[发明专利]变频风力设备

说明书

技术领域

本发明大体而言涉及风力发电机的领域，并且更特定而言，涉及允许降低多个风力发电设备和相关联的传输系统的操作成本的方法与系统。

背景技术

在发电位置远离可用电网或负载点的分布式发电应用中，大电力(bulk power)常常跨过长的距离传输。在海上风电场中，例如，由各风力涡轮发电机产生的电力通过电力电子转换器(power electronic converter)处理以将变压、变频的输出转换成固定电压、固定频率的输出。来自各发电机的输出与公共电网频率同步，即使各机械以不同速度运行并且因此输出不同频率。

然后通过收集系统将从涡轮产生的电力聚集在一起，该收集系统包括变压器和开关装置(switchgear)，用于隔离各涡轮并且逐步升高电压，通常到数十千伏。收集网络然后被电缆连接至海上变电站，海上变电站进一步升高电压，通常到数百千伏。然后通过海底电缆将该电压传输至陆上变电站，其在那里通过隔离开关装置和变压器联接至公共电网。

对于其中大电力跨过长的距离传输的应用，传统的交流(AC)传输带来技术挑战。电容导致充电电流沿着交流电缆的长度流动。由于电缆必须承载该电流以及有用的源电流，这种物理限制降低电缆的源承载能力。由于电容沿着电缆的整个长度分布，更长的长度导致更高的电容以及更高的引起的充电电流。随着电缆系统设计电压被提高以最大程度地减小线路损耗和电压降，充电电流也增加。

与交流传输相比，直流(DC)传输可跨过更长的距离更高效地实现。中压(MV)或高压(HV)直流传输通常需要电力电子转换器，其能在HVAC(高压交流)与HVDC(高压直流)之间转换。在常规转换器拓扑学中，转换器的每个开关被设计成处理高电压，该高电压取决于应用可在数十千伏到数百千伏的范围之间。这样的开关通常被布置成若干半导体装置的串联连接，诸如绝缘栅极双极晶体管(IGBT)和晶闸管。

鉴于这些已知的大电力的发电、收集和传输所涉及的复杂性，需要用以降低组合的风力发电设备和传输系统的成本的方法与系统。

发明内容

本发明的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而被教导。

本公开的一示例性实施例针对一种用于变频风力设备的控制方法，该风力设备包括多个变频风力涡轮发电机。该方法包括提供来自风力设备内选定位置的风速信号。举例而言，风速信号可从位于风力设备内的选定位置处或可选地与选定的风力涡轮相关联的单独的风速测量装置(例如风速计)提供。来自多个风力涡轮发电机的输出被收集并应用至共同的交流-直流转换器。该共同的交流-直流转换器的操作频率基于组合的风速信号而调节，从而使得风力涡轮可成组地以可变频率操作。

在特定实施例中，风速信号也可用于调节风力涡轮中任一个或一组风力涡轮的单独的速度。

在这些实施例的其中一些实施例中，多个变频风力涡轮发电机在涡轮旋转速度与产生的交流输出的频率之间具有固定关系，而在其它实施例中，允许涡轮旋转速度与产生的交流输出的频率之间的关系变化。

在其它实施例中，该方法还设置为将风速信号传输至中央控制系统，中央控制系统设置为用以产生信号以调节共同的交流-直流转换器的操作频率。在特定实施例中，风速信号通过导线、光纤和无线电通信中的一种被传送至控制系统。

本公开的另一示例性实施例针对一种电力系统，其包括：多个变频风力涡轮发电机、多个风速测量装置、交流-直流转换器、收集系统以及控制系统，收集系统设置为用以从多个变频风力涡轮发电机的其中每一个收集产生的电力，并将所收集的产生的电力施加至交流-直流转换器，控制系统设置为用以将来自多个风速测量装置的风速信号组合成组合的风速信号，并产生用于交流-直流转换器的控制信号，以便基于组合的风速信号控制其操作频率。

在某些实施例中，该电力系统还包括直流-交流逆变器以及交流电网，直流-交流逆变器通过直流传输线路联接至交流-直流转换器，其中，直流-交流逆变器的输出频率设置为用以匹配交流电网的操作频率。