用于减少发电厂的电输出中的谐波的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于减少发电厂的电输出（即，电压和电流）中的谐波的方法。发电厂经由公共耦合点与电网连接。发电厂的转换器通过所应用的脉冲宽度调制方案提供相应的电气转换器输出，该脉冲宽度调制方案被用于相应的转换器中。相应转换器的电输出被汇总以生成发电厂的电输出。发电厂的电输出经由公共耦合点被提供给电网。在发电厂的电输出中测量由转换器生成的载波边带谐波。至少一个所选的转换器的载波信号在其相位中被调整，直到发电厂的电输出中的指定和特征谐波减少到给定阈值以下。

Methods for reducing harmonics in the electrical output of power plants

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于减少发电厂的电输出中的谐波的方法本专利技术涉及一种用于减少发电厂的电输出（即，电压和电流）中的谐波的方法。谐波是参考公共耦合点来消除的，该公共耦合点将发电厂与外部电网连接。发电厂的转换器共同地与公共耦合点耦合，因此每个转换器经由公共耦合点向外部电网提供相应的电气转换器输出。发电厂可以是风力发电厂（风电场）或太阳能发电厂等。转换器使用脉冲宽度调制方案来生成每个转换器的相应电输出。众所周知的是，这种设置会在公共耦合点处引起“载波边带”谐波。图6示出了根据已知现有技术的风电场WF的原理概览。风电场WF包括N个数量的风力涡轮机WT。每个风力涡轮机WT包括由风W驱动的转子ROT。转子ROT与发电机G连接，发电机G用于基于风W来生成具有可变频率f1的电力。发电机G与AC/AC转换器CONV连接，该AC/AC转换器用于将具有可变频率f1的电力转换成具有稳定且与电网兼容的频率f2的电力，频率f2例如在给定和预定义的频率偏差范围内优选地是50Hz或60Hz。AC-AC转换器CONV以串行连接包括AC/DC子转换器和随后的DC/AC子转换器。所连接的子转换器的公共DC链包括用于平衡DC电源的电容器。AC/AC转换器CONV经由阻抗Zc与变压器TR连接，该变压器TR用于将相应电力的电压的幅度变换成与电网兼容的电压值。考虑到风电场WF的风力涡轮机WT，所有变压器TR是并联的，并且它们的输出经由公共耦合点PCC共同地与外部电网GR连接。该电网GR可以是较大电力设施的子电网的一部分，或者甚至可以是外部电网运营商的电网。转换器CONV是在内部使用高频开关以用于频率转换的功率电子转换器。这导致在风电场WF的输出电压VabcN和输出电流IabcN中引入谐波频谱。这些谐波在影响电网GR的公共耦合点PCC处被看到。在风电场WF中，每个风力涡轮机WT经由相应的转换器CONV而促成这些谐波的生成。考虑到电网的强制性功率质量规定，谐波的生成是不期望的。根据该规定，谐波需要保持在给定水平以下，电网调节方案和电网标准中也规定了该给定水平。本专利技术的目的是，提供一种改进的方法，以减少或甚至消除发电厂、即风电场的输出电压和电流中的谐波。该目标由权利要求1的特征所达到。本专利技术的优选配置由从属权利要求来解决。根据所专利技术的方法，减少了发电厂的电输出中的谐波。发电厂经由公共耦合点与电网连接。发电厂的转换器通过所应用的脉冲宽度调制方案提供相应的电气转换器输出，该脉冲宽度调制方案被用于相应的转换器中。相应转换器的电输出被汇总以生成发电厂的电输出。发电厂的电输出经由公共耦合点被提供给电网。在发电厂的电输出中测量由转换器生成的载波边带谐波。至少一个所选的转换器的载波信号在其相位中被调整，直到发电厂的电输出中的指定和特征谐波减少到给定阈值以下。在优选的配置中，在公共耦合点处测量载波边带谐波。在优选的配置中，至少一个转换器的载波信号在其相位中被调整，直到其变得被反转为止。在优选的配置中，减少了发电厂的电输出的电压和/或电流中的谐波。在优选的配置中，发电厂的电输出经由公共耦合点被提供给电网运营商的电网。在优选的配置中，电输出由太阳能发电厂生成，并且经由公共耦合点被提供给电网。在优选的配置中，由风力发电厂生成的电输出经由公共耦合点被提供给电网，而风电场包括多个风力涡轮机。每个风力涡轮机以串行连接包括转子、发电机、AC/AC转换器和变压器，并且同时变压器的输出经由公共耦合点与外部电网连接。风力经由转子和发电机而被变换成具有可变第一频率的电力。具有可变第一频率的电力经由AC/AC转换器并且经由变压器被变换成具有限定的第二频率的电力，而该电力的电压份额示出了限定的幅度。所有变压器的电力在公共耦合点中被汇集（summonup），并且被提供给外部电网。在公共耦合点处测量电力的电压份额的谐波和/或电力的电流份额的谐波。至少一个所选的转换器的载波信号在其相位中被调整，直到所测量的谐波减少到给定阈值以下。在优选的配置中，基于搜索算法来完成载波信号的相位调整。搜索算法在转换器状态的可用空间中生成随机搜索。该状态由以下事实来定义：相应的载波相位是否改变。在优选的配置中，搜索算法实时分析相应的载波相位调整和所测量的谐波的所得量值改变。在优选的配置中，搜索算法实时控制相应的载波相位调整。在优选的配置中，某些风力涡轮机的转换器的载波信号被移位180°，因此相应的载波信号被反转。在优选的配置中，转换器是满量程（fullscale）转换器。上述搜索算法朝着最优载波相位调整的方向发展。仅那些会导致减少或消除测量点处的谐波的量值的载波信号调整被允许。因此，找到了特征谐波的局部最优。本专利技术基于以下事实：某些类的所生成的谐波被链接到在调制过程中使用的载波的相位。如果转换器与公共耦合点并联连接，则在每个风力涡轮机中使用的载波的相位中存在固有差异。在优选的配置中，某些转换器中的载波信号被反转，因此载波信号的相位被移位180°。这是某些脉冲宽度调制（PWM）方案的性质，该方案被利用在本专利技术的优选配置中，以在测量点（即，公共耦合点）处实现谐波减少或甚至谐波消除。在优选的配置中，关于要反转哪个载波信号的选择基于实时完成的随机爬山搜索。随机爬山仅仅是如它是最简单的那样的一种方法。通常，甚至可以使用其他搜索算法。搜索算法用于通过将N个并行转换器的系统中的所选转换器中的载波信号及其波形反转来最小化预定得分函数（即，反映那些需要被最小化的谐波失真，或反映特定的谐波量值）。在优选的配置中，搜索算法的输出包括一串二进制数。该串中的一个位对应于每个风力涡轮机中的载波的状态。这允许对转换器生成的电压和电流频谱进行简单的在线调整，而无需时序同步信号。搜索算法可以被应用于风电场的每个转换器的任何初始状态，并且适用于任何风电场设置。唯一的要求是从每个风力涡轮机控件或风力涡轮机转换器到通常已经可用的中央位置的通信信道。在优选的配置中，当风电场的风力涡轮机处于生产模式下时，完成谐波水平的降低。因此，它们在线并且与电网连接，从而将功率提供至电网中。因此，相应转换器的输出信号被实时地适配。本专利技术允许通过影响风电场内部的风力涡轮机来降低公共耦合点处的特征谐波水平。这种降低基于在风电场的每个风力涡轮机处达到的局部最优。以如下方式来选择每个风力涡轮机的局部最优：减少、避免或消除在公共耦合点处的所产生的谐波。例如，如果由于维修工作而使风电场的风力涡轮机退出生产模式，则可以立即改变谐波的生成。本专利技术实时抵消了公共耦合点处的谐波中的任何改变，从而立即减少或甚至避免了对外部电网的任何影响。不需要将本地风力涡轮机信息发送到搜索算法。搜索算法仅允许改进在风电场与电网的连接点处进行的测量的解决方案。这产生了简化的数据处理的优点。本专利技术可以容易地在现有风电场中实现。借助于附图更详细地示出了本专利技术。附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于减少发电厂的电输出中的谐波的方法，同时发电厂经由公共耦合点与电网连接，/n- 其中，发电厂的转换器通过所应用的脉冲宽度调制方案提供相应的电气转换器输出，所述脉冲宽度调制方案被用于相应的转换器中，/n- 其中所述转换器的电输出被汇总以生成发电厂的电输出，/n- 其中发电厂的电输出经由所述公共耦合点被提供给电网，/n其特征在于，/n- 在发电厂的电输出中测量由所述转换器生成的载波边带谐波，以及/n- 至少一个所选的转换器的载波信号在其相位中被调整，直到发电厂的电输出中的指定和特征谐波减少到给定阈值以下。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170405 DE 102017205816.11.一种用于减少发电厂的电输出中的谐波的方法，同时发电厂经由公共耦合点与电网连接，
-其中，发电厂的转换器通过所应用的脉冲宽度调制方案提供相应的电气转换器输出，所述脉冲宽度调制方案被用于相应的转换器中，
-其中所述转换器的电输出被汇总以生成发电厂的电输出，
-其中发电厂的电输出经由所述公共耦合点被提供给电网，
其特征在于，
-在发电厂的电输出中测量由所述转换器生成的载波边带谐波，以及
-至少一个所选的转换器的载波信号在其相位中被调整，直到发电厂的电输出中的指定和特征谐波减少到给定阈值以下。


2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述公共耦合点处测量载波边带谐波。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中至少一个转换器的载波信号在其相位中被调整，直到其变得被反转为止。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，减少发电厂的电输出的电压和/或电流中的谐波。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中发电厂的电输出经由所述公共耦合点被提供给电网运营商的电网。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中由太阳能发电厂生成的电输出经由所述公共耦合点被提供给电网。

【专利技术属性】
技术研发人员：E格斯特，KH延森，帅磊，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK