[發(fā)明專利]發(fā)電機控制系統(tǒng)及方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080066575.3
• 申請日: 2010-04-29
• 公開（公告）號: CN102986131A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: D·舒萊·洛佩斯;I·加門迪亞·奧拉雷加;J·科洛馬·卡拉霍拉;J·馬約爾·盧薩雷塔;J·埃洛里亞加·里昂諾斯;A·卡卡·馬約爾
• 申請（專利權(quán)）人: 英格蒂姆能源科技有限公司
• 主分類號: H02P9/00
• 分類號: H02P9/00;H02P9/10
• 代理公司: 余姚德盛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33239
• 代理人: 戚秋鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的主題是用于在電網(wǎng)中的電壓降期間控制與電網(wǎng)連接的發(fā)電機的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

近來，與電網(wǎng)連接的風(fēng)力發(fā)電機和風(fēng)場的數(shù)量顯著增長。出于此原因，電網(wǎng)連接要求變得日益嚴(yán)格，結(jié)果是風(fēng)力發(fā)電機控制系統(tǒng)變得日益復(fù)雜。具體地，電網(wǎng)連接要求要求風(fēng)力發(fā)電機在電網(wǎng)中的短持續(xù)時間的電壓降期間表現(xiàn)良好。

背靠背變流器是用于將發(fā)電機與電網(wǎng)連接的已知裝置。背靠背變流器包括通過DC鏈路連接的發(fā)電機側(cè)變流器和電網(wǎng)側(cè)變流器。背靠背變流器用于DFIG(雙饋感應(yīng)發(fā)電機)系統(tǒng)中，在該情況下背靠背變流器將發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與電網(wǎng)連接，而且在全變流器系統(tǒng)中，在該情況下，背靠背變流器將發(fā)電機的定子與電網(wǎng)連接。DFIG和全變流器系統(tǒng)兩者均是現(xiàn)有技術(shù)的部分。

更具體地，由于DFIG提供了多種優(yōu)于大多數(shù)其它系統(tǒng)的經(jīng)濟和技術(shù)方面的優(yōu)勢，所以DFIG現(xiàn)在被廣泛地采用。在DFIG中，如果不采取措施，電網(wǎng)中的電壓降產(chǎn)生過渡相，造成轉(zhuǎn)子繞組中的過電壓，這對于發(fā)電機側(cè)變流器而言是破壞性的。

因此，為了滿足電網(wǎng)連接的要求，DFIG系統(tǒng)包括這樣的裝置：一方面，所述裝置允許在過渡相中保持發(fā)電機與電網(wǎng)連接，另一方面，保持對風(fēng)力渦輪機的控制。該裝置通常稱為“電撬”或“電撬單元”。國際專利申請PCT/ES2006/000264公開了電撬單元，當(dāng)檢測到電網(wǎng)中的電壓降時，激活電撬單元。電撬單元基本上通過短路來降低轉(zhuǎn)子繞組處的電壓，因此保護(hù)背靠背變流器的發(fā)電機側(cè)變流器。

近來，日益嚴(yán)格的電網(wǎng)連接要求要求較短的過渡相。然而，如果過早地去激活電撬單元，則破壞性電壓可能仍存在于轉(zhuǎn)子繞組中。因此，對于用于與電網(wǎng)連接的發(fā)電機的控制系統(tǒng)仍存在需求。

發(fā)明內(nèi)容

通常，背靠看變流器設(shè)計成管理電力變換系統(tǒng)所要求的額定容量(在全變流器中為100％的風(fēng)力渦輪機電力，并且在DFIG中為30％的風(fēng)力渦輪機電力)。因此，背靠背變流器(例如，IGBT)的反并聯(lián)二極管被評估為不能承受在電壓降情況下可能出現(xiàn)的過電流，并且因此，在發(fā)電機側(cè)變流器不與發(fā)電機斷開連接的情況下可能出現(xiàn)故障。

為了解決該問題，本發(fā)明的第一方案描述了發(fā)電機控制系統(tǒng)，其包括背靠背變流器，所述背靠背變流器連接在發(fā)電機和電網(wǎng)之間，并且發(fā)電機控制系統(tǒng)進(jìn)一步包括與發(fā)電機側(cè)變流器并聯(lián)的整流器件，所述整流器件串聯(lián)地連接在發(fā)電機和背靠背變流器的DC鏈路之間。

該新技術(shù)允許背靠背變流器在整個電壓降期間處于控制中，從而與現(xiàn)有的電撬系統(tǒng)相比能夠更早地將無功功率注入電網(wǎng)中。另外，背靠背變流器無需設(shè)計并制造為具有耐受極高電流的能力，因此更加經(jīng)濟且更易于制造。

整流器件將發(fā)電機側(cè)的三相電壓和電流轉(zhuǎn)換成DC電壓和電流。優(yōu)選地，整流器件包括：包括二極管的電橋；包括IGBT的電橋；或包括晶閘管的電橋。在整流器件包括有源元件(IGBT、晶閘管或其它元件)的情況下，可使整流器件工作以在檢測到電網(wǎng)中的電壓降之后的選定瞬間啟動本發(fā)明的控制系統(tǒng)。

因此，本發(fā)明的控制系統(tǒng)提供了發(fā)電機和與發(fā)電機側(cè)變流器并聯(lián)的DC鏈路之間的備選連接，允許發(fā)電機側(cè)的過能量進(jìn)入DC鏈路，同時保持發(fā)電機側(cè)變流器處的電壓足夠低以防止其故障。

根據(jù)優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明進(jìn)一步包括與整流器件串聯(lián)連接的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件主要用于避免如下問題：當(dāng)不存在電壓降時，電流從DC鏈路朝向發(fā)電機側(cè)返回，這是當(dāng)使用一些類型的整流器件可能出現(xiàn)的問題。優(yōu)選地，半導(dǎo)體器件包括兩個晶閘管或二極管，每個晶閘管或二極管分別連接DC鏈路的正極和負(fù)極和整流器件。當(dāng)由有源元件形成時，半導(dǎo)體器件可進(jìn)一步用于在檢測到電網(wǎng)中的電壓降之后在選定瞬間使本發(fā)明的控制系統(tǒng)運行。

輸送到DC鏈路的過能量可以多種方式來處理。例如，可使其朝向電網(wǎng)通過電網(wǎng)側(cè)變流器。根據(jù)另一優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明進(jìn)一步包括與DC鏈路連接的能量耗散器件。能量耗散器件可以為任何類型(電容性的、電感性的或電阻性的)，而在優(yōu)選的實施方案中，能量耗散器件為電阻性的，例如斬波電路，在該情況下耗散過能量。可選地，能量耗散器件可以為電容性的，在該情況下過能量被吸收并且隨后在電網(wǎng)中的電壓降之后釋放。作為附加的優(yōu)勢，由于常規(guī)的背靠背變流器的DC鏈路通常包括電容器組，所以電容性的能量耗散器件可以并入電容器組中。

優(yōu)選地，通過本發(fā)明的系統(tǒng)控制的發(fā)電機與風(fēng)力渦輪機連接。

在本發(fā)明的另一優(yōu)選的實施方案中，發(fā)電機為雙饋感應(yīng)發(fā)電機(DFIG)，整流器件則與發(fā)電機的轉(zhuǎn)子連接。