专利名称：与级联反馈异步发电机有关的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及级联反馈异步发电机，特别涉及在电网内存在扰动的情况下对这样的 发电机的控制。
背景技术：
级联反馈或双反馈异步发电机一般被风力电厂用作产生电能的发电机。级联反馈 异步发电机运行时，发电机的定子与要反馈的电网直接连接，而发电机的转子经由变频器 与电网连接。变频器包括两个可控电桥和在两个电桥之间的直流电压电路，该变频器根据 发电机的转速将转子功率从电网发送到转子电路或从转子电路发送到电网。通过变频器， 根据转速来激励发电机的转子，以使得定子中所产生的电压具有期望的频率。
管理电网的公司具有关于要连到电网的发电机应具备何种特性的规范。这些电网 规范确定比如在存在电网扰动的情况下风力电厂如何运行。这些规范之一是特别地涉及存 在电压骤降(voltage dip)时维持电网。待反馈电网中的电压可能由于比如短路或相应的 故障而突降。若干电网公司要求风力电厂不能由于电压骤降而与电网断开连接，而是风力 电厂要通过向发生故障的电网反馈无功功率来维持电网电压。
向电网反馈无功功率是与级联反馈异步发电机有关地通过利用变频器来控制异 步发电机转子的电流使得改变发电机的激励并由发电机的定子将无功功率反馈给电网来 实现的。
随着电网规范变得严格，使得无功电网维持尽可能快地提升到设定等级并且在达 到的等级上运行稳定变得越来越重要。由于级联发电机是旋转的机器，因此，难以在存在电 网扰动时对其精确控制。目前，期望的电流可由变频器，更确切的说，由变频器的电网电桥 (ISU)反馈给电网。与级联控制异步发电机相关的是，变频器的尺度是基于转子功率的，该 转子功率占整个运行功率的约I / 3。这样，额定的电网维持就不能仅由变频器来产生了。发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种能解决上述问题的方法和实现该方法的装 置。本发明的该目的由通过以独立权利要求所陈述的内容为特征的方法和装置来实现。在 从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。
本发明基于如下构思当通过级联驱动器的定子反馈无功电流时，控制该级联驱 动器的转子电路中的变频器以产生部分无功电流。特别地，利用该变频器的电网转换器来 产生定子电路由于动态变化而不能在电网中产生的那部分无功电流。
根据本发明的方法和装置的优点在于与现有技术相比，级联驱动器的电网维持 的性能可得到本质上的提升，并且无需改变该装置的尺度。
现在，参考附图，连同优选实施例对本发明进行更详细的描述，在附图中
图1为实现根据本发明的方法的装置的原理框图，以及
图2所示为电网维持(network support)的仿真结果。
具体实施方式
为控制级联反馈发电机，以已知的方式来使用变频器，并且变频器连接在发电机 转子和要反馈的电网之间。按照已知的方式，变频器包括两个逆变器(isu、INU)和在两个 逆变器之间的直流电压中间电路。图1示出了级联驱动器的原理图。变频器I的电网侧的 逆变器(ISU)也被称作网桥或电网转换器，而发电机侧的逆变器(INU)被称作负载桥。
在级联反馈发电机2运行期间，发电机侧的逆变器(INU)获取电网3的电压和定 子的电流的测量数据。当察觉到由于电网故障而造成的电网电压骤降时，发电机侧的逆变 器(INU)以这样的方式激励发电机转子，使得发电机开始向电网反馈无功电流以维持电网 中的电压。
依照本发明，根据测量的电网中的电压和定子电流来确定电网中的无功电流，SP 由发电机产生的用以维持电网中的电压的电流。
电网的无功电流优选以这种方式来确定根据所测量的电网中的电压来计算出电 网的电压的正序，并且相应地，根据所测量的定子电流来计算出定子电流的正序。根据计算 得到的正序来计算电网的无功电流。
例如可以以在下述出版物中描述的方式通过正序来确定无功电流Jouko Niiranen 所 著 的“About the Active and Reactive Power Measurements in Unsymmetrical Voltage Dip Ride-through Testing” (WIND ENERGY,200811:121-131)。 该出版物还公开了确定无功电流的其他方法。这样就知道了确定无功电流的方法。
根据所测量的电网中的电压，计算出基于电网要求而确定的无功电流中的指示。 当从无功电流的指示中减去由发电机产生的无功电流的量值时，就得到了已实现的无功 补偿和该指示之间的差值。依据本发明的构思，该差值被反馈给变频器I的电网转换器 (ISU)，以作为产生无功电流的指示。
在存在电网扰动的情况下，电压和电流几乎被连续地测量，这样通过电网转换器 获得的产生无功电流的指示被频繁地更新。由于电网转换器具有快速控制的特性，因此也 快速地产生对无功电流中的指示的响应。
无功电流可由电网转换器反馈，直到电网转换器的电流极限限制了补偿。需要说 明的是，电网转换器同时也用于与通过发电机产生无功电流相关的其他功能。
在图1中，通过用箭头符号表示功能进一步解释了本发明的方法。简单地说，该方 法包括测量(A)电网中的电压和定子中的电流。当电网中的电压降低时，通过发电机的定 子反馈无功电流(B)。在已经确定由发电机反馈的无功电流的量值后，无功电流中的指示与 所确定的无功电流的差值被反馈(C)给逆变器的ISU，以作为无功电流中的指示。ISU向电 网反馈(D)无功电流，并且总补偿(E)包括要通过定子反馈的无功电流(B)和由ISU反馈的 无功电流(D)。
图2为应用根据本发明的方法的仿真结果。图2示出了电网中的电压21的对称 的下降，以及在该对称下降过程中需要的无功电流的基本值22。曲线23显示了由定子提供 的无功维持。这里可以看出，由定子实现的补偿23如何不能完全符合基本值22。由定子实现的补偿和补偿指示之间的差就是要反馈给电网逆变器的差值。
当本发明的构思付诸实践时，由变频器产生的无功电流使得由级联驱动器提供的 补偿更有效并更精确。由发电机提供的补偿是动态上不精确的，而基于电网转换器(ISU)提 供的误差变量而反馈的无功电流由于其速度而更正了此不精确性。
本发明的方法可由被提供有设有所需的电压和电流的测量和所需的控制部件的 的变频器来实现。在变频器的控制单元中，有能够实现所需的计算的相当的计算容量和控 制电路。所需的计算还可以在变频器外部的处理器中执行。
对于本领域的技术人员显然的是随着技术进步，本发明的基本构思可以用多种 不同的方式实现。因此本发明及其实施例不限于上述描述的示例，而是可以在权利要求的 范围内变化。
权利要求
1.一种控制级联反馈异步发电机的方法，该方法与该发电机反馈的电网的电压骤降有关，其中，在所述异步发电机的转子和所述电网之间连接有变频器，特征在于，所述方法包括测量所述电网中的电压的量值；根据所述电网中的电压，计算要反馈给所述电网的无功电流的基本值；由所述发电机来产生在所述电网中的无功电流；测量所述定子的电流；确定所述电网中的无功电流的实际值；计算所述无功电流的基本值与实际值之间的差；将所计算的差提供给所述变频器，以作为无功电流中的指示；以及由所述变频器根据所述无功电流中的指示产生在所述电网中的无功电流。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述变频器的负载桥(INU)来测量所述定子的电流和所述电网中的电压的量值。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由所述发电机产生在所述电网中的无功电流包括以下步骤由所述变频器的负载桥以这样的方式激励所述发电机，使得所述发电机产生无功电流。
4.如权利要求1、2或3的方法，其特征在于，确定所述无功电流量的实际值包括以下步骤计算在所述电网中的电压的正序和所述定子的电流的正序；以及根据所述正序来计算所述电网中的无功电流的实际值。
5.一种控制级联反馈异步发电机的装置，该装置与所述发电机反馈的电网的电压骤降有关，其中，在所述异步发电机的转子和所述电网之间连接有变频器，特征在于，所述装置包括测量所述电网中的电压的部件；根据所述电压计算要反馈给所述电网的无功电流的基本值的部件；控制所述发电机产生在所述电网中的无功电流的部件；测量所述定子的电流的部件；确定所述电网中的无功电流的实际值的部件；计算所述无功电流的基本值与实际值之间的差的部件；将所计算的差提供给所述变频器以作为无功电流中的指示的部件，使得所述变频器被设置为根据所述无功电流中的指示来产生在所述电网中的无功电流。
全文摘要
公开了与级联反馈异步发电机有关的方法和装置。一种与级联反馈异步发电机反馈的电网的电压骤降有关地控制级联反馈异步发电机的方法和装置，其中变频器连接在所述异步发电机的转子和所述电网之间。所述方法包括测量所述电网中的电压的量值；根据所述电网中的电压，计算要反馈给所述电网的无功电流的基本值；由所述发电机产生在所述电网中的无功电流；测量所述定子的电流；确定所述电网中的无功电流的实际值；计算所述无功电流的基本值与实际值之间的差；将所计算的差提供给所述变频器作为无功电流中的指示；以及由所述变频器根据所述无功电流中的指示来产生在所述电网中的无功电流。
文档编号H02J3/16GK103023038SQ20121035317
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月20日 优先权日2011年9月23日
发明者雷约·卡莱维·弗塔嫩 申请人:Abb公司