专利名称：用于风力涡轮发电机中的电力滤波器的监视以及电力滤波器失效的检测的系统和方法
技术领域：
本发明的实施例提供一种用于监视发电系统中的电力滤波器的性能以及检测该 系统中的电力滤波器故障或失效的系统和方法。在优选实施例中，所述发电系统是大容量 风力涡轮机。
背景技术：
发电系统典型地通过旋转发电机的转子来将一种能源转换成电能。以特定的电压 和频率将电力供应给电网，然后电网将电力输给用户。为了确保以恒定的电压和频率供应 电力，可以采用多种控制设备/装备。对于不是以恒定的速度转动发电机转子的风力涡轮 发电机来说，要保证以期望的电压和频率提供电力是特别有挑战性的。涡轮机产生的电力 必需转换成稳定的电力用于传输。例如，一种现有的风力涡轮发电机提供全功率转换器(full powerconverter)，该 转换器具有一个发电机侧有源整流器，该整流器通过直流(DC)链(link)耦接到一个电网 侧(grid side)有源逆变器。在此配置中，该有源整流器将来自发电机的变频交流(AC) 信号转换成直流电压，传递给直流链。有源逆变器将直流链上的直流电压转换成用于电 网的固定频率交流电。该配置需要复杂而昂贵的采用有源开关(例如，绝缘栅双极晶体 管--IGBT)的电路用于有源整流器和逆变器。这些类型的有源开关典型地在电力转换期间 具有较高的电力损耗，并且可以引起电网上的不希望的高频谐波。例如，并网转换器器(grid converter)可能产生5kHz的开关频率谐波。电网侧 的谐波滤波器(电网滤波器)可以用于为开关频率谐波提供通路，并防止不希望的开关频 率谐波被传递给电网设备。电网滤波器可以是电容器组，其以可变的速率储存电能，并以受 控的速率释放能量。电网滤波器可以利用例如保险丝连接到电网侧。与目前可用的风力涡轮机相关的一个问题是当所述电网滤波器的保险丝的一个 或者多个熔断时，或者电网滤波器的某些其他部件失效时，所述电网滤波器就不能正常工 作。在这些现有可用系统的一些中，当电网滤波器的保险丝熔断时，没有反馈信号提供给风 力涡轮机控制系统。结果，风力涡轮机在没有电网滤波器的情况下继续给电网供电。然后 这就会导致其他的问题，比如过电压故障警报或者与电网连接的问题。该问题可能在受到 较差的整体控制在电网中进一步恶化。解决该问题的一个方案是提供和电网滤波器直接相连的多种电气部件来监视该 滤波器的失效，并且通过控制系统将该失效报告给操作人员。然而，在现有系统中，很难找 到容易安装和维护且能满足各种调节需求的部件。所以如果能研制出一种克服上述一个或多个问题的系统和方法，其对现有技术中 就是一种改进。
发明内容
本发明的一个方面是提供一种用于确定风力涡轮发电机的电力滤波器中的故障 的方法。所述方法包括以下步骤计算所述电力滤波器消耗的无功功率；以及将所计算的 无功功率与预定的无功功率阈值进行比较，以确定所述故障。在一些实施例中，所述计算的无功功率可以基于所述风力涡轮发电机的每个相线 的转换器支路电流和一个转换器支路电压的测得值。计算所述电力滤波器消耗的所述无功 功率的步骤可以包括计算所述风力涡轮发电机的并网转换器支路在一个时间段内消耗的 平均无功功率。在另一些实施例中，计算所述并网转换器支路消耗的所述平均无功功率的步骤还 可以包括以电压因子来调整所述并网转换器支路消耗的所述平均无功功率，以确定所述并 网转换器支路消耗的已调整的平均无功功率。所述测得值可以基本上在所述风力涡轮发电 机从预充电状态到运行状态的转变时获得。在替代实施例中，计算所述电力滤波器消耗的所述无功功率的步骤还可以包括 计算所述风力涡轮发电机的辅助电源在所述预充电状态消耗的已调整的平均无功功率；计 算所述辅助电源和所述电力滤波器在所述运行状态消耗的已调整的平均无功功率；以及基 于所述辅助电源消耗的所述平均无功功率的值和所述辅助电源与所述电力滤波器消耗的 所述平均无功功率的值，计算所述电网滤波器单独消耗的所述平均无功功率。在一些实施例中，计算所述辅助电源在所述预充电状态消耗的已调整的平均无功 功率的步骤还可以包括将直流链电容器连接至所述风力涡轮发电机的转换器支路；在断 开所述电力滤波器时，对所述直流链电容器进行预充电；以及获得在所述预充电状态期间 的所述测得值。计算所述辅助电源和所述电力滤波器在所述运行状态消耗的已调整的平均 无功功率的步骤还可以包括电连接所述电力滤波器；提供时间延迟；计算所述辅助电源 和所述电力滤波器在所述时间段内消耗的所述已调整的平均无功功率；以及断开所述直流 链电容器。在一些实施例中，所述电力滤波器可以是电网侧电力滤波器、机械侧dv/dt滤波 器、或者定子滤波器之一，且所述故障至少可以是保险丝失效、电容器失效、或者所述电力 滤波器的连接失效之一。一个基本周期可以是0. 02秒，且所述时间段可以是一个或者多个 基本周期。本发明的替代方面提供一种用于检测风力涡轮发电机的电力滤波器中的故障的 系统，所述系统包括计算机处理器；以及电连接至所述风力涡轮发电机和所述计算机处 理器的多个传感器；其中所述计算机处理器配置为基于来自所述传感器的数据计算所述 电力滤波器消耗的无功功率；以及将所计算的无功功率与预定的无功功率阈值进行比较， 以确定所述故障。在所述系统的替代实施例中，所述传感器可以提供所述风力涡轮发电机的每个相线的转换器支路电流和转换器支路电压与定子支路电压之一的测得值。所述处理器还可以 计算所述风力涡轮发电机的并网转换器支路在一个时间段内消耗的平均无功功率。在其它实施例中，所述处理器还可以通过以电压因子调整并网转换器支路消耗的 平均无功功率来计算所述并网转换器支路消耗的所述平均无功功率，以确定所述并网转换 器支路消耗的已调整的平均无功功率。所述测得值可以基本上在所述风力涡轮发电机从预充电状态到运行状态的转变时获得。在一些实施例中，所述处理器可以通过以下步骤计算所述电力滤波器消耗的所述 无功功率计算所述风力涡轮发电机的辅助电源在所述预充电状态消耗的已调整的平均无 功功率；计算所述辅助电源和所述电力滤波器在所述运行状态消耗的已调整的平均无功功 率；以及基于所述辅助电源消耗的所述平均无功功率的值和所述辅助电源与所述电力滤波 器消耗的所述平均无功功率的值，计算所述电网滤波器单独消耗的所述平均无功功率。在另外的实施例中，所述处理器可以通过如下步骤计算所述辅助电源在所述预充 电状态消耗的所述已调整的平均无功功率将直流链电容器连接至所述风力涡轮发电机的 转换器支路；在断开所述电力滤波器时，对所述直流链电容器进行预充电；以及获得在所 述预充电状态期间的所述测得值。所述处理器可以通过如下步骤计算所述辅助电源和所述 电力滤波器在所述运行状态消耗的所述已调整的平均无功功率电连接所述电力滤波器； 提供时间延迟；计算所述辅助电源和所述电力滤波器在所述时间段内消耗的所述已调整的 平均无功功率；以及断开所述直流链电容器。一个基本周期可以是0.02秒，且所述时间段 可以是一个或者多个基本周期。本发明的另一方面提供一种计算机可读介质，其包含有用于确定风力涡轮发电机 的电力滤波器中的故障的计算机程序代码，所述计算机代码配置为计算所述电力滤波器 消耗的无功功率；以及将计算的无功功率与预定的无功功率阈值进行比较，以确定所述故障。在一些实施例中，所计算的无功功率可以基于所述风力涡轮发电机的每个相线的 转换器支路电流和转换器支路电压/定子支路电压的测得值。计算所述电力滤波器消耗的 所述无功功率的步骤还可以包括计算所述风力涡轮发电机的并网转换器支路在一个时间 段内消耗的平均无功功率。在替代实施例中，计算并网转换器支路消耗的所述平均无功功率的步骤还可以包 括以电压因子来调整所述并网转换器支路消耗的所述平均无功功率，以确定所述并网转换 器支路消耗的已调整的平均无功功率。所述测得值可以基本上在所述风力涡轮发电机从预 充电状态到运行状态的转变时获得。在另外的实施例中，计算所述电力滤波器消耗的所述无功功率的步骤还包括计 算所述风力涡轮发电机的辅助电源在所述预充电状态消耗的已调整的平均无功功率；计算 所述辅助电源和所述电力滤波器在所述运行状态消耗的已调整的平均无功功率；以及基于 所述辅助电源消耗的所述平均无功功率的值和所述辅助电源与所述电力滤波器消耗的所 述平均无功功率的值，计算所述电网滤波器单独消耗的所述平均无功功率。在另外的实施例中，计算所述辅助电源在所述预充电状态消耗的已调整的平均无 功功率的步骤还可以包括将直流链电容器连至所述风力涡轮发电机的转换器支路；在断 开所述电力滤波器时，对所述直流链电容器进行预充电；以及获得在所述预充电状态期间 的所述测得值。计算所述辅助电源和所述电力滤波器在所述运行状态消耗的已调整的平均 无功功率的步骤还可以包括电连接所述电力滤波器；提供时间延迟；计算所述辅助电源 和所述电力滤波器在所述时间段内消耗的所述已调整的平均无功功率；以及断开所述直流 链电容器。所述电力滤波器可以是电网侧电力滤波器、机械侧dv/dt滤波器、或者定子滤波器之一。所述故障至少可以是保险丝失效、电容器失效、或者所述电力滤波器的连接失效之一。
对于本领域技术人员来说，根据下面结合附图所做的仅作为示例用的文字说明， 本发明的实施例将能够得到更好的理解并将变得明显图1示例风力涡轮发电机的简单示意图，其中有本发明的实施例可以用于确定电 力滤波器的失效；图2示例了风力涡轮发电机的电路图，其中本发明的实施例可以用于确定电力滤 波器的失效；图3示例了图2中电路图的关于并网逆变器和电力滤波器部分的特写；图4A示例了图2和3中所示的电网滤波器的一个实施例的示意图；图4B示例了示出图4A的电网滤波器的正常运行模式的示意图；图4C示例了示出图4A的电网滤波器的一种可能失效模式的示意图；图4D示例了示出图4A的电网滤波器的另一种可能失效模式的示意图；图4E示例了示出图4A的电网滤波器的另一种可能失效模式的示意图；图5是示例可以与本发明的系统和方法一起使用的检测过程的一种可能实施的 图示；图6示例了示出本发明的方法的一种可能实施的流程图；图7示例了可以用于实施本发明的系统和方法的一种可能的计算机系统的示意 图。
具体实施例方式本发明的实施例提供一种无需安装附加的硬件部件就能警告发电系统的操作人 员电力滤波器失效的系统和方法。为示例目的，以下将针对产生三相电力的风力涡轮发 电机来描述本系统和方法的一个实施例。然而，应当明白在不脱离所附的权利要求所限定 的本实施例的范围的情况下也可以使用其他类型和尺寸的发电机，包括单相的和多相的。 作为示例，本发明的实施例可以使用双/单馈感应发电机、同步发电机、异步发电机、以及 本领域技术人员所知晓的其他类型的发电机，同步发电机包括永磁(PM)发电机、内永磁 (IPM)发电机和表面安装的永磁(SMPM)发电机，异步发电机包括感应发电机(IG)、鼠笼发 电机。还可以考虑全部(full-scale)电力系统。类似地，虽然下面所讨论的实施例的电力滤波器是电网侧滤波器，但是应当理解， 其他类型和位置的电力滤波器也可以用于本发明的实施例中。所述的确定电力滤波器失效 的方法可以应用于发电机中的任何滤波器，尤其是风力涡轮发电机。作为示例而不是限制， 该滤波器包括机械侧(machine side) dv/dt滤波器、定子滤波器或其他类型的能够滤除开 关频率谐波的电力滤波器。为了讨论目的，下面所使用的术语“电网滤波器”适用于所有的 电力滤波器。图1示例了使用本发明的实施例来确定电力滤波器失效的风力涡轮发电机(WTG) 系统10的简化示意图。WTG系统10可以是前述PM、IPM、SMPM或IM系统。WTG系统10包 括通过输入轴22连接到可选变速箱24的转子叶片20。变速箱24通过输出轴26连接到WTG 30，WTG将转子叶片20的旋转运动转换成电能。所述可选变速箱24可以用于提高输 出轴26的旋转速度。在该实施例中，WTG 30配置为给固定频率(典型地为50或者60Hz)的电网130供 电。WTG 30给电网130提供同步电力的一种方法是保证转子叶片20以恒定速度转动。然 而，为了提供较高的电生产效率，可以允许转子叶片20的速度在一定范围内变动。这使得 转子叶片20在任何风速下都能以最佳的速度旋转。所以WTG 30可以产生与电网130不同 步的交流电。为了减轻此问题，交流/直流转换器35可以通过输电线31a、31b、31c连接到WTG 30的定子绕组。所述交流/直流转换器35将WTG 30输出的交流电转换成直流电。所述 交流/直流转换器35通过滤波电容器36连接到直流/交流转换器40，直流/交流转换器 40将直流电转换成和电网130同步的交流电。在一些配置中，变压器(未示出)可以放置 在直流/交流转换器40和电网130之间。一个或者多个电力滤波器42和/或电网滤波器 44可以电连接至输出输电线45a、45b、45c，所述输出输电线连接至变压器和电网130。图2示例了风力涡轮发电机150的电路图100，其中可以使用本发明的实施例来 确定电网滤波器102的状态以及向系统操作人员报告电网滤波器102中的任何失效。在此 实施例中，WTG 150是双馈感应发电机(DFIG)。然而，如前面所指出的那样，应当理解，本发 明的实施例可以使用任何类型的WTG。所述DFIG WTG150包括具有三相绕组的定子(未示 出)，所述三相绕组经断路开关断路器152通过输电线154a、154b、154c经升压电压变压器 156直接连接到输电网130。输电线154a、154b、154c中流入主电网130的电流可以通过预 先存在的变换器155a、155b、155c来测量。在下面的讨论中，输电线154a、154b、154c形成 了“定子支路(leg)”，并且使用变换器155a、155b、155c测得的电流作为定子支路电流。应 当理解，也可以使用具有测量定子支路电流和/或定子支路电压功能的其他类型和位置的 测量设备。三相转子绕组(未示出)通过滑环和刷组件(未示出)经由输电线158a、158b、 158c连接到电力转换器120的转子侧。电力转换器120包括交流值流机械侧整流器122，直流链124和直流/交流并网转 换器126。电网滤波器102通过输电线128a、128b、128c连接到并网逆变器126的输出端。 然后，通过输电线140a、140b、140c经由第一断路器/开关131和第二断路器/开关133将 三相滤波电力提供给变压器156和主电网130。在某些情况下，可以提供风力涡轮机辅助 电源142以给风力涡轮机中的某些特定部件提供电力。辅助电源142可以消耗来自主电网 130的电力，或者来自并网逆变器126的电力。输电线140a、140b、140c中流到主电网130的 电流可以通过预先存在的变换器160a、160b、160c来测量。在下面的讨论中，输电线140a、 140b、140c形成了“并网转换器支路”，采用传感器160a、160b、160diJ得的电流称作的转换 器支路电流。这将在后面更详细讨论。应当理解，也可以使用具有测量转换器支路电流和 /或转换器支路电压功能的其他类型和位置的测量设备。在此实施例中，断路器/开关131可以用于在故障或者其他状况期间将电力输出 和电力转换器120断开。类似地，断路器/开关133可以用于在故障或者其他状况期间将 电力输出和电力转换器120断开，以及将辅助电源142和主电网130断开。图3示例了图2中所示的并网逆变器126和电网滤波器102的特写视图。在此实 施例中，电网滤波器102安装在电网扼流器/连接器开关104，106以及断路器133之间。电网滤波器102通过电网保险丝134c、134b、134a分别连接到输电线140c、140b、140a上的点 132c、132b、132a。示例为开关108和预充电电阻器109的预充电电路可以用于在发电机起 动之前或者连接到机械侧转换器之前给直流链124内的直流链电容器125供电。在预充电 期间，断开开关104，106。在正常操作期间，一旦测得的跨直流链电容器125的电压达到目 标值，则开关104和106接通，同时开关108切断。然而，本发明的方法允许开关108仍然 保持接通达一段时间。这将在下面更详细地讨论。图4A示出了电网滤波器102的示意图一个范例。在此实施例中，电网滤波器102 包括第一电容器组102a、第二电容器组102b、放电线圈102c。每个电容器组102a、102b通 过输出线136a、136b、136c分别电连接到输电线128a、128b、128c。类似地，放电线圈102c 电连接到输电线128a、128b、128c。当所述电网滤波器102由于某些原因被切断时，可以通 过放电线圈102c对保持在电容102a、102b中的残余DC电压进行快速放电。这有助于确保 在所述电网滤波器102重新接通时的重新连接时间短。应当理解，还可以使电网滤波器102的其他配置。例如，电网滤波器102可以包 括一个或者多个以不同配置连接的电容器组。电容器组中所用的电容器可以是自恢复 (selfhealing)的。只要这些配置具有对供应的电力进行包括但不限于开关频率谐波过滤 的功能，电网滤波器102的所有这些配置能够过视为落入所附的权利要求的范围内。图4B示例了图4A中所示的电网滤波器102的正常(normal)操作模式。在正常操 作模式下，所有的三相电网滤波器102a、102b被连接，并且没有电网滤波器保险丝被熔断。图4C-4E示例了电网滤波器102的失效模式。电网滤波器102中所使用的自恢复 类型的电容器102a、102b的失效模式通常是电容慢慢降低，即电容会随时间下降。电网滤 波器102的通常失效模式可以包括保险丝134a、134b、134c或者接触器中的一个或者多个 失效。图4C示例了一个电网滤波器保险丝/接触器(134c)失效导致一个电容器103a断 开的情况。图4D示例了两个电网滤波器保险丝/接触器(134b，134c)失效导致两个电容 103a、103b断开的情况。图4E示例了所有电网滤波器保险丝/接触器失效导致所有电容 103a、103b、103c断开的情况。为了以下讨论的目的，当电网滤波器102正常工作时，所有三 相电网滤波器支路都工作，并且没有电网滤波器保险丝/接触器/电容器被熔断。电网滤 波器失效可以包括任何保险丝失效、任何电网滤波器接触器失效、任何电容器失效、或者电 网滤波器102中的部件的任何其他失效。在交流电系统中，术语“无功功率”用于表示由电感器和/或电容器交替储存和释 放的能量。在本发明的实施例中，可以使用瞬时无功功率概念。以下参考等式1-4讨论图 4A-4E中所示的电网滤波器102所消耗的瞬时无功功率。为讨论目的，假设电网电压在0.8功率单位(p. U.)到1.2p.u.之间变化。因此， 假定无功功率计算为电压单位的平方，在正常模式下的无功功率在0. 64Qnom-l. 44Qnom的范 围内。对于图4C中所示例的失效模式，所述电网滤波器102所消耗的无功功率 接近正常模式下所消耗的无功功率的一半。所以，这种情况下的无功功率的范围是 0. 32XQnom-O. 72XQnom。对于图4D和4E中所示例的失效模式，电网滤波器102所消耗的无 功功率是零。为示例目的，假设电容器103a-103c在440V的电压下额定56KVar，且电网流出的标称电压是400V (线-线)，根据电网的位置标称频率是50Hz或者60Hz。标称电压的值Qn。m 通过下面的公式计算Qnoffl = Cap* (VcapAgrid)2 (A)其中Cap是电容器额定值，Vcap是电容器的电压额定值，且VgHd是电网的标称电压 额定值。从而，对于于此所讨论的发电机而言，在标称电压下电容102的值Qn。m将是 46. 44kVar。然而，应当理解，值Qn。m可以根据所使用的电容器类型、风力涡轮发电机的容量、 线-线电压等而改变。本发明的系统和方法的实施例提供仅使用存在的输入来测量电网滤波器102在 上述的每一个模式期间所消耗的无功功率的装置。然后，测量结果可以用于确定电网滤波 器102的失效模式，然后将该失效报告给管理系统，如果所述电网滤波器102失效，该管理 系统就发出警报。通过比较开关104和106闭合前后的无功功率的平均值完成测量。这里， 假设辅助电源142在所述失效检测过程中没有循环开启和关断。图5是示例检测过程的一个可能实施的图示，总体由参考数字300表示，其可以用 于本发明的系统及方法。图6示例流程图，总体由参考数字400表示，其示出了本发明的方 法的一种可能实施。在此实施例中，用于监视和检测电网滤波器102的失效的各种可用信号概括于如 下的表1中表 权利要求
一种用于确定风力涡轮发电机的电力滤波器中的故障的方法，所述方法包括以下步骤计算所述电力滤波器消耗的无功功率；以及将所计算的无功功率与预定的无功功率阈值进行比较，以确定所述故障。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述计算的无功功率基于所述风力涡轮发电机的 每个相线的转换器支路电流和一个转换器支路电压的测得值。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，计算所述电力滤波器消耗的所述无功功率的步 骤包括计算所述风力涡轮发电机的并网转换器支路在一个时间段内消耗的平均无功功率。
4.如权利要求3所述的方法，其中，计算所述并网转换器支路消耗的所述平均无功功 率的步骤还包括以电压因子来调整所述并网转换器支路消耗的所述平均无功功率，以确定 所述并网转换器支路消耗的已调整的平均无功功率。
5.如权利要求2-4所述的方法，其中，所述测得值基本上在所述风力涡轮发电机从预 充电状态到运行状态的转变时获得。
6.如权利要求5所述的方法，其中，计算所述电力滤波器消耗的所述无功功率的步骤 还包括计算所述风力涡轮发电机的辅助电源在所述预充电状态消耗的已调整的平均无功功率；计算所述辅助电源和所述电力滤波器在所述运行状态消耗的已调整的平均无功功率;以及基于所述辅助电源消耗的所述平均无功功率的值和所述辅助电源与所述电力滤波器 消耗的所述平均无功功率的值，计算所述电力滤波器单独消耗的所述平均无功功率。
7.如权利要求6所述的方法，其中计算所述辅助电源在所述预充电状态消耗的已调整的平均无功功率的步骤还包括 将直流链电容器连接至所述风力涡轮发电机的转换器支路； 在断开所述电力滤波器时，对所述直流链电容器进行预充电；以及 获得在所述预充电状态期间的所述测得值；计算所述辅助电源和所述电力滤波器在所述运行状态消耗的已调整的平均无功功率 的步骤还包括电连接所述电力滤波器； 提供时间延迟；计算所述辅助电源和所述电力滤波器在所述时间段内消耗的所述已调整的平均无功 功率；以及断开所述直流链电容器。
8.如权利要求2-6中的任一项所述的方法，其中，一个基本周期是0.02秒，且所述时间 段是一个或者多个基本周期。
9.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述电力滤波器是电网侧电力滤波 器、机械侧dv/dt滤波器、或者定子滤波器之一；且所述故障至少是保险丝失效、电容器失 效、或者所述电力滤波器的连接失效之一。
10.一种用于检测风力涡轮发电机的电力滤波器中的故障的系统，所述系统包括计算机处理器；以及电连接至所述风力涡轮发电机和所述计算机处理器的多个传感器；其中 所述计算机处理器配置为基于来自所述传感器的数据计算所述电力滤波器消耗的无功功率；以及 将所计算的无功功率与预定的无功功率阈值进行比较，以确定所述故障。
11.如权利要求10所述的系统，其中，所述传感器提供所述风力涡轮发电机的每个相 线的转换器支路电流和一个转换器支路电压的测得值。
12.如权利要求10或11所述的系统，其中，所述处理器计算所述风力涡轮发电机的并 网转换器支路在一个时间段内消耗的平均无功功率。
13.如权利要求12所述的系统，其中，所述处理器还通过以电压因子调整并网转换器 支路消耗的平均无功功率来计算所述并网转换器支路消耗的所述平均无功功率，以确定所 述并网转换器支路消耗的已调整的平均无功功率。
14.如权利要求11-13所述的系统，其中，所述测得值基本上在所述风力涡轮发电机从 预充电状态到运行状态的转变时获得。
15.如权利要求14所述的系统，其中，所述处理器通过以下步骤计算所述电力滤波器 消耗的所述无功功率计算所述风力涡轮发电机的辅助电源在所述预充电状态消耗的已调整的平均无功功率；计算所述辅助电源和所述电力滤波器在所述运行状态消耗的已调整的平均无功功率;以及基于所述辅助电源消耗的所述平均无功功率的值和所述辅助电源与所述电力滤波器 消耗的所述平均无功功率的值，计算所述电网滤波器单独消耗的所述平均无功功率。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述处理器通过如下步骤计算所述辅助电源在所述预充电状态消耗的所述已调整的 平均无功功率将直流链电容器连接至所述风力涡轮发电机的转换器支路； 在断开所述电力滤波器时，对所述直流链电容器进行预充电；以及 获得在所述预充电状态期间的所述测得值；以及所述处理器通过如下步骤计算所述辅助电源和所述电力滤波器在所述运行状态消耗 的所述已调整的平均无功功率 电连接所述电力滤波器； 提供时间延迟；计算所述辅助电源和所述电力滤波器在所述时间段内消耗的所述已调整的平均无功 功率；以及断开所述直流链电容器。
17.如权利要求12-16中的任一项所述的系统，其中，一个基本周期是0.02秒，且所述 时间段是一个或者多个基本周期。
18.一种计算机可读介质，其包含有用于确定风力涡轮发电机的电力滤波器中的故障 的计算机程序代码，所述计算机代码配置为计算所述电力滤波器消耗的无功功率；以及将计算的无功功率与预定的无功功率阈值进行比较，以确定所述故障。
19.如权利要求18所述的计算机可读介质，其中，所计算的无功功率基于所述风力涡 轮发电机的每个相线的转换器支路电压、转换器支路电流和定子支路电压的测得值。
20.如权利要求18或19所述的计算机可读介质，其中，计算所述电力滤波器消耗的所 述无功功率的步骤还包括计算所述风力涡轮发电机的并网转换器支路在一个时间段内消 耗的平均无功功率。
21.如权利要求20所述的计算机可读介质，其中，计算并网转换器支路消耗的所述平 均无功功率的步骤还包括以电压因子来调整所述并网转换器支路消耗的所述平均无功功 率，以确定所述并网转换器支路消耗的已调整的平均无功功率。
22.如权利要求19-21所述的计算机可读介质，其中，所述测得值基本上在所述风力涡 轮发电机从预充电状态到运行状态的转变时获得。
23.如权利要求22所述的计算机可读介质，其中，计算所述电力滤波器消耗的所述无 功功率的步骤还包括计算所述风力涡轮发电机的辅助电源在所述预充电状态消耗的已调整的平均无功功率；计算所述辅助电源和所述电力滤波器在所述运行状态消耗的已调整的平均无功功率;以及基于所述辅助电源消耗的所述平均无功功率的值和所述辅助电源与所述电力滤波器 消耗的所述平均无功功率的值，计算所述电力滤波器单独消耗的所述平均无功功率。
24.如权利要求23所述的计算机可读介质，其中计算所述辅助电源在所述预充电状态消耗的已调整的平均无功功率的步骤还包括 将直流链电容器连至所述风力涡轮发电机的转换器支路； 在断开所述电力滤波器时，对所述直流链电容器进行预充电；以及 获得在所述预充电状态期间的所述测得值；计算所述辅助电源和所述电力滤波器在所述运行状态消耗的已调整的平均无功功率 的步骤还包括电连接所述电力滤波器； 提供时间延迟；计算所述辅助电源和所述电力滤波器在所述时间段内消耗的所述已调整的平均无功 功率；以及断开所述直流链电容器。
25.如权利要求18-24中的任一项所述的计算机可读介质，其中，所述电力滤波器是电 网侧电力滤波器、机械侧dv/dt滤波器、或者定子滤波器之一，且所述故障至少是保险丝失 效、电容器失效、或者所述电力滤波器的连接失效之一。
全文摘要
一种用于确定风力发电机的电力滤波器中的故障的方法，该方法包括以下步骤计算所述电力滤波器消耗的无功功率；以及将所计算的无功功率与预定的无功功率阈值进行比较，以确定所述故障。还公开了一种用于检测风力涡轮发电机的电力滤波器中的故障的系统，和一种计算机可读介质，所述介质包含有用于确定风力涡轮发电机的电力滤波器中的故障的计算机程序代码。
文档编号H02J3/01GK101995529SQ20101050375
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月20日 优先权日2009年8月21日
发明者J·G·尼尔森, K·B·拉森, K·H·洪, O·斯特赫姆, 殷波 申请人:维斯塔斯风力系统集团公司