电能转换器系统及风力机发电系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种电能转换器系统及风力机发电系统。根据一个电能转换器系统的实施例，所述系统可包括：多个并行转换器；主变压器，所述主变压器具有单独的磁路，以便来自所述多个并行转换器的汇合电流在所述变压器中产生磁场，所述多个并行转换器电连接到所述主变压器；以及转换器控制装置，所述转换器控制装置电连接到所述多个并行转换器和所述主变压器。所述转换器控制装置可配置用于至少部分基于对电气故障条件的检测而中断所述系统中的电流。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开一种电能转换器系统及风力机发电系统。根据一个电能转换器系统的实施例，所述系统可包括：多个并行转换器；主变压器，所述主变压器具有单独的磁路，以便来自所述多个并行转换器的汇合电流在所述变压器中产生磁场，所述多个并行转换器电连接到所述主变压器；以及转换器控制装置，所述转换器控制装置电连接到所述多个并行转换器和所述主变压器。所述转换器控制装置可配置用于至少部分基于对电气故障条件的检测而中断所述系统中的电流。【专利说明】电能转换器系统及风力机发电系统
本技术总体上涉及一种转换器系统，确切地说，涉及包括变压器的替代电能转换器系统，所述变压器带有用于共模电流生成的磁通量的单独通路。
技术介绍
由于世界广泛关注使用化石燃料产生能量的不利结果，替代或可再生能量技术正不断发展。风能就是一个广受欢迎的可再生能量。风能的使用包括将风能转换成更为实用的能量形式，例如电能。在风力机中，通过风推动与转子相连的多片叶片来发电。风致使叶片旋转，并进而推动转子轴旋转，转子轴连接到用于发电的发电机。转子可以安装在外壳或机舱内，所述外壳或机舱置于构架或管状塔筒(有时高达300英尺)的顶部。公用级风力机(例如，被设计成向公用电网供电的风力机)可以包括大型转子(例如，直径为100或以上英尺)。这些转子的叶片可以将风能转换成驱动一个或多个发电机的旋转扭矩或力，所述发电机以旋转方式通过齿轮箱连接到转子。齿轮箱可以用于为发电机加快风力机转子固有的低旋转速度，以便有效地将机械能转换为电能，然后提供到公用电网。一些风力机所使用的发电机直接连接到转子而不使用齿轮箱。风力机中可以使用各种类型的发电机。风力机可以包括电能转换器系统。电能转换器系统通常用于将输入电流转换为所需的输出频率和电压电平，所述输入电流可以是固定频率交流电、可变频率交流电，或者直流电。转换器系统通常包括若干功率半导体开关，例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、集成栅换向晶闸管(IGCT或GCT)，或者金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)，这些开关以特定频率打开，以生成所需的转换器输出电压和频率。所述转换器输出电压随后提供到多个负载。本说明书中所述的“负载”意图广泛地包括电动机、电力网和电阻性负载等。随着风力机所需的功率电平升高，一些风力机系统可能需要一起并行运行的多个电能转换器来获得所需的额定功率。图1是包括多个并行转换器的传统电力系统的示意图。电力系统100可以配置用于将电力提供给负载120。供应的电力可以由发电机105产生，随后提供给电能转换器系统110。电能转换器系统110可以包括转换器110-1至110-N。转换器110-1至Iio-N可以并行连接，并且配置用于从发电机105接收电力。电能转换器系统110可以转换所接收的电力，并且将其通过给负载120。负载120可以包括电力网、电动机、电阻性负载等。电力系统100还可以包括转换器控制系统115。转换器控制系统115可以配置用于为电力系统100的操作提供控制信号。转换器控制器系统115可以连接到电能转换器系统110，并且配置用于根据预定开关模式驱动电能转换器系统110。由转换器控制系统115提供的预定开关模式可以实现多个并行转换器的同步选通，或者可以通过相移选通信号为每个转换器线程提供一种交错控制方式，以便降低总体的开关谐波分量，原因是消除了相移开关波形。在电能转换器系统110内运行的多个转换器可以提供高可用性和低失真。但是，使用多个并行转换器的电力系统可以形成在并行转换器之间流动的共模电流，因而需要提供共式扼流圈，或者以其他方式隔离发电机侧或者线路侧的转换器，以便中断转换器之间共模电流通路。如图2所示，在一些传统电力系统200中，使用共式扼流圈来保护负载120和发电机105。在此类现有电力系统200中，电能转换器系统110包括发电机侧的扼流圈205、直流(DC)链路215、负载侧扼流圈220和并行转换器210。发电机侧扼流圈205和负载侧扼流圈220抑制连接这两个转换器210的共模电流。但是，此传统解决方案可能十分昂贵且可靠性不足。此外，还需要考虑到电弧闪光事件的可能性，因为随着系统功率电平的提高，这些事件变得更为普遍。因此，随着电力系统所需的功率电平提高，需要提供具有一起运行的多个电能转换器的电力系统，随后，还需要通过适当的方式来优化并保护此类系统。根据本技术，这可以通过将多个并行转换器与多芯柱主变压器相组合。
技术实现思路
本技术的实施例可以解决上述的一些或全部需求。根据一个示例性实施例，本技术提供一种能源电能转换器系统。所述电能转换器可以包括:多个并行转换器；主变压器，所述主变压器具有至少一个单独的磁路，所述磁路用于变压器中由多个并行转换器中的电流总和产生的磁场，所述主变压器电连接到多个并行转换器；以及转换器控制装置，所述转换器控制装置电连接到多个并行转换器。所述转换器控制装置可以配置用于至少部分基于对电气故障条件的检测而中断系统中的电流。根据另一示例性实施例，本技术提供一种风力机发电系统。所述系统可以包括并行电能转换器装置，所述装置包括多个并行转换器和风力发电机，所述风力发电机电连接到所述并行电能转换器装置。所述风力发电机可以配置用于为所述并行电能转换器系统发电。所述系统可以进一步包括:转换器控制装置，所述转转器控制装置连接到所述并行电能转换器装置并且配置用于减小系统中电气故障的影响；以及主变压器，所述主变压器具有多芯柱铁芯以及缠绕在多芯柱铁芯的多个芯柱上的绕组。主变压器可以具有单独的磁路，用于变压器中由多个并行转换器中电流总和产生的磁场。参照附图来阅读以下说明可以清楚地了解本技术的其他实施例和方面。【专利附图】【附图说明】图1是包括多个并行转换器的传统电力系统的示意图。图2是包括共模扼流圈的传统电能转换器系统的示意图。图3是根据一个示例性实施例的替代电能转换器系统的示意图，所述替代电能转换器系统具有多个并行转换器和多芯柱变压器。图4是根据一个示例性实施例的替代电能转换器系统的另一示意图，所述替代电能转换器系统具有多个并行转换器和多芯柱变压器。图5是三芯柱变压器的示意图，所述三芯柱变压器不具有用于共模通量的通路。图6是根据一个示例性实施例的四芯柱变压器的示意图，所述四芯柱变压器具有用于共模通量的通路。图7是根据一个示例性实施例的五芯柱变压器的示意图，所述五芯柱变压器具有用于共模通量的通路。图8是根据一个示例性实施例的六芯柱变压器的示意图，所述六芯柱变压器具有用于共模通量的通路。图9是根据一个示例性实施例的用于优化替代电能转换器系统的方法的流程图。【具体实施方式】本说明书中将参考附图来更详细地描述本技术的示例性实施例，附图中示出了一些但并非全部实施例。事实上，本技术可以通过许多不同形式实施并且不应视作限于本说明中所述的实施例；相反，提供这些实施例的目的在于满足适用的法律要求。附图中相似的数字指代相似但并不必要相同或完全一致的元素。本说明书中所述的特定示例性实施例可以用于使用变压器(例如，多芯柱变压器)来优化电能转换器系统，所述变压器具有用于磁场的单独通路，以为电力系统中的共模电流生成的通量提供通路。在本文件中，将参考示例性风力系统来描述多个实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RG沃戈纳，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：实用新型
国别省市：