[发明专利]电功率子系统和用于控制其的方法

说明书

一种用于控制电功率子系统的方法包括基于低压配电板的测量电压来确定辅助电压误差值。方法还包括接收有功电流命令。方法还包括基于辅助电压误差值和有功电流命令来计算用于功率转换器的线路侧转换器的开关模式。由线路侧转换器产生的电流水平控制到低压配电板的电压。

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，如示出的那样，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。

然而，每个风力涡轮10的三绕组变压器34提供一定的阻抗，该阻抗允许风电场46中的风力涡轮10调节三绕组变压器的次级绕组处的电压。如果移除三绕组变压器34，该阻抗以及定子32处相关联的电压控制丢失。无功功率流因此不被推到电网。此外，可丢失由每个系统馈给的用于辅助负载的电压控制，因此需要带有较高额定电压的辅助构件来补偿潜在的增加的电压。由于较高的相关联成本和额外的资格需要，使用此类构件是不期望的。