CN110603707B - 电功率系统和子系统 - Google Patents
电功率系统和子系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110603707B CN110603707B CN201880030773.0A CN201880030773A CN110603707B CN 110603707 B CN110603707 B CN 110603707B CN 201880030773 A CN201880030773 A CN 201880030773A CN 110603707 B CN110603707 B CN 110603707B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rotor
- power
- converter
- generator
- side converters
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 15
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
- H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
- H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
- H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
- H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M5/4585—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/381—Dispersed generators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
- H02J2300/28—The renewable source being wind energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
一种电功率子系统，包括：发电机，其包括发电机定子和发电机转子；以及电联接至发电机的功率转换器。功率转换器包括：并联电联接的多个转子侧转换器；线路侧转换器；以及将多个转子侧转换器和线路侧转换器电联接的调节的DC链路。电功率子系统还包括：定子功率路径，其用于从发电机定子向电网提供功率；以及转换器功率路径，其用于从发电机转子通过功率转换器向电网提供功率。
Description
技术领域
本公开大体上涉及用于从例如风力涡轮向电网提供功率的电功率系统和子系统。
背景技术
风力被认为是目前可获得的最清洁、最环保的能源之一，并且风力涡轮在这方面已引起越来越多的关注。现代风力涡轮通常包括塔筒、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型原理捕获风的动能。例如，转子叶片通常具有翼型件的截面轮廓，使得在操作期间，空气流过叶片而在侧部之间产生压力差。因此，从压力侧朝向吸力侧的升力作用在叶片上。升力在主转子轴上产生转矩，主转子轴用齿轮连到用于发电的发电机上。
例如，图1和图2示出了根据常规构造的风力涡轮10和适合于与风力涡轮10一起使用的相关联的电功率系统。如图所示，风力涡轮10包括机舱14，该机舱14通常容纳发电机28(图2)。机舱14安装在从支承表面(未示出)延伸的塔筒12上。风力涡轮10还包括转子16，转子16包括附接到旋转毂18的多个转子叶片20。当风冲击转子叶片20时，叶片20将风能转换成机械旋转转矩，该机械旋转转矩可旋转地驱动低速轴22。低速轴22构造成驱动齿轮箱24(如果存在的话)，该齿轮箱24随后使低速轴22的低转速逐步提高以在增加的转速下驱动高速轴26。高速轴26大体上可旋转地联接至发电机28(诸如双馈感应发电机或DFIG)，以便可旋转地驱动发电机转子30。因此，可由发电机转子30感应出旋转磁场，并且可在与发电机转子30磁耦合的发电机定子32内感应出电压。相关联的电功率可从发电机定子32传输到主三绕组变压器34，该变压器34通常通过电网断路器36连接到电网。因此，主变压器34逐步提高电功率的电压幅度，使得可将变换后的电功率进一步传输到电网。
另外，如图所示，发电机28通常电联接至双向功率转换器38，该双向功率转换器38包括经由调节的DC链路44连结至线路侧转换器42的转子侧转换器(rotor-sideconverter)40。转子侧转换器40将从转子30提供的AC功率转换成DC功率，并且将DC功率提供给DC链路44。线路侧转换器42将DC链路44上的DC功率转换成适合于电网的AC输出功率。因此，来自功率转换器38的AC功率可与来自定子32的功率组合以提供具有基本上保持在电网频率(例如50Hz/60Hz)的频率的多相功率(例如三相功率)。
如图2中所示，所示的三绕组变压器34通常具有(1)连接到电网的33 kV(kV)中压(MV)初级绕组33，(2)连接到发电机定子32的6至13.8 kV MV次级绕组35，(3)连接到线路侧功率转换器42的690至900伏(V)低压(LV)三级绕组37。
现在参看图3，可将多个风力涡轮10的各个电功率系统布置在预定的地质位置并且电连接在一起以形成风电场46。更具体而言，如图所示，风力涡轮10可布置成多个组48，其中各个组分别经由开关51,52,53单独地连接到主线50。另外，如图所示，主线50可电联接到另一个较大的变压器54，用于进一步逐步提高来自风力涡轮10的组48的电功率的电压幅度，之后将功率发送到电网。
然而，关于这种系统的一个问题是与各个涡轮10相关联的三绕组变压器34是昂贵的。特别地，连接到发电机定子32的变压器34的次级绕组35可能是昂贵的。因此，从风力涡轮功率系统消除这种三绕组变压器将是有利的。
功率系统中需要解决的另一个问题是谐波。例如，如果消除了次级绕组，则会导致系统中的阻抗降低。因此，存在这样的系统不满足某些机构对谐波的要求的风险增加。因此，特别是鉴于机构谐波要求，包括用于减少注入电网中的谐波电流的特征的功率系统将是有利的。
发明内容
本发明的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或可从描述变得显而易见，或可通过实施本发明而获知。
根据一个实施例，提供了一种用于连接到电网的电功率子系统。电功率子系统包括：发电机，其包括发电机定子和发电机转子；以及电联接到发电机的功率转换器。功率转换器包括：并联电联接的多个转子侧转换器；线路侧转换器；以及将多个转子侧转换器和线路侧转换器电联接的调节的DC链路。电功率子系统还包括：定子功率路径，其用于从发电机定子向电网提供功率；转换器功率路径，其用于从发电机转子通过功率转换器向电网提供功率；以及部分功率变压器，其设在转换器功率路径上。
根据另一个实施例，提供了一种用于连接到电网的电功率子系统。电功率子系统包括：发电机，其包括发电机定子和发电机转子；以及电联接到发电机的功率转换器。功率转换器包括：并联电联接的多个转子侧转换器；线路侧转换器；以及将多个转子侧转换器和线路侧转换器电联接的调节的DC链路。电功率子系统还包括：定子功率路径，其用于从发电机定子向电网提供功率；转换器功率路径，其用于从发电机转子通过功率转换器向电网提供功率；以及将子系统连接到电网的变压器。电功率子系统还包括联接至功率转换器的控制器，控制器配置成协调多个转子侧转换器的切换以在多个转子侧转换器之间产生交错的切换模式。
根据另一个实施例，提供了一种用于操作电功率子系统的方法。电功率子系统包括发电机，发电机包括发电机定子和发电机转子。电功率子系统还包括电联接到发电机的功率转换器，功率转换器包括并联电联接的多个转子侧转换器、线路侧转换器，以及电联接多个转子侧转换器和线路侧转换器的调节的DC链节。电功率子系统还包括：定子功率路径，其用于从发电机定子向电网提供功率；转换器功率路径，其用于从发电机转子通过功率转换器向电网提供功率；以及部分功率变压器，其设在转换器功率路径上。该方法包括切换多个转子侧转换器以在多个转子侧转换器之间产生交错的切换模式。
本发明的这些及其他特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求书变得更好理解。结合到该说明书中且构成该说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且连同描述用于阐释本发明的原理。
附图说明
在参照附图的说明书中阐述了本发明的完整且开放的公开，包括针对本领域的普通技术人员的其最佳模式，在附图中：
图1示出了根据常规构造的风力涡轮的一个实施例的一部分的透视图；
图2示出了适合于结合图1中所示的风力涡轮使用的常规电功率系统的示意图；
图3示出了根据常规构造的常规风电场的一个实施例的示意图，特别示出了多个风力涡轮功率系统，诸如连接到单个配电站变压器的图2中所示的那些；
图4示出了根据本公开的用于风力涡轮的电功率系统的一个实施例的示意图；
图5示出了根据本公开的风电场的一个实施例的示意图，特别示出了多个风力涡轮群集，各自经由群集变压器连接到电网；
图6示出了根据本公开的风力涡轮控制器的一个实施例的框图；
图7示出了根据本公开的用于风力涡轮的电功率系统的一个实施例的示意图，该电功率系统包括谐波减少特征；
图8示出了根据本公开的用于风力涡轮的电功率系统的另一个实施例的示意图，该电功率系统包括谐波减少特征；
图9示出了根据本公开的用于风力涡轮的电功率系统的另一个实施例的示意图，该电功率系统包括谐波减少特征；以及
图10是示出根据本公开的协调转子侧转换器的切换以产生交错的切换模式的一个实施例的图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。各个示例通过阐释本发明的方式提供，而不限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可在本发明中作出各种改型和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可结合另一个实施例使用以产生又一个实施例。因此，意在使本发明覆盖落入所附权利要求书和其等同物的范围内的此类改型和变型。
大体上，本主题针对用于连接并以减少的谐波提供功率到电网的电功率系统。根据本公开的电功率系统可包括发电机和电联接至发电机的功率转换器。功率转换器可包括彼此并联电联接的多个转子侧转换器。使用多个转子侧转换器而不是仅单个转子侧转换器有利地促进了谐波的减少。在一些情况下，这样的多个转子侧转换器可进一步导致系统中的谐波滤波器的消除或位置的改变。此外，在示例性实施例中，转子侧转换器的切换模式可协调以产生交错的切换模式，其中各个转子侧转换器的切换相位彼此偏移，导致显著减少的谐波电流传输到电网。此外，任何必要的滤波设备可设计为用于在由交错的切换模式产生的更高频率下的操作，从而有利地导致物理上更小且成本更低的设备。
现在参看图4，示出了根据本公开的电功率子系统102的一个实施例的示意图。应当理解的是，用语"子系统"在本文中用于在独立功率系统(例如，如图4或图2中所示)与包括多个电功率子系统102的图5或图3的整体电功率系统105之间进行区分。然而，本领域的普通技术人员将认识到图4(或图2)的电功率子系统102也可称为更一般的，诸如简单为系统(而非子系统)。因此，此类用语可互换地使用，且不意在限制。
此外，如图所示，电功率子系统102可对应于风力涡轮功率系统100。更具体而言，如图所示，风力涡轮功率系统100包括转子104，其包括附接到转毂108的多个转子叶片106。当风冲击转子叶片106时，叶片106将风能转换成机械旋转转矩，该机械旋转转矩可旋转地驱动低速轴110。低速轴110构造成驱动齿轮箱112，齿轮箱112继而又逐步提高低速轴110的低转速以在增加的转速下驱动高速轴114。高速轴114大体上可旋转地联接至双馈感应发电机116(在下文中称为DFIG 116)，以便可旋转地驱动发电机转子118。因此，可由发电机转子118感应出旋转磁场，并且可在与发电机转子118磁耦合的发电机定子120内感应出电压。在一个实施例中，例如，发电机116配置成将旋转机械能转换成发电机定子120中的正弦三相交变电流(AC)电能信号。因此，如图所示，相关联的电功率可从发电机定子120直接地传输至电网。
另外，如图所示，发电机116电联接到双向功率转换器122上，其包括经由调节的DC链路128连结到线路侧转换器126的转子侧转换器124。因此，转子侧转换器124将从发电机转子118提供的AC功率转换成DC功率，且将DC功率提供至DC链路128。线路侧转换器126将DC链路128上的DC功率转换成适合于电网的AC输出功率。更具体而言，如图所示，来自功率转换器122的AC功率可分别经由转换器功率路径127和定子功率路径125与来自发电机定子120的功率组合。例如，如图所示，且相比于常规系统(诸如图1-图3中所示的那些)，转换器功率路径127可包括用于逐步提高来自功率转换器122的电功率的电压幅度的部分功率变压器130，使得变换的电功率可进一步传输至电网。因此，如图所示，图4的示出的系统102不包括上文所述的常规三绕组主变压器。相反，如示出的实施例中所示，部分功率变压器130可对应于具有连接到电网的初级绕组132和连接到线路侧转换器126的次级绕组134的二绕组变压器。值得注意的是，在一些实施例中，部分功率变压器可包括用于辅助负载的第三辅助绕组。
另外，电功率子系统102可包括控制器136，该控制器136配置成控制风力涡轮100的构件中的任一个和/或实施本文所述的方法步骤。例如，如图6中特别地示出的那样，控制器136可包括一个或多个处理器138和相关联的存储器装置140，其配置成执行多种计算机可执行功能(例如，执行方法、步骤、计算等，以及储存如本文公开的相关数据)。此外，控制器136还可包括通信模块142来便于控制器136与风力涡轮100的各种构件(例如，图4和5的构件中的任一个)之间的通信。此外，通信模块142可包括传感器接口144(例如，一个或多个模数转换器)，以允许从一个或多个传感器139,141,143传输的信号转换成可由处理器138理解和处理的信号。应当理解，传感器139,141,143可使用任何合适的器件通信地联接到通信模块142。例如，如图6中所示，传感器139,141,143可经由有线连接联接到传感器接口144。然而，在其他实施例中，传感器139,141,143可经由无线连接联接到传感器接口144，诸如通过使用本领域中已知的任何适合的无线通信协议。因此，处理器138可配置成接收来传感器139,141,143的一个或多个信号。
如本文所使用的用语"处理器"不仅指本领域中称为包括在计算机中的集成电路，而且指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路，以及其他可编程电路。处理器138还配置成计算先进控制算法，且与多种基于以太网或串行的协议(Modbus, OPC, CAN等)通信。此外，存储器装置140可大体上包括存储器元件，包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存储存储器(RAM)、计算机可读非易失性介质(例如，闪速存储器)、软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能盘(DVD)和/或其他适合的存储器元件)。此类存储器装置140可大体上配置成储存适合的计算机可读指令，其在由处理器138实施时，将控制器136配置成执行如本文所述的各种功能。
在操作中，通过转子104的旋转在发电机定子120处生成的交变电流(AC)功率经由双通路提供至电网，即，经由定子功率路径125和转换器功率通路127。更具体而言，转子侧转换器124将从发电机转子118提供的AC功率转换成DC功率，且将DC功率提供至DC链路128。用于转子侧转换器124的桥接电路中的切换元件(即，IGBT)可调制成将从发电机转子118提供的AC功率转换成适合于DC链路128的DC功率。线路侧转换器126将DC链路128上的DC功率转换成适合于电网的AC输出功率。特别地，用于线路侧转换器126的桥接电路中的切换元件(例如，IGBT)可调节成将DC链路128上的DC功率转换成AC功率。因此，来自功率转换器122的AC功率可与来自发电机定子120的功率组合，以提供具有基本上保持在电网频率下的频率的多相功率。应当理解的是，转子侧转换器124和线路侧转换器126可具有使用便于如本文所述的电功率系统的操作的任何切换装置的任何构造。
此外，功率转换器122可与涡轮控制器136和/或单独或集成的转换器控制器154处于电子数据通信地联接以控制转子侧转换器124和线路侧转换器126的操作。例如，在操作期间，控制器136可配置成从第一组电压和电流传感器139,141,143接收一个或多个电压和/或电流测量信号。因此，控制器136可配置成经由传感器139,141,143监测和控制与风力涡轮100相关联的操作变量中的至少一些。在所示实施例中，传感器139,141,143可电联接到便于如本文所述的电功率子系统102的操作的电功率子系统102的任何部分。
还应当理解的是，任何数目或类型的电压和/或电流传感器可在风力涡轮100内且在任何位置使用。例如，传感器可为电流变压器、分流器传感器、罗戈夫斯基线圈、霍尔效应电流传感器、微惯性测量单元(MIMU)或类似的，和/或本领域中现在已知或以后开发的任何其他适合的电压或电流传感器。因此，转换器控制器154配置成从传感器139,141,143接收一个或多个电压和/或电流反馈信号。更具体而言，在某些实施例中，电流或电压反馈信号可包括反馈信号、线路侧转换器反馈信号、转子侧转换器反馈信号或定子反馈信号中的至少一个。
特别地参看图5，独立的功率系统(诸如图4中所示的功率子系统102)可布置在至少两个群集137中来形成电功率系统105。更具体而言，如图所示，风力涡轮功率系统100可布置成多个群集137以便形成风电场。因此，如图所示，每个群集137可分别经由开关151,152, 153连接到单独的群集变压器145,146,147，以用于逐步提高来自各个群集137的电功率的电压振幅，使得变换的电功率可进一步传输至电网。此外，如图所示，变压器145,146,147连接到主线148，主线148组合来自各个群集137的功率，之后将功率发送到电网。换句话说，如图所示，所有风力涡轮100的定子功率电路共用由群集变压器145,146,147的次级绕组124的中性点或由单独的中性接地变压器提供的公共接地参考。如图所示，各个子系统102可经由子系统断路器135连接到集群137。
现在参看图7至图10，提供了具有改进的谐波减少特征的电功率子系统102的各种实施例。应当注意，尽管在使用部分功率变压器130的子系统的背景下示出了这样的实施例，但是这种改进的谐波减少特征同样适用于使用变压器34的子系统，并且具有这种特征的此类子系统也在本公开的范围和精神内。
如图所示，功率转换器122可包括多个转子侧转换器124，而不是仅单个转子侧转换器124。如图所示，转子侧转换器124可彼此电联接并且与DC链路128并联电联接。如所论述的那样，使用多个转子侧转换器124可便于谐波的减少。通常会引起谐波含量的来自转子侧转换器的切换频率分量包括例如：
FSW +/- N Fslip
其中FSW是转子侧转换器的切换频率；Fslip是转子侧转换器的输出电压/电流的基频；并且N是正整数。因此，随着子系统102的功率定额增加，可增加额外的转子侧转换器124。这种额外的转子侧转换器124既可满足更高的电流要求，又便于减少谐波。
在一些实施例中，如图7和图8中所示，可采用三个或更多个转子侧转换器124。在其他实施例中，如图9中所示，可仅采用两个转子侧转换器124。电感器160可电联接到每个转子侧转换器124。如在图9中特别示出的那样，在一些实施例中，电感器160可例如经由接口或共模变压器162磁耦合。这种磁耦合可帮助谐波滤除。
如所论述的那样，控制器154(可与控制器136分离或可为控制器136的构件)可通信地联接到功率转换器122以用于控制功率转换器122的操作。控制器154可通信地联接到多个转子侧转换器124中的每个，并且因此可控制在每个转子侧转换器124的桥接电路中使用的切换元件(例如，IGBT)的调制。
在示例性实施例中，控制器154可配置成协调多个转子侧转换器124的切换，以在多个转子侧转换器124之间产生交错的切换模式。如本文所论述的那样，这种交错的切换模式可减少或消除谐波。例如，控制器154可将多个转子侧转换器124中的每个的切换相位偏移为与转子侧转换器124中的其他转子相位异相，因此产生交错的切换模式。在一些实施例中，多个转子侧转换器124中的每个的相位与多个转子侧转换器124中的其他转子侧转换器偏移360度除以转子侧转换器的总数的结果，加上或减去15度，诸如加上或减去10度，诸如加上或减去5度，诸如加上或减去2度。值得注意的是，切换波形的相位可偏移并且基本参考波形保持相同，或基本参考波形可偏移并且切换波形保持相同。
例如，在具有两个转子侧转换器124的实施例中，转换器124中的第一个可不进行调整而在切换相位上进行切换，而转换器124中的第二个可将其切换相位调整180度，使得两个转换器124中的每个的相位都与另一个转换器124偏移180度。在具有三个转子侧转换器124的实施例中，转换器124中的第一个可不进行调整而在切换相位上进行切换，而另外两个转换器124可分别将它们的切换相位调整120度和240度，使得三个转换器124中的每个转换器的相位与其他转换器124中的每个转换器偏移120度。在具有四个转子侧转换器124的实施例中，转换器124中的第一个可不进行调整而在切换相位上进行切换，而另外三个转换器124可分别将它们的切换相位调整90度、180度和270度，使得四个转换器124中的每个转换器的相位与其他转换器124中的每个转换器偏移90度。所有这些描述的示例都可采用如所述的精确度数，或加上或减去15度、10度、5度或2度的近似度数。
图10是示出协调转子侧转换器124的切换以产生交错的切换模式的一个实施例的图。在该实施例中，如图所示，采用了三个转换器124。作为这种偏移的结果，每个转换器124的载波偏移以产生交错的切换模式。
在一些实施例中，如图7和图9中所示，变电站102可进一步包括谐波滤波器170。谐波滤波器170可例如包括串联的电阻器172和电容器174，或可具有另一合适的构造。例如，在一些实施例中，谐波滤波器170可在转换器功率路径127上，诸如在发电机转子118和功率转换器122之间，如图7中所示的那样。然而，备选地，由于可最小化转换器功率路径127上的谐波，谐波滤波器170可位于其他有利的位置。例如，如图9中所示，谐波滤波器170可在定子功率路径125上，例如在定子功率路径同步开关或接触器176与发电机定子120之间。在还有其他的实施例中，如图8中所示，在变电站102中可能不需要谐波滤波器170。
本公开进一步针对如本文所论述的用于操作电功率子系统102的方法。这样的方法可例如由控制器154执行。一种方法可包括例如切换多个转子侧转换器124以在多个转子侧转换器124之间产生交错的切换模式的步骤。
该书面描述使用了示例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求书限定，且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有不与权利要求书的字面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等同结构元件，则意在使这些其他示例处于权利要求书的范围内。
Claims (20)
1.一种用于连接到电网的电功率子系统，所述电功率子系统包括：
发电机，其包括发电机定子和发电机转子；
电联接到所述发电机的功率转换器，所述功率转换器包括：
并联电联接的多个转子侧转换器；
线路侧转换器；以及
将所述多个转子侧转换器和所述线路侧转换器电联接的调节的DC链路；
定子功率路径，其用于从所述发电机定子向所述电网提供功率；
转换器功率路径，其用于从所述发电机转子通过所述功率转换器向所述电网提供功率；以及
设在所述转换器功率路径上的部分功率变压器。
2.根据权利要求1所述的电功率子系统，其特征在于，所述多个转子侧转换器包括三个或更多个转子侧转换器。
3.根据权利要求1所述的电功率子系统，其特征在于，所述多个转子侧转换器由两个转子侧转换器构成。
4.根据权利要求1所述的电功率子系统，其特征在于，电联接至所述多个转子侧转换器中的每个的电感器被磁耦合。
5.根据权利要求1所述的电功率子系统，其特征在于，所述电功率子系统还包括联接至所述功率转换器的控制器，所述控制器配置成协调所述多个转子侧转换器的切换以在所述多个转子侧转换器之间产生交错的切换模式。
6.根据权利要求5所述的电功率子系统，其特征在于，所述多个转子侧转换器中的每个的相位与所述多个转子侧转换器中的其他转子侧转换器的相位偏移360度除以转子侧转换器的总数的结果，加上或减去15度。
7.根据权利要求1所述的电功率子系统，其特征在于，所述电功率子系统还包括谐波滤波器。
8.根据权利要求7所述的电功率子系统，其特征在于，所述谐波滤波器在所述发电机转子与所述功率转换器之间的所述转换器功率路径上。
9.根据权利要求7所述的电功率子系统，其特征在于，所述谐波滤波器在所述定子功率路径上。
10.根据权利要求9所述的电功率子系统，其特征在于，所述谐波滤波器在所述定子功率路径切换元件与所述发电机定子之间的所述定子功率路径上。
11.一种用于连接到电网的电功率子系统，所述电功率子系统包括：
发电机，其包括发电机定子和发电机转子；
电联接到所述发电机的功率转换器，所述功率转换器包括：
并联电联接的多个转子侧转换器；
线路侧转换器；以及
将所述多个转子侧转换器和所述线路侧转换器电联接的调节的DC链路；
定子功率路径，其用于从所述发电机定子向所述电网提供功率；
转换器功率路径，其用于从所述发电机转子通过所述功率转换器向所述电网提供功率；
将所述子系统连接到所述电网的变压器；以及
联接到所述功率转换器的控制器，所述控制器配置成协调所述多个转子侧转换器的切换以在所述多个转子侧转换器之间产生交错的切换模式。
12.根据权利要求11所述的电功率子系统，其特征在于，所述变压器是设在所述转换器功率路径上的部分功率变压器。
13.根据权利要求11所述的电功率子系统，其特征在于，所述多个转子侧转换器包括三个或更多个转子侧转换器。
14.根据权利要求11所述的电功率子系统，其特征在于，所述多个转子侧转换器由两个转子侧转换器构成。
15.根据权利要求11所述的电功率子系统，其特征在于，电联接至所述多个转子侧转换器中的每个的电感器被磁耦合。
16.根据权利要求11所述的电功率子系统，其特征在于，所述多个转子侧转换器中的每个的相位与所述多个转子侧转换器中的其他转子侧转换器的相位偏移360度除以转子侧转换器的总数的结果，加上或减去15度。
17.根据权利要求11所述的电功率子系统，其特征在于，所述电功率子系统还包括谐波滤波器。
18.根据权利要求17所述的电功率子系统，其特征在于，所述谐波滤波器在所述发电机转子与所述功率转换器之间的所述转换器功率路径上。
19.根据权利要求17所述的电功率子系统，其特征在于，所述谐波滤波器在所述定子功率路径上。
20.一种用于操作电功率子系统的方法，所述电功率子系统包括：发电机，其包括发电机定子和发电机转子；功率转换器，其电联接至所述发电机，所述功率转换器包括多个并联电联接的转子侧转换器、线路侧转换器，以及将所述多个转子侧转换器和所述线路侧转换器电联接的调节的DC链路，所述电功率子系统还包括定子功率路径，其用于从所述发电机定子向所述电网提供功率；转换器功率路径，其用于从所述发电机转子通过所述功率转换器向所述电网提供功率，以及设在所述转换器功率路径上的部分功率变压器，所述方法包括：
切换所述多个转子侧转换器以在所述多个转子侧转换器之间产生交错的切换模式。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15/588878 | 2017-05-08 | ||
| US15/588,878 US10784685B2 (en) | 2017-05-08 | 2017-05-08 | Electrical power systems and subsystems |
| PCT/US2018/031307 WO2018208641A1 (en) | 2017-05-08 | 2018-05-07 | Electrical power systems and subsystems |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110603707A CN110603707A (zh) | 2019-12-20 |
| CN110603707B true CN110603707B (zh) | 2023-03-21 |
Family
ID=64015024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201880030773.0A Active CN110603707B (zh) | 2017-05-08 | 2018-05-07 | 电功率系统和子系统 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10784685B2 (zh) |
| EP (1) | EP3622607A4 (zh) |
| CN (1) | CN110603707B (zh) |
| WO (1) | WO2018208641A1 (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016108394A1 (de) * | 2016-05-06 | 2017-11-09 | Wobben Properties Gmbh | Verfahren zur Kompensation von einzuspeisenden Strömen eines Windparks |
| DE102017003078A1 (de) * | 2017-03-30 | 2018-10-04 | Senvion Gmbh | Windenergieanlage mit Speiseleitung |
| CN109149626B (zh) * | 2017-12-28 | 2022-01-25 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 发电机组的运行控制方法、装置及系统 |
| EP4156479A1 (de) * | 2021-09-27 | 2023-03-29 | Wobben Properties GmbH | Steuereinheit und verfahren für einen umrichter |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102035309A (zh) * | 2009-09-30 | 2011-04-27 | 通用电气公司 | 用于在风力涡轮机中产生功率的方法及设备 |
| CN105703391A (zh) * | 2014-12-12 | 2016-06-22 | 通用电气公司 | 发电系统和操作发电系统的相关方法 |
Family Cites Families (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3593106A (en) | 1970-03-11 | 1971-07-13 | Gen Electric | Cycloconverter with rectifier bank control for smooth switching between rectifier banks |
| US4281371A (en) | 1980-03-05 | 1981-07-28 | Westinghouse Electric Corp. | Cycloconverter with waveform improving nonlinear feedback |
| US5047910A (en) | 1990-07-09 | 1991-09-10 | Teledyne Inet | Ideal sinusoidal voltage waveform synthesis control system |
| JP2001268913A (ja) | 2000-03-17 | 2001-09-28 | Daikin Ind Ltd | 三相整流装置 |
| US7187566B2 (en) | 2000-03-17 | 2007-03-06 | Daikin Industries, Ltd. | Three-phase rectifier |
| DE10327344A1 (de) * | 2003-06-16 | 2005-01-27 | Repower Systems Ag | Windenergieanlage |
| US7119452B2 (en) | 2003-09-03 | 2006-10-10 | General Electric Company | Voltage control for wind generators |
| US7212421B2 (en) | 2005-03-15 | 2007-05-01 | Perfect Electric Power, Inc. | Combination feedback controller and power regulator using same |
| US7521907B2 (en) | 2006-03-06 | 2009-04-21 | Enpirion, Inc. | Controller for a power converter and method of operating the same |
| WO2008081049A1 (es) | 2006-12-28 | 2008-07-10 | Wind To Power System, S.L. | Generador asíncrono con control de la tensión aplicada al estator |
| ES2571935T3 (es) | 2007-06-01 | 2016-05-27 | Acciona Windpower Sa | Sistema y procedimiento de control de aerogeneradores |
| US7847526B2 (en) * | 2007-09-28 | 2010-12-07 | General Electric Company | System and method for controlling torque ripples in synchronous machines |
| HRP20080209C1 (hr) | 2008-05-13 | 2018-08-10 | Saša Sladić | Jednofazni paralelni aktivni učinski filtar s adaptivnim naponom filterskog kondenzatora |
| US7928592B2 (en) * | 2008-06-30 | 2011-04-19 | General Electric Company | Wind turbine with parallel converters utilizing a plurality of isolated generator windings |
| US8120932B2 (en) * | 2008-07-01 | 2012-02-21 | American Superconductor Corporation | Low voltage ride through |
| US8041465B2 (en) | 2008-10-09 | 2011-10-18 | General Electric Company | Voltage control at windfarms |
| ES2607118T3 (es) * | 2009-02-27 | 2017-03-29 | Acciona Windpower S.A. | Método de control de turbina eólica para amortiguar las vibraciones |
| JP5128568B2 (ja) * | 2009-09-30 | 2013-01-23 | 株式会社日立製作所 | 風力発電システムおよび制御法 |
| US7923862B2 (en) | 2009-10-06 | 2011-04-12 | General Electric Company | Reactive power regulation and voltage support for renewable energy plants |
| US8093741B2 (en) * | 2010-10-29 | 2012-01-10 | General Electric Company | Method and system for providing increased turbine output for doubly fed induction generator |
| EP2466737A3 (en) | 2010-12-17 | 2016-04-27 | Vestas Wind Systems A/S | A wind turbine generator |
| CN103208812B (zh) * | 2012-01-17 | 2015-04-29 | 台达电子企业管理（上海）有限公司 | 风电变流器结构及包含其的风力发电系统 |
| US9667128B2 (en) | 2012-04-30 | 2017-05-30 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Power converter resonance detection apparatus and method |
| US9653984B2 (en) | 2012-04-30 | 2017-05-16 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Filter capacitor degradation detection apparatus and method |
| US8669669B1 (en) * | 2012-09-13 | 2014-03-11 | General Electric Company | Voltage control in a doubly-fed induction generator wind turbine system |
| CN103825474B (zh) * | 2012-11-16 | 2016-08-31 | 台达电子工业股份有限公司 | 低共模噪声的电源变换装置及其应用系统 |
| US9343991B2 (en) * | 2013-01-18 | 2016-05-17 | General Electric Company | Current balance control for non-interleaved parallel bridge circuits in power converter |
| US20140203559A1 (en) * | 2013-01-18 | 2014-07-24 | General Electric Company | Connection for improved current balancing between parallel bridge circuits |
| US9537437B2 (en) * | 2013-03-04 | 2017-01-03 | General Electric Company | Method and system for controlling switching frequency of a doubly-fed induction generator (DFIG) |
| US9318944B2 (en) | 2013-04-29 | 2016-04-19 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Methods and apparatus for active front end filter capacitor degradation detection |
-
2017
- 2017-05-08 US US15/588,878 patent/US10784685B2/en active Active
-
2018
- 2018-05-07 EP EP18798349.9A patent/EP3622607A4/en active Pending
- 2018-05-07 CN CN201880030773.0A patent/CN110603707B/zh active Active
- 2018-05-07 WO PCT/US2018/031307 patent/WO2018208641A1/en unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102035309A (zh) * | 2009-09-30 | 2011-04-27 | 通用电气公司 | 用于在风力涡轮机中产生功率的方法及设备 |
| CN105703391A (zh) * | 2014-12-12 | 2016-06-22 | 通用电气公司 | 发电系统和操作发电系统的相关方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US10784685B2 (en) | 2020-09-22 |
| US20180323619A1 (en) | 2018-11-08 |
| EP3622607A4 (en) | 2021-01-06 |
| EP3622607A1 (en) | 2020-03-18 |
| WO2018208641A1 (en) | 2018-11-15 |
| CN110603707A (zh) | 2019-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110603707B (zh) | 电功率系统和子系统 | |
| EP2570661B1 (en) | Inrush current protection for wind turbines and wind farms | |
| EP3619785B1 (en) | Electrical power systems having reactive power and harmonic support components | |
| US10468881B2 (en) | Electrical power systems having zig-zag transformers | |
| EP3622617B1 (en) | Electrical power systems and methods using distortion filters | |
| EP3745551B1 (en) | System and method for controlling harmonics in a renewable energy power system | |
| CN110622380B (zh) | 电功率系统和子系统 | |
| CN110741523B (zh) | 电功率子系统和用于控制其的方法 | |
| US10288040B2 (en) | Current limit calculation for wind turbine control | |
| EP3799246A1 (en) | Electrical power systems having a cluster transformer with multiple primary windings | |
| WO2019112729A1 (en) | Systems and methods for isolating faults in electrical power systems connected to a power grid | |
| US10218298B2 (en) | Spillover of reactive current to line side converter | |
| EP3742570A1 (en) | System and method for mitigating flicker in a power grid from a wind turbine power system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240103 Address after: Barcelona, Spain Patentee after: Ge renewable energy Spain Ltd. Address before: New York State, USA Patentee before: General Electric Co. |