專利名稱：用于把風(fēng)力產(chǎn)生的電力變換成公用網(wǎng)的恒定頻率的電力的方法和設(shè)備的制作方法
專利說明用于把風(fēng)力產(chǎn)生的電力變換成公用網(wǎng)的恒定頻率的電力的方法和設(shè)備 發(fā)明領(lǐng)域 本發(fā)明總的涉及用于把風(fēng)力產(chǎn)生的電力變換成恒定頻率的電力的方法和設(shè)備。本發(fā)明更具體地涉及在提供恒定頻率的電力到公用網(wǎng)(utility grid)時(shí)有用的這樣的方法和設(shè)備。

背景技術(shù)：
在本節(jié)中公開的背景技術(shù)不允許合法地構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
在用于把風(fēng)力產(chǎn)生的電力變換成恒定頻率的電力以便把它提供給公用網(wǎng)的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的使用方面，利用了各種不同的技術(shù)。這樣的技術(shù)包括使用被耦合到雙饋電感應(yīng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的、帶有直流(DC)鏈路的整流器/逆變器電橋。對(duì)于某些應(yīng)用可能希望采用功率因數(shù)變量校正或調(diào)節(jié)。例如，可以參考T.A.Lipo，“Variable Speed GeneratorTechnology Option for Wind Turbine Generators(用于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的可變速度發(fā)電機(jī)技術(shù)可選方案)”，Department ofElectrical and Computer Engineering，University of Wisconsin(1984)的文章。而且，可以參考T.S.Jayadev，“Novel ElectricGeneration Scheme for Wind Power Plants(風(fēng)力發(fā)電廠的新穎發(fā)電方法)”，College of Engineering and Applied Science，Universityof Wisconsin，Milwaukee，presented at the Second Workshop on WindEnergy Conservation Systems，Washington，D.C.(1975)的文章；以及Werner Leonhard，“Control of Electrical Drivers(電力驅(qū)動(dòng)器的控制)”，Springer-Verlag Publishing Group的著作。還可以參考美國專利No.4,695,736和6,137,187。
附圖簡述 通過參考結(jié)合附圖給出的本發(fā)明的某些實(shí)施例的以下的說明，將明白本發(fā)明的特征和實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方式，以及將最好地了解本發(fā)明，圖上

圖1是按照本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)建的風(fēng)力發(fā)電變換系統(tǒng)的示意性框圖。
某些發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)說明 公開了用于把風(fēng)力產(chǎn)生的電力變換成恒定頻率的電力以便把它供應(yīng)給公用網(wǎng)的方法和設(shè)備。公開的系統(tǒng)和方法使用具有雙饋電感應(yīng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。在超過發(fā)電機(jī)的同步速度后，來自轉(zhuǎn)子的電力被變換成直流(DC)電，以及直流電以固定的功率因數(shù)1被變換返回成交流(AC)電。在低于同步速度時(shí)，電力也以固定的功率因數(shù)1從公用網(wǎng)流到轉(zhuǎn)子。交流電的電流被調(diào)節(jié)成與公用網(wǎng)電壓同相，其中交流電基本上保持在功率因數(shù)1。
按照本發(fā)明的公開的實(shí)施例，電力也可以從雙饋電感應(yīng)發(fā)電機(jī)的定子生成。
按照本發(fā)明的某些實(shí)施例，所述把交流電的電流調(diào)節(jié)成與公用網(wǎng)電壓同相包括計(jì)算需要的電流幅度和將其乘以公用網(wǎng)電壓的歸一化的感測(cè)的電壓，以便提供一個(gè)需要的電流值用于把該交流電的電流調(diào)整成與公用網(wǎng)電壓同相而沒有任何顯著相移。按照本發(fā)明的實(shí)施例，該計(jì)算可包括從該直流電壓的一個(gè)預(yù)期的值中減去該直流電壓值，以便提供用于直流電壓調(diào)整的誤差電壓值。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，該計(jì)算也可以包括使用諸如一個(gè)比例與積分控制器那樣的閉環(huán)控制器來調(diào)整直流電壓值以產(chǎn)生預(yù)期的電流幅度。
按照本發(fā)明的公開的實(shí)施例，所述確定歸一化電壓值可以通過感測(cè)公用網(wǎng)的線與中性點(diǎn)間的(line to neutral)電壓和把所感測(cè)的電壓值除以感測(cè)電壓的峰值幅度以便提供歸一化的電壓值而達(dá)到。按照本發(fā)明的實(shí)施例的另一方面，根據(jù)預(yù)期的交流電流值來調(diào)整實(shí)際的電流幅度。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，圖上顯示按照本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)建的風(fēng)力發(fā)電變換系統(tǒng)10，它被使用來把恒定頻率的電力供應(yīng)到公用網(wǎng)。系統(tǒng)10包括具有雙饋電感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)14的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)12，它把交流電經(jīng)由其定子以預(yù)期的功率因數(shù)經(jīng)由三相電力線16供應(yīng)到公用網(wǎng)。來自定子的交流電的預(yù)期的功率因數(shù)通過轉(zhuǎn)子電流控制而實(shí)現(xiàn)。
發(fā)電機(jī)變換器18被連接到發(fā)電機(jī)14的轉(zhuǎn)子，用于控制DFIG 14的轉(zhuǎn)子的電流，使得來自定子的電力被控制成預(yù)期的功率因數(shù)，以及連接到發(fā)電機(jī)以便提供預(yù)期的轉(zhuǎn)矩水平。定子的功率因數(shù)可以通過控制裝置29來調(diào)節(jié)，該控制裝置也可以變換交流電。轉(zhuǎn)子電力經(jīng)由變換器18被供應(yīng)到直流總線21，在變換器中直流電被存儲(chǔ)在電容器或電容器庫，諸如被連接在直流總線引線22和24之間的電容器23。在超過發(fā)電機(jī)的同步速度時(shí)，公用變換器25把來自直流總線21的直流電變換成恒定頻率的交流電，以及把它經(jīng)由線濾波器27供應(yīng)到公用網(wǎng)。在低于同步速度時(shí)，公用變換器25對(duì)來自公用網(wǎng)的交流電進(jìn)行自動(dòng)整流并且對(duì)它進(jìn)行調(diào)整，以便把直流電供應(yīng)到發(fā)電機(jī)變換器18，后者進(jìn)而再把交流電流供應(yīng)到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子。
按照本發(fā)明的公開的實(shí)施例，正如此后更詳細(xì)地描述的，來自公用變換器25的交流電的電流被調(diào)節(jié)成與公用網(wǎng)電壓同相。因此，被供應(yīng)到公用網(wǎng)的來自公用變換器25的交流電在所有的時(shí)間基本上保持功率因數(shù)1。因此，按照本發(fā)明的公開的實(shí)施例，交流電經(jīng)由雙饋電感應(yīng)發(fā)電機(jī)14的定子和轉(zhuǎn)子以發(fā)電機(jī)的同步速度或大于它的速度供應(yīng)到公用網(wǎng)。在低于同步速度時(shí)，交流電流被供應(yīng)到轉(zhuǎn)子，以及功率由定子產(chǎn)生并供應(yīng)到公用網(wǎng)。DFIG 14在發(fā)電機(jī)變換器18的控制下調(diào)節(jié)無功功率，以使得由定子供應(yīng)的交流電按可選擇地調(diào)節(jié)的功率因數(shù)而被提供。按照本發(fā)明的公開的實(shí)施例，由發(fā)電機(jī)14的轉(zhuǎn)子提供的交流電由于經(jīng)由公用變換器25的電流調(diào)整，因而具有非可調(diào)節(jié)的固定的單位功率因數(shù)。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，諸如具有6極和當(dāng)電站被連接到60Hz公用網(wǎng)時(shí)具有1200rpm的同步速度的DFIG的實(shí)施例，約三分之二的功率可以由發(fā)電機(jī)14的定子按可調(diào)節(jié)的功率因數(shù)供應(yīng)到公用網(wǎng)，而由發(fā)電機(jī)14從它的轉(zhuǎn)子供應(yīng)的約三分之一的功率以恒定的固定的功率因數(shù)1被有效而經(jīng)濟(jì)地提供到公用網(wǎng)。在轉(zhuǎn)子與定子之間功率分配的比率可以由繞組比值來確定。這樣的技術(shù)是可靠的和有效的，它與諸如樣板波形的旋轉(zhuǎn)那樣的功率因數(shù)校正和現(xiàn)有技術(shù)中所利用的其它這樣的技術(shù)相比較，是一個(gè)簡化的方法。
現(xiàn)在更詳細(xì)地考慮發(fā)電機(jī)變換器18，發(fā)電機(jī)變換器18是開關(guān)型倒相器，在低于同步速度時(shí)，它提供流到轉(zhuǎn)子的電流，直至發(fā)電機(jī)14達(dá)到同步速度為止。在超過同步速度時(shí)，發(fā)電機(jī)14從它的轉(zhuǎn)子中生成三相交流電和把它供應(yīng)到發(fā)電機(jī)變換器18，后者于是用作為一個(gè)有源整流器，以便把直流電供應(yīng)到直流總線21?？刂齐娐?9被利用來控制在它工作期間通過發(fā)電機(jī)變換器16往返于DFIG 14的轉(zhuǎn)子之間的電力。轉(zhuǎn)速計(jì)31監(jiān)視傳動(dòng)軸速度和DFIG 14的轉(zhuǎn)子的位置，以及用于控制電路29。
預(yù)期的轉(zhuǎn)子電流的計(jì)算然后由控制電路29通過利用傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)計(jì)算和由轉(zhuǎn)速計(jì)31感測(cè)的機(jī)械角度以及基于預(yù)期的功率因數(shù)的轉(zhuǎn)矩要求和通量要求來執(zhí)行。最終得到的計(jì)算結(jié)果是供應(yīng)到DFIG 14的轉(zhuǎn)子的預(yù)期的轉(zhuǎn)子電流，從而使得DFIG 14從它的定子按預(yù)期的功率因數(shù)產(chǎn)生電力。轉(zhuǎn)矩要求是在給定的風(fēng)速下的轉(zhuǎn)矩量(可以是峰值能量收集)。一個(gè)計(jì)算機(jī)(未示出)可被使用來通過從被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器(未示出)中的查找表檢索信息從而確定預(yù)期的轉(zhuǎn)矩。通量要求可以根據(jù)如由公用網(wǎng)要求的在給定的時(shí)間的預(yù)期的功率因數(shù)而被確定。
現(xiàn)在更詳細(xì)地考慮公用變換器25，公用變換器25包括開關(guān)式倒相器，總的用33表示。開關(guān)式倒相器33包括三對(duì)絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)，諸如A+IGBT 35，它具有并聯(lián)連接的二極管37，它們被連接到直流總線21的正端，以及A-IGBT 39和它的二極管42，它們被連接到直流總線21的負(fù)端，用于調(diào)整功率的A相。因此，正的或負(fù)的調(diào)整可以在電流調(diào)整器51的控制下在A，B和C相的每相被提供。
一組三個(gè)乘法器44，46和48連同電路55和56一起，通過經(jīng)由電流調(diào)整器51把參考電流I REFa，I REFb，和I REFc提供到公用變換器25從而協(xié)助控制公用變換器25的各個(gè)相A，B和C。直流電壓調(diào)整器53把電流幅度信號(hào)Imag提供到三個(gè)乘法器電路44，46和48中的每個(gè)乘法器電路，其中信號(hào)Imag表示要由用于公用網(wǎng)的公用變換器25來進(jìn)行處理的所預(yù)期的電流幅度。數(shù)值Imag被乘以根據(jù)公用網(wǎng)感測(cè)的電壓而計(jì)算出的歸一化的電壓值VAN-NORM，VBN-NORM和VCN-NORM。在這方面，除法器電路55把經(jīng)由線與中性點(diǎn)間的電壓感測(cè)電路57感測(cè)的線與中性點(diǎn)間的電壓VAN，VBN和VCN除以來自公用網(wǎng)的峰值電壓。在這方面，感測(cè)電路57感測(cè)來自公用網(wǎng)的電壓VA，VB和VC，以及把所感測(cè)的電壓VAN，VBN和VCN提供到除法電路55。電路55生成歸一化的信號(hào)VAN-NORM，VBN-NORM和VCN-NORM，它們中的每一個(gè)接下來又乘以預(yù)期的電流信號(hào)Imag，從而產(chǎn)生參考信號(hào)I REFa，I REFb和I REFc。這些參考信號(hào)然后被供應(yīng)到電流調(diào)整器57，后者控制公用變換器25的三對(duì)IGBT。
按照本發(fā)明的公開的實(shí)施例，通過把預(yù)期的電流值(Imag)乘以來自公用網(wǎng)的電壓的歸一化的感測(cè)值，使得流入到公用網(wǎng)和自公用網(wǎng)流出的電流總是基本上與公用網(wǎng)的電壓同相，從而保持恒定的單位功率因數(shù)。這樣的安排是高效而經(jīng)濟(jì)的。
現(xiàn)在更詳細(xì)地考慮直流電壓調(diào)整器53，直流電壓調(diào)整器53通過調(diào)節(jié)以與公用電壓同相的方式流入到公用網(wǎng)或自公用網(wǎng)中流出的電流來調(diào)整直流總線21的電壓，因而基本上在所有的時(shí)間基本上以功率因數(shù)1運(yùn)行。流入到和自公用網(wǎng)中流出的預(yù)期的電流的幅度是Imag。Imag的數(shù)值由一個(gè)閉環(huán)比例和積分控制器58進(jìn)行計(jì)算。直流總線21的所預(yù)期的電壓值被定義為VDC，所感測(cè)的數(shù)值被定義為VBUS，它們的每個(gè)都以伏為單位。相加電路61使得從來自直流總線21代表電容器23上的電壓的信號(hào)VBUS中減去信號(hào)VDC，從而生成一個(gè)誤差項(xiàng)。這個(gè)誤差項(xiàng)由比例與積分(PI)控制器控制環(huán)進(jìn)行調(diào)整，以使得該誤差被調(diào)整成趨近于零，并且VDC的實(shí)際數(shù)值被激勵(lì)成所預(yù)期的數(shù)值VBUS。直流電壓調(diào)整器53的輸出是信號(hào)Imag，它是流到公用變換器25的電流的預(yù)期的峰值幅度。
把Imag的數(shù)值在乘法電路44，46和48中乘以代表對(duì)于三相的公用網(wǎng)電壓的每相的歸一化的線與中性點(diǎn)間的電壓的信號(hào)。結(jié)果，提供了所預(yù)期的電流電平以便用于每相的電流調(diào)整。在這方面，用于公用變換器25的各個(gè)相應(yīng)的相A，B和C的信號(hào)I REFa，I REFb和I REFc與公用電壓同相而基本上沒有相移。
現(xiàn)在更詳細(xì)地考慮電流調(diào)整器51，電流調(diào)整器51接收預(yù)期的公用矩陣電流I REFa，I REFb和I REFc。電流調(diào)整器51還從公用變換器25的輸出端接收感測(cè)的輸入。感測(cè)的電流被表示為Ia，Ib，Ic，它們可以由電流換能器進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于每一相，感測(cè)的電流值可以由諸如用于A相的相加電路62那樣的相加器從預(yù)期的電流值中減去。然后生成誤差項(xiàng)。例如，在A相，從I REFa中減去Ia，從而生成誤差信號(hào)。諸如由電路62生成的誤差項(xiàng)那樣的誤差項(xiàng)由三個(gè)諸如A相的比較器63那樣的比較器與諸如A相的信號(hào)LINE-TRI-A那樣的三角形信號(hào)進(jìn)行比較。因此，控制信號(hào)A+，A-，B+，B-，C+，C-被生成以用于接通或關(guān)斷諸如用于A相的IGBTa 35和39那樣的公用變換器IGBT。如果誤差大于該三角形波，則諸如IGBT 39那樣的適當(dāng)?shù)腎GBT被接通，使得公用矩陣電流下降，在本例中，該公用矩陣電流是A相的IGBT 39的A-信號(hào)。當(dāng)誤差低于三角形波時(shí)，使用相反的處理過程來控制諸如A相的IGBT 35那樣的適當(dāng)?shù)腎GBT。對(duì)于三相的任一相，或者是正的或者是負(fù)的IGBT將被接通，但二者不是同時(shí)接通。例如，如果A+是接通的，則A-是關(guān)斷的，以及如果A-是接通的，則A+是關(guān)斷的。在這方面，電流調(diào)整器51包括對(duì)于每相的倒相器，例如倒相器64被使用來倒相來自諸如用于A相的比較器63那樣的比較器的A+信號(hào)，從而提供控制信號(hào)A-。在各次切換之間還具有一個(gè)短的延時(shí)，以避免直流總線21的短路。在本實(shí)施方案中，使用2kHz的三角形波，以及電流調(diào)整計(jì)算由模擬硬件(未示出)執(zhí)行。對(duì)于某些應(yīng)用，在改變各個(gè)器件的狀態(tài)之間的延時(shí)可被設(shè)置為諸如5微秒的數(shù)值。電流調(diào)整可以通過各種技術(shù)，包括(但不限于)使用數(shù)字邏輯(未示出)來完成。這可包括對(duì)實(shí)際的信號(hào)和參考信號(hào)進(jìn)行濾波。
雖然討論了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)看到，可以出現(xiàn)各種不同的修改例以及預(yù)期在所附權(quán)利要求的確實(shí)的精神和范圍內(nèi)。例如，雖然對(duì)于某些功能描述了分立電路，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)看到，這樣的功能可以整體地或部分地由軟件實(shí)施。所以，不應(yīng)將本發(fā)明限制在這里給出的精確地抽象或公開的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種用于把風(fēng)力產(chǎn)生的電力變換成恒定頻率的電力以便將其供應(yīng)到公用網(wǎng)的方法，包括
使用具有雙饋電感應(yīng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)；
當(dāng)以超過同步速度的發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行時(shí)，從發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電力以便將其供應(yīng)到公用網(wǎng)；
當(dāng)以低于發(fā)電機(jī)的同步速度的旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行時(shí)，把電力供應(yīng)到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，以及便于從定子產(chǎn)生電力；
把來自轉(zhuǎn)子的電力變換成直流電，以及把該直流電變換成交流電；
把加到或來自公用網(wǎng)的交流電的電流調(diào)節(jié)成保持與公用網(wǎng)電壓同相；以及
其中交流電基本上保持為功率因數(shù)1。
2.按照權(quán)利要求1的方法，還包括從發(fā)電機(jī)的定子生成電力。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述調(diào)節(jié)包括計(jì)算預(yù)期的電流幅度，以及將其乘以公用網(wǎng)電壓的歸一化電壓值，以便提供一個(gè)預(yù)期的電流值用于把該交流電的電流調(diào)整成與公用網(wǎng)電壓同相而沒有任何顯著相移。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其中該計(jì)算包括減去該直流電壓值以便提供一個(gè)誤差電壓值。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其中該計(jì)算包括使用閉環(huán)比例與積分控制器來調(diào)整該誤差電壓值，以產(chǎn)生預(yù)期的電流幅度。
6.按照權(quán)利要求5的方法，還包括通過感測(cè)公用網(wǎng)的線與中性點(diǎn)間的電壓來確定歸一化電壓值，以及把所感測(cè)的電壓值除以所感測(cè)的電壓的峰值幅度以便提供歸一化的電壓值。
7.按照權(quán)利要求6的方法，還包括根據(jù)交流電流的電流值調(diào)整預(yù)期的電流幅度。
8.一種變換風(fēng)力產(chǎn)生的電力以便將其提供到公用網(wǎng)的系統(tǒng)，包括
具有雙饋電感應(yīng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)；
用于當(dāng)以超過同步速度的發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行時(shí)從發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電力以便將其供應(yīng)到公用網(wǎng)的裝置；
用于當(dāng)以低于發(fā)電機(jī)的同步速度的旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行時(shí)把電力供應(yīng)到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子以及用于便于從定子產(chǎn)生電力的裝置；
用于把來自轉(zhuǎn)子的電力變換成直流電以及把該直流電變換成大于發(fā)電機(jī)的同步速度的交流電的裝置；
用于把加到或來自公用網(wǎng)的交流電的電流調(diào)節(jié)成保持與公用網(wǎng)電壓同相的裝置；以及
其中交流電基本上保持為功率因數(shù)1。
9.按照權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中所述用于產(chǎn)生電力的裝置包括從發(fā)電機(jī)的定子產(chǎn)生電力的裝置。
10.按照權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中所述用于調(diào)節(jié)的裝置包括一個(gè)裝置，該裝置用于計(jì)算預(yù)期的電流幅度以及將其乘以公用網(wǎng)電壓的歸一化電壓值，以便提供一個(gè)預(yù)期的電流值用于把該交流電的電流調(diào)整成與公用網(wǎng)電壓同相而沒有任何顯著相移。
11.按照權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中所述用于計(jì)算的裝置包括從預(yù)期的直流電壓值中減去該直流電壓值以便提供誤差電壓值的裝置。
12.按照權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中所述用于計(jì)算的裝置包括使用閉環(huán)比例與積分控制器來調(diào)整誤差電壓值，以便產(chǎn)生預(yù)期的電流幅度。
13.按照權(quán)利要求12的系統(tǒng)，還包括用于通過感測(cè)公用網(wǎng)的線與中性點(diǎn)間的電壓而確定歸一化電壓值的裝置，和用于把所感測(cè)的電壓值除以所感測(cè)的電壓的峰值幅度以提供歸一化的電壓值的裝置。
14.按照權(quán)利要求13的系統(tǒng)，還包括用于根據(jù)交流電流的電流值調(diào)整預(yù)期的電流幅度的裝置。
15.一種把風(fēng)力產(chǎn)生的電力變換成恒定頻率的電力以便將其供應(yīng)到公用網(wǎng)的系統(tǒng)，包括
具有雙饋電感應(yīng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)；
所述發(fā)電機(jī)具有轉(zhuǎn)子，用于當(dāng)以超過同步速度的發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行時(shí)，從發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電力并將其供應(yīng)到公用網(wǎng)；
用于把來自轉(zhuǎn)子的電力變換成超過發(fā)電機(jī)的同步速度的直流電的發(fā)電機(jī)變換器；
用于當(dāng)以低于發(fā)電機(jī)的同步速度的旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行時(shí)把電力供應(yīng)到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子以及用于便于從定子產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)變換器；
用于把直流電變換成交流電的公用變換器；
用于把加到或來自公用網(wǎng)的交流電的電流調(diào)節(jié)成保持與公用網(wǎng)電壓同相的至少一個(gè)電路；以及
其中交流電基本上保持為功率因數(shù)1。
16.按照權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中發(fā)電機(jī)包括定子，以便從該發(fā)電機(jī)的定子產(chǎn)生電力。
17.按照權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中用于調(diào)節(jié)的該至少一個(gè)電路包括計(jì)算預(yù)期的電流幅度以及將其乘以公用網(wǎng)電壓的歸一化電壓值，以便提供一個(gè)預(yù)期的電流值用于把該交流電的電流調(diào)整成與公用網(wǎng)電壓同相而沒有任何顯著相移。
18.按照權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中該計(jì)算包括從一個(gè)預(yù)期的直流電壓值中減去該直流電壓值，以提供誤差電壓值。
19.按照權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中該計(jì)算包括使用閉環(huán)比例與積分控制器來調(diào)整誤差電壓值，以產(chǎn)生預(yù)期的電流幅度。
20.按照權(quán)利要求19的系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)電路，該至少一個(gè)電路用于通過感測(cè)公用網(wǎng)的線與中性點(diǎn)間的電壓和把所感測(cè)的電壓值除以所感測(cè)的電壓的峰值幅度以提供歸一化的電壓值，從而確定歸一化電壓值。
21.按照權(quán)利要求20的系統(tǒng)，還包括電流調(diào)整器，用于根據(jù)交流電流的電流值調(diào)整預(yù)期的電流幅度。
22.一種通過使用具有雙饋電感應(yīng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)把風(fēng)力產(chǎn)生的電力變換成恒定頻率的電力以便將其提供到公用網(wǎng)的方法，該具有雙饋電感應(yīng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)用于當(dāng)以超過同步速度的發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行時(shí)從發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電力以便將其供應(yīng)到公用網(wǎng)，包括
當(dāng)以旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行時(shí)把電力供應(yīng)到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子以及便于從定子生成電力；
把來自轉(zhuǎn)子的電力變換成直流電，以及把該直流電變換成交流電；
把加到或來自公用網(wǎng)的交流電的電流調(diào)節(jié)成保持與公用網(wǎng)電壓同相；以及
其中交流電基本上保持為功率因數(shù)1。
23.一種用于把風(fēng)力產(chǎn)生的電力變換成恒定頻率的電力以便將其供應(yīng)到公用網(wǎng)的方法，包括
使用具有雙饋電感應(yīng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)；
當(dāng)以超過同步速度的發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行時(shí)，從發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電力以便將其供應(yīng)到公用網(wǎng)；
把來自轉(zhuǎn)子的電力變換成直流電，以及把該直流電變換成交流電；
把加到或來自公用網(wǎng)的交流電的電流調(diào)節(jié)成保持與公用網(wǎng)電壓同相；以及
其中交流電基本上保持為功率因數(shù)1。
24.按照權(quán)利要求23的方法，還包括從發(fā)電機(jī)的定子產(chǎn)生電力。
25.按照權(quán)利要求23的方法，其中該調(diào)節(jié)包括計(jì)算預(yù)期的電流幅度以及將其乘以公用網(wǎng)電壓的歸一化電壓值，以便提供一個(gè)預(yù)期的電流值用于把該交流電的電流調(diào)整成與公用網(wǎng)電壓同相而沒有任何顯著相移。
26.按照權(quán)利要求25的方法，其中該計(jì)算包括減去直流電壓值，以提供誤差電壓值。
27.按照權(quán)利要求26的方法，其中該計(jì)算包括使用閉環(huán)比例與積分控制器來調(diào)整誤差電壓值，以產(chǎn)生預(yù)期的電流幅度。
28.按照權(quán)利要求27的方法，還包括通過感測(cè)公用網(wǎng)的線與中性點(diǎn)間的電壓來確定歸一化電壓值，以及把所感測(cè)的電壓值除以所感測(cè)的電壓的峰值幅度以便提供歸一化的電壓值。
29.按照權(quán)利要求28的方法，還包括根據(jù)交流電流的電流值調(diào)整預(yù)期的電流幅度。
30.一種用于把風(fēng)力產(chǎn)生的電力變換成恒定頻率的電力以便將其提供到公用網(wǎng)的方法，包括
使用具有雙饋電感應(yīng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)；
當(dāng)以低于發(fā)電機(jī)的同步速度的旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行時(shí)，把電力供應(yīng)到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，以及便于從定子產(chǎn)生電力；
把來自公用網(wǎng)的電力變換成直流電，以及把該直流電變換成交流電；
把從公用網(wǎng)流出的電流調(diào)節(jié)成保持與公用網(wǎng)電壓同相；以及
其中提供到轉(zhuǎn)子的交流電基本上保持為功率因數(shù)1。
31.按照權(quán)利要求30的方法，還包括從發(fā)電機(jī)的定子產(chǎn)生電力。
32.按照權(quán)利要求30的方法，其中該調(diào)節(jié)包括計(jì)算預(yù)期的電流幅度以及將其乘以公用網(wǎng)電壓的歸一化電壓值，以便提供一個(gè)預(yù)期的電流值用于把該交流電的電流調(diào)整成與公用網(wǎng)電壓同相而沒有任何顯然相移。
33.按照權(quán)利要求32的方法，其中該計(jì)算包括減去直流電壓值，以提供誤差電壓值。
34.按照權(quán)利要求33的方法，其中該計(jì)算包括使用閉環(huán)比例與積分控制器來調(diào)整誤差電壓值，以產(chǎn)生預(yù)期的電流幅度。
35.按照權(quán)利要求34的方法，還包括通過感測(cè)公用網(wǎng)的線與中性點(diǎn)間的電壓來確定歸一化電壓值，以及把所感測(cè)的電壓值除以所感測(cè)的電壓的峰值幅度，以便提供歸一化的電壓值。
36.按照權(quán)利要求35的方法，還包括根據(jù)交流電流的電流值調(diào)整預(yù)期的電流幅度。
37.一種用于變換風(fēng)力產(chǎn)生的電力以便將其供應(yīng)到公用網(wǎng)的系統(tǒng)，包括
具有雙饋電感應(yīng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)；
用于當(dāng)以超過同步速度的發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行時(shí)從發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電力以便將其供應(yīng)到公用網(wǎng)的裝置；
用于把來自轉(zhuǎn)子的電力變換成直流電以及把直流電變換成高于發(fā)電機(jī)的同步速度的交流電的裝置；
用于把加到或來自公用網(wǎng)的交流電的電流調(diào)節(jié)成保持與公用網(wǎng)電壓同相的裝置；以及
其中交流電基本上保持為功率因數(shù)1。
38.按照權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中所述用于產(chǎn)生電力的裝置包括用于從發(fā)電機(jī)的定子產(chǎn)生電力的裝置。
39.按照權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其中用于調(diào)節(jié)的裝置包括一個(gè)裝置，該裝置用于計(jì)算預(yù)期的電流幅度以及將其乘以公用網(wǎng)電壓的歸一化電壓值以提供一個(gè)預(yù)期的電流值用于把交流電的電流調(diào)整成與公用網(wǎng)電壓同相而沒有任何顯著相移。
40.按照權(quán)利要求39的系統(tǒng)，其中該用于計(jì)算的裝置包括從預(yù)期的直流電壓值中減去該直流電壓值，以提供誤差電壓值。
41.按照權(quán)利要求40的系統(tǒng)，其中該用于計(jì)算的裝置包括使用閉環(huán)比例與積分控制器來調(diào)整誤差電壓值，以產(chǎn)生預(yù)期的電流幅度。
42.按照權(quán)利要求41的系統(tǒng)，還包括用于通過感測(cè)公用網(wǎng)的線與中性點(diǎn)間的電壓而確定歸一化電壓值的裝置，和用于把所感測(cè)的電壓值除以所感測(cè)的電壓的峰值幅度以提供歸一化的電壓值的裝置。
43.按照權(quán)利要求42的系統(tǒng)，還包括用于根據(jù)交流電流的電流值調(diào)整預(yù)期的電流幅度的裝置。
44.一種用于變換風(fēng)力產(chǎn)生的電力以便將其供應(yīng)到公用網(wǎng)的系統(tǒng)，包括
具有雙饋電感應(yīng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)；
用于當(dāng)以低于發(fā)電機(jī)的同步速度的旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行時(shí)把電力供應(yīng)到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子以及用于便于從定子產(chǎn)生電力的裝置；
用于把來自公用網(wǎng)的電力變換成直流電以及把該直流電變換成交流電和用于把該交流電供應(yīng)到轉(zhuǎn)子的裝置；
用于把從公用網(wǎng)流出的電流調(diào)節(jié)成保持與公用網(wǎng)電壓同相的裝置；以及
其中被供應(yīng)到轉(zhuǎn)子的交流電基本上保持為功率因數(shù)1。
45.按照權(quán)利要求44的系統(tǒng)，其中所述用于產(chǎn)生電力的裝置包括從發(fā)電機(jī)的定子生成電力的裝置。
46.按照權(quán)利要求44的系統(tǒng)，其中用于調(diào)節(jié)的裝置包括一個(gè)裝置，該裝置用于計(jì)算預(yù)期的電流幅度以及將其乘以公用網(wǎng)電壓的歸一化電壓值，以便提供一個(gè)預(yù)期的電流值用于把該交流電的電流調(diào)整成與公用網(wǎng)電壓同相而沒有任何顯著相移。
47.按照權(quán)利要求46的系統(tǒng)，其中用于計(jì)算的裝置包括從預(yù)期的直流電壓值中減去該直流電壓值，以提供誤差電壓值。
48.按照權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中用于計(jì)算的裝置包括使用閉環(huán)比例與積分控制器來調(diào)整誤差電壓值，以產(chǎn)生預(yù)期的電流幅度。
49.按照權(quán)利要求48的系統(tǒng)，還包括用于通過感測(cè)公用網(wǎng)的線與中性點(diǎn)間的電壓而確定歸一化電壓值的裝置，和用于把所感測(cè)的電壓值除以所感測(cè)的電壓的峰值幅度以提供歸一化的電壓值的裝置。
50.按照權(quán)利要求49的系統(tǒng)，還包括用于根據(jù)交流電流的電流值調(diào)整預(yù)期的電流幅度的裝置。
51.一種用于把風(fēng)力產(chǎn)生的電變換成恒定頻率的電力以便將其供應(yīng)到公用網(wǎng)的系統(tǒng)，包括
具有雙饋電感應(yīng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)；
所述發(fā)電機(jī)具有轉(zhuǎn)子，用于當(dāng)以超過同步速度的發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行時(shí)，從發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電力以便將其供應(yīng)到公用網(wǎng)；
發(fā)電機(jī)變換器，用于把來自轉(zhuǎn)子的電力變換成超過發(fā)電機(jī)的同步速度的直流電；
公用變換器，用于把直流電變換成交流電；
用于調(diào)節(jié)流到公用網(wǎng)的交流電的電流以便使其保持與公用網(wǎng)電壓同相的至少一個(gè)電路；以及
其中交流電基本上保持為功率因數(shù)1。
52.按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中發(fā)電機(jī)包括定子，以便從發(fā)電機(jī)的該定子生成電力。
53.按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中該用于調(diào)節(jié)的至少一個(gè)電路包括計(jì)算預(yù)期的電流幅度，以及把它乘以公用網(wǎng)電壓的歸一化電壓值，以提供一個(gè)預(yù)期的電流值用于把該交流電的電流調(diào)整成與公用網(wǎng)電壓同相而沒有任何顯著相移。
54.按照權(quán)利要求53的系統(tǒng)，其中該計(jì)算包括從預(yù)期的直流電壓值中減去該直流電壓值，以提供誤差電壓值。
55.按照權(quán)利要求54的系統(tǒng)，其中該計(jì)算包括使用閉環(huán)比例與積分控制器來調(diào)整誤差電壓值，以產(chǎn)生預(yù)期的電流幅度。
56.按照權(quán)利要求55的系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)電路，用于通過感測(cè)公用網(wǎng)的線與中性點(diǎn)間的電壓來確定歸一化電壓值，以及把所感測(cè)的電壓值除以所感測(cè)的電壓的峰值幅度以提供歸一化的電壓值。
57.按照權(quán)利要求56的系統(tǒng)，還包括電流調(diào)整器，用于根據(jù)交流電流的電流值調(diào)整預(yù)期的電流幅度。
58.一種把風(fēng)力產(chǎn)生的電變換成恒定頻率的電力以便將其供應(yīng)到公用網(wǎng)的系統(tǒng)，包括
具有雙饋電感應(yīng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)；
所述發(fā)電機(jī)具有轉(zhuǎn)子；
發(fā)電機(jī)變換器，用于當(dāng)以低于發(fā)電機(jī)的同步速度的旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行時(shí)，把電力供應(yīng)到發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子以及便于從定子產(chǎn)生電力；
公用變換器，用于把來自公用網(wǎng)的交流電變換成直流電；
用于調(diào)節(jié)從公用網(wǎng)流出的電流以便使其保持與公用網(wǎng)電壓同相的至少一個(gè)電路；
把該直流電變換成交流電；以及
其中該交流電被供應(yīng)到轉(zhuǎn)子。
59.按照權(quán)利要求58的系統(tǒng)，其中發(fā)電機(jī)包括定子，以便從發(fā)電機(jī)的該定子產(chǎn)生電力。
60.按照權(quán)利要求58的系統(tǒng)，其中該用于調(diào)節(jié)的至少一個(gè)電路包括計(jì)算預(yù)期的電流幅度，以及把它乘以公用網(wǎng)電壓的歸一化電壓值，以提供一個(gè)預(yù)期的電流值用于把該交流電的電流調(diào)整成與公用網(wǎng)電壓同相而沒有任何顯著相移。
61.按照權(quán)利要求60的系統(tǒng)，其中該計(jì)算包括從預(yù)期的直流電壓值中減去該直流電壓值，以提供誤差電壓值。
62.按照權(quán)利要求61的系統(tǒng)，其中該計(jì)算包括使用閉環(huán)比例與積分控制器來調(diào)整誤差電壓值，以產(chǎn)生預(yù)期的電流幅度。
63.按照權(quán)利要求62的系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)電路，用于通過感測(cè)公用網(wǎng)的線與中性點(diǎn)間的電壓來確定歸一化電壓值，以及把所感測(cè)的電壓值除以所感測(cè)的電壓的峰值幅度，以提供歸一化的電壓值。
64.按照權(quán)利要求63的系統(tǒng)，還包括電流調(diào)整器，用于根據(jù)交流電流的電流值調(diào)整預(yù)期的電流幅度。
全文摘要
公開了一種用于把風(fēng)力產(chǎn)生的電力變換成恒定頻率的電力以便把它提供到公用網(wǎng)的方法和設(shè)備。公開的系統(tǒng)和方法使用具有雙饋電感應(yīng)發(fā)電機(jī)(14)的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)(12)。當(dāng)高于發(fā)電機(jī)(14)的同步速度時(shí)，來自轉(zhuǎn)子的電力被變換成直流(DC)電，以及把直流電變換回具有固定的功率因數(shù)1的交流電。當(dāng)?shù)陀谕剿俣葧r(shí)，電力從公用網(wǎng)流到轉(zhuǎn)子，也具有固定的功率因數(shù)1。交流電的電流被調(diào)節(jié)成與公用網(wǎng)電壓同相，其中交流電被保持為基本上是1的功率因數(shù)。
文檔編號(hào)H02P9/00GK101176253SQ200680013407
公開日2008年5月7日 申請(qǐng)日期2006年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月22日
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