[發明專利]為雙饋感應發電機提供增加的渦輪機輸出的方法和系統

有效

• 申請號: 201110346429.2
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN102545759A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: A·M·里特;J·A·米柳斯
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02P9/30
• 分類號: H02P9/30
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;譚祐祥

技術領域

本發明總體涉及風力發電機的領域，更具體地涉及允許增加發電機輸出以供應頻率支持電流的方法和系統。

背景技術

近來，風力渦輪機作為一種環境安全和相對廉價的替代能源而日益受到關注。由于此日益增長的關注，已做出相當大的努力來開發可靠和高效的風力渦輪機。

一般而言，風力渦輪機使用風力來發電。風力轉動連接到轉子上的多個葉片。風力造成的葉片的旋轉使轉子的軸旋轉，該軸連接到發電的發電機上。具體而言，轉子安裝在位于桁架或管狀塔架的頂部上的殼體或機艙內。公用級風力渦輪機，即，設計成向公用電網提供電力的風力渦輪機，可具有直徑達三十米或以上的相對大型的轉子。這些轉子上的葉片將風能轉換成驅動在某些情況下通過齒輪箱聯接到轉子上的一個或更多發電機的旋轉扭矩或力。齒輪箱可用于逐步提高渦輪機轉子的固有低轉速以便發電機有效地將機械能轉換為被提供給公用電網的電能。

一些渦輪機利用不使用齒輪箱而直接聯接到轉子上的發電機。在這些情形下，可使用雙饋感應發電機(DFIG)。使用功率轉換器來將發電機的繞線轉子的電力轉移到電網接點。在操作中，所需水平的能量將通過功率轉換器的DC鏈。在某些狀態(例如，瞬時功率狀態)下，轉子與電網接點之間的高功率失配暫時存在并且電壓瞬變被放大，使得DC鏈電壓水平可上升到高于正常允許的水平或額定水平。

用于吸收或偏離在過剩電力水平狀態期間的電力的已知系統包括在雙饋感應發電機的轉子端子與轉子轉換器之間使用快速工作的短接裝置，例如消弧電路。在操作中，這些短接裝置例如在過剩電力水平狀態期間在轉子端子處提供短接電路，以防止過剩的電力流向轉子轉換器。過剩的電力可導致形成能夠損壞轉換器并使風力渦輪機系統停止操作的過剩DC鏈電壓。

已知的附加短接裝置不僅增加了風力渦輪機系統的成本，而且可能導致發電機軸扭矩的高扭矩峰值，該峰值激發所聯接的風力渦輪機的傳動系的振動。在提取的電力的突然變化導致瞬時或振蕩力超過額定力或者與該力有關的位移超過額定位移的情況下，必須消除過剩的力。

雖然為這些構件提供增加的強度成本高，但通過此類構件提供的性能可用于提高它們的價值。另一方面，必須對操作系統施加的限制可能降低該價值。需要系統提供用于電網穩定的電流可降低發電機容量，以提供電網穩定電流的一部分由發電機單獨供應的頻率支持。

因此，需要一種方法和系統在不需要增強所有渦輪機設備的情況下可靠地供應電網穩定無功電流，同時允許發電機提供頻率支持電流。

發明內容

本發明的方面和優點將在以下說明中進行部分論述，或可從說明而變得顯而易見，或可通過實施本發明而獲悉。

本公開內容的一個示例性實施例涉及用于穩定風力渦輪機供電電網中的電網電流擾動的控制方法，該方法包括：將風力驅動的雙饋感應發電機的定子聯接到電網上；借助于線路側轉換器將雙饋感應發電機的轉子聯接到電網上，該線路側轉換器包括多個導電電氣開關；以及為線路側轉換器的導電開關提供充分的電流承載容量，以產生頻率支持和增加的電網穩定電流，同時提供頻率支持并且所需的來自雙饋感應發電機的定子的電網穩定電流的量更小，從而允許在電網擾動期間的更多有功定子電流。

在選定的實施例中，該方法還提供借助于轉子側轉換器和直流鏈將雙饋感應發電機的轉子聯接到線路側轉換器上，此處該轉子側轉換器包括多個導電電氣開關。在某些情形中，該方法將上述開關提供為固態開關且在一些情形中提供為IGBT開關。

在更多特定實施例中，該方法提供跨直流鏈聯接動態制動器并根據跨直流鏈的電壓水平控制動態制動器。在所選的實施例中，該方法將動態制動器提供為串聯連接的開關和消耗裝置，并且在特定實施例中該串聯連接的開關是固態開關且消耗裝置為電阻器。

在所選的實施例中，該方法提供通過根據跨直流鏈的電壓變化調制施加到固態開關的信號來控制動態制動器。在更多特定實施例中，該方法提供具有至少與為轉子側轉換器開關提供的電流承載容量一樣大的用于線路側轉換器開關的電流承載容量的開關。在一些實施例中，該方法將開關和動態制動器開關提供為絕緣柵雙極晶體管。

本公開內容的另一示例性實施例涉及一種用于穩定風力渦輪機供電電網中的電網電流擾動的裝置。該裝置包括具有定子和轉子的風力驅動的雙饋感應發電機，其中該定子聯接到電網上。線路側轉換器設置有構造成將雙饋感應發電機的轉子聯接到電網上的多個導電電氣開關。導電開關設置有充分的電流承載容量，以產生頻率支持和增加的電網穩定電流，同時提供頻率支持并且所需的來自雙饋感應發電機的定子的電網穩定電流的量更小，使得在電網中擾動期間可從定子提供更多有功電流。