用於將風力渦輪發電機連接到公用電力網的系統的製作方法

2023-06-08 16:54:01

專利名稱：用於將風力渦輪發電機連接到公用電力網的系統的製作方法
技術領域：
本申請涉及風力渦輪發電機(WTG)。
背景技術：
風能作為增長最快的能源而出現，為基於化石的能源供應提供了清潔、可再生和 生態友善的替選物。以目前的增長率，風能轉換計劃到2009年為止產生117， OOO麗以上， 聲稱大約全球發電的1.25%。除了它們在電網隔絕的區域為鄉村住宅服務的傳統角色之 外，風力渦輪發電機現在越來越多地被安裝在大規模的(例如，多兆瓦)風力農場中以及被 集成到可以將電力遞送到全國範圍的消費者的電力網中。 電網連接的WTG的性能可以受到很多因素的影響，例如電網上的電壓波動。例如， 電網上的短路可能導致突然的電壓下降，這減小在WTG上的有效阻力(drag)並且可能導致 渦輪和發電機兩者迅速地加速。為了確保安全工作，某些WTG被設計成一旦電網電壓下降 到低於規定電平(例如，額定電壓的85%)就跳閘離線(即，從電網切斷連接並且停工)。 在故障清除之後，這些WTG進入重啟周期，其在恢復向電網的功率輸送之前可能持續幾分 鍾。 在此離線期間，發電的損失可能影響WTG所連接到的公用電網的穩定性。隨著電 網集成的風力工廠/農場的數目繼續增長，很多國家的管理機構開始採用嚴格的互連標 準，其要求大型WTG在幹擾期間保持在線並且在延長的期間繼續工作_被稱為"低電壓穿 越，，(LVRT， low-voltage ridethrough)的過禾呈。 在各種互連標準當中，西班牙電網法規例如要求WTG能夠維持("穿越")額定電 平的20%的線路電壓至少500ms。圖1A示出在低電壓事件發生時電壓瞬態的示例。在這 種情況下，在500ms的初始驟降之後，線路電壓開始恢復並且在15秒內返回到額定的95% 。 在整個低電壓期間( 15s)，西班牙電網法規要求WTG繼續工作並且以受控量提供電流，以
幫助穩定電網。圖iB示出由作為線路電壓函數的無功電流與總電流的幅值比率a，。tivy
It。tal)測量的所需電流的行為。注意，其他國家對於電網連接的WTG響應於低電壓幹擾的電 流和電壓行為可能有不同的規定。

發明內容
在本發明的一個總體方面，提供了一種用於將風力渦輪發電機連接到公用電力網 的系統。第一功率轉換器將來自風力渦輪發電機的AC信號轉換為DC信號並且將受控量的 無功電流提供到風力渦輪發電機。與第一轉換器串聯連接的第二功率轉換器將來自第一功 率轉換器的DC信號轉換為線路側AC信號並且將受控量的電流提供到公用電力網。功率耗 散元件被耦接到第一和第二功率轉換器，用於耗散來自第一功率轉換器的功率。
本發明這方面的實施例可以包括下面特徵中的一個或多個。 被提供到公用電力網的電流量滿足與公用電力網的電壓狀況相關聯的預定標準。 預定標準可以包括在公用電力網的電壓降到預定閾值之下時，被提供到公用電力網的無功電流的幅值至少是被提供到公用電力網的實際電流的幅值的兩倍。 第一和第二功率轉換器經由DC總線連接。電容器被耦接到DC總線。第一和第二 AC濾波電抗器可以分別被耦接到第一和第二功率轉換器。功率耗散元件可以包括電阻器。 電阻器可以包括動態制動電阻器。可控開關器件可以被耦接到電阻器，用於調整通過電阻 器的電流。功率因數校正單元可以被提供用於調節被提供到公用電力網的電功率的功率因 數。功率因數校正單元可以包括可控電容器，其可以通過電信號來接通和斷開。
在本發明的另一總體方面，提供了一種用於控制在風力渦輪發電機和公用電力網 之間的互連的控制系統。在發生低電壓事件時，控制系統在電氣上斷開第一互連路徑。在 低電壓事件期間控制第二互連路徑以提供以下電流第一電流，其適合用於維持風力渦輪 發電機工作；以及第二電流，其具有與公用電力網的工作相關聯的預定特性。
本發明這方面的實施例可以包括下面特徵中的一個或多個。 控制系統可以基於與公用電力網相關聯的電壓狀況、或者可替選地基於與風力渦
輪發電機相關聯的電流狀況或這兩種方法的組合，確定低電壓事件的發生。 第一電流包括足以用於維持風力渦輪發電機的激勵的無功電流分量。第二電流包
括實際電流分量和無功電流分量。在低電壓事件期間，控制第二電流，使得無功電流分量的
幅值至少為實際電流分量的幅值的兩倍。 第一路徑包括通過外部信號可控的開關單元，並且還可以包括強制換向電路，其 被配置成將換向信號提供到開關單元。第二路徑包括第一功率轉換器，用於將來自風力渦 輪發電機的AC功率轉換為DC功率並且用於提供第一電流。第二功率轉換器與第一轉換器 串聯連接，用於將來自第一功率轉換器的DC功率轉換為線路側AC功率並且用於提供第二 電流。功率耗散元件被耦接到第一和第二功率轉換器，用於耗散來自第一功率轉換器的功 率。功率耗散元件可以包括電阻器以及被耦接到該電阻器的可控開關器件，其中控制開關 器件被配置成調整通過電阻器的電流。電容器被耦接到第一和第二功率轉換器。
控制系統還可以控制功率因數校正單元，以調節被提供到公用電力網的電功率的 功率因數。功率因數校正單元可以包括可控電容器，其可以通過電信號來接通和斷開。
在其他優點和特徵當中，提供了一種用於將風力渦輪發電機連接到公用電力網的 系統。在正常操作期間，可以以接近一的功率因數和LVRT系統中的可忽略的功率損失(例 如，小於0.3%)將由WTG生成的電功率遞送到公用電力網。當網絡上的故障導致線路電壓 下降時，系統在發電機端維持接近額定電壓並且將足夠的阻抗提供到發電機。結果，WTG繼 續工作而無需受到低電壓影響(例如，超速)。也可以基於電壓狀況而控制被遞送到網絡的 實際和無功功率的量。例如，期望時，可以以足夠量(例如，至少實際功率量的兩倍)將無 功功率注入到電網，以幫助在嚴重的低電壓事件中穩定公用網絡。在某些情況下，功率電子 器件和電路設計的適當選擇也可以減少對故障的系統響應時間。
本發明的其他特徵和優點根據下面的描述以及權利要求而清楚。


圖1A和1B圖示在西班牙電網法規中的LVRT要求的某些方面； 圖2A和2B分別提供具有LVRT能力的風力發電系統的概覽和示例性實現； 圖3是圖示風力發電系統的控制方案的流程圖；以及
6
圖4A到4D是風力發電系統的一種實現的穩態和瞬態操作的示例。
具體實施例方式1.系統概覽 參考圖2A，具有LVRT能力的風力發電系統200包括轉子202 (例如，低速螺旋槳)， 其驅動風力渦輪發電機204，以便將風力轉換為交流電(AC)形式的電力。通過互連繫統 208，將AC功率提供到變壓器242，其中變壓器242通過升高AC電壓，將功率輸送到本地電 網244。 互連繫統208包括開關單元210和背靠背轉換單元220，其分別在發電機204和變 壓器242之間提供第一和第二路徑211和221。 一般而言，可以通過外部信號(例如，控制 信號)在電氣上"接通"(閉合)或"關斷"(斷開)開關單元210，以允許或阻止第一路徑 211中的電流通路。開關單元210可以是單個功率電子開關(例如，晶閘管)、或本質上用 作具有至少兩個不同的阻抗狀態的電開關的電路。優選地，當"選通"時，開關單元210提 供對由發電機204生成的電流可忽略不計的阻抗，從而最小化輸送期間的潛在功率損耗。
當電網在正常狀況下工作時(例如，電壓波動保持在額定的±10%範圍內)，開關 單元210被閉合，從而允許以全容量將來自發電機的功率經由第一路徑211輸送到變壓器 236。當低電壓事件發生時(例如，電網電壓下降到低於額定的90%)，開關單元210被快 速地斷開，從而阻止第一路徑211。其後，將發電機的全部輸出通過第二路徑221遞送到背 靠背轉換單元220。當電網電壓例如顯著下降到其額定值的五分之一 (即，20%)時，五倍 的額定電流將流向電網，以吸收由WTG生成的下跌前功率(pre-sagpower)。為了防止WTG 系統中的組件在低電壓事件期間過載，背靠背轉換單元220以基於電壓狀況的受控量提供 功率。優選地，背靠背轉換單元220還提供用於激勵發電機204所需的無功電流，以便發電 機繼續工作並且生成功率而不受電壓下降影響。背靠背轉換單元的其他功能包括用於吸收 或耗散來自WTG的、不能由電網吸收的超額功率並且可選地將無功電流提供到電網以幫助 故障後的電壓恢復的裝置，下面將更詳細地對其進行描述。 在某些示例中，主控制器270設置在互連繫統208中，以控制在發電機和電網之
間的功率輸送。優選地，主控制器270能夠檢測低電壓故障(下面將對此進行更詳細的描
述)，並且作用於這些故障以協調和控制開關和轉換單元210和220的操作，以提供該發電
系統的LVRT特徵。將在下面提供的示例性互連繫統的上下文中更詳細地描述主控制器270
的實現和邏輯。 2.互連繫統的示例 參考圖2B，提供了圖2A所示的互連繫統208的示例性實現。在下面的章節中描述
開關單元210、背靠背轉換單元220、主控制器270和可選的功率因數校正單元234中的每 個。 2. 1開關單元 開關單元210包括靜態開關212，其具有兩個可控半導體開關器件，這裡為晶閘管 212a和212b。在閉合時，這對晶閘管以交替半周期傳導AC電流，從而允許發電機的全部輸 出以接近零的電壓降通過第一路徑211。優選地，選擇"超尺寸"(S卩，電流額定值高於所要 求的值)的晶閘管212a和212b，以最小化導通狀態的功率消耗。
在低電壓狀況下，為了斷開靜態開關212，將晶閘管設置為斷開狀態通常需要等待 電流為零("零跨越(zero cross over)")。如果靜態開關212由於AC線路電流(例如，發 電機的50Hz輸出)而自然地換向斷開，則在50Hz電流達到零跨越之前可能發生高達10ms 的時間延遲。對於被設計成快速地(例如，以毫秒量級)適應於故障狀況的風力發電系統， 該時間延遲可能是不利的。因此，提供了用於晶閘管的強制換向的裝置。在一種方法中，開 關單元210具有與晶閘管相連接的內置強制換向電路214。當強制換向電路214接收到控 制信號時，換向電路向晶閘管生成具有足夠幅值且具有產生電流的零跨越的極性的電流脈 衝。通過強制換向，靜態開關212可以被快速地斷開，從而幫助減小系統響應時間並改善瞬 態性能。 可替選地，背靠背轉換器222和224可以被控制以便也生成在靜態開關晶閘管212
中的換向電流脈衝。 2. 2體辦,亓' 背靠背轉換單元220包括經由DC總線225串聯連接的發電機側AC/DC轉換器222 和線路側DC/AC轉換器224。被耦接到DC總線225的還有一個或多個DC總線電容器226， 其支持DC總線電壓Vd。；以及功率耗散器件228，其能夠耗散實際功率。功率耗散器件228 可以例如包括電阻器(例如，動態制動電阻器)，用於耗散實際功率；以及可控開關器件， 其控制通過電阻器的電 流量。在某些示例中，在發電機和線路側兩者上還提供了 AC濾波電 抗器(未示出)，用於減少AC信號中的非期望的諧波和失真。 當電網電壓下降時，可以被安全地傳輸到電網而不使WTG組件過載的實際功率量 減小。由於發電機204繼續工作，因此背靠背轉換單元220接收發電機的全部輸出功率，同 時僅僅將安全量的功率傳遞到電網上。超過安全量的實際功率由功率耗散器件228耗散。 結果，發電系統200可以穿越劇烈的電壓下降而沒有1)通過變壓器242發送大量的電流 (這可能潛在地損壞變壓器並且使渦輪發電機在過電流時跳閘)；或2)增大渦輪發電機的 速度(這可能潛在地使發電機在超速時跳閘)。 在期望將無功功率饋給到公用電網244以在發生故障時穩定電網的某些情形下， 線路側轉換器224被配置成不僅將實際功率而且將無功功率以受控量(例如，無功功率至 少是實際功率的兩倍)提供到電網244。無功功率與實際功率的確切比率可以被任意地設 置或者按照適用的電網互連要求(例如，西班牙電網法規)來施加。對於需要無功功率以建 立和維持其電場和磁場的某些風力渦輪發電機(例如，感應發電機)，發電機側轉換器222 還提供在低電壓事件期間保持發電機被激勵且以恆速工作所需的無功電流，同時吸收發電 機的實際功率輸出。 對於需要無功功率以建立和維持其電場和磁場的某些風力渦輪發電機(例如，感 應發電機)，發電機側轉換器222還提供在低電壓事件期間保持發電機被激勵且以恆速工 作所需的無功電流，同時吸收發電機的實際功率輸出。在這些類型的發電機中，在低電壓狀 況下不施加無功電流的情況下，發電機見到減小的扭矩並且迅速地開始加速，這可能損壞 WTG。 2. 3功率因數校iH單元 在某些風力發電系統中，功率因數校正單元234可選地被耦接到線路側端部232， 用於改善被遞送到公用電網的電力的功率因數(PF)。 一般而言，在存在實際功率和無功功率兩者的AC系統中，PF是在0和1之間的無量綱數，其表示實際功率與總功率的比率(也被稱為視在功率)。零的功率因數表示電路中的能量流全部是無功的並且在每個周期負載中存儲的能量返回到電源，而一的功率因數表示能量流全部是實際的並且由此是從電源到負載單方向的。在正常狀況下，一般期望以接近一的功率因數來運轉發電系統，以將高效功率提供到公用電網。 在風力發電系統200中，功率因數校正單元234包括一組可以藉助於接觸器(例如，電控開關)單獨地接通和切斷的電容器。在正常操作期間，這些電容器以可調節量(例如，取決於所接通電容器的數目)提供無功功率，以幫助在電網連接點實現接近一的功率因數(例如，0.9以上)。該功率因數校正單元234可以被提供為現有風力渦輪系統、互連繫統208或兩者組合中的部分。
2. 4豐控制器 主控制器270被耦接到靜態開關212、強制換向電路214、背靠背轉換單元220以及在互連繫統208中可能的其他組件中的每個。主控制器270監視系統操作並且基於各種電網狀況而控制在發電機和電網之間的功率輸送。 參考圖3，在流程圖300中簡單地圖示主控制器270的邏輯和功能。 一般而言，主控制器使用來自多個傳感器(例如，線路側和發電機側的電流/電壓傳感器)的反饋信號來監測電流/電壓動態以便確定系統狀態。如果系統在穩態下工作(步驟S310)-也就是說，電網電壓出現在額定的±10%範圍內，主控制器用來保持開關單元210的接通狀態並且禁用/斷開背靠背轉換單元220。結果，功率僅僅通過第一路徑211輸送到變壓器。
包括失衡故障和突然電壓下降兩者的線路故障可以由主控制器在感測到電壓或電流異常時檢測到。在很多系統中，線路故障之後通常發生發電機電流超過預設瞬時電平(取決於系統配置，例如為額定的120%)、或線路電壓降到預設閾值(例如，額定的90%)之下。在檢測到任一事件時，主控制器立即斷開開關單元(步驟330)並且啟動低電壓穿越(步驟340)。 —種斷開開關單元210的方式是命令強制換向電路214生成限定寬度的換向電流脈衝，以將處於其導電狀態的晶閘管(212a或212b)換向斷開。脈衝極性可以根據發電機電流的極性來確定。 一種可替選的斷開開關單元的方式使用發電機側和/或線路側轉換器。由轉換器在與晶閘管中的現有電流相反的方向上注入電流，從而產生使晶閘管偏置到斷開狀態的零電流跨越。在某些系統中，在開關單元的每側設置轉換器幫助抵消電源阻抗效應，該效應通常是促成晶閘管響應時間的延遲(即，線路阻抗限制換向電流的變化速率)的因素。該換向過程可以同時發生在LVRT系統的所有三相上而與多少線路相出故障無關。
—旦開關單元210斷開，主控制器270就控制背靠背轉換單元220的操作以提供LVRT能力。這裡，轉換單元220的期望輸出可以遵循特定電網連接標準、根據系統設計而變化。例如，為了滿足西班牙電網法規中的要求，主控制器270調整轉換單元220，使得1)發電機側轉換器222接收發電機功率並且提供無功功率以保持發電機被激勵且以恆速旋轉；以及2)線路側轉換器224將安全量的實際功率提供到電網244並且注入足夠的無功功率以幫助穩定電網。超過可由電網244安全吸收的量的發電機功率由響應於規定的DC總線路電壓而消耗功率的功率耗散器件228來耗散，或者可以直接通過將所耗散的功率與超額的發電機功率匹配來控制。可選地，主控制器270還控制功率因數校正單元234，以便以適
9當的量提供無功功率，從而改善電網連接點的功率因數。 在故障清除之後，電網電壓開始恢復。當所檢測到的線路電壓幾乎恢復到其故障前的電平(例如，90%以上)時，發電機側轉換器222將發電機電壓和相位與電網的電壓和相位同步(步驟360)並且快速地接通開關單元210(步驟370)。由於背靠背轉換單元220再次與發電機斷連，系統返回到穩態操作(步驟310)，從而通過第一路徑211將發電機功率饋給到變壓器242。
3穩、細B舜雄制勺，1 圖4A到4D進一步圖示互連繫統如何操作以便以遵循西班牙電網法規的方式將滿意的電功率提供到公用電網。下面詳細地描述在若干階段中的每個期間的電路性能，其中若干階段包括穩態以及在低電壓事件之後的多個瞬態。 參考圖4A，風力發電系統200在穩態中以接近額定電平的100%的線路側電壓工作。在這種情況下，以小於0.3X的能量損失將由渦輪發電機204產生的706kW的實際功率全部通過開關單元212遞送到變壓器242。沒有功率通過發電機側轉換器222、線路側轉換器224或功率耗散器件(例如，電阻器227)。功率因數校正單元(例如， 一組電容器233)提供大約250kVAR的無功功率以激勵風力渦輪發電機204。由於端部236的零淨無功輸出，以一的功率因數將電力提供到電網。 現在參考圖4B，當電網故障導致線路側電壓下降到額定電平的20%時，快速地斷開開關單元212 (例如，通過強制換向)，從而將發電機204與AC線路232斷連。其後，控制發電機側轉換器222，以從發電機204吸收實際功率，從而防止渦輪存儲電能和超速。因為轉換器222現在提供無功激勵電流(其先前由功率校正單元233、公用設施或兩者的組合來提供)，所以發電機繼續被激勵。同時，由轉換器222以接近額定電平(雖然線路電壓已降到20%)維持發電機側電壓。 —旦實際功率開始流入發電機側轉換器222中並且流到DC總線225上時，DC總線路電壓開始上升。作為響應，線路側轉換器224開始工作以將實際電流和無功電流提供到AC線路232。在這個示例中，控制由線路側轉換器224傳輸的實際電流和無功電流的量，使得無功功率是實際功率的兩倍(例如，分別為134kVAR和67kW)並且總電流不顯著超過渦輪變壓器242的電流額定值。由於僅僅將所生成功率的小部分(706kW中的67kW)傳輸到AC線路232，能量在DC總線225上聚集。例如通過調整電阻器227被耦接到的開關器件229的佔空比，在電阻器227中耗散該超額功率(大約639kW)。 在AC線路232，線路側轉換器224的淨輸出包括280A的實際電流和560A的無功電流。連同由功率因數校正單元233提供的減小的無功電流(在線路電壓的20%時，校正單元提供額定電流的20% )，提供到變壓器242的總電流為663A。該總電流量表示僅僅變壓器額定值的106% (完全在變壓器能力的範圍內)，其中Ireaetive/It。tal比率為0. 907。
現在參考圖4C，當線路電壓開始從故障恢復時，可以傳輸到電網的實際功率量增大，並且要在電阻器227中耗散的功率量下降。例如，在線路電壓為故障前電平的60%的情況下，線路側轉換器224將大約201kW的實際功率傳輸到AC線路232，並且由電阻器227耗散的功率減少到505kW。包括功率因數校正單元233的貢獻，提供到變壓器的淨電流現在增大到740A(即，變壓器電流額定值的118% )。淨電流的Irea。tive/It。tal為0. 926。
現在參考圖4D， 一旦線路側電壓恢復到接近額定電平(例如，高於95% )，就在發電機側轉換器將發電機的電壓和相位與電網的電壓和相位同步之後接通開關單元212。當來自渦輪的實際功率恢復通過開關單元212流到AC線路232時，發電機側轉換器222和線路側轉換器224都停止傳輸實際功率。電阻器227不再耗散功率。其後，互連繫統208返回到在穩態下工作(如前面在圖4A中所示)。在某些情況下，在返回到穩態之前，線路側轉換器224可以繼續在延長的期間(例如，150ms)提供無功電流，除非線路電壓超過預定電平(例如，額定的110% )。優選地，該無功電流的額外供給提供故障後的電壓支持，在嚴重的低電壓事件之後，其在某些系統中可能是期望的。 在本申請中，雖然一些示例主要是在系統被設計成滿足西班牙電網法規的上下文中提供的，但是上述方案一般可以通用於很多發電系統以提供滿足一個或多個電網互連標準的穩態和瞬態行為。除了提供低電壓穿越之外，在圖2A和2B中描述的互連繫統也可以被修改成在其他故障狀況下允許風力渦輪發電機繼續工作並且將電力提供到電網。而且，在這些系統中使用的功率電子器件可以方便地被耦接到各種各樣的以恆速或變速模式工作的風力渦輪發電機(例如，鼠籠式感應發電機、雙饋感應發電機和同步發電機)。
對於靜態開關中使用的晶閘管，可以存在很多替選物。舉例來說，能夠通過門控制(而不是零電流)斷開的晶閘管可以在使用時與主控制器耦接，其中主控制器被配置成提供這種門控制信號。門控制晶閘管的示例包括門關斷晶閘管(GTO)和集成門換向晶閘管(IGCT)。還存在可以用於靜態開關的非晶閘管固態器件(例如，電晶體)。
線路故障可以由主控制器在感測到發電機電流超過預設瞬時電平或線路電壓降到預設閾值之下時檢測到。可替選地，主控制可以監測線路電壓和/或電流的變化速率以及絕對閾值，作為檢測下跌事件(sag event)的手段。 在小的電壓下跌的情況下，維持靜態開關閉合同時命令轉換器中的一個或兩個輸出電容性無功功率也是可能的。該電容性電抗可以與現有的變壓器和電源阻抗相互作用，以幫助實現電壓升壓。 在某些應用中，在低電壓事件期間，控制線路側轉換器，以通過輸出幅值為兩倍實際電流幅值的無功電流來提供功率補償。在某些其他應用中，線路側轉換器可以替代地輸出零實際電流同時提供任意量(一直到轉換器的過載限制)的電容性無功電流。另外，線路側和發電機側轉換器兩者可以在"過載"模式中工作，以降低成本。在2003年6月10日發布的U. S. 6， 577， 108中描述了在所謂的"過載"模式中操作轉換器，在此通過引用將該文獻的公開內容合併於此。 在正常的WTG運轉期間，轉換器中的一個或兩個可以被接通以提供附加的功率因數校正。例如，在風力渦輪功率因數校正單元僅僅能夠將PF提高到0.95滯後(電感性)的情況下，來自轉換器的該附加的PF校正可以潛在地將PF提高到1. O，或者在期望時甚至提高到前導(電容性)PF。 應當理解，以上描述旨在說明而不是限制本發明的範圍，本發明的範圍由所附權利要求範圍限定。其他實施例在所附權利要求的範圍內。
1權利要求
一種用於將風力渦輪發電機連接到公用電力網的系統，所述系統包括第一功率轉換器，用於將來自所述風力渦輪發電機的AC信號轉換為DC信號並且用於將受控量的無功電流提供到所述風力渦輪發電機；與所述第一轉換器串聯連接的第二功率轉換器，用於將來自所述第一功率轉換器的所述DC信號轉換為線路側AC信號，並且用於在低電壓事件期間將受控量的無功電流提供到所述公用電力網；以及功率耗散元件，其被耦接到所述第一和第二功率轉換器，用於耗散來自所述第一功率轉換器的功率。
2. 如權利要求1所述的系統，其中被提供到所述公用電力網的所述受控量的無功電流滿足與所述公用電力網的電壓狀況相關聯的預定標準。
3. 如權利要求2所述的系統，其中所述預定標準包括在所述公用電力網的電壓降到預定閾值之下時，被提供到所述公用電力網的無功電流的幅值至少是被提供到所述公用電力網的實際電流的幅值的兩倍。
4. 如權利要求1所述的系統，其中所述第一和第二功率轉換器經由DC總線連接。
5. 如權利要求4所述的系統，還包括被耦接到所述DC總線的電容器。
6. 如權利要求1所述的系統，其中所述功率耗散元件包括電阻器。
7. 如權利要求6所述的系統，其中所述功率耗散元件還包括被耦接到所述電阻器的可控開關器件，其被配置成調整通過所述電阻器的電流。
8. 如權利要求1所述的系統，還包括第一和第二 AC濾波電抗器，其分別被耦接到所述第一和第二功率轉換器。
9. 如權利要求1所述的系統，還包括功率因數校正單元，其被配置成調節被提供到所述公用電力網的所述電功率的功率因數。
10. 權利要求9所述的系統，其中所述功率因數校正單元包括至少一個可控電容器，其能夠通過電信號來接通和斷開。
11. 一種用於控制在風力渦輪發電機和公用電力網之間的互連的控制系統，所述控制系統被配置成在發生低電壓事件時，在電氣上斷開所述互連的第一路徑；以及在所述低電壓事件期間控制所述互連的第二路徑，以提供適合用於維持所述風力渦輪發電機工作的第一電流以及具有與所述公用電力網的工作相關聯的預定特性的、含有無功分量的第二電流。
12. 如權利要求11所述的控制系統，還被配置成基於與所述公用電力網相關聯的電壓狀況而確定低電壓事件的發生。
13. 如權利要求11所述的控制系統，還被配置成基於與所述風力渦輪發電機相關聯的電流狀況而確定低電壓事件的發生。
14. 如權利要求11所述的控制系統，其中所述第一路徑包括通過外部信號可控的開關單元。
15. 如權利要求14所述的控制系統，其中所述第一路徑還包括強制換向電路，其被配置成將換向信號提供到所述開關單元。
16. 如權利要求11所述的控制系統，其中所述第二路徑包括第一功率轉換器，用於將來自所述風力渦輪發電機的AC信號轉換為DC信號並且用於提供所述第一電流；與所述第一轉換器串聯連接的第二功率轉換器，用於將來自所述第一功率轉換器的所述DC信號轉換為線路側AC信號，並且用於提供所述第二電流；以及被耦接到所述第一和第二功率轉換器的功率耗散元件，用於耗散來自所述第一功率轉換器的功率。
17. 如權利要求16所述的控制系統，其中所述第二路徑還包括被耦接到所述第一和第二功率轉換器的電容器。
18. 如權利要求16所述的控制系統，其中所述功率耗散元件包括電阻器以及被耦接到所述電阻器的可控開關器件，其中所述控制開關器件被配置成調整通過所述電阻器的電流。
19. 如權利要求11所述的控制系統，其中所述第一電流包括足以用於維持所述風力渦輪發電機的激勵的無功電流分量。
20. 如權利要求11所述的控制系統，其中所述第二電流包括實際電流分量和所述無功電流分量。
21. 如權利要求20所述的控制系統，其中在所述低電壓事件期間控制所述第二電流，使得所述無功電流分量的幅值至少為所述實際電流分量的幅值的兩倍。
22. 如權利要求11所述的控制系統，還被配置成控制功率因數校正單元，以調節被提供到所述公用電力網的所述電功率的功率因數。
23. 如權利要求22所述的控制系統，其中所述功率因數校正單元包括可控電容器，其能夠通過電信號來接通和斷開。
24. 如權利要求16所述的控制系統，其中控制所述第一和第二功率轉換器，以將換向電流脈衝提供到所述開關單元。
25. —種用於將風力渦輪發電機連接到公用電力網的系統，所述系統包括第一路徑，其包括可電控開關，所述可電控開關在發生低電壓事件時被斷開；以及與所述第一路徑並聯的第二路徑，所述第二路徑被配置成在所述低電壓事件期間提供適合用於維持所述風力渦輪發電機工作的第一 電流以及具有與所述公用電力網的電壓狀況相關聯的預定特性、含有無功分量的第二電流。
26. 如權利要求25所述的系統，其中所述可電控開關被耦接到強制換向電路，所述強制換向電路被配置成在發生所述低電壓事件時提供換向信號，以斷開所述可電控開關。
27. 如權利要求25所述的系統，其中所述可電控開關包括一對反向並聯的晶閘管。
28. 如權利要求25所述的系統，其中當所述公用電力網的所述電壓狀況滿足正常範圍時，閉合所述可電控開關，以旁路所述第二路徑。
29. 如權利要求25所述的系統，其中所述第二路徑包括第一功率轉換器，用於將來自所述風力渦輪發電機的AC信號轉換為DC信號並且用於提供所述第一電流；與所述第一轉換器串聯連接的第二功率轉換器，用於將來自所述第一功率轉換器的所述DC信號轉換為線路側AC信號並且用於提供所述第二電流；以及被耦接到所述第一和第二功率轉換器的功率耗散元件，用於耗散來自所述第一功率轉換器的功率。
全文摘要
一種用於將風力渦輪發電機連接到公用電力網的系統包括第一功率轉換器，其將來自風力渦輪發電機的AC信號轉換為DC信號並且將受控量的無功電流提供到風力渦輪發電機。該系統還包括與第一轉換器串聯連接的第二功率轉換器，其將來自第一功率轉換器的DC信號轉換為線路側AC信號，並且將受控量的電流提供到公用電力網。功率耗散元件被耦接到第一和第二功率轉換器，用於耗散來自第一功率轉換器的功率。
文檔編號H02J3/38GK101728836SQ20091015184
公開日2010年6月9日 申請日期2009年7月1日 優先權日2008年7月1日
發明者大衛·J·格裡特, 麥可·P·羅斯, 道格拉斯·C·福爾茨 申請人:美國超導體公司