[发明专利]用于控制连接到电力网的电功率系统的系统和方法

说明书

一种用于控制连接到电力网的电功率系统的方法包括：接收无功功率命令和所测量的无功功率；并且基于无功功率命令与所测量的无功功率之间的差而生成无功功率误差信号。此外，该方法包括经由无功功率调节器接收无功功率误差信号。此外，该方法包括基于误差信号，经由无功功率调节器生成电压命令。该方法还包括经由下垂控制生成电压下垂信号。另外，该方法包括依据电压命令或所测量的端子电压中的至少一个和电压下垂信号而生成电压误差信号。因而，该方法还包括基于电压误差信号，经由电压调节器生成无功电流命令。

技术领域

本公开一般涉及风力涡轮，并且更特别地涉及用于为连接到电力网的多个风力涡轮提供电压稳定性的系统和方法。

背景技术

风力被视为目前可用的最清洁、对环境最友好的能源之一，并且，就此而言，风力涡轮已得到越来越多的关注。现代的风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱（nacelle）以及一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型（airfoil）原理来捕获风的动能。例如，转子叶片典型地具有翼型的横截面轮廓，使得在操作期间，空气流过叶片，从而在侧之间产生压力差。结果，从压力侧指向吸力侧的升力作用于叶片。升力在主转子轴上生成转矩，所述主转子轴适应于发电机，以便产生电力。

例如，图1和图2图示根据常规构造的风力涡轮10和适合于供风力涡轮10使用的相关联的功率系统。如所示出的，风力涡轮10包括机舱14，所述机舱14典型地容纳发电机28（图2）。机舱14安装于塔架12上，所述塔架12从支承表面延伸（未示出）。风力涡轮10还包括转子16，所述转子16包括多个转子叶片20，所述多个转子叶片20附接到旋转毂（rotatinghub）18。在风对转子叶片20产生影响时，叶片20将风能变换成机械旋转转矩，该机械旋转转矩可旋转地驱动低速轴22。低速轴22配置成驱动齿轮箱24（在其存在的情况下），所述齿轮箱24随后使低速轴22的低转速逐步提高（step up），从而在提高的转速下驱动高速轴26。高速轴26一般可旋转地耦合到发电机28（诸如，双馈感应发电机或DFIG），以便可旋转地驱动发电机转子30。照此，可以由发电机转子30感应旋转磁场，并且可以在磁耦合到发电机转子30的发电机定子32内感应电压。相关联的电功率可以从发电机定子32传送到主三绕组变换器34，所述主三绕组变换器34典型地经由电网断路器36连接到电力网。因而，主变换器34使电功率的电压振幅逐步提高，使得经变换的电功率可以进一步被传送到电力网。

另外，如所示出的，发电机28典型地电耦合到双向功率转换器38，所述双向功率转换器38包括转子侧转换器40，所述转子侧转换器40经由所调节的DC链路44联结到线路侧转换器42。转子侧转换器40将从转子30提供的AC功率转换成DC功率，并且向DC链路44提供DC功率。线路侧转换器42将DC链路44上的DC功率转换成适合于电力网的AC输出功率。因而，来自功率转换器38的AC功率可以与来自定子32的功率组合，以提供具有基本上维持在电力网的频率（例如，50 Hz/60 Hz）处的频率的多相功率（例如，三相功率）。

所图示的三绕组变换器34典型地具有：（1）33千伏（kV）中压（MV）一次绕组33，其连接到电力网；（2）6至13.8 kV MV二次绕组35，其连接到发电机定子32；以及（3）690至900伏（V）低压（LV）三次绕组37，其连接到线路侧功率转换器42。

现在参考图3，多个风力涡轮10的单个功率系统可以布置于预定地理位置中，并且电连接在一起，从而形成风场46。更特别地，如所示出的，风力涡轮10可以布置成多个群组48，其中每个群组分别经由开关51、52、53单独地连接到主线路50。另外，如所示出的，主线路50可以电耦合到另一个较大的变换器54，以用于在将功率发送到电网之前，使来自风力涡轮10的群组48的电功率的电压振幅进一步逐步提高。

随着风力发电在最近几年里越来越成功，这种形式的功率已获得了显著的市场份额。由于风力不是具有恒定功率输出的功率源，而是包括例如由于风速变化而导致的变化，所以配电网的操作者必须考虑到这点。例如，后果之一是，分配网和传输网已变得更难以管理。这还涉及对网络中的无功功率流的量的管理。