[发明专利]用于从海上风力涡轮机获得电力的方法和装置

说明书

根据本文的教导的一个方面，一种用于从海上风力涡轮机获得电力的系统提供了关于海上风力涡轮机的有利操作，其中，发电和收集设备的大小和重量是关键考虑。预期系统包括一种装置，该装置被配置用于基于模块化多电平转换器或MMC的有利配置和使用来收集处于固定低频并且处于期望的收集电压的风生电力。

技术领域

本发明一般地涉及海上风力涡轮机，并且具体地涉及从海上风力涡轮机获得电力。

背景技术

典型的大规模海上风电场架构包括多个风力涡轮机以及发电机和集电网，以用于收集所生成的电力并且例如经由高压DC(HVDC)或高压AC(HVAC)传输系统将其传输到陆上。HVAC或HVDC传输的选择主要取决于从海上风电场到陆上电网连接点的距离。

还考虑了使用低频AC(LFAC)以高电压向陆上电网连接点的传输。虽然来自海上风电场的LFAC传输在陆上电网连接点处需要附加的频率转换设备，但是它的使用可以延长在海上风电场和陆上电网连接点之间的HVAC连接的经济距离。

在海上风电场中的低频收集和传输的已知方法中，低速发电机产生具有16.7Hz或20Hz的标称频率的AC输出。所产生的电使用一个或多个升压变压器耦合到LFAC传输系统中。然而，本文认识到，该方法具有许多缺点，包括需要使用不期望的大型设备。

发明内容

根据本文的教导的一个方面，一种用于从风力涡轮机获得电力的系统提供关于海上风力涡轮机的有利操作，其中发电和收集设备的尺寸和重量是关键考虑因素。所构想的系统包括一种装置，该装置被配置用于基于模块化多电平转换器或MMC的有利配置来收集处于固定低频和期望的收集电压的风力生成的电力。

在更具体的示例中，所构想的系统被配置用于获得海上风力涡轮机场中的电力并且包括第一装置，该第一装置包括：变速箱，所述变速箱被配置为将风力涡轮机的可变第一转速机械地改变为较高可变第二转速。该装置相应地包括发电机，所述发电机具有在从约50Hz到约150Hz的范围中的用于全功率输出的额定电气频率。发电机被配置为通过所述变速箱的输出以所述可变第二转速被驱动，并且由此以相应可变的第一频率发电。进而，该装置包括AC到AC转换器，该AC到AC转换器被配置为将来自所述发电机的电力转换成AC到AC转换器输出的电力，AC到AC转换器处于固定低频以用于以所述固定低频的海上收集，其中所述固定低频低于公用电网频率。

MMC具有转换器输入和相应的转换器输出，并且进一步包括相关联的模块化转换电路。总的来说，这样的电路被配置为在期望用于从所述发电机输出的电力的所述可变第一频率的可变频率范围上接收输入电力，并且将所输入的电力转换成处于所述固定低频的从所述MMC输出的电力。在一些实施例中，该装置包括连接在发电机和MMC之间的升压变压器，在该实现中，MMC的输入电力来自升压变压器而不是直接来自发电机的输出。此外，一个或多个实施例的MMC包括具有级联的功率电子开关电路的输入桥和具有串联的功率电子开关的输出桥。输入桥和输出桥经由呈现时变DC电压的共享DC链路以背对背配置连接。

在另一示例中，一种用于获得在海上风力涡轮机场中的电力的方法包括：经由变速箱将风力涡轮机的可变第一转速机械地改变为较高可变第二转速；以及基于经由所述变速箱的输出驱动发电机来生成处于可变第一频率的电力，该发电机具有在约50Hz至约150Hz的范围中的用于全功率输出的额定电气频率。该方法进一步包括经由MMC将来自发电机的电力转换成处于固定低频的电力，以用于以比电网频率更低的所述固定低频的海上收集。

在另一示例性实施例中，一种装置包括MMC，其包括用于将可变频率AC电力转换成固定低频AC电力的功率模块。功率模块包括输入桥，其被配置为在从AC电源可变频率范围上的接收输入AC电力。输入桥包括多个MMC臂，其中每个MMC臂被耦合到DC链路，并且包括配置为合成正和负电压的级联的功率电子开关电路。功率模块进一步包括输出桥，其经由DC链路被耦合到输入桥并且被配置为以固定低频提供输出AC电力。输出桥包括将所述DC链路耦合到所述功率模块的AC输出的多个串联连接的功率电子开关。