[发明专利]具有少谐波的变换器系统的风力发电设备以及运行方法

说明书

具有少谐波的变换器系统的风力发电设备以及运行方法。运行一种包括风力转子、发电机和带有电流阀的变换器的风力发电设备以产生电功率。提出一种以开关频率控制这些电流阀的变换器控制器。设置了该开关频率在该电网频率的第一整数倍与该电网频率的至少一个第二整数倍之间的阶跃变化。根据本发明这如此进行：该开关频率循环地切换并且这些开关频率之间的频率间距至少为该电网频率的两倍，并且尤其没有任何开关频率为这些开关频率中的其他开关频率的整数倍。以此方式可以针对性地减少谐波，其中由于相对于电网频率的整数性，不产生中间频率。特别便利的是奇数整数倍。可以省去用于降低谐波的复杂的滤波器。本发明还涉及一种对应的风力发电设备。

本发明涉及一种风力发电设备以及一种用于运行风力发电设备的方法，该风力发电设备具有发电机以及变换器用于产生电功率并且以电网频率输出。变换器包括电流阀，这些电流阀以开关频率来控制。

为了能够实现转速可变的运行，现代风力发电设备设置有变换器。在此，变换器典型地由具有电压中间回路的两个逆变器组成，其中这些逆变器中的一个安排在发电机侧且另一个安排在电网侧。逆变器具有通过调制产生的、具有可变脉冲宽度的矩形电压脉冲。这种脉冲式电压除了所希望的电压基波（电网频率）之外还在逆变器的输出端产生电压谐波。这干扰了电网并且因此是不希望的。因此，为了阻尼电压谐波，在电网连接侧典型地设置滤波器，大多数情况下实施为L-C滤波器或L-C-L滤波器。这些滤波器在宽带上降低了电压谐波。针对性地降低特别干扰性的谐波要求特殊优化的另外的滤波器。这些滤波器不仅显著昂贵，而且在配置中也费时费力。由此没有完全消除的电压谐波通过存在于电网中的阻抗（尤其变压器阻抗以及电网阻抗）变为电网中的谐波电流。这污染了电网因此是不希望的。为了确保电网的稳定性，在此存在预定的极限值。尤其在所谓的软（weichen）电网的情况下满足该极限值是要求相当高的。

通过额外的L-C-L滤波器来减少自身已知的谐波对于一般应用而言过于复杂并且在其余情况下也并非特别足以消除特别干扰性的谐波。

对于风力发电设备的变换器已知的是，阶梯式调节开关频率，其中所使用的开关频率是彼此的整数倍。如果例如基础开关频率自身位于2.25 kHz，则可以切换到4.5 kHz、6.75 kHz、9 kHz等。因为更高的开关频率是基础开关频率的整数倍，所以它们污染了基础开关频率的谐波谱。此外，开关频率的多倍化造成切换损耗显著提高。

从与太阳能模块的使用相关的另一个背景下已知（DE 10 2014 119 502 B3），将多个变换器并联连接。在此，用于这些变换器的脉冲宽度调制的辅助信号必须被同步。另外还提出，摇动（wobbeln）这些脉冲宽度调制信号以便因此将电磁辐射分散到宽谱上。

本发明的基本目的在于，提供一种风力发电设备以及一种用于运行它的方法，从而能够更有针对性地减少干扰谐波。

根据本发明的解决方案在于独立权利要求的特征。有利的改进方案是从属权利要求的主题。

根据本发明，在一种用于运行风力发电设备的方法中，该风力发电设备具有由风力转子驱动的发电机，该发电机与变换器共同作用以产生电功率，该电功率通过连接导线以电网频率输出，其中该变换器包括具有电流阀的至少一个电网侧的逆变器，并且设置有用于控制该变换器的变换器控制器，其中这些电流阀由具有开关频率的控制信号来控制，设置了该开关频率在该电网频率的第一整数倍与该电网频率的至少一个第二整数倍之间的阶跃变化，其中该开关频率循环地切换并且这些开关频率之间的频率间距至少为该电网频率的两倍，并且没有任何开关频率为这些开关频率中的其他开关频率的整数倍。

然后先解释若干所使用的术语：

开关频率理解为控制信号用来控制逆变器的电流阀的频率。

周期性理解为一个循环的周期时长。

电网频率理解为风力发电设备向电网中输出电功率的频率。

接通时间（Tastzeit）理解为在一个循环之内某一开关状态占主导的时间长度。接通时间对应于接通比与循环的周期时长之比。