[发明专利]用于利用有源补偿器以扩充二极管整流器的系统和方法

说明书

技术领域

本文描述的主题涉及提供一种用于电动机器发电机的无功功率源。更具体而言，本文描述的主题涉及用于利用有源补偿器扩充二极管整流器的系统和方法。

背景技术

目前，100％千伏安(kVA)额定功率转换器风能解决方案已经更为普及，尽管事实上市场已被利用40％kVA额定(近似)功率转换器的双馈感应发电机(DFIG)所主导。特别地，基于100％kVA额定功率转换器的风力系统解决方案能够提供有吸引力的特征，比如改善的低电压穿越(LVRT)能力、更好的发电机利用率、和更宽的速度范围。然而，100％kVA额定功率转换器风能解决方案比40％kVA额定功率转换器更昂贵、更重和更大。为了克服前述缺点，二极管桥整流器可以与DC到DC转换器级联。通过利用二极管桥整流器解决方案，可以减少总系统成本。使用二极管桥整流器需要无功功率源，该无功功率源通常由系统的发电机提供。另外，提供无功功率的发电机单元未以优化的效率工作或者控制。

因而鉴于这些难点，需要一种用于利用有源补偿器以向功率发电系统提供无功功率并且优化关联的发电机单元的性能的系统和方法。

发明内容

本文描述的主题包括一种有源补偿扩充的二极管整流器系统。根据一个方面，该系统包括：发电机单元，被配置用于生成完全由有功电流组成的电流潮流；以及二极管整流器，被配置用于接收来自发电机单元的有功电流、将有功电流引向连接的电网、并且接收无功电流。该系统还包括：有源补偿器，被配置用于优化发电机单元以产生有功电流并且生成用来有助于二极管整流器的操作的无功功率。

附图说明

现在将参照说明本文所描述的主题的优选实施例，其中相似附图标记代表相似部分，在附图中：

图1是图示根据本文描述的主题的实施例的由有源补偿器扩充的二极管桥整流器的图；

图2是图示根据本文描述的主题的实施例的示例性有源补偿器扩充二极管桥整流器风力发电机系统的图；

图3是图示根据本文描述的主题的实施例的在表面永磁同步发电机中的优化的机器操作的矢量图；

图4是图示根据本文描述的主题的实施例的示例性风力发电机控制系统的框图；

图5是图示根据本文描述的主题的实施例的多相风力发电机系统中的有源补偿器的示例性使用的图；

图6是描绘根据本文描述的主题的实施例的示例性风力发电机系统的功率和速度性能特征的关联的绘图图形；并且

图7是图示根据本文描述的主题的实施例的风力发电机系统中的静态同步补偿器(STATCOM)设备的示例性使用的图。

具体实施方式

本主题内容包括一种运用全额定二极管整流器和分数额定值有源补偿器的发电系统(例如风力发电系统)，该有源补偿器减少系统的成本并且优化系统的发电机单元的性能。在一个实施例中，可以通过经由控制方法控制发电机电压来优化发电机单元，该控制方法涉及有源补偿器通过在同步参考系中将交轴(q轴)电流和直轴(d轴)电流调整到最优运行点来向发电系统中注入无功功率。q轴通常用来代表无功(即虚)功率和电流分量，而d轴通常用来代表有功(即实)功率和电流分量。

如本文所使用的，术语“无功功率”和“无功电流”是指用来有助于通过交流(AC)发电和／或输电系统传送实功率(即有功功率)的功率潮流和电流潮流类型。在AC电路中，能量暂时存储于电感性和电容性元件中，这造成能量潮流方向的周期反向。剩余功率潮流部分在完整AC波形内平均之后是可以用来对负载做功(例如克服马达中的摩擦、加热元件等)的实功率或者能量。反言之，由于电感性和电容性网络元件而暂时以磁场或者电场形式存储的功率潮流部分已知为无功功率。

图1描绘包括发电机单元102、二极管整流器104、有功补偿器106和电网逆变器110的示例性发电系统100。虽然本说明书和图1描述发电系统100为风力发电系统，但是可以从使用有源补偿器中受益的任何机器系统可以被利用而不脱离本主题内容的范围。例如在更高速范围操作(即避免高转矩和低速度操作条件)的任何基于机器的发电应用可以从本主题内容受益。可以有效利用本主题内容的备选实施例包括利用(例如船上的)螺旋桨轴以产生电功率的水电机器／系统应用或者电气发电系统。