CN102165683A - 在电网故障的情况下用于风力设备的控制方法和系统 - Google Patents

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Abstract

在电网故障的情况下用于风力设备的控制方法和系统。本发明涉及用于在电力电网中出现故障的情况下控制连接到所述电网的风力设备的方法和系统。在形成风力设备的一部分的电机中，如发电机和变压器，可以引入多个有源和无源元件来改变中性点闭合的阻抗。这限制了电网故障期间的电流，由此减小风力涡轮机的机械传动系中的峰值转矩，并且允许保证对网络连接要求的符合，因为有功和无功电流一直被控制。

Description

在电网故障的情况下用于风力设备的控制方法和系统
技术领域
本发明涉及用于当在电力电网中出现故障时控制连接到该电网的风力设备的方法和系统。
背景技术
近年来，连接到电力电网的风力涡轮机和风力发电厂的数目已大大增加。出于该原因，电网运营商已经提高了风力涡轮机的性能要求，指定在故障(例如电网电压骤降)的情况下的行为的特定要求以防止它们从电网断开。
在各种风力涡轮机类型中，那些基于双馈拓扑的风力涡轮机对电网扰动最为敏感。在该类型的拓扑中，在电压骤降的情况下，转子绕组遭遇高电流，所述高电流可能损坏连接到该转子的变换器（converter）。
当前有若干不同的解决方案，用于使变换器免受双馈系统中产生的高电流。
这些解决方案(诸如WO03/065567、WO2004/091085和WO2005/015730)中的一些例如与发电机的定子或转子并联地引入阻抗。然而，这些解决方案要求在转换的初始时刻使发电机与电网脱离或者丧失对发电机的控制，由此妨碍了对电网运营商要求的符合。
其他解决方案(WO03/058789)提出在发电机与电网之间插入与定子相位（stator phase）中的每一个串联的一些阻抗。这要求在系统中并入大量的部件，将导致损失和故障风险的增加。
公开的发明提出一种替换方式，其允许在电网故障的情况下，利用提供改善的系统性能和可靠性的少量元件，保持发电机被连接到电网并且被一直控制。本发明意在限制在电网故障期间出现的电流，以使得机械传动系（mechanical train）中的峰值转矩被减小，并且同时保证对电网连接要求的符合，因为有功和无功电流一直被控制。
发明内容
通过增加电流所遵循的任何路径或其反射的任何路径的阻抗，可以减小在量值巨大的电压骤降的情况下的异步发电机中的电流。
在能量转化中涉及的电机（例如发电机和变压器）中，可以通过引入多个有源和无源元件来修改中性点闭合（neutral closing）的阻抗。
有源元件指的是诸如晶闸管、IGBT、继电器、接触器等之类的开关。无源元件指的是阻抗(电阻、电感和电容器)的任何组合。
本发明的控制系统涉及电网故障情况下的风力设备，其特征在于具有被连接以闭合中性点的至少一个整流器元件和一组有源和无源元件。该中性点可以是发电机转子、发电机定子的中性点或风力设备的至少一个变压器的中性点。
因此，本发明具有这样的元件，其能够使用整流元件和一组无源和有源元件暂时地改变系统元件之一的中性点的闭合的阻抗。具体地，其可以作用于发电机转子、发电机定子的连接或风力设备的任何变压器的绕组(初级或次级)之一，所述变压器诸如是风力涡轮机的变压器、存在于风力设备的内部电网中的变电站（substation）或任何其他变压器。
本发明的控制方法涉及风力设备并且包括以下阶段:检测电网扰动;生成用于有源元件的控制信号，其修改所选中性点闭合的阻抗，从发电机转子、发电机定子的中性点和风力站的至少一个变压器的中性点中选择该中性点;检测电网扰动的结束并且生成用于有源元件的控制信号以返回到修改前中性点的阻抗值。
为了帮助更好地理解本说明书并且作为其组成部分，附有一组附图，其中出于说明的目的并且以非限制意义表示了本发明的目的。
附图说明
图1示出根据其中对绕组转子异步发电机的定子的中性点的闭合起作用的优选实施例的操作的一般示意表示。
图2示出根据其中对绕组转子异步发电机的转子的中性点的闭合起作用的优选实施例的操作的一般示意表示。
图3示出根据其中对绕组转子异步发电机的变压器的中性点的闭合起作用的优选实施例的操作的一般示意表示。
图4示出先前图(图3)的变压器块(301)的详细表示。
具体实施方式
现在参考各图对本发明的示例进行描述。首先将描述本发明的系统，其后是操作方法，其对于所有实施例是共同的。
在优选实施例中，使用具有绕组转子的异步发电机。然而，本发明适用于具有任何其他类型的异步发电机的风力涡轮机。
在本发明的优选实施例(图1)中，对绕组-转子异步定子发电机(105)的中性点闭合起作用。该图示出发电机(105)，其中每个定子绕组的起始端子和末尾端子是可接近的。整流桥(106)连接到前述定子绕组中的每一个的末尾端子。在整流桥(106)的直流输出处连接与有源开关(108)(诸如晶闸管、IGBT等)并联的阻抗(107)。
在另一个优选实施例(图2)中，具有阻抗(202)和有源开关(203)的整流桥(201)可以作用于发电机(105)的转子的中性点的闭合。
此外，在另一个优选实施例(图3–图4)中，具有阻抗(402)和有源开关(403)的整流桥(401)能够连接到风力设备的任何变压器(301)的任何绕组(初级或次级)。
在正常操作中，在每个优选实施例中，通过激励有源开关(108、203、403)使阻抗(107、202、402)短路来减小中性点闭合的阻抗，以便最小化损失。当对应的电机是星型连接时，该情形也是相同的。
如果检测到电压骤降，则将通过打开有源开关(108、203、402)、迫使来自发电机(105)的电流在其被整流为直流电流后通过与有源开关(108、203、403)并联的阻抗(107、202、402)，来进行控制。这允许减小电流并且保持发电机被连接到电网，同时保持系统一直被控制。在该情况下，可以改变系统控制参数以调整到新的操作条件。
当检测到电网扰动的结束时，将闭合有源开关(108、203、403)，使阻抗(107、202、402)短路。

Claims (5)

1. 一种在电网故障情况下用于风力设备的控制系统，其特征在于其包括被连接以闭合中性点的至少一个整流器元件和一组有源和无源元件，从发电机转子的中性点、发电机定子的中性点和风力设备的至少一个变压器的中性点中选择该中性点。
2. 根据权利要求1所述的在电网故障情况下用于风力设备的控制系统，适用于定子连接到电力电网的发电机，其特征在于发电机定子绕组的端子连接到至少一个整流元件和一组有源和无源元件以用于闭合定子的中性点。
3. 根据权利要求1所述的在电网故障情况下用于风力设备的控制系统，适用于具有绕组转子的异步类型发电机，其定子连接到电力电网，其特征在于发电机转子绕组的端子连接到至少一个整流元件和一组有源和无源元件以用于闭合转子的中性点。
4. 根据权利要求1所述的在电网故障情况下用于风力设备的控制系统，其特征在于，风力设备的变压器之一的任一绕组(初级或次级)的端子连接到至少一个整流元件和一组有源和无源元件以用于闭合中性点。
5. 一种在电网故障情况下用于风力设备的控制方法，其允许操作前述权利要求的系统中的任何一个，所述方法包括以下阶段:
-检测电网扰动;
-生成用于有源元件的控制信号，其修改中性点的闭合的阻抗，从发电机转子的中性点、发电机定子的中性点和风力设备的至少一个变压器的中性点中选择该中性点;
-检测电网扰动的结束;
-生成用于有源元件的控制信号以使中性点的阻抗返回其修改前的值。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106567805A (zh) * 2015-10-12 2017-04-19 西门子公司 控制风力设备的方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2010352434B2 (en) * 2010-04-29 2014-12-11 Ingeteam Power Technology, S.A. System and method for control an electric generator
US9184685B2 (en) 2010-10-28 2015-11-10 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine generator
KR101237123B1 (ko) * 2011-09-07 2013-02-25 서울대학교산학협력단 단일 외부 전원 공급형 가변속 유도 전동기 및 그 제어 방법
ES2908952T3 (es) 2013-10-31 2022-05-04 Gen Electric Sistema y método para controlar sistemas de generación de potencia eólica
EP3084907B1 (en) * 2013-12-18 2023-06-07 Ingeteam Power Technology, S.A. Variable impedance device for a wind turbine
CN105281622B (zh) * 2014-02-17 2017-09-29 南通大学 模块化装配型可容错运行的风力发电机组
US9705440B2 (en) * 2015-07-16 2017-07-11 Hamilton Sundstrand Corporation Fault tolerant electric power generating system
CN105736247B (zh) * 2016-03-08 2018-09-25 太原重工股份有限公司 风电机组
US10468881B2 (en) * 2017-05-31 2019-11-05 General Electric Company Electrical power systems having zig-zag transformers
CN108599192B (zh) * 2018-03-30 2020-09-25 中国电力科学研究院有限公司 一种孤岛换流站连接无源电网的功率越限快速控制方法及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4812729A (en) * 1986-08-19 1989-03-14 Hitachi Ltd. Protecting apparatus for secondary excitation type variable speed AC generator/motor
WO2003028203A1 (de) * 2001-09-27 2003-04-03 Alexander Stoev Kaskade mit elektronischer abschaltung und erweitertem drehzahlbereich
WO2003058789A1 (en) * 2002-01-14 2003-07-17 Vestas Wind Systems A/S Power grid connection system for a wind turbine generator
WO2005015730A1 (en) * 2003-07-15 2005-02-17 Gamesa Eolica, S.A., Sociedad Unipersonal Control and protection of a doubly-fed induction generator system
US20070030606A1 (en) * 2005-07-25 2007-02-08 Honeywell International, Inc. System and method for fault protection for permanent magnet machines

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7511385B2 (en) * 2005-11-11 2009-03-31 Converteam Ltd Power converters
US7372174B2 (en) * 2005-11-11 2008-05-13 Converteam Ltd Power converters
KR100668118B1 (ko) * 2005-12-30 2007-01-16 한국전기연구원 권선형 유도 발전기 제어용 전력변환장치 및 전력변환방법
US7425771B2 (en) * 2006-03-17 2008-09-16 Ingeteam S.A. Variable speed wind turbine having an exciter machine and a power converter not connected to the grid
CN101401294B (zh) * 2006-03-17 2013-04-17 英捷电力技术有限公司 具有激励器设备和不连接至电网的功率变换器的变速风机
US7476987B2 (en) * 2006-04-25 2009-01-13 The University Of New Brunswick Stand-alone wind turbine system, apparatus, and method suitable for operating the same
EP2123908A4 (en) * 2006-12-22 2012-03-14 Wind To Power System S L ASYNCHRONOUS GENERATOR WITH DOUBLE SUPPLY
DE102007022511B4 (de) * 2007-05-14 2009-07-30 Repower Systems Ag Windenergieanlage mit einer Verstelleinrichtung für die Rotorblätter
US7554303B1 (en) * 2008-05-15 2009-06-30 Hideo Kawamura Controller of permanent magnet generator
US8212408B2 (en) * 2008-12-24 2012-07-03 Alencon Acquisition Co., Llc. Collection of electric power from renewable energy sources via high voltage, direct current systems with conversion and supply to an alternating current transmission network
DE102010016105B4 (de) * 2010-03-23 2015-10-08 Moog Unna Gmbh Notbetriebsfähige Pitchantriebsvorrichtung für eine Wind- oder Wasserkraftanlage
CN102901919B (zh) * 2011-07-29 2015-02-04 台达电子企业管理（上海）有限公司 双馈式感应发电系统及其有源撬棍电路的自我测试方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4812729A (en) * 1986-08-19 1989-03-14 Hitachi Ltd. Protecting apparatus for secondary excitation type variable speed AC generator/motor
WO2003028203A1 (de) * 2001-09-27 2003-04-03 Alexander Stoev Kaskade mit elektronischer abschaltung und erweitertem drehzahlbereich
WO2003058789A1 (en) * 2002-01-14 2003-07-17 Vestas Wind Systems A/S Power grid connection system for a wind turbine generator
WO2005015730A1 (en) * 2003-07-15 2005-02-17 Gamesa Eolica, S.A., Sociedad Unipersonal Control and protection of a doubly-fed induction generator system
US20070030606A1 (en) * 2005-07-25 2007-02-08 Honeywell International, Inc. System and method for fault protection for permanent magnet machines

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106567805A (zh) * 2015-10-12 2017-04-19 西门子公司 控制风力设备的方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2293431B1 (en) 2011-12-07
ATE536661T1 (de) 2011-12-15
BRPI0913123A2 (pt) 2018-02-06
WO2009141485A2 (es) 2009-11-26
US20110140432A1 (en) 2011-06-16
ES2360433B1 (es) 2012-04-20
US8541898B2 (en) 2013-09-24
CA2725531A1 (en) 2009-11-26
ES2360433A1 (es) 2011-06-06
WO2009141485A3 (es) 2010-05-06
EP2293431A2 (en) 2011-03-09

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