[發明專利]用于具有提供DC模塊化變換器的風力發電機的風電場的控制系統

無效

• 申請號: 201080049980.4
• 申請日: 2010-09-30
• 公開（公告）號: CN102742149A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: F·卡斯泰里·德贊;G·馬切吉亞尼;F·帕羅蒂;D·羅薩蒂
• 申請（專利權）人: 特雷維能源股份公司
• 主分類號: H02P9/48
• 分類號: H02P9/48;H02J3/46;H02P9/30
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 葉勇

本發明涉及發電機的控制領域，特別是涉及用于具有提供DC模塊化變換器的風力發電機的風電場的控制系統。

如圖1中概略圖所示，公知的風電場使用多個風力發電機1，每一個配備了各自的風力葉輪1a，其被提供風動能并且能以如下方式而被機械控制：

-根據風向改變其排列

-改變形成葉輪1a的葉片安裝角，以這樣的方式調節風能轉換成機械能。

在風電場內部，每一風力發電機通過中壓配電網絡并聯于其他的風力發電機1，該中壓配電網絡包括多個雙極型和DC電力線L。由風力發電機1產生并且通過DC和中壓配電網絡傳送的電能，通過一個或多個中壓或高壓DC電線傳輸。在這些電力線的下游，具有變換站3，其將風電場連接到國家傳輸電網。

變換站3內部至少具有一個逆變器3a，該逆變器3a具有由DC線L供電的輸入端和提供了一個或多個升壓變壓器3b的入口的各自的輸出端，該升壓變壓器3b連接在逆變器3a輸出端和電網之間。

風力發電機1的內部具有，為了產生動力傳動或電力變換鏈(本領域公知的動力傳動系統)，電力發電機1b，其具有多個定子獨立三相電路(或三相電壓星形)2，其每一個通過各自的三相線2a連接到模塊化類型和多電平的電能4的靜態變換級，從交流電壓(表現在星形2上)轉換為直流電壓。在電力發電機1b和風力葉輪1a之間，不介入任何升壓齒輪(變速箱)，以這樣的方式以便盡可能多的減少風力發電機1引擎艙的重量以及增加整個系統的能效和可靠性。

更加詳細的，如圖2所示，變換級4從交流(電壓)(AC)轉換為直流(電壓)(DC)，在其內部包含多個AC-DC變換模塊4a’-4a””，每一變換模塊具有連接到各自三相線2a的各自的輸入端和各自的一對輸出端4b、4c，在這一對輸出端4b、4c之間連接各自的電容器堆。AC-DC變換器模塊4a’-4a””是由強制開關激活(IGB、IGCT或MCS)電子裝置以及由連接到它們的各自的反并聯續流二極管形成的電壓類型施壓，以這樣的方式產生三相橋。

每一AC-DC變換模塊4a’-4a””被串聯連接到剩余的AC-DC變換模塊，以致于每一AC-DC變換模塊4a的每一端子4b直接連接到相鄰變換器的端子4c。

兩個AC-DC變換模塊4a’、4a””的每一個，在串聯的邊緣出現各自的端子4b和4c連接到變換級4的輸出端，以這種方式形成中壓和DC雙極線L。

提供如圖1所示的用于風電場的控制系統的結構，配置了具有如圖2所示的動力傳動系統的風力發電機，基于其自己的目前用于具有全規模類型(即全電能)的AC/DC/AC靜態變換器的直流驅動風力發電機的控制系統如圖3所示，其表示用于最后的風力渦輪發電機的技術狀態。在該控制結構中，PLC6(可編程邏輯控制器)用作風力渦輪的通用控制器(風力渦輪控制器)，其接收與狀態、報警以及來自多個子系統(未示出)的測量相關的多個信號作為輸入，該多個子系統集成在風力發電機中。PLC6控制，分別通過其自身的輸出信號，葉片角設置α、風力葉輪1a的偏轉角δ以及發電機1b的旋轉速度ω，轉矩根據上述信號獲得并且由此能量由發電機傳送至軸。進一步地，PLC6參考以下提供電能和轉矩：

-變換器的第一控制級5，其通過變換器級4控制發電機1b；以及

-變換器的第二控制級8，安裝在變換站3中，其驅動介于電力網絡的逆變器3a。如圖3中細節所示，每一變換器級4具有各自的第一控制級5，被稱作“主”(即主要的)接收第一信號V_DC作為輸入，涉及出現在線L的電壓以及由電力發電機1b產生的機械轉矩的第二信號C_RIF；這些信號來自PLC控制器6。第一控制級5的目的是調節在AC-DC變換模塊4a’-4a””內部提供的IGBT或IGCT晶體管門極端的推動力。

PLC控制器6也將又一控制信號送入第二控制級8，其驅動逆變器3a的操作。

逆變器3a具有，如事實那樣，自我控制級8，能監控和保持上面所述出現在線L上的電壓恒定。

圖3所述的控制結構，目前用于每一風力發電機1中，出現在風電場的每一風力發電機中。

假設，如圖1所述，每一AC-DC變換模塊4a在其輸出端4b、4c產生等于6kV的直流電壓，并且串聯設置的AC-DC變換模塊4a’-4a””，準確的說是如圖2中所示的四個，應該清楚的是，在線L上，被提供24kV的直流電壓，因而在中電壓級別，直接提供給變換站3。

由風力發電機1、變換站3、電線L、PCL6以及第一、第二變換控制級5、8組成的組形成所謂的MVDC系統(中壓和直流)。