[发明专利]使用失真滤波器的电功率系统和方法

说明书

一种电功率系统包括电功率子系统的集群，该电功率子系统中的每个包括电联接到发电机的功率转换器，该发电机具有发电机转子和发电机定子。电功率子系统中的每个限定用于向电网提供功率的定子功率路径和转换器功率路径。转换器功率路径包括部分功率互感器。电功率系统还包括与电功率子系统中的每个配置的子系统断路器，以及用于将电功率子系统的每个集群连接到电网的集群互感器。电功率系统还包括在每个子系统断路器与集群互感器之间延伸的集群功率路径，以及电联接到集群互感器的失真滤波器。失真滤波器减小从电功率子系统流向集群互感器的电流中的谐波。

技术领域

本公开内容大体上涉及用于从例如风力涡轮向电网提供功率的电功率系统。

背景技术

风力被认为是目前可获得的最清洁、最环境友好的能源中的一种，且风力涡轮在该方面获得了增加的关注。现代的风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱，以及一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型(airfoil)原理来获取风的动能。例如，转子叶片典型地具有翼型的截面轮廓，使得在操作期间，空气流过叶片，在侧部之间产生压力差。因此，从压力侧朝吸入侧引导的升力作用于叶片。升力在主转子轴上生成转矩，该主转子轴以齿轮连接到发电机，以用于产生电。

例如，图1和图2示出根据常规构造的风力涡轮10和适合于与风力涡轮10使用的相关联的功率系统。如示出的，风力涡轮10包括机舱14，机舱14典型地容纳发电机28(图2)。机舱14安装在从支承表面(未示出)延伸的塔架12上。风力涡轮10还包括转子16，转子16包括附接到旋转毂18的多个转子叶片20。在风冲击转子叶片20时，叶片20将风能转换成机械旋转转矩，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(在存在的情况下)，齿轮箱24随后提高低速轴22的低旋转速度，以在增加的旋转速度下驱动高速轴26。高速轴26大体上可旋转地联接到发电机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。因而，可由发电机转子30感应出旋转磁场，且可在磁耦合到发电机转子30的发电机定子32内感应出电压。相关联的电功率可从发电机定子32传输到主三绕组互感器(transformer)34，该互感器34典型地经由电网断路器36连接到电网。因此，主互感器34提高电功率的电压幅度，使得转换的电功率可进一步传输到电网。

另外，如示出的，发电机28典型地电联接到双向功率转换器38，双向功率转换器38包括经由调节的DC链路44连结到线路侧转换器42的转子侧转换器40。转子侧转换器40将从转子30提供的AC功率转换成DC功率，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网的AC输出功率。因此，来自功率转换器38的AC功率可与来自定子32的功率组合，以提供具有基本上保持在电网频率(例如50Hz/60Hz)处的频率的多相功率(例如三相功率)。

如图2中示出的，示出的三绕组互感器34典型地具有(1)连接到电网的33千伏(kV)中压(MV)初级绕组33，(2)连接到发电机定子32的6至13.8kV MV次级绕组35，以及(3)连接到线路侧功率转换器42的690至900伏(V)低压(LV)三级绕组37。

现在参照图3，多个风力涡轮10的单独的功率系统可布置在预定的地质位置中，且电连接在一起以形成风场46。更特别地，如示出的，风力涡轮10可布置成多个组48，其中每个组分别经由开关51、52、53分开地连接到主线路50。另外，如示出的，主线路50可电联接到另一较大的互感器54，以用于在将功率发送到电网之前进一步提高来自风力涡轮10的组48的电功率的电压幅度。

然而，关于此类系统的一个问题是，与每个涡轮10相关联的三绕组互感器34是昂贵的。特别地，连接到发电机定子32的互感器34的次级绕组35可为昂贵的。因此，从风力涡轮功率系统消除此类三绕组互感器将是有利的。