用于改進的風力渦輪機發電機性能的系統技術方案

本發明專利技術涉及并公開一種用于改進風力渦輪機發電機性能的系統。在一個方面中，提供一種旋轉發電系統，該旋轉發電系統包括：用于產生變頻交流電的旋轉發電機；逆序電流調節器，該逆序電流調節器基于旋轉發電機的電頻率來確定和使用頻率依賴D軸逆序增益和Q軸逆序增益；以及用于控制電壓分量的系統，以用于基于D軸逆序增益和Q軸逆序增益來平衡由旋轉發電機產生的變頻交流電。進一步公開了一種用于平衡發電機電流的方法。

【技術實現步驟摘要】
用于改進的風力渦輪機發電機性能的系統
本專利技術總體涉及功率轉換系統。更具體地，本專利技術涉及用于旋轉發電系統中的功率轉換系統，以用于將由變速旋轉發電機產生的變頻交流電轉換成為向電網供電而具有受控振幅或頻率的交流電。
技術介紹
旋轉發電系統包括旋轉發電機和功率轉換系統，所述旋轉發電機用于通過發電機轉子的旋轉產生具有可變頻率的交流電，所述功率轉換系統用于將變頻交流電轉換成待供給至電網的具有受控振幅或頻率的交流電。這種旋轉發電系統的一個示例是變速風力渦輪機發電系統。變速風力渦輪機發電系統是與傳統形式的發電系相競爭的基于可再生能源的功率單元中的一種類型。因此，變速風力渦輪機發電系統依賴成本有效、可靠以及安全的裝置來捕獲風能并且將風能轉換成適于輸送到數英里之外的電能。在操作中，變速風力渦輪機發電系統包括由風轉動的多個旋轉葉片，所述多個旋轉葉片連接至轉子軸。葉片通過風的旋轉使轉子軸自旋以產生旋轉轉矩或旋轉力，該旋轉轉矩或旋轉力驅動一個或多個發電機，以將機械能轉換成電能。轉子軸和發電機安裝在殼體或機艙內，所述殼體或機艙定位在桁架或管狀塔架的頂部上。機艙中所產生的電能經由變壓器通過塔架向下分配至公用電網。變速風力渦輪機發電系統包括發電機，所述發電機所具有的轉速隨著風速發生變化并且所產生的交流電具有可變頻率。相比需要恒速操作的風力渦輪機發電機，變速風力渦輪機發電機能夠在一定范圍的風速下提供更多能量。用于變速風力渦輪機發電系統的功率轉換系統典型地包括發電機側電子功率轉換器，以用于在直流母線(DClink)處將變頻交流電轉換成直流電。線路(或電網)側電子功率轉換器也設置成用于在直流母線處將直流電轉換成為了向電網供電而具有受控振幅或頻率的交流電。電子功率轉換器可以由單個全尺寸轉換器或者多個并行操作的較小的轉換器構成，多個并行操作的較小的轉換器中的每一個轉換器都被稱作線程。期望將盡可能多的風力傳輸至電網。在變速風力渦輪機發電系統的發電期間，發電機電流或線程電流能夠由于轉換器、發電機或電纜中的電氣失衡而變得失衡。電流中的這種失衡能夠造成發電機的功率下降的出現，從而導致風力渦輪機的發電低效。
技術實現思路
本申請所公開的實施例包括一種旋轉發電系統，該旋轉發電系統包括：用于產生變頻交流電的旋轉發電機；逆序電流調節器，該逆序電流調節器基于旋轉發電機的電頻率來確定和使用頻率依賴逆序增益；以及用于控制電壓分量的系統，以用于基于逆序增益來平衡由旋轉發電機產生的變頻交流電。本申請中所公開的實施例還包括一種變速風力發電系統，該變速風力發電系統包括：用于產生三相變頻交流電的變速風力渦輪機發電機；逆序電流調節器，該逆序電流調節器基于變速風力渦輪機發電機的電頻率來確定和使用頻率依賴逆序增益；以及用于控制電壓分量的系統，以用于基于逆序增益來平衡由變速風力渦輪機發電機產生的三相變頻交流電。本申請所公開的實施例還包括一種用于平衡發電機電流的方法，該方法包括以下步驟：獲取旋轉發電機的電頻率；基于所獲取的旋轉發電機的電頻率來確定逆序增益；基于所確定的逆序增益來產生逆序電壓信號；以及使用所產生的逆序電壓信號來平衡由旋轉發電機產生的變頻交流電。通過以下詳細描述對上文所述的以及其它的特征進行舉例說明。附圖說明結合示出了本專利技術的各種實施例的附圖，通過下文對本專利技術的各個方面的詳細描述，本專利技術的這些以及其它特征將變得更加易于理解。圖1是根據一個實施例的聯接至電網的旋轉發電系統的方框圖。圖2是根據一個實施例的圖1的旋轉發電系統中所采用的示例性永磁發電機控制器的示意圖。圖3是根據一個實施例的圖2的永磁發電機控制器中所采用的示例性發電機逆序調節器的示意圖。圖4示出了根據一個實施例的用于多個不同頻率的D軸逆序增益和Q軸逆序增益的曲線圖。圖5是根據一個實施例的用于平衡發電機電流的過程的流程圖。附圖標記列表：10變速風力渦輪機發電系統34線路轉換器和控制器12渦輪機控制器36角速度14槳距控制信號38直流母線16槳距控制器40渦輪機變壓器18渦輪機葉片50逆序電流調節器20第一軸52轉換橋22齒輪箱54角速度測量24永磁發電機56矢量解調器26發電機軸58矢量旋轉和PWM調制部件28電網60Uq*調制指令32永磁發電機轉換器和控制器62Ud*調制指令64電壓調節和直流總線補償部100Q軸電流調節器誤差件102D軸電流調節器誤差66選通信號104發電機電角度68D軸電流控制器106發電機電頻率70通量參考108Q軸電流反饋信號72發電機通量110D軸電流反饋信號74發電機通量和轉矩計算部件120矢量解調器76D軸電流指令122Iq誤差信號78Q軸電流指令124Id誤差信號80D軸電流調節器126積分器82Q軸電流調節器128信號84Vd*電壓信號130信號86Vq*電壓信號132頻率依賴集88電壓前饋部件134D軸逆序增益90D軸前饋電壓136Q軸逆序增益92Q軸前饋電壓140交叉耦合乘法器/加法器電路94VseqVq*信號142矢量旋轉96VseqVd*信號144帶寬增益具體實施方式本文中所公開的實施例涉及用于旋轉發電系統中的功率轉換系統，以用于將由變速旋轉發電機產生的變頻交流電轉換成為了向電網供電而具有受控振幅或頻率的交流電。用于變速風力渦輪機發電系統的功率轉換系統典型地包括發電機側電子功率轉換器，以用于在直流母線處將變頻交流電轉換成直流電。線路(或電網)側電子功率轉換器也設置成用于在直流母線處將直流電轉換成為了向電網供電而具有受控振幅或頻率的交流電。電子功率轉換器可以由單個全尺寸或多個并行操作的較小的轉換器構成，并行操作的較小的轉換器中的每一個轉換器都被稱作線程。期望將盡可能多的風力傳輸至電網。本文中對逆序電流調節器進行描述，該逆序電流調節器用于平衡線程電流，以使傳輸至電網的風力最大化。下文所述的逆序電流調節器關于單個轉換器，但是通常應用于多線程轉換器。例如，多線程轉換器能夠包括四(4)個線程，四個線程中的每一個線程都能夠包括本專利技術的逆序電流調節器。結果是線程電流平衡并且發電機電流平衡。這對任何數量的線程而言都是可行的。首先參照如圖1中所示的旋轉發電系統。在該實施例中，旋轉發電系統包括變速風力渦輪機發電系統10(“風力渦輪機系統10”)。盡管本文中所述的內容關于變速風力渦輪機發電系統，但是本專利技術的實施例能夠應用于其它的旋轉發電系統，所述其它的旋轉發電系統具有以可變速度進行操作的旋轉發電機。其它類型的旋轉發電系統的示例例如可以包括燃氣渦輪機、微型渦輪機、以及海洋流體動力學裝置。當風況充分時，渦輪機控制器12向風力渦輪機系統10中的各子控制器系統傳達控制信號。控制信號中的一個控制信號是槳距控制信號14，槳距控制信號14被提供給槳距控制器16，以設定一組渦輪機葉片18的槳距，以便調節第一軸20傳輸給齒輪箱22的轉速。齒輪箱22通過發電機軸26聯接至永磁發電機24。渦輪機控制器12通過槳距控制信號14、轉矩指令30、永磁發電機轉換器和控制器32(“發電機轉換器”32)、以及再生線路轉換器和控制器34(“線路轉換器34”)來調節提供給電網28的功率。提供給電網28的實際功率受到發電機轉換器32和線路轉換器34(以及相關控制器)的控制并且被確定成是轉矩指令30和發電機軸26的角速度36的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種旋轉發電系統，所述旋轉發電系統包括：旋轉發電機，所述旋轉發電機用于產生變頻交流電；逆序電流調節器，所述逆序電流調節器基于所述旋轉發電機的電頻率來確定和使用頻率依賴逆序增益；以及用于控制電壓分量的系統，以基于所述逆序增益來平衡由所述旋轉發電機產生的變頻交流電。

【技術特征摘要】
2011.10.26 US 13/281,8791.一種旋轉發電系統，所述旋轉發電系統包括：旋轉發電機，所述旋轉發電機用于產生變頻交流電；逆序電流調節器，所述逆序電流調節器基于所述旋轉發電機的電頻率來確定和使用頻率依賴逆序增益；以及用于控制電壓分量的系統，以基于所述逆序增益來平衡由所述旋轉發電機產生的變頻交流電，所述逆序電流調節器進一步構造成：獲取所述旋轉發電機的電頻率；基于所獲取的所述旋轉發電機的電頻率來確定所述逆序增益；并且基于所確定的逆序增益來產生逆序電壓信號。2.根據權利要求1所述的旋轉發電系統，其特征在于，所述頻率依賴逆序增益包括D軸逆序增益和Q軸逆序增益。3.根據權利要求1所述的旋轉發電系統，其特征在于，所述用于控制電壓分量的系統進一步構造成：基于由所述逆序電流調節器產生的所述逆序電壓信號來平衡所述旋轉發電機的變頻交流電。4.根據權利要求1所述的旋轉發電系統，其特征在于，所述旋轉發電系統進一步包括：發電機轉換器，所述發電機轉換器用于從所述旋轉發電機接收變頻交流電，其中所述控制電壓分量的系統對所述旋轉發電機與所述發電機轉換器之間的變頻交流電進行平衡。5.根據權利要求1所述的旋轉發電系統，其特征在于，所述旋轉發電機包括變速風力渦輪機發電機。6.根據權利要求5所述的旋轉發電系統，其特征在于，所述旋轉發電系統進一步包括：多個葉片，所述多個葉片用于使所述變速風力渦輪機發電機的軸旋轉。7.一種變速風力發電系統，所述變速風力發電系統包括：變速風力渦輪機發電機，所述變速風力渦輪機發電機用于產生三相變頻交流電；逆序電流調節器，所述逆序電流調節器基于所述變速風力渦輪機發電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：AM克羅多夫斯基，SA巴克，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：