[发明专利]电磁制动系统和方法

说明书

技术领域

本公开一般来说涉及发电系统并且更具体地涉及用于在发电系统中维持发电机与电力网之间的同步的系统和方法。

背景技术

分布式能源（DER）系统是小的发电机，典型地在从3kW至10000kW的范围内，其从各种源产生电力并且将产生的电力传递到连接到发电机的电力网。电力网收集从多个发电机产生的电力并且将电力传输到不同位置。典型地，DER系统是传统电力系统的备选或增强。小的发电机可由小的燃气轮机提供动力或可包括例如燃料电池和/或风力发电机。DER系统使在输电中损失的能量减少，这是因为在非常接近用电的地方产生电，甚至可能在相同的建筑物内。DER系统还使必须构造的电力线的尺寸和数量减少。

直到最近，许多国家中的网络操作员允许小的分布式发电机在严重的网络干扰情况下快速从网络断开。网络干扰可由于在DER系统操作期间出现的若干种故障而引起。典型地，电力网中的故障可以是平衡故障或不平衡故障。实际上，电力系统中故障中的大部分是不平衡单相故障。当在公用系统中出现故障时，系统中的电压可减小一定量。这样的电压减小可称为“电压骤降”或“电压跌落”。

这样的“电压骤降”或“电压跌落”的特性取决于若干方面，例如故障的类型和严重程度、故障的位置和故障的持续时间。典型地，在电力网中的任何位置处的“电压骤降”或“电压跌落”的幅度取决于故障的严重程度和到故障的距离。相似地，“电压骤降”或“电压跌落”的持续时间可取决于保护电路检测并隔离故障所需要的时间。“电压骤降”或“电压跌落”的持续时间通常可以是大约几百毫秒。

此外，在故障事件中，发电机和电力网的互连点处的电压的突然下降可导致发电机电力输出的突然下降。因此，发电机的电力输出与来自发动机的机械动力输入之间的不平衡可引起发动机加速，这可导致失去发电机与剩余电网之间的同步。从而，具有小的惯性的某些类型的发电机可迅速加速并且在故障事件期间失去同步。在非限制性示例中，某些类型的发电机包括小的同步或异步发电机。

在过去，在这些意外故障和大的电力干扰情况下，每当出现电压下降时小的发电机离线跳闸，这是可接受并且可期望的。当从这些小的发电机提供给电网的总电力与由所有其他发电单元提供给电网的总电力相比非常小时，采用这样的方式的操作对电力网的稳定性没有实际的不利影响。然而，随着电网中小的分布式发电机的渗入以及由这些小的分布式发电机提供给电网的电力的量在增加，如果在具有低电压条件的故障事件期间断开所有这样的发电机，可能危及电网的稳定性。因此，这些发电机仍然与电网同步、穿越低压条件并且能够在清除故障后立即将电力馈送到电网内，这是可期望的。因此，新兴电网码越来越需要小的发电机“穿越”由电网故障事件引起的某些电压条件。然而，这目前对具有小惯性的发电机代表着大的挑战，其趋于在“电压骤降”后迅速加速。

可采用各种技术来克服在故障条件期间发电机中迅速加速的问题。一个这样的技术是提供机械制动来使发电机中的原动机停止。然而，机械制动单元具有相对慢的反应时间并且因此对于具有小惯性的小的发电机是不充足的，这甚至在施加机械制动之前可能失去同步。另一个技术是增加发电机的惯性，例如通过添加飞轮，以在低电压条件期间使发电机加速减少。该技术导致具有附加重量和成本的发电机的动态性能降低。备选技术是对电制动提供制动电阻器来耗散电阻器中的电力以便在故障条件期间使发电机的加速停止。然而，电制动技术中的大部分包括昂贵的电力电子器件，其使系统的成本大大增加。

因此，需要有解决一个或多个上述问题的有效且廉价的故障穿越（FRT）发电系统的改进系统和方法。

发明内容

根据本文描述的一个实施例，电磁制动系统包括：导电盘，其耦合于发电系统的可旋转轴，其中该可旋转轴操作地耦合于原动机与发电机之间；控制器，用于从发电系统接收至少一个状态信号并且用于基于该至少一个状态信号产生控制信号；和感应单元，用于在由控制信号命令调节可旋转轴的旋转速度时在导电盘上施加电磁制动力。

根据本文描述的另一个实施例，方法包括：接收代表可旋转轴的旋转速度、电力网中的电压、发电机处的电流、由原动机生成的机械动力、发电机的转子角、由发电机生成的电力或其组合的至少一个状态信号；基于该至少一个状态信号确定控制信号；以及在由控制信号命令调节可旋转轴的旋转速度时在可旋转轴上施加电磁制动力。

根据本文描述的另一个实施例，发电系统包括：原动机，用于形成机械动力；发电机，其通过可旋转轴操作地耦合于该原动机用于基于该机械动力产生电流并且将该电流供应给电力网；和电磁制动单元，其操作地耦合于可旋转轴用于调节可旋转轴的旋转速度。