用于操作风力涡轮功率变流器的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及用于操作风力涡轮功率变流器的方法和系统。提供了一种用于为负载提供输出功率的功率发生系统（２００）。该功率发生系统（２００）包括：构造成以便产生交流（ＡＣ）输入功率的发电机（１２０）；耦接到发电机上的功率变流器系统（２０２），该功率变流器系统包括构造成以便将ＡＣ输入功率转换成输出功率且为负载提供该输出功率的多个变流器线路（２２４，２２６，２２８，２３０）；以及耦接到功率变流器系统上的变流器控制系统（２０４），该变流器控制系统构造成以便至少部分地基于发电机的被监测的操作特性来为功率变流器系统提供第一开关模式和第二开关模式其中之一。

【技术实现步骤摘要】

本公开的领域大体涉及风力涡轮的功率发生，且更具体而言涉及通过降低存在于 风力涡轮功率变流器中的功率损失来提高风力涡轮效率。
技术介绍
风力涡轮使用风来发电。风力涡轮通常包括容纳发电机的机舱。风力涡轮通常还 包括转子，转子包括附连到旋转轮毂上的多个转子叶片。风力涡轮转子联接到发电机上，其 中，风力涡轮转子将风能转换成旋转能，该旋转能用来使发电机的转子旋转。与涡轮的恒定 速度操作相比，风力涡轮的可变速度操作有利于增强涡轮对能量的捕获。但是，风力涡轮的 可变速度操作会产生具有变化的电压和/或频率的电。更具体地，由可变速度风力涡轮产 生的电的频率与转子的旋转速度成比例。可在发电机和公用电网之间耦接功率变流器。该 功率变流器输出具有固定的电压和频率的电，以便于在公用电网上进行输送。一些已知的功率变流器包括能够处理高电流和高电压的半导体开关。通常，半导 体开关的迅速开关对于变流器的功率输出的质量来说是有益的。但是，半导体开关可能由 于热限而不能够以高频率操作。为了克服热限，可将过滤器和扼流圈耦接到半导体开关的 输出上，以从电中过滤掉谐波含量。这种过滤可不利地影响功率变流器的效率。
技术实现思路
在一方面，提供了一种用于为负载提供输出功率的方法。该方法包括将多线路的 功率变流器系统耦接到交流(AC)发电机上，且耦接到负载上，并且监测AC发电机的至少一 个操作特性。该方法还包括至少部分地基于至少一个被监测的操作特性来为多线路的功率 变流器系统提供第一开关模式和第二开关模式其中之一。该方法还包括将多线路的功率变 流器系统构造成以便根据第一开关模式和第二开关模式来操作，以及将发电机所提供的AC 输入功率转换成用于输送到负载的输出功率。在另一方面，提供了一种用于为负载提供输出功率的功率发生系统。该功率系统 包括构造成以便产生交流(AC)输入功率的发电机和耦接到该发电机上的功率变流器系 统。该功率变流器系统包括构造成以便将AC输入功率转换成输出功率且为负载提供该输 出功率的多个变流器线路。该功率系统还包括耦接到功率变流器系统上的变流器控制系 统。该变流器控制系统构造成以便至少部分地基于发电机的被监测的操作特性来为功率变 流器系统提供第一开关模式和第二开关模式其中之一。在又一方面，提供了一种用于提高多线路的功率变流器系统的效率的方法。该方 法包括将共模电感器定位在该多线路的功率变流器系统的至少一个线路内。共模电感器包 括至少一个气隙。该方法还包括确定共模电感器的通量密度，以及确定共模电感器的最大 共模电感值，该最大共模电感值将共模电感器的通量密度保持在预定范围内。该方法还包 括将共模电感器构造成以便提供确定的共模电感值。附图说明 234功率分配面板236变压器320共模电感器322发电机侧电感器324气隙328负载侧电感器330发电机侧变换器332负载侧变换器334第一相336第二相338第三相340六个功率开关342六个功率开关350波形组合器352PWM 过滤器354差模扼流圈356电感构件358电容构件360共模扼流圈370共模电流400流程图402方法410将多线路的功率变流器系统耦接到AC发电机上且耦接到负载上412监测AC发电机的至少一个操作特性414至少部分地基于至少一个被监测的操作特性来为多线路的功率变流器系统 提供第一开关模式和第二开关模式其中之一416将多线路的功率变流器系统构造成以便根据第一开关模式和第二开关模式 其中之一来操作418将多线路的功率变流器系统构造成以便将AC发电机所提供的AC输入功率 转换成输出功率以便于输送到负载420将共模电感器定位在多线路的功率变流器系统的至少一个线路内500流程图502方法510 将共模电感器定位在多线路的功率变流器系统的至少一个线路内，该共模 电感器包括至少一个气隙512确定共模电感器的通量密度514 确定共模电感器的最大共模电感值，该最大共模电感值将共模电感器的通 量密度保持在预定范围内516将共模电感器构造成以便提供确定的共模电感值具体实施例方式本文描述的各实施例包括风力涡轮，且更具体而言，包括用于与风力涡轮一起使 用的功率变流器系统。各实施例的技术效果包括通过降低功率变流器损失来提高功率变流 器系统的效率。虽然描述为包括在风力涡轮内，但是本文描述的功率变流器系统可包括在 任何适当的功率发生源内或耦接到任何适当的功率发生源上，以便于将输入功率转换成输 出功率。图1是风力涡轮100的一个示例性实施例的侧面透视图。风力涡轮100大体包括 容纳发电机(未在图1中示出)的机舱102。机舱102安装在塔架104上，在图1中显示了 塔架104的一部分。风力涡轮100还包括转子106，转子106包括附连到旋转轮毂110上的 多个转子叶片108。虽然图1所示的风力涡轮100包括三个转子叶片108，但是不存在对本 文描述的各实施例所需的转子叶片108的数量的具体限制。因此，可提供额外的或更少的 转子叶片108。图2是机舱102 (在图1中示出)的剖面侧面透视图。在该示例性实施例中，各种 构件容纳在风力涡轮100的塔架104上的机舱102中。另外，可基于本领域已知的因素和条 件来选择塔架104的高度。在一些实施例中，控制面板112内的一个或多个微控制器(未 在图2中示出)形成用于整体系统监测和控制(包括桨距和速度调节、高速轴和偏航制动 器应用、偏航和泵马达应用，以及功率水平和故障监测)的控制系统。可在一些实施例中使 用备选的分布式或集中式控制构架。在各实施例中，控制系统对可变叶片变桨驱动器114提供控制信号，以控制由于 风而驱动轮毂110的叶片108 (在图1中示出)的桨距。轮毂110和叶片108共同形成风 力涡轮转子106 (在图1中示出)。风力涡轮100的传动系包括连接到轮毂110和齿轮箱 118上的主转子轴116(也称为“低速轴”)，在一些实施例中，主转子轴116使用双路径几何 结构来驱动封闭在齿轮箱118内的高速轴。使用高速轴(在图2中未显示)来驱动由主框 架132支承的发电机120。在一些实施例中，通过联接件134来传递转子扭矩。发电机120 可为任何适当的类型，例如且不限制，为绕线转子感应发电机，例如双馈感应发电机。作为 非限制性实例，另一种合适的类型是多极发电机，其可在直接驱动式构造中以主转子轴116 的速度操作而无需齿轮。图3是包括多线路的功率变流器系统202的功率发生系统200的一个示例性实施 例的简图。在该示例性实施例中，功率发生系统200包括发电机120 (在图2中示出)、功率 变流器系统202和变流器控制系统204。在该示例性实施例中，功率发生系统200至少部 分地定位在机舱102 (在图1中示出)内。功率发生系统200构造成用于为负载212供应 功率。在该示例性实施例中，功率变流器系统202包括多个功率变流器，例如，变流器214、 216,218和220。虽然被示为包括四个变流器214、216、218和220，但是可包括使功率变流 器系统202能够如本文描述的那样起作用的任何适当数量的变流器。发电机120构造成以便产生交流(AC)功率。因为由发电机120产生的AC功率被 提供给功率变流器系统202，所以产生的AC功率在本文被称为AC输入功率2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于为负载提供输出功率的功率发生系统（２００），所述功率发生系统包括：构造成以便产生交流（ＡＣ）输入功率的发电机（１２０）；耦接到所述发电机上的功率变流器系统（２０２），所述功率变流器系统包括构造成以便将所述ＡＣ输入功率转换成输出功率且为所述负载提供所述输出功率的多个变流器线路（２２４，２２６，２２８，２３０）；以及耦接到所述功率变流器系统上的变流器控制系统（２０４），所述变流器控制系统构造成以便至少部分地基于所述发电机的被监测的操作特性来为所述功率变流器系统提供第一开关模式和第二开关模式其中之一。

【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，A克洛多夫斯基，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]