CN110622380A - 电功率系统和子系统 - Google Patents

电功率系统和子系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110622380A
CN110622380A CN201880033910.6A CN201880033910A CN110622380A CN 110622380 A CN110622380 A CN 110622380A CN 201880033910 A CN201880033910 A CN 201880033910A CN 110622380 A CN110622380 A CN 110622380A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
transformer
converter
switch
electrical power
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.)
Pending
Application number
CN201880033910.6A
Other languages
English (en)
Inventor
G.贾尼雷迪
S.舒克拉
R.布拉
S.W.萨瑟兰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Renovables Espana SL
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN110622380A publication Critical patent/CN110622380A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F03D9/255—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F03D9/255—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor
    • F03D9/257—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor the wind motor being part of a wind farm
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1216—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for AC-AC converters
    • 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
    • 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
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/10—The network having a local or delimited stationary reach
    • H02J2310/18—The network being internal to a power source or plant
    • 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
    • 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
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

一种电功率系统包括电功率子系统的集群，电功率子系统中的每个包括功率转换器，该功率转换器电耦合到具有发电机转子和发电机定子的发电机。电功率子系统中的每个限定用于向电网提供功率的转换器功率路径和定子功率路径，该转换器功率路径包括局部功率变压器。电功率子系统中的每个还包括电耦合到转换器功率路径的低压配电板、定子功率路径上的第一开关，以及转换器功率路径上的第二开关。

Description

电功率系统和子系统
技术领域
本公开内容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。
背景技术
风力被认为是目前可获得的最清洁、最环境友好的能源中的一种，且风力涡轮在该方面获得了增加的关注。现代的风力涡轮典型地包括塔筒、发电机、齿轮箱、机舱以及一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型原理来获取风的动能。例如，转子叶片典型地具有翼型的截面轮廓，使得在操作期间空气流过叶片，在侧部之间产生压力差。因此，从压力侧朝吸力侧引导的升力作用在叶片上。升力在主转子轴上生成转矩，该主转子轴用齿轮连到用于产生电力的发电机。
例如，图1和图2示出根据常规构造的风力涡轮10以及适合于与风力涡轮10使用的相关联的功率系统。如示出的那样，风力涡轮10包括机舱14，该机舱14典型地容纳发电机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，该转子16包括附接到旋转毂18的多个转子叶片20。在风冲击转子叶片20时，叶片20将风能变换成机械旋转转矩，该机械旋转转矩可旋转地驱动低速轴22。低速轴22配置成驱动齿轮箱24(在存在的情况下)，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到发电机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。因而，可由发电机转子30感应出旋转磁场，且可在磁耦合到发电机转子30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传送到主三绕组变压器34，该变压器34典型地经由电网断路器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，使得变换的电功率可进一步传送到电网。
另外，如示出的那样，发电机28典型地电耦合到双向功率转换器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功率且向DC链路44提供DC功率。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的功率组合来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中示出的那样，示出的三绕组变压器34典型地具有(1)连接到电网的33千伏(kV)中压(MV)初级绕组33、(2)连接到发电机定子32的6至13.8kV MV次级绕组35，以及(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。
现在参照图3，多个风力涡轮10的各个功率系统可布置在预定的地理位置且电连接在一起以形成风电场46。更特别地，如示出的那样，风力涡轮10可布置成多个组48，其中每个组分别经由开关51、52、53单独地连接到主线路50。另外，如示出的，主线路50可电耦合到另一较大的变压器54，以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，关于此类系统的一个问题是，与每个涡轮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可为昂贵的。因此，从风力涡轮功率系统除去此类三绕组变压器将为有利的。另外，此类系统的保护构件的简化将为有利的。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明来获悉。
根据一个实施例，提供一种可连接到电网的电功率系统。电功率系统包括电功率子系统的集群，电功率子系统中的每个包括功率转换器，该功率转换器电耦合到具有发电机转子和发电机定子的发电机。电功率子系统中的每个限定用于向电网提供功率的转换器功率路径和定子功率路径，该转换器功率路径包括局部功率变压器。电功率子系统中的每个还包括电耦合到转换器功率路径的低压配电板、定子功率路径上的第一开关，以及转换器功率路径上的第二开关。电功率系统还包括：集群变压器，该集群变压器电耦合到电功率子系统的集群；以及集群功率路径，该集群功率路径在每个电功率子系统与集群变压器之间延伸以将集群变压器电耦合到电功率子系统的集群。电功率系统还包括用于将集群变压器连接到电网的变电站变压器，以及在集群变压器与变电站变压器之间延伸的采集系统功率路径。
根据另一实施例，提供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，该发电机包括发电机定子和发电机转子；以及功率转换器，该功率转换器电耦合到发电机。功率转换器包括转子侧转换器、线路侧转换器、以及电耦合转子侧转换器和线路侧转换器的调节的DC链路。电功率子系统还包括用于从发电机定子向电网提供功率的定子功率路径，以及用于从发电机转子通过功率转换器向电网提供功率的转换器功率路径。电功率子系统还包括设在转换器功率路径上的局部功率变压器、电耦合到转换器功率路径的低压配电板、定子功率路径上的第一开关，以及在局部功率变压器与集群功率路径之间的转换器功率路径上的第二开关。
参照以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。结合在该说明书中且构成该说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，且连同描述用来解释本发明的原理。
附图说明
针对本领域普通技术人员的本发明的完整且开放的公开内容(包括其最佳模式)在参照附图的说明书中阐述，在附图中：
图1示出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示出适合于与图1中示出的风力涡轮一起使用的常规电功率系统的示意图；
图3示出根据常规构造的常规风电场的一个实施例的示意图，特别地示出多个风力涡轮功率系统，诸如连接到单个变电站变压器的图2中示出的那些；
图4示出根据本公开内容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示出根据本公开内容的风电场的一个实施例的示意图，特别地示出各自经由集群变压器连接到电网的多个风力涡轮集群；
图6示出根据本公开内容的风力涡轮控制器的一个实施例的框图；
图7示出根据本公开内容的用于风力涡轮的电功率系统的一个实施例的示意图；
图8示出根据本公开内容的用于风力涡轮的电功率系统的另一实施例的示意图；以及
图9示出根据本公开内容的电功率系统的另一实施例的示意图。
具体实施方式
现在将详细地参照本发明的实施例，其一个或多个示例在图中示出。每个示例提供作为本发明的解释，不是本发明的限制。实际上，对本领域技术人员将显而易见的是，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修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的部分的特征可与另一实施例使用，以产生又一实施例。因此，意图的是，本发明覆盖如落入所附权利要求书和其等同物的范围内的此类修改和变型。
现在参照图4，示出根据本公开内容的电功率子系统102的一个实施例的示意图。应理解的是，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也可更一般地(诸如简单地)称为系统(而不是子系统)。因此，此类用语可互换地使用且不意在限制。
此外，如示出的那样，电功率子系统102可对应于风力涡轮功率系统100。更特别地，如示出的那样，风力涡轮功率系统100包括转子104，该转子104包括附接到旋转毂108的多个转子叶片106。在风冲击转子叶片106时，叶片106将风能变换成机械旋转转矩，该机械旋转转矩可旋转地驱动低速轴110。低速轴110配置成驱动齿轮箱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到双馈感应发电机116(在下文称为DFIG 116)，以便可旋转地驱动发电机转子118。因而，可由发电机转子118感应出旋转磁场，且可在磁耦合到发电机转子118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，如示出的那样，相关联的电功率可从发电机定子120直接地传送到电网。
另外，如示出的那样，发电机116电耦合到双向功率转换器122，该双向功率转换器122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功率且向DC链路128提供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。更特别地，如示出的那样，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，如示出的那样，且与常规系统(诸如图1-3中示出的那些)对比，转换器功率路径127可包括局部功率变压器130，该局部功率变压器130用于逐步提高来自功率转换器122的电功率的电压幅度，使得变换的电功率可进一步传送到电网。因此，如示出的那样，图4的示出的系统102不包括上文描述的常规三绕组主变压器。相反地，如示出的实施例中示出的，局部功率变压器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。值得注意地，如本文中论述的那样，局部功率变压器可在一些实施例中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/或实施如本文中描述的方法步骤。例如，如图6中特别示出的，控制器136可包括一个或多个处理器138以及相关联的存储器装置140，其配置成执行多种计算机实现的功能(例如，执行方法、步骤、计算等以及储存如本文中公开的相关数据)。另外，控制器136还可包括通信模块142，以便于控制器136与风力涡轮100的各种构件(例如图4和图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传送的信号转换成可由处理器138理解和处理的信号。应了解的是，传感器139、141、143可使用任何适合的器件通信地耦合到通信模块142。例如，如图6中示出的，传感器139、141、143可经由有线连接来耦合到传感器接口144。然而，在其他实施例中，传感器139、141、143可经由无线连接来耦合到传感器接口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。因而，处理器138可配置成从传感器139、141、143接收一个或多个信号。
如本文中使用的用语“处理器”不仅是指本领域中被认为是包括于计算机中的集成电路，而且是指控制器、微型控制器、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和按多种Ethernet或基于串行的协议(Modbus、OPC、CAN等)通信。另外，存储器装置140可大体上包括存储器元件，其包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存取存储器(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，这些计算机可读指令在由处理器138实施时将控制器136配置成执行如本文中描述的各种功能。
在操作中，由转子104的旋转在发电机定子120处生成的交变电流(AC)功率经由双路径(即，经由定子功率路径125和转换器功率路径127)向电网提供。更特别地，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功率且向DC链路128提供DC功率。用于转子侧转换器124的桥接电路中的开关元件(例如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的桥接电路中的开关元件(例如IGBT)可调制成将DC链路128上的DC功率转换成AC功率。因而，来自功率转换器122的AC功率可与来自发电机定子120的功率组合来提供具有基本上保持在电网频率处的频率的多相功率。应理解的是，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中描述的电功率系统的操作的任何开关装置的任何配置。
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电子数据通信地耦合，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。在示出的实施例中，传感器139、141、143可电耦合到便于如本文中描述的电功率子系统102的操作的电功率子系统102的任何部分。
还应理解的是，任何数量或类型的电压和/或电流传感器可在风力涡轮100内和任何位置处采用。例如，传感器可为电流变压器、分流传感器、罗柯夫斯基(rogowski)线圈、霍尔效应电流传感器、微惯性测量单元(MIMU)或类似物，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。更特别地，在某些实施例中，电流或电压反馈信号可包括线路反馈信号、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。
特别地参照图5，独立的功率系统(诸如图4中示出的功率子系统102)可布置在至少两个集群137中，以形成电功率系统105。更特别地，如示出的那样，风力涡轮功率系统100可布置成多个集群137以便形成风电场。因此，如示出的那样，每个集群137可分别经由开关151、152、153连接到单独的集群变压器145、146、147，以用于提高来自每个集群137的电功率的电压幅度，使得变换的电功率可进一步传送到电网。另外，如示出的，变压器145、146、147连接到主线路148(经由如本文中论述的变电站变压器)，该主线路148组合来自每个集群137的功率，之后将功率发送到电网。换句话说，如示出的那样，所有风力涡轮100的定子功率电路共用由集群变压器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。如示出的，每个子系统102可经由子系统断路器135连接到集群137。
仍参照图5，且如论述的那样，集群137包括将电功率子系统102的每个集群137连接到电网的集群变压器145、146、147。因此，集群137包括配置有集群变压器145、146、147的集群开关151、152、153。集群功率路径170可将集群137(诸如经由集群开关151、152、153)电连接到集群变压器145、146、147。集群功率路径170可例如从每个子系统102(诸如其转换器功率路径127和定子功率路径125)延伸到集群变压器145、146、147，诸如延伸到子系统102所连接到的集群变压器的绕组。
集群变压器145、146、147在示例性实施例中为二绕组变压器145、146、147。此外，在示例性实施例中，集群变压器145、146、147将电压从变电站水平处的低压水平提高到集群水平处的中压。
例如，每个子系统102的定子功率路径125上的电压可为中压，诸如在6与14kV之间，或在12与14kV之间。在功率转换器122之后的转换器功率路径127上的电压可为低压，诸如在600与900V之间。该电压可由局部功率变压器130逐步提高到6与14kV或12与14kV之间的中压水平。局部功率变压器130可因此包括具有6与14kV之间或12与14kV之间的电压的初级绕组132，以及具有600与900V之间的电压的次级绕组134。
每个集群变压器145、146、147可包括初级绕组202和次级绕组204。次级绕组204可连接到集群功率路径170，且初级绕组202可连接到通向电网的采集系统功率路径180。初级绕组202可具有30与35千伏之间的电压，且次级绕组204可具有11与15千伏之间的电压。
采集系统功率路径180可在每个集群变压器145、146、147与变电站变压器210之间延伸。在示例性实施例中，变电站变压器210为二绕组变压器。变电站变压器210可将集群变压器145、146、147电连接到电网。变电站变压器210可包括初级绕组212和次级绕组214。次级绕组214可连接到采集系统功率路径180，且初级绕组212可连接到通向电网的主线路148。初级绕组212可具有110与250千伏之间的电压，且次级绕组214可具有30与35千伏之间的电压。
现在参照图7-图9，在示例性实施例中，图5的系统105的每个子系统102可包括用于降低成本和提高效率的各种特征。大体上，此类特征可有利地简化用于子系统102和系统105的保护方案和其必要构件。例如，如示出的，每个子系统102可包括低压配电板220，该低压配电板220电耦合到转换器功率路径127，诸如，如示出的其线路侧。低压配电板220可向辅助负载(诸如子系统102的风力涡轮内的照明和其他相对小的负载)提供功率。
在一些实施例中，如图7和图8中示出的那样，局部功率变压器130为三绕组变压器，该三绕组变压器包括除了初级绕组132和次级绕组134之外的辅助绕组133。辅助绕组133可为低压(300-900V)绕组。功率可通过辅助绕组133向低压配电板220提供。辅助功率路径222因此在板220与辅助绕组133之间延伸且电耦合板220和辅助绕组133。
在其他实施例中，如图9中示出的那样，局部功率变压器130为仅包括初级绕组132和次级绕组134的二绕组变压器。在这些实施例中，功率可经由使低压配电板220电耦合到转换器功率路径127的初级绕组132侧(诸如，经由辅助功率路径222，到变压器130与集群功率路径170之间的转换器功率路径127)来向低压配电板220提供。在这些实施例中，辅助功率变压器230可设在辅助功率路径222上，且可提供此类电耦合。辅助功率变压器230在示例性实施例中可为带有低压(600-900V)初级绕组和中压(6-14或12-14mV)次级绕组的二绕组变压器。
子系统102还可包括各种开关，这些开关由于子系统102的高效率性质可为相对低成本的开关。
例如，第一开关240可设在定子功率路径125上。在一些实施例中，如图7中示出的那样，第一开关240为接触器，诸如真空接触器。在这些实施例中，熔断器241可另外设在定子功率路径125上，使得开关240配置为接触器和熔断器。在备选实施例中，如图8和图9中示出的那样，第一开关240为电路断路器。备选地，可使用其他适合的开关。
另外或备选地，第二开关142可设在转换器功率路径127上，诸如在局部功率变压器130与集群功率路径170之间的线路侧上(即，在转换器功率路径127的初级绕组132侧上)。在一些实施例中，如图7中示出的那样，第二开关242为接触器，诸如真空接触器。在这些实施例中，熔断器243可另外设在转换器功率路径127上，使得开关242配置为接触器和熔断器。在备选实施例中，如图8和图9中示出的那样，第二开关242为电路断路器。备选地，可使用其他适合的开关。
在一些实施例中，如图7和图8中示出的那样，第三开关144可设在转换器功率路径127上，诸如在功率转换器122与局部功率变压器130之间的线路侧上(即，在转换器功率路径127的次级绕组134侧上)。例如，在其中局部功率变压器130为三绕组变压器的实施例中，可提供此类第三开关144。备选地，在如图9中示出的其他实施例中，在该位置中第三开关144是不必要的。例如，在其中局部功率变压器130为二绕组变压器的实施例中，可除去第三开关144。此外，在如图9中示出的一些实施例中，在使用二绕组局部功率变压器130时，可提供第四开关146。例如，如示出的，第四开关146可设在辅助变压器230与转换器侧功率路径127之间的辅助功率路径222上。
该书面描述使用示例来公开本发明(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，且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括带有与权利要求书的字面语言无实质的差异的等同结构元件，此类其他示例意在处于权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种可连接到电网的电功率系统，包括：
电功率子系统的集群，所述电功率子系统中的每个包括电耦合到具有发电机转子和发电机定子的发电机的功率转换器，所述电功率子系统中的每个限定用于向所述电网提供功率的转换器功率路径和定子功率路径，所述转换器功率路径包括局部功率变压器，所述电功率子系统中的每个还包括电耦合到所述转换器功率路径的低压配电板、所述定子功率路径上的第一开关，以及所述转换器功率路径上的第二开关；
集群变压器，所述集群变压器电耦合到电功率子系统的所述集群；
集群功率路径，所述集群功率路径在每个电功率子系统与所述集群变压器之间延伸以将所述集群变压器电耦合到电功率子系统的所述集群；
变电站变压器，所述变电站变压器用于将所述集群变压器连接到所述电网；以及
采集系统功率路径，所述采集系统功率路径在所述集群变压器与所述变电站变压器之间延伸。
2.根据权利要求1所述的电功率系统，其特征在于，所述集群变压器包括二绕组变压器。
3.根据权利要求1所述的电功率系统，其特征在于，所述集群变压器包括具有30与35千伏之间的电压的初级绕组以及具有11与15千伏之间的电压的次级绕组。
4.根据权利要求1所述的电功率系统，其特征在于，所述变电站变压器包括二绕组变压器。
5.根据权利要求1所述的电功率系统，其特征在于，所述变电站变压器包括具有110与250千伏之间的电压的初级绕组以及具有30与35千伏之间的电压的次级绕组。
6.根据权利要求1所述的电功率系统，其特征在于，所述低压配电板电耦合到所述局部功率变压器的辅助绕组。
7.根据权利要求6所述的电功率系统，其特征在于，所述电功率系统还包括在所述功率转换器与所述局部功率变压器之间的所述转换器功率路径上的第三开关。
8.根据权利要求6所述的电功率系统，其特征在于，所述第一开关或所述第二开关中的至少一个为接触器。
9.根据权利要求8所述的电功率系统，其特征在于，所述第一开关或所述第二开关中的所述至少一个还包括熔断器。
10.根据权利要求6所述的电功率系统，其特征在于，所述第一开关或所述第二开关中的至少一个为电路断路器。
11.根据权利要求1所述的电功率系统，其特征在于，所述低压配电板通过辅助功率变压器和第四开关来电耦合到所述局部功率变压器与所述集群功率路径之间的所述转换器功率路径。
12.一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，所述发电机包括发电机定子和发电机转子；
功率转换器，所述功率转换器电耦合到所述发电机，所述功率转换器包括：
转子侧转换器；
线路侧转换器；以及
调节的DC链路，所述调节的DC链路电耦合所述转子侧转换器和所述线路侧转换器；
定子功率路径，所述定子功率路径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，所述转换器功率路径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；
局部功率变压器，所述局部功率变压器设在所述转换器功率路径上；
低压配电板，所述低压配电板电耦合到所述转换器功率路径；
第一开关，所述第一开关在所述定子功率路径上；以及
第二开关，所述第二开关在所述局部功率变压器与所述集群功率路径之间的所述转换器功率路径上。
13.根据权利要求12所述的电功率子系统，其特征在于，所述低压配电板电耦合到所述局部功率变压器的辅助绕组。
14.根据权利要求13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在所述功率转换器与所述局部功率变压器之间的所述转换器功率路径上的第三开关。
15.根据权利要求13所述的电功率子系统，其特征在于，所述第一开关或所述第二开关中的至少一个为接触器。
16.根据权利要求15所述的电功率子系统，其特征在于，所述第一开关或所述第二开关中的所述至少一个还包括熔断器。
17.根据权利要求13所述的电功率子系统，其特征在于，所述第一开关或所述第二开关中的至少一个为电路断路器。
18.根据权利要求12所述的电功率子系统，其特征在于，所述低压配电板通过辅助功率变压器和第四开关来电耦合到所述转换器功率路径。
19.根据权利要求12所述的电功率子系统，其特征在于，所述局部功率变压器为二绕组变压器。
20.根据权利要求12所述的电功率子系统，其特征在于，所述局部功率变压器为三绕组变压器。
CN201880033910.6A 2017-05-23 2018-05-11 电功率系统和子系统 Pending CN110622380A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/602,193 US10587121B2 (en) 2017-05-23 2017-05-23 Electrical power systems and subsystems
US15/602193 2017-05-23
PCT/US2018/032178 WO2018217473A1 (en) 2017-05-23 2018-05-11 Electrical power systems and subsystems

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110622380A true CN110622380A (zh) 2019-12-27

Family

ID=64395816

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880033910.6A Pending CN110622380A (zh) 2017-05-23 2018-05-11 电功率系统和子系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10587121B2 (zh)
EP (1) EP3631933A4 (zh)
CN (1) CN110622380A (zh)
WO (1) WO2018217473A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6721133B1 (ja) * 2018-10-29 2020-07-08 東芝三菱電機産業システム株式会社 風力発電システムおよび電力変換装置
CN111355256A (zh) * 2020-03-09 2020-06-30 台达电子企业管理（上海）有限公司 高压直流变电装置、电力系统及电力系统的控制方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100219634A1 (en) * 2009-02-27 2010-09-02 Acciona Windpower, S.A. Wind turbine control method, control unit and wind turbine
WO2010131069A1 (en) * 2009-05-11 2010-11-18 Clipper Windpower, Inc. Fiber optic distributed input/output system for wind turbine
US20130334817A1 (en) * 2012-06-14 2013-12-19 Hartmut SCHOLTE-WASSINK Wind turbine rotor control
CN103470370A (zh) * 2013-08-30 2013-12-25 广东康菱动力科技有限公司 高寒地区高效节能保温型箱式柴油发电机组
CN103683318A (zh) * 2012-08-31 2014-03-26 通用电气公司 响应于高压电网事件控制双馈感应发电机的系统和方法
JP2014128157A (ja) * 2012-12-27 2014-07-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 風力発電施設及びその運転方法
CN104052060A (zh) * 2014-07-04 2014-09-17 国家电网公司 一种并网风力发动机组抑制谐振方法
CN204046189U (zh) * 2014-04-30 2014-12-24 成都中环资(集团)有限公司 一种智能电网分布式风力发电系统
CN104919693A (zh) * 2013-01-18 2015-09-16 通用电气公司 对于功率转换器中的非交错并联桥电路的电流平衡控制
CN205123280U (zh) * 2015-11-13 2016-03-30 北京天诚同创电气有限公司 风电场的拓扑结构、升压控制装置及系统
US20160149405A1 (en) * 2014-11-26 2016-05-26 Integrated Drive Systems LLC Drilling rig system having improved electrical subsystem
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 (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
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
GB0523087D0 (en) 2005-11-11 2005-12-21 Alstom Power Conversion Ltd Power converters
US7521907B2 (en) 2006-03-06 2009-04-21 Enpirion, Inc. Controller for a power converter and method of operating the same
ES2317763B1 (es) * 2006-10-25 2010-02-03 Universitat Politecnica De Catalunya Sistema de generacion eolica de media tension mediante el uso de convertidores multinivel.
US9587626B2 (en) 2007-06-01 2017-03-07 Acciona Windpower, S.A. Control system and method for a wind turbine generator
JP2009027766A (ja) 2007-07-17 2009-02-05 Ebara Densan Ltd 二重給電巻線型誘導発電機の電力変換装置
HRP20080209C1 (hr) 2008-05-13 2018-08-10 Saša Sladić Jednofazni paralelni aktivni učinski filtar s adaptivnim naponom filterskog kondenzatora
US8041465B2 (en) * 2008-10-09 2011-10-18 General Electric Company Voltage control at windfarms
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
CN102822509B (zh) * 2010-02-25 2016-01-20 维斯塔斯风力系统集团公司 用于控制无功功率源的方法和控制装置
US20120136494A1 (en) * 2011-12-21 2012-05-31 Andreas Kirchner Method of controlling reactive power in a wind farm
US9653984B2 (en) 2012-04-30 2017-05-16 Rockwell Automation Technologies, Inc. Filter capacitor degradation detection apparatus and method
US9667128B2 (en) 2012-04-30 2017-05-30 Rockwell Automation Technologies, Inc. Power converter resonance 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
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
US9577557B2 (en) * 2013-10-18 2017-02-21 Abb Schweiz Ag Turbine-generator system with DC output
EP3084907B1 (en) * 2013-12-18 2023-06-07 Ingeteam Power Technology, S.A. Variable impedance device for a wind turbine
US20150249414A1 (en) * 2014-02-28 2015-09-03 General Electric Company Wind turbine systems and methods for operating the same
US9453497B2 (en) * 2014-03-18 2016-09-27 General Electric Company Method for operating a wind farm
WO2015180727A1 (en) * 2014-05-30 2015-12-03 Vestas Wind Systems A/S A wind power plant with reduced losses
US20150349687A1 (en) * 2014-05-30 2015-12-03 Abb Technology Ag Electric Power Generation and Distribution for Islanded or Weakly-Connected Systems
WO2016000220A1 (en) * 2014-07-02 2016-01-07 Ge Energy Power Conversion Technology Ltd Overvoltage protection self-trigger circuit for double fed induction generator (dfig) wind power system
US9800054B2 (en) 2014-07-31 2017-10-24 Abb Schweiz Ag DC connection system for renewable power generators
KR20160081067A (ko) 2014-12-30 2016-07-08 국민대학교산학협력단 저전압 직류 배전시스템 및 배전방법
US9859716B2 (en) 2015-05-29 2018-01-02 General Electric Company Hybrid AC and DC distribution system and method of use
US10243352B2 (en) * 2016-07-29 2019-03-26 General Electric Company Battery-supported braking system for a wind turbine
CN107681684B (zh) * 2016-08-02 2021-05-07 台达电子企业管理（上海）有限公司 中压风力发电系统及其发电方法
US10352298B2 (en) * 2016-12-21 2019-07-16 General Electric Company Wind generation system and controlling method thereof
US20180187652A1 (en) * 2017-01-05 2018-07-05 General Electric Company Power Converter for Full Conversion Wind Turbine Systems
US10396695B2 (en) * 2017-04-18 2019-08-27 General Electric Company Method for protecting an electrical power system
US11081891B2 (en) * 2017-05-05 2021-08-03 General Electric Company Electrical power systems having reactive power and harmonic support components
US10784689B2 (en) * 2017-05-08 2020-09-22 General Electric Company Electrical power systems and methods using distortion filters
US10468881B2 (en) * 2017-05-31 2019-11-05 General Electric Company Electrical power systems having zig-zag transformers
US11218805B2 (en) 2019-11-01 2022-01-04 Roku, Inc. Managing low frequencies of an output signal

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100219634A1 (en) * 2009-02-27 2010-09-02 Acciona Windpower, S.A. Wind turbine control method, control unit and wind turbine
WO2010131069A1 (en) * 2009-05-11 2010-11-18 Clipper Windpower, Inc. Fiber optic distributed input/output system for wind turbine
US20130334817A1 (en) * 2012-06-14 2013-12-19 Hartmut SCHOLTE-WASSINK Wind turbine rotor control
CN103683318A (zh) * 2012-08-31 2014-03-26 通用电气公司 响应于高压电网事件控制双馈感应发电机的系统和方法
JP2014128157A (ja) * 2012-12-27 2014-07-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 風力発電施設及びその運転方法
CN104919693A (zh) * 2013-01-18 2015-09-16 通用电气公司 对于功率转换器中的非交错并联桥电路的电流平衡控制
CN103470370A (zh) * 2013-08-30 2013-12-25 广东康菱动力科技有限公司 高寒地区高效节能保温型箱式柴油发电机组
CN204046189U (zh) * 2014-04-30 2014-12-24 成都中环资(集团)有限公司 一种智能电网分布式风力发电系统
CN104052060A (zh) * 2014-07-04 2014-09-17 国家电网公司 一种并网风力发动机组抑制谐振方法
US20160149405A1 (en) * 2014-11-26 2016-05-26 Integrated Drive Systems LLC Drilling rig system having improved electrical subsystem
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
CN205123280U (zh) * 2015-11-13 2016-03-30 北京天诚同创电气有限公司 风电场的拓扑结构、升压控制装置及系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴伟丽等: "磁暴扰动对长距离输电高压系统电压影响分析", 《科学技术与工程》 *
吴伟丽等: "磁暴扰动对长距离输电高压系统电压影响分析", 《科学技术与工程》, no. 16, 8 June 2013 (2013-06-08) *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3631933A1 (en) 2020-04-08
WO2018217473A1 (en) 2018-11-29
US20180342875A1 (en) 2018-11-29
US10587121B2 (en) 2020-03-10
EP3631933A4 (en) 2020-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10396695B2 (en) Method for protecting an electrical power system
US10468881B2 (en) Electrical power systems having zig-zag transformers
US11081891B2 (en) Electrical power systems having reactive power and harmonic support components
CN108808725B (zh) 用于风电场的无功功率控制的系统及方法
CN110603707B (zh) 电功率系统和子系统
EP3205875B1 (en) System and method for operating a wind turbine
EP3622617B1 (en) Electrical power systems and methods using distortion filters
CN110622380A (zh) 电功率系统和子系统
CN111602307A (zh) 用于优化风场的无功功率生成的系统及方法
CN110741523B (zh) 电功率子系统和用于控制其的方法
US10819103B2 (en) Systems and methods for isolating faults in electrical power systems connected to a power grid
EP3799246A1 (en) Electrical power systems having a cluster transformer with multiple primary windings
CN109424502B (zh) 用于防止风力涡轮电力系统的电压骤降的系统及方法
CN114941604A (zh) 用于控制风力涡轮的低速操作的系统和方法
WO2019212562A1 (en) Method for protecting an electrical 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
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20240103

Address after: Barcelona, Spain

Applicant after: Ge renewable energy Spain Ltd.

Address before: New York State, USA

Applicant before: General Electric Co.