具有带多个初级绕组的集群变压器的电功率系统技术方案

本发明专利技术涉及具有带多个初级绕组的集群变压器的电功率系统，具体而言一种能够连接到电网的电功率系统包括电功率子系统的至少一个集群。每个电功率子系统包括电联接到具有发电机转子和发电机定子的发电机的功率转换器。每个电功率子系统限定定子功率路径和转换器功率路径，用于向电网提供功率。电功率系统还包括将电功率子系统的至少一个集群连接到电网的单个集群变压器。单个集群变压器包括多个低压(LV)初级绕组和至少一个中压/高压(MV/HV)次级绕组。

【技术实现步骤摘要】
具有带多个初级绕组的集群变压器的电功率系统
本公开总体上涉及电功率系统和子系统，并且更特别地涉及具有带多个初级绕组的集群变压器的电功率系统。
技术介绍
风力被认为是目前可用的最清洁、最环保的能量源之一，并且风力涡轮在这方面得到了越来越多的关注。现代风力涡轮通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片利用已知的翼型件原理捕获风的动能。例如，转子叶片典型地具有翼型件的横截面轮廓，使得在操作期间，空气流过叶片，在侧面之间产生压差。因此，从压力侧朝向吸力侧导向的升力作用在叶片上。升力在主转子轴上产生扭矩，主转子轴齿轮传动到发电机以产生电力。例如，图1和图2示出了根据常规构造的风力涡轮10和适合与风力涡轮10一起使用的相关联的电功率系统。如图所示，风力涡轮10包括机舱14，机舱14典型地容纳发电机28(图2)。机舱14安装在从支撑表面(未示出)延伸的塔架12上。风力涡轮10还包括转子16，转子16包括附接到旋转毂18的多个转子叶片20。当风冲击转子叶片20时，叶片20将风能转换成可旋转地驱动低速轴22的机械旋转扭矩。低速轴22被配置成驱动齿轮箱24(如果存在)，齿轮箱24随后升高低速轴22的低旋转速度，以便以增加的旋转速度驱动高速轴26。高速轴26大体上可旋转地联接到发电机28，以便可旋转地驱动发电机转子30。照此，旋转磁场可由发电机转子30感应，并且电压可在与发电机转子30磁联接的发电机定子32内感应。相关联的电功率可从发电机定子32传输到主三绕组变压器34，主三绕组变压器34典型地经由电网断路器36连接到电网。因此，主变压器34升高电功率的电压幅度，使得转换的电功率可进一步传输到电网。此外，如图所示，发电机28典型地电联接到双向功率转换器38，该双向功率转换器38包括转子侧转换器40，该转子侧转换器40经由调节的DC链路44接合到线路侧转换器42。转子侧转换器40将从转子30提供的AC功率转换成DC功率，并将DC功率提供给DC链路44。线路侧转换器42将DC链路44上的DC功率转换成适合于电网的AC输出功率。因此，来自功率转换器38的AC功率可与来自定子32的功率结合，以提供具有基本上保持在电网的频率(例如50Hz/60Hz)的频率的多相功率(例如三相功率)。如图2所示，图示的三绕组变压器34典型地具有(1)连接到电网的33千伏(kV)中压(MV)初级绕组33，(2)连接到发电机定子32的6至13.8kVMV次级绕组35，以及(3)连接到线路侧功率转换器42的690至900伏(V)低压(LV)三级绕组37。现在参考图3，多个风力涡轮10的各个电功率系统可布置在预定的地质位置，并且电连接在一起以形成风电场46。更具体地，如图所示，风力涡轮10可布置成多个组48，每组分别经由开关51、52、53单独地连接到主线50。此外，如图所示，主线50可电联接到另一个更大的变压器54，用于在将电力发送到电网之前进一步升高来自风力涡轮10的组48的电功率的电压幅度。工厂电气平衡(BoP)需要用于每个风力涡轮10的垫安装变压器(诸如主变压器4)，以便在涡轮级升高电压，并使用兆伏(MV)电气解决方案排除(evacuate)涡轮功率。然而，每个风力涡轮功率系统的主变压器的要求增加了风电场46的复杂性和成本。因此，从风力涡轮功率系统中取消这种变压器将是有利的。
技术实现思路
本专利技术的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可从描述中显而易见，或者可通过本专利技术的实践获知。在一个方面，本公开涉及一种能够连接到电网的电功率系统。电功率系统包括电功率子系统的至少一个集群。每个电功率子系统包括电联接到具有发电机转子和发电机定子的发电机的功率转换器。每个电功率子系统限定定子功率路径和转换器功率路径，用于向电网提供功率。电功率系统还包括将电功率子系统的至少一个集群连接到电网的单个集群变压器。单个集群变压器包括多个低压(LV)初级绕组和至少一个中压/高压(MV/HV)次级绕组。在一个实施例中，每个电功率子系统的每个转换器功率路径可包括部分功率变压器。在备选实施例中，每个电功率子系统可没有任何附加的变压器。在另一个实施例中，单个集群变压器可包括至少三个LV初级绕组。在另外的实施例中，电功率系统可包括电功率子系统的多个集群。在这样的实施例中，电功率系统可包括将电功率子系统的多个集群连接到电网的升压变压器。在附加实施例中，电功率子系统可为风力涡轮功率系统、太阳能功率系统、能量存储功率系统或它们的组合中的至少一个。例如，在一个实施例中，电功率子系统可包括风力涡轮功率系统中的一个或多个和至少一个附加的直流(DC)功率生成源(诸如一个或多个太阳能功率系统、一个或多个能量存储功率系统或它们的组合)。在另一个实施例中，发电机可包括双馈感应发电机(DFIG)、永磁同步发电机(PMG)或任何其它合适类型的发电机。在另一方面，本公开涉及一种在现场安装电功率系统并将电功率系统连接到电网以提供目标工厂电气平衡(BoP)的方法。该方法包括在共同的地理区域中布置电功率子系统的至少一个集群。每个电功率子系统包括电联接到具有发电机转子和发电机定子的发电机的功率转换器。每个电功率子系统限定定子功率路径和转换器功率路径，用于向电网提供功率。该方法还包括经由单个集群变压器将电功率子系统的至少一个集群连接到电网。单个集群变压器包括多个低压(LV)初级绕组和至少一个中压/高压(MV/HV)次级绕组。应当理解，该方法还可包括本文描述的任何附加步骤和/或特征。在又一方面，本公开涉及一种能够连接到电网的电功率系统。电功率系统包括至少一个电功率子系统，该电功率子系统具有电联接到具有发电机转子和发电机定子的发电机的功率转换器。每个电功率子系统限定定子功率路径和转换器功率路径，用于向电网提供功率。电功率系统还包括至少一个附加直流(DC)功率生成源和将至少一个电功率子系统和一个或多个附加DC功率生成源连接到电网的单个集群变压器。此外，单个集群变压器包括多个低压(LV)初级绕组和至少一个中压/高压(MV/HV)次级绕组。应当理解，电功率系统还可包括本文描述的附加特征中的任一者。技术方案1.一种能够连接到电网的电功率系统，所述电功率系统包括：电功率子系统的至少一个集群，所述电功率子系统中的每一个包括电联接到具有发电机转子和发电机定子的发电机的功率转换器，所述电功率子系统中的每一个限定用于将功率提供到所述电网的定子功率路径和转换器功率路径；和单个集群变压器，其将所述电功率子系统的所述至少一个集群连接到所述电网，所述单个集群变压器包括多个低压(LV)初级绕组和至少一个中压/高压(MV/HV)次级绕组。技术方案2.根据技术方案1所述的电功率系统，其特征在于，所述电功率子系统中的每一个的所述转换器功率路径中的每一个还包括部分功率变压器。技术方案3.根据技术方案1所述的电功率系统，其特征在于，所述电功率子系统中的每一个没有任何附加的变压器。技术方案4.根据技术方案1所述的电功本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种能够连接到电网的电功率系统，所述电功率系统包括：/n电功率子系统的至少一个集群，所述电功率子系统中的每一个包括电联接到具有发电机转子和发电机定子的发电机的功率转换器，所述电功率子系统中的每一个限定用于将功率提供到所述电网的定子功率路径和转换器功率路径；和/n单个集群变压器，其将所述电功率子系统的所述至少一个集群连接到所述电网，所述单个集群变压器包括多个低压(LV)初级绕组和至少一个中压/高压(MV/HV)次级绕组。/n

【技术特征摘要】
20190930 US 16/5874131.一种能够连接到电网的电功率系统，所述电功率系统包括：
电功率子系统的至少一个集群，所述电功率子系统中的每一个包括电联接到具有发电机转子和发电机定子的发电机的功率转换器，所述电功率子系统中的每一个限定用于将功率提供到所述电网的定子功率路径和转换器功率路径；和
单个集群变压器，其将所述电功率子系统的所述至少一个集群连接到所述电网，所述单个集群变压器包括多个低压(LV)初级绕组和至少一个中压/高压(MV/HV)次级绕组。


2.根据权利要求1所述的电功率系统，其特征在于，所述电功率子系统中的每一个的所述转换器功率路径中的每一个还包括部分功率变压器。


3.根据权利要求1所述的电功率系统，其特征在于，所述电功率子系统中的每一个没有任何附加的变压器。


4.根据权利要求1所述的电功率系统，其特征在于，所述单个集群变压器包括至少三个LV初级绕组。


5.根据权利要求1所述的电功率系统，其特征在于，还包括所述电功率子系统的多个集群。


6.根据权利要求5所述的电功率系统，其特征在于，还...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·K·蒂瓦里，R·K·布拉，R·G·瓦戈纳，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US