[發明專利]電功率系統和子系統

在審

• 申請號: 201880033910.6
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN110622380A
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: G.賈尼雷迪;S.舒克拉;R.布拉;S.W.薩瑟蘭
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;F03D9/25;H01F27/00
• 代理公司: 72001 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 危凱權;金飛

一種電功率系統包括電功率子系統的集群，電功率子系統中的每個包括功率轉換器，該功率轉換器電耦合到具有發電機轉子和發電機定子的發電機。電功率子系統中的每個限定用于向電網提供功率的轉換器功率路徑和定子功率路徑，該轉換器功率路徑包括局部功率變壓器。電功率子系統中的每個還包括電耦合到轉換器功率路徑的低壓配電板、定子功率路徑上的第一開關，以及轉換器功率路徑上的第二開關。

技術領域

本公開內容大體上涉及用于從例如風力渦輪向電網提供功率的電功率系統。

背景技術

風力被認為是目前可獲得的最清潔、最環境友好的能源中的一種，且風力渦輪在該方面獲得了增加的關注。現代的風力渦輪典型地包括塔筒、發電機、齒輪箱、機艙以及一個或多個轉子葉片。轉子葉片使用已知的翼型原理來獲取風的動能。例如，轉子葉片典型地具有翼型的截面輪廓，使得在操作期間空氣流過葉片，在側部之間產生壓力差。因此，從壓力側朝吸力側引導的升力作用在葉片上。升力在主轉子軸上生成轉矩，該主轉子軸用齒輪連到用于產生電力的發電機。

例如，圖1和圖2示出根據常規構造的風力渦輪10以及適合于與風力渦輪10使用的相關聯的功率系統。如示出的那樣，風力渦輪10包括機艙14，該機艙14典型地容納發電機28(圖2)。機艙14安裝在從支承表面(未示出)延伸的塔筒12上。風力渦輪10還包括轉子16，該轉子16包括附接到旋轉轂18的多個轉子葉片20。在風沖擊轉子葉片20時，葉片20將風能變換成機械旋轉轉矩，該機械旋轉轉矩可旋轉地驅動低速軸22。低速軸22配置成驅動齒輪箱24(在存在的情況下)，該齒輪箱24隨后使低速軸22的低轉速逐步提高以在增加的轉速下驅動高速軸26。高速軸26大體上可旋轉地聯接到發電機28(諸如雙饋感應發電機或DFIG)，以便可旋轉地驅動發電機轉子30。因而，可由發電機轉子30感應出旋轉磁場，且可在磁耦合到發電機轉子30的發電機定子32內感應出電壓。相關聯的電功率可從發電機定子32傳送到主三繞組變壓器34，該變壓器34典型地經由電網斷路器36連接到電網。因此，主變壓器34逐步提高電功率的電壓幅度，使得變換的電功率可進一步傳送到電網。

另外，如示出的那樣，發電機28典型地電耦合到雙向功率轉換器38，該雙向功率轉換器38包括經由調節的DC鏈路44連結至線路側轉換器42的轉子側轉換器(rotor-sideconverter)40。轉子側轉換器40將從轉子30提供的AC功率轉換成DC功率且向DC鏈路44提供DC功率。線路側轉換器42將DC鏈路44上的DC功率轉換成適合于電網的AC輸出功率。因此，來自功率轉換器38的AC功率可與來自定子32的功率組合來提供具有基本上保持在電網頻率(例如50Hz/60Hz)的頻率的多相功率(例如三相功率)。

如圖2中示出的那樣，示出的三繞組變壓器34典型地具有(1)連接到電網的33千伏(kV)中壓(MV)初級繞組33、(2)連接到發電機定子32的6至13.8kV MV次級繞組35，以及(3)連接到線路側功率轉換器42的690至900伏(V)低壓(LV)三級繞組37。

現在參照圖3，多個風力渦輪10的各個功率系統可布置在預定的地理位置且電連接在一起以形成風電場46。更特別地，如示出的那樣，風力渦輪10可布置成多個組48，其中每個組分別經由開關51、52、53單獨地連接到主線路50。另外，如示出的，主線路50可電耦合到另一較大的變壓器54，以用于進一步逐步提高來自風力渦輪10的組48的電功率的電壓幅度，之后將功率發送到電網。

然而，關于此類系統的一個問題是，與每個渦輪10相關聯的三繞組變壓器34是昂貴的。特別地，連接到發電機定子32的變壓器34的次級繞組35可為昂貴的。因此，從風力渦輪功率系統除去此類三繞組變壓器將為有利的。另外，此類系統的保護構件的簡化將為有利的。

發明內容

本發明的方面和優點將在以下描述中部分地闡述，或可從描述中清楚，或可通過實施本發明來獲悉。