[发明专利]用于旋转发电系统的电力转换系统以及方法

说明书

背景技术

本发明一般涉及电力转换系统。更具体地，本发明涉及在旋转发电系统中使用的电力转换系统以将由可变速度旋转发电机产生的可变频率交流电转换成具有可控幅值或者频率的交流电以用于向电网馈电。

发电系统的一种类型包括用于通过发电机转子的旋转产生具有可变频率的交流电的旋转发电机以及用于将可变频率交流电转换成供应给电网的具有可控的幅值或者频率的交流电的电力转换系统。这样的发电系统的一个示例包括可变速度风力涡轮机发电系统。

可变速度风力涡轮机发电系统包括具有随风速变化的旋转速度的发电机并且以产生具有可变频率的交流电。可变速度风力涡轮机发电机与要求固定速度运行的风力涡轮机发电机相比，能在风速的范围内提供较多的能量。

用于可变速度的风力涡轮机的电力转换系统典型地包括用于将可变频率的交流电转换成在DC链路处的直流电的发电机侧电力电子转换器(“发电机侧转换器”)以及用于将在DC链路处的直流电转换成具有可控的幅值或者频率的交流电以给电网馈电的线路(或者电网)侧电力电子转换器(“线路侧转换器”)。当在不同风力以及电网状态下保护发电系统时传输尽可能多的风力到电网是所希望的。

发明内容

根据本发明的一个示例性的实施例，提供了发电系统。该发电系统包括用于产生可变频率交流电的旋转发电机、用于将可变频率交流电转换成DC电流的发电机侧转换器、与发电机侧转换器耦合以用于接收DC电流的DC链路、与DC链路耦合以用于将DC电流转换成具有可控的幅值或者频率的交流电的线路侧转换器、用于接收DC链路电压命令信号与DC链路电压反馈信号并且产生用于发电机侧转换器的控制信号的发电机侧控制器、以及用于接收发电机转矩命令信号与发电机转矩反馈信号并且产生用于线路侧转换器的控制信号的线路侧控制器。

根据本发明的另一示例性的实施例，提供了风力涡轮机发电系统。该风力涡轮机发电系统包括用于产生由风驱动的可变频率的交流电的风力涡轮机以及电力转换模块。该电力转换模块包括用于将可变频率交流电转换成DC电流的发电机侧转换器、与发电机侧转换器耦合以用于接收DC电流的DC链路、与DC链路耦合以用于将DC电流转换成具有可控的幅值或者频率的交流电的线路侧转换器、以及电力转换控制系统。该电力转换控制系统包括用于接收DC链路电压命令信号与DC链路电压反馈信号并且产生用于发电机侧转换器的控制信号的发电机侧控制器、以及用于接收发电机转矩命令信号与发电机转矩反馈信号并且产生用于线路侧转换器的控制信号的线路侧控制器。

附图说明

本发明这些和其他特征、方面和优点当参考附图(在其中：类似的字符表示遍及所有附图的类似部件)阅读了下面详细的描述时可以被更好地理解，其中：

图1是与电网电耦合的传统发电系统的框图。

图2是根据本发明的一个实施例与电网电耦合的发电系统的框图。

图3是根据一个实施例的线路侧控制器的示例性的框图。

图4是根据一个实施例的发电机侧控制器的示例性的框图。

具体实施方式

本文公开的实施例涉及电力转换控制系统，其用于控制电力转换模块的运行，电力转换模块用于将由旋转发电机产生的可变频率的交流电转换成具有可控的幅值或者频率的交流电以给电网馈电。如本文所使用的，或者旨在包含的使得“可控的幅值或者频率”旨在包括可控的幅值、可控的频率、或者既可控的幅值又可控的频率。电力转换模块包括发电机侧转换器、线路侧转换器、以及在该发电机侧转换器与线路侧转换器之间的DC链路。电力转换控制系统使用转矩控制命令以控制线路侧转换器的运行并且使用DC链路控制命令以控制发电机侧转换器的运行。尽管示例性的附图图示了用于示例目的的风力发电系统，本发明的实施例对任何旋转发电系统适用，该旋转发电系统具有以可变速度运行的旋转发电机以及将具有由旋转发电机产生的具有可变频率的交流电的电力转换成具有以不同频率、不同相位角、或者不同的频率和相位角的交流电的电力的电力转换模块。旋转发电机可包括例如可变速度的风力涡轮机、燃气涡轮机、微涡轮机、以及海洋水电动力装置(marine hydro kinetic device)。