專利名稱：與級(jí)聯(lián)反饋異步發(fā)電機(jī)有關(guān)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及級(jí)聯(lián)反饋異步發(fā)電機(jī)，特別涉及在電網(wǎng)內(nèi)存在擾動(dòng)的情況下對(duì)這樣的 發(fā)電機(jī)的控制。
背景技術(shù)：
級(jí)聯(lián)反饋或雙反饋異步發(fā)電機(jī)一般被風(fēng)力電廠用作產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)。級(jí)聯(lián)反饋 異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)的定子與要反饋的電網(wǎng)直接連接，而發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子經(jīng)由變頻器 與電網(wǎng)連接。變頻器包括兩個(gè)可控電橋和在兩個(gè)電橋之間的直流電壓電路，該變頻器根據(jù) 發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速將轉(zhuǎn)子功率從電網(wǎng)發(fā)送到轉(zhuǎn)子電路或從轉(zhuǎn)子電路發(fā)送到電網(wǎng)。通過變頻器， 根據(jù)轉(zhuǎn)速來激勵(lì)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，以使得定子中所產(chǎn)生的電壓具有期望的頻率。
管理電網(wǎng)的公司具有關(guān)于要連到電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)應(yīng)具備何種特性的規(guī)范。這些電網(wǎng) 規(guī)范確定比如在存在電網(wǎng)擾動(dòng)的情況下風(fēng)力電廠如何運(yùn)行。這些規(guī)范之一是特別地涉及存 在電壓驟降(voltage dip)時(shí)維持電網(wǎng)。待反饋電網(wǎng)中的電壓可能由于比如短路或相應(yīng)的 故障而突降。若干電網(wǎng)公司要求風(fēng)力電廠不能由于電壓驟降而與電網(wǎng)斷開連接，而是風(fēng)力 電廠要通過向發(fā)生故障的電網(wǎng)反饋無功功率來維持電網(wǎng)電壓。
向電網(wǎng)反饋無功功率是與級(jí)聯(lián)反饋異步發(fā)電機(jī)有關(guān)地通過利用變頻器來控制異 步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電流使得改變發(fā)電機(jī)的激勵(lì)并由發(fā)電機(jī)的定子將無功功率反饋給電網(wǎng)來 實(shí)現(xiàn)的。
隨著電網(wǎng)規(guī)范變得嚴(yán)格，使得無功電網(wǎng)維持盡可能快地提升到設(shè)定等級(jí)并且在達(dá) 到的等級(jí)上運(yùn)行穩(wěn)定變得越來越重要。由于級(jí)聯(lián)發(fā)電機(jī)是旋轉(zhuǎn)的機(jī)器，因此，難以在存在電 網(wǎng)擾動(dòng)時(shí)對(duì)其精確控制。目前，期望的電流可由變頻器，更確切的說，由變頻器的電網(wǎng)電橋 (ISU)反饋給電網(wǎng)。與級(jí)聯(lián)控制異步發(fā)電機(jī)相關(guān)的是，變頻器的尺度是基于轉(zhuǎn)子功率的，該 轉(zhuǎn)子功率占整個(gè)運(yùn)行功率的約I / 3。這樣，額定的電網(wǎng)維持就不能僅由變頻器來產(chǎn)生了。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能解決上述問題的方法和實(shí)現(xiàn)該方法的裝 置。本發(fā)明的該目的由通過以獨(dú)立權(quán)利要求所陳述的內(nèi)容為特征的方法和裝置來實(shí)現(xiàn)。在 從屬權(quán)利要求中公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
本發(fā)明基于如下構(gòu)思當(dāng)通過級(jí)聯(lián)驅(qū)動(dòng)器的定子反饋無功電流時(shí)，控制該級(jí)聯(lián)驅(qū) 動(dòng)器的轉(zhuǎn)子電路中的變頻器以產(chǎn)生部分無功電流。特別地，利用該變頻器的電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器來 產(chǎn)生定子電路由于動(dòng)態(tài)變化而不能在電網(wǎng)中產(chǎn)生的那部分無功電流。
根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置的優(yōu)點(diǎn)在于與現(xiàn)有技術(shù)相比，級(jí)聯(lián)驅(qū)動(dòng)器的電網(wǎng)維持 的性能可得到本質(zhì)上的提升，并且無需改變?cè)撗b置的尺度。


現(xiàn)在，參考附圖，連同優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，在附圖中
圖1為實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置的原理框圖，以及
圖2所示為電網(wǎng)維持(network support)的仿真結(jié)果。
具體實(shí)施方式
為控制級(jí)聯(lián)反饋發(fā)電機(jī)，以已知的方式來使用變頻器，并且變頻器連接在發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)子和要反饋的電網(wǎng)之間。按照已知的方式，變頻器包括兩個(gè)逆變器(isu、INU)和在兩個(gè) 逆變器之間的直流電壓中間電路。圖1示出了級(jí)聯(lián)驅(qū)動(dòng)器的原理圖。變頻器I的電網(wǎng)側(cè)的 逆變器(ISU)也被稱作網(wǎng)橋或電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，而發(fā)電機(jī)側(cè)的逆變器(INU)被稱作負(fù)載橋。
在級(jí)聯(lián)反饋發(fā)電機(jī)2運(yùn)行期間，發(fā)電機(jī)側(cè)的逆變器(INU)獲取電網(wǎng)3的電壓和定 子的電流的測(cè)量數(shù)據(jù)。當(dāng)察覺到由于電網(wǎng)故障而造成的電網(wǎng)電壓驟降時(shí)，發(fā)電機(jī)側(cè)的逆變 器(INU)以這樣的方式激勵(lì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，使得發(fā)電機(jī)開始向電網(wǎng)反饋無功電流以維持電網(wǎng) 中的電壓。
依照本發(fā)明，根據(jù)測(cè)量的電網(wǎng)中的電壓和定子電流來確定電網(wǎng)中的無功電流，SP 由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的用以維持電網(wǎng)中的電壓的電流。
電網(wǎng)的無功電流優(yōu)選以這種方式來確定根據(jù)所測(cè)量的電網(wǎng)中的電壓來計(jì)算出電 網(wǎng)的電壓的正序，并且相應(yīng)地，根據(jù)所測(cè)量的定子電流來計(jì)算出定子電流的正序。根據(jù)計(jì)算 得到的正序來計(jì)算電網(wǎng)的無功電流。
例如可以以在下述出版物中描述的方式通過正序來確定無功電流Jouko Niiranen 所 著 的“About the Active and Reactive Power Measurements in Unsymmetrical Voltage Dip Ride-through Testing” (WIND ENERGY,200811:121-131)。 該出版物還公開了確定無功電流的其他方法。這樣就知道了確定無功電流的方法。
根據(jù)所測(cè)量的電網(wǎng)中的電壓，計(jì)算出基于電網(wǎng)要求而確定的無功電流中的指示。 當(dāng)從無功電流的指示中減去由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的無功電流的量值時(shí)，就得到了已實(shí)現(xiàn)的無功 補(bǔ)償和該指示之間的差值。依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思，該差值被反饋給變頻器I的電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器 (ISU)，以作為產(chǎn)生無功電流的指示。
在存在電網(wǎng)擾動(dòng)的情況下，電壓和電流幾乎被連續(xù)地測(cè)量，這樣通過電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器 獲得的產(chǎn)生無功電流的指示被頻繁地更新。由于電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器具有快速控制的特性，因此也 快速地產(chǎn)生對(duì)無功電流中的指示的響應(yīng)。
無功電流可由電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器反饋，直到電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器的電流極限限制了補(bǔ)償。需要說 明的是，電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器同時(shí)也用于與通過發(fā)電機(jī)產(chǎn)生無功電流相關(guān)的其他功能。
在圖1中，通過用箭頭符號(hào)表示功能進(jìn)一步解釋了本發(fā)明的方法。簡(jiǎn)單地說，該方 法包括測(cè)量(A)電網(wǎng)中的電壓和定子中的電流。當(dāng)電網(wǎng)中的電壓降低時(shí)，通過發(fā)電機(jī)的定 子反饋無功電流(B)。在已經(jīng)確定由發(fā)電機(jī)反饋的無功電流的量值后，無功電流中的指示與 所確定的無功電流的差值被反饋(C)給逆變器的ISU，以作為無功電流中的指示。ISU向電 網(wǎng)反饋(D)無功電流，并且總補(bǔ)償(E)包括要通過定子反饋的無功電流(B)和由ISU反饋的 無功電流(D)。
圖2為應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法的仿真結(jié)果。圖2示出了電網(wǎng)中的電壓21的對(duì)稱 的下降，以及在該對(duì)稱下降過程中需要的無功電流的基本值22。曲線23顯示了由定子提供 的無功維持。這里可以看出，由定子實(shí)現(xiàn)的補(bǔ)償23如何不能完全符合基本值22。由定子實(shí)現(xiàn)的補(bǔ)償和補(bǔ)償指示之間的差就是要反饋給電網(wǎng)逆變器的差值。
當(dāng)本發(fā)明的構(gòu)思付諸實(shí)踐時(shí)，由變頻器產(chǎn)生的無功電流使得由級(jí)聯(lián)驅(qū)動(dòng)器提供的 補(bǔ)償更有效并更精確。由發(fā)電機(jī)提供的補(bǔ)償是動(dòng)態(tài)上不精確的，而基于電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器(ISU)提 供的誤差變量而反饋的無功電流由于其速度而更正了此不精確性。
本發(fā)明的方法可由被提供有設(shè)有所需的電壓和電流的測(cè)量和所需的控制部件的 的變頻器來實(shí)現(xiàn)。在變頻器的控制單元中，有能夠?qū)崿F(xiàn)所需的計(jì)算的相當(dāng)?shù)挠?jì)算容量和控 制電路。所需的計(jì)算還可以在變頻器外部的處理器中執(zhí)行。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然的是隨著技術(shù)進(jìn)步，本發(fā)明的基本構(gòu)思可以用多種 不同的方式實(shí)現(xiàn)。因此本發(fā)明及其實(shí)施例不限于上述描述的示例，而是可以在權(quán)利要求的 范圍內(nèi)變化。
權(quán)利要求
1.一種控制級(jí)聯(lián)反饋異步發(fā)電機(jī)的方法，該方法與該發(fā)電機(jī)反饋的電網(wǎng)的電壓驟降有關(guān)，其中，在所述異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和所述電網(wǎng)之間連接有變頻器，特征在于，所述方法包括測(cè)量所述電網(wǎng)中的電壓的量值；根據(jù)所述電網(wǎng)中的電壓，計(jì)算要反饋給所述電網(wǎng)的無功電流的基本值；由所述發(fā)電機(jī)來產(chǎn)生在所述電網(wǎng)中的無功電流；測(cè)量所述定子的電流；確定所述電網(wǎng)中的無功電流的實(shí)際值；計(jì)算所述無功電流的基本值與實(shí)際值之間的差；將所計(jì)算的差提供給所述變頻器，以作為無功電流中的指示；以及由所述變頻器根據(jù)所述無功電流中的指示產(chǎn)生在所述電網(wǎng)中的無功電流。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，由所述變頻器的負(fù)載橋(INU)來測(cè)量所述定子的電流和所述電網(wǎng)中的電壓的量值。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，由所述發(fā)電機(jī)產(chǎn)生在所述電網(wǎng)中的無功電流包括以下步驟由所述變頻器的負(fù)載橋以這樣的方式激勵(lì)所述發(fā)電機(jī)，使得所述發(fā)電機(jī)產(chǎn)生無功電流。
4.如權(quán)利要求1、2或3的方法，其特征在于，確定所述無功電流量的實(shí)際值包括以下步驟計(jì)算在所述電網(wǎng)中的電壓的正序和所述定子的電流的正序；以及根據(jù)所述正序來計(jì)算所述電網(wǎng)中的無功電流的實(shí)際值。
5.一種控制級(jí)聯(lián)反饋異步發(fā)電機(jī)的裝置，該裝置與所述發(fā)電機(jī)反饋的電網(wǎng)的電壓驟降有關(guān)，其中，在所述異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和所述電網(wǎng)之間連接有變頻器，特征在于，所述裝置包括測(cè)量所述電網(wǎng)中的電壓的部件；根據(jù)所述電壓計(jì)算要反饋給所述電網(wǎng)的無功電流的基本值的部件；控制所述發(fā)電機(jī)產(chǎn)生在所述電網(wǎng)中的無功電流的部件；測(cè)量所述定子的電流的部件；確定所述電網(wǎng)中的無功電流的實(shí)際值的部件；計(jì)算所述無功電流的基本值與實(shí)際值之間的差的部件；將所計(jì)算的差提供給所述變頻器以作為無功電流中的指示的部件，使得所述變頻器被設(shè)置為根據(jù)所述無功電流中的指示來產(chǎn)生在所述電網(wǎng)中的無功電流。
全文摘要
公開了與級(jí)聯(lián)反饋異步發(fā)電機(jī)有關(guān)的方法和裝置。一種與級(jí)聯(lián)反饋異步發(fā)電機(jī)反饋的電網(wǎng)的電壓驟降有關(guān)地控制級(jí)聯(lián)反饋異步發(fā)電機(jī)的方法和裝置，其中變頻器連接在所述異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和所述電網(wǎng)之間。所述方法包括測(cè)量所述電網(wǎng)中的電壓的量值；根據(jù)所述電網(wǎng)中的電壓，計(jì)算要反饋給所述電網(wǎng)的無功電流的基本值；由所述發(fā)電機(jī)產(chǎn)生在所述電網(wǎng)中的無功電流；測(cè)量所述定子的電流；確定所述電網(wǎng)中的無功電流的實(shí)際值；計(jì)算所述無功電流的基本值與實(shí)際值之間的差；將所計(jì)算的差提供給所述變頻器作為無功電流中的指示；以及由所述變頻器根據(jù)所述無功電流中的指示來產(chǎn)生在所述電網(wǎng)中的無功電流。
文檔編號(hào)H02J3/16GK103023038SQ20121035317
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者雷約·卡萊維·弗塔嫩 申請(qǐng)人:Abb公司