[发明专利]在过电压穿越期间控制风力涡轮机

说明书

本发明涉及一种用于操作风力涡轮机的方法。该方法包括监测风力涡轮机信号以检测电网的过电压，并且在检测到过电压时发起过调制模式，在过调制模式中电网侧转换器以一调制指数操作，该调制指数至少在过调制模式的子周期期间在过调制范围内增加，并且在检测到操作条件时，发起直流电压调节模式，在直流电压调节模式中直流链路的直流电压至少在直流电压调节模式的子周期期间从第二电压电平朝着第一电压电平减小。

技术领域

本发明涉及风力涡轮机，尤其涉及对风力涡轮机的功率转换器的控制。

背景技术

由于宇宙射线的影响，使用高直流链路的电压功率转换器会缩短IGBT晶体管的寿命。因此，期望保持直流链路电压尽可能低。然而，在某些情况下，例如电网电压增加到标称电网电压以上的情况下，可能需要增加由电网侧转换器产生的电力的输出电压幅值，例如，以便防止高电流从电网流入电网侧转换器。在其它情况中也需要增加电网侧功率转换器的电压幅值。

EP2655871 A1公开了一种操作风力涡轮机的方法。风力涡轮机包括发电机、连接到该发电机的发电机侧转换器、通过功率部件连接到电网的线路侧转换器，并且提供了连接在发电机侧转换器和线路侧转换器之间的直流链路。该方法包括监测电网上的电网电压的过电压事件，并且如果检测到过电压事件，则线路侧转换器在过电压事件的持续时间的至少一部分中以过调制范围操作。

因此，EP2655871 A1通过在过电压情况下使用过调制来增加输出电压来解决上述问题。然而，由于产生谐波，而该谐波注入电网，过调制会导致电网污染。

因此，在需要增加所产生的输出电压的情况下，仍需要对风力涡轮机进行改进。

发明内容

本发明的一个目的是关于在需要或有利的情况下产生增加的输出电压而改进风力涡轮机。本发明的另一个目的是改善产生高输出电压由于使用过调制而导致电网污染的情况。本发明的又一个目的是改善功率转换器的开关元件的寿命由于高直流链路电压而缩短的情况。

在本发明的第一方面，提供了一种用于操作风力涡轮机的方法，该风力涡轮机包括发电机、发电机侧转换器、电网侧转换器、电连接到该发电机侧转换器的输出以及该电网侧转换器的输入的直流链路，该方法包括：

-监测风力涡轮机信号以检测需要增加该电网侧转换器的输出电压的操作条件，

-在检测到该操作条件时，发起过调制模式，在该过调制模式中该电网侧转换器以调制指数操作，该调制指数至少在该过调制模式的子周期期间被增加到在过调制范围中的值，以及

-在检测到该操作条件时，发起直流电压调节模式，在该直流电压调节模式中该直流链路的直流电压至少在该直流电压调节模式的子周期期间从第二电压电平朝着第一电压电平减小。

该第一电压电平可以具有在例如在最小直流电压以上3％至10％范围内的电压，可选地为在最小直流电压以上的任何合适值。最小直流电压是在标称电平下产生输出电压Uo所需的最小电压，即用于匹配标称电网电压Ug所需的输出电压Uo。该第一电压电平代表直流链路电压储备，其放宽了控制要求并为电网侧转换器的控制的动态提供了空间，该动态例如由于转子速度的变化。通常，直流链路205的最小直流电压应当满足发电机和电网侧转换器203、204的直流电压要求，即最小直流电压应当对应于发电机侧转换器203或电网侧转换器204的电压要求中最大的那个。

第二电压电平代表提供在标称电平以上的输出电压Uo的高直流链路电压，例如应对诸如过压情况(OVRT)的操作条件所需的高直流链路电压。直流链路的第二电压电平可以通过在直流电压调节模式的子周期之前开始的预先(previous)初始充电周期获得，在该预先始充电周期中直流链路电容器被充电到第二电压电平。直流链路电容器的这种初始充电可以是直流电压调节模式和/或过调制模式的初始过程。在该初始充电过程期间，可以控制调制指数以确保电网侧转换器的期望输出电压。