[發明專利]用于控制水電渦輪機的方法和系統

在審

• 申請號: 201280041336.1
• 申請日: 2012-08-10
• 公開（公告）號: CN103931097A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: E·斯普納;S·考索恩;W·K·古
• 申請（專利權）人: 開放水知識產權有限公司
• 主分類號: H02P9/48
• 分類號: H02P9/48;H02M5/45
• 代理公司: 北京市鑄成律師事務所 11313
• 代理人: 孟銳

1.一種用于控制水電渦輪機（16）的操作的控制系統，所述控制系統包括：轉換器系統（20），其被配置來將由連接到所述渦輪機（16）的發電機（18）供應且具有為所述渦輪機的旋轉速度的函數的電壓和頻率的AC電力轉換成具有用于將所述AC電力傳輸到接收站的傳輸系統（22）的電壓和頻率的AC電力；

所述系統還包括控制單元（32），所述控制單元與所述轉換器系統（20）協作以響應于通過所述渦輪機（16）的水流速度而調整由所述發電機供應的所述AC電壓，從而控制所述渦輪機的旋轉；

其中所述轉換器系統還包括第一級轉換器（26）和第二級轉換器（28），其中所述第一級轉換器與所述第二級轉換器之間提供DC鏈路（34），所述第一級轉換器被配置來將由所述發電機（18）供應的所述AC電力轉換成DC電力，且所述第二級轉換器被配置來將所述DC電力轉換成所述AC電力以傳輸到所述接收站；且其中所述第二級轉換器是電壓源逆變器類型。

2.根據權利要求1所述的控制系統，其中所述DC鏈路（34）包括用于感測DC電流的至少一個傳感器且被配置來將與所述受感測DC電流相關聯的信號提供給所述控制單元（32）。

3.根據權利要求2所述的控制系統，其中所述DC鏈路包括用于感測DC電壓的至少一個傳感器且被配置來將與所述受感測DC電壓相關聯的信號提供給所述控制單元。

4.根據任何前述權利要求所述的控制系統，其中所述第一級轉換器（26）是電壓源逆變器類型。

5.根據任何前述權利要求所述的控制系統，其中所述第一級轉換器（26）是用作有源前端的電壓源逆變器且被配置來運用固定電壓DC鏈路進行操作。

6.根據任何前述權利要求所述的控制系統，其中所述第一級轉換器（26）和所述第二級轉換器（28）是6-裝置三相橋接器，每個裝置包括開關和續流二極管。

7.根據權利要求6所述的控制系統，其中所述開關是選自半導體開關中的任何一個，諸如絕緣柵雙極型晶體管IGBT、集成柵極換流晶閘管（IGCT）或柵極關斷（GTO）晶閘管。

8.根據權利要求7所述的控制系統，其中所述開關被配置來接收從所述控制單元（32）接收的信號且根據所述信號進行操作。

9.根據任何前述權利要求所述的控制系統，其中電容器（41）與所述第一級轉換器和第二級轉換器（26、28）的DC端子并聯連接且被配置來在所述裝置的所述開關的切換循環的周期內維持大體上恒定的DC鏈路電壓。

10.根據任何前述權利要求所述的控制系統，其中所述控制單元（32）被配置來控制所述第一級轉換器（26）的所述裝置，從而控制所述第一級轉換器（26）的AC輸入處提供的電壓。

11.根據任何前述權利要求所述的控制系統，其中所述控制單元（32）被配置來控制所述第一級轉換器（26）的所述裝置以設置所述發電機（18）的端子處的電壓的振幅和頻率以及對應的有功和無功功率流。

12.根據權利要求10或11中任一項所述的控制系統，其中所述第一級轉換器（26）被控制來將根據電頻率變化的AC電壓提供給所述發電機（18）使得生成的AC電流與所述發電機（18）的繞組中引發的電磁力同相。

13.根據權利要求10至12中任一項所述的控制系統，其中所述控制單元（32）被配置來通過切換傳輸到所述第二級轉換器（28）的所述裝置的信號控制所述第二級轉換器（28）的所述AC輸出電壓的振幅和頻率。

14.根據權利要求10至13中任一項所述的控制系統，其中所述控制單元（32）被配置來修改所述第一級控制器（26）的所述裝置的操作以調整所述第一級轉換器（26）的輸入端子處的所述AC電壓的頻率以控制所述渦輪機（16）的旋轉。

15.根據權利要求10至14中任一項所述的控制系統，其中響應于所述水流速度小于閾值，所述控制單元（32）被配置來確定所述DC鏈路電流、確定與所述渦輪機的所述水流速度相關聯的最佳DC電力值，且通過修改所述第一級轉換器（26）的所述裝置的切換次序調整所述第一級轉換器（26）的操作以將所述輸入端子處的所述AC電壓的頻率調整成給所確定的DC鏈路電流提供所述最佳DC電力值的值。