器可因多余的保护继电器跳闸而与公用电网断开连接。此外，浪涌电流峰值可导致配电系统中发生共振和/或振荡，和/或导致变压器绕组的机械负载较高，从而减少变压器的使用寿命。

据此，需要减少发电厂，尤其是风场，的浪涌电流和/或提高浪涌电流保护。

发明内容

一方面，提供一种风力发电机。所述风力发电机包括变压器，所述变压器具有低压侧和高压侧。所述变压器经配置以将所述变压器的所述低压侧的电压提升到外部电网的电压。所述风力发电机进一步包括发电单元，所述发电单元连接到所述变压器的所述低压侧，且经配置以将交流电馈送到所述变压器的所述低压侧。所述风力发电机的充电装置连接到所述变压器的所述低压侧，且经配置以在所述发电单元未将交流电馈送到所述变压器的所述低压侧时，对所述变压器的所述低压侧充电。

所述的风力发电机进一步包括开关，所述开关连接在所述外部电网与所述变压器的所述高压侧之间，且经配置以断开和闭合所述变压器的所述高压侧与所述外部电网之间的连接。

其中所述充电装置包括控制器，所述控制器连接到所述开关，且经配置以发布闭合所述开关。

所述的风力发电机进一步包括电压开关柜，所述电压开关柜包括所述开关和电压互感器，所述电压互感器包括连接到所述外部电网的高压侧以及低压侧，其中所述充电装置连接到所述电压互感器的所述低压侧。

其中所述充电装置包括逆变器，所述逆变器连接到所述变压器的所述低压侧，且经配置以将至少一个上升交流电输出信号输出到所述变压器的所述低压侧。

其中所述逆变器经配置以将所述至少一个上升交流电输出信号大体上斜升到所述发电单元的额定电压。

其中所述充电装置包括连接到所述逆变器的能量缓冲器，所述能量缓冲器可用所述外部电网的电力进行充电。

其中所述充电装置包括控制器，所述控制器经配置以检测所述外部电网的恢复情况以控制所述逆变器，从而使所述至少一个上升交流电输出信号大体上与所述外部电网同相。