[发明专利]电力系统和控制方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于向互连点处的公用电网提供电力的电力系 统。更具体地说，本发明涉及将由诸如风力涡轮机和光电模块之类的 可再生能源产生的电力转换成满足互连点的低谐波要求的电力的电 力系统。

背景技术

近来，诸如风力涡轮机之类的可再生能源作为对环境安全且相对 便宜的替代能源已经越来越引起人们的关注。随着此增长的关注，人 们已经做出大量努力来发展可靠且高效的风力涡轮机。为了最大化电 力产生的效能并且简化到应用电网的连接，风力涡轮机常常位于彼此 接近之处，这在相关领域中一般被称为“风力田”。风力田中的风力 涡轮机产生电力并且将电流馈送给普通连接点(PCC)处的诸如电力 网的公用事业。

一种保持旋转的发电机转速与风速成比例的风力涡轮机是变速 风力涡轮机。变速风力涡轮机的示例在例如Richardson等的 US5083039中有描述。变速风力涡轮机包括发电机、发电机侧的变频 器、DC链路总线、和连接到电网的变频器。发电机的可变频率能量 由该发电机侧变频器传输到DC链路总线，稍后由电网侧变频器转换 为固定频率。

电网侧的有源(active)变频器通常利用诸如绝缘栅双极晶体管 (IGBT)之类的半导体开关，通过那些半导体开关的脉宽调制开关动 作，将DC电压转换为电网频率的AC电压。开关动作往往引起不希望 的谐波。为了避免由这些谐波所引起的问题，安装许多滤波器。滤波 器元件通常很庞大并且很昂贵。

本领域中需要提供一种不同于传统系统的用于风力田的改善的 电力系统，其可以满足针对一组风力涡轮机在电力连接点处的低谐波 要求。这样的系统将还对诸如光电系统之类的其它可再生能源有用。

发明内容

根据本文公开的实施例，发电系统包括在电力连接点处并联连接 的至少两个电力系统。每个电力系统包括电力转换系统，其包括变频 器，该变频器包括多个开关，用于将直流电力转换为交流电力。该发 电系统包括控制系统，该控制系统包括至少两个脉宽调制(PWM)调 制器，每个PWM调制器用于获得基频(fundamental)波形和载波信 号，使用该基频和载波信号来产生PWM图样(pattern)，以及用于 将该PWM图样提供给各个变频器，用于驱动该各个变频器的开关。该 控制系统被配置为交错(interleave)该至少两个电力系统的载波信 号、基频波形或载波信号和基频波形的组合，以产生分别用于该至少 两个变频器的交错的PWM图样。

根据本文公开的另一个实施例，提供一种控制耦合到电力连接点 的电力系统的方法。该方法包括：获得载波信号和基频波形；使用该 载波信号和基频波形产生脉宽调制(PWM)信号同时交错该电力系统 的载波信号、基频波形、或载波信号和基频波形的组合；以及利用该 PWM信号驱动该电力系统的电网侧变频器。

附图说明

当参考附图阅读以下详细说明时，本发明的这些及其它特征、方 面、和优点将能够得到更好的理解，其中贯穿附图，相同的符号代表 相同的部分，其中：

图1是示出了根据本文公开的一个实施例的风力田的框图。

图2是根据本文公开的实施例的风力涡轮机电力系统的框图。

图3是在风力涡轮机电力系统中用于产生用于变频器的半导体 开关的PWM图样的PWM调制器的框图。

图4是示出了示范性基频波形、三角载波波形、以及将基频波形 与三角载波波形相比较产生的PWM图样的一对曲线图。

图5是示出了对于在不同的风力涡轮机电力系统中变频器的一 个相应相的基频波形和三角载波波形的一组曲线图。

图6是示出了通过比较图5的基频波形和三角载波波形的对于在 不同的风力涡轮机电力系统中的变频器的相应相的PWM图样的一组 曲线图。

图7是示出了根据另一个实施例的对于在不同的风力涡轮机电 力系统中的变频器的相应相的基频波形和三角载波波形的一组曲线 图。

图8是示出了通过比较图7的基频波形和三角载波波形的对于在 不同的风力涡轮机电力系统中的变频器的相应相的PWM图样的一组 曲线图。

图9是示出了根据另一个实施例的对于在不同的风力涡轮机电 力系统中的变频器的相应相的基频波形和三角载波波形的一组曲线 图。

图10是根据一个实施例的四个风力涡轮机电力系统的谐波矢量 的矢量图。