[发明专利]集群双馈感应发电机风涡轮的低风操作

说明书

提供了用于在低风状况下操作可操作地耦合到DFIG风涡轮的集群的集群变压器的系统和方法。风涡轮集群系统可包括至少一个DFIG模块、集群变压器以及配置成至少部分地基于风参数来控制集群变压器的操作的控制装置。各个DFIG模块可包括双馈感应发电机和功率转换系统，双馈感应发电机包括配置成生成处于第一电压的AC功率的转子、配置成生成处于第二电压的AC功率的定子，功率转换系统耦合到转子以将处于第一电压的功率转换成处于第二电压的功率。集群变压器可配置成从至少一个DFIG模块接收处于第二电压的功率并将处于第二电压的功率转换成处于第三电压的功率。

技术领域

本公开大体上涉及可再生能源，并且更特别地涉及用于在低风状况下操作双馈感应发电机风涡轮的系统和方法。

背景技术

作为用于发电的可再生能源，风涡轮已受到越来越多的关注。在常规的风场中，多个风涡轮可布置成一个或多个集群。各个集群可包括连接到收集系统(诸如33 kV的收集系统)的多个风涡轮。在典型的配置中，双馈感应发电机(DFIG)风涡轮可包括转子和定子。转子可配置成以第一电压(诸如690 V)发电，并且定子可配置成以第二电压(诸如6 kV)发电。功率转换器可耦合到转子，功率转换器可转换来自转子的功率并将其提供给三绕组式变压器上的辅助绕组。三绕组式变压器可具有例如耦合到收集系统的33 kV的初级绕组、耦合到定子的6 kV的次级绕组和耦合到功率转换器的690 kV的辅助绕组，并且可配置成将来自转子和定子二者的功率转换成33 kV的AC功率。收集系统(诸如33 KV的收集系统)可耦合到风涡轮的集群中的各个三绕组式变压器的初级绕组，并且可将来自一个或多个集群的功率提供给连接到电网的变压器。连接到电网的变压器可将功率转换成适合于在传输系统上传输的电压。

在风场的操作期间，诸如速度和方向的风状况可随时间而变化。例如，风速可在正常操作的时段(诸如5 m/s或更大的风)到低风状况的时段(诸如小于5 m/s的风)之间变化。在低风状况期间，DFIG的转子速度可下降，并且如果转差速度(即，同步频率与转换成电频率的转子速度之间的差)下降到转差速度阈值以下，则功率转换器可能不能够保持连接到转子绕组。该转差速度阈值可归因于功率转换器中的功率半导体装置(例如MOSFET)的等级。当发生这种情况时，可触发系统保护方案，该方案可关闭DFIG并防止在低风状况期间产生功率。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而为显然的，或可通过实践本发明而认识到。

本公开的一个示例性方面涉及一种风涡轮集群系统。风涡轮集群系统可包括至少一个双馈感应发电机(DFIG)模块。各个DFIG模块可包括双馈感应发电机，其包括转子和定子。转子可配置成生成处于第一电压的AC功率，且定子可配置成生成处于第二电压的AC功率。各个DFIG模块可进一步包括可操作地耦合到转子的功率转换系统。功率转换系统可配置成将处于第一电压的功率转换成处于第二电压的功率。风涡轮集群系统可进一步包括集群变压器，集群变压器配置成从至少一个DFIG模块接收处于第二电压的功率，并将处于第二电压的功率转换成处于第三电压的功率。风涡轮集群系统可进一步包括控制装置，控制装置配置成至少部分地基于风参数来控制集群变压器的操作。

本公开的另一示例性方面涉及一种用于操作集群变压器的方法。集群变压器可以可操作地耦合到一个或多个双馈感应发电机(DFIG)模块。各个DFIG模块可包括DFIG和功率转换系统。集群变压器可配置成将来自一个或多个DFIG模块的功率转换成适合于施加到电网的功率。该方法可包括以正常风模式操作集群变压器。该方法可进一步包括通过控制装置来确定第一风参数。该方法可进一步包括通过控制装置来确定第一风参数是否小于阈值。当第一风参数小于阈值时，该方法可进一步包括通过控制装置来将集群变压器控制成低风操作模式。