技術領域

本發明的主題是用于在電網中的電壓降期間控制與電網連接的發電機的系統和方法。

背景技術

近來，與電網連接的風力發電機和風場的數量顯著增長。出于此原因，電網連接要求變得日益嚴格，結果是風力發電機控制系統變得日益復雜。具體地，電網連接要求要求風力發電機在電網中的短持續時間的電壓降期間表現良好。

背靠背變流器是用于將發電機與電網連接的已知裝置。背靠背變流器包括通過DC鏈路連接的發電機側變流器和電網側變流器。背靠背變流器用于DFIG(雙饋感應發電機)系統中，在該情況下背靠背變流器將發電機的轉子與電網連接，而且在全變流器系統中，在該情況下，背靠背變流器將發電機的定子與電網連接。DFIG和全變流器系統兩者均是現有技術的部分。

更具體地，由于DFIG提供了多種優于大多數其它系統的經濟和技術方面的優勢，所以DFIG現在被廣泛地采用。在DFIG中，如果不采取措施，電網中的電壓降產生過渡相，造成轉子繞組中的過電壓，這對于發電機側變流器而言是破壞性的。

因此，為了滿足電網連接的要求，DFIG系統包括這樣的裝置：一方面，所述裝置允許在過渡相中保持發電機與電網連接，另一方面，保持對風力渦輪機的控制。該裝置通常稱為“電撬”或“電撬單元”。國際專利申請PCT/ES2006/000264公開了電撬單元，當檢測到電網中的電壓降時，激活電撬單元。電撬單元基本上通過短路來降低轉子繞組處的電壓，因此保護背靠背變流器的發電機側變流器。

近來，日益嚴格的電網連接要求要求較短的過渡相。然而，如果過早地去激活電撬單元，則破壞性電壓可能仍存在于轉子繞組中。因此，對于用于與電網連接的發電機的控制系統仍存在需求。

發明內容

通常，背靠看變流器設計成管理電力變換系統所要求的額定容量(在全變流器中為100％的風力渦輪機電力，并且在DFIG中為30％的風力渦輪機電力)。因此，背靠背變流器(例如，IGBT)的反并聯二極管被評估為不能承受在電壓降情況下可能出現的過電流，并且因此，在發電機側變流器不與發電機斷開連接的情況下可能出現故障。

為了解決該問題，本發明的第一方案描述了發電機控制系統，其包括背靠背變流器，所述背靠背變流器連接在發電機和電網之間，并且發電機控制系統進一步包括與發電機側變流器并聯的整流器件，所述整流器件串聯地連接在發電機和背靠背變流器的DC鏈路之間。

該新技術允許背靠背變流器在整個電壓降期間處于控制中，從而與現有的電撬系統相比能夠更早地將無功功率注入電網中。另外，背靠背變流器無需設計并制造為具有耐受極高電流的能力，因此更加經濟且更易于制造。

整流器件將發電機側的三相電壓和電流轉換成DC電壓和電流。優選地，整流器件包括：包括二極管的電橋；包括IGBT的電橋；或包括晶閘管的電橋。在整流器件包括有源元件(IGBT、晶閘管或其它元件)的情況下，可使整流器件工作以在檢測到電網中的電壓降之后的選定瞬間啟動本發明的控制系統。

因此，本發明的控制系統提供了發電機和與發電機側變流器并聯的DC鏈路之間的備選連接，允許發電機側的過能量進入DC鏈路，同時保持發電機側變流器處的電壓足夠低以防止其故障。

根據優選的實施方案，本發明進一步包括與整流器件串聯連接的半導體器件。半導體器件主要用于避免如下問題：當不存在電壓降時，電流從DC鏈路朝向發電機側返回，這是當使用一些類型的整流器件可能出現的問題。優選地，半導體器件包括兩個晶閘管或二極管，每個晶閘管或二極管分別連接DC鏈路的正極和負極和整流器件。當由有源元件形成時，半導體器件可進一步用于在檢測到電網中的電壓降之后在選定瞬間使本發明的控制系統運行。

輸送到DC鏈路的過能量可以多種方式來處理。例如，可使其朝向電網通過電網側變流器。根據另一優選的實施方案，本發明進一步包括與DC鏈路連接的能量耗散器件。能量耗散器件可以為任何類型(電容性的、電感性的或電阻性的)，而在優選的實施方案中，能量耗散器件為電阻性的，例如斬波電路，在該情況下耗散過能量。可選地，能量耗散器件可以為電容性的，在該情況下過能量被吸收并且隨后在電網中的電壓降之后釋放。作為附加的優勢，由于常規的背靠背變流器的DC鏈路通常包括電容器組，所以電容性的能量耗散器件可以并入電容器組中。

優選地，通過本發明的系統控制的發電機與風力渦輪機連接。

在本發明的另一優選的實施方案中，發電機為雙饋感應發電機(DFIG)，整流器件則與發電機的轉子連接。