專利名稱：用于風力渦輪發(fā)電機中的電力濾波器的監(jiān)視以及電力濾波器失效的檢測的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明的實施例提供一種用于監(jiān)視發(fā)電系統(tǒng)中的電力濾波器的性能以及檢測該 系統(tǒng)中的電力濾波器故障或失效的系統(tǒng)和方法。在優(yōu)選實施例中，所述發(fā)電系統(tǒng)是大容量 風力渦輪機。
背景技術：
發(fā)電系統(tǒng)典型地通過旋轉發(fā)電機的轉子來將一種能源轉換成電能。以特定的電壓 和頻率將電力供應給電網，然后電網將電力輸給用戶。為了確保以恒定的電壓和頻率供應 電力，可以采用多種控制設備/裝備。對于不是以恒定的速度轉動發(fā)電機轉子的風力渦輪 發(fā)電機來說，要保證以期望的電壓和頻率提供電力是特別有挑戰(zhàn)性的。渦輪機產生的電力 必需轉換成穩(wěn)定的電力用于傳輸。例如，一種現(xiàn)有的風力渦輪發(fā)電機提供全功率轉換器(full powerconverter)，該 轉換器具有一個發(fā)電機側有源整流器，該整流器通過直流(DC)鏈(link)耦接到一個電網 側(grid side)有源逆變器。在此配置中，該有源整流器將來自發(fā)電機的變頻交流(AC) 信號轉換成直流電壓，傳遞給直流鏈。有源逆變器將直流鏈上的直流電壓轉換成用于電 網的固定頻率交流電。該配置需要復雜而昂貴的采用有源開關(例如，絕緣柵雙極晶體 管--IGBT)的電路用于有源整流器和逆變器。這些類型的有源開關典型地在電力轉換期間 具有較高的電力損耗，并且可以引起電網上的不希望的高頻諧波。例如，并網轉換器器(grid converter)可能產生5kHz的開關頻率諧波。電網側 的諧波濾波器(電網濾波器)可以用于為開關頻率諧波提供通路，并防止不希望的開關頻 率諧波被傳遞給電網設備。電網濾波器可以是電容器組，其以可變的速率儲存電能，并以受 控的速率釋放能量。電網濾波器可以利用例如保險絲連接到電網側。與目前可用的風力渦輪機相關的一個問題是當所述電網濾波器的保險絲的一個 或者多個熔斷時，或者電網濾波器的某些其他部件失效時，所述電網濾波器就不能正常工 作。在這些現(xiàn)有可用系統(tǒng)的一些中，當電網濾波器的保險絲熔斷時，沒有反饋信號提供給風 力渦輪機控制系統(tǒng)。結果，風力渦輪機在沒有電網濾波器的情況下繼續(xù)給電網供電。然后 這就會導致其他的問題，比如過電壓故障警報或者與電網連接的問題。該問題可能在受到 較差的整體控制在電網中進一步惡化。解決該問題的一個方案是提供和電網濾波器直接相連的多種電氣部件來監(jiān)視該 濾波器的失效，并且通過控制系統(tǒng)將該失效報告給操作人員。然而，在現(xiàn)有系統(tǒng)中，很難找 到容易安裝和維護且能滿足各種調節(jié)需求的部件。所以如果能研制出一種克服上述一個或多個問題的系統(tǒng)和方法，其對現(xiàn)有技術中 就是一種改進。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個方面是提供一種用于確定風力渦輪發(fā)電機的電力濾波器中的故障 的方法。所述方法包括以下步驟計算所述電力濾波器消耗的無功功率；以及將所計算的 無功功率與預定的無功功率閾值進行比較，以確定所述故障。在一些實施例中，所述計算的無功功率可以基于所述風力渦輪發(fā)電機的每個相線 的轉換器支路電流和一個轉換器支路電壓的測得值。計算所述電力濾波器消耗的所述無功 功率的步驟可以包括計算所述風力渦輪發(fā)電機的并網轉換器支路在一個時間段內消耗的 平均無功功率。在另一些實施例中，計算所述并網轉換器支路消耗的所述平均無功功率的步驟還 可以包括以電壓因子來調整所述并網轉換器支路消耗的所述平均無功功率，以確定所述并 網轉換器支路消耗的已調整的平均無功功率。所述測得值可以基本上在所述風力渦輪發(fā)電 機從預充電狀態(tài)到運行狀態(tài)的轉變時獲得。在替代實施例中，計算所述電力濾波器消耗的所述無功功率的步驟還可以包括 計算所述風力渦輪發(fā)電機的輔助電源在所述預充電狀態(tài)消耗的已調整的平均無功功率；計 算所述輔助電源和所述電力濾波器在所述運行狀態(tài)消耗的已調整的平均無功功率；以及基 于所述輔助電源消耗的所述平均無功功率的值和所述輔助電源與所述電力濾波器消耗的 所述平均無功功率的值，計算所述電網濾波器單獨消耗的所述平均無功功率。在一些實施例中，計算所述輔助電源在所述預充電狀態(tài)消耗的已調整的平均無功 功率的步驟還可以包括將直流鏈電容器連接至所述風力渦輪發(fā)電機的轉換器支路；在斷 開所述電力濾波器時，對所述直流鏈電容器進行預充電；以及獲得在所述預充電狀態(tài)期間 的所述測得值。計算所述輔助電源和所述電力濾波器在所述運行狀態(tài)消耗的已調整的平均 無功功率的步驟還可以包括電連接所述電力濾波器；提供時間延遲；計算所述輔助電源 和所述電力濾波器在所述時間段內消耗的所述已調整的平均無功功率；以及斷開所述直流 鏈電容器。在一些實施例中，所述電力濾波器可以是電網側電力濾波器、機械側dv/dt濾波 器、或者定子濾波器之一，且所述故障至少可以是保險絲失效、電容器失效、或者所述電力 濾波器的連接失效之一。一個基本周期可以是0. 02秒，且所述時間段可以是一個或者多個 基本周期。本發(fā)明的替代方面提供一種用于檢測風力渦輪發(fā)電機的電力濾波器中的故障的 系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括計算機處理器；以及電連接至所述風力渦輪發(fā)電機和所述計算機處 理器的多個傳感器；其中所述計算機處理器配置為基于來自所述傳感器的數據計算所述 電力濾波器消耗的無功功率；以及將所計算的無功功率與預定的無功功率閾值進行比較， 以確定所述故障。在所述系統(tǒng)的替代實施例中，所述傳感器可以提供所述風力渦輪發(fā)電機的每個相線的轉換器支路電流和轉換器支路電壓與定子支路電壓之一的測得值。所述處理器還可以 計算所述風力渦輪發(fā)電機的并網轉換器支路在一個時間段內消耗的平均無功功率。在其它實施例中，所述處理器還可以通過以電壓因子調整并網轉換器支路消耗的 平均無功功率來計算所述并網轉換器支路消耗的所述平均無功功率，以確定所述并網轉換 器支路消耗的已調整的平均無功功率。所述測得值可以基本上在所述風力渦輪發(fā)電機從預充電狀態(tài)到運行狀態(tài)的轉變時獲得。在一些實施例中，所述處理器可以通過以下步驟計算所述電力濾波器消耗的所述 無功功率計算所述風力渦輪發(fā)電機的輔助電源在所述預充電狀態(tài)消耗的已調整的平均無 功功率；計算所述輔助電源和所述電力濾波器在所述運行狀態(tài)消耗的已調整的平均無功功 率；以及基于所述輔助電源消耗的所述平均無功功率的值和所述輔助電源與所述電力濾波 器消耗的所述平均無功功率的值，計算所述電網濾波器單獨消耗的所述平均無功功率。在另外的實施例中，所述處理器可以通過如下步驟計算所述輔助電源在所述預充 電狀態(tài)消耗的所述已調整的平均無功功率將直流鏈電容器連接至所述風力渦輪發(fā)電機的 轉換器支路；在斷開所述電力濾波器時，對所述直流鏈電容器進行預充電；以及獲得在所 述預充電狀態(tài)期間的所述測得值。所述處理器可以通過如下步驟計算所述輔助電源和所述 電力濾波器在所述運行狀態(tài)消耗的所述已調整的平均無功功率電連接所述電力濾波器； 提供時間延遲；計算所述輔助電源和所述電力濾波器在所述時間段內消耗的所述已調整的 平均無功功率；以及斷開所述直流鏈電容器。一個基本周期可以是0.02秒，且所述時間段 可以是一個或者多個基本周期。本發(fā)明的另一方面提供一種計算機可讀介質，其包含有用于確定風力渦輪發(fā)電機 的電力濾波器中的故障的計算機程序代碼，所述計算機代碼配置為計算所述電力濾波器 消耗的無功功率；以及將計算的無功功率與預定的無功功率閾值進行比較，以確定所述故障。在一些實施例中，所計算的無功功率可以基于所述風力渦輪發(fā)電機的每個相線的 轉換器支路電流和轉換器支路電壓/定子支路電壓的測得值。計算所述電力濾波器消耗的 所述無功功率的步驟還可以包括計算所述風力渦輪發(fā)電機的并網轉換器支路在一個時間 段內消耗的平均無功功率。在替代實施例中，計算并網轉換器支路消耗的所述平均無功功率的步驟還可以包 括以電壓因子來調整所述并網轉換器支路消耗的所述平均無功功率，以確定所述并網轉換 器支路消耗的已調整的平均無功功率。所述測得值可以基本上在所述風力渦輪發(fā)電機從預 充電狀態(tài)到運行狀態(tài)的轉變時獲得。在另外的實施例中，計算所述電力濾波器消耗的所述無功功率的步驟還包括計 算所述風力渦輪發(fā)電機的輔助電源在所述預充電狀態(tài)消耗的已調整的平均無功功率；計算 所述輔助電源和所述電力濾波器在所述運行狀態(tài)消耗的已調整的平均無功功率；以及基于 所述輔助電源消耗的所述平均無功功率的值和所述輔助電源與所述電力濾波器消耗的所 述平均無功功率的值，計算所述電網濾波器單獨消耗的所述平均無功功率。在另外的實施例中，計算所述輔助電源在所述預充電狀態(tài)消耗的已調整的平均無 功功率的步驟還可以包括將直流鏈電容器連至所述風力渦輪發(fā)電機的轉換器支路；在斷 開所述電力濾波器時，對所述直流鏈電容器進行預充電；以及獲得在所述預充電狀態(tài)期間 的所述測得值。計算所述輔助電源和所述電力濾波器在所述運行狀態(tài)消耗的已調整的平均 無功功率的步驟還可以包括電連接所述電力濾波器；提供時間延遲；計算所述輔助電源 和所述電力濾波器在所述時間段內消耗的所述已調整的平均無功功率；以及斷開所述直流 鏈電容器。所述電力濾波器可以是電網側電力濾波器、機械側dv/dt濾波器、或者定子濾波器之一。所述故障至少可以是保險絲失效、電容器失效、或者所述電力濾波器的連接失效之一。



對于本領域技術人員來說，根據下面結合附圖所做的僅作為示例用的文字說明， 本發(fā)明的實施例將能夠得到更好的理解并將變得明顯圖1示例風力渦輪發(fā)電機的簡單示意圖，其中有本發(fā)明的實施例可以用于確定電 力濾波器的失效；圖2示例了風力渦輪發(fā)電機的電路圖，其中本發(fā)明的實施例可以用于確定電力濾 波器的失效；圖3示例了圖2中電路圖的關于并網逆變器和電力濾波器部分的特寫；圖4A示例了圖2和3中所示的電網濾波器的一個實施例的示意圖；圖4B示例了示出圖4A的電網濾波器的正常運行模式的示意圖；圖4C示例了示出圖4A的電網濾波器的一種可能失效模式的示意圖；圖4D示例了示出圖4A的電網濾波器的另一種可能失效模式的示意圖；圖4E示例了示出圖4A的電網濾波器的另一種可能失效模式的示意圖；圖5是示例可以與本發(fā)明的系統(tǒng)和方法一起使用的檢測過程的一種可能實施的 圖示；圖6示例了示出本發(fā)明的方法的一種可能實施的流程圖；圖7示例了可以用于實施本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的一種可能的計算機系統(tǒng)的示意 圖。
具體實施例方式本發(fā)明的實施例提供一種無需安裝附加的硬件部件就能警告發(fā)電系統(tǒng)的操作人 員電力濾波器失效的系統(tǒng)和方法。為示例目的，以下將針對產生三相電力的風力渦輪發(fā) 電機來描述本系統(tǒng)和方法的一個實施例。然而，應當明白在不脫離所附的權利要求所限定 的本實施例的范圍的情況下也可以使用其他類型和尺寸的發(fā)電機，包括單相的和多相的。 作為示例，本發(fā)明的實施例可以使用雙/單饋感應發(fā)電機、同步發(fā)電機、異步發(fā)電機、以及 本領域技術人員所知曉的其他類型的發(fā)電機，同步發(fā)電機包括永磁(PM)發(fā)電機、內永磁 (IPM)發(fā)電機和表面安裝的永磁(SMPM)發(fā)電機，異步發(fā)電機包括感應發(fā)電機(IG)、鼠籠發(fā) 電機。還可以考慮全部(full-scale)電力系統(tǒng)。類似地，雖然下面所討論的實施例的電力濾波器是電網側濾波器，但是應當理解， 其他類型和位置的電力濾波器也可以用于本發(fā)明的實施例中。所述的確定電力濾波器失效 的方法可以應用于發(fā)電機中的任何濾波器，尤其是風力渦輪發(fā)電機。作為示例而不是限制， 該濾波器包括機械側(machine side) dv/dt濾波器、定子濾波器或其他類型的能夠濾除開 關頻率諧波的電力濾波器。為了討論目的，下面所使用的術語“電網濾波器”適用于所有的 電力濾波器。圖1示例了使用本發(fā)明的實施例來確定電力濾波器失效的風力渦輪發(fā)電機(WTG) 系統(tǒng)10的簡化示意圖。WTG系統(tǒng)10可以是前述PM、IPM、SMPM或IM系統(tǒng)。WTG系統(tǒng)10包 括通過輸入軸22連接到可選變速箱24的轉子葉片20。變速箱24通過輸出軸26連接到WTG 30，WTG將轉子葉片20的旋轉運動轉換成電能。所述可選變速箱24可以用于提高輸 出軸26的旋轉速度。在該實施例中，WTG 30配置為給固定頻率(典型地為50或者60Hz)的電網130供 電。WTG 30給電網130提供同步電力的一種方法是保證轉子葉片20以恒定速度轉動。然 而，為了提供較高的電生產效率，可以允許轉子葉片20的速度在一定范圍內變動。這使得 轉子葉片20在任何風速下都能以最佳的速度旋轉。所以WTG 30可以產生與電網130不同 步的交流電。為了減輕此問題，交流/直流轉換器35可以通過輸電線31a、31b、31c連接到WTG 30的定子繞組。所述交流/直流轉換器35將WTG 30輸出的交流電轉換成直流電。所述 交流/直流轉換器35通過濾波電容器36連接到直流/交流轉換器40，直流/交流轉換器 40將直流電轉換成和電網130同步的交流電。在一些配置中，變壓器(未示出)可以放置 在直流/交流轉換器40和電網130之間。一個或者多個電力濾波器42和/或電網濾波器 44可以電連接至輸出輸電線45a、45b、45c，所述輸出輸電線連接至變壓器和電網130。圖2示例了風力渦輪發(fā)電機150的電路圖100，其中可以使用本發(fā)明的實施例來 確定電網濾波器102的狀態(tài)以及向系統(tǒng)操作人員報告電網濾波器102中的任何失效。在此 實施例中，WTG 150是雙饋感應發(fā)電機(DFIG)。然而，如前面所指出的那樣，應當理解，本發(fā) 明的實施例可以使用任何類型的WTG。所述DFIG WTG150包括具有三相繞組的定子(未示 出)，所述三相繞組經斷路開關斷路器152通過輸電線154a、154b、154c經升壓電壓變壓器 156直接連接到輸電網130。輸電線154a、154b、154c中流入主電網130的電流可以通過預 先存在的變換器155a、155b、155c來測量。在下面的討論中，輸電線154a、154b、154c形成 了“定子支路(leg)”，并且使用變換器155a、155b、155c測得的電流作為定子支路電流。應 當理解，也可以使用具有測量定子支路電流和/或定子支路電壓功能的其他類型和位置的 測量設備。三相轉子繞組(未示出)通過滑環(huán)和刷組件(未示出)經由輸電線158a、158b、 158c連接到電力轉換器120的轉子側。電力轉換器120包括交流值流機械側整流器122，直流鏈124和直流/交流并網轉 換器126。電網濾波器102通過輸電線128a、128b、128c連接到并網逆變器126的輸出端。 然后，通過輸電線140a、140b、140c經由第一斷路器/開關131和第二斷路器/開關133將 三相濾波電力提供給變壓器156和主電網130。在某些情況下，可以提供風力渦輪機輔助 電源142以給風力渦輪機中的某些特定部件提供電力。輔助電源142可以消耗來自主電網 130的電力，或者來自并網逆變器126的電力。輸電線140a、140b、140c中流到主電網130的 電流可以通過預先存在的變換器160a、160b、160c來測量。在下面的討論中，輸電線140a、 140b、140c形成了“并網轉換器支路”，采用傳感器160a、160b、160diJ得的電流稱作的轉換 器支路電流。這將在后面更詳細討論。應當理解，也可以使用具有測量轉換器支路電流和 /或轉換器支路電壓功能的其他類型和位置的測量設備。在此實施例中，斷路器/開關131可以用于在故障或者其他狀況期間將電力輸出 和電力轉換器120斷開。類似地，斷路器/開關133可以用于在故障或者其他狀況期間將 電力輸出和電力轉換器120斷開，以及將輔助電源142和主電網130斷開。圖3示例了圖2中所示的并網逆變器126和電網濾波器102的特寫視圖。在此實 施例中，電網濾波器102安裝在電網扼流器/連接器開關104，106以及斷路器133之間。電網濾波器102通過電網保險絲134c、134b、134a分別連接到輸電線140c、140b、140a上的點 132c、132b、132a。示例為開關108和預充電電阻器109的預充電電路可以用于在發(fā)電機起 動之前或者連接到機械側轉換器之前給直流鏈124內的直流鏈電容器125供電。在預充電 期間，斷開開關104，106。在正常操作期間，一旦測得的跨直流鏈電容器125的電壓達到目 標值，則開關104和106接通，同時開關108切斷。然而，本發(fā)明的方法允許開關108仍然 保持接通達一段時間。這將在下面更詳細地討論。圖4A示出了電網濾波器102的示意圖一個范例。在此實施例中，電網濾波器102 包括第一電容器組102a、第二電容器組102b、放電線圈102c。每個電容器組102a、102b通 過輸出線136a、136b、136c分別電連接到輸電線128a、128b、128c。類似地，放電線圈102c 電連接到輸電線128a、128b、128c。當所述電網濾波器102由于某些原因被切斷時，可以通 過放電線圈102c對保持在電容102a、102b中的殘余DC電壓進行快速放電。這有助于確保 在所述電網濾波器102重新接通時的重新連接時間短。應當理解，還可以使電網濾波器102的其他配置。例如，電網濾波器102可以包 括一個或者多個以不同配置連接的電容器組。電容器組中所用的電容器可以是自恢復 (selfhealing)的。只要這些配置具有對供應的電力進行包括但不限于開關頻率諧波過濾 的功能，電網濾波器102的所有這些配置能夠過視為落入所附的權利要求的范圍內。圖4B示例了圖4A中所示的電網濾波器102的正常(normal)操作模式。在正常操 作模式下，所有的三相電網濾波器102a、102b被連接，并且沒有電網濾波器保險絲被熔斷。圖4C-4E示例了電網濾波器102的失效模式。電網濾波器102中所使用的自恢復 類型的電容器102a、102b的失效模式通常是電容慢慢降低，即電容會隨時間下降。電網濾 波器102的通常失效模式可以包括保險絲134a、134b、134c或者接觸器中的一個或者多個 失效。圖4C示例了一個電網濾波器保險絲/接觸器(134c)失效導致一個電容器103a斷 開的情況。圖4D示例了兩個電網濾波器保險絲/接觸器(134b，134c)失效導致兩個電容 103a、103b斷開的情況。圖4E示例了所有電網濾波器保險絲/接觸器失效導致所有電容 103a、103b、103c斷開的情況。為了以下討論的目的，當電網濾波器102正常工作時，所有三 相電網濾波器支路都工作，并且沒有電網濾波器保險絲/接觸器/電容器被熔斷。電網濾 波器失效可以包括任何保險絲失效、任何電網濾波器接觸器失效、任何電容器失效、或者電 網濾波器102中的部件的任何其他失效。在交流電系統(tǒng)中，術語“無功功率”用于表示由電感器和/或電容器交替儲存和釋 放的能量。在本發(fā)明的實施例中，可以使用瞬時無功功率概念。以下參考等式1-4討論圖 4A-4E中所示的電網濾波器102所消耗的瞬時無功功率。為討論目的，假設電網電壓在0.8功率單位(p. U.)到1.2p.u.之間變化。因此， 假定無功功率計算為電壓單位的平方，在正常模式下的無功功率在0. 64Qnom-l. 44Qnom的范 圍內。對于圖4C中所示例的失效模式，所述電網濾波器102所消耗的無功功率 接近正常模式下所消耗的無功功率的一半。所以，這種情況下的無功功率的范圍是 0. 32XQnom-O. 72XQnom。對于圖4D和4E中所示例的失效模式，電網濾波器102所消耗的無 功功率是零。為示例目的，假設電容器103a-103c在440V的電壓下額定56KVar，且電網流出的標稱電壓是400V (線-線)，根據電網的位置標稱頻率是50Hz或者60Hz。標稱電壓的值Qn。m 通過下面的公式計算Qnoffl = Cap* (VcapAgrid)2 (A)其中Cap是電容器額定值，Vcap是電容器的電壓額定值，且VgHd是電網的標稱電壓 額定值。從而，對于于此所討論的發(fā)電機而言，在標稱電壓下電容102的值Qn。m將是 46. 44kVar。然而，應當理解，值Qn。m可以根據所使用的電容器類型、風力渦輪發(fā)電機的容量、 線-線電壓等而改變。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的實施例提供僅使用存在的輸入來測量電網濾波器102在 上述的每一個模式期間所消耗的無功功率的裝置。然后，測量結果可以用于確定電網濾波 器102的失效模式，然后將該失效報告給管理系統(tǒng)，如果所述電網濾波器102失效，該管理 系統(tǒng)就發(fā)出警報。通過比較開關104和106閉合前后的無功功率的平均值完成測量。這里， 假設輔助電源142在所述失效檢測過程中沒有循環(huán)開啟和關斷。圖5是示例檢測過程的一個可能實施的圖示，總體由參考數字300表示，其可以用 于本發(fā)明的系統(tǒng)及方法。圖6示例流程圖，總體由參考數字400表示，其示出了本發(fā)明的方 法的一種可能實施。在此實施例中，用于監(jiān)視和檢測電網濾波器102的失效的各種可用信號概括于如 下的表1中表 權利要求
一種用于確定風力渦輪發(fā)電機的電力濾波器中的故障的方法，所述方法包括以下步驟計算所述電力濾波器消耗的無功功率；以及將所計算的無功功率與預定的無功功率閾值進行比較，以確定所述故障。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述計算的無功功率基于所述風力渦輪發(fā)電機的 每個相線的轉換器支路電流和一個轉換器支路電壓的測得值。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中，計算所述電力濾波器消耗的所述無功功率的步 驟包括計算所述風力渦輪發(fā)電機的并網轉換器支路在一個時間段內消耗的平均無功功率。
4.如權利要求3所述的方法，其中，計算所述并網轉換器支路消耗的所述平均無功功 率的步驟還包括以電壓因子來調整所述并網轉換器支路消耗的所述平均無功功率，以確定 所述并網轉換器支路消耗的已調整的平均無功功率。
5.如權利要求2-4所述的方法，其中，所述測得值基本上在所述風力渦輪發(fā)電機從預 充電狀態(tài)到運行狀態(tài)的轉變時獲得。
6.如權利要求5所述的方法，其中，計算所述電力濾波器消耗的所述無功功率的步驟 還包括計算所述風力渦輪發(fā)電機的輔助電源在所述預充電狀態(tài)消耗的已調整的平均無功功率；計算所述輔助電源和所述電力濾波器在所述運行狀態(tài)消耗的已調整的平均無功功率;以及基于所述輔助電源消耗的所述平均無功功率的值和所述輔助電源與所述電力濾波器 消耗的所述平均無功功率的值，計算所述電力濾波器單獨消耗的所述平均無功功率。
7.如權利要求6所述的方法，其中計算所述輔助電源在所述預充電狀態(tài)消耗的已調整的平均無功功率的步驟還包括 將直流鏈電容器連接至所述風力渦輪發(fā)電機的轉換器支路； 在斷開所述電力濾波器時，對所述直流鏈電容器進行預充電；以及 獲得在所述預充電狀態(tài)期間的所述測得值；計算所述輔助電源和所述電力濾波器在所述運行狀態(tài)消耗的已調整的平均無功功率 的步驟還包括電連接所述電力濾波器； 提供時間延遲；計算所述輔助電源和所述電力濾波器在所述時間段內消耗的所述已調整的平均無功 功率；以及斷開所述直流鏈電容器。
8.如權利要求2-6中的任一項所述的方法，其中，一個基本周期是0.02秒，且所述時間 段是一個或者多個基本周期。
9.如前述權利要求中的任一項所述的方法，其中，所述電力濾波器是電網側電力濾波 器、機械側dv/dt濾波器、或者定子濾波器之一；且所述故障至少是保險絲失效、電容器失 效、或者所述電力濾波器的連接失效之一。
10.一種用于檢測風力渦輪發(fā)電機的電力濾波器中的故障的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括計算機處理器；以及電連接至所述風力渦輪發(fā)電機和所述計算機處理器的多個傳感器；其中 所述計算機處理器配置為基于來自所述傳感器的數據計算所述電力濾波器消耗的無功功率；以及 將所計算的無功功率與預定的無功功率閾值進行比較，以確定所述故障。
11.如權利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器提供所述風力渦輪發(fā)電機的每個相 線的轉換器支路電流和一個轉換器支路電壓的測得值。
12.如權利要求10或11所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器計算所述風力渦輪發(fā)電機的并 網轉換器支路在一個時間段內消耗的平均無功功率。
13.如權利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器還通過以電壓因子調整并網轉換器 支路消耗的平均無功功率來計算所述并網轉換器支路消耗的所述平均無功功率，以確定所 述并網轉換器支路消耗的已調整的平均無功功率。
14.如權利要求11-13所述的系統(tǒng)，其中，所述測得值基本上在所述風力渦輪發(fā)電機從 預充電狀態(tài)到運行狀態(tài)的轉變時獲得。
15.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述處理器通過以下步驟計算所述電力濾波器 消耗的所述無功功率計算所述風力渦輪發(fā)電機的輔助電源在所述預充電狀態(tài)消耗的已調整的平均無功功率；計算所述輔助電源和所述電力濾波器在所述運行狀態(tài)消耗的已調整的平均無功功率;以及基于所述輔助電源消耗的所述平均無功功率的值和所述輔助電源與所述電力濾波器 消耗的所述平均無功功率的值，計算所述電網濾波器單獨消耗的所述平均無功功率。
16.如權利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述處理器通過如下步驟計算所述輔助電源在所述預充電狀態(tài)消耗的所述已調整的 平均無功功率將直流鏈電容器連接至所述風力渦輪發(fā)電機的轉換器支路； 在斷開所述電力濾波器時，對所述直流鏈電容器進行預充電；以及 獲得在所述預充電狀態(tài)期間的所述測得值；以及所述處理器通過如下步驟計算所述輔助電源和所述電力濾波器在所述運行狀態(tài)消耗 的所述已調整的平均無功功率 電連接所述電力濾波器； 提供時間延遲；計算所述輔助電源和所述電力濾波器在所述時間段內消耗的所述已調整的平均無功 功率；以及斷開所述直流鏈電容器。
17.如權利要求12-16中的任一項所述的系統(tǒng)，其中，一個基本周期是0.02秒，且所述 時間段是一個或者多個基本周期。
18.一種計算機可讀介質，其包含有用于確定風力渦輪發(fā)電機的電力濾波器中的故障 的計算機程序代碼，所述計算機代碼配置為計算所述電力濾波器消耗的無功功率；以及將計算的無功功率與預定的無功功率閾值進行比較，以確定所述故障。
19.如權利要求18所述的計算機可讀介質，其中，所計算的無功功率基于所述風力渦 輪發(fā)電機的每個相線的轉換器支路電壓、轉換器支路電流和定子支路電壓的測得值。
20.如權利要求18或19所述的計算機可讀介質，其中，計算所述電力濾波器消耗的所 述無功功率的步驟還包括計算所述風力渦輪發(fā)電機的并網轉換器支路在一個時間段內消 耗的平均無功功率。
21.如權利要求20所述的計算機可讀介質，其中，計算并網轉換器支路消耗的所述平 均無功功率的步驟還包括以電壓因子來調整所述并網轉換器支路消耗的所述平均無功功 率，以確定所述并網轉換器支路消耗的已調整的平均無功功率。
22.如權利要求19-21所述的計算機可讀介質，其中，所述測得值基本上在所述風力渦 輪發(fā)電機從預充電狀態(tài)到運行狀態(tài)的轉變時獲得。
23.如權利要求22所述的計算機可讀介質，其中，計算所述電力濾波器消耗的所述無 功功率的步驟還包括計算所述風力渦輪發(fā)電機的輔助電源在所述預充電狀態(tài)消耗的已調整的平均無功功率；計算所述輔助電源和所述電力濾波器在所述運行狀態(tài)消耗的已調整的平均無功功率;以及基于所述輔助電源消耗的所述平均無功功率的值和所述輔助電源與所述電力濾波器 消耗的所述平均無功功率的值，計算所述電力濾波器單獨消耗的所述平均無功功率。
24.如權利要求23所述的計算機可讀介質，其中計算所述輔助電源在所述預充電狀態(tài)消耗的已調整的平均無功功率的步驟還包括 將直流鏈電容器連至所述風力渦輪發(fā)電機的轉換器支路； 在斷開所述電力濾波器時，對所述直流鏈電容器進行預充電；以及 獲得在所述預充電狀態(tài)期間的所述測得值；計算所述輔助電源和所述電力濾波器在所述運行狀態(tài)消耗的已調整的平均無功功率 的步驟還包括電連接所述電力濾波器； 提供時間延遲；計算所述輔助電源和所述電力濾波器在所述時間段內消耗的所述已調整的平均無功 功率；以及斷開所述直流鏈電容器。
25.如權利要求18-24中的任一項所述的計算機可讀介質，其中，所述電力濾波器是電 網側電力濾波器、機械側dv/dt濾波器、或者定子濾波器之一，且所述故障至少是保險絲失 效、電容器失效、或者所述電力濾波器的連接失效之一。
全文摘要
一種用于確定風力發(fā)電機的電力濾波器中的故障的方法，該方法包括以下步驟計算所述電力濾波器消耗的無功功率；以及將所計算的無功功率與預定的無功功率閾值進行比較，以確定所述故障。還公開了一種用于檢測風力渦輪發(fā)電機的電力濾波器中的故障的系統(tǒng)，和一種計算機可讀介質，所述介質包含有用于確定風力渦輪發(fā)電機的電力濾波器中的故障的計算機程序代碼。
文檔編號H02J3/01GK101995529SQ20101050375
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權日2009年8月21日
發(fā)明者J·G·尼爾森, K·B·拉森, K·H·洪, O·斯特赫姆, 殷波 申請人:維斯塔斯風力系統(tǒng)集團公司