[发明专利]一种用于控制连接到电网的电力系统的系统和方法

说明书

本申请是有关于一种用于控制连接到电网的电力系统的方法，包括：接收来自发电机的无功功率指令和测量的无功功率；基于无功功率指令和测量的无功功率之间的差值，产生无功功率误差信号；接收无功功率误差信号；基于无功功率误差信号，产生电压指令；基于参考电抗和公共耦合点处的电压，产生电压下垂信号；根据电压下垂信号和发电机的电压指令或测量的端电压中的至少一个产生电压误差信号；和基于电压误差信号，产生用于转换器电力路径的无功电流指令。本申请还揭露了一种连接到电网的电力系统的控制系统和一种风电场。

技术领域

本申请涉及风力涡轮机，并且更具体地，涉及尤其用于为连接到电网的多个风力涡轮机提供稳定性电压的系统和方法。

背景技术

风能被认为是目前可得到的最清洁的、最环境友好的能量源之一，基于这个原因风力涡轮机获得了更多的关注。现代风力涡轮机通常包括塔、发电机、变速箱、机舱以及一个或多个转子叶片。转子叶片利用已知的翼型原理捕获风的动能。例如，转子叶片通常具有翼型的横截面轮廓，使得在操作期间，空气流过叶片而产生在两侧的压力差。因此，从压力侧朝向吸力侧指向的升力作用于叶片上。该升力产生在主转子子轴上的转矩，其传动至发动机以用于发电。

例如，图1和2示出了传统结构的风力涡轮机10和适合与该风力涡轮机10一起使用的相关联的电力系统。如图所示，风力涡轮机10包括机舱14，机舱14通常容纳发电机28(图2)。机舱14安装在从支撑表面(未示出)延伸的塔架12上。风力涡轮机10还包括转子16，转子16包括附接到旋转毂18的多个转子叶片20。当风冲击转子叶片20时，叶片20将风的动能转换成可旋转地驱动低速轴22的机械旋转扭矩。低速轴22被构造成驱动齿轮箱24(如果存在的话)，齿轮箱24随后升高低速轴22的低旋转速度以便以增加的旋转速度驱动高速轴26。高速轴26通常可旋转地连接到发电机28(例如双馈感应发电机或DFIG)，以便可旋转地驱动发电机转子30。这样，发电机转子30可以感应出旋转磁场。在发电机定子32内可以感应出电压，该发电机定子32磁耦合到发电机转子30。相关的电力可以从发电机定子32传输到三绕组变压器34，该三绕组变压器34通常通过电网断路器36连接到电网。因此，主变压器34升高电力的电压幅度，使得转换的电力可以进一步传输到电网。

此外，如图所示，发电机28通常电耦合到双向电力转换器38，双向电力转换器38包括通过经调节的DC链路44连接到线路侧转换器42的转子侧转换器40。转子侧转换器40将从转子30提供的AC电力转换为DC电力并将DC电力提供给DC链路44。线路侧转换器42将DC链路44上的DC电力转换成适合于电网的AC输出电力。因此，来自电力转换器38的AC电力可以与来自定子32的电力组合以提供具有基本保持在电网频率的频率的多相电力(例如，三相电力)(例如50Hz/60赫兹)。

所示的三绕组变压器34通常具有(1)连接到电网的33千伏(kV)中压(MV)初级绕组33，(2)连接到发电机定子32的6到13.8kV MV次级绕组35，和(3)连接到线路侧转换器42的690到900伏(V)低压(LV)第三绕组37。

随着近年来风力发电生产的日益成功，这种形式的电力已经获得了显着的市场份额。如图3所示，具有多个风力涡轮机10的独立的电力系统可以布置在预定的地质位置并且电连接在一起以形成风电场46。更具体地，如图所示，风力涡轮机10可以布置成多个组48，每组通过开关51、52、53分别连接到主线50。另外，如图所示，主线路50可以电耦合到另一个集群变压器54，用于在将电力发送到电网之前进一步升高来自风力涡轮机组48的电力的电压幅度。由于风能不是具有恒定功率输出的电源，而是具有一些变化，例如由于风速产生的变化，配电网络的运营商必须考虑到这一点。风力涡轮机10的三绕组变压器34有助于涡轮机的稳定操作。

然而，与每个风力涡轮机10相关联的三绕组变压器34是昂贵的。特别地，对于兆瓦(MW)级风力涡轮机，全额定变压器增加了风电场的总成本和损失。

因此，期望提供一种用于电力系统的控制系统或控制方法来解决上述情况中的一个或多个。

发明内容