CN102130604A - 用于变换电功率的变换器设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于变换电功率的变换器设备和方法。描述了一种用于在例如电厂诸如风轮机中进行功率变换的变换器设备（102）。为变换器的电输出功率（108）的每个相位（110a、110b、110c）提供单个控制器（116a、116b、116c）。如果一个相位的电压被指示为处于预定电压带之外，则该相位的有功电流设置为零，且可选地，该相位的无功分量设置为根据所指示电压的值。

Description

用于变换电功率的变换器设备和方法

技术领域

本发明涉及用于把输入功率变换成电输出功率的变换器（converter）设备的领域。具体地，本发明涉及用于风轮机的变换器设备的领域。

背景技术

存在已知的产能设备，其给它们耦合到的电力网络提供变化的功率。例如，对于较低的风速，风轮机提供较少的功率。另一个示例太阳能厂，其输出功率取决于太阳光的可用性和强度。变化的功率可能导致电力网络中的电压扰动（disturbance）。进一步，从电力网络取出功率的消费者可能生成电力网络中的扰动。其它可能的故障是闪电、短路等等。

EP 1 386 078 B1公开了一种操作风能设施以便与没有风轮机的情形相比提供能够减少或至少不显著增加电力网络中电压的不期望变化的风轮机或风电场（wind park）。风能设施具有发电机，其可以由转子驱动以便以被馈送到电力网络的无功分量（wattless component）向电力网络发出电功率。无功分量由描述被馈入的电伏安的电流和电压之间的角度的相位角φ预定，其中相位角φ根据在网络中检测的至少一个电压的大小而被改变，使得假如网络电压在预定下阈值和预定上阈值之间则相位角不变，其中下电压值小于标称电压值而预定上电压值大于预定标称电压值。如果预定上电压值被超过或者预定下电压值被下冲，则相位角的大小随着电压进一步上升或下降而上升。

鉴于上面描述的情形，存在对使得能够适应电力网络中的电压变化的改进变换器设备的需要。

发明内容

这种需要可以由根据独立要求的主题满足。本文公开的主题的有利实施例由从属权利要求描述。

根据本发明的第一方面，提供一种将输入功率（106）变换成电输出功率的变换器设备，其中电输出功率至少具有两个相位（phase）。根据第一方面的变换器设备包含用于接收用于至少两个相位中的每一个的电压信号的电压输入，该电压信号指示相应相位的电压。而且，该变换器设备包含用于至少两个相位中的每一个的单个控制器，其中每个控制器被配置用于在相应相位的电压处于预定电压带之外时将有功电流设置为零。这种预定电压带有时被称为死区（dead band）。根据一个实施例，除了提供电流的输出之外，例如电厂的电系统还包含中性线（neutral line）。

电压信号可以以任何合适的方式生成。例如，根据实施例，电压信号从在至少两相的每相中由变换器设备提供的电输出中导出。根据另一个实施例，电压信号所指示的电压是变换器所耦合到的电力网络中的相应相的电压。

根据实施例，变换器设备被配置用于接收机械输入功率。例如，根据实施例，变换器设备可以包括例如从US 6,448,735 B1已知的类型的双馈感应发电机。

根据另一个实施例，输入功率是电输入功率。换言之，根据这个实施例，变换器设备被配置用于接收电输入功率。为此，变换器设备可以包括用于把电输入功率变换成电输出功率的至少一个变换器，例如频率变换器。由于在这种情况下变换器设备仅在电侧进行操作，所以其在本文中也被称为电变换器设备。

根据实施例，变换器设备是风轮机的变换器设备。根据进一步实施例，变换器设备是风轮机的电变换器设备并因而被配置用于把由风轮机的发电机生成的电输入功率变换成电输出功率。

一般地，由电能的任何发电机生成的电功率可以被预变换以便提供电变换器设备的电输入功率。该预变换可以具有本领域中已知的任何合适类型。例如，整流器可以耦合在发电机的输出和变换器设备的功率输入之间，其接收电输入功率。

预定电压带可以被固定地预编程在变换器设备中。根据另一个实施例，变换器设备包括用于接收至少一个电压带控制信号的控制输入。变换器设备可以进一步被配置用于响应于接收的电压带控制信号而设置预定电压带。

预定电压带的宽度可以在从0％上至20％的额定电压的范围中。根据另一个实施例，预定电压带的宽度在从5％到15％的额定电压的范围中。根据实施例，本文公开的百分比涉及各个+/-值，使得百分比值表示相应间隔的一半。例如，如果额定电压是240 V并且预定电压带的宽度是额定电压的10％，则预定电压带的宽度合计+/- 24 V，即预定电压带是[额定电压-24 V；额定电压+ 24 V]。在其它实施例中，百分比值指示整个间隔。

根据一个实施例，预定电压带以额定电压为中心。根据另一实施例，预定电压带关于额定电压被不对称地设置。

根据第一方面的另一实施例，单个控制器中的每一个被配置用于根据对应于其相位的电压信号设置其相位的无功（reactive）分量，例如，无功电流。根据一个实施例，仅在电压信号指示的电压处于预定电压带之外时执行设置无功分量。根据又一实施例，不管电压信号所指示的电压如何，即在预定电压带之内和之外，都执行对无功分量的设置。在上述情况中，根据考虑中的该相位的电压信号分别地为每个相位设置电输出功率的无功分量。

在本文中一般地，术语“设置”要被广义地解释。例如，根据电压信号来设置特定量（例如有功分量、无功分量等等）包括例如根据在定义的时间间隔下的电压信号来设置该量、响应于变化的电压信号来改变该量等等。具体地，“根据电压信号来设置无功分量”包括例如根据在定义的时间间隔下的电压信号来设置无功分量、响应于变化的电压信号来改变无功分量、等等。

根据一个实施例，无功分量是无功电流。无功分量的其他示例是无功功率、相位角或功率因数。这些无功分量对于本领域技术人员而言是已知的且不做进一步讨论。

根据一个实施例，每个控制器被配置用于设置其相位的无功分量以便朝预定电压带驱动其相的电压。进一步，根据另一个实施例，控制器可以被配置用于响应于电压信号而以逐步的方式改变无功分量，即使该电压信号是连续变化的信号。例如，在实施例中，如果相应相的电压到达预定电压带的边界，则无功分量，例如无功电流，可以被设置为预定值。根据其它实施例，至少一相的控制器被配置用于作为电压信号的函数在预定电压带的边界上连续地改变无功分量。

根据另一实施例，电输出功率具有n个相位且变换器设备具有n个所述单个控制器。而且，根据第一方面的一个实施例，变换器设备包含选择器，其被配置用于从n个控制器中选择n-1个单个控制器。而且，选择器被配置用于向所选的n-1个单个控制器输出选择器信号。在该实施例中，变换器设备的单个控制器中的至少一个被配置用于响应于选择器信号根据其相位的电压信号而独立于任何其他相位（例如，独立于电压信号或任何其他相位的无功电流）设置其相位的无功分量。

因此，借助于选择器信号，选择器选择独立于其他任何相位改变其相位的无功分量的n-1个控制器。根据一个实施例，剩余的单个控制器被配置用于设置其相位的无功分量，从而减小或甚至最小化变换器设备的中性线上的电流。这在所选相位中的每一个的无功分量独立于其他相位而被控制的同时允许小的中性线电流。

根据其他实施例，不仅仅是提供考虑其他相位上的电流的单个剩余控制器。而是，根据一个实施例，如果电输出功率具有n个相位，则选择器设备可以被配置用于从n个控制器中选择n-x个单个控制器，以便向所选的n-x个单个控制器输出选择器信号，响应于此，其根据其相位的电压信号而独立于任何其他相位的电压信号设置其相位的无功分量。因此，其他x个单个控制器中的每一个可以根据其相位的电压信号且根据其他相位的至少一个量（例如无功分量、电压、有功电流等）设置其相位的无功分量。例如，考虑n-x个独立控制的控制器的电流，x个单个控制器可以意识到这一事实：例如通过在控制输入处接收相应非选择信号或简单地不接收前述选择器信号，它们不被选择器选择。

应当意识到，只要控制器考虑其自身相位或其他相位的电流信号，提供相应电流测量单元以测量表示被控制器考虑的相应相位的电流的电流信号。

根据第一方面的一个实施例，控制器中的至少一个被配置用于实现电压信号所指示的电压的变化的每电压单位的无功分量的预定变化，其中每电压单位的无功分量的所述预定变化限定无功分量梯度，此后简称为“梯度”。根据另一实施例，至少一个控制器被配置用于如果电压信号所指示的电压在预定电压带之内则根据带内梯度来控制其相的无功分量并且用于如果电压信号所指示的电压在预定电压带之外则根据带外梯度来控制其相的无功分量。

根据进一步实施例，带内梯度不同于带外梯度。根据进一步实施例，梯度被指定为百分比值，其中例如2％无功分量梯度的值意味着电压信号所指示的电压的1％变化导致无功分量的2％变化。应当注意，根据实施例，梯度的斜率（slope）是使得相应相的电压朝预定电压带被驱动。

根据一个实施例，带内梯度是恒定的，即，与预定电压带内的电压信号无关。根据另一实施例，带外梯度是恒定的，即，与预定电压带之外的电压信号无关。

根据实施例，在预定电压带的边界处的无功分量的实际值（根据无功分量的带内控制）被用作带外梯度的应用的起点。根据另一个实施例，控制器被配置用于把在预定电压带的边界处的无功分量的值设置为预定值，例如零安培。这可能导致在预定电压带的边界处的无功分量以逐步的方式的变化。

根据第一方面的实施例，变换器设备包括用于接收梯度控制信号的控制输入，其中单个控制器中的每一个被配置用于响应于梯度控制信号而设置控制器的带外梯度和带内梯度中的至少一个。

根据本文公开的主题的第二方面，提供一种电厂，该电厂包括根据第一方面或其实施例的变换器设备。

根据一个实施例，电厂进一步包括用于生成电输入功率的发电机。例如，根据实施例，发电机是风轮机的发电机。根据另一个实施例，发电机是太阳能模块。然而应当理解，任何发电机可以与根据本文公开的主题的变换器设备一起使用。

根据第二方面的另一实施例，电厂包含用于向变换器设备的单个控制器提供至少一个控制信号的电厂控制器，例如，用于设置变换器设备中的单个控制器中的无功分量梯度或者用于选择上面讨论的单个控制器中的一个或更多个。

控制带外无功分量梯度可以例如使在预定电压带之外的无功电流贡献适于电力网络的网络阻抗。根据实施例，电厂控制器被配置用于带外梯度和/或带内梯度的自动优化。

根据本文公开的主题的第三方面，提供一种用于把输入功率变换成电输出功率的方法，该方法包括：（i）接收用于至少两个相位中的每一个的电压信号，该电压信号指示相应相位的电压；以及（ii）如果相应相位的电压位于预定电压带之外，则将至少两个相位中的每一个的有功电流设置为零。

根据第三方面的一个实施例，该方法包含根据对应于至少两个相位中的至少一个的电压信号设置该相位的无功分量。

根据第三方面的另一实施例，该方法包含根据相应相位的电压信号且独立于任何其他相位的电压信号和/或电流设置至少两个相位的子集的无功分量。根据另一实施例，对于不包括在上述相位子集中的剩余相位，根据其他相位中的至少一个的至少一个量（例如，无功分量）设置无功分量。

根据第三方面的另一实施例，根据相应相位的电压信号且独立于任何其他相位的电压信号或无功分量设置至少两个相位中的每一个的无功分量。

根据第三方面的又一实施例，如果电压信号指示的电压处于预定电压带内，则根据带内梯度设置无功分量，如果电压信号指示的电压处于该相位的预定电压带外，则根据带外梯度设置无功分量。

根据第三方面的实施例，无功分量在预定电压带的边界上连续地变化。根据另一个实施例，无功分量在预定电压带的边界上以逐步的方式变化，其中在预定电压带之外的起点可以是预定的。

根据此处公开的主题的第四方面，提供一种用于操作电厂控制器的方法，该方法包含向变换器设备的单个控制器提供控制信号，其中变换器设备被配置用于将输入功率变换成电输出功率且包含用于电输出功率的每个相位的所述单个控制器之一。该方法还包含设置变换器设备使用的无功分量梯度，以用于在相应相位的电压处于预定电压带之外时控制至少一个相位的无功分量。

根据本文公开的主题的第五方面，提供一种计算机可读介质，其中在所述计算机可读介质上存储用于设置变换器设备中至少两个相位中的每一个的有功电流的计算机程序，所述计算机程序在由数据处理器执行时适于控制或实施如第三方面或其实施例所述的方法。

根据本文公开的主题的第六方面，提供一种程序元件（program element），所述程序元件被配置用于设置变换器设备的电输出功率的至少两个相位中的每一个的有功电流，所述程序元件在由数据处理器执行时适于控制或实施如第三方面或其实施例所述的方法。

根据本文公开的主题的第七方面，提供一种计算机可读介质，其中在计算机可读介质上存储用于设置变换器设备的至少一个相位的无功分量梯度的计算机程序，所述计算机程序在由数据处理器执行时适于控制或实施如第四方面或其实施例所述的方法。

根据本文公开的主题的第八方面，提供一种程序元件，所述程序元件被配置用于设置变换器设备的至少一个相位的无功分量梯度，所述程序元件在由数据处理器执行时适于控制或实施如第四方面或其实施例所述的方法。

如本文使用的，对程序元件和/或计算机可读介质的参考旨在等效于对这样的计算机程序的参考，该计算机程序包含用于控制计算机系统以协调上面描述的方法的性能的指令。

计算机程序可以通过使用任何合适的编程语言（诸如例如JAVA、C++）而被实施为计算机可读指令代码，并且可以被存储在计算机可读介质（可移动盘、易失性或非易失性存储器、嵌入式存储器/处理器等等）。指令代码可用于编程计算机或任何其它可编程设备从而实施预期的功能。计算机程序可以可从其可以从中下载的网络诸如万维网中获得。

本文公开的主题可以借助于计算机程序相应软件来实现。然而，本文公开的主题也可以借助于一个或多个特定电子电路相应硬件来实现。而且，本发明也可以以混合形式即以软件模块和硬件模块的组合被实现。

在下文中，将描述本文参考用于把输入功率变换成电输出功率的变换器设备和方法所公开的主题的示例性实施例。要指出的是，当然涉及本文主题的不同方面的特征的任何组合也是可能的。具体地，参考设备类型权利要求描述了一些实施例，而参考方法类型权利要求描述了其它实施例。然而，本领域的技术人员将从上面以及以下的描述中获悉，除非另外指出，除了属于一个方面的特征的任何组合、此外涉及不同方面或实施例的特征之间，例如甚至设备类型权利要求的特征和方法类型权利要求的特征之间、以及涉及变换器设备的特征和涉及电厂的特征之间的任何组合被认为由本申请公开。

上面定义的方面和实施例以及本文公开的主题的进一步方面和实施例从下面要描述的示例中显而易见并且参考附图进行解释，但是本发明不限于此。

附图说明

图1示意性示出依据本文公开主题的实施例的电厂。

图2A、2B和2C示意性示出用于具有三个相位的变换器设备的示例性电压信号以及依据本文公开的主题的实施例的三个相位的无功分量中的变换器设备的相应响应的时间演进。

图3示意性地示出依据本文公开的主题的实施例的变换器设备的示例性相位的无功分量相对于电压信号的变化。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。注意，在不同图中，类似或相同的元件被提供相同的附图标记或仅在附加字符内与对应附图标记不同的附图标记。

图1示意性地示出根据本文公开主题的实施例的电厂100的一部分。该电厂100包括变换器设备102以及发电机104。。

变换器设备102被配置用于将由发电机104供应的电输入功率106变换成在图1中的108处指示的电输出功率。电输出功率108具有至少两个相位，即，如图1所示的三个相位110a、110b和110c。电输出功率108的相位110a、110b、110c可以与图1中以112指示的电力网络的相应相位L1、L2、L3耦合。变换器设备102与电力网络112的耦合可以通过任何合适的装置（例如，开关组件114a、114b、114c）实现。在一个实施例中，开关组件114a、114b、114c一起可以形成主开关114。

根据一个实施例，为相位110a、110b、110c中的每一个提供单个控制器116a、116b和116c。

而且，变换器设备包含用于接收用于相位110a、110b、110c中的每一个的电压信号的电压输入。根据图1中所示的说明性实施例，每个控制器具有用于接收相应相位110a、110b、110c的电压信号120a、120b、120c的电压输入118a、118b、118c。根据一个实施例，控制器的各个电压输入118a、118b、118c一起形成变换器设备的“电压输入”。每个电压信号120a、120b、120c指示电输出功率108的相应相位的电压。每个电压信号可以是反馈信号的一部分，该反馈信号包括电压信号和至少一个其他量，例如，指示相位电流的电流信号。该电流信号指示的电流可以是有功电流、无功电流或包括有功电流和无功电流的总（复）电流。

单个控制器116a、116b、116c中的每一个被配置用于在电压信号120a、120b、120c指示的相应相位的电压处于预定电压带之外时将电输出功率108的有功电流设置为零。

根据一个实施例，除了载送所需有功和/或无功功率的电输出功率的相位之外，电厂包含中性线（在图1中未示出）。为了实现有功电流为零的设置，根据一个实施例，针对每个相位提供单个变换器122a、122b、112c，例如频率变换器。根据如图1所示的实施例，变换器122a、122b、122c中的每一个具有被配置用于接收交流形式的电输入功率106的输入124。根据其他实施例，变换器122a、122b、122c可以被配置用于接收直流电输入功率。而且，变换器122a、122b、122c包含用于提供电输出功率108的相位110a、110b、110c之一的输出126a、126b、126c。如图1所示，在各个变换器122a、122b、122c的相应输出126a、126b、126c处测量要在电力网络112中检测的每个相位110a、110b、110c的电压。

电厂100还包含用于向单个控制器116a、116b、116c提供控制信号的电厂控制器128。控制信号整体在图1中由130表示，且可以包括使用相应功率控制信号130a设置所期望功率P的控制信号、使用相应功率斜率控制信号130b设置对应于每时间单位的功率的特定变化的功率斜率dP/dt的控制信号以及使用相应电压控制信号130c设置所期望电压Us的控制信号。尽管对于单个控制器116a、116b、116c中的每一个使用相同的参考符号表示这三个示例性控制信号130a、130b、130c，应当理解这些控制信号对于所有单个控制器可以相等，或者对于单个控制器116a、116b、116c可以部分不同或全部不同。

单个控制器116a、116b、116c中的每一个包含用于接收控制信号130、130a、130b、130c的控制输入131a、131b、131c。控制器被配置用于响应于控制信号使用相应变换器控制信号132a、132b、132c控制其相关变换器122a、122b、122c，且可选地根据一个实施例，可从变换器接收反馈信号134a、134b、134c。

图1中示出的电厂100是风轮机的一部分，其中风轮机的齿轮和转子耦合到发电机104以用于驱动发电机104，但是在图1中没有示出。操作中，风电厂控制器128控制每个单相110a、110b、110c中的电压且将通过根据电压信号120a、120b、120c指示的每一相位中的电压电平把无功电流馈入到每个单相中来支持电力网络中的电压。

根据一个实施例，电厂100使用恒定无功功率因数在预定电压带内操作。根据一个实施例，如果电压（由电压信号120a、120b、120c指示）离开预定电压带（上冲或下冲），相应相位的有功电流将被设置为零，且无功电流将作为在电力网络112中检测的相应相位的电压的大小的函数而变化。应当注意，尽管开关114的开关组件114a、114b、114c在图1中处于断开状态，在操作中，开关组件114a、114b、114c将闭合，由此耦合电厂120到电力网络112。

在网络扰动的情况下，其中相位110a、110b、110c中的一个或更多个的电压离开预定电压带（也称为死区），且如果电厂100在每个单相中递送所需的无功电流，则每个单相中有功电流还可以进一步增加（且因此电压和总电流（有功电流加上无功电流）之间的相位角降低），直到变换器的极限。

根据实施例，可以由变换器122递送的功率受限于特定量。对于一些变换器类型，有功电流与无功电流之和必须在这个量之下，因此有功电流越低，无功电流可能越高。然而，这些是由变换器的设计所强加的限制，其可能随变换器类型和设计而极大地变化。

根据一个实施例，电厂100使用电压控制在电压死区内操作，这意味着每个相位中的功率因数根据该相位中的电压变化，从而使得电压保持在恒定值，至少保持在某些限制内，例如在预定电压带的边界内。如果一个或更多相位的电压离开预定电压带（上冲或下冲），则功率因数将根据网络中每个相位中的电压变化。根据一个实施例，无功电流根据死区内和/或死区外的预定梯度通过相应控制器116a、116b、116c改变。在下文中，死区内的预定无功电流梯度被称为带内梯度且死区外的无功电流梯度被称为带外梯度。根据一个实施例，带内梯度和带外梯度不同。

根据一个实施例，变换器120a、120b、120c的输出126a、126b、126c处提供的无功电流限制为变换器的额定电流。如果电压信号120a、120b、120c指示的电压离开死区（上冲或下冲），则无功电流将遵循预定带外梯度。根据一个实施例，用于死区边界处的无功电流的起始值是零安培。这意味着在该实施例中，无功电流根据死区外的带外梯度从死区内的原先值跳至无功电流控制的预定起始值。此处，死区内的原先值根据死区内的电压控制设置。

操作参数，诸如带内梯度、带外梯度、以及上面提及的控制信号的设置、等等，可以存储在相应控制器116a、116b、116c的存储器136a、136b、136c中。存储器136a、136b、136c中的相应设置可以例如由电厂控制器128至少部分地固定存储和/或可以是可变的。根据实施例，电厂控制器128可以根据实际属性诸如电力网络的阻抗来更新相应设置。电力网络（电网）的阻抗可以由短时间内的无功功率的针对性注入和电力网络的相关参数的测量来确定。

根据其它实施例，可以人工地启动由电厂控制128对相应设置的这种更新。

图2A、图2B和图2C分别示出图1的电厂100针对三个相位110a、110b、110c的电压和无功电流随着时间t的演变。

在图2A中，第一相位110a的电压V1保持在电平U1。在t=t1，发生扰动且电压V1从位于预定电压带ΔUb内的U1下降到位于预定电压带外的U2。响应于相位110a中的电压降，变换器设备102且尤其是第一相位110a的单个控制器116a将第一相位110a的无功电流RC1从零（0）提升到水平I1，水平I1由控制器116a根据带外梯度的实际值和预定电压带边界处的无功电流的实际预定值确定。在t=t2，电压V1再次处于预定电压带ΔUb内且无功电流RC1由变换器设备102设置为零。

在图2B中，在t1，第二相位110b的电压V2从预定电压带内的值U3下降到预定电压带外的值U4（在图2B中未示出预定电压带）。响应于此，变换器设备102将第二相位110b的无功电流RC2提升到值I2。在t=t2，电压V2再次处于预定电压带内且无功电流RC2由变换器设备102设置为零。

在第三相位110c中，在考虑的整个时间间隔内，电压V3以电平U5保持在预定电压带（在图3中未示出）内。因此，由于相位的单独控制，对于第三相位110c，无功电流RC3保持在零。根据其他实施例，如果电压信号指示的电压位于预定电压带内，则无功电流RC3不等于零。

图3示例性地示出根据本文公开的主题的实施例的无功电流的带内控制和带外控制。应当理解，代替无功电流，任何其它无功分量可以被考虑用于控制各个相位中变换器设备提供的电压。

图3示出用于第一相位110a的无功电流RC1的带外梯度150a、150b，带外梯度确定了图1的电压信号120a指示的电压V1的每单位变化的无功电流的变化量。无功电流RC1和电压V1的带内梯度在图3中的152处指示。无功电流RC1的正值在图3中的pv处指示，其中负值在图3中在nv处指示。在图3中进一步示出具有预定电压带的下边界154和上边界156的预定电压带△Ub。根据实施例，预定电压带△Ub的宽度157是电压V1的额定值的5％。根据其它实施例，宽度157可以被设置为额定电压的0％和20％之间的间隔中的任何值。根据其它实施例，其它值是可能的。

根据实施例，带内梯度152是由电压V1＝额定电压和无功电流RC1＝0定义的与原点158的偏移。带内梯度的偏移159被定义为在额定电压下梯度曲线152的无功电流Io。

带内梯度152的实际值和带外梯度150a、150b的实际值在实施例中是不同的。根据实施例，带内梯度152和带外梯度150a、150b中的至少一个的值是暂时固定的。根据另一个实施例，带内梯度152和带外梯度150a、150b中的至少一个的值是例如由来自例如图1所示的电厂控制器128的相应梯度控制信号可变化的。根据实施例，带外梯度在图3中的160处指示的预定梯度间隔内，例如在从1％到4％的间隔内是可变化的。在本文中，例如x％的梯度定义无功电流RC1针对电压V1的所检测1％变化要改变x％。应当理解，第一相110a的无功电流和电压在这里仅出于说明性目的而被参考。

以类似的方式，带内梯度152可以被定义并且可以可设置为相同梯度间隔中或不同梯度间隔中的值。

根据本发明的实施例，电厂或变换器设备的任何合适部件例如单个控制器以使得处理器能够提供如本文公开的相应元件的功能的相应计算机程序产品的形式被提供。根据其它实施例，电厂或变换器设备的任何部件例如单个控制器可以以硬件被提供。根据其它－混合－实施例，一些部件可以以软件被提供而其它部件以硬件被提供。

由本文公开的主题的实施例提供的功能可以借助于软件更新、固件更新等等而强加在现有的变换器设备/现有的电厂控制器上。

应当注意，术语“包括”不排除其它元件或步骤并且“一（a）”或“一个（an）”不排除多个。此外，结合不同实施例所描述的元件可以被组合。也应当注意，权利要求书中的参考标记不应当被解释为限制权利要求书的范围。

为了概括本发明的上面描述的实施例，可以陈述：

描述用于在例如电厂诸如风轮机中进行功率变换的变换器设备。为变换器设备的输出功率的每个相位提供单个控制器。如果一个相位的电压指示为处于预定电压带之外，则该相位的有功电流设置为零，且可选地，该相位的无功分量设置为依赖于指示电压的值。

根据一个实施例，变换器设备被配置用于将电输入功率变换成电输出功率。根据另一个实施例，变换器设备被配置用于将机械输入功率变换成电输出功率。

根据一个实施例，单个控制器中的至少一个被配置用于根据其他相位的无功分量设置或改变其相位的无功分量。例如，根据一个实施例，至少一个单个控制器可以被配置用于响应于非选择信号或响应于不接收前述选择器信号根据其他相位的无功分量改变其相位的无功分量。这种实施例可以允许电输出功率的相位的单个和独立控制与低中性线电流之间的良好折衷的选择。

根据另一实施例，电输出功率具有n个相位，且变换器设备具有n个单个控制器，其中单个控制器中的每一个被配置用于响应于选择器信号，根据其相位的电压信号且独立于任何其他相位的电压信号改变其相位的无功分量。另外或备选地，单个控制器可以被配置用于响应于选择器信号根据其相位的电压信号且独立于其他相位的电流改变其相位的无功分量。

依据本文公开的主题的实施例，尤其在非对称故障的情况中，只在故障相位中完成电压支持。因此，支持电力网络的稳定性，因为由于所有相位中无功电流的馈入，良好的电压将不上冲。而且，因为在一些实施例中在每个相位中满足需求，此处公开的主题的实施例允许遵循需求的电压的更精确的支持。

因为每个单相被控制，与已知方案相比，可以减小提供所需无功电流的反应时间。

变换器以及变换器设备的负荷将被限制为使用无功电流馈入的全部电势。而且，根据实施例，尤其可以在电力网络（电网）的故障的起始点期间实现反应时间，其中将花费较小的时间来确定电压骤降深度。

在电厂传送所需无功电流之后，例如在风电厂的情况中，有功电流的馈入将减小风轮机的机械负荷。而且，有功电流的馈入将支持电力网络（电网）的稳定性。

此处公开的主题的实施例导致电厂的更稳定的电力网络操作。电压将是更恒定的并因此尤其在风速变化期间对电力网络的影响将被减小或甚至最小化。电压设置点可以被设置为（略）高于额定电压的值以便补偿集电栅（collector grid）中或电缆和变压器中的一些正常无功功率消费者。从而可以减小电厂中的损耗。进一步，在变电战处的抽头转换开关（tab changer）的切换操作将被减小。从而，将增加抽头转换开关的寿命。

Claims (15)

1. 一种变换器设备（102），用于将输入功率（106）变换成具有至少两个相位（110a、110b、110c）的电输出功率（108），该变换器设备（102）包含：

－电压输入（118a、118b、118c），用于接收用于所述至少两个相位（110a、110b、110c）中的每一个的电压信号（120a、120b、120c），所述电压信号（120a、120b、120c）指示相应相位的电压；

－单个控制器（116a、11b、116c），用于所述至少两个相位（110a、110b、110c）中的每一个，每个控制器（116a、11b、116c）被配置用于在相应相位的电压处于预定电压带之外时将有功电流设置为零。

2. 根据权利要求1所述的变换器设备（102），其中所述单个控制器中的每一个被配置用于根据对应于其相位的电压信号（120a、120b、120c）设置其相位的无功分量。

3. 根据权利要求2的变换器设备（102），

－所述电输出功率（108）具有n个相位（110a、110b、110c）；

－所述变换器设备（102）具有n个所述单个控制器，

－选择器被配置用于从所述n个控制器中选择n-1个所述单个控制器，且用于将选择器信号输出到所述选择的n-1个单个控制器；

－其中，所述单个控制器中的至少一个被配置用于响应于所述选择器信号，根据其相位的电压信号（120a、120b、120c）且独立于任何其他相位的电压信号（120a、120b、120c）设置其相位的无功分量。

4. 根据权利要求3所述的变换器设备（102），

－其中至少一个单个控制器（116a、116b、116c）被配置用于至少响应于没有接收所述选择器信号而根据其他相位（110a、110b、110c）的无功分量设置其相位的无功分量。

5. 根据权利要求2所述的变换器设备（102），

－所述电输出功率（108）具有n个相位（110a、110b、110c）；

－所述变换器设备（102）具有n个所述单个控制器，

－其中所述单个控制器中的每一个被配置用于响应于所述选择器信号根据其相位的电压信号（120a、120b、120c）且独立于任何其他相位的电压信号（120a、120b、120c）设置其相位的无功分量。

6. 根据前述权利要求其中之一所述的变换器设备（102），

－其中所述控制器中的至少一个被配置用于实现电压信号（120a、120b、120c）所指示的电压的变化的每电压单位的无功分量的预定变化，每电压单位的无功分量的所述预定变化限定无功分量梯度；

－其中所述至少一个控制器（116a、116b、116c）被配置用于在电压信号（120a、120b、120c）指示的电压处于预定电压带内时根据带内无功分量梯度控制其相位的无功分量，且在电压信号（120a、120b、120c）指示的电压处于预定电压带之外时根据带外无功分量梯度控制其相位的无功分量；以及

－其中带内无功分量梯度不同于带外无功分量梯度。

7. 根据前述权利要求其中之一所述的变换器设备（102），

－其中至少一个控制器（116a、116b、116c）被配置用于以逐步方式改变所述预定电压带的边界处的无功分量。

8. 一种电厂，包含：

－根据前述权利要求其中之一所述的变换器设备（102）。

9. 根据权利要求8的电厂，还包含用于向变换器设备（102）的各个控制器提供控制信号的电厂控制器，用于设置变换器设备（102）的各个控制器中的无功分量梯度。

10. 一种用于将输入功率（106）变换成具有至少两个相位（110a、110b、110c）的电输出功率（108）的方法，该方法包含：

－接收用于所述至少两个相位（110a、110b、110c）中的每一个的电压信号（120a、120b、120c），所述电压信号（120a、120b、120c）指示相应相位的电压；

－如果相应相位的电压位于预定电压带之外，则将所述至少两个相位（110a、110b、110c）中的每一个的有功电流设置为零。

11. 一种用于操作电厂控制器（128）的方法，该方法包含：

－向变换器设备（102）的控制器（116a、116b、116c）提供控制信号，其中该变换器设备（102）被配置用于将输入功率（106）变换成电输出功率（108）；

－该控制信号被配置用于给变换器设备（102）设置变换器设备（102）使用的无功分量梯度，用于在相应相位的电压处于预定电压带之外时控制至少一个相位的无功分量。

12. 一种计算机可读介质，其中在该计算机可读介质上存储有用于设置变换器设备（102）中的至少两个相位（110a、110b、110c）中的每一个的有功电流的计算机程序，当被数据处理器执行时，该计算机程序适于控制或者实施如权利要求10所述的方法。

13. 一种程序元件，该程序元件被配置用于设置变换器设备（102）的电输出功率（108）的至少两个相位（110a、110b、110c）中的每一个的有功电流，当被数据处理器执行时，该程序元件适于控制或者实施如权利要求10所述的方法。

14. 一种计算机可读介质，其中该计算机可读介质上存储有用于设置变换器设备（102）的至少一个相位的无功分量梯度的计算机程序，当被数据处理器执行时，该计算机程序适于控制或者实施如权利要求11所述的方法。

15. 一种程序元件，该程序元件被配置用于设置变换器设备（102）的至少一个相位的无功分量梯度，当被数据处理器执行时，该程序元件适于控制或者实施如权利要求11所述的方法。

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