[发明专利]对电功率生成系统和电网之间的电连接处存在的扰动的分解和减轻

说明书

技术领域

本发明涉及将电功率生成系统（特别是风轮机或者包括多个风轮机的风力发电厂）与电网进行电连接的技术领域。特别地，本发明涉及用于将在电功率生成系统和电网之间的电连接处存在的电信号上的扰动分解成具有第一强度的第一扰动（其中该第一扰动被归因于电功率生成系统）和具有第二强度的第二扰动（其中该第二扰动被归因于电网）的方法。此外，本发明涉及用于减轻这样的扰动的方法。此外，本发明涉及数据处理单元、电功率生成系统和计算机程序，它们都适用于控制以上提到的方法。

背景技术

风轮机用于以清洁且高效的方式将风能转换成电能。在风轮机中，包括转子叶片的转子直接或者借助于变速箱来驱动发电机。在发电机的定子端子处产生的交流（AC）频率与转子的旋转速度直接成比例。在定子端子处的电压也根据发电机的旋转速度而改变。为了最佳能量捕获，该旋转速度根据驱动转子叶片的风的速度而改变。为了在高的风速处限制能量捕获并且避免转子的损害，通过改变转子叶片的桨距角来控制发电机的旋转速度。

通常由功率转换器来完成发电机的可变电压和频率到电网的额定固定电压和频率的适配。功率转换器通常包括发电机桥，其在正常操作中作为有源整流器进行操作以便向直流（DC）链路供应功率。发电机桥可以具有任何适当的带有使用脉冲宽度调制（PWM）策略来完全控制并调节的一系列半导体功率开关设备的拓扑结构。功率转换器通常包括两个网桥，其中第一网桥将由发电机提供的AC功率信号转换成DC功率信号，并且第二网桥将该DC功率信号转换成AC功率信号，其在电压、频率和相位角方面与电网匹配。由于功率转换器总是实现频率转换，所以这样的功率转换器也常常被命名为频率转换器。

然而，在实践中在（一个或多个）风轮机和电网之间的电功率连接线处存在的电信号上总是存在至少一些扰动。这些扰动特别是谐波扰动，其例如可以由PWM调制的功率转换器的开关频率或者无源整流器桥、系统谐振、电弧炉…等的开关频率引起。然而，扰动也由连接到电网的电气设备引起。在这方面，电气设备可以是连接到电网的任何电气系统或电气装置。特别地，电气设备包括用电设备（electric consumer）或者用户设备和电功率生成系统，诸如任何类型的发电厂（例如，一个或多个风轮机），其将电能馈送到电网。

需要提到的是，扰动也可以由功率系统本身中的非理想化（例如，功率系统变压器中的饱和）引起。

电网以及所连接的设备的可靠性和效率强烈地依赖于电网的系统电压中的谐波失真。因而，电网运营商被要求确保具有满足一定标准的质量的功率的可靠递送，从而确保连接到电网的任何类型的电气设备的无忧操作。因而，网运营商正在采取重要的措施以将谐波失真保持在预定义的水平内。这特别是针对由功率转换器或者频率转换器引起的谐波失真有效。然而，应当理解的是，当然，电网中的所有谐波都是有害的，并且可能在系统中和/或在所连接的电气设备中引起问题。在如何生成这些谐波之间没有差别产生。

目前，与对来自功率转换器的谐波发射的处理有关的主要焦点指向开关频率的最显著谐波、它们的边带和这些边带的倍数。已知借助于专用滤波器、不同的开关模式、在不同的开关模式之间的相移等来抑制这些谐波频率。还存在下述技术，通过这些技术，可以通过应用算法来选择恰当的PWM开关模式而除去各个谐波。

EP 1995863 A2公开了一种用于控制多个功率转换器的方法，所述功率转换器可以用于对接到供电网或电网。每一个功率转换器包括根据PWM策略进行操作的网桥，其具有相同的开关周期并且其引起电网的电压中的至少一个有害的谐波。该方法包括为每一个网桥的PWM策略的开关周期提供相对于时间基准的不同的时间偏移以使得供电网电压中的至少一个有害谐波被至少部分地除去的步骤。

通常，不认为低阶（频率）谐波会引起显著的失真问题。然而，在预期到与低阶谐波有关的问题的情况下，使用所谓的场水平滤波器（park level filter）从而遭遇这样的问题是已知的。在这方面，场水平滤波器是高功率滤波器设备，其对由两个或更多风轮机或由整个风力发电厂或风力涡轮机组提供的公共电功率输出信号中的特定谐波进行抑制。

为了表征来自通过功率转换器（或频率转换器）连接到电网的电功率生成系统的谐波发射，通常做出的假设是，在功率转换器的端子处测量到的电流全部由功率转换器本身生成。该假设（其可以被看作为未将已经存在于电网中的谐波扰动（背景谐波）考虑在内的结果）尤其具有不能将有源滤波结合到功率转换器中的缺点，因为目前不可能在由电网内的背景谐波引起的谐波扰动和由功率转换器引起的谐波扰动之间进行区分。