[发明专利]用于控制水电涡轮机的方法和系统

权利要求书

1.一种用于控制水电涡轮机（16）的操作的控制系统，所述控制系统包括：转换器系统（20），其被配置来将由连接到所述涡轮机（16）的发电机（18）供应且具有为所述涡轮机的旋转速度的函数的电压和频率的AC电力转换成具有用于将所述AC电力传输到接收站的传输系统（22）的电压和频率的AC电力；

所述系统还包括控制单元（32），所述控制单元与所述转换器系统（20）协作以响应于通过所述涡轮机（16）的水流速度而调整由所述发电机供应的所述AC电压，从而控制所述涡轮机的旋转；

其中所述转换器系统还包括第一级转换器（26）和第二级转换器（28），其中所述第一级转换器与所述第二级转换器之间提供DC链路（34），所述第一级转换器被配置来将由所述发电机（18）供应的所述AC电力转换成DC电力，且所述第二级转换器被配置来将所述DC电力转换成所述AC电力以传输到所述接收站；且其中所述第二级转换器是电压源逆变器类型。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述DC链路（34）包括用于感测DC电流的至少一个传感器且被配置来将与所述受感测DC电流相关联的信号提供给所述控制单元（32）。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其中所述DC链路包括用于感测DC电压的至少一个传感器且被配置来将与所述受感测DC电压相关联的信号提供给所述控制单元。

4.根据任何前述权利要求所述的控制系统，其中所述第一级转换器（26）是电压源逆变器类型。

5.根据任何前述权利要求所述的控制系统，其中所述第一级转换器（26）是用作有源前端的电压源逆变器且被配置来运用固定电压DC链路进行操作。

6.根据任何前述权利要求所述的控制系统，其中所述第一级转换器（26）和所述第二级转换器（28）是6-装置三相桥接器，每个装置包括开关和续流二极管。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其中所述开关是选自半导体开关中的任何一个，诸如绝缘栅双极型晶体管IGBT、集成栅极换流晶闸管（IGCT）或栅极关断（GTO）晶闸管。

8.根据权利要求7所述的控制系统，其中所述开关被配置来接收从所述控制单元（32）接收的信号且根据所述信号进行操作。

9.根据任何前述权利要求所述的控制系统，其中电容器（41）与所述第一级转换器和第二级转换器（26、28）的DC端子并联连接且被配置来在所述装置的所述开关的切换循环的周期内维持大体上恒定的DC链路电压。

10.根据任何前述权利要求所述的控制系统，其中所述控制单元（32）被配置来控制所述第一级转换器（26）的所述装置，从而控制所述第一级转换器（26）的AC输入处提供的电压。

11.根据任何前述权利要求所述的控制系统，其中所述控制单元（32）被配置来控制所述第一级转换器（26）的所述装置以设置所述发电机（18）的端子处的电压的振幅和频率以及对应的有功和无功功率流。

12.根据权利要求10或11中任一项所述的控制系统，其中所述第一级转换器（26）被控制来将根据电频率变化的AC电压提供给所述发电机（18）使得生成的AC电流与所述发电机（18）的绕组中引发的电磁力同相。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的控制系统，其中所述控制单元（32）被配置来通过切换传输到所述第二级转换器（28）的所述装置的信号控制所述第二级转换器（28）的所述AC输出电压的振幅和频率。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的控制系统，其中所述控制单元（32）被配置来修改所述第一级控制器（26）的所述装置的操作以调整所述第一级转换器（26）的输入端子处的所述AC电压的频率以控制所述涡轮机（16）的旋转。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的控制系统，其中响应于所述水流速度小于阈值，所述控制单元（32）被配置来确定所述DC链路电流、确定与所述涡轮机的所述水流速度相关联的最佳DC电力值，且通过修改所述第一级转换器（26）的所述装置的切换次序调整所述第一级转换器（26）的操作以将所述输入端子处的所述AC电压的频率调整成给所确定的DC链路电流提供所述最佳DC电力值的值。