[發明專利]用于控制頻率轉換器的方法和頻率轉換器

無效

• 申請號: 201210242331.7
• 申請日: 2012-07-13
• 公開（公告）號: CN102882234A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 鄧恒
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H02J3/40
• 分類號: H02J3/40;H02P9/42
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 殷瑞劍;李家麟

技術領域

本發明總體上涉及一種用于控制頻率轉換器的方法，涉及一種頻率轉換器并且涉及一種電能產生設備諸如、例如風力渦輪機。而且，本發明涉及一種電動機。特別地，本發明涉及在AC輸入功率到AC輸出功率的轉換中的DC鏈路的優化。

背景技術

風力渦輪機通過使用風力來驅動發電機的轉子而將風能轉換成電能。發電機產生具有依賴于轉子的旋轉速度即風力的頻率的AC功率。

頻率轉換器或者功率轉換器能夠被用于將如由風力渦輪機的發電機提供的具有可變頻率的AC功率轉換成具有電網的恒定頻率的AC功率。通常這種頻率轉換器具有用于將AC功率轉換成被饋送到所謂的DC鏈路的DC功率的整流器。DC鏈路將整流器與逆變器連接，該逆變器將DC功率轉換成具有電網頻率的AC功率。

對于低壓頻率轉換器的硬件，最大允許電壓可以高于1200V。通過控制供應網絡或者電網功率或/和發電機功率，頻率轉換器的DC鏈路電壓（Vdc）通常在所有的操作點均被固定于1100V。DC鏈路電壓將確定頻率轉換器的以及還有發電機的損耗。例如，頻率轉換器的開關損耗與DC鏈路的電壓的平方成比例。

只要DC鏈路電壓是足夠高的，發電機側和電網側的所有控制目標便能夠實現。必要或者最小DC鏈路電壓能夠由發電機電壓、電網電壓、發電機電流和電網電流確定。

對于可變速度風力渦輪機，在低風速下，發電機電壓、發電機電流和電網電流是低的。在低風速條件下的必要DC鏈路電壓比1100V更低得多。例如，如果電網電壓是690V，則用于10%負載的必要DC鏈路電壓小于1000V。在此情形中，固定的DC鏈路電壓增加了在轉換器和發電機處的不必要的損耗。

在另一方面，固定的1100V?DC鏈路電壓確定在滿負載條件下的最大允許轉子速度和發電機的功率。因此，由于受到限制的固定DC鏈路電壓，風力渦輪機的瞬時超載和超速不能被實現。同樣固定DC鏈路電壓能夠限制發電機的操作速度和功率。

發明內容

本發明的一個目的在于改進功率的轉換。

根據本發明分別地利用權利要求1、6和10的特征解決了這個目的。

在一個方面中，本發明涉及一種用于控制頻率轉換器的方法，該頻率轉換器帶有整流器、經由DC鏈路連接到整流器的逆變器、整流器控制器和逆變器控制器，該方法具有以下步驟：

-確定用于整流器控制器的最小整流器DC鏈路電壓；

-確定用于逆變器控制器的最小逆變器DC鏈路電壓；

-將最小DC鏈路電壓確定為最小整流器DC鏈路電壓和最小逆變器DC鏈路電壓中的最大值；

-基于最小DC鏈路電壓和最大允許DC鏈路電壓中的最小值來確定最佳DC鏈路電壓基準；和

-基于最佳DC鏈路電壓基準來控制整流器控制器和/或逆變器控制器。

最佳DC鏈路電壓基準能夠例如被確定為最小DC鏈路電壓和最大允許DC鏈路電壓中的最小值。然而，最佳DC鏈路電壓基準還能夠以不同的方式被確定。例如，最佳dc鏈路電壓基準能夠是被添加到最小dc鏈路電壓和最大允許dc鏈路電壓中的最小值的某個裕度。

該控制方法通過調節DC鏈路的電壓基準改進如在風力渦輪機中的頻率轉換器和所連接的發電機的效率和操作范圍。能夠基于頻率轉換器的、發電機的和/或風力渦輪機的操作點實現這個。能夠從整流器或者發電機側和/或從逆變器或者電網側控制DC鏈路電壓。能夠直接地或者經由另一控制器或者計算機間接地控制整流器控制器和/或逆變器控制器。

利用根據本發明的方法，變化的DC鏈路電壓得以實現。電壓范圍能夠例如在950V到1200V之間，這能夠依賴于硬件設計。該方法改進了轉換器的和所連接的發電機的效率。例如能夠在可以降低冷卻成本時增加系統如風力渦輪機的年能量生產。由于變化的DC鏈路電壓，風力渦輪機的操作范圍增加并且超載狀況或者功率提升功能能夠被實現。

所述確定可以是基于當前操作條件的。特別地對于帶有內電流環的控制器而言，這是有益的。

頻率轉換器可以將發電機或者電動機與供應網絡連接。如例如在風力渦輪機中的這種設置得益于該方法。能夠直接地或者經由例如濾波器、檢測單元和測量裝置等間接地連接這個系統的部件。

可以以低于控制器的帶寬的速率確定最佳DC鏈路電壓基準。帶寬能夠是整流器控制器的、逆變器控制器的和/或一般地DC鏈路控制的帶寬。術語控制器涵蓋參與DC鏈路電壓的控制的所有單元。這個減慢的速率保證了控制環的穩定性。