[发明专利]转换器中的控制系统和操作转换器的方法

说明书

公开了一种转换器中的控制系统和操作转换器的方法，其适于控制连接至AC电网的电力转换系统，控制系统适于接收外部提供的无功功率参考并且包括：适于控制由电力转换系统馈送至AC电网的无功功率并且产生无功电流参考的控制器；有功电流参考；用于产生经限制的有功和无功电流参考的总电流限制器。总电流限制器以限制有功电流参考的无功电流优先的方式操作。还包括适于产生指示电力转换系统的电流容量的容量信号的装置。还包括最小无功功率参考跟踪器，适于生成内部生成的无功功率参考，其适于馈送至适于控制由电力转换系统馈送至AC电网的无功功率的控制器，最小无功功率参考跟踪器适于将内部生成的无功功率参考控制为有功电流参考不受限制的值。

技术领域

本发明总体涉及并网电力转换器。

背景技术

并网电力转换器是其中半导体开关部件被用于产生交流电压以向电网供电的装置。这样的转换器例如与太阳能和风能结合使用，并且通常在下述发电系统中使用，在该发电系统中，旋转发电机与电力要馈送至的电网不同步。

并网转换器的示例是三相电压源逆变器，其输出被连接至电网。并网转换器通常被称作电网侧转换器(GSC)。电网侧转换器连接至DC(直流)链路，并且电力通过DC链路从机器侧转换器(MSC)馈送至电网侧转换器。机器侧转换器连接至由能源例如风能或水能旋转的旋转发电机。

与太阳能发电结合时，所产生的电力是DC，因此不需要机器侧转换器。相反，用太阳能发电机产生的DC电压被修改到合适的电平，使得电网侧转换器可以将所产生的电力馈送至网络。

典型的全功率风力转换器系统包括风力涡轮机控制器(WTC)，其向电力转换器系统提供外部AC(交流)电压参考Uref1和有功功率参考Pref。风力涡轮机控制器是上层控制器，其控制转换器系统的整体操作以及与风力涡轮机的操作有关的相关功能，例如但不限于叶片桨距控制、与更高级别的风电场控制器的通信。电力转换器系统具有借助风力涡轮机变压器和风力发电场的集流器(collector)系统连接至电网的电网侧转换器，以及控制发电机的机器侧转换器和连接两个转换器的DC链路。

在电网侧转换器中，AC电压控制器调节电网侧AC电压并且产生无功电流的参考值Ir_ref。此外，DC链路控制器将DC链路的DC电压调节为参考值并且产生有功电流参考Ia_ref。

此外，电网侧转换器的典型实现包括迫使电流在一定界限内的电流限制器。电流限制器可以根据来操作，使得电流参考Ir_ref和Ia_ref保持在界限Ilim以下。界限Ilim是电网侧转换器的最大连续电流界限。电流限制器以有功电流优先的方式进行操作并且产生经限制的电流参考Ia_ref_lim和Ir_ref_lim。在有功电流优先的情况下，有功电流优先是指下述操作原理：根据该操作原理，在达到或超过所述界限的情况下无功电流参考Ir_ref_lim被适当地降低。

电网侧转换器还包括用于响应于有功Ia和无功Ir的经限制的参考Ia_ref_lim和Ir_ref_lim来调节向电网的有功Ia和无功Ir电流注入的控制器。

在典型的全功率风力转换器系统中，电网侧转换器的AC电压控制器遵循从风力涡轮机控制器接收的AC电压参考Uref1。从风力涡轮机控制器接收的有功功率参考Pref被转换成相应地控制风力涡轮发电机的机器侧转换器的相应发电机扭矩参考。由发电机产生的电力通过机器侧转换器并且注入DC链路。DC链路电压由电网侧转换器的DC链路控制器进行调节。风力涡轮机的GSC在许多实际情况下连接至非常弱的电网，也就是说，具有这样的高网络阻抗的电网，所述高网络阻抗导致在风力发电场并网点处的大约1…2的低短路比(SCR)。

在上述转换器系统连接至非常弱的电网并且以标称有功功率或接近标称有功功率操作的情况下，由于它们的电流界限Ilim，它们被频繁地阻止以稳定方式在其标称AC电压操作频带内操作。这种不稳定的操作也被称作“电压崩溃(collapse)”，并且由于其妨碍了正常的电力产生，因此是非常不期望的。