發電機的靜態勵磁機、改型方法及其操作方法

2023-10-18 03:06:54 3

專利名稱：發電機的靜態勵磁機、改型方法及其操作方法
技術領域：
本發明涉及發電機的靜態勵磁機(static exciter)、改型方法及其操作方法。
背景技術：
同步發電機包括通常具有電樞電路的定子以及通常包含磁場電路(filed circuit) 的轉子。在操作期間，當轉子轉動時，激勵磁場電路，使得因通量變化率而在電樞電路 中感生電壓。為了激勵磁場電路，通常將變壓器的高電壓側連接到電網(或匯流條)，而將其 低電壓側連接到AC/DC轉換器。這個AC/DC轉換器把從變壓器所提供的AC電壓整流成DC電壓，並且將其提 供給發電機的磁場電路。由於為磁場電路饋電的電力直接從電網提供，在電網發生故障或擾動的情況下 使電網的電壓暫時下降，所以發電機/電網系統的穩定性可受到損害，使得電網和發電 機可丟失其同步。電網往往提供有自動安全和保護系統，它們在這類故障發生時進行幹預以恢復 額定電網電壓；然而，它通常花費多達數秒的時間來恢復電網電壓，因而在故障發生時 無法保證發電機/電網系統的穩定性。US2007/0296275公開了提供一種安全電路，它配置成在電網發生故障的情況 下將電力注入磁場電路，以便保證發電機/電網系統的穩定性，從而防止它們丟失其同步。這個安全電路包括電容器組、在電網故障的情況下起動的開關以及直接插入磁 場電路的二極體(即，這個二極體必須放置於轉子上)。在電網發生故障的情況下，起動開關，使得電容器組將其能量提供給磁場電路 中。然而，即使這個技術證明是非常有效的，但是其實現在一些情況下可能很困 難、成本高並且費時，因為它要求將二極體放置於轉子上。具體來說，現有發電機的改型是困難的，因為必須打開發電機殼體並且必須將 二極體安裝到轉子上。這種操作特別費時並且成本高。

發明內容
因此，本發明的技術目標是提供靜態勵磁機、改型方法以及操作靜態勵磁機的 方法，通過它們消除了已知技術的所述問題。在這個技術目標的範圍之內，本發明的一個方面是提供靜態勵磁機及其操作方 法，其實現是簡易、節省成本和節省時間的。
本發明的另一個目的是提供一種改型方法，其實現可以是簡易、節省成本和節 省時間的。根據本發明，通過提供根據所附權利要求書的靜態勵磁機、改型方法以及操作 靜態勵磁機的方法，來實現該技術目標連同這些及其它方面。


通過在附圖中作為非限制性示例所示的對根據本發明的靜態勵磁機和方法的優 選但非排他的實施例的描述，本發明的其它特性和優點將變得更為明顯，附圖包括圖1是本發明的第一實施例的靜態勵磁機的示意圖；圖2是本發明的靜態勵磁機的第二實施例的細節；圖3是本發明的靜態勵磁機的第三實施例；以及圖4是圖3的細節。
具體實施例方式參照附圖，示出發電機2的靜態勵磁機1。發電機2具有磁場電路3以及經由變壓器6連接到電網5的匯流條4(定子三相 電路)。靜態勵磁機1包括主變壓器8，其高電壓側連接到電網5(如圖所示，主變壓器8 通常直接連接到匯流條4，並且經由變壓器6連接到電網5)，而其低電壓側連接到磁場電 路轉換器9 (通常為整流器)。磁場電路轉換器9轉換來自主變壓器8的AC電壓，並且採用DC電壓向發電機 磁場電路3饋電。靜態勵磁機1還包括控制單元11，它設置成檢測電網5的狀態，以便在電網電 壓下降到低於預定電壓值的情況下使至少一電容器組13將能量提供給發電機磁場電路3 中。電容器組13連接在主變壓器8的低電壓側與磁場電路轉換器9的AC側之間。有利地，靜態勵磁機還包括至少一個耦合電路15，它將電容器組13連接到主變 壓器8的低電壓側與磁場電路轉換器9的AC側之間的連接線16。下面詳細描述本發明的不同實施例。實施例1在靜態勵磁機的第一實施例(圖1)中，耦合電路15包括輔助三相轉換器17，其 DC側連接到電容器組13，而AC側耦合到連接線16。優選地，輔助轉換器17是雙向轉換器，使得允許電容器組13的充電和放電。例如，輔助轉換器17由功率半導體元件橋(IGBT，晶閘管)製成；在任何情況 下，這些轉換器是本領域眾所周知的，並且任何適當轉換器或功率半導體元件部署可用 於實現本發明。輔助轉換器17的AC側電感式耦合到連接線16，並且在這個方面，電感耦合經 由輔助變壓器18來實現。在本發明的這個實施例中，控制單元11連接到至少兩個輔助連接線19。當然可提供也到全部三個輔助連接線19的連接，並且在不同配置(例如多於或少於三相)的情 況下，可提供多於或少於兩個連接。另外，控制單元11連接到輔助轉換器17以便對它進行驅動。控制單元11檢測輔助轉換器17與輔助變壓器18之間的輔助連接線19的電壓， 並且相應地驅動輔助轉換器17。具體來說，控制單元11驅動輔助轉換器17，使得它令電容器組13放電或充電。控制單元11還連接到電容器組13，以便控制其充電電平。這個實施例的靜態勵磁機的操作通過所述和所示是顯而易見的，並且實質上如 下所述。在正常操作(其中電壓網在其標稱值)期間，控制單元11驅動輔助轉換器17， 使得它令電力從輔助變壓器18經過其而傳遞到電容器組13。在這種情況下，對電容器組13充電，使得在故障情況下它始終被充電，並且即 時將其能量放電到磁場電路3中。在電網5發生故障時，電網電壓下降，因而匯流條電壓也下降，並且主變壓器8 的低電壓側的電壓下降；這又引起輔助連接線19的電壓下降。當控制單元11檢測到輔助連接線19的電壓已經下降到低於預定電壓值時，它驅 動輔助轉換器17，使得它允許電力從電容器組13經過其而傳遞到輔助變壓器18。這引起電容器組13被放電，並且通過輔助轉換器17和輔助變壓器18將其能量 提供給連接線16，因而通過磁場電路轉換器9提供給磁場電路3。本領域已知，在電網5發生故障時，多個自動保護和控制系統進行幹預，以便 恢復電網電壓；電網電壓的恢復通常在幾秒種內執行。因此，一旦恢復了電網電壓(因而也恢復了輔助連接線電壓)，則控制單元11驅 動輔助轉換器17，使得它再次令電力從輔助變壓器18經過其而傳遞到電容器組13。因此，將電容器組13充電到就緒狀態，以便在其它電網故障的情況下進行幹預。實施例2圖2示出本發明的靜態勵磁機的第二實施例。圖2中，與已經參照第一實施例 所述的元件相似或相等的元件具有相同的參考標號。第二實施例的靜態勵磁機具有與第一實施例相同的結構和特徵。另外，這個靜態勵磁機具有各連接到輔助單相轉換器17的三個電容器組13，其 中輔助單相轉換器17連接到輔助變壓器18，輔助變壓器18耦合到主變壓器8與磁場電路 轉換器9之間的連接線16;此外，提供各輔助轉換器17的控制單元11，或者備選地提供 單獨控制各輔助轉換器17的單個控制單元11 (這個實施例如圖4所示)。換言之，靜態勵磁機對於各相具有一個電力注入電路(各電力注入電路包括電 容器組13、輔助轉換器17和輔助變壓器18)，而圖1的實施例僅具有一個三相電力注入 電路。具體根據第一實施例的靜態勵磁機的操作，這個實施例的靜態勵磁機的操作是 很清楚的。實施例3
圖3和圖4示出本發明的靜態勵磁機1的第三實施例。又在這些附圖中，與已 經描述的那些元件相似或相等的元件具有相同的參考標號。具體來說，圖3中，主變壓器8和磁場電路轉換器9示為通過連接線16連接。各連接線16具有帶第一開關21的第一支路20(圖4)，並且耦合電路15包括與 第一支路20並聯的第二支路22。第二支路22具有與單向組件24串聯的第二開關23 ；電容器組13又與這些組件 串聯。控制單元11 (在這種情況下，也是各連接線16的單個控制單元11或者單獨控制 各連接線16的開關21、23的單個控制單元11)連接到相應連接線16，並且還驅動開關 21和23，S卩，它檢測連接16的電壓，並且相應地操作第一和第二開關21、23。單向組件24是二極體，它設置成使電容器組13在放電時將能量提供給磁場電路 3。另外，可提供與電容器組13並聯的例如電池等充電組件25。總之很清楚，(由於二極體24的幫助，)在電網5沒有故障並且連接線16的電 壓具有其標稱值的情況下，電容器組13的充電也在操作期間經由支路22( S卩，開關21斷 開，而開關23閉合)來執行。本發明的第三實施例的靜態勵磁機1的操作通過所述和所示是顯而易見的，並 且實質上如下所述。在正常操作(即，電網電壓在其標稱值)期間，開關21閉合(圖4中的虛線)， 而開關23斷開(圖4中的虛線)；因此，在正常操作期間，支路20是工作的，而支路22 不工作的。當故障發生並且電網電壓下降時，主變壓器8的低電壓側的電壓也下降，因而 這些連接線16中的一個或多個的電壓下降。僅參照一個連接線(操作對於各連接線均相同)，當控制單元11檢測到連接線 16的電壓(它指示電網5的電壓)下降到低於預定電壓值時，它將開關21驅動為斷開， 而將開關23驅動為閉合。在這個方面，圖4以實線示出在電網電壓下降的故障情況下的開關21和開關23 的配置；因此，在故障情況下，支路20是不工作的，而支路22是工作的。當開關23閉合時，電容器組13放電，並且二極體24推動放電方向，使得將電 力注入磁場電路轉換器9，並且因而注入磁場電路3;開關21 (是斷開的)防止電容器組 13被短路。在故障之後，自動安全和保護系統在短時間恢復電網電壓。當控制單元11檢測到連接線16的電壓高於預定電壓值時，它將開關21驅動為 閉合而將開關23驅動為斷開。開關21的閉合和開關23的斷開也可由控制單元11以某個延遲來執行，使得對 電容器組13充電。作為補充或替代，充電組件25可對電容器組13充電。改型方法本發明還涉及用於對發電機的靜態勵磁機進行改型的方法。
該方法包括在主變壓器8的低電壓側與磁場電路轉換器9的AC側之間提供至少 一個電容器組13。有利地，還提供耦合電路15，它將電容器組13連接到主變壓器8的低電壓側與 磁場電路轉換器9的AC側之間的連接線16。這種改型方法是特別有利的，因為不需要修改轉子，因而不需要打開發電機殼 體並且在轉子上安裝任何組件。用於操作靜態勵磁機的方法本發明還涉及用於操作發電機的靜態勵磁機的方法。根據該方法，當電網電壓下降到低於預定電壓值時，電容器組13將電力注入主 變壓器8的低電壓側與磁場電路轉換器9的AC側之間。所述的特徵當然可相互獨立地提供。實際上，所使用的材料和尺寸可按照要求和現有技術隨意選擇。參考標號1 靜態勵磁機2發電機
3磁場電路
4 匯流條
5電網
6變壓器
8]主變壓器
9磁場電路轉換器
11控制單元
13電容器組
15耦合電路
16連接線
17輔助轉換器
18輔助變壓器
19輔助連接線
20第一支路
21第一開關
22第二支路
23第二開關
24單向組件
25充電組件。
權利要求
1.一種發電機(2)的靜態勵磁機(1)，包括主變壓器(8)，其高電壓側連接到電網 (5)而其低電壓側連接到向發電機磁場電路(3)饋電的磁場電路轉換器(9)，所述靜態勵磁機(1)進一步包括控制單元(11)，其設置成檢測所述電網(5)的狀態， 以便在所述電網(5)的電壓下降到低於預定電壓值的情況下使至少電容器組(13)將能量 提供給所述發電機磁場電路(3)，其特徵在於，所述電容器組(13)連接在所述主變壓器(8)的低電壓側與所述磁場電路轉換器(9) 的AC側之間。
2.如權利要求1所述的靜態勵磁機(1)，其特徵在於，包括至少耦合電路(15)，它將 所述電容器組(13)連接到所述主變壓器(8)的低電壓側與所述磁場電路轉換器(9)的AC 側之間的連接線(16)。
3.如權利要求2所述的靜態勵磁機(1)，其特徵在於，所述耦合電路(15)包括輔助轉 換器(17)，其DC側連接到所述電容器組(13)，而AC側耦合到所述連接線(16)。
4.如權利要求3所述的靜態勵磁機(1)，其特徵在於，所述輔助轉換器(17)是雙向轉 換器。
5.如權利要求3所述的靜態勵磁機(1)，其特徵在於，所述輔助轉換器(17)的AC側 電感式耦合到所述連接線(16)。
6.如權利要求5所述的靜態勵磁機(1)，其特徵在於，所述輔助轉換器(17)的AC側 的與所述連接線(16)的電感耦合經由至少一個輔助變壓器(18)來實現。
7.如權利要求6所述的靜態勵磁機(1)，其特徵在於，所述控制單元(11)檢測所述輔 助轉換器(17)與所述輔助變壓器(18)之間的至少輔助連接線(19)的電壓，並且相應地 驅動所述輔助轉換器(17)。
8.如權利要求7或4所述的靜態勵磁機(1)，其特徵在於，所述控制單元(11)驅動所 述輔助轉換器(17)，使得它令所述電容器組(13)放電或者令所述電容器組(13)充電。
9.如權利要求3所述的靜態勵磁機(3)，其特徵在於，包括各連接到輔助轉換器(17) 的多個電容器組(13)，其中所述輔助轉換器(17)各連接到輔助變壓器(18)，所述輔助變 壓器(18)耦合到所述主變壓器(8)與所述磁場電路轉換器(9)之間的連接線(16)。
10.如權利要求2所述的靜態勵磁機，其特徵在於，所述連接線(16)具有帶第一開關 (21)的第一支路(20)，並且特徵在於，所述耦合電路(15)包括與所述第一支路(20)並 聯並且具有與至少單向組件(24)串聯的至少第二開關(23)的第二支路(22)，所述電容器 組(13)還連接到所述第二支路(22)，其中，所述控制單元(11)檢測所述連接線(16)的 電壓，並且相應地操作所述第一和第二開關(21，23)。
11.如權利要求10所述的靜態勵磁機(1)，其特徵在於，所述單向組件(24)是二極 管，它設置成使所述電容器組(13)在放電時將能量提供給所述磁場電路(3)。
12.如權利要求10所述的靜態勵磁機(1)，其特徵在於，還包括與所述電容器組(13) 並聯的充電組件(25)，和/或其中，所述控制單元(11)以某個延遲使所述第一開關(21) 閉合而使所述第二開關(23)斷開，使得對所述電容器組(13)充電。
13.—種用於對發電機的靜態勵磁機(1)進行改型的方法，所述靜態勵磁機(1)包 括主變壓器(8)，其高電壓側連接到所述電網(5)而其低電壓側連接到向發電機磁場電 路(3)饋電的磁場電路轉換器(9)；所述靜態勵磁機(1)進一步包括控制單元(11)，其設置成檢測所述電網(5)的狀態，以便在所述電網的電壓下降到低於預定電壓值的情況下 使至少電容器組(13)將能量提供給所述發電機磁場電路(3)，其中，所述方法包括在所 述主變壓器(8)的低電壓側與所述磁場電路轉換器(9)的AC側之間提供至少一個電容器 組(13)。
14.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，還提供具有至少耦合電路(15)的所述 靜態勵磁機(1)，所述耦合電路(15)將所述電容器組(13)連接到所述主變壓器(8)的低 電壓側與所述磁場電路轉換器(9)的AC側之間的連接線(16)。
15.—種用於操作發電機的靜態勵磁機(1)的方法，所述靜態勵磁機(1)包括主變 壓器(8)，其高電壓側連接到所述電網(5)而其低電壓側連接到向發電機磁場電路(3)饋 電的磁場電路轉換器(9)；所述靜態勵磁機(1)進一步包括控制單元(11)，其設置成檢測 所述電網(5)的狀態，以便在所述電網(5)的電壓下降到低於預定電壓值的情況下使至少 電容器組(13)將能量提供給所述發電機磁場電路(3)，其特徵在於，所述電容器組(13) 將電力注入所述主變壓器(8)的低電壓側與所述磁場電路轉換器(9)的AC側之間。
全文摘要
發電機(2)的靜態勵磁機(1)包括主變壓器(8)，其高電壓側連接到電網(5)而其低電壓側連接到向發電機磁場電路(3)饋電的磁場電路轉換器(9)。靜態勵磁機(1)還包括控制單元(11)，它設置成檢測電網(5)的狀態，以便在電網(5)的電壓下降到低於預定電壓值的情況下使至少電容器組(13)將能量提供給所述發電機磁場電路(3)。電容器組(13)連接在主變壓器(8)的低電壓側與磁場電路轉換器(9)的AC側之間。本發明還涉及用於對靜態勵磁機(1)進行改型和操作其的方法。
文檔編號H02P9/14GK102013866SQ201010286458
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月7日 優先權日2009年9月7日
發明者L·達歷山德羅 申請人:阿爾斯託姆科技有限公司