[發(fā)明專(zhuān)利]用于控制連接到電力網(wǎng)的電功率系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780096885.1
• 申請(qǐng)日: 2017-09-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111316521B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R.K.布拉;G.賈尼雷迪;A.M.克羅多夫斯基;楊文強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類(lèi)號(hào): H02J3/16
• 分類(lèi)號(hào): H02J3/16
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李嘯;姜冰

一種用于控制連接到電力網(wǎng)的電功率系統(tǒng)的方法包括：接收無(wú)功功率命令和所測(cè)量的無(wú)功功率；并且基于無(wú)功功率命令與所測(cè)量的無(wú)功功率之間的差而生成無(wú)功功率誤差信號(hào)。此外，該方法包括經(jīng)由無(wú)功功率調(diào)節(jié)器接收無(wú)功功率誤差信號(hào)。此外，該方法包括基于誤差信號(hào)，經(jīng)由無(wú)功功率調(diào)節(jié)器生成電壓命令。該方法還包括經(jīng)由下垂控制生成電壓下垂信號(hào)。另外，該方法包括依據(jù)電壓命令或所測(cè)量的端子電壓中的至少一個(gè)和電壓下垂信號(hào)而生成電壓誤差信號(hào)。因而，該方法還包括基于電壓誤差信號(hào)，經(jīng)由電壓調(diào)節(jié)器生成無(wú)功電流命令。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)一般涉及風(fēng)力渦輪，并且更特別地涉及用于為連接到電力網(wǎng)的多個(gè)風(fēng)力渦輪提供電壓穩(wěn)定性的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

風(fēng)力被視為目前可用的最清潔、對(duì)環(huán)境最友好的能源之一，并且，就此而言，風(fēng)力渦輪已得到越來(lái)越多的關(guān)注。現(xiàn)代的風(fēng)力渦輪典型地包括塔架、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、機(jī)艙（nacelle）以及一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子葉片使用已知的翼型（airfoil）原理來(lái)捕獲風(fēng)的動(dòng)能。例如，轉(zhuǎn)子葉片典型地具有翼型的橫截面輪廓，使得在操作期間，空氣流過(guò)葉片，從而在側(cè)之間產(chǎn)生壓力差。結(jié)果，從壓力側(cè)指向吸力側(cè)的升力作用于葉片。升力在主轉(zhuǎn)子軸上生成轉(zhuǎn)矩，所述主轉(zhuǎn)子軸適應(yīng)于發(fā)電機(jī)，以便產(chǎn)生電力。

例如，圖1和圖2圖示根據(jù)常規(guī)構(gòu)造的風(fēng)力渦輪10和適合于供風(fēng)力渦輪10使用的相關(guān)聯(lián)的功率系統(tǒng)。如所示出的，風(fēng)力渦輪10包括機(jī)艙14，所述機(jī)艙14典型地容納發(fā)電機(jī)28（圖2）。機(jī)艙14安裝于塔架12上，所述塔架12從支承表面延伸（未示出）。風(fēng)力渦輪10還包括轉(zhuǎn)子16，所述轉(zhuǎn)子16包括多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片20，所述多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片20附接到旋轉(zhuǎn)轂（rotatinghub）18。在風(fēng)對(duì)轉(zhuǎn)子葉片20產(chǎn)生影響時(shí)，葉片20將風(fēng)能變換成機(jī)械旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，該機(jī)械旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)低速軸22。低速軸22配置成驅(qū)動(dòng)齒輪箱24（在其存在的情況下），所述齒輪箱24隨后使低速軸22的低轉(zhuǎn)速逐步提高（step?up），從而在提高的轉(zhuǎn)速下驅(qū)動(dòng)高速軸26。高速軸26一般可旋轉(zhuǎn)地耦合到發(fā)電機(jī)28（諸如，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)或DFIG），以便可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子30。照此，可以由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子30感應(yīng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并且可以在磁耦合到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子30的發(fā)電機(jī)定子32內(nèi)感應(yīng)電壓。相關(guān)聯(lián)的電功率可以從發(fā)電機(jī)定子32傳送到主三繞組變換器34，所述主三繞組變換器34典型地經(jīng)由電網(wǎng)斷路器36連接到電力網(wǎng)。因而，主變換器34使電功率的電壓振幅逐步提高，使得經(jīng)變換的電功率可以進(jìn)一步被傳送到電力網(wǎng)。

另外，如所示出的，發(fā)電機(jī)28典型地電耦合到雙向功率轉(zhuǎn)換器38，所述雙向功率轉(zhuǎn)換器38包括轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器40，所述轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器40經(jīng)由所調(diào)節(jié)的DC鏈路44聯(lián)結(jié)到線(xiàn)路側(cè)轉(zhuǎn)換器42。轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器40將從轉(zhuǎn)子30提供的AC功率轉(zhuǎn)換成DC功率，并且向DC鏈路44提供DC功率。線(xiàn)路側(cè)轉(zhuǎn)換器42將DC鏈路44上的DC功率轉(zhuǎn)換成適合于電力網(wǎng)的AC輸出功率。因而，來(lái)自功率轉(zhuǎn)換器38的AC功率可以與來(lái)自定子32的功率組合，以提供具有基本上維持在電力網(wǎng)的頻率（例如，50?Hz/60?Hz）處的頻率的多相功率（例如，三相功率）。

所圖示的三繞組變換器34典型地具有：（1）33千伏（kV）中壓（MV）一次繞組33，其連接到電力網(wǎng)；（2）6至13.8?kV?MV二次繞組35，其連接到發(fā)電機(jī)定子32；以及（3）690至900伏（V）低壓（LV）三次繞組37，其連接到線(xiàn)路側(cè)功率轉(zhuǎn)換器42。

現(xiàn)在參考圖3，多個(gè)風(fēng)力渦輪10的單個(gè)功率系統(tǒng)可以布置于預(yù)定地理位置中，并且電連接在一起，從而形成風(fēng)場(chǎng)46。更特別地，如所示出的，風(fēng)力渦輪10可以布置成多個(gè)群組48，其中每個(gè)群組分別經(jīng)由開(kāi)關(guān)51、52、53單獨(dú)地連接到主線(xiàn)路50。另外，如所示出的，主線(xiàn)路50可以電耦合到另一個(gè)較大的變換器54，以用于在將功率發(fā)送到電網(wǎng)之前，使來(lái)自風(fēng)力渦輪10的群組48的電功率的電壓振幅進(jìn)一步逐步提高。

隨著風(fēng)力發(fā)電在最近幾年里越來(lái)越成功，這種形式的功率已獲得了顯著的市場(chǎng)份額。由于風(fēng)力不是具有恒定功率輸出的功率源，而是包括例如由于風(fēng)速變化而導(dǎo)致的變化，所以配電網(wǎng)的操作者必須考慮到這點(diǎn)。例如，后果之一是，分配網(wǎng)和傳輸網(wǎng)已變得更難以管理。這還涉及對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)功功率流的量的管理。