專利名稱：抗電壓跌落的發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明描述了一種抗電壓跌落的發(fā)電系統(tǒng)和用于操作所述發(fā)電機(jī)的方法。
背景技術(shù)：
電網(wǎng)中干擾的存在要求發(fā)電廠促進(jìn)其穩(wěn)定性，例如在電壓跌落的情況下通過注入無功電流來促進(jìn)其穩(wěn)定性。直到最近，這些要求對(duì)于基于可再生能源的電廠而言仍未變得廣泛，因?yàn)檫@些代表了所產(chǎn)生的總功率的一小部分。然而，鑒于近幾年這些類型的發(fā)電廠的驚人增加，已經(jīng)顯著增加了這些類型的發(fā)電廠的緊急水平。在電壓跌落的特定情況下，存在這樣的規(guī)則，其要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)滿足關(guān)于在電壓跌落期間注入到電網(wǎng)中的無功電流的嚴(yán)格要求，并且設(shè)想，一旦已經(jīng)克服了要求發(fā)電機(jī)斷開的電壓跌落，如果電壓在幾秒鐘后返回，則能夠在跌落后很快地進(jìn)行重新連接。以此方式，在干擾之前產(chǎn)生的有功功率將被盡可能快地注入。這些要求通常以所謂的跌落分布(dip profile)的形式來表示，該跌落分布定義了對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須能夠承受的電壓跌落的時(shí)間限制和幅值限制?，F(xiàn)有技術(shù)提出了在電壓跌落的情況下的不同動(dòng)作過程，例如:-在W02007057480A1中公開了第一種結(jié)構(gòu)，其中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括并聯(lián)連接在背靠背變換器與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的可變阻抗。當(dāng)發(fā)生電壓跌落時(shí)，所述阻抗被激活以保護(hù)背靠背變換器免受在跌落期間在轉(zhuǎn)子中出現(xiàn)的電壓浪涌的影響，由此允許發(fā)電機(jī)定子在從電壓跌落開始的特定的時(shí)間間隔內(nèi)保持連接到電網(wǎng)，從而在該時(shí)間期間注入無功電流以有助于電網(wǎng)恢復(fù)。如果電壓跌落的持續(xù)時(shí)間超過跌落分布內(nèi)標(biāo)記的限制，則最終發(fā)電機(jī)將變?yōu)榕c電網(wǎng)斷開。該系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是:在發(fā)電機(jī)保持連接到電網(wǎng)的時(shí)間期間，其允許滿足電網(wǎng)無功電流注入要求。主要缺點(diǎn)在于:發(fā)電機(jī)的斷開意味著停止風(fēng)輪機(jī)，由于該原因，在電壓跌落后需要很長(zhǎng)的時(shí)間來將發(fā)電機(jī)耦接至電網(wǎng)。-W02009156540A1與US07332827公開了本領(lǐng)域已知的第二種解決方案，其基于連接至發(fā)電機(jī)定子的阻抗。在該情況下，操作方法包括:在檢測(cè)到跌落時(shí)激活所述阻抗，這允許發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)斷開，同時(shí)控制發(fā)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩并使產(chǎn)生的功率朝向所述阻抗疏散。該系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)在于:如果電壓在特定的時(shí)間間隔內(nèi)恢復(fù)，則只要其沒有超過由規(guī)則確立的最大限制，定子就可以耦接至電網(wǎng)。其缺點(diǎn)在于:發(fā)電機(jī)從電壓跌落開始與電網(wǎng)斷開，由于該原因，其不能注入電網(wǎng)操作方所需要的無功電流而有助于發(fā)電機(jī)恢復(fù)。因此，這些系統(tǒng)均不允許滿足電網(wǎng)的要求以及在電壓已經(jīng)被重新確立時(shí)的快速重新連接。

發(fā)明內(nèi)容
所提出的發(fā)明通過結(jié)合了現(xiàn)有技術(shù)的兩種已知系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)的系統(tǒng)來解決前述缺點(diǎn)。根據(jù)第一方面，本發(fā)明的抗電壓跌落的發(fā)電系統(tǒng)包括雙饋發(fā)電機(jī)，該雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過背靠背變換器連接至電網(wǎng)，并且雙饋發(fā)電機(jī)的定子連接至電網(wǎng)，除此以外，該發(fā)電系統(tǒng)還包括:-并聯(lián)連接在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與背靠背變換器之間的至少一個(gè)第一附加阻抗；-連接至發(fā)電機(jī)定子的至少一個(gè)第二附加阻抗；以及-能夠管理附加阻抗(5、6)的至少一個(gè)控制單元。也就是說，本發(fā)明的系統(tǒng)同時(shí)包括現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)公開的兩種附加阻抗以及根據(jù)本文稍后描述的方法來管理所述附加阻抗的激活/無效的至少一個(gè)控制單元，所述方法使所述兩種附加阻抗以配合的方式工作，這不同于獨(dú)立系統(tǒng)的方法?？刂茊卧梢砸蕾囉诨颡?dú)立于變換器的控制單元。雖然這里沒有明確提出，但是應(yīng)當(dāng)理解:所述系統(tǒng)還包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的基于雙饋發(fā)電機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)的所有常見輔助元件。例如，明顯的是:除了存在在本文稍后將限定的時(shí)刻激活附加阻抗的裝置(諸如開關(guān)等)之外，定子與電網(wǎng)之間的連接將具有允許發(fā)電機(jī)斷開的開關(guān)。應(yīng)當(dāng)理解，可以通過任何類型的可再生能源(例如海流或者潮汐)來使系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子移動(dòng)。然而，根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子被機(jī)械地耦接至風(fēng)輪機(jī)，從而形成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組件。本發(fā)明的第二方面針對(duì)用于操作前述系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)結(jié)合了現(xiàn)有技術(shù)已知的每個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免了每個(gè)系統(tǒng)各自的缺點(diǎn)。發(fā)電系統(tǒng)檢測(cè)電壓跌落，并且當(dāng)系統(tǒng)在所確立的跌落分布內(nèi)操作的情況下將所需要的無功電流注入到電網(wǎng)中。為此，根據(jù)需要，激活第一附加阻抗，即使本發(fā)明還包括其中不需要激活的情況。當(dāng)它檢測(cè)到已經(jīng)過去了在最小電壓條件下操作的最大時(shí)段時(shí)或者當(dāng)認(rèn)為有必要對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩重新建立控制時(shí)，將定子與電網(wǎng)斷開，并且激活第二阻抗，從而吸收功率，這允許通過負(fù)載轉(zhuǎn)矩來控制發(fā)電機(jī)。因此，當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)時(shí)，該系統(tǒng)能夠?qū)⑺a(chǎn)生的電壓與電網(wǎng)的電壓同步，并且與至今已知的系統(tǒng)的情況相比更快地進(jìn)行耦接，由此提高系統(tǒng)可用性。因此，本發(fā)明的方法包括:當(dāng)檢測(cè)到電壓跌落(只要電壓超過由跌落分布所標(biāo)記的限制)時(shí)，將無功電流注入到電網(wǎng)中，而不斷開背靠背變換器。無功電流的注入可以在該階段的部分或者全部持續(xù)時(shí)間期間執(zhí)行。以此方式，有助于電網(wǎng)恢復(fù)。此外，在已經(jīng)過去了最小電壓條件下的最大允許操作時(shí)段之后(該時(shí)段是在電壓跌落的開始與電網(wǎng)電壓落在由電網(wǎng)操作方施加的跌落分布之下的時(shí)刻之間經(jīng)過的時(shí)間)，或者當(dāng)認(rèn)為有必要對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的負(fù)載轉(zhuǎn)矩重新建立控制時(shí)，將定子與電網(wǎng)斷開，并且激活第二附加阻抗。以此方式，允許在電網(wǎng)電壓返回至其標(biāo)稱值時(shí)進(jìn)行快速重新連接。當(dāng)檢測(cè)到電壓跌落結(jié)束時(shí)，將定子電壓與電網(wǎng)電壓進(jìn)行同步，并且將定子重新連接至電網(wǎng)，隨后使第二附加阻抗無效。所提出的發(fā)明還設(shè)想:其中執(zhí)行該最后階段的順序包括首先使第二附加阻抗無效，然后將定子重新連接至電網(wǎng)。


圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)電系統(tǒng)的圖，該發(fā)電系統(tǒng)包括連接至轉(zhuǎn)子的附加阻抗。圖2示出了圖1的系統(tǒng)的一些特性操作量值的波形。
圖3示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)電系統(tǒng)的圖，該發(fā)電系統(tǒng)包括連接至定子的附加阻抗。圖4示出了圖3的系統(tǒng)的一些特性操作量值的波形。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)的圖，該發(fā)電系統(tǒng)包括第一附加阻抗和第二附加阻抗。圖6示出了圖5中表示的本發(fā)明的系統(tǒng)的一些特性操作量值的波形。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖描述本發(fā)明。具體地，圖1和圖2a_d示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的、具體應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電的系統(tǒng)(100)。該系統(tǒng)包括雙饋發(fā)電機(jī)(102)，雙饋發(fā)電機(jī)(102)的轉(zhuǎn)子通過背靠背變換器(104)連接至電網(wǎng)(103)，背靠背變換器(104)由轉(zhuǎn)子變換器(104a)、電網(wǎng)變換器(104b)以及直流鏈路(104c)形成。轉(zhuǎn)子還機(jī)械地耦接至風(fēng)輪機(jī)(107)。另一方面，定子通過開關(guān)(108)連接至電網(wǎng)(103)。該系統(tǒng)(100)包括在轉(zhuǎn)子與背靠背變換器(104)之間并聯(lián)的附加阻抗(105)，附加阻抗(105)在電壓跌落(103)的情況下被激活以保護(hù)轉(zhuǎn)子變換器(104a)免受跌落期間產(chǎn)生的瞬態(tài)浪涌的影響。圖2a-d分別示出了電網(wǎng)電壓(U)的行為、附加阻抗(105)的激活(Czk)(假設(shè)已需要其激活)、在跌落期間注入到電網(wǎng)(103)的無功強(qiáng)度(i,)、以及發(fā)電機(jī)(102)至電網(wǎng)(103)的耦接狀態(tài)(Cm)?？梢杂^察到:在檢測(cè)到電壓跌落時(shí)，如何在短時(shí)間段內(nèi)立即激活附加阻抗(105)(圖2b)，由此無功電流被注入到電網(wǎng)(103)中(圖2c)。一旦電網(wǎng)(103)的電壓(U)落在由規(guī)則施加的跌落分布(dip profile)之下，發(fā)電機(jī)(102)變?yōu)閿嚅_(圖2d)，跌落曲線在這里由圖2a中的虛線表示。圖3示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的第二系統(tǒng)(300)，其中使用只是將原來的I替換為3的相同的附圖標(biāo)記來表示與圖1的系統(tǒng)(100)的部件等同的部件。然而，系統(tǒng)(300)具有連接至發(fā)電機(jī)定子(302)的附加阻抗(306)。圖4a-d示出了系統(tǒng)(300)操作期間的一些特性系統(tǒng)量值。具體地，圖4a示出了與由規(guī)則施加的跌落分布相關(guān)的電壓(U)跌落的形狀(這里用虛線表示跌落分布)。從檢測(cè)到跌落的時(shí)刻起，附加阻抗(306)被激活(Czs)(圖4b)，并且發(fā)電機(jī)(302)與電網(wǎng)(303)去耦接(Cm)(圖4d)。當(dāng)電網(wǎng)(303)的電壓(U)落在跌落分布之下時(shí)，使附加阻抗(306)無效(圖4b)。如可以在圖4b中觀察到的，在任何點(diǎn)無功強(qiáng)度(iq)沒有被注入到電網(wǎng)(303)中。圖5示出了本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)(1)，發(fā)電系統(tǒng)(I)包括機(jī)械地耦接至風(fēng)輪機(jī)(7)的發(fā)電機(jī)(2)，發(fā)電機(jī)(2)的定子通過開關(guān)(8)連接至電網(wǎng)(3)，并且發(fā)電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子連接至背靠背變換器(4)，背靠背變換器(4)又連接至電網(wǎng)(3)。背靠背變換器由通過直流鏈路(4c )連接的轉(zhuǎn)子變換器(4a)和定子變換器(4b )形成。系統(tǒng)(I)還包括并聯(lián)連接在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子(2)和轉(zhuǎn)子變換器(4a)之間的第一附加阻抗(5)以及連接至定子的第二附加阻抗(6)。附加阻抗(5、6)的激活/無效的時(shí)刻通過控制單元(未示出)控制。圖6a_e示出了一些圖形，這些圖形圖示了當(dāng)出現(xiàn)電壓跌落時(shí)本發(fā)明的系統(tǒng)(I)的操作，電壓跌落的持續(xù)期間需要使用兩個(gè)附加阻抗(5、6)。圖6a示出了與由規(guī)則施加的跌落分布相關(guān)的電壓跌落(這里通過虛線表示該跌落分布)。首先，如可以在圖6b中觀察到的，第一附加阻抗(5)被激活(CZK)，不久后，無功電流(iq)被注入到電網(wǎng)(3)中(圖6d)。在本實(shí)施例中，一旦電網(wǎng)(3)的電壓(U)落在跌落分布之下，發(fā)電機(jī)(2)與電網(wǎng)(3)斷開(圖6e)，并且第二附加阻抗(6)被激活(Czs)(圖6c)。明顯地，如圖6d所示，在此時(shí)刻結(jié)束無功電流(iq)到電網(wǎng)(3)中的注入，并且所產(chǎn)生的功率在第二附加阻抗(6)中耗散。當(dāng)電網(wǎng)(3)的電壓(U)返回至其標(biāo)稱值時(shí)，如圖6a所示，定子電壓和電網(wǎng)(3)的電壓被同步，并且發(fā)電機(jī)
(2)重新連接至電網(wǎng)(3)，據(jù)此，使第二附加阻抗(6)無效。
權(quán)利要求
1.一種抗電壓跌落的發(fā)電系統(tǒng)(1)，所述發(fā)電系統(tǒng)包括雙饋發(fā)電機(jī)(2)，所述雙饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過背靠背變換器(4)連接至電網(wǎng)(3)，并且所述雙饋發(fā)電機(jī)的定子連接至所述電網(wǎng)(3 )，其特征在于，所述發(fā)電系統(tǒng)包括: 并聯(lián)連接在所述發(fā)電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子與所述背靠背變換器(4)之間的至少一個(gè)第一附加阻抗(5); 連接至所述發(fā)電機(jī)(2)的定子的至少一個(gè)第二附加阻抗(6)，以及 能夠管理所述附加阻抗(5、6)的至少一個(gè)控制單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)(1)，其中，所述發(fā)電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子連接至風(fēng)輪機(jī)(7)。
3.一種用于操作根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)(I)的方法，其特征在于，所述方法包括: -檢測(cè)所述電壓跌落， -保持連接至所述電網(wǎng)(3)，并且在所需要的時(shí)間段內(nèi)利用所述第一附加阻抗(5)， -注入所需要的無功電流， -檢測(cè)到在這些條件下經(jīng) 過了最大操作時(shí)段， -將定子與所述電網(wǎng)(3)斷開并激活所述第二附加阻抗(6)，包括: 〇控制發(fā)電機(jī)(2)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，利用所述第二附加阻抗(6)， 〇檢測(cè)電網(wǎng)(3)的電壓重新確立為操作范圍內(nèi)的值， 〇將定子電壓與電網(wǎng)(3)的電壓同步， 〇將所述定子連接至所述電網(wǎng)(3 )，并且使所述第二附加阻抗(6 )無效。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙饋發(fā)電機(jī)(2)，雙饋發(fā)電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子通過背靠背變換器(4)連接至電網(wǎng)(3)，并且雙饋發(fā)電機(jī)(2)的定子連接至電網(wǎng)(3)，本質(zhì)上，其特征在于，雙饋發(fā)電機(jī)(2)包括并聯(lián)連接在發(fā)電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子與背靠背變換器(4)之間的至少一個(gè)第一附加阻抗(5)；連接至發(fā)電機(jī)(2)的定子的至少一個(gè)第二附加阻抗(6)；以及能夠調(diào)節(jié)附加阻抗(5、6)的至少一個(gè)控制單元。
文檔編號(hào)H02P9/00GK103109083SQ201080068102
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2010年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月14日
發(fā)明者熱蘇斯·馬約爾盧沙雷塔, 艾恩華·卡爾卡馬約爾 申請(qǐng)人:英捷電力技術(shù)有限公司