[发明专利]包括连接到电网的变频器的系统的控制方法和发电系统

说明书

包括连接到电网的变频器的系统的控制方法和发电系统。本发明涉及一种适用于包括变频器和发电机的系统的方法，变频器和发电机连接到电网，该方法包括以下步骤：获得电网电压的次同步分量以及根据所述次同步分量确定阻尼电流设定点(40'、41')，以补偿电网的次同步谐振。由调节装置(45')确定阻尼电流设定点(40'，41')，所述调节装置(45')接收电网电压的次同步分量并返回阻尼电流设定点(40'，41')作为输出。所述调节装置(45')包括具有可变阻尼增益(46a')的调节器，该调节器根据电网的次同步频率进行调节，以能够使所需的补偿水平适应于变频器以阻尼电网的次同步谐振。

技术领域

本发明涉及用于连接到电网的变频器的控制方法，更具体地说，涉及被配置为补偿可能出现在电网中的可能的次同步谐振的控制方法。

背景技术

电网是电力供应系统的一部分，电力供应系统包含用于将由发电单元生成的电能传送到消耗点以及用于长距离传送的必要元件。现今安装的大多数电网以交流电流和电压的形式输送能量。应该提到的是，近年来以直流电流和电压形式输送能量的电网的数量由于其在长距离电网的能量效率方面提供的优势而有所增加。这能够实现是由于基于电力电子技术的变换系统所经历的发展，这些变换系统允许通过使用所谓的HVDC(高压直流电流)和HVAC(高压交流电流)变换结构使两个类型的电网(AC(交流)电网和DC(直流)电网)互连。

同样，电力电子技术所经历的发展也有助于从直到现在所使用的并且主要基于大型热力、液压或核发电厂的基本发电结构向分布式发电结构转变。不断增长的分布式发电结构中的主要角色中的一个就是风力发电，在这样的发电机的安装中，风力发电在最近的十年中已经历显著增长。风力发电与电力电子技术密切相关，因为用于将机械风能变换为注入电网的电力的大多数发电机由基于电力电子技术的变换结构(称为变频器的元件)控制。

变频器通过控制单元来进行控制，该控制单元主要基于通过电流和电压换能器进行的检测来执行用于控制两个电气系统之间的能量的流动的控制算法。电气系统可以是不同种类的系统(例如，它们可以是电网或电机)，并且能量的流动可以是双向的，使得如果来自电网的能量被消耗以转换成电机的轴中的机械能，则其例如表现为机动化应用(诸如泵送或通风应用)。相比之下，从电机提取并注入电网的能量例如代表发电应用(诸如风力发电应用)，其中主要能量源是使电机的轴旋转的风。

电气AC电网通常主要由电缆、能量通过其流动的物理装置以及允许适应不同连接点之间的电压电平的变压器组成。这两个元件(即，电缆和变压器)主要是电感元件，因此将在现有交流电流的循环上施加阻抗，所述交流电流通过该阻抗。根据每个电网的特性，现有的电感性阻抗将有所变化，电网电缆长度是量化电感性阻抗的值时要考虑的重要参数。长度越长，电网的电感越大，并因此电感性阻抗将越大。电网中高电感性阻抗的存在将导致其传输容量损失的增加。这种现象是由于当电流在其中循环时电缆的电感性阻抗中的电压降，并且在特定情况下该电压降可能是显著的，在这些情况下，诸如长的电缆长度和高的能量消耗这样的因素(其导致通过电网的电流的高循环)被全部组合起来。

已知针对具有高电感性阻抗的电网中的上述传输容量损失的问题的不同解决方案。最常用的解决方案中的一个是通过串联插入电容元件或电容器来补偿上述高电感性电网。这允许通过串联插入电容性阻抗来补偿电网的电感性阻抗特性，最终导致总的等效阻抗降低。这种技术使电网中的电压降问题最小，并因此有助于维持其能量传输能力。图1通过示例的方式示出了利用串联电容器15补偿的电网的单线电路图。构成电网的不同元件是图1中通过风力发电厂描绘的中央能量生成单元13、电网传输线或电缆的等效电感14、电网中串联引入以补偿电网的等效电感的电容器15、以及电网中连接来自不同点的传输线的集线器16。

在高电感性电网中串联插入电容器在提供针对电网传输容量损失的问题的解决方案时是有效的，但反过来，从已得到补偿的实际电网的稳定性的角度考虑，其具有非常重大的影响。具体地，在电感性电网中串联插入电容器使得该电网的等效电路具有根据如下所述的公式的自然谐振频率：