[发明专利]对用于风轮机的并联换流器系统进行控制

说明书

公开了对用于风轮机的并联换流器系统进行控制。描述对包括并联耦合的多个换流器模块的电力单元进行控制的方法，每个换流器模块配置为将DC电压转换为AC电压或将AC电压转换为DC电压。方法包括：（a）接收用于每个换流器模块的每相的控制值；（b）获得用于每个换流器模块的相电流值的集合；（c）基于相电流值的集合和在存储器中存储的数据的集合来生成用于每个换流器模块的每相的补偿值，数据的集合表示作为相电流值的函数的换流器模块的非线性特性；（d）基于对应控制值和对应补偿值来生成用于每个换流器模块的每相的补偿的控制值；和（e）将补偿的控制值供给到相应换流器模块。还描述对应控制器、电力单元、风轮机、计算机程序和计算机程序产品。

技术领域

本发明涉及用于风电力发电机的电力换流器系统的领域，特别是涉及对包括多个并联换流器的电力单元进行控制的方法、用于包括多个并联换流器的电力单元的控制器、包括这样的控制器的电力单元和风轮机、以及计算机程序和计算机程序产品。

背景技术

当换流器模块（即，电压源逆变器或整流器）经由共享的电抗器而并联时，各半导体的不同的接通和关断延迟、电压上升（rise）/下落（fall）和导通电压下降可能引入电流发散（divergence）。如果每个换流器器件是同一类型的，即，具有相同的栅极驱动电路，则该差相对小，因为利用现代的处理控制，公差通常被保持在窄范围内。为了进一步地平衡由公差内的变化引起的电流差，通常使用闭合回路电流共享算法（有源共享）。存在两个主要的有源共享途径：（1）个体换流器模块电压需求的修改或（2）输出脉冲宽度。

将基于电压需求的修改的有源共享当作示例，主要目的是：采用（网络或发电机）电流控制器已经需求的3相调制集合Vabc，并且产生该Vabc的若干变化作为输出，其中，每个输出然后被用于针对个体换流器模块来计算PWM边沿时间。与平均电流反馈相比，通过用于该换流器模块的各电流反馈之间的差来确定输入Vabc和各输出中的每个输出之间的差。因此，该技术意图提供对每个换流器模块中的电流进行平衡的装置，并且将补偿每个个体换流器模块中的定时和阻抗的变化的自然不平衡效果。图1示出用于换流器模块的相之一的对应的控制器的框图。

现有技术的电力单元（诸如来自西门子风电力（Siemens Wind Power）（SWP）的用于风电力发电机的3MW电力单元）的状态包括五个并联的换流器模块。每个模块包含相同的IGBT模块类型以及因此相同的半导体变形（variant）。以上提到的有源共享算法可以把未共享（mis-share）电流从在没有有源共享的情况下的大约6%改善到小于3%。未共享电流是换流器模块之一的个体RMS电流与全部五个模块的平均电流之间的差。SWP换流器模块是将具有反并联二极管的IGBT用作切换器件的两水平电压源换流器。关于SWP电力单元和换流器模块设计的进一步的细节可以例如被发现于如下的文献中：Jones，Rod；Waite，Philip（2011）“Optimised power converter for multi-MW direct drive permanent magnetwind turbines（用于多MW直接驱动永久磁铁风轮机的优化的电力换流器）”，第14次EPE的会议记录。

然而，当换流器模块使用不同类型的半导体和栅极驱动电路时，例如，如果一个类型的一个换流器模块被另一（例如，更加新的）类型的新的换流器模块所替代，或者如果源自不同的供应商的换流器模块被并联耦合，则非线性特性可能如此不同以至于传统的有源共享算法不能稳定地且有效地平衡各电流。因而，总的换流器额定值不得不被劣化。否则，换流器可能在热上过载，造成减少的器件寿命时间或者甚至损害。例如，如果一个SWP版本2换流器模块被布置在具有在一个SWP 3MW电力单元内的四个版本1模块的并联配置中，则该未共享将很可能为大约15%。结果，将不得不请求电力单元的15%的额定值降低。

因此，可能存在对减少包括不同类型的多个换流器模块的电力单元中的未共享电流的方式的需要，以使得电力单元的上面提到的额定值降低可以被避免或者至少被显著地减少。

发明内容