具有对于变化的转子速度受到补偿的双馈感应发电机的可变速度风力涡轮机制造技术

公开了一种可变旋转速度风力涡轮机，其包含双馈感应发电机、用于控制发电机转子电流的转子电流控制器、具有计算装置的补偿装置以及用于向补偿装置提供输入的装置，输入至少表示发电机转子的瞬时角速度。计算装置被布置为依赖于发电机转子的所述瞬时角速度地计算瞬时补偿控制输出，并将补偿控制输出馈送到发电机转子，计算风力涡轮机运行中的所述补偿控制输出，以便至少部分地对发电机传递函数极点位置的转子角速度依赖性进行补偿，由此，使得结果得到的发电机传递函数实质上不依赖于风力涡轮机运行过程中转子角速度的变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种包含双馈感应发电机的可变速度风力涡轮机以及用于对于变化的转子速度对发电机进行补偿的方法。
技术介绍
一般而言，商业风力涡轮机可被分为固定速度涡轮机和可变速度涡轮机。对于固定速度涡轮机，电力的产生仅仅对于一个特定的风速进行最优化，而对于可变速度涡轮机，可对于宽广范围的风速实现最优电力输出。从九十年代后期以来，所实现的较大的风力涡轮机的主要部分已经为可变速度涡轮机，其与固定速度涡轮机相比需要更为复杂的电气系统。另外，新的电网要求增大了现代风力涡轮机的电气系统的复杂性。通过将风力涡轮机的发电机的定子经过将电输出从发电机输出频率变为标称电网频率的AC-AC转换器(例如背对背转换器或矩阵转换器)连接到电网，可实现满范围的可变速度涡轮机。这样的系统的优点在于，至少在原理上，从0RPM到出于安全原因允许的最大速度的满速度范围可用于产生电力。另一方面，缺点在于AC-AC转换器必须是额定的(rated)，以便处理涡轮机的满输出电力。为了减少对AC-AC转换器的要求，已经知道使用有限范围的可变速度系统，例如双馈感应发电机(DFIG)系统。在标准DFIG系统中，定子通常经由变压器直接连接到电网，而转子经由滑环(slip rings)和AC-AC转换器被连接到电网。系统速度范围的限制依赖于AC-AC转换器，因为经过转子的电力量与电气转子速度和发-->电机的同步速度(定子场速度)之间的差成比例。在这里以及在下文中，术语“电气转子速度”指的是机械转子速度和转子极对数的乘积。DFIG系统具有公知的缺点，即由于有功与无功电流之间的交叉耦合引起的通量动态(flux dynamics)中的振荡的不良阻尼，这使得系统可能在某些情况下不稳定，并使转子电流控制器的工作复杂化，其中，转子电流控制器的主要任务是限制转子电流，以便防止AC-AC转换器脱扣或故障。应当注意，尽管转子电流控制器实际上为电流控制器，来自控制器的输出控制信号可包含一个或更多的电压以及电流，因为转子电流可通过控制转子电压间接地受到非常好的控制。避免振荡的传统方法是，相比于系统中的电力环的带宽，以某个参数，减小转子电流控制器的带宽，然而，这使得转子电流控制器对电网条件变化的反应较慢。另外，控制器性能(带宽、上升时间等)依赖于转子速度，其在最好的情况下带来高鉴定和测试成本，在最坏的情况下可引起控制器不稳定以及硬件故障。论文“Control of a Doubly-Fed Induction Generator for Wind EnergyConversion Systems”(F.Poitiers，M.Machmoum，R le Doeuff和M.E.Zaim，Ecole Polytechnique de l’Universitéde Nantes，Saint Nazaire，France)介绍了通过分别控制有功与无功电力对在定子与电网之间交换的电力的控制。公开了DFIG系统的模型，示出了电力控制的框图。然而，该论文中讲到，有功与无功电力之间的交叉耦合具有小的影响且可被忽略，其与现代风力涡轮机领域工作的大多数人的共有经验不一致。在论文“Stability Analysis of Field Oriented Doubly-Fed InductionMachine Drive Based on Computer Simulation”(Song Wang和YunshiDing，Department of Electrical Drive Automation，Automation ResearchInstitute of Ministry of Metallurgical Industry，Beijing，People’s Republicof China，1993)中，给出了DFIG系统模型的不同运行特性的计算机仿真。该仿真模型介绍了电压前馈功能，其减弱了在分别沿d轴与q轴的电流之间的交叉耦合。然而，并没有公开实际的补偿方法。-->博士学位论文“Analysis，Modeling and Control of Doubly-FedInduction Generators for Wind Turbines”(Andreas Petersson，Department of Electric Power Engineering，Chalmers University ofTechnology，Sweden，2003)公开了用于交叉耦合补偿的多种不同的方法，所有方法处理振荡和带宽问题。所提到的所有方法均具有缺点，例如测量得到的信号的不必要的差分、转子电流控制器带宽的减小、对额外的变换器硬件的需要等等。国际专利公开WO 2004/098261公开了一种具有DFIG的可变速度风力涡轮机，其转子电流控制器调节产生磁通的转子电流，以便保证风力涡轮机可在市电网电压波动和/或暂态的情况下保持连接(“穿越(ridethrough)”)。然而，该系统没有提供对上面提到的由于通量动态振荡引起的系统潜在不稳定的问题的解决方案。由于人们认识到风力涡轮机传动系(drive train)中的振荡问题已有几年了，已经提出了不同的解决方案来解决或至少减轻这些问题。在国际专利申请WO 99/07996中公开了在具有DFIG的风力涡轮机中基于发电机转子速度控制传动系阻尼特征的一个系统。这里，具有前馈阻尼滤波器的转矩指令发电机用于响应于测量得到的发电机转子速度产生所命令的转矩，转矩经由转子电流受到转矩控制器的控制，PID控制器基于实际发电机转子速度与目标发电机转子速度之间的差进行桨距调节。本专利技术的目的在于提供一种双馈感应发电机(DFIG)系统，其中，上面讨论的可能的振荡可以以改进的方式受到控制或实质上得到避免。本专利技术的另一目的在于提供一种DFIG系统，其具有控制电力输出品质的改进能力，这对于满足最新的电网要求是必要的。另外，本专利技术的目的在于提供被补偿的DFIG系统，与传统的DFIG系统相比，其不需要测量所得的信号的差分，也不需要额外的硬件。
技术实现思路
本专利技术涉及一种可变旋转速度风力涡轮机，其包含：-->风力涡轮机转子，其包含一个或更多的叶片，双馈感应发电机，其被耦合到风力涡轮机转子，转子电流控制器，其被布置为对发电机转子的电流进行控制，补偿装置，其具有计算装置，以及用于向补偿装置提供输入的装置，输入至少表示发电机转子的瞬时角速度。其中，计算装置被布置为依赖于发电机转子的所述瞬时角速度地计算瞬时补偿控制输出，并将补偿控制输出馈送到发电机转子，计算装置被布置为计算风力涡轮机运行过程中的所述补偿控制输出，以便至少部分地对发电机传递函数极点位置的转子角速度依赖性进行补偿，由此，使得风力涡轮机运行过程中结果得到的发电机传递函数实质上不依赖于转子角速度的变化。应当注意，由此间接解决了发电机通量动态中的振荡问题，即通过控制发电机的结果得到的瞬时传递函数，所述传递函数主要由发电机的有功及无功转子与定子电流之间的关系构成。表示转子瞬时角速度的补偿装置的输入可以为来自寄存风力涡轮机转子角速度的编码器的输出，或者，其可以为一个或更多的转子电流或电压或基准电流或电压，其频率反映发电机转子的角速度。在本专利技术一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变旋转速度风力涡轮机，其包含：　风力涡轮机转子，其包含一个或更多的叶片，　双馈感应发电机，其被耦合到风力涡轮机转子，　转子电流控制器，其被布置为对发电机转子的电流进行控制，　补偿装置，其具有计算装置，以及　 　用于向补偿装置提供输入的装置，所述输入至少表示发电机转子的瞬时角速度，　其中，计算装置被布置为依赖于发电机转子的所述瞬时角速度地计算瞬时补偿控制输出，并将补偿控制输出馈送到发电机转子，计算装置被布置为计算风力涡轮机运行中的所述补偿控 制输出，以便至少部分地对发电机传递函数极点位置的转子角速度依赖性进行补偿，由此，使得结果得到的发电机传递函数实质上不依赖于风力涡轮机运行过程中的转子角速度变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DK 2007-4-30 PA200700654;US 2007-5-3 60/915,8361.一种可变旋转速度风力涡轮机，其包含：风力涡轮机转子，其包含一个或更多的叶片，双馈感应发电机，其被耦合到风力涡轮机转子，转子电流控制器，其被布置为对发电机转子的电流进行控制，补偿装置，其具有计算装置，以及用于向补偿装置提供输入的装置，所述输入至少表示发电机转子的瞬时角速度，其中，计算装置被布置为依赖于发电机转子的所述瞬时角速度地计算瞬时补偿控制输出，并将补偿控制输出馈送到发电机转子，计算装置被布置为计算风力涡轮机运行中的所述补偿控制输出，以便至少部分地对发电机传递函数极点位置的转子角速度依赖性进行补偿，由此，使得结果得到的发电机传递函数实质上不依赖于风力涡轮机运行过程中的转子角速度变化。2.根据权利要求1的风力涡轮机，其中，补偿控制输出被加到来自转子电流控制器的输出。3.根据权利要求1或2的风力涡轮机，其中，用于向补偿装置提供输入的装置进一步提供表示例如电流和电压等电气量的输入。4.根据权利要求3的风力涡轮机，其中，所述输入包括转子基准电流。5.根据权利要求3或4的风力涡轮机，其中，所述输入包括定子电流。6.根据权利要求3-5中任意一项的风力涡轮机，其中，所述输入包括转子电流。7.根据权利要求3-6中任意一项的风力涡轮机，其中，补偿装置的传递函数进一步被设计，以便计算控制输出，使得转子电流被有效地解耦合...

【专利技术属性】
技术研发人员：FB本迪克森，GK安德森，KB拉森，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统有限公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]