[發明專利]使用失真濾波器的電功率系統和方法

在審

• 申請號: 201880045762.X
• 申請日: 2018-05-07
• 公開（公告）號: CN110809851A
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: G.賈尼雷迪;S.舒克拉;R.伯拉;R.G.瓦戈納;A.M.克羅多夫斯基;Y.科爾哈特卡
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02M1/12
• 分類號: H02M1/12;H02J3/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 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，該電功率子系統中的每個包括電聯接到發電機的功率轉換器，該發電機具有發電機轉子和發電機定子。電功率子系統中的每個限定用于向電網提供功率的定子功率路徑和轉換器功率路徑。轉換器功率路徑包括部分功率互感器。電功率系統還包括與電功率子系統中的每個配置的子系統斷路器，以及用于將電功率子系統的每個集群連接到電網的集群互感器。電功率系統還包括在每個子系統斷路器與集群互感器之間延伸的集群功率路徑，以及電聯接到集群互感器的失真濾波器。失真濾波器減小從電功率子系統流向集群互感器的電流中的諧波。

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?，F代的風力渦輪典型地包括塔架、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(airfoil)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，從壓力側朝吸入側引導的升力作用于葉片。升力在主轉子軸上生成轉矩，該主轉子軸以齒輪連接到發電機，以用于產生電。

例如，圖1和圖2示出根據常規構造的風力渦輪10和適合于與風力渦輪10使用的相關聯的功率系統。如示出的，風力渦輪10包括機艙14，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)延伸的塔架12上。風力渦輪10還包括轉子16，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將風能轉換成機械旋轉轉矩，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)，齒輪箱24隨后提高低速軸22的低旋轉速度，以在增加的旋轉速度下驅動高速軸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傳輸到主三繞組互感器(transformer)34，該互感器34典型地經由電網斷路器36連接到電網。因此，主互感器34提高電功率的電壓幅度，使得轉換的電功率可進一步傳輸到電網。

另外，如示出的，發電機28典型地電聯接到雙向功率轉換器38，雙向功率轉換器38包括經由調節的DC鏈路44連結到線路側轉換器42的轉子側轉換器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，以提供具有基本上保持在電網頻率(例如50Hz/60Hz)處的頻率的多相功率(例如三相功率)。

如圖2中示出的，示出的三繞組互感器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的單獨的功率系統可布置在預定的地質位置中，且電連接在一起以形成風場46。更特別地，如示出的，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分開地連接到主線路50。另外，如示出的，主線路50可電聯接到另一較大的互感器54，以用于在將功率發送到電網之前進一步提高來自風力渦輪10的組48的電功率的電壓幅度。

然而，關于此類系統的一個問題是，與每個渦輪10相關聯的三繞組互感器34是昂貴的。特別地，連接到發電機定子32的互感器34的次級繞組35可為昂貴的。因此，從風力渦輪功率系統消除此類三繞組互感器將是有利的。