[发明专利]缓和公共耦合点处的三相电流的电气不平衡的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及将已经由包括多个风力涡轮机的风力发电场生成的电功率从风力发电场传输至电力网的技术领域。具体地，本发明涉及一种用于缓和位于包括多个风力涡轮机的风力发电场与电力网之间的公共耦合点处的三相电流的电气不平衡的系统和方法。此外，本发明涉及一种计算机程序，其被配置为控制上述电气不平衡缓和方法。

背景技术

风力涡轮机用于以清洁且高效的方式将风能转换为电能。在风力涡轮机中，包括转子叶片的转子直接地或利用变速箱驱动发电机。在发电机的定子端子处逐渐形成的交流电（AC）频率与转子的旋转速度成正比。定子端子处的电压还作为发电机的旋转速度的函数而变化。对于最优能量捕获，该旋转速度根据驱动转子叶片的风速而变化。为了限制高风速下的能量捕获并避免对转子的损坏，通过更改转子叶片的螺距角来控制发电机的旋转速度。

典型地，功率转换器实现将发电机的可变电压和频率适配至电力网的额定固定电压和频率。典型地，功率转换器包括发电机桥，该发电机桥在正常操作中作为有源整流器进行操作以给直流（DC）链路供电。发电机桥可以具有任何合适的拓扑，其中，使用脉冲宽度调制（PWM）策略来完全控制和调节一系列半导体功率开关设备。典型地，功率转换器包括两个网桥，其中，第一网桥将由发电机提供的AC功率信号转换为DC功率信号，并且第二网桥将该DC功率信号转换为AC功率信号，这在电压、频率和相位角上与电力网相匹配。

WO 2010/018424 A1公开了一种控制功率转换器以将有功功率的量和无功功率的量递送至三相电力网的方法。该方法包括：提供在PWM模式中操作的风力多相发电机和AC-AC转换器。AC-AC转换器具有与三相发电机连接的转换器输入端子集合以及经由转换器阻抗与三相电网的电网输入端子集合连接的转换器输出端子集合。该方法还包括：提供控制单元，该控制单元包括用于测量电流和电压的测量单元以及运行用于生成电流参考值的控制算法的微控制器。测量单元测量转换器输出端子和/或电力网输入端子上的电流和/或电压。AC-AC转换器将电网输入端子上的电流调节为使得其与电流参考值相对应。

EP 1 995 863 A2公开了一种控制可以用于与供电网或电力网进行接口连接的多个功率转换器的方法。每个功率转换器包括根据PWM策略而操作的网桥，其具有相同的开关时段并引起电力网的电压中的至少一个不需要的谐波。该方法包括以下步骤：给每个网桥的PWM策略的开关时段提供相对于时间数据的不同时间偏移，以使得至少部分地消除供电网电压中的至少一个不需要的谐波。

风力发电场或风电场（也被称作风力发电厂）是关于彼此紧密邻近安装的一批几十个或几百个风力涡轮机。在风力发电场内，在公共集电总线（母线）（在下文中也被称为公共耦合点（PCC））处聚集由各种（various）风力涡轮机生成的电功率。

风力发电场通常位于距电力网若干英里的乡村地方。因此，必须使用电功率传输链路，以便将PCC与电力网的子站相连接。这通常产生PCC处的“弱”电网。在PCC处，例如由电力网的非对称负载引起的电力网中的扰动将被视为不平衡，其中，在示出每个相位的相位角和量值的电矢量图中，相位偏移和量值在扰动期间不相等。对于平衡系统，电压矢量的量值彼此相等，并且不同相位之间的相位偏移是120°。对于不平衡系统，量值不相等，相位偏移也不相等。

在电力工程中，通过叠加对称分量来处理不平衡系统是惯例。这意味着：不平衡系统被组合至正序列、负序列和零序列中。正序列表示平衡系统的矢量图，其中，矢量沿逆时针方向旋转。负序列表示平衡系统的矢量图，其中，矢量也沿逆时针方向旋转。零序列仅表示也沿逆时针方向旋转的单个矢量。

对于平衡系统，仅存在正序列。负序列将仅在一些不平衡的情况下才显露。零序列的存在是对电气网络中的故障的指示。

对于典型的风力发电场应用，正序列矢量可以具有例如132 kV的幅度。典型地，负序列矢量具有例如150 V至200 V的幅度。当然，理想情况将是负序列矢量具有0 V的幅度的情况，但这在现实中是极其不可能的。

可能存在使包括风力发电场和电力网的电气系统平衡的需要，以便得到更好的电压质量。

发明内容

这种需要可以被根据独立权利要求所述的主题满足。本发明的有利实施例由从属权利要求描述。