[發明專利]使用變流器進行能量轉換的系統及其運作方法

有效

• 申請號: 201110143259.8
• 申請日: 2011-05-30
• 公開（公告）號: CN102810875A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 袁小明;翁海清;譚卓輝;劉云峰;楊文強;朱鵬程
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 彭久云

技術領域

本發明涉及使用變流器進行能量轉換的系統和方法，特別涉及一種對變流器的開關頻率進行控制的系統和方法。

背景技術

使用變流器(Converter)將能量從一種形式轉換成另一種形式已經在多種場合得到應用。例如，變流器可以應用于可再生能源發電系統中，包括風能和太陽能發電系統等。可再生能源發電系統中使用的變流器可以將能量變換成適合電網傳輸的電能。就具體的風力發電系統而言，通常使用交流-直流變流器以及直流-交流變流器進行能量變換。交流-直流變流器也稱作整流器，可以將交流電轉換成直流電，而直流-交流變流器也稱作逆變器，可以將直流電轉換成交流電。此外，變流器也可以應用于供電子產品使用的開關電源中，例如，個人電腦，液晶顯示電視機等電子裝置。在電子產品中使用的變流器通常將從電源獲得的交流電轉換成維持電子裝置正常運作所需的直流電。

上述的變流器通常包括一個或者多個開關元件。這些開關元件在控制器提供的開關信號的作用下進行能量轉換。通常情況下，在上述各種場合下使用的變流器，通過控制器提供給變流器的開關信號頻率被維持在固定的數值。

在對特定的變流器選擇開關信號頻率時，提高開關信號頻率通常會增加能量損耗，而降低開關信號頻率傾向于產生不必要的諧波分量。因此，有必要提供一種控制變流器開關信號頻率的系統和方法以解決上述問題。

發明內容

本發明的一個方面在于提供一種系統。該系統包括變流器，檢測器和控制器。該變流器包括開關元件。該檢測器被配置成用于檢測與該系統能量轉換過程相關的參數并提供指示該參數的電信號。該控制器與該變流器和檢測器電性連接。該控制器被配置成用于接收從該檢測器傳送的電信號并根據接收的電信號判定該系統是否存在預定的系統狀況。該控制器進一步被配置成用于根據系統狀況的判定結果發送對應的控制命令給該變流器。該變流器中的開關元件根據與該判定結果相對應的控制命令以不同頻率的開關信號進行能量轉換。

本發明的另一個方面在于提供一種風力發電場系統。該風力發電場系統包括多個風力發電機，多個風力發電機控制器以及風場控制器。該多個風力發電機與公共連接點電性連接。每一個風力發電機包括具有開關元件的變流器。該變流器用于轉換并提供電能給該公共連接點。每一個風力發電機控制器與每一個風力發電機的變流器電性連接。該每一個風力發電機控制器被配置成用于給對應的變流器提供標準頻率的開關信號。該風場控制器與每一個風力發電機控制器電性連接。該風場控制器被配置成用于判定運作的風力發電機的數量。該風場控制器還被配置成用于根據判定的風力發電機的運作數量控制該運作的風力發電機的至少一部分風力發電機控制器提供頻率不同于標準頻率的開關信號給對應的變流器。

本發明的再一個方面在于提供一種系統運作的方法。該方法至少包括如下步驟：通過作用開關信號到開關元件以將發電裝置產生的電能轉換成適合電網運送的電能；檢測與該系統相關聯的特定系統狀況；以及根據檢測到的特定系統狀況改變該作用到開關元件的開關信號頻率。

本發明的再一個方面在于提供一種運作風力場發電系統的方法。該方法至少包括如下步驟：通過風場控制器確定風力場發電系統中正在運作的風力發電機的數量；以及根據確定的風力發電機的運作數量，通過風場控制器降低作用到至少一部分運作的風力發電機的開關信號頻率。

本發明的再一個方面在于提供一種能量轉換系統。該能量轉換系統包括發電機側變流器，電網側變流器，檢測器以及控制器。該發電機側變流器被配置成用于將發電裝置產生的交流電或者一種形式的直流電轉換成另一種形式的直流電。該電網側變流器被配置成用于將發電機側變流器轉換成的直流電轉換成交流電。該檢測器被配置成用于檢測與該能量轉換系統相關的特定的系統狀況并提供指示該檢測到的特定的系統狀況的電信號。該控制器與該發電機側變流器，電網側變流器以及檢測器電性連接。該控制器被配置成用于接收該檢測器傳送的電信號并根據該接收到的電信號判定該特定的系統狀況是否存在。該控制器被配置成用于根據該特定的系統狀況的判定結果發送控制命令給該發電機側變流器或者電網側變流器。該發電機側變流器或者電網側變流器根據該控制命令以變化頻率的開關信號進行能量轉換。

本發明的系統以及方法，通過根據特定的系統狀況改變作用到變流器的開關信號頻率，可以解決傳統的變流器不能改變其開關信號頻率的技術缺陷。在一些情形下通過降低開關信號頻率可以降低能量損耗，并且減小變流器元件的熱應力。

附圖說明

通過結合附圖對于本發明的實施方式進行描述，可以更好地理解本發明，在附圖中：