发电机制动系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明有关一种发电机制动系统及其控制方法，尤指一种利用导通开关单元以产生短路制动功效的永磁发电机制动系统及其操作方法。
【背景技术】
[0002]在目前主流的风力发电系统中，风机需要通过变流器来确保使风能转化成频率恒定的电能输送到电网中。因此，风力发电系统乃至变流器系统的可靠性显得至关重要。然而，对于以风力之类不稳定动力来源的再生能源发电系统而言，由于风的变化是非常频繁且剧烈，因此，使得风力发电系统的保护功能将受严峻的考验。故此，风力发电变流器系统在电机超速情况下，会承受很高的电压，导致系统损毁。
[0003]请参阅图1，其为美国公开专利US 20130194704，该公开专利揭露了一种发电机的保护电路及方法。该发电机具有一个三相定子绕组4的永磁发电机2。永磁发电机2的定子端通过三相电路8与功率转换器6相连接。该三相电路8系包括三个独立导体10a, 10b, 10c，系分别连接三相定子绕组4的其中一相。一接触器设备12包括三个独立的触点14a，14b, 14c，各个独立的触点分别对应连接三个独立导体10a，10b, 1c其中一个与共享导体16之间。
[0004]当发电机2正常运转时，触点14a，14b, 14c是打开的，电能通过三相电路8从发电机2的各定子端流向功率转换器6。如果电路8或功率转换器6中存在短路或故障，则发电机2将开始产生故障电流，并且触点14a，14b, 14c会关闭以将电路8的导体10a，10b, 1c连接到共享导体16。如此，一旦触点14a，14b, 14c关闭，就不会有故障电流从发电机2流向功率转换器6，于是，接触器设备12的加入可将功率转换器6被损坏的危险降到最低。再者，一旦故障电流被清除，接触器设备12的触点14a，14b, 14c将会再次打开。
[0005]然而，对于以接触器设备作为制动保护的实现时，由于硬件开关频繁切换将造成组件寿命的问题，并且可能因为开关触点故障导致制动保护失效之虞。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种发电机制动系统及其控制方法，以韧体或软件方式实现发电机制动控制，克服传统接触器设备用以制动保护；并且利用电压控制回路控制输出电压小于临界电压值时，以短路制动该永磁发电机，故此可实现在低电流时短路制动该永磁发电机，以确保该发电机制动保护之安全。
[0007]本发明的一个目的在于提供一种发电机制动系统，以对外部转矩驱动的一发电机提供制动控制。该发电机制动系统包括一电源转换单元、一感测单元及一控制单元。该电源转换单元接收该发电机所产生的一输出电压与一输出电流，并且该电源转换单元具有至少一开关单兀。该感测单兀接收该输出电压与该输出电流，以产生一电压信号与一电流信号。该控制单元接收该电压信号与该电流信号；其中当该控制单元接收一制动信号时，该控制单元控制该输出电压逐渐降低，并且当该输出电压小于一临界电压值时，该控制单元产生至少一控制信号以对应控制该至少一开关单元导通，以短路制动该发电机。
[0008]本发明的另一目的在于提供一种发电机制动系统的控制方法，以对外部转矩驱动的一发电机提供制动控制，其包括步骤为:提供具有至少一开关单元的一电源转换单元，以接收该发电机所产生的一输出电压与一输出电流；提供一感测单元，接收该输出电压与该输出电流，以产生一电压信号与一电流信号；提供一控制单元，接收该电压信号与该电流信号；当该控制单元接收一制动信号时，该控制单元控制该输出电压逐渐降低；以及当该输出电压小于一临界电压值时，该控制单兀产生至少一控制信号以对应控制该至少一开关单元导通，以短路制动该发电机。
[0009]为了能更进一步了解本发明为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
【附图说明】
[0010]图1为现有的电机保护电路的电路示意图；
[0011]图2为本发明发电机制动系统的电路方块示意图；
[0012]图3为本发明发电机制动系统第一实施例的电路方块不意图；
[0013]图4为本发明发电机制动系统第二实施例的电路方块示意图；
[0014]图5为本发明发电机制动系统控制的波形示意图；
[0015]图6为本发明发电机制动系统控制方法的流程图；
[0016]图7为本发明发电机制动系统制动控制的方块不意图；
[0017]图8为本发明控制单元之制动控制外回路的流程图；及
[0018]图9为本发明控制单元之制动控制内回路的流程图。
[0019]其中，附图标记说明如下:
[0020]2永磁发电机
[0021]4三相定子绕组
[0022]6功率转换器
[0023]8三相电路
[0024]1a 导体
[0025]1b 导体
[0026]1c 导体
[0027]12接触器设备
[0028]14a 触点
[0029]14b 触点
[0030]14c 触点
[0031]16共享导体
[0032]10电源转换单元
[0033]20感测单元
[0034]30控制单元
[0035]40 负载
[0036]50发电机
[0037]Vt输出电压
[0038]It输出电流
[0039]Sv电压信号
[0040]Si电流信号
[0041]Sc控制信号
[0042]Scl控制信号
[0043]Sc2控制信号
[0044]Sc3控制信号
[0045]Sw开关单元
[0046]Vt*电压命令
[0047]60 PWM驱动单元
[0048]Itl*第一电流命令
[0049]It2*第二电流命令
[0050]It*电流命令
[0051]302输出功率曲线
[0052]304电压控制回路
[0053]306第一控制逻辑
[0054]308电流控制回路
[0055]310第二控制逻辑
[0056]t0时间点
[0057]tl时间点
[0058]t2时间点
[0059]SlO ?S50 步骤
[0060]S702 ?S706 步骤
[0061]S802 ?S806 步骤
【具体实施方式】
[0062]兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合【附图说明】如下:
[0063]请参阅图2，其为本发明发电机制动系统的电路方块示意图。该发电机制动系统以对外部转矩驱动的一发电机50提供制动控制。其中该发电机50为一永磁发电机(permanent magnet generator, PMG)或三相定子线圈，但不以此为限，只要能作为风力或潮汐发电使用的风机，皆包括于本发明的范畴中。该发电机制动系统包括一电源转换单元10、一感测单元20以及一控制单元30。该电源转换单元10接收该发电机50所产生的一输出电压Vt与一输出电流It，并且该电源转换单元10具有至少一开关单元(如图3或图4所不)。该感测单兀20接收