[发明专利]为双馈感应发电机提供增加的涡轮机输出的方法和系统有效

专利信息
申请号: 201110346429.2 申请日: 2011-10-28
公开(公告)号: CN102545759A 公开(公告)日: 2012-07-04
发明(设计)人: A·M·里特;J·A·米柳斯 申请(专利权)人: 通用电气公司
主分类号: H02P9/30 分类号: H02P9/30
代理公司: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 严志军;谭祐祥
地址: 美国*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 感应 发电机 提供 增加 涡轮机 输出 方法 系统
【说明书】:

技术领域

发明总体涉及风力发电机的领域,更具体地涉及允许增加发电机输出以供应频率支持电流的方法和系统。

背景技术

近来,风力涡轮机作为一种环境安全和相对廉价的替代能源而日益受到关注。由于此日益增长的关注,已做出相当大的努力来开发可靠和高效的风力涡轮机。

一般而言,风力涡轮机使用风力来发电。风力转动连接到转子上的多个叶片。风力造成的叶片的旋转使转子的轴旋转,该轴连接到发电的发电机上。具体而言,转子安装在位于桁架或管状塔架的顶部上的壳体或机舱内。公用级风力涡轮机,即,设计成向公用电网提供电力的风力涡轮机,可具有直径达三十米或以上的相对大型的转子。这些转子上的叶片将风能转换成驱动在某些情况下通过齿轮箱联接到转子上的一个或更多发电机的旋转扭矩或力。齿轮箱可用于逐步提高涡轮机转子的固有低转速以便发电机有效地将机械能转换为被提供给公用电网的电能。

一些涡轮机利用不使用齿轮箱而直接联接到转子上的发电机。在这些情形下,可使用双馈感应发电机(DFIG)。使用功率转换器来将发电机的绕线转子的电力转移到电网接点。在操作中,所需水平的能量将通过功率转换器的DC链。在某些状态(例如,瞬时功率状态)下,转子与电网接点之间的高功率失配暂时存在并且电压瞬变被放大,使得DC链电压水平可上升到高于正常允许的水平或额定水平。

用于吸收或偏离在过剩电力水平状态期间的电力的已知系统包括在双馈感应发电机的转子端子与转子转换器之间使用快速工作的短接装置,例如消弧电路。在操作中,这些短接装置例如在过剩电力水平状态期间在转子端子处提供短接电路,以防止过剩的电力流向转子转换器。过剩的电力可导致形成能够损坏转换器并使风力涡轮机系统停止操作的过剩DC链电压。

已知的附加短接装置不仅增加了风力涡轮机系统的成本,而且可能导致发电机轴扭矩的高扭矩峰值,该峰值激发所联接的风力涡轮机的传动系的振动。在提取的电力的突然变化导致瞬时或振荡力超过额定力或者与该力有关的位移超过额定位移的情况下,必须消除过剩的力。

虽然为这些构件提供增加的强度成本高,但通过此类构件提供的性能可用于提高它们的价值。另一方面,必须对操作系统施加的限制可能降低该价值。需要系统提供用于电网稳定的电流可降低发电机容量,以提供电网稳定电流的一部分由发电机单独供应的频率支持。

因此,需要一种方法和系统在不需要增强所有涡轮机设备的情况下可靠地供应电网稳定无功电流,同时允许发电机提供频率支持电流。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下说明中进行部分论述,或可从说明而变得显而易见,或可通过实施本发明而获悉。

本公开内容的一个示例性实施例涉及用于稳定风力涡轮机供电电网中的电网电流扰动的控制方法,该方法包括:将风力驱动的双馈感应发电机的定子联接到电网上;借助于线路侧转换器将双馈感应发电机的转子联接到电网上,该线路侧转换器包括多个导电电气开关;以及为线路侧转换器的导电开关提供充分的电流承载容量,以产生频率支持和增加的电网稳定电流,同时提供频率支持并且所需的来自双馈感应发电机的定子的电网稳定电流的量更小,从而允许在电网扰动期间的更多有功定子电流。

在选定的实施例中,该方法还提供借助于转子侧转换器和直流链将双馈感应发电机的转子联接到线路侧转换器上,此处该转子侧转换器包括多个导电电气开关。在某些情形中,该方法将上述开关提供为固态开关且在一些情形中提供为IGBT开关。

在更多特定实施例中,该方法提供跨直流链联接动态制动器并根据跨直流链的电压水平控制动态制动器。在所选的实施例中,该方法将动态制动器提供为串联连接的开关和消耗装置,并且在特定实施例中该串联连接的开关是固态开关且消耗装置为电阻器。

在所选的实施例中,该方法提供通过根据跨直流链的电压变化调制施加到固态开关的信号来控制动态制动器。在更多特定实施例中,该方法提供具有至少与为转子侧转换器开关提供的电流承载容量一样大的用于线路侧转换器开关的电流承载容量的开关。在一些实施例中,该方法将开关和动态制动器开关提供为绝缘栅双极晶体管。

本公开内容的另一示例性实施例涉及一种用于稳定风力涡轮机供电电网中的电网电流扰动的装置。该装置包括具有定子和转子的风力驱动的双馈感应发电机,其中该定子联接到电网上。线路侧转换器设置有构造成将双馈感应发电机的转子联接到电网上的多个导电电气开关。导电开关设置有充分的电流承载容量,以产生频率支持和增加的电网稳定电流,同时提供频率支持并且所需的来自双馈感应发电机的定子的电网稳定电流的量更小,使得在电网中扰动期间可从定子提供更多有功电流。

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