[发明专利]具有故障穿越能力的发电系统和方法

说明书

技术领域

本发明总地涉及电能转换，并且更具体地说，涉及用于连接在电网上的、具有低的惯性力矩的小型发电机组的故障穿越能力的系统和方法，小型发电机组以。

背景技术

在传统的电力系统中，大部分电功率是在大型集中化的设施中产生的，例如化石燃料(以煤、燃气为动力的)电厂、核电厂或水力电厂。这些传统的电厂具有优良的规模经济性，但通常长距离传输电力，并可能影响环境。分布式能源(DER)系统是小型发电机组(通常在3kW至10,000kW的范围内)，其用于为传统电力系统提供一种备选或增强。小型发电机组可被例如小型燃气发动机、柴油机和/或风力涡轮驱动。DER系统减少了传输电力的能量损失量，因为电力产生地非常靠近其使用地。DER系统还减少了必须建造的电力线路的尺寸和数量。然而，由于利用小型发电机组进行分布式发电的日益增长的趋势，许多电网规范需要小型发电机组提供增强的能力，例如故障电压穿越能力。

当在电力系统中发生故障时，系统中的电压可在很短的期间(通常小于500毫秒)下降极大的量，直至清除故障。故障可为由于至少一个相导体被接地(接地故障)或由于两个或多个相导体的短路而造成的。这些类型的故障可发生在闪电和风暴期间，或者由于传输线路意外被接地而造成的。故障可导致极大的电压下降事件。在过去，在这些无意造成的故障和大功率干扰的情况下，无论何时发生电压下降，使小型发电机组跳脱线路是可接受的且合乎需要的。在小型发电机组的穿透水平较低时这样的操作对于电力供给没有实际的损害影响。然而，随着电力系统中的小型发电机组的穿透水平的增加，需要这些小型发电机组保持在线，并穿越这种低压状况，并且与电网保持同步，从而能够在清除故障之后继续为电网供给功率。这与应用于大型发电机组的要求是相似的。

因此，需要确定一种将解决前述问题的方法和系统。

发明内容

根据本技术的一个实施例，提供了一种发电系统。这种发电系统包括发电机，其以机械的方式联接在发动机上，以产生电功率。发电系统还包括连接在发电机和电网之间的故障穿越系统。故障穿越系统包括与固态开关并联连接的机械开关，以及用于协调地控制机械开关、固态开关和发动机点火的控制器。

根据本技术的另一实施例，提供了一种将电功率从发电系统供给电网的方法。发电系统包括连接在发电机和电网之间的故障穿越系统，其中故障穿越系统包括与固态开关并联连接的机械开关。该方法包括当检测到故障时控制机械开关断开，并且如果在预定的时间之前清除了故障则闭合机械开关，并且在机械开关断开之后通过固态开关为发电机电流提供旁路路径。该方法还包括与固态开关协调地控制发动机的点火，发动机联接在发电机上。

技术方案1. 一种发电系统，包括：

发电机，其以机械的方式联接在发动机上，以产生电功率；

故障穿越系统，其连接在所述发电机和电网之间，所述故障穿越系统包括：

　　机械开关，其与固态开关并联连接；和

　　控制器，其用于协调地控制所述机械开关、所述固态开关和所述发动机的点火。

技术方案2. 根据技术方案1所述的系统，所述发动机包括燃气涡轮或燃气发动机或风力涡轮。

技术方案3. 根据技术方案1所述的系统，所述控制器配置成产生第一控制信号来控制所述发动机的点火，产生第二控制信号来控制所述机械开关，并产生第三控制信号来控制所述固态开关。

技术方案4. 根据技术方案3所述的系统，所述控制器配置成当检测到电网故障状况时产生所述第一控制信号来部分地或完全地切断所述发动机的点火。

技术方案5. 根据技术方案4所述的系统，所述控制器配置成当检测到电网故障状况时产生所述第二控制信号来断开所述机械开关，并且在所述机械开关断开之前产生所述第三控制信号来闭合所述固态开关，从而在所述机械开关断开时提供旁路路径。

技术方案6. 根据技术方案5所述的系统，所述控制器配置成如果在预定的时间之前清除了故障状况，就接通所述机械开关并切断所述固态开关。

技术方案7. 根据技术方案6所述的系统，所述控制器配置成如果在所述预定的时间之后没有清除故障状况，并且所述发电机停止下来，就保持所述机械开关和所述固态开关处于不导通状态。

技术方案8. 根据技术方案4所述的系统，所述控制器配置成基于输入信号来检测故障状况。

技术方案9. 根据技术方案8所述的系统，所述控制器基于所述输入信号来控制所述发动机的点火。