[发明专利]风力涡轮的HVDC连接

说明书

技术领域

本发明一般涉及风力发电机的领域，并且更具体地，涉及考虑到通过产生现场HVDC传输电平电压的、改善来自风力发电机地点的电力传输的方法和系统。

背景技术

现有的风力涡轮包括经以电网频率操作的升压变压器连接的逆变器，该逆变器与AC电网同步地调节ac电压。图1示出典型的此类连接电网的风力发电系统10。该系统包括风力发电机12、发电机侧转换器14、以及电网侧转换器16。该系统还包括电网侧控制器18、发电机侧控制器20、以及电力网22。直流(DC)链路28连接发电机侧转换器14和电网侧转换器16。发电机侧转换器14将风力发电机12产生的交流(AC)功率转换成DC功率。然后，电网侧转换器18将DC功率转换到与电力网22兼容的频率处的AC功率。

电网侧控制器18和电网侧转换器16的组合起到用于电网22的电流源的功能。换言之，电网侧控制器18控制电网侧转换器16的输出电流的相位和幅度。发电机侧控制器20为发电机侧转换器14生成开关信号。在一些实施例中，涡轮控制器38基于风速或风力涡轮的转子转速，向发电机侧控制器20提供扭矩参考T。涡轮控制器38生成扭矩参考，使得部分地使用最大功率点跟踪(MPPT)电路从风力捕获最大能量。图1的风力发电系统的有功功率控制通过调整经变压器50施加到电网22的AC电压的相角，来保持风力涡轮42的输出电流。

最近，在某些实例中，将先前施加到AC配电网22的输出转换到DC，对于例如从近岸风力农场(wind farm)、经海底线缆的传输变得有利。在示范性配置中，通过将整流器耦合到发电机地点处的变压器50的输出侧以及将整流器输出耦合到DC传输线路，来满足将正常生成的AC电压转换到用于传输的DC的需求。但是，在发电机地点处增加额外的组件，具体在近岸安装的情况中，至少鉴于此类设备需要的额外空间和成本，会引起额外的难题。

因此，需要一种方法和系统来减少产生用于施加到DC传输线路的、适合电平的直流需要的转换组件的数量及成本。

发明内容

在下面的描述中将部分阐述本发明的方面和优点，或者本发明的方面和优点从该描述可以是显然的，或者可以通过实践本发明来认识本发明的方面和优点。

本公开的一个示范实施例针对一种用于独立于AC电网进行电力传输的、风力涡轮的高电压直流(HVDC)连接的方法。风力驱动发电机配置成产生可变频率AC电压输出。该方法提供了将生成的电压电平提升得足够向HVDC传输线路提供功率。

该方法还提供将该电压转换到DC，并将该电压施加到HVDC传输线路。在一些实施例中，首先将电压电平从一个AC电压电平提升到更高的AC电压电平，并且然后将其整流，此后将该电压施加到HVDC传输线路。

在其他实施例中，通过AC-DC转换器将来自风力驱动发电机的电压转换到DC电压，并然后通过高电压DC-DC转换器将其增压到更高的电平，此后将其施加到HVDC传输线路。

在某些实施例中，使用矩阵转换器将来自一个AC频率的电压转换到更高的AC频率。在这些实施例的某几个中，还将更高频率电平施加到升压变压器，以提升电压电平。然后，对升压的高频电压整流，此后将其施加到HVDC传输线路。在每个示范实施例中，无需转换到标称AC配电频率(例如，50Hz或60Hz)。

本公开的另一个示范实施例针对用于产生可变频率AC的风力涡轮发电机的连接的设备，所述连接用于独立于AC电网向HVDC传输线路进行电力传输。该设备包括：互连的电压电平提升器和AC-DC转换器，以使得从风力涡轮发电机接收可变AC输出，并将HVDC功率直接施加到HVDC传输线路。

在一些实施例中，该电压电平提升器是矩阵转换器和升压变压器，配置成将来自风力驱动涡轮发电机的AC电压转换到更高电平的AC电压，以及该AC-DC转换器是耦合到矩阵转换器的输出的整流器。

在其他实施例中，电压电平提升器是高电压DC-DC转换器电路，该电路从AC-DC转换器接收DC输入。AC-DC转换器的AC输入从风力驱动涡轮发电机供给。在采用高电压DC-DC转换器的实施例中，可以将高电压DC-DC转换器的HVDC输出直接连接到HVDC传输线路。

对于本公开的这些示范实施例，能够进行多种变化和修改。

参考下面的描述和所附权利要求，将变得更好理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。并入本说明书并构成其一部分的附图图示了本发明的实施例，并且连同描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明