專利名稱：發(fā)電機(jī)的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)以及此類勵(lì)磁系統(tǒng)的操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，并且尤其涉及如權(quán)利要求1的前序部分所述的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，以及這種勵(lì)磁系統(tǒng)的操作方法。
背景技術(shù)：
用于為發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組(field winding)饋電的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)被廣泛使用。它們的特征在于其魯棒性以及較短的響應(yīng)時(shí)間。圖1示出了一種已知類型的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)。圖1中的該靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)10與發(fā)電機(jī)16相連，后者經(jīng)由(3相)母線19和電機(jī)變壓器(machinetransformer)11連接到網(wǎng)格系統(tǒng)(圖1中未示出)。靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)10用來(lái)給發(fā)電機(jī)16的勵(lì)磁繞組17饋電，并構(gòu)成了勵(lì)磁變壓器(excitertransformer)12，該勵(lì)磁變壓器12連接到母線19，并且該勵(lì)磁變壓器12輸出的交流電壓通過(guò)晶閘管橋(thyristor bridge)18轉(zhuǎn)換為直流電壓，該晶閘管橋18與晶閘管21裝在一起，驅(qū)動(dòng)晶閘管橋18內(nèi)的晶閘管21，從而通過(guò)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(AVR)14來(lái)控制直流電壓的幅度，該自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(AVR)14基于呈現(xiàn)在經(jīng)由電壓互感器(voltage transformer)13抽頭的母線19上的發(fā)電機(jī)電壓，以及在勵(lì)磁裝置10中流動(dòng)并且經(jīng)由電流互感器(current transformer)15測(cè)量的電流。由晶閘管橋18產(chǎn)生的直流電壓可以驅(qū)動(dòng)通過(guò)勵(lì)磁繞組17的勵(lì)磁電流If。
通過(guò)將勵(lì)磁變壓器12的輸出電壓設(shè)置為高于標(biāo)稱水平的12倍，來(lái)提高勵(lì)磁系統(tǒng)10的響應(yīng)速度，從而可以通過(guò)暫時(shí)轉(zhuǎn)換到晶閘管橋18的全波控制，來(lái)確保必要的電流梯度dIf/dIt(響應(yīng)時(shí)間)以及必要的最大值Ifmax(無(wú)功分量的短暫增長(zhǎng))。相應(yīng)的峰值系數(shù)，即最大勵(lì)磁電壓與額定勵(lì)磁電壓的比值，在1.5到2.0的范圍內(nèi)。如此的有限值大體是正常的，以便處理標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格系統(tǒng)的干擾。
盡管有這樣的有余量的設(shè)計(jì)，在常規(guī)靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)中仍存在問(wèn)題，原因如下網(wǎng)格系統(tǒng)的干擾通常是由于傳輸線上的短路造成的，諸如此類的短路降低了網(wǎng)格系統(tǒng)相對(duì)鄰近區(qū)域以及附近電力站的電壓。由于勵(lì)磁變壓器是由發(fā)電機(jī)母線來(lái)饋電的，因此勵(lì)磁變壓器的電壓同樣會(huì)降低。如果在預(yù)定的時(shí)間窗口內(nèi)能夠成功地自動(dòng)重合閘(短路情況下)，則可以自動(dòng)地重新連接到網(wǎng)格系統(tǒng)。為了保證發(fā)電機(jī)/網(wǎng)格系統(tǒng)在重新連接后的穩(wěn)定性，期望將短暫的無(wú)功分量電涌引入返回網(wǎng)格系統(tǒng)中。這需要發(fā)電機(jī)處于過(guò)勵(lì)磁(overexcited)狀態(tài)中。然而，這只能部分實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槎搪菲陂g以及短路剛過(guò)后的電壓不支持建立短暫無(wú)功分量電涌。甚至引用的峰值系數(shù)也不能確保在這段時(shí)間內(nèi)所有情況下的足夠勵(lì)磁。
文件US-A-3,818,317描述了電容器電壓給勵(lì)磁系統(tǒng)模擬信號(hào)環(huán)路的一系列饋電。該饋電是由欠壓繼電器觸發(fā)的，該繼電器對(duì)發(fā)電機(jī)電壓進(jìn)行采樣，經(jīng)這種方法修改的信號(hào)用于自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(AVR)的輸入。該文件沒(méi)有提及通過(guò)由附加能量源饋電而引起的勵(lì)磁電路中的功率的短暫增加。
US-B1-6,339,316既描述了勵(lì)磁源的交流電壓側(cè)的電容器輔助的不中斷電源(圖1-4)，也描述了以直流充電且與勵(lì)磁繞組的輸電線并聯(lián)的電容器(圖5-8)。在這兩種配置下，發(fā)電機(jī)的有效性受到了很大的不良影響，因?yàn)楫?dāng)配置中的其中一個(gè)所述部件失效時(shí)，整個(gè)勵(lì)磁就會(huì)失效。連接到勵(lì)磁繞組的電容器使用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)來(lái)對(duì)從晶閘管10流出的電流進(jìn)行整流，再使其返回晶閘管10。這樣會(huì)導(dǎo)致電壓尖峰，并對(duì)發(fā)電機(jī)的晶閘管或勵(lì)磁繞組造成故障或引起破壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠短暫增加勵(lì)磁(勵(lì)磁強(qiáng)化)的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，其避免了已知?jiǎng)?lì)磁系統(tǒng)的缺點(diǎn)，以高功能可靠性和簡(jiǎn)單、節(jié)約空間的設(shè)計(jì)為特征，并且能夠指定其操作方法。
可以通過(guò)綜合權(quán)利要求1以及14至19的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)所述目的。
本發(fā)明的實(shí)質(zhì)在于提供靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)中發(fā)送電能的第二模塊，該第二模塊在必要時(shí)將附加能量短暫地饋送到勵(lì)磁電路，其中，將正向偏置二極管插入到勵(lì)磁電路，以及其中，第二模塊從反向偏置方向連接到二極管，來(lái)給勵(lì)磁電路饋送能量。
根據(jù)發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)改進(jìn)之處的特征在于第一模塊包括勵(lì)磁變壓器，該勵(lì)磁變壓器連接到發(fā)電機(jī)的母線，以及，整流電路，其連接到勵(lì)磁變壓器的輸出；該整流電路是可控整流電路，特別是晶閘管橋；自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器用于控制該整流電路或該晶閘管橋；以及該自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器在輸入側(cè)經(jīng)由電壓互感器連接到發(fā)電機(jī)母線；第二模塊可以通過(guò)開(kāi)關(guān)連接到二極管；該開(kāi)關(guān)是半導(dǎo)體的開(kāi)關(guān)，特別是晶閘管(Th)，或者是能夠被關(guān)閉的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，特別是GTO或IGBT；該開(kāi)關(guān)可以基于發(fā)電機(jī)電壓和/或自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的設(shè)置值而工作。
該勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)需連接到發(fā)電機(jī)線圈(generator rail)。例如，其同樣可以連接到內(nèi)部電站源上。因?yàn)檫@樣最終還是連接到了網(wǎng)格系統(tǒng)，效果相同。
本發(fā)明的另一個(gè)改進(jìn)之處還在于，第二模塊是由充電電容形成的，在這種情況下，特別之處在于，該電容包括一個(gè)電容器或串聯(lián)的多個(gè)電容器。如果電容包括的多個(gè)電容器能夠相互獨(dú)立地連接到二極管，則通過(guò)適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)將電容器能量以特定的可變方式饋送給勵(lì)磁電路。
從空間需求、能量密度、可靠性和安裝成本的角度看，如果電容器是能量密度在1至10Wh/kg的超級(jí)電容器或特級(jí)電容器將是很有利的。
例如，提供充電單元是為了給電容充電。
如果勵(lì)磁的短暫增加是為了便于從中央點(diǎn)進(jìn)行控制，那么若用于第二模塊連接的開(kāi)關(guān)能通過(guò)有線信號(hào)或無(wú)線信號(hào)經(jīng)由接收器被操控是很有利的。


在下文中，將引用示例性實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)地闡述，其中
圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的簡(jiǎn)化電路圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的簡(jiǎn)化電路圖，其具有電容作為能量來(lái)源，該電容經(jīng)由開(kāi)關(guān)，在反向偏置方向上連接到勵(lì)磁電路中的二極管；圖3示出了從電容連接(tON)后直到電容完全放電(t’)為止的時(shí)間內(nèi)的勵(lì)磁電壓(Uf)、勵(lì)磁電流(If)、電容器電壓(Uc)、電容器電流(Ic)和二極管電流(ID)的波形的例子；圖4與圖3形成對(duì)比，前者示出了從電容連接(tON)后直到電容的過(guò)早斷開(kāi)(tOFF)為止的時(shí)間內(nèi)的勵(lì)磁電壓(Uf)、勵(lì)磁電流(If)、電容器電壓(Uc)、電容器電流(Ic)和二極管電流(ID)的波形的例子；圖5示出了本發(fā)明的其它示例性實(shí)施例，其中，阻抗器與二極管并聯(lián)，以便可以生成反向勵(lì)磁電流和/或改變電容的放電時(shí)間，其中，該電容包括串聯(lián)的多個(gè)單獨(dú)的電容器，以及將不同的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(晶閘管、GTO、IGBT)用作開(kāi)關(guān)；圖6示出了獨(dú)立連接的多個(gè)電容器，這些電容器并行連接，以產(chǎn)生連續(xù)放電曲線；以及圖7示出了圖6中所示電路的一種變化。
具體實(shí)施例方式
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的簡(jiǎn)化電路圖。其再一次基于具有勵(lì)磁繞組17的發(fā)電機(jī)16，該發(fā)電機(jī)16通過(guò)母線19和電機(jī)變壓器11連接到網(wǎng)格系統(tǒng)。勵(lì)磁繞組中有來(lái)自靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)20的勵(lì)磁電流If，該靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)20主要包括勵(lì)磁變壓器12以及其后的安裝有晶閘管21的晶閘管橋18。晶閘管橋18由自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(AVR)14驅(qū)動(dòng)，該自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(AVR)14驅(qū)動(dòng)接收輸入變量，一方面經(jīng)由電壓互感器13將發(fā)電機(jī)電壓施加到母線19上，而另一方面電流經(jīng)由電流互感器15存在于勵(lì)磁系統(tǒng)中。晶閘管橋18的輸出側(cè)連接到勵(lì)磁繞組17，并共同構(gòu)成勵(lì)磁電路。
二極管22安裝在勵(lì)磁電路中的正向偏置方向上。充電電容23能通過(guò)開(kāi)關(guān)24與二極管22并行連接，而電容23連接到二極管22的反向偏置方向。電容23能通過(guò)與其連接的充電單元25進(jìn)行充電?？梢酝ㄟ^(guò)多種方式驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)24，如圖2中的各條虛線所示。
在正常操作期間，流經(jīng)二極管22的勵(lì)磁電流If是直流，對(duì)勵(lì)磁電路的運(yùn)行不產(chǎn)生任何影響。例如，電容23是由所謂的超級(jí)電容器或特級(jí)電容器所形成的，并且由充電單元25維持在預(yù)定的電容器電壓Uco上。電容充電的極性對(duì)應(yīng)于二極管22的反向偏置方向。當(dāng)開(kāi)關(guān)24閉合時(shí)，電容器電壓Uc加性地串聯(lián)連接到晶閘管橋18釋放的電壓上，從而形成總體上相當(dāng)高的勵(lì)磁電壓Uf，將該勵(lì)磁電壓Uf施加到勵(lì)磁繞組17(圖3的tON時(shí)間)。與此同時(shí)，二極管22變?yōu)榉聪蚱?，二極管電流ID(圖3中的點(diǎn)劃線)變?yōu)?。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，下文中假定晶閘管橋18的恒定(固定)的控制角度。由于勵(lì)磁電壓Uf的增加，勵(lì)磁電流If開(kāi)始增加，但因勵(lì)磁繞組17的感應(yīng)造成了延遲。電壓互感器13上的電壓降到預(yù)定限度值之下時(shí)就能觸發(fā)開(kāi)關(guān)24接通(圖2中的虛線連接)。這樣，當(dāng)網(wǎng)格系統(tǒng)電壓降低時(shí)，就可以利用電容23儲(chǔ)存的能量，增加勵(lì)磁源。當(dāng)將能量饋送給勵(lì)磁電路時(shí)，電容23持續(xù)放電(圖3中電容器電壓Uc的下降)，直到容器電壓Uc變?yōu)?為止(圖3的時(shí)間t′)。二極管22隨后開(kāi)始再次導(dǎo)電，并保持正常的勵(lì)磁源。
AVR的操作方法可以持續(xù)不變。附加的電容器饋電通過(guò)勵(lì)磁電流檢測(cè)來(lái)進(jìn)行附加處理，該勵(lì)磁電流檢測(cè)在AVR中總是存在的。
理想的電壓偏移是由電容的預(yù)充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。充電電壓可能達(dá)到勵(lì)磁器額定電壓的兩倍或更多倍，特別地，能達(dá)到3倍或更多倍。理想的支持持續(xù)時(shí)間通過(guò)電容值來(lái)設(shè)定。設(shè)置的支持時(shí)間(t′-tON)在1-20s的范圍內(nèi)。
正如以上所提到的，例如將超級(jí)電容器或特級(jí)電容器用來(lái)構(gòu)成電容23，例如在Maxwell公司的型號(hào)標(biāo)識(shí)BOOSTCAPTM下的電容，或者在型號(hào)標(biāo)識(shí)BCA0010或PC2500下的電容。諸如此類的超級(jí)電容器，例如在額定2.5V電壓下具有2600或2700F的電容值，具有各種優(yōu)點(diǎn)其100％無(wú)需維護(hù)，有非常好的功率和能量容限(優(yōu)于電解電容器10倍)。即使電容器失效——這是不太可能的——通過(guò)使用串聯(lián)連接的多個(gè)單獨(dú)的電容器29的模塊化設(shè)計(jì)來(lái)將產(chǎn)生的影響控制得非常小(參見(jiàn)圖5)。電容的大小和數(shù)量根據(jù)電壓偏移和所需的支持時(shí)間來(lái)定。
例如，安置的二極管22是盤式二極管。其失效會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部短路，而這對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行沒(méi)有任何影響。開(kāi)關(guān)24可以具有與該開(kāi)關(guān)24串聯(lián)的熔斷絲，來(lái)避免連接到失效的二極管。
最近的斷電表明，不能短暫地將提高的無(wú)功分量饋送給總體上過(guò)載網(wǎng)格系統(tǒng)。廣泛使用的在發(fā)電機(jī)母線上帶有自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)法在這種關(guān)鍵情況下產(chǎn)生任何短暫增量，自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR必然跟隨網(wǎng)格系統(tǒng)電壓的下降。然而，根據(jù)本發(fā)明的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)卻以簡(jiǎn)單方法通過(guò)短暫地饋送存儲(chǔ)的能量，毫無(wú)問(wèn)題地使其變?yōu)榭赡?。?dāng)然，要在指定時(shí)間采取措施以減少網(wǎng)格系統(tǒng)的負(fù)載。這樣的措施包括，例如，減載、網(wǎng)格系統(tǒng)的斷開(kāi)以及連接到備用發(fā)電機(jī)。
通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的采用靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的電容得到的附加饋電有以下特征和優(yōu)點(diǎn)——不對(duì)勵(lì)磁器的高效能產(chǎn)生負(fù)面影響——即使二極管22和附加饋電的運(yùn)行出現(xiàn)差錯(cuò)，也不會(huì)影響勵(lì)磁器的良好可靠性——不影響晶閘管橋的電壓負(fù)載——不影響自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的工作，連接是獨(dú)立觸發(fā)的——為了簡(jiǎn)單地確定最大附加電流(強(qiáng)化電流)和時(shí)間常量，可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化部件以模塊化方式形成——附加電壓是單調(diào)下降的直流電壓，沒(méi)有任何干擾尖峰；因此在連接階段勵(lì)磁繞組中只存在很小的附加電壓負(fù)載——設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且占用空間小——考慮到其在汽車工業(yè)中的重要性，示例中使用的超級(jí)電容器總是相對(duì)可靠且成本也相對(duì)低廉的。
——如果該設(shè)備與較小的接地電容隔離，則轉(zhuǎn)子(shaft)電壓不受影響——其代表了現(xiàn)有配置的簡(jiǎn)單且健壯的更新套件正如以上所描述的，可以將把電容23連接到二極管22的開(kāi)關(guān)24通過(guò)發(fā)電機(jī)輸出欠壓(圖2的虛線連接(a))而觸發(fā)。但是，其同樣可以由欠壓信號(hào)和自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器14的設(shè)定值的組合觸發(fā)(圖2的虛線連接(b))。除此之外，在正常運(yùn)行期間通過(guò)電容23的連接可以增加勵(lì)磁率。自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器14的設(shè)定值可以引起觸發(fā)(圖2的虛線連接(b))。最后，在存在欠壓或附加的無(wú)功分量需求時(shí)，可以通過(guò)從網(wǎng)格系統(tǒng)監(jiān)控中心發(fā)出的信號(hào)來(lái)連接電容23，例如，該信號(hào)可作為無(wú)線信號(hào)通過(guò)接收器26(圖2)經(jīng)由天線27接收。
如圖5所描述，電容23可以由多個(gè)單獨(dú)的電容器29(例如超級(jí)電容)串聯(lián)和/或并聯(lián)而形成。在這種情況下，電容器29的串聯(lián)可由被動(dòng)平衡模塊(圖5的阻抗30)或主動(dòng)平衡模塊來(lái)補(bǔ)充。此外，當(dāng)發(fā)電機(jī)沒(méi)有運(yùn)行或電容23所在電容箱的門打開(kāi)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)安全放電。最后，為了使放電時(shí)間長(zhǎng)度超過(guò)10s(取決于用戶的需要)，可以將多個(gè)模塊化電容器組相互連接起來(lái)。甚至可以將此擴(kuò)展到以下的程度勵(lì)磁變壓器12的電壓降低，通過(guò)電容23的連接來(lái)實(shí)現(xiàn)正常的峰值運(yùn)行。
如果，如圖5所示，阻抗28與二極管22并聯(lián)，這一方面可以產(chǎn)生負(fù)的勵(lì)磁電流If?？梢詫⒋藨?yīng)用于具有背對(duì)背的并聯(lián)橋來(lái)產(chǎn)生特定負(fù)勵(lì)磁電流的勵(lì)磁系統(tǒng)的情況下。而在另一方面，當(dāng)電容23連接后，并聯(lián)的阻抗28可以影響并設(shè)置放電時(shí)間常數(shù)。阻抗值的幅度變化級(jí)別與勵(lì)磁繞組17的阻抗值的幅度變化級(jí)別相同。晶閘管(Th)、GTO(可關(guān)斷晶閘管)或IGBT(絕緣柵雙極晶體管)可以用作開(kāi)關(guān)24(圖5)。常規(guī)的晶閘管(Th)只允許電容的完全放電，因?yàn)闉榱岁P(guān)閉晶閘管，電流必須越過(guò)零值。而GTO或IGBT(其可被關(guān)斷)允許在任何需要的時(shí)間(圖4中的tOFF)中斷向勵(lì)磁電路饋送存儲(chǔ)的能量。
如圖6所示，可以在電容23中排列多個(gè)有不同電容和充電電壓的電容器C1，...，C3，從而通過(guò)相關(guān)的IGBT開(kāi)關(guān)T1，...，T3對(duì)這些電容器C1，...，C3單獨(dú)連接。例如，可以對(duì)這些電容器C1，...，C3順序連接和/或按時(shí)間順序重疊，通過(guò)這種方式來(lái)產(chǎn)生預(yù)定的勵(lì)磁電流波形。二極管D1，...，D3保護(hù)IGBT T1，...，T3，使其免于被施加反向電壓。
舉一個(gè)例子電容器C1的電容小，充電電壓高，而電容器C2和C3的電容高，充電電壓低。這樣的組合與勵(lì)磁電流的迅速增加有關(guān)，并支持其持續(xù)增加。例如，電容器C1可能是由薄膜或電解電容器形成的，而電容器C2和電容器C3是由超級(jí)電容形成的。在所述例子中，所有的IGBT能在同一時(shí)間接通，電流隨后則會(huì)自然減小。圖7示出了這種情況下的簡(jiǎn)化的電路變化。電容器C1的充電電壓高而電容小，電容器C2的充電電壓低而電容大。這兩個(gè)電容經(jīng)由二極管D1和D2以串聯(lián)方式連接到共同的開(kāi)關(guān)，在這種情況下由IGBT T表示。
包括二極管22、電容23和充電單元25的附加電路的隔離與勵(lì)磁電路的隔離是處在同一水平的。這樣設(shè)計(jì)很有好處，可以使小電容接地。
雙極性機(jī)械式直流開(kāi)關(guān)可以斷開(kāi)電容23中的電容器29與二極管22的連接，從而也就斷開(kāi)了與勵(lì)磁電路的連接。這樣可以確保在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行期間，在附加電路上可以執(zhí)行維護(hù)任務(wù)。這樣的開(kāi)關(guān)也可以代替半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(Th，GTO，IGBT)。
充電單元25的供電可以來(lái)源于電站中的直流或交流輔助電源系統(tǒng)，或者來(lái)源于發(fā)電機(jī)16的勵(lì)磁變壓器12。基于以下設(shè)計(jì)示例，一個(gè)300MVA的發(fā)電機(jī)的充電功率大約是每小時(shí)1.5kW。對(duì)于困難的網(wǎng)格系統(tǒng)(有重復(fù)干擾)，為了使電容23更快地重新充電，也可以使用高電流充電單元。
以下設(shè)計(jì)了用于額定功率300MVA發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)，其中具有2600F電容的BOOSTCAPTM超級(jí)電容作為單獨(dú)的電容器29，其基于2.5V的額定電壓，以及1mΩ的內(nèi)部阻抗(假設(shè)控制角度保持不變)

舉個(gè)例子，ABB公司生產(chǎn)的型號(hào)為5SDD 60Q2800的二極管可以用作二極管22。根據(jù)圖5，ABB公司的型號(hào)為5STP 45Q2800的晶閘管、或者三菱電子(Mitsubishi Electric)公司的型號(hào)為FG600AU120D的GTO、或者eupec公司的型號(hào)為FZ3600R17KE3的IGBT都可以用作開(kāi)關(guān)24。在這種情況下，即便使用本文中的各種設(shè)計(jì)，也只需要一個(gè)單獨(dú)的部件。
圖7示出了圖6中所示電路的一種變化，其中，兩個(gè)不同的電容器(C1，C2)通過(guò)共同的開(kāi)關(guān)或IGBT(T)進(jìn)行連接。
引用符號(hào)列表10，20 靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)11 電機(jī)變壓器12 勵(lì)磁變壓器13 電壓互感器14 自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(AVR)15 電流互感器
16發(fā)電機(jī)17勵(lì)磁繞組18晶閘管橋19母線(發(fā)電機(jī))21晶閘管22二極管23電容24開(kāi)關(guān)25充電單元26接收器27天線28，30阻抗29電容器C1，C2，C3電容器D1，D2，D3二極管If勵(lì)磁電流IC電容器電流ID二極管電流Uf勵(lì)磁電壓Uc電容器電壓T，T1，T2，T3 IGBTTh晶閘管
權(quán)利要求
1.一種靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(20)，用于發(fā)電機(jī)(16)的勵(lì)磁繞組(17)，所述發(fā)電機(jī)(16)經(jīng)由母線(19)連接到網(wǎng)格系統(tǒng)，所述靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(20)包括產(chǎn)生直流電壓的第一模塊(12，18，21)，所述第一模塊(12，18，21)連接到所述勵(lì)磁繞組(17)并與所述勵(lì)磁繞組(17)一起形成勵(lì)磁電路；以及發(fā)出電能的第二模塊(23；29，C1，...，C3)，所述第二模塊(23；29，C1，...，C3)在需要時(shí)短暫地將附加能量饋送給所述勵(lì)磁電路，其特征在于將正向偏置二極管(22)插入到所述勵(lì)磁電路中，以及可以將所述第二模塊(23；29，C1，...，C3)在反向偏置方向上連接到所述二極管(22)，從而將能量饋送給所述勵(lì)磁電路。
2.如權(quán)利要求1所述的勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于，所述第一模塊(12，18，21)包括與所述發(fā)電機(jī)(16)的母線(19)相連的勵(lì)磁變壓器(12)；以及與所述勵(lì)磁變壓器(12)的輸出端相連的整流器電路(18，21)。
3.如權(quán)利要求2所述的勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于所述整流器電路是可控整流器電路，特別是晶閘管橋(18)；提供自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(14)，以控制所述整流器電路或晶閘管橋(18)；以及，所述自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(14)在輸入側(cè)經(jīng)由電壓互感器(13)連接到所述發(fā)電機(jī)(16)的母線(19)。
4.如權(quán)利要求3所述的勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于，所述第二模塊(23；29，C1，...，C3)可以通過(guò)開(kāi)關(guān)(24)連接到所述二極管(22)。
5.如權(quán)利要求4所述的勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)(24)是半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，特別是晶閘管(Th)，或可斷開(kāi)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，特別是GTO或者IGBT。
6.如權(quán)利要求4或5所述的勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于，可以基于所述發(fā)電機(jī)電壓和/或所述自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(14)的設(shè)定值而對(duì)所述開(kāi)關(guān)(24)進(jìn)行操作。
7.如權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)所述的勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于，所述第二模塊(23)是由充電電容(23)形成的。
8.如權(quán)利要求7所述的勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于，所述電容(23)包括一個(gè)電容器或多個(gè)電容器(29；C1，...，C3)，所述一個(gè)電容器或多個(gè)電容器(29；C1，...，C3)是串聯(lián)和/或并聯(lián)的。
9.如權(quán)利要求7所述的勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于，所述電容(23)包括多個(gè)電容器(C1，...，C3)，所述多個(gè)電容器(C1，...，C3)可以相互獨(dú)立地通過(guò)適合的開(kāi)關(guān)(24；T1，...，T3)連接到所述二極管(22)。
10.如權(quán)利要求8或9所述的勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于，所述一個(gè)或多個(gè)電容器(29；C1，...，C3)是超級(jí)電容器或特級(jí)電容器，所述超級(jí)電容器或特級(jí)電容器具有1至10Wh/kg的特定能量密度。
11.如權(quán)利要求7至10中任何一項(xiàng)所述的勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于，提供充電單元(25)，以對(duì)所述電容(23)或所述電容器(29；C1，...，C3)進(jìn)行充電。
12.如權(quán)利要求4或5所述的勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于，可以經(jīng)由接收器(26)通過(guò)有線信號(hào)或無(wú)線信號(hào)來(lái)對(duì)所述開(kāi)關(guān)(24)進(jìn)行操作。
13.如權(quán)利要求1所述的勵(lì)磁系統(tǒng)，其特征在于，存在與所述二極管(22)并聯(lián)的阻抗。
14.一種對(duì)如權(quán)利要求1所述的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行操作的方法，其特征在于，當(dāng)所述勵(lì)磁變壓器兩端的電壓低于預(yù)定值時(shí)，所述第二模塊(23；29，C1，...，C3)連接到所述二極管(22)。
15.一種對(duì)如權(quán)利要求3所述的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行操作的方法，其特征在于，基于所述發(fā)電機(jī)(16)上的欠壓以及所述自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(14)的設(shè)定值，所述第二模塊(23；29，C1，...，C3)連接到所述二極管(22)。
16.一種對(duì)如權(quán)利要求3所述的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行操作的方法，其特征在于，所述第二模塊(23；29，C1，...，C3)用于在常規(guī)運(yùn)行期間提高勵(lì)磁率，隨后基于所述自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(14)的設(shè)定值來(lái)連接到所述二極管(22)。
17.一種對(duì)如權(quán)利要求12所述的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行操作的方法，其特征在于所述發(fā)電機(jī)(16)所連接的網(wǎng)格系統(tǒng)是由控制中心監(jiān)視的；以及當(dāng)出現(xiàn)欠壓或當(dāng)所述網(wǎng)格系統(tǒng)中存在無(wú)功伏安的需求時(shí)，所述開(kāi)關(guān)(24)是通過(guò)所述控制中心發(fā)出的有線信號(hào)或無(wú)線信號(hào)而進(jìn)行操作的。
18.一種對(duì)如權(quán)利要求7所述的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行操作的方法，其特征在于，在連接后所述電容(23)與所述二極管(22)保持相連，直到所述電容(23)放完電為止。
19.一種對(duì)如權(quán)利要求7所述的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行操作的方法，其特征在于，在連接后所述電容(23)在預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)與所述二極管(22)保持相連，隨后再次斷開(kāi)與所述二極管(22)的連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(20)，用于發(fā)電機(jī)(16)的勵(lì)磁繞組(17)，并通過(guò)母線(19)連接到網(wǎng)絡(luò)，包括產(chǎn)生直流電壓的第一模塊(12，18，21)，所述第一模塊(12，18，21)連接到發(fā)電機(jī)(16)的母線(19)的輸入側(cè)，其輸出連接到勵(lì)磁繞組(17)，并與勵(lì)磁繞組(17)一起形成勵(lì)磁電路；以及第二模塊(23)，用于輸出電能，所述第二模塊(23)在需要時(shí)將短暫的附加電能供應(yīng)給勵(lì)磁電路。根據(jù)本發(fā)明，可以以簡(jiǎn)單、功能可靠和節(jié)省空間的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁的短暫增加，從而將流方向極性二極管(22)插入到勵(lì)磁電路中，以及用于向勵(lì)磁電路供應(yīng)電能的第二模塊(23)在阻塞方向上可以具有與二極管(22)的極性連接。
文檔編號(hào)H02P9/30GK101048933SQ200580037139
公開(kāi)日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2005年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月28日
發(fā)明者萊因哈德·約霍 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司