[发明专利]功率转换器装置和方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及电力设备并且具体地涉及一种功率转换器装置和一种用于传送电功率的方法。

背景技术

风力资源的利用在过去几年中已经迅速增长。然而，风力的使用不仅提供能量而且对它所连接到的电力网有负面影响。不仅风力的变化而且风力涡轮机本身也产生功率脉动。

一种解决方案是通过使用晶体管转换器来使用涡轮机的变速操作。虽然可以提高功率质量，但是变速系统在较高风速与定速系统相比具有较低的效率。

为了克服这样的局限性，如在T.Thiringer、T.Petru和C.Liljegren在IEEE Transactions on Energy Conversion 2001年6月第16卷第2期第123页的Power Quality Impact of a Sea Located Hybrid Wind Park中公开的那样，可以仅在有能量增益的较低功率使用转换器而在较高风速使用直接连接的感应发电机。

在图1中示出了在较低和较高风速的操作过程中用于风力涡轮机的此类功率转换器装置。该装置包括为了在较低风速实现变速操作而提供的两个功率转换器11a、11b。在较高风速，通过将感应发电机13直接地连接到电力网15来实现恒速操作。在这一模式下，电力网侧上的功率转换器作为用于提供所需数量的无功功率的无功电源来操作，并且减少了由来自风力涡轮机的有功功率变化所造成的电力网上的电压变化。

在US 7,012,409 B2(SEMIKRON)中公开了一种类似的功率转换器装置。也公开了一种用于在短路情况下触发功率补偿的方法。

发明内容

对于大于3MW的较大涡轮额定值，在无刷感应发电机中的气隙磁化将造成与转矩产生电流相当的磁化电流。在这样的条件下，功率转换器装置的可用下额定值限于约30％。

对于大于1MW的涡轮额定值，关键是要在具有高效转子的感应发电机中克服固有的转矩-速度刚度。针对这一问题的一种即时解决方案是在感应发电机内部增加转子电阻。然而，由于有限的冷却能力，这仅限于略微2MW以上的额定值。

因此，本发明的一个主要目的在于：分别提供用来至少缓解上述问题和限制的一种功率转换器装置和一种用于传送电功率的方法。

就这一点而言，本发明的一个具体目的在于提供灵活、可靠并且成本合理的这样的装置和这样的方法。

这些目的以及其它目的是根据本发明通过如在所附权利要求书中具体说明的装置和方法来实现的。

根据本发明的第一方面，提供一种功率转换器，该功率转换器包括为了在不同操作条件过程中将电功率从感应发电机传送到电力网的两个并行通路，其中第一通路包括交流-交流转换器，而第二通路包括开关。电容器装置互连于感应发电机与第一通路和第二通路之间，而第一交流电抗器装置互连于电容器装置与第一通路和第二通路之间，其中电容器装置被提供用于补偿感应发电机的磁化电流。

这里，即使对于在约3MW以上的涡轮机和感应发电机额定值，交流-交流转换器仍然可以具有小于涡轮机和感应发电机的额定功率的30％的额定功率。

优选地，第二交流电抗器装置互连于第一通路和第二通路与电力网之间。

这里，实现如下成本高效装置，该装置使感应发电机稳定或者失去稳定以解决额定在约1MW以上的固有转矩-速度刚度问题。

根据本发明的第二方面，提供一种用于通过上述装置将电功率从感应发电机传送到电力网的方法。该方法包括通过电容器装置来补偿感应发电机的磁化电流的步骤。

从下文给出的对本发明实施例和变型的以下具体描述以及附图2中将清楚本发明的更多特征及其优点，其中附图2仅通过示例而给出，因此并不是对本发明的限制。

附图说明

图1示意地图示了根据现有技术的功率转换器装置。

图2以单线、框图示意地图示了根据本发明一个实施例的三相功率转换器装置。

具体实施方式

如图2中所示的功率转换器装置将无刷三相感应发电机23连接到三相电力网或者网络29。风力涡轮机转子21经由齿轮箱25驱动发电机。功率转换器装置包括两个并行通路：包括交流-交流转换器25的第一通路和包括开关27的第二通路。