[发明专利]用于变换电功率的变换器设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于把输入功率变换成电输出功率的变换器（converter）设备的领域。具体地，本发明涉及用于风轮机的变换器设备的领域。

背景技术

存在已知的产能设备，其给它们耦合到的电力网络提供变化的功率。例如，对于较低的风速，风轮机提供较少的功率。另一个示例太阳能厂，其输出功率取决于太阳光的可用性和强度。变化的功率可能导致电力网络中的电压扰动（disturbance）。进一步，从电力网络取出功率的消费者可能生成电力网络中的扰动。

EP 1 386 078 B1公开了一种操作风能设施以便与没有风轮机的情形相比提供能够减少或至少不显著增加电力网络中电压的不期望变化的风轮机或风电场（wind park）。风能设施具有发电机，其可以由转子驱动以便以被馈送到电力网络的无功分量（wattless component）向电力网络发出电功率。无功分量由描述被馈入的电伏安的电流和电压之间的角度的相位角φ预定，其中相位角φ根据在网络中检测的至少一个电压的大小而被改变，使得假如网络电压在预定下阈值和预定上阈值之间则相位角不变，其中下电压值小于标称电压值而预定上电压值大于预定标称电压值。如果预定上电压值被超过或者预定下电压值被下冲，则相位角的大小随着电压进一步上升或下降而上升。

鉴于上面描述的情形，存在对使得能够适应电力网络中的电压变化的改进变换器设备的需要。

发明内容

这种需要可以由根据独立要求的主题满足。本文公开的主题的有利实施例由从属权利要求描述。

根据本文公开的主题的第一方面，提供一种用于把输入功率变换成电输出功率的变换器设备。该变换器设备包括用于接收电压信号的电压输入，其中所述电压信号指示该变换器设备为了提供所述电输出功率到电力网络而在操作期间耦合到的所述电力网络的电压。进一步，该变换器设备包括：控制器，被配置用于如果电压信号所指示的电压在预定电压带之外则把电输出功率的电压和电流之间的相位角维持在恒定的带外（out-of-band）值。

在本文中，电输出功率的电压和电流之间的相位角指的是基于电输出功率的总电流（复（complex）电流，包括有功（active）和无功（reactive）电流）的相位角的普通定义。

根据实施例，控制器进一步被配置成如果电压信号所指示的电压在预定电压带之外则把所述电输出功率的有功电流分量设置为零。例如，根据实施例，有功电流分量是电输出功率的一相的有功电流。例如，如果电输出功率具有三相，则根据实施例，给每相提供本文描述的控制器的单独一个。根据其它实施例，给电输出功率的两相或更多相提供单个控制器。

根据第一方面的实施例，控制器被配置用于如果电压信号所指示的电压在预定电压带之外则根据电压信号来设置所述电输出功率的无功分量，同时把电输出功率的电压和电流之间的相位角维持在恒定的带外值。

根据实施例，无功分量是无功电流。无功分量的其它示例是无功功率、相位角或功率因数。这些无功分量对本领域的技术人员是众所周知的并且不进行更详细的讨论。进一步，无功分量可以是多相电输出功率的一相的无功分量。因此，相位角可以通过直接设置相位角本身进行设置，或者根据另一个实施例可以通过设置与相位角成函数关系的无功分量而被间接地设置。然而，无功分量根据相位角的带外值进行设置。换言之，无功分量被设置成使得所得到的相位角维持在预定带外值。

电压信号可以以任何合适的方式生成。例如，根据实施例，电压信号从由变换器设备提供的电输出中导出。根据另一个实施例，电压信号所指示的电压是变换器所耦合到的电力网络中的电压。

根据实施例，变换器设备被配置用于接收机械输入功率。例如，根据实施例，变换器设备可以包括例如从US 6,448,735 B1已知的类型的双馈感应发电机。

根据另一个实施例，输入功率是电输入功率。换言之，根据这个实施例，变换器设备被配置用于接收电输入功率。为此，变换器设备可以包括用于把电输入功率变换成电输出功率的至少一个变换器，例如频率变换器。由于在这种情况下变换器设备仅在电侧进行操作，所以其在本文中也被称为电变换器设备。

根据实施例，变换器设备是风轮机的变换器设备。根据进一步实施例，变换器设备是风轮机的电变换器设备并因而被配置用于把由风轮机的发电机生成的电输入功率变换成电输出功率。

一般地，由电能的发电机生成的电功率可以被预变换以便提供电变换器设备的电输入功率。该预变换可以具有本领域中已知的任何合适类型。例如，整流器可以耦合在发电机的输出和变换器设备的功率输入之间，其接收电输入功率。