用於控制變頻器的方法和裝置製造方法
2023-04-24 04:37:51
用於控制變頻器的方法和裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種控制變頻器的裝置和方法。首先，使用電網的電壓測量結果來識別電網中的次同步分量。然後使用電網的次同步分量來確定針對阻尼電流的設置點。接著將這些阻尼電流加到由功率調節迴路計算的電流設置點以產生總電流設置點。然後，基於總電流設置點來控制變頻器。
【專利說明】用於控制變頻器的方法和裝置
[0001] 相關專利申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求2012年1月5日向美國專利商標局提交的美國臨時專利申請號 61/583449的優先權，該申請的公開被整體引用併入本文中。
【技術領域】
[0003] 本發明的裝置和方法涉及一種在風力渦輪發電機中使用的變頻器。
【背景技術】
[0004] 電網為電源系統的一部分，並具有必要的組件來將由發電單元產生的電功率跨過 長距離傳輸到功率消耗點。今天安裝的大多數電網以交流電壓和電流的形式承載能量。值 得注意的是，由於長距離電網中直流電壓和直流電流（DC)在能量效率方面提供的優點，所 以以直流電壓和直流電流形式（DC)的形式承載能量的電網數量正在增長。由於基於功率 電子技術的轉換系統的發展，這使得通過使用HVDC(高壓直流）和HVAC(高壓交流）轉換 結構而對兩種類型的電網，交流電網和連續電網進行互聯，已成為可能。
[0005] 類似地，功率電子技術中經歷的發展正在向分布式發電結構變化，並且遠離迄今 使用的基本發電結構的新方向而變化，迄今使用的基本發電結構主要基於大型熱能、水力 或核能發電站。在增長的分布式發電結構中其中一個關鍵要素是風能，風能在過去十年中 通過安裝新的風力發電機的方式已經經歷了巨大的增長。風力發電依賴功率電子技術，這 是由於大部分用來將風的機械能轉換為注入電網的電能的發電機由基於功率電子技術的 轉換結構來控制，該轉換結構特別是被稱為變頻器的部件。
[0006] 變頻器由控制單元控制，控制單元主要基於使用電流和電壓換能器獲取的信息進 行控制，並且通過運行控制算法來控制兩個電系統之間的功率潮流。有不同類型的電系統， 例如電網或電機，並且功率潮流可以是雙向的。例如，如果從電網消耗能量以變換為電機的 軸上的機械能，那麼應用將對應於電動機應用（例如，泵應用或通風應用）。與此相反，如果 從電機抽取能量並將其注入電網，那麼應用將對應於發電應用（例如，風力發電應用，其中 主要的能源為風力，其轉動電機的軸）。
[0007] 交流電網主要包括線纜（能量通過其流動的物理介質）和變壓器（允許適配不同 連接點之間的電壓水平的元件）。線纜和變壓器這兩種元件都是主要具有感性性質的元件， 並且因此，通過它們向交流迴路提供感性阻抗。取決於每個電網的特性，存在的感性阻抗將 變化，在量化感性阻抗的值時，電網中線纜的長度將作為考慮的重要參數（長度越大，電網 電感越大，並且因此感性阻抗越大）。電網中高感性阻抗的存在將意味著它的傳輸能力的 更大損失。該現象是由於當電流流過線纜時在線纜的感性阻抗上發生的電壓降，因此在某 些情形中例如結合了長的線纜長度和高的功耗（通過電網的高電流流動）的因數而變得重 要。
[0008] 在現有技術中，已存在一些解決前述的具有高感性阻抗的電網的傳輸容量損耗的 問題的方案。其中一種通常採用的方案依賴通過加入串聯的容性元件（電容器）對高感性 阻抗電網進行補償。通過加入串聯的容性阻抗，其作用在於針對電網自身的感性阻抗進行 了補償，導致總等效阻抗的減少。該技術減輕了電網中電壓降的問題，並因此有利於維持其 用於電力傳輸的容量。
[0009] 在解決電網的傳輸容量損失的問題時，在高感性電網中加入串聯電容器是有效 的，但是進而，當從被補償電網的穩定性的視角來看，產生了有問題的影響。具體地，在感性 電網內加入串聯電容器導致了該電網的等效電路具有由下式所描述的自然的諧振頻率：
[0010] 等式（1)
[0011]
【權利要求】
1. 一種用於控制連接到電網的變頻器的方法，所述方法包括： 基於所述電網的電壓測量結果來識別所述電網中的次同步分量； 使用所述電網的所述次同步分量來確定針對阻尼電流的設置點； 將針對所述阻尼電流的所述設置點加到由功率調節迴路所計算的電流設置點來產生 總電流設置點；以及 基於所述總電流設置點來控制所述變頻器。
2. 根據權利要求1所述的用於控制變頻器的方法，其中所述阻尼電流設置點可以從阻 尼功率設置點來計算。
3. 根據權利要求1所述的用於控制變頻器的方法，其中使用濾波器執行所述電網的所 述次同步分量的識別。
4. 根據權利要求1所述的用於控制變頻器的方法，其中使用調節器計算針對阻尼電流 的所述設置點。
5. 根據權利要求4所述的用於控制變頻器的方法，其中用於計算針對阻尼電流的所述 設置點的所述調節器可以為比例調節器、比例積分調節器或比例積分微分調節器。
6. -種發電裝置，所述裝置包括： 發電機，所述發電機被配置來連接到電網； 變換器，所述變換器包括連接到所述發電機的轉子的逆變器； 控制單元，所述控制單元被配置來基於有功功率設置點和無功功率設置點來控制所述 變換器，所述控制單元包括： 有功功率控制單元，所述有功功率控制單元基於測得的由所述發電機輸出的有功功率 與目標有功功率設置點的比較，確定有功電流設置點； 無功功率控制單元，所述無功功率控制單元基於測得的由所述發電機輸出的無功功率 與目標無功功率設置點的比較，確定無功電流設置點；以及 次同步諧振阻尼單元，所述次同步諧振阻尼單元基於所述電網的電壓測量結果來確定 所述電網中的次同步分量以確定針對阻尼電流的阻尼設置點， 其中所述控制器基於所述有功電流設置點、所述無功電流設置點和所述阻尼設置點來 控制所述變換器。
7. 根據權利要求6所述的發電裝置，其中所述次同步諧振阻尼單元可以基於阻尼功率 設置點來確定阻尼電流設置點。
8. 根據權利要求6所述的發電裝置，其中所述阻尼設置點包括有功阻尼電流設置點和 無功阻尼電流設置點。
9. 根據權利要求6所述的發電裝置，其中所述次同步諧振阻尼單元包括濾波器，所述 濾波器被配置來從所述電網的次同步分量中區分所述電網的基頻。
10. 根據權利要求9所述的發電裝置，其中所述次同步諧振阻尼單元包括調節器以確 定針對所述阻尼電流的所述阻尼設置點。
11. 根據權利要求9所述的發電裝置，其中所述次同步諧振阻尼單元包括計算單元以 基於阻尼功率設置點來確定針對所述阻尼電流的所述阻尼設置點。
12. 根據權利要求10所述的發電裝置，其中用來計算針對阻尼電流的所述設置點的所 述調節器可以為比例調節器、比例積分調節器或比例積分微分調節器。
【文檔編號】H02P9/10GK104221241SQ201280066181
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2012年12月17日 優先權日:2012年1月5日
【發明者】E·奧利亞, J·魯伊斯, J·埃羅裡亞加, S·奧爾特尼特克斯亞, A·卡卡爾, B·吉爾 申請人:英格蒂穆電力技術有限公司