[发明专利]转换器控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及通过连接到公共电网的风力涡轮机发电的领域，特别是风力涡轮机和包括用于将电力输送到公共电网的电功率转换系统。

背景技术

具有可变转子速度的风力涡轮机通过电力转换器(converter)连接到公共电网(utility grid)，电力转换器将发电机(通常经由变速器耦合到叶片)生成的交流电转换为具有可调频率和振幅的直流电。

对于高功率的应用，通常都实施包括各种并联互联模块的转换器，它们允许在电网中电力传输的更大可控性。为了实现最大可能的功率，这些转换器模块中的组件都是大于一般的；因为最大化的功率仅仅在非常偶然的机会会被在电网中传输，为了保证变换器中每个工作点的恰当管理需要最优化各个模块。

特别是，在可变速度风力涡轮机的情况下，其中发电机生成的功率直接依赖于风力速度，将高品质的电力发送到配电网是复杂的过程。另外，电网变换器到配电网络的连接产生了应该被消除的谐振，因为否则的话它们将会导致风力涡轮机中的错误并带来机器停止工作。

现有技术中已知不同的策略用于启用和停用功率转换器的转换器模块，这试图解决谐振的出现从而改进转换器的效率和可靠性。

并联连接的模块化转换器的开关策略的一个例子可以参见US专利2008/0031024，其中描述了一个模块化转换器包括至少两个并联耦合并由控制装置控制的模块。该发明通过在给定时间、即基于风力和功率，连接尽可能多所需要的转换器模块，改进了由于转转器连接到电网而引起的电网上和声的影响，它通过启用或停用转换器模块以便将需要的功率发送到电网。

另一个控制策略描述在欧洲专利EP1768223中，其提出了一种使用风力涡轮机转换器系统的方法，系统包括转换器模块，模块并联连接且能够将发电机生成的电功率转换成电网适用的电功率。该方法响应于发电机生成的电功率的可变量相关的参数，例如转换器模块组件的温度、转换器系统的参考表观功率和参考有效功率、转换器系统的参考电流、发电机生成的表观功率的测量值或发送到电网的表观功率、发电机生成的或发送到电网的有效功率的测量值、发电机生成的电流的测量值或发送到电网的电流的测量值，来确定转换器模块的启用/停用。

此外，现有技术还设想了在短时间或延长的时间内断开模块的可能性并提出了通过脉宽调制(PWM)模式启用/停用转换器模块，使得两个或多个转换器彼此不同相，由此减少来自PWM的和声组件，由此改进应用到公用电网的电压信号的品质。

但是，这个方案有一个缺点：任何时候需要改变连接的转换器的数目并由此改变PWM模式设定的开关相位差时，这种开关需要停止，不同的模块必须以新的相位差重新配置，并重新连接。换句话说，向电网发送电功率需要停止，因为启用或停用一个新的转换器模块将导致出现引起过电流警报的电流波峰，而风力涡轮机将进入紧急停止模式。这些停止将导致实质性的发电损失。

发明内容

本发明提出了一种用于风力涡轮机转换器的控制系统，包括至少两个并联连接且能够将发电机生成的电功率转换为公共电网适用的电功率的转换器模块，且该系统允许根据风力速度增加或减少启用的转换器数量。

本发明的另一目标是提供一种控制方法，通过转换器模块的同步PWM连接，确保配电网络中最小程度的谐振(harmonics)。

本发明的另一目标是保证将电力发送到配电网络期间的转换器模块之间的动态开关，而不会过电流保护停止，不会因为电网需要而连接或断开不同模块而导致电压峰值(peak)。

为此，本发明包括连接到转换器和风力涡轮发电机的控制系统。

控制系统计算根据风力速度和多个预设功率参数，计算需要连接以获得给定功率的转换器的数目，从而保证最大化的转换器效率和可靠性。

由此，并且基于启用的模块的数量，确定需要启用/停用的转换器模块的数量，同时还计算用于需要保持启动的转换器模块的新的开关偏置。

控制系统通过逐步的连续方式改变控制模块的开关偏置(相位差)来重新配置启用的控制模块，保证在配电网中没有电流峰值出现。

通过以下附图和实施例的帮助将更加详细地描述本发明的这些和其他方面。

附图说明

图1示出了根据本发明的连接到风力涡轮机转换器的控制系统的实施例子。

图2A示出了没有本发明控制系统的电网电流信号的图表，图2B示出了具有本发明控制系统的电网电流信号的图表。

图3A示出了对于偏置变化对应连接的转换器模块的数量改变的电网侧电流信号的图表。

图3B示出了与之前图相关的发电机侧电流信号的图表。