專利名稱：冗余靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及高功率電子系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型涉及用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電機(jī)(generator)的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(staticexcitation system)以及涉及發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)用于通過(guò)靜態(tài)部件、例如晶閘管等功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)及其電子控件來(lái)控制發(fā)電機(jī)的輸出電壓。靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組連接，并且激發(fā)發(fā)電機(jī)中的磁場(chǎng)以便控制輸出電壓。 如果靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的部件出故障，則有可能整個(gè)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)將出故障。靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的出故障部件可能必須更換，之后發(fā)電機(jī)的下一次可能的啟動(dòng)才是可能的。對(duì)于大型發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，這可引起極高的費(fèi)用，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)系統(tǒng)可能停機(jī)數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的一個(gè)目的是提供一種具有極高可用性的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)。 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，提供一種具體用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電機(jī)
的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)。靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)包括第一模塊部件，適用于進(jìn)行用于控制靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)并
且用于調(diào)節(jié)對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)的功能；以及第二模塊部件，適用于進(jìn)行用于控制
靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)并且用于調(diào)節(jié)對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流(field current)的功能，其
中第二部件是適用于接替第一模塊部件的功能的冗余部件。 靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)包括至少兩個(gè)或多個(gè)模塊部件，其中至少一個(gè)部件是適用于在另一個(gè)模塊部件出故障的情況下接替這個(gè)部件的所有功能或者至少一個(gè)功能的冗余部件。[0007] 冗余部件可以是在接替另一個(gè)部件的功能之前未使用的部件。冗余部件也可以是靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)中適用于進(jìn)行靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的某些功能并且適用于進(jìn)一步進(jìn)行出故障部件的功能的部件。 模塊部件可以是靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的模塊或組件，其中包括與靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的某功能關(guān)聯(lián)的功率半導(dǎo)體和/或控制器。模塊部件可以是靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)中適用于整體調(diào)換的子系統(tǒng)。 除了用于進(jìn)行控制靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)并且用于調(diào)節(jié)對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流
的功能的第一和第二模塊部件之外，靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)可包括其它模塊部件。 由于該冗余性，靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)具有高可用性，并且增強(qiáng)(即減小)故障之間的平均
時(shí)間(MTBF)。此外，靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的模塊構(gòu)造可允許系統(tǒng)的模塊部件的快速簡(jiǎn)單更換。還
有可能甚至在靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的操作期間調(diào)換冗余模塊部件。 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，第一模塊部件包括第一控制通道，以及第二模塊
部件包括第二控制通道，其中兩個(gè)控制通道的每個(gè)適用于控制靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)。 控制通道可以是適用于進(jìn)行靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的控制功能的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的模塊或子系統(tǒng)。 靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的冗余性通過(guò)各適用于單獨(dú)進(jìn)行控制功能的至少兩個(gè)、例如第一和第二控制通道來(lái)實(shí)現(xiàn)。 控制通道可以是靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的同樣制造的模塊。 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，第一控制通道適用于在第二控制通道出故障或失靈的情況下從第二控制通道接替控制靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(反過(guò)來(lái)也是一樣)。[0016] 例如，在某一時(shí)刻，第二控制通道是進(jìn)行靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的控制功能的活動(dòng)控制通道，而第一控制通道是不活動(dòng)控制通道。如果活動(dòng)的第二控制通道故障或者在第二控制通道中檢測(cè)到將要出故障或失靈，則第一控制通道從第二控制通道接替控制功能，并且成為活動(dòng)控制通道。此后，第二控制通道可停用，從而成為不活動(dòng)控制通道。 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，各控制通道經(jīng)由相應(yīng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信線路與各個(gè)其他控制通道連接。即使控制通道其中之一出故障或失靈，其它控制通道可相互通信。[0018] 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，第一控制通道適用于監(jiān)測(cè)其功能性，而第二控制通道適用于監(jiān)測(cè)其功能性。每個(gè)控制通道適用于其自己監(jiān)測(cè)其功能性。例如，如果活動(dòng)控制通道檢測(cè)到其本身的故障或失靈，則它通知另一個(gè)控制通道關(guān)于該失靈。這可經(jīng)由這兩個(gè)控制通道之間相應(yīng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信線路來(lái)進(jìn)行。此后，該另一個(gè)控制通道可接替控制靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，從而成為活動(dòng)控制通道。 還可以是另一個(gè)控制通道監(jiān)測(cè)活動(dòng)控制通道的功能性(例如通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信線路)。如果另一個(gè)控制通道檢測(cè)到活動(dòng)控制通道的故障或失靈，它可從活動(dòng)控制通道接替控制功能。 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)控制通道適用于通過(guò)估量它自己的可用性來(lái)監(jiān)測(cè)其功能性。例如，控制通道可通過(guò)例如使用內(nèi)部時(shí)鐘對(duì)其停機(jī)時(shí)間進(jìn)行測(cè)量或計(jì)數(shù)。[0021] 當(dāng)活動(dòng)控制通道具有比冗余通道更低的可用性時(shí)，具有較高可用性的控制通道可從之后成為不活動(dòng)控制通道的活動(dòng)控制通道接替控制功能。 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，第一控制通道、第二控制通道或者每個(gè)該控制通道包括用于與第二或另一個(gè)控制通道進(jìn)行通信的通信單元或裝置。例如，這兩個(gè)控制通道可采用它們各自的經(jīng)由這兩個(gè)控制通道之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信線路連接的通信單元相互進(jìn)行通信。 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，第一控制通道、第二控制通道或者每個(gè)該控制通道包括用于接收發(fā)電機(jī)中傳感器的傳感器輸入的測(cè)量單元。 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，第一控制通道、第二控制通道或者每個(gè)該控制通
道包括用于控制靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的功率電子器件的功率電子控制單元。例如，控制通道可采
用其功率控制單元來(lái)控制靜態(tài)功率勵(lì)磁系統(tǒng)的電流轉(zhuǎn)換器的電流轉(zhuǎn)換器單元。 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，第一模塊部件包括第一電流轉(zhuǎn)換器單元，以及第
二模塊部件包括第二電流轉(zhuǎn)換器單元，其中第一和第二電流轉(zhuǎn)換器單元適用于調(diào)節(jié)對(duì)發(fā)電
機(jī)勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。 靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)可包括兩個(gè)以上電流轉(zhuǎn)換器單元。電流轉(zhuǎn)換器單元可以是靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的電流轉(zhuǎn)換器的模塊或子系統(tǒng)。靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的電流轉(zhuǎn)換器單元包括用于切換饋送到發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的電流的功率半導(dǎo)體。
5[0027] 在這種情況下，靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的冗余性可通過(guò)至少兩個(gè)電流轉(zhuǎn)換器單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。每個(gè)該電流轉(zhuǎn)換器單元適用于調(diào)節(jié)電流轉(zhuǎn)換器的輸出電流的至少一部分。在某一時(shí)刻，只有一部分該電流轉(zhuǎn)換器單元可用于產(chǎn)生電流轉(zhuǎn)換器的輸出電流。在那個(gè)時(shí)刻未使用的其它電流轉(zhuǎn)換器單元可以是冗余電流轉(zhuǎn)換器單元。 轉(zhuǎn)換冗余性可通過(guò)并聯(lián)電流轉(zhuǎn)換器單元來(lái)包含。當(dāng)一個(gè)電流轉(zhuǎn)換器單元出故障時(shí)，另一個(gè)電流轉(zhuǎn)換器單元可接管出故障的電流轉(zhuǎn)換器的電流。這個(gè)概念可基于所有電流轉(zhuǎn)換器之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。 電流轉(zhuǎn)換器單元可以是靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的同樣制造的模塊或子系統(tǒng)。 第一電流轉(zhuǎn)換器單元可適用于接替第二電流轉(zhuǎn)換器單元的功能(或者反過(guò)來(lái)也
是一樣)。還可以是每個(gè)該電流轉(zhuǎn)換器單元適用于接替另一個(gè)電流轉(zhuǎn)換器單元的功能。例
如，靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的電流轉(zhuǎn)換器可包括IO個(gè)電流轉(zhuǎn)換器單元。在某個(gè)時(shí)刻，只有9個(gè)電流
轉(zhuǎn)換器單元可用于調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。如果這些活動(dòng)電流轉(zhuǎn)換器單元其中之一出故障，
則第十個(gè)不活動(dòng)電流轉(zhuǎn)換器單元可接替出故障的電流轉(zhuǎn)換器單元的功能，從而成為活動(dòng)電
流轉(zhuǎn)換器單元。 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，在靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)中，控制硬件和電流轉(zhuǎn)換器是分離的?？刂朴布赏ㄟ^(guò)控制高電流晶閘管橋的電流轉(zhuǎn)換器來(lái)調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。冗余性的概念可在控制冗余性和轉(zhuǎn)換器冗余性方面是分離的。這兩個(gè)部分可獨(dú)立地保持。這可通過(guò)從各控制通道到各轉(zhuǎn)換器橋的通信路徑以及各控制通道之間的通信路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。[0032] 在這種情況下，靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)可包括至少兩個(gè)控制通道、如第一和第二控制通道以及至少兩個(gè)電流轉(zhuǎn)換器單元、如第一電流轉(zhuǎn)換器單元和第二電流轉(zhuǎn)換器單元?？刂仆ǖ篮娃D(zhuǎn)換器單元相互獨(dú)立地可以或者可以不包括冗余部件。 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，第一電流轉(zhuǎn)換器單元或者每個(gè)該電流轉(zhuǎn)換器單元包括用于調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的轉(zhuǎn)換器橋。為此，轉(zhuǎn)換器橋可包含例如晶閘管等功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)或者多個(gè)這些功率半導(dǎo)體。 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，第一電流轉(zhuǎn)換器單元或者每個(gè)該電流轉(zhuǎn)換器單元包括用于控制轉(zhuǎn)換器橋的轉(zhuǎn)換器控制裝置。 轉(zhuǎn)換器控制裝置可適用于測(cè)量從轉(zhuǎn)換器橋輸出饋送到轉(zhuǎn)換器橋的或者在轉(zhuǎn)換器
橋中流動(dòng)的電流。還可包括轉(zhuǎn)換器單元控制接口或裝置、柵極驅(qū)動(dòng)接口或裝置和/或轉(zhuǎn)換
器信號(hào)接口或裝置。轉(zhuǎn)換器單元控制接口經(jīng)由柵極驅(qū)動(dòng)接口來(lái)控制轉(zhuǎn)換器橋，其中柵極驅(qū)
動(dòng)接口適用于控制功率半導(dǎo)體的柵極電壓以調(diào)節(jié)和輸出轉(zhuǎn)換器橋的電流。轉(zhuǎn)換器控制接口
可借助于轉(zhuǎn)換器信號(hào)接口來(lái)測(cè)量來(lái)自、進(jìn)入轉(zhuǎn)換器橋或者在轉(zhuǎn)換器橋中的電流。 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，第一電流轉(zhuǎn)換器單元、第二電流轉(zhuǎn)換器單元或者
所有該電流轉(zhuǎn)換器單元并聯(lián)。在這種情況下，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流可以是所有電流轉(zhuǎn)換器單元
的輸出電流的總和。 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，第一控制通道經(jīng)由第一點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信線路與第一電流轉(zhuǎn)換器單元連接，以及經(jīng)由第二點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信線路與第二電流轉(zhuǎn)換器單元連接。第二控制通道或者各個(gè)其他控制通道也可經(jīng)由相應(yīng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信線路與第一、第二和其它電流轉(zhuǎn)換器單元連接。在每個(gè)這些控制通道與每個(gè)這些電流轉(zhuǎn)換器單元之間，存在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信線路。不管此時(shí)哪一個(gè)部件正在使用或者正在工作，在這些部件之間可存在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。[0038] 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，第一控制通道或者第二控制通道適用于控制和/或監(jiān)測(cè)第一電流轉(zhuǎn)換器單元、第二電流轉(zhuǎn)換器單元或者所有該電流轉(zhuǎn)換器單元。例如，這可經(jīng)由點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信線路來(lái)進(jìn)行。 例如，如果第一控制通道是活動(dòng)控制通道，則它控制所有電流轉(zhuǎn)換器單元。冗余的
第二控制通道不是必須要那時(shí)控制電流轉(zhuǎn)換器單元。但是，如果第一控制通道故障并且第
二控制通道接替控制功能，則它可在稍后時(shí)刻控制所有電流轉(zhuǎn)換器單元。 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，第一或第二控制通道適用于檢測(cè)電流轉(zhuǎn)換器單元
的故障或失靈。可以有可能是甚至可由第一控制通道在相應(yīng)的電流轉(zhuǎn)換器單元完全出故障
之前檢測(cè)起始失靈。如果第一控制通道檢測(cè)到電流轉(zhuǎn)換器單元的故障，則它可將出故障的
電流轉(zhuǎn)換器單元的功能轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電流轉(zhuǎn)換器單元。 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，第一控制通道適用于停用出故障的電流轉(zhuǎn)換器單元。 出故障的電流轉(zhuǎn)換器單元或者已停用電流轉(zhuǎn)換器單元的功能可由例如已經(jīng)活動(dòng)的電流轉(zhuǎn)換器單元等冗余電流轉(zhuǎn)換器單元(例如通過(guò)增加其輸出電流)接替或者通過(guò)激活不活動(dòng)電流轉(zhuǎn)換器單元來(lái)接替。 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，如果活動(dòng)的電流轉(zhuǎn)換器單元其中之一出故障或者失靈，則第一控制通道適用于激活冗余電流轉(zhuǎn)換器單元?？刂仆ǖ揽蛇m用于控制電流轉(zhuǎn)換器單元，使得如果電流轉(zhuǎn)換器單元其中之一出故障，則控制通道停用出故障的電流轉(zhuǎn)換器單元，并且激活冗余電流轉(zhuǎn)換器單元。 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，第一或第二控制通道適用于激活和停用電流轉(zhuǎn)換器單元，使得兩個(gè)電流轉(zhuǎn)換器單元之間的切換基本上對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流沒(méi)有影響。例如，如果電流轉(zhuǎn)換器單元并聯(lián)，則勵(lì)磁電流可以是所有電流轉(zhuǎn)換器單元的輸出電流的總和。第一和第二電流轉(zhuǎn)換器單元的第一和第二輸出電流可控制成使得第一輸出電流以與第二輸出電流增加的相同速率減小，使得輸出電流的總和保持為相同的值。 本實(shí)用新型還涉及發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)包括
用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電機(jī)和具有模塊冗余部件的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)。 通過(guò)參照以下所述實(shí)施例進(jìn)行的說(shuō)明，本實(shí)用新型的這些方面及其它方面將會(huì)非
常明顯。
下面參照附圖更詳細(xì)地描述本實(shí)用新型的實(shí)施例。
圖1示出根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示范實(shí)施例的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的示意框圖。[0049] 圖2示出根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)示范實(shí)施例的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的示意框圖。部件列表10發(fā)電機(jī)系統(tǒng)26傳感器裝置12靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)28傳感器裝置14發(fā)電機(jī)30傳感器線路16變壓器32傳感器線路18電線34a第一電流轉(zhuǎn)換器單元具體實(shí)施方式圖1示出包括靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)12、發(fā)電機(jī)14和變壓器16的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10的示意框圖。變壓器16經(jīng)由電線18與電網(wǎng)20連接。變壓器16用于將電網(wǎng)20的電能轉(zhuǎn)換成提供給發(fā)電機(jī)14和靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)12的電能。此外，發(fā)電機(jī)16適用于將發(fā)電機(jī)14所產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┙o電網(wǎng)20的電能。為了向靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)12提供電能，變壓器16經(jīng)由電線22與靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)12連接。為了向發(fā)電機(jī)14提供電能，變壓器16經(jīng)由電線24與發(fā)電機(jī)14連接。發(fā)電機(jī)14所產(chǎn)生的電能還經(jīng)由電線24提供給變壓器16。 在發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10正常工作的情況下，例如可與渦輪機(jī)連接的發(fā)電機(jī)14將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成提供給變壓器16的電能。用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電機(jī)14中的磁場(chǎng)在發(fā)電機(jī)14的勵(lì)磁繞組中產(chǎn)生?？赏ㄟ^(guò)電線24向勵(lì)磁繞組饋送電流或電能。 發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10包括用于測(cè)量發(fā)電機(jī)14中的狀態(tài)和/或電流和/或電壓的傳感器裝置26。傳感器裝置26還可用于測(cè)量連接發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10的若干部件的網(wǎng)絡(luò)中的狀態(tài)、電流和/或電壓。發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10的其它部件是用于測(cè)量變壓器16中的狀態(tài)、電流和/或電 [0058][0059][0060][0061][0062][0063][0064][0065][0066][0067][0068][0069][0070][0071][0072][0073][0074][0075][0076][0077][0078][0079][0080]
34b 第二電流轉(zhuǎn)換器單元
34c 電流轉(zhuǎn)換器單元
34d 電流轉(zhuǎn)換器單元
控制通道34e 電流轉(zhuǎn)換器單元
36b第二控制通道34f電流轉(zhuǎn)換器單元
38備用通道34g電流轉(zhuǎn)換器單元
40電線34h電流轉(zhuǎn)換器單元
42轉(zhuǎn)換器橋50a數(shù)據(jù)傳輸線
44轉(zhuǎn)換器信號(hào)接口50b數(shù)據(jù)傳輸線
46轉(zhuǎn)換器控制接口50c數(shù)據(jù)傳輸線
48柵極驅(qū)動(dòng)接口52a通信控制和測(cè)量單元
54a功率電子控制器52b通信控制和測(cè)量單元
54b功率電子控制器52c通信控制和測(cè)量單元
56數(shù)據(jù)傳輸線22'電線
58數(shù)據(jù)傳輸線34a'第一電流轉(zhuǎn)換器單元
60a數(shù)據(jù)傳輸線34b'第二電流轉(zhuǎn)換器單元
60b數(shù)據(jù)傳輸線34c'電流轉(zhuǎn)換器單元
62組合輸入輸出單元34d'電流轉(zhuǎn)換器單元
64內(nèi)部接口36a'第一控制通道
66客戶接口36b'第二控制通道
12,靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)36 第三控制通道
40'電線56a'數(shù)據(jù)傳輸線
50a'數(shù)據(jù)傳輸線56b'數(shù)據(jù)傳輸線
50b'數(shù)據(jù)傳輸線56 數(shù)據(jù)傳輸線
50a'數(shù)據(jù)傳輸線
網(wǎng)線線一
電電電第
o 2 4 6
2 2 2 3壓的傳感器裝置28。 傳感器裝置26經(jīng)由模擬或數(shù)字傳感器線路30與設(shè)置在發(fā)電機(jī)14的部件處的傳感器連接。傳感器裝置28經(jīng)由模擬或數(shù)字傳感器線路32與變壓器16的部件處的傳感器連接。 靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)12包括8個(gè)同樣制造的電流轉(zhuǎn)換器單元34a、34b、34c、34d、34e、34f 、34g和34h、兩個(gè)控制通道36a和36b以及備用通道38。第一控制通道36a、第二控制通道36b和備用通道38是靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)12的模塊。第一電流轉(zhuǎn)換器34a、第二電流轉(zhuǎn)換器單元34b和其它電流轉(zhuǎn)換器單元34c至34h也是靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)12的模塊。靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)12是多級(jí)冗余靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)。它包括兩個(gè)冗余控制通道36a、36b以及冗余電流轉(zhuǎn)換器單元34a至34h。多級(jí)冗余概念分成由兩個(gè)冗余控制通道36a和36b的控制冗余性以及由8個(gè)冗余電流轉(zhuǎn)換器單元34a至34h的轉(zhuǎn)換器冗余性。 電流轉(zhuǎn)換器單元34a至34h的每個(gè)適用于通過(guò)電線22接收來(lái)自變壓器16的電能，以及通過(guò)電線40將電能饋送到發(fā)電機(jī)14的勵(lì)磁繞組。 電流轉(zhuǎn)換器單元34a至34h并聯(lián)，并且是同樣設(shè)計(jì)的。例如，電流轉(zhuǎn)換器單元34a包括具有用于開(kāi)關(guān)來(lái)自電線22的電流的功率半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)換器橋42。功率半導(dǎo)體可以是晶閘管。此外，電流轉(zhuǎn)換器單元34a包括用于測(cè)量轉(zhuǎn)換器橋42的狀態(tài)和其中的電流的轉(zhuǎn)換器信號(hào)接口 44以及用于控制轉(zhuǎn)換器橋42的功率半導(dǎo)體柵極的柵極驅(qū)動(dòng)接口 48。此外，電流轉(zhuǎn)換器單元34包括用于控制電流轉(zhuǎn)換器單元34a的轉(zhuǎn)換器控制接口 46 ，其中電流轉(zhuǎn)換器單元34a通過(guò)模擬數(shù)據(jù)傳輸線連接以便經(jīng)由轉(zhuǎn)換器信號(hào)接口 44從轉(zhuǎn)換器橋42傳送模擬測(cè)量信號(hào)。轉(zhuǎn)換器控制接口 46還通過(guò)控制線路與柵極驅(qū)動(dòng)接口 48和電流轉(zhuǎn)換器橋42連接，用于傳送功率半導(dǎo)體控制信號(hào)。 電流轉(zhuǎn)換器單元34a的電流轉(zhuǎn)換器單元34a相應(yīng)的電流控制接口 46經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸線50a與第一控制通道36a連接，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線50b與第二控制通道36b連接，以及通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線50c與備用通道38連接。轉(zhuǎn)換器控制接口 46適用于經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸線50a、50b、50c接收來(lái)自控制通道36a、36b和備用通道38的控制信號(hào)。此外，例如如果出現(xiàn)電流轉(zhuǎn)換器單元34a中的故障，則包含與電流轉(zhuǎn)換器單元34a的狀態(tài)有關(guān)信息的信號(hào)可通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線50a、50b、50c發(fā)送給控制通道36a、36b和備用通道38。 電流轉(zhuǎn)換器單元34b至34h也經(jīng)由與數(shù)據(jù)傳輸線50a、50b、50c相似的其它數(shù)據(jù)傳輸線與控制通道36a、36b和備用通道38連接。電流轉(zhuǎn)換器單元34a至34h的每個(gè)經(jīng)由獨(dú)立的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信線路與控制通道36a、36b和備用通道38的每個(gè)連接。[0090] 控制通道36a、36b的每個(gè)包括通信控制和測(cè)量單元52a、52b，它們各適用于接收來(lái)自傳感器裝置26的測(cè)量信號(hào)，并且適用于建立相應(yīng)控制通道36a、36b與靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)12的其它部件的通信。控制通道36a、36b的每個(gè)還分別包括功率電子控制器54a、54b，其適用于分別通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線50a、50b向電流轉(zhuǎn)換器單元34a至34h、例如向電流轉(zhuǎn)換器單元34a發(fā)送控制信號(hào)。 備用通道38包括通信控制和測(cè)量單元52c，其適用于接收來(lái)自傳感器裝置28的測(cè)量信號(hào)，并且適用于例如通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線50c建立備用通道38與電靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)12的其它部件和電流轉(zhuǎn)換器單元34a之間的通信。 對(duì)于通信，第一控制通道36a通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線56與第二控制通道36b連接。備用
9通道38也經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸線58與第一和第二控制通道36a、36b連接。第一控制通道36a和第二控制通道36b還分別通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線60a、60b與多個(gè)組合輸入/輸出單元連接，其中多個(gè)組合輸入/輸出單元適用于與其它內(nèi)部接口 64和外部客戶接口 66交換數(shù)據(jù)。[0093] 數(shù)據(jù)傳輸線50a、50b、50c、56、58、60a、60b的全部或部分可以是光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸線。[0094] 在發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10啟動(dòng)的情況下，靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)12通過(guò)電線14向發(fā)電機(jī)14的勵(lì)磁繞組提供調(diào)制電流。為此，電流轉(zhuǎn)換器單元34a至34h中的一部分調(diào)制經(jīng)由轉(zhuǎn)換器橋42中它們的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)從線路22而來(lái)的電流。勵(lì)磁電流的調(diào)制由第一控制通道和第二控制通道36b其中之一來(lái)控制。在某一時(shí)刻控制轉(zhuǎn)換器橋34a至34h的控制通道36a、36b是活動(dòng)控制通道。如果活動(dòng)控制通道36a、36b檢測(cè)到活動(dòng)電流轉(zhuǎn)換器單元其中之一的故障或失靈，則它停用相應(yīng)的電流轉(zhuǎn)換器單元，并且激活冗余電流轉(zhuǎn)換器單元。例如，在某一時(shí)刻，第一電流轉(zhuǎn)換器單元34a可以是活動(dòng)的，而第二電流轉(zhuǎn)換器單元34b可以是不活動(dòng)的。如果在這種情況下可以是活動(dòng)控制通道的控制通道36a檢測(cè)到電流轉(zhuǎn)換器單元34a有故障，則它停用電流轉(zhuǎn)換器單元34a，并且激活電流轉(zhuǎn)換器單元34b。 控制通道36a和36b的每個(gè)監(jiān)測(cè)其自身的功能性。如果活動(dòng)控制通道36a、36b檢測(cè)到它失靈或者它有故障，則通知其它不活動(dòng)控制通道36a、36b關(guān)于它的狀態(tài)。在通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線56接收到這個(gè)信息之后，不活動(dòng)控制通道36a、36b自行激活，并且從活動(dòng)控制通道36a、36b接替控制功能，活動(dòng)控制通道36a、36b然后成為不活動(dòng)控制通道36a、36b。[0096] 圖2示出可取代靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)12用于圖1的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)10的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)12'的另一個(gè)實(shí)施例的示意框圖。 靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)12'包括第一控制通道36a'、第二控制通道36b'和第三控制通道36c，。三個(gè)控制通道36a， 、36b，和36c，適用于通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線56a， 、56b，和56c，相互通信?？刂仆ǖ?6a'通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線56a'與控制通道36b'連接?？刂仆ǖ?6b'通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線56b'與控制通道36c'連接?？刂仆ǖ?6c'通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線56c'與控制通道36a'連接。如果控制通道36a、36b和36c其中之一完全故障，則另外兩個(gè)控制通道適用于相互通信。 靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)12'還包括四個(gè)電流轉(zhuǎn)換器單元34a' 、34b' 、34c'和34d'。控制通道36a' 、36b'和36c'的每個(gè)適用于與其它控制通道36a' 、36b' 、36c'無(wú)關(guān)地控制所有電流轉(zhuǎn)換器單元34a'至34d'?？刂仆ǖ?6a通過(guò)四個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信或數(shù)據(jù)傳輸線50a'與電流轉(zhuǎn)換器單元34a'至34d'連接。控制通道36b通過(guò)四個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信或數(shù)據(jù)傳輸線50b'與電流轉(zhuǎn)換器單元34a'至34d'連接?？刂仆ǖ?6c通過(guò)四個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信或數(shù)據(jù)傳輸線50c'與電流轉(zhuǎn)換器單元34a'至34d'連接。 由于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信線50a， 、50b， 、50c， 、56a， 、56b， 、56c，，所有模塊部件36a， 、36b，、36c'、34a'、34b'、34c'、34d'相互單獨(dú)連接。在這些部件之一出故障的情況下，其它部件適用于相互通信。 電流轉(zhuǎn)換器單元34a'至34d'并聯(lián)，并且通過(guò)電線22'接收來(lái)自變壓器16的電力或電流。在由電流轉(zhuǎn)換器單元34a'至34d'調(diào)制之后，電流或電力被提供給與發(fā)電機(jī)14的勵(lì)磁繞組連接的電線40'。 雖然在附圖和以上描述中詳細(xì)說(shuō)明和描述了本實(shí)用新型，但是這種說(shuō)明和描述被認(rèn)為是說(shuō)明性或示范性而不是限制性的；本實(shí) 新型并不局限于所公開(kāi)的實(shí)施例。通過(guò)研究附圖、本公開(kāi)和所附權(quán)利要求書，對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的其它變更是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解和實(shí)施的，并且實(shí)施要求權(quán)益的本實(shí)用新型。在權(quán)利要求書中，詞語(yǔ)"包括"并不排
除其它元件，以及不定冠詞"一個(gè)"并不排除多個(gè)。單個(gè)處理器或控制器或者其它單元可完成權(quán)利要求書中所述的若干項(xiàng)的功能。在互不相同的從屬權(quán)利要求中陳述某些測(cè)量的事實(shí)并不表示這些測(cè)量的組合不能用于產(chǎn)生良好效果。權(quán)利要求書中的任何參考標(biāo)號(hào)不應(yīng)當(dāng)理解為限制范圍。
權(quán)利要求一種用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電機(jī)(14)的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(12)，所述靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)包括第一模塊部件，適用于進(jìn)行用于控制所述靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)并且用于調(diào)節(jié)對(duì)所述發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的所述發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的功能，第二模塊部件，適用于進(jìn)行用于控制所述靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)并且用于調(diào)節(jié)對(duì)所述發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的所述發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的功能，其中，所述第二模塊部件是適用于接替所述第一模塊部件的功能的冗余部件。
2. 如權(quán)利要求1所述的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(12)， 其中，所述第一模塊部件包括第一控制通道(36a)， 其中，所述第二模塊部件包括第二控制通道(36b)， 其中，該兩個(gè)控制通道的每個(gè)適用于控制所述靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)。
3. 如權(quán)利要求2所述的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(12)，其中，所述第一控制通道(36a)適用于在所述第二控制通道出故障的情況下從所述第 二控制通道(36b)接替控制所述靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)。
4. 如權(quán)利要求2和3中的任一項(xiàng)所述的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(12)，其中，各控制通道(36a，36b)經(jīng)由相應(yīng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信線路與各個(gè)其他控制通道連接。
5. 如權(quán)利要求2至4中的任一項(xiàng)所述的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(12)， 其中，所述第一控制通道(36a)適用于監(jiān)測(cè)其功能性，以及 其中，所述第二控制通道(36b)適用于監(jiān)測(cè)其功能性。
6. 如權(quán)利要求2至5中的任一項(xiàng)所述的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(12)，其中，每個(gè)所述控制通道(36a，36b)適用于通過(guò)評(píng)級(jí)其自身的可用性來(lái)監(jiān)測(cè)其功能性。
7. 如權(quán)利要求2至6中的任一項(xiàng)所述的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(12)， 其中，所述第一控制通道(36a)包括 通信單元，用于與所述第二控制通道進(jìn)行通信， 測(cè)量單元，用于接收所述發(fā)電機(jī)中傳感器的傳感器輸入， 功率電子控制器(54a)，用于控制所述靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)的功率電子器件。
8. 如權(quán)利要求1-7中的任一項(xiàng)所述的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(12)， 其中，所述第一模塊部件包括第一電流轉(zhuǎn)換器單元(34a)， 其中，所述第二模塊部件包括第二電流轉(zhuǎn)換器單元(34b)，其中，所述第一和第二電流轉(zhuǎn)換器單元適用于調(diào)節(jié)用于對(duì)所述發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的所述發(fā)電 機(jī)勵(lì)磁電流。
9. 如權(quán)利要求8所述的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(12)， 其中，所述第一電流轉(zhuǎn)換器單元(34a)包括 轉(zhuǎn)換器橋(42)，用于調(diào)節(jié)所述發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流， 轉(zhuǎn)換器控制裝置，用于控制所述轉(zhuǎn)換器橋。
10. 如權(quán)利要求8和9中的任一項(xiàng)所述的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(12)， 其中，所述第一和第二電流轉(zhuǎn)換器單元(34a，34b)并聯(lián)。
11. 如權(quán)利要求8至10中的任一項(xiàng)所述的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(12)，其中，所述第一控制通道(36a)經(jīng)由第一點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信線路與所述第一電流轉(zhuǎn)換器單元(34a)連接，以及經(jīng)由第二點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信線路與所述第二電流轉(zhuǎn)換器單元(34b)連接。
12. 如權(quán)利要求8至11中的任一項(xiàng)所述的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(12)，其中，所述第一控制通道(36a)適用于控制所述第一電流轉(zhuǎn)換器單元(34a)和所述第二電流轉(zhuǎn)換器單元(34b)。
13. 如權(quán)利要求8至12中的任一項(xiàng)所述的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(12)，其中，所述第一控制通道(36a)適用于檢測(cè)電流轉(zhuǎn)換器單元(34a至34h)的故障，其中，所述第一控制通道(36)適用于停用出故障的電流轉(zhuǎn)換器單元。
14. 如權(quán)利要求8至13中的任一項(xiàng)所述的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(12)，其中，所述第一控制通道(36a)適用于如果活動(dòng)的電流轉(zhuǎn)換器單元其中之一出故障則激活冗余的電流轉(zhuǎn)換器單元。
15. 如權(quán)利要求8至14中的任一項(xiàng)所述的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(12)，其中，所述第一控制通道(36a)適用于激活和停用所述電流轉(zhuǎn)換器單元，使得兩個(gè)電流轉(zhuǎn)換器單元之間的切換基本上對(duì)所述發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流沒(méi)有影響。
16. —種發(fā)電機(jī)系統(tǒng)(IO)，包括發(fā)電機(jī)(14)，用于將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，如權(quán)利要求1至15中的任一項(xiàng)所述的靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(12)。
專利摘要本實(shí)用新型提供冗余靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)。靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)(12)包括至少兩個(gè)模塊部件(36a、36b、34a、34b、34c、34d、34e、34f、34g、34h)。這些模塊部件的至少一個(gè)是冗余部件，它適用于在這些模塊部件中的另一個(gè)部件出故障的情況下接替這個(gè)部件的功能。
文檔編號(hào)H02P9/14GK201550070SQ200920166669
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2009年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月6日
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