[發明專利]用于脫離線狀電網的雙饋感應發電機風力系統的控制策略

有效

• 申請號: 201310685092.7
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN104716666B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: J.黃;L.翁;S.常;Y.徐;J.朱
• 申請（專利權）人: 通用電氣能源能量變換技術有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 姜甜;湯春龍

本發明提供一種用于雙饋感應發電機(DFIG)系統的控制器。在多個實施例中，所述系統包括雙饋感應發電機、背對背式轉換器以及控制器。所述DFIG包括：轉子側轉換器；直流鏈，所述直流鏈具有至少一個電容并且與所述轉子側轉換器的輸出耦接；以及線路側轉換器，所述線路側轉換器與所述直流鏈的輸出耦接。所述控制器配置用于對背對背式轉換器的功率、DFIG的熱性能以及所述轉子側轉換器和線路側轉換器的所述電感器進行控制，以消除所述直流鏈中的過電壓，并降低由于孤島效應事件產生的過速。

技術領域

本發明大體上涉及雙饋感應發電機領域。更具體地說，本發明涉及適用于風力發電機的雙饋感應發電機。

背景技術

近年來，隨著石油和煤等化石能源供應的減少以及恢復這些化石能源所需的價格和勞動強度的增加，使得例如，由風力發電機產生的風能等替代能源對于滿足對電能的不斷增加的需求而言變得越來越受歡迎。風力發電機是一種基于可再生能源的類型的供電裝置，其能夠與傳統的發電形式競爭。因此，風力發電機獲取風能并且以具有成本效益的、可靠且安全的方式將風能轉化成電能，使其適于傳輸到千里之外。

在操作中，風力發電機可以包括多個旋轉葉片，所述旋轉葉片連接到轉子軸上并且通過風進行旋轉。葉片通過風進行的旋轉會使轉子軸自旋，以生成驅動一個或多個發電機的旋轉扭矩或旋轉力，從而將機械能轉化成電能。轉子軸或發電機安裝在位于桁架或管狀塔筒的頂部上的外殼或機艙中。在機艙中生成的電能經由變壓器向下穿過塔筒分布到共用電網上。

風能具有若干應用，這些應用的范圍從互連到公用電網上且將電能傳送到共用電網上的較大風力發電機場到可能進行電網連接或可能不進行電網連接的單個隔離的風力發電機。因此，風力發電機可以用于為單個家庭或建筑物發電，或者風力發電機可以連接到電網上，用于更廣泛的電力分配。風力發電機到電網的互連可以基于裝置的尺寸、對總電力供應(風力穿透(wind penetration))的貢獻的大小分成不同類別，而不管電是用于頻率功率還是無功功率，以及與其他電源的整合程度。

對于與風力發電機整合的電網系統，用來增強電網系統的瞬態穩定性的常規傳統方案是使用雙饋感應發電機來將變速風力發電機(而不是固定速度的風力發電機)互連到系統中。DFIG通常具有用于電網整合的更多理想特性。典型地，DFIG用于變速發電(VSG)系統中，以從風電場等間歇性能源或可變能源中生成電能。

與固定速度的系統相比，變速發電系統的一個主要優點在于，變速風力發電機可以比固定速度的風力發電機獲取更多的能量，因為取決于風速，變速風力發電機可以以最佳旋轉速度運行，在最佳旋轉速度下風輪的氣動效率最高。因此，已證明DFIG技術是變速風力發電機的一種有效且具有成本效益的解決方案。DFIG目前是在兆瓦范圍中用于風力發電機系統的最廣泛使用的發電機類型。

圖1中示出了由于其效率和可靠性而在大范圍的應用中使用的DFIG的基本配置。代表性DFIG系統的主要部件是：連接到公用電網上的定子；連接到風力發電機上的相關轉子；穿過滑環的轉子電氣連接件；轉子側轉換器；線路側轉換器；連接兩個轉換器的直流鏈；以及用于轉換器的控制器。例如，圖1說明了耦接到公用電網12上的用于電力分配的風力發電機10，并且包括耦接到DFIG18上的風力發電機14。DFIG18包括DFIG發電機19，所述DFIG發電機包括轉子16和定子20。

轉子16提供轉子繞組22，用于在轉子16與背對背式DFIG轉換器24之間傳輸交流功率。定子20具有耦接到電網12上的定子繞組26。轉換器24是背對背式結構，該結構包括：轉子側轉換器(RSC)電路28；DC中間電路30，所述電路提供具有電容C的DC總線(DB)；以及線路側轉換器電路32。線路側轉換器(LSC)電路32耦接在定子繞組26與DC中間電路30之間。