集群双馈感应发电机风涡轮的低风操作制造技术

提供了用于在低风状况下操作可操作地耦合到DFIG风涡轮的集群的集群变压器的系统和方法。风涡轮集群系统可包括至少一个DFIG模块、集群变压器以及配置成至少部分地基于风参数来控制集群变压器的操作的控制装置。各个DFIG模块可包括双馈感应发电机和功率转换系统，双馈感应发电机包括配置成生成处于第一电压的AC功率的转子、配置成生成处于第二电压的AC功率的定子，功率转换系统耦合到转子以将处于第一电压的功率转换成处于第二电压的功率。集群变压器可配置成从至少一个DFIG模块接收处于第二电压的功率并将处于第二电压的功率转换成处于第三电压的功率。

Low wind operation of wind turbine of cluster doubly fed induction generator

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】集群双馈感应发电机风涡轮的低风操作
本公开大体上涉及可再生能源，并且更特别地涉及用于在低风状况下操作双馈感应发电机风涡轮的系统和方法。
技术介绍
作为用于发电的可再生能源，风涡轮已受到越来越多的关注。在常规的风场中，多个风涡轮可布置成一个或多个集群。各个集群可包括连接到收集系统(诸如33kV的收集系统)的多个风涡轮。在典型的配置中，双馈感应发电机(DFIG)风涡轮可包括转子和定子。转子可配置成以第一电压(诸如690V)发电，并且定子可配置成以第二电压(诸如6kV)发电。功率转换器可耦合到转子，功率转换器可转换来自转子的功率并将其提供给三绕组式变压器上的辅助绕组。三绕组式变压器可具有例如耦合到收集系统的33kV的初级绕组、耦合到定子的6kV的次级绕组和耦合到功率转换器的690kV的辅助绕组，并且可配置成将来自转子和定子二者的功率转换成33kV的AC功率。收集系统(诸如33KV的收集系统)可耦合到风涡轮的集群中的各个三绕组式变压器的初级绕组，并且可将来自一个或多个集群的功率提供给连接到电网的变压器。连接到电网的变压器可将功率转换成适合于在传输系统上传输的电压。在风场的操作期间，诸如速度和方向的风状况可随时间而变化。例如，风速可在正常操作的时段(诸如5m/s或更大的风)到低风状况的时段(诸如小于5m/s的风)之间变化。在低风状况期间，DFIG的转子速度可下降，并且如果转差速度(即，同步频率与转换成电频率的转子速度之间的差)下降到转差速度阈值以下，则功率转换器可能不能够保持连接到转子绕组。该转差速度阈值可归因于功率转换器中的功率半导体装置(例如MOSFET)的等级。当发生这种情况时，可触发系统保护方案，该方案可关闭DFIG并防止在低风状况期间产生功率。
技术实现思路
本专利技术的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而为显然的，或可通过实践本专利技术而认识到。本公开的一个示例性方面涉及一种风涡轮集群系统。风涡轮集群系统可包括至少一个双馈感应发电机(DFIG)模块。各个DFIG模块可包括双馈感应发电机，其包括转子和定子。转子可配置成生成处于第一电压的AC功率，且定子可配置成生成处于第二电压的AC功率。各个DFIG模块可进一步包括可操作地耦合到转子的功率转换系统。功率转换系统可配置成将处于第一电压的功率转换成处于第二电压的功率。风涡轮集群系统可进一步包括集群变压器，集群变压器配置成从至少一个DFIG模块接收处于第二电压的功率，并将处于第二电压的功率转换成处于第三电压的功率。风涡轮集群系统可进一步包括控制装置，控制装置配置成至少部分地基于风参数来控制集群变压器的操作。本公开的另一示例性方面涉及一种用于操作集群变压器的方法。集群变压器可以可操作地耦合到一个或多个双馈感应发电机(DFIG)模块。各个DFIG模块可包括DFIG和功率转换系统。集群变压器可配置成将来自一个或多个DFIG模块的功率转换成适合于施加到电网的功率。该方法可包括以正常风模式操作集群变压器。该方法可进一步包括通过控制装置来确定第一风参数。该方法可进一步包括通过控制装置来确定第一风参数是否小于阈值。当第一风参数小于阈值时，该方法可进一步包括通过控制装置来将集群变压器控制成低风操作模式。本公开的又一示例性方面涉及一种风场。风场可包括多个风涡轮集群和风场控制装置。各个风涡轮集群可包括多个双馈感应发电机(DFIG)模块和可操作地耦合到多个DFIG模块的集群变压器。各个DFIG模块可包括DFIG，DFIG可包括转子和定子。转子可配置成生成处于第一电压的AC功率，且定子可配置成生成处于第二电压的AC功率。各个DFIG模块可进一步包括可操作地耦合到转子的功率转换系统。功率转换系统可配置成将处于第一电压的功率转换成处于第二电压的功率。各个集群变压器可配置成将来自风涡轮集群中的多个DFIG模块的处于第二电压的功率转换成适合于施加到电网的功率。风场控制装置可配置成至少部分地基于测量或预测的风参数来控制各个风涡轮集群中的集群变压器的操作。参考以下描述和所附权利要求书，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在本说明书中并构成其部分的附图示出了本专利技术的实施例，并与描述一起用于阐释本专利技术的原理。附图说明在参考附图的说明书中阐述了本专利技术(包括其最佳模式)的针对本领域普通技术人员的完整且充分的公开，在附图中：图1描绘了根据本公开的示例性方面的示例性双馈感应发电机(DFIG)风涡轮模块；图2描绘了根据本公开的示例性方面的示例性风场的方面；图3描绘了根据本公开的示例性方面的集群变压器；图4描绘了根据本公开的示例性方面的集群；图5描绘了根据本公开的示例性方面的示例性双馈感应发电机(DFIG)风涡轮模块；图6描绘了根据本公开的示例性方面的方法；以及图7描绘了适合于在用于实施根据本公开的示例性实施例的一个或多个方面的控制装置中使用的元件。具体实施方式现在将详细地参考本专利技术的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。各个示例通过本专利技术的阐释而非本专利技术的限制的方式来提供。实际上，对于本领域技术人员而言将为明显的是，可在本专利技术中作出多种修改和变型而不脱离本专利技术的范围或精神。例如，示出或描述为一个实施例的部分的特征可与另一实施例一起用于产生另外的其它实施例。因此，意图的是，本专利技术涵盖如归入所附权利要求书及其等同体的范围内的这样的修改和变型。本公开的示例性方面涉及用以在低风状况期间操作DFIG风涡轮的系统和方法。根据本公开的示例性方面，风涡轮集群系统可包括至少一个DFIG模块、集群变压器以及配置成至少部分地基于风参数来控制集群变压器的操作的控制装置。各个DFIG模块可包括DFIG，DFIG可包括转子和定子。转子可配置成生成处于第一电压的多相交流(“AC”)功率，并且定子可配置成生成处于第二电压的多相AC功率。各个DFIG模块还可包括可操作地耦合到转子的功率转换系统。功率转换系统可配置成将处于第一电压的功率转换成处于第二电压的功率。例如，DFIG可具有配置成生成处于13.8kV的电压的功率的定子和配置成生成处于690V的电压的功率的转子。功率转换系统可配置成将来自转子的690V的功率转换成与来自定子的功率相同的电压(即13.8kV)。集群变压器可配置成从一个或多个DFIG模块接收功率，并将功率转换成适合于施加到电网的电压。例如，集群变压器可配置成将功率从13.8kV变换成132kV。在一个或多个实施例中，集群变压器可为有载抽头变换(“OLTC”)变压器。例如，OLTC变压器可在变压器的初级绕组或次级绕组上包括多个抽头，其中各个抽头位置配置成允许电流流过分立数量的绕组，以便向上或向下调整电压变换。OLTC变压器可配置成允许在变压器在操作中时(即在不中断功率流的情况下)改变电压。OLTC变压器可为例如机械式、电子辅助式或全电子式OLTC变压器。在其它实施例中，集群变压器可为具有用于低风操作的第一抽头和用于正常操作的第二抽头的变压器。例如，集群变压器可为具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风涡轮集群系统，包括：/n至少一个双馈感应发电机(DFIG)模块，各个DFIG模块包括：/nDFIG，其包括转子和定子，所述转子配置成生成处于第一电压的AC功率，并且所述定子配置成生成处于第二电压的AC功率；以及/n功率转换系统，其可操作地耦合到所述转子，所述功率转换系统配置成将处于所述第一电压的功率转换成处于所述第二电压的功率；/n集群变压器，其配置成从所述至少一个DFIG模块接收处于所述第二电压的功率并将处于所述第二电压的所述功率转换成处于第三电压的功率；以及/n控制装置，其配置成至少部分地基于风参数来控制所述集群变压器的操作。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170407 US 15/4820721.一种风涡轮集群系统，包括：
至少一个双馈感应发电机(DFIG)模块，各个DFIG模块包括：
DFIG，其包括转子和定子，所述转子配置成生成处于第一电压的AC功率，并且所述定子配置成生成处于第二电压的AC功率；以及
功率转换系统，其可操作地耦合到所述转子，所述功率转换系统配置成将处于所述第一电压的功率转换成处于所述第二电压的功率；
集群变压器，其配置成从所述至少一个DFIG模块接收处于所述第二电压的功率并将处于所述第二电压的所述功率转换成处于第三电压的功率；以及
控制装置，其配置成至少部分地基于风参数来控制所述集群变压器的操作。


2.根据权利要求1所述的风涡轮集群系统，其特征在于，所述集群变压器包括有载抽头变换变压器，并且
其中，所述控制装置配置成至少部分地基于所述风参数来改变所述有载抽头变换变压器的所述抽头的位置。


3.根据权利要求1所述的风涡轮集群系统，其特征在于，所述集群变压器包括具有用于低风操作的第一抽头和用于正常操作的第二抽头的变压器，并且
其中，所述控制装置配置成至少部分地基于所述风参数而在所述第一抽头与所述第二抽头之间改变所述抽头的位置。


4.根据权利要求1所述的风涡轮集群系统，其特征在于，所述集群变压器包括具有用于低风操作的第一绕组和用于正常操作的第二绕组的变压器，并且
其中，所述控制装置配置成至少部分地基于所述风参数而在向所述第一绕组提供功率与向所述第二绕组提供功率之间切换。


5.根据权利要求1所述的风涡轮集群系统，其特征在于，所述功率转换系统包括：
第一总线，其电连接到所述转子；
AC-DC功率转换器，其电连接到所述第一总线，所述AC-DC功率转换器配置成从所述第一总线接收处于所述第一电压的AC功率；
DC链路，其电连接到所述AC-DC功率转换器，并配置成从所述AC-DC功率转换器接收DC功率；
DC-AC功率转换器，其电连接到所述DC链路，所述DC-AC功率转换器配置成从所述DC链路接收DC功率并将所述DC功率转换成AC功率；以及
变压器，其电连接到所述DC-AC功率转换器，所述变压器配置成将来自所述DC-AC功率转换器的所述AC功率变换成处于所述第二电压的AC功率。


6.根据权利要求1所述的风涡轮集群系统，其特征在于，所述功率转换系统包括：
第一总线，其电连接到所述转子；
AC-DC功率转换器，其电连接到所述第一总线，所述AC-DC功率转换器配置成从所述第一总线接收处于所述第一电压的AC功率；
DC链路，其电连接到所述AC-DC功率转换器，并配置成从所述AC-DC功率转换器接收DC功率；以及
谐振式DC-DC-AC功率转换器，其配置成从所述DC链路接收DC功率并将所述DC功率转换成处于所述第二电压的AC功率。


7.根据权利要求1所述的风涡轮集群系统，其特征在于，所述风参数包括即时的风参数。


8.根据权利要求1所述的风涡轮集群系统，其特征在于，所述风参数包括针对未来时间段的预测的风参数。


9.根据权利要求1所述的风涡轮集群系统，其特征在于，当所述风参数包括低于阈值的风参数时，所述控制装置配置成控制所述集群变压器以低风模式操作。


10.一种用于操作集群变压器的方法，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：S舒克拉，G贾尼雷迪，JL博伦贝克，R巴拉，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US