[发明专利]用于具有提供DC模块化变换器的风力发电机的风电场的控制系统

说明书

本发明涉及发电机的控制领域，特别是涉及用于具有提供DC模块化变换器的风力发电机的风电场的控制系统。

如图1中概略图所示，公知的风电场使用多个风力发电机1，每一个配备了各自的风力叶轮1a，其被提供风动能并且能以如下方式而被机械控制：

-根据风向改变其排列

-改变形成叶轮1a的叶片安装角，以这样的方式调节风能转换成机械能。

在风电场内部，每一风力发电机通过中压配电网络并联于其他的风力发电机1，该中压配电网络包括多个双极型和DC电力线L。由风力发电机1产生并且通过DC和中压配电网络传送的电能，通过一个或多个中压或高压DC电线传输。在这些电力线的下游，具有变换站3，其将风电场连接到国家传输电网。

变换站3内部至少具有一个逆变器3a，该逆变器3a具有由DC线L供电的输入端和提供了一个或多个升压变压器3b的入口的各自的输出端，该升压变压器3b连接在逆变器3a输出端和电网之间。

风力发电机1的内部具有，为了产生动力传动或电力变换链(本领域公知的动力传动系统)，电力发电机1b，其具有多个定子独立三相电路(或三相电压星形)2，其每一个通过各自的三相线2a连接到模块化类型和多电平的电能4的静态变换级，从交流电压(表现在星形2上)转换为直流电压。在电力发电机1b和风力叶轮1a之间，不介入任何升压齿轮(变速箱)，以这样的方式以便尽可能多的减少风力发电机1引擎舱的重量以及增加整个系统的能效和可靠性。

更加详细的，如图2所示，变换级4从交流(电压)(AC)转换为直流(电压)(DC)，在其内部包含多个AC-DC变换模块4a’-4a””，每一变换模块具有连接到各自三相线2a的各自的输入端和各自的一对输出端4b、4c，在这一对输出端4b、4c之间连接各自的电容器堆。AC-DC变换器模块4a’-4a””是由强制开关激活(IGB、IGCT或MCS)电子装置以及由连接到它们的各自的反并联续流二极管形成的电压类型施压，以这样的方式产生三相桥。

每一AC-DC变换模块4a’-4a””被串联连接到剩余的AC-DC变换模块，以致于每一AC-DC变换模块4a的每一端子4b直接连接到相邻变换器的端子4c。

两个AC-DC变换模块4a’、4a””的每一个，在串联的边缘出现各自的端子4b和4c连接到变换级4的输出端，以这种方式形成中压和DC双极线L。

提供如图1所示的用于风电场的控制系统的结构，配置了具有如图2所示的动力传动系统的风力发电机，基于其自己的目前用于具有全规模类型(即全电能)的AC/DC/AC静态变换器的直流驱动风力发电机的控制系统如图3所示，其表示用于最后的风力涡轮发电机的技术状态。在该控制结构中，PLC6(可编程逻辑控制器)用作风力涡轮的通用控制器(风力涡轮控制器)，其接收与状态、报警以及来自多个子系统(未示出)的测量相关的多个信号作为输入，该多个子系统集成在风力发电机中。PLC6控制，分别通过其自身的输出信号，叶片角设置α、风力叶轮1a的偏转角δ以及发电机1b的旋转速度ω，转矩根据上述信号获得并且由此能量由发电机传送至轴。进一步地，PLC6参考以下提供电能和转矩：

-变换器的第一控制级5，其通过变换器级4控制发电机1b；以及

-变换器的第二控制级8，安装在变换站3中，其驱动介于电力网络的逆变器3a。如图3中细节所示，每一变换器级4具有各自的第一控制级5，被称作“主”(即主要的)接收第一信号V_DC作为输入，涉及出现在线L的电压以及由电力发电机1b产生的机械转矩的第二信号C_RIF；这些信号来自PLC控制器6。第一控制级5的目的是调节在AC-DC变换模块4a’-4a””内部提供的IGBT或IGCT晶体管门极端的推动力。

PLC控制器6也将又一控制信号送入第二控制级8，其驱动逆变器3a的操作。

逆变器3a具有，如事实那样，自我控制级8，能监控和保持上面所述出现在线L上的电压恒定。

图3所述的控制结构，目前用于每一风力发电机1中，出现在风电场的每一风力发电机中。

假设，如图1所述，每一AC-DC变换模块4a在其输出端4b、4c产生等于6kV的直流电压，并且串联设置的AC-DC变换模块4a’-4a””，准确的说是如图2中所示的四个，应该清楚的是，在线L上，被提供24kV的直流电压，因而在中电压级别，直接提供给变换站3。

由风力发电机1、变换站3、电线L、PCL6以及第一、第二变换控制级5、8组成的组形成所谓的MVDC系统(中压和直流)。