[发明专利]影响调速发电机发电的方法和系统

说明书

本发明涉及一种影响调速发电机发电的方法和相关的系统，其中该系统包括连接到由至少一个调速发电机供电的本地交流总线的第一电压源变流器，连接到交流电网的第二电压源变流器，连接在第一和第二电压源变流器之间的直流链路，以及用于控制第一和第二电压源变流器的至少一个控制单元。 

目前，直流(DC)电力传输系统被用于互联交流(AC)电力系统并以高电压经过长距离传输电力。在现有技术中，这些系统称为高压直流(HVDC)传输系统。HVDC系统的主要部分是形式为一个或多个电力电缆或架空线的直流链路以及位于直流链路每端的包含电力变流器的变流器站。将交流转换为直流的电力变流器称为整流器，将直流转换为交流的电力变流器称为换流器。整流器将有功功率从交流侧传输到直流侧，换流器将有功功率从直流侧传输到交流侧。因此，直流链路中的功率从整流器流向换流器。 

作为本发明主题的HVDC变流器是电压源变流器(VSC)。在现有技术中，这样的变流器类型的功能原理是众所周知的，例如，参见AndersLindberg于1995年发表的“PWM and Control of Two and Three LevelHigh Power Voltage Source Converters(KTH Stockholm 1995，ISSN-1100-1615)”，具体是第1、77-104页和附录A。 

例如，HVDC系统可以被用于连接两个独立的交流电网从而可以根据电力交易以变化的速率从一个电网向另一个电网传输电力。HVDC系统还可以用于将发电厂连接到交流电网，其中发电厂提供质量和稳定性变化的功率和电压，以及其中利用对HVDC系统的电压源变流器进行控制的可能性来补偿这些变化，以便满足将功率供给交流电网的要求。这种应用的一个例子是将风力发电园(wind park)或风力发电厂连接到交流电网，其中风力发电厂可以是离岸设施。 

在“Analysis and control of wind farm incorporated VSC-HVDC inunbalanced conditions”by Ming Yin et.al；2005IEEE/PES Transmissionand Distribution Conference&Exhibition：Asia and Pacific Dalian，China， 15-18Aug.2005，Piscataway，Nj，USA，pp.1-6中，描述了与风力发电厂互连的基于电压源变流器的HVDC系统以及无源交流网络。该论文的分析基于具有鼠笼感应发电机的异步风力涡轮机，其中该感应发电机直接连接到公用电网，即不通过任何变流器连接到本地交流总线。在该HVDC系统中，整流器控制无功功率和直流电压而换流器控制无源网络中的交流电压。 

目前存在包括具有大于2.0兆瓦输出功率的风力机(wind mill)的大型风力发电厂。在这种大小的风力机中，经常使用所谓的调速发电机(ASG)将风能转换为电功率。调速发电机是成本有效的并以较低的机械应力提供对推进器的简单的间距控制(pitch control)。市场上可获得的调速发电机包括同步发电机和将该同步发电机的定子连接到风力发电厂的交流总线或交流线的两个满容量变流器，或者包括双反馈感应发电机，其中转子通过两个背靠背连接的电压源变流器耦合，而定子被直接连接到风力发电厂的交流总线或交流线。下文中风力发电厂的交流总线或交流线被称为本地交流总线。如前所述，本地交流总线自身通过HVDC系统连接到交流电网。 

调速发电机的优点是：由于对电压源变流器的控制，风力机以恒定频率将功率传送到本地交流总线。这同时意味着调速发电机中的同步发电机或感应发电机的发电独立于本地交流总线中的交流电压的频率或相位角度变化。与此相对，对于交流电压的频率的突然增加，直接连接到交流线的同步或感应发电机的反应是发电的减少。然而，对于调速发电机并非如此。 

通过具有电压源变流器的HVDC系统连接到交流电网的一个或多个调速发电机会遇到以下问题。如果在交流电网中发生了交流故障使得只有较小或零功率被馈入到电网，则直流链路中的直流电压会升高，这是由于连接到风力发电厂的电压源变流器持续将限定的恒定功率从交流侧传送到直流侧。由于直流链路的电容具有相对较小的时间常数，所以直流电压的升高会非常快地发生。