專利名稱：功率轉(zhuǎn)換器控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于操作與發(fā)電機(jī)、并且更具體地與風(fēng)カ渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)相關(guān)聯(lián)的功率轉(zhuǎn)換器的方法。
背景技術(shù)：
目前，風(fēng)能已被鞏固為傳統(tǒng)能源的最穩(wěn)固的替選。該鞏固是由于所使用的技術(shù)的改進(jìn)，這使得可以享有所安裝的風(fēng)カ發(fā)電機(jī)和風(fēng)カ發(fā)電廠的數(shù)量大大增長。然而，這種增長可能會由于電網(wǎng)中由于高度的風(fēng)能滲透導(dǎo)致的融合問題而減慢。風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的主要問題之一與其對于電網(wǎng)中產(chǎn)生的事件(諸如電壓暫降)的性能相關(guān)。為此，當(dāng)今的大部分國家已被迫使規(guī)定風(fēng)力發(fā)電機(jī)針對所述電壓暫降的性能，并且這些規(guī)定正變得越來越嚴(yán)格。所安裝的大量風(fēng)カ渦輪機(jī)使用雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)和全功率轉(zhuǎn)換器(FC)。這兩種技術(shù)均基于通過背對背或AC/DC/AC (交流-直流-交流)轉(zhuǎn)換器連接到電網(wǎng)的電カ發(fā)電機(jī)。在DFIG系統(tǒng)的情況下，轉(zhuǎn)換器連接在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與電カ電網(wǎng)之間，而在FC系統(tǒng)的情況下，其連接在發(fā)電機(jī)定子與電カ電網(wǎng)之間。所述AC/DC/AC轉(zhuǎn)換器基本上包括發(fā)電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)換器和電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器，二者借助于 DC總線來連接。所述發(fā)電機(jī)的主要缺點之一在于其在面對電網(wǎng)事件尤其是電壓暫降時的性能。在 DFIG系統(tǒng)的情況下，所述電壓暫降引起所述發(fā)電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)換器中出現(xiàn)升高的暫態(tài)電流，這會引起對所述轉(zhuǎn)換器的嚴(yán)重?fù)p壞，甚至引起所述轉(zhuǎn)換器的毀壞。在FC系統(tǒng)的情況下，電壓暫降的出現(xiàn)限制了對電網(wǎng)的電カ釋放。用于解決該缺點的最常用傳統(tǒng)解決方案之ー是在DC總線中包括斷路器 (chopper)。例如，在變速裝置中，以受控方式操作負(fù)載以釋放來自功率轉(zhuǎn)換器的連續(xù)總線的電カ已進(jìn)行了幾十年。圖1表示這種解決方案，其形成了現(xiàn)有技術(shù)的一部分(Source: Power electronics :converters, applications, and design, Nea Mohan, iid. John Wiley & Sons, 1989，421 頁，圖 14-20 (a))。在JP7194196中公開了斷路器的操作方法的ー個示例。所述斷路器包括多個根據(jù) DC總線的電壓電平而被激活和去激活(deactivate)的阻性分支。在美國專利US7015595中找到了操作斷路器的其它示例，該專利公開了ー種斷路器方法和操作系統(tǒng)。類似地，專利申請US2009079193A1公開了用于具有兩個分支的斷路器的控制方法。與斷路器相關(guān)聯(lián)的大部分控制實施滯環(huán)控制。滯環(huán)控制是根據(jù)功率轉(zhuǎn)換器的DC 總線的兩個預(yù)置電壓電平而激活或去激活斷路器的簡單控制。在轉(zhuǎn)換器用在針對電網(wǎng)暫態(tài)需要快速響應(yīng)的、到電網(wǎng)的連接應(yīng)用中的情況下，這種控制不允許足夠迅速的動態(tài)特性，從而使得總線電壓會脫離正常操作條件的范圍?，F(xiàn)有技術(shù)所提出的另ー解決方案是借助于PWM調(diào)制(脈寬調(diào)制)來控制斷路器。這種調(diào)制將總線的電壓電平維持在期望的電平，但是與本發(fā)明提出解決方案相比，需要更復(fù)雜且昂貴的硬件控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種通過提供電カ發(fā)電系統(tǒng)來解決上述缺點的控制方法，其針對電網(wǎng)中產(chǎn)生的事件(諸如電壓暫降或過電壓)，優(yōu)化電力發(fā)電機(jī)優(yōu)選地為風(fēng)カ渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)的操作和控制。本發(fā)明的方法旨在控制位于功率轉(zhuǎn)換器的DC總線中的斷路器。因此，其不僅控制 DC總線電壓(如在現(xiàn)有技術(shù)的滯環(huán)控制中一祥)，并且還控制從發(fā)電機(jī)或從電網(wǎng)進(jìn)入DC總線的電流。以此方式，其使得系統(tǒng)具有更強(qiáng)的可觀測性，這使得可以預(yù)測在電網(wǎng)中或發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生暫態(tài)的情況下的、DC總線的突然電壓變化。因此，減小了斷路器控制的響應(yīng)時間，這允許總是將DC總線的電壓維持在正常操作范圍之內(nèi)，從而防止系統(tǒng)的停エ或斷開。例如，當(dāng)在DFIG型系統(tǒng)中在電網(wǎng)中發(fā)生電壓暫降吋，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生電流暫態(tài)，這進(jìn)而產(chǎn)生了總線過電壓。觀察從發(fā)電機(jī)進(jìn)入DC總線的電壓的事實實現(xiàn)了對DC總線電壓將經(jīng)歷的變化的預(yù)測，以使得不需要等到DC總線電壓超過特定閾值才激活斷路器。類似地，如果進(jìn)入DC總線的電流減小，則控制方法允許不需要等到DC總線電壓下降到特定閾值以下才去激活斷路器。利用這種方法，實現(xiàn)了與其它系統(tǒng)類似的性能，其它系統(tǒng)的特征在于更復(fù)雜的硬件并使用基于PWM調(diào)制技術(shù)的控制方法。斷路器系統(tǒng)控制方法包括以下步驟-檢測DC總線電壓超過在正常條件下建立的最大操作限制，-使能斷路器激活允許，-根據(jù)DC總線電壓電平和從發(fā)電機(jī)或從電網(wǎng)進(jìn)入DC總線的電流的水平而激活斷路器的不同操作狀態(tài)，-檢測DC總線電壓電平在正常操作范圍之內(nèi)-使能斷路器去激活允許-根據(jù)DC總線電壓電平和從發(fā)電機(jī)或從電網(wǎng)進(jìn)入DC總線的電流的水平而去激活斷路器的不同操作狀態(tài)。從發(fā)電機(jī)或從電網(wǎng)進(jìn)入DC總線的電流從以下值之ー產(chǎn)生-在發(fā)電機(jī)中測得的電流-在電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器中測得的電流-在發(fā)電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)換器中測得的電流，以及-在DC總線中測得的電流。正常條件被理解為如下條件其中DC總線電壓取在由一般功率轉(zhuǎn)換器控制器建立的操作范圍內(nèi)的值。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，斷路器包括多個分支?；谒鶞y得的電流的水平，確定至少ー個斷路器分支的去激活是否會引起對DC總線的正確操作的危險過電壓。根據(jù)本發(fā)明的示例，基于所測得的電流的水平，確定斷路器分支之一的連接是否可以使得DC總線電壓減小到維持控制所需的最小閾值(最小操作電壓)以下。該最小操作電壓必須使得其工作在安全限制之內(nèi)，因此必須考慮電網(wǎng)電壓和發(fā)電機(jī)施加的電壓兩者。 無論該電壓是雙饋拓?fù)渲械霓D(zhuǎn)子的電壓還是全功率轉(zhuǎn)換器拓?fù)渲械亩ㄗ拥碾妷海溆钟勺兯傺b置來施加。在優(yōu)選實施例中，根據(jù)DC總線電壓電平和/或進(jìn)入DC總線的電流的水平來確定斷路器的激活。根據(jù)另ー優(yōu)選實施例，通過功率轉(zhuǎn)換器控制器的獨立或相關(guān)控制器來控制斷路器系統(tǒng)。


為了補(bǔ)充所進(jìn)行的描述并且為了幫助更好地理解本發(fā)明的特性，根據(jù)本發(fā)明的實際實施例的優(yōu)選示例，附上ー組圖作為所述描述的組成部分，其中以說明性而非限制性的附圖標(biāo)記來表示以下圖1示出了斷路器的現(xiàn)有技術(shù)的一般表示。圖2示出了具有多個分支的斷路器的現(xiàn)有技術(shù)的一般系統(tǒng)。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的控制圖。圖4示出了應(yīng)用于“η”個分支的斷路器的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的控制方法。
具體實施例方式以下，在記住上述附圖的情況下，描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。圖1表示形成現(xiàn)有技術(shù)的一部分的功率轉(zhuǎn)換器100的斷路器101。另ー方面，在圖2中可以觀察到由多個分支(1...Π)組成的斷路器系統(tǒng)201。分支 (1. . . η)中的每ー個又包括與至少ー個阻性元件203串聯(lián)的至少ー個開關(guān)元件202。所述圖2示出了開關(guān)元件202是具有反并聯(lián)ニ極管的IGBT晶體管。類似地，阻性元件203可以是電阻器或者具有并聯(lián)ニ極管的電阻器。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的斷路器201的一般控制圖，其包括從讀取 DC總線電壓(Vbus) 301開始的以下步驟-如果DC總線電壓(Vbus)301超過在正常條件下建立的最大操作限制(Vbus> Vb_J，則其借助于滯環(huán)塊302而使能斷路器激活允許(Ch0pper_enable =接通)303，-根據(jù)DC總線電壓電平(Vbus)301和從發(fā)電機(jī)(IgeneratJ或從電網(wǎng)(IgHd)進(jìn)入DC總線的電流(Iiabus)，激活斷路器201的不同操作狀態(tài)304 (cl. . . cm)。操作狀態(tài)304 (cl. . . cm) 被理解為可以通過激活或去激活(pl...pn)斷路器201的不同分支(1...Π)而實現(xiàn)的不同等效電阻水平(ReqyoReqmK例如，當(dāng)分支數(shù)量是4 (n = 4)吋，可以實現(xiàn)16個不同的等效電阻值(m = 16)，即，16個操作狀態(tài)304，-取決于所獲得的操作狀態(tài)304，確定斷路器201的分支(1.. . η)的所需激活或去激活(ρ1· · · ρη)，-如果DC總線電壓電平(Vbus)301在最小總線電壓電平以下(Vbus < Vbusmin)，則借助于滯環(huán)塊302使能斷路器去激活允許201 (chopper_enable =關(guān)斷)303。在優(yōu)選實施例中，根據(jù)進(jìn)入DC總線的電流的水平(Iin.bus)執(zhí)行斷路器201的激活確定。在本實施例中，正常條件必須被理解為如下條件其中，總線電壓(Vbus)在由最小總線電壓(Vbusmin)和最大總線電壓(Vbusmax)建立的范圍內(nèi)。圖4示出了本發(fā)明的另ー優(yōu)選實施例的控制方法。如果DC總線電壓電平(Vbus) 301 超過在正常條件下建立的最大操作限制(Vbus > Vbusmax)，則借助于滯環(huán)塊302使能斷路器的激活允許(Ch0pper_enable =接通)303。取決于所測得的進(jìn)入DC總線的電流的水平(Iin. bus)，區(qū)分兩種不同的控制序列-如果進(jìn)入DC總線的電流(Iin.bus)超過一定百分比的額定電流，則根據(jù)操作狀態(tài)表304，基于所達(dá)到的DC總線電壓電平(Vbus) 301確定要連接的等效電阻值(Req1. .. Reqm)。-如果進(jìn)入DC總線的電流(Iin.bus)在一定百分比的額定電流以下，則根據(jù)操作狀態(tài)表304，基于所達(dá)到的總線電壓電平(Vbus) 301確定要連接的等效電阻值(Req1. . . Reqffl)， 但是狀態(tài)限制于最小狀態(tài)(Mir^tate)401，(在示例中，限制于狀態(tài)5)。以此方式，低于最小電阻值(在示例中為1Ω)的電阻器將不被連接，這將引起過度的電流消耗和DC總線電壓(Vbus) 301下降到正常操作范圍以下。一旦確定了需要連接的等效電阻值，則根據(jù)表305確定斷路器201的不同分支 (l...n)的激活或去激活(pl...pn)。在連接了斷路器201的情況下，當(dāng)DC總線電壓(Vbus) 301減小時，根據(jù)表305中的特定狀態(tài)，去激活相應(yīng)斷路器201的分支(1. . . η)。取決于所測得的進(jìn)入DC總線的電流的水平(Iin.bus)，區(qū)分兩種不同的控制序列-如果進(jìn)入DC總線的電流(Iin.bus)超過一定百分比的額定電流，則迫使從等效電阻狀態(tài)進(jìn)入到下一依次更大的狀態(tài)402。該漸進(jìn)電阻增加防止電流的突然崩潰引起可能損壞系統(tǒng)的過電壓。這種斷開允許將不被使能，從而在非連續(xù)狀態(tài)(Rrantral)之間改變。-如果進(jìn)入DC總線的電流(Iin.bus)在一定百分比的額定電流以下，或者DC總線電壓電平(Vbus) 301足夠低403，則斷路器201的順序斷開過程可以使得DC總線電壓(Vbus) 301 減小到操作范圍內(nèi)允許的最小電平以下。在該情況下，將允許從ー個等效電阻到另ー非連續(xù)電阻的跳躍。該斷開允許將被使能，從而在非連續(xù)狀態(tài)(R。。ntMl)之間改變。一旦DC總線電壓電平(Vbus)301在最小總線電壓電平以下(Vbus < Vbusmin)，并且斷路器201的所有分支(1. . . η)都已被去激活，則借助于滯環(huán)塊302來使能斷路器201的去激活允許(chopper_enable =關(guān)斷)303。在以下表1中，取決于等效電阻值而示出不同的操作狀態(tài)304。表 權(quán)利要求
1.一種與發(fā)電機(jī)相關(guān)聯(lián)的功率轉(zhuǎn)換器控制方法，所述轉(zhuǎn)換器的特征在于DC總線中的斷路器001)，其特征在干，所述方法包括以下步驟-檢測DC總線電壓(Vbus) (301)超過確定所述斷路器O01)的激活的閾值，-使能斷路器O01)激活允許，-根據(jù)DC總線電壓電平(Vbus) (301)和從所述發(fā)電機(jī)或從電網(wǎng)進(jìn)入所述DC總線的電流的水平(Iin.bus)而激活所述斷路器O01)的不同操作狀態(tài)(304)，-檢測DC總線電壓電平(Vbus) (301)低于確定所述斷路器O01)的去激活的閾值，-使能斷路器O01)去激活允許-根據(jù)DC總線電壓電平(Vbus) (301)和從所述發(fā)電機(jī)或從所述電網(wǎng)進(jìn)入所述DC總線的電流的水平(Iiabus)而去激活所述斷路器O01)的所述不同操作狀態(tài)(304)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，進(jìn)入所述DC總線的電流(Iiabus)從選自以下的值獲得-在所述發(fā)電機(jī)中測得的電流-在電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器中測得的電流-在發(fā)電機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)換器中測得的電流，以及-在所述DC總線中測得的電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所示的控制方法，其特征在干，激活和去激活包括多個分支(1.. . η) 的斷路器001)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在干，根據(jù)所述斷路器Ο01)的所述分支 (1. · · η)的激活或去激活(pi. · · pn)來實現(xiàn)不同的等效電阻水平(Req1. · · Reqffl)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所示的控制方法，其特征在干，根據(jù)進(jìn)入所述DC總線的電流的水平 (Iin.bus)進(jìn)行所述斷路器O01)的激活確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所示的控制方法，其特征在干，如果進(jìn)入所述DC總線的電流(Iin.bus) 超過一定百分比的額定電流，則基于所達(dá)到的DC總線電壓水平(Vbus) 301確定要連接的等效電阻值(Req1. · · Reqm)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在干，如果進(jìn)入所述DC總線的電流(Iin.bus) 在一定百分比的額定電流以下，則基于所達(dá)到的總線電壓電平(Vbus) (301)確定要連接的等效電阻值(Req1. . . Reqm)，并且建立最小電阻值。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在干，如果進(jìn)入所述DC總線的電流(Iin.bus) 超過一定百分比的額定電流，則迫使從等效電阻狀態(tài)進(jìn)入下一依次更大的狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在干，如果進(jìn)入所述DC總線的電流(Iin.bus) 在一定百分比的額定電流以下，或者DC總線電壓電平(Vbus) (301)足夠低，則允許從ー個等效電阻(Req1. · · Reqffl)到另ー非連續(xù)電阻的跳躍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種功率轉(zhuǎn)換器控制方法，其針對電力電網(wǎng)中產(chǎn)生的諸如電壓暫降或過電壓的事件而優(yōu)化電力發(fā)電機(jī)的操作和控制，該方法包括以下步驟檢測DC總線電壓電平(Vbus)(301)超過在正常條件下建立的最大操作限制；使能斷路器(201)的激活允許；根據(jù)DC總線電壓電平(Vbus)(301)和從發(fā)電機(jī)進(jìn)入DC總線的電流(Iin.bus)而激活斷路器(201)的不同操作狀態(tài)(304)；檢測DC總線電壓電平(Vbus)(301)在正常操作范圍內(nèi)；使能斷路器(201)的去激活允許；根據(jù)DC總線電壓電平(Vbus)(301)和從發(fā)電機(jī)進(jìn)入DC總線的電流(Iin.bus)而去激活斷路器(201)的不同操作狀態(tài)(304)。
文檔編號H02J1/14GK102545202SQ20111036911
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者埃內(nèi)科·奧萊亞奧雷吉, 大衛(wèi)·舒萊洛佩斯, 約蘇·埃洛里亞加拉諾斯, 艾恩華·卡爾卡馬約爾 申請人:英捷能源有限公司