[发明专利]用于提供电力的设备和方法

说明书

技术领域和背景技术

本发明涉及一种通过滤波器总线给负载提供电力的设备和通过该设备给负载提供电力的方法，其中该设备包括至少两个电压源变换器，所述至少两个电压源变换器各自通过电感器并联连接至所述滤波器总线并被配置成共用所述负载。

本发明不局限于任何特定水平的所述滤波器总线上的电压或可传输给所述负载的功率，但是作为示例会分别提到1千伏到32千伏和100千瓦到几兆瓦。

使用所述电压源变换器连接到的电力发电机的并联操作来共用连接至变换器所共有的所述滤波器总线的负载。一个这样的应用是对于船舶电源的集中式变频岸，其中所述负载可以是连接至所述滤波器总线的一艘或多艘船。变换器的这种并联的应用还可以是一个或多个微电网。

将多个电源单元并联以向所述负载馈送电力存在一些优点。其中之一是可以通过使用并联连接至所述滤波器总线的多个较低电源单元而不是使用单个高电源单元来实现增加的额定功率。这意味着，一个这样的电源单元的维护可以在不需要完全关闭对所述负载的电力供应的情况下进行，这是因为其他电源单元于是可以暂时接管因维护而关停的单元的那部分负载。将若干电源单元并联获得的冗余还增加了电力对所述负载的可用性，这是因为只要有足够数目的电源单元在运行，电力就可以被馈送至所述负载。

附图1示意性示出了所述设备，该设备具有三个电压源变换器1至3，这三个电压源变换器1至3各自通过电感器5至7并联连接至滤波器总线4以共用共同负载8，该负载实际上可以是连接至滤波器总线的多个负载。一种使这些变换器共用共同负载的方式是使用对所有变换器的端电压进行设置的主控制器。然而，由于变换器所连接或所属的电力发电机单元可以相距非常远，它们之间具有相当大的线路阻抗，所以变换器的并联操作应该在没有或最低控制通信的情况下实现。克服所有变换器对单个主控制器的依赖的替选控制理念是具有针对并联组合中的每个变换器的单独的控制器。

将频率相对于有功功率以及电压相对于无功功率的下降方案用于独立控制的发电机和电压源变换器的负载共用是公知的。然而，通过接口电感器并联连接至共有滤波器总线并采用该下降方案的变换器操作为电压源。即使这些变换器积极地调节滤波器总线电压，变换器也没有动态地对变换器的输出电流进行调节和限制的基本电流控制回路。

为了实现动态电流控制和电流限制能力，图1中的每个变换器必须利用基本电流控制器来采用电压矢量控制，例如d-q坐标系或α-β坐标系电压控制。这就是调节滤波器总线电压矢量同时保持变换器电流的动态控制。附图2中示出了获得该功能的针对一个所述变换器的控制单元的示例。该控制单元10'包括：第一装置11'（由信号箭头表示），该第一装置被配置成根据滤波器总线电压v_f产生两个垂直相交的滤波器总线电压矢量v_fx，v_fy；第二装置12'（由信号箭头表示），该第二装置被配置成产生针对所述两个滤波器总线电压矢量中的每个滤波器总线电压矢量的滤波器总线电压参考矢量第三装置13'，该第三装置被配置成对每个所述滤波器总线电压矢量和与之关联的滤波器总线电压参考矢量求和；调节器14'，该调节器被连接以接收所述第三装置的求和结果以便产生针对每个滤波器总线电压矢量的电流参考矢量；以及第四装置15'，该第四装置被配置成基于所述电流参考矢量将电流控制引入变换器控制中，以获得来自第k个变换器的电流的彼此垂直相交的两个矢量(i_kx,i_ky)。通过该控制方案，变换器可以被模制为直接连接到滤波器总线4的电流源16至18，如附图3所示。这些电流源在电流限制内调整它们的输出电流以调节滤波器总线电压。然而，在一次只有图1中的变换器中的一个变换器运行的情况下，图2的控制方案才可行。如果接通多个变换器，则所述第四装置的控制器会彼此斗争（fight），因为这些控制器全部试图调节滤波器总线的同一电压矢量。此外，图2中没有保证它们将共用共有负载的事物。不能使用公知的频率相对于有功功率以及电压相对于无功功率的下降方案来使这些电流源共用共有负载，这是因为这些下降方案严格用于通过电感并联连接的电压源。

美国专利7567064公开了在介绍中定义的类型的具有对各个变换器的独立控制的电力供应设备。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有以上公开类型的设备和方法，其提出了获得多个电压源变换器中的每个变换器的独立控制的有利替选方式，所述多个电压源变换器各自通过电感器并联连接至滤波器总线并共用共有负载。