用于变换电功率的变换器设备和方法技术

本发明专利技术涉及用于变换电功率的变换器设备和方法。描述了一种用于在例如电厂诸如风轮机中进行功率变换的变换器设备（102）。为变换器的电输出功率（108）的每个相位（110a、110b、110c）提供单个控制器（116a、116b、116c）。如果一个相位的电压被指示为处于预定电压带之外，则该相位的有功电流设置为零，且可选地，该相位的无功分量设置为根据所指示电压的值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于把输入功率变换成电输出功率的变换器(converter)设备的领 域。具体地，本专利技术涉及用于风轮机的变换器设备的领域。
技术介绍
存在已知的产能设备，其给它们耦合到的电力网络提供变化的功率。例如，对于较 低的风速，风轮机提供较少的功率。另一个示例太阳能厂，其输出功率取决于太阳光的可用 性和强度。变化的功率可能导致电力网络中的电压扰动(disturbance)。进一步，从电力网 络取出功率的消费者可能生成电力网络中的扰动。其它可能的故障是闪电、短路等等。EP 1 386 078 Bl公开了一种操作风能设施以便与没有风轮机的情形相比提供能 够减少或至少不显著增加电力网络中电压的不期望变化的风轮机或风电场(wind park)。 风能设施具有发电机，其可以由转子驱动以便以被馈送到电力网络的无功分量(wattless component)向电力网络发出电功率。无功分量由描述被馈入的电伏安的电流和电压之间的 角度的相位角Φ预定，其中相位角Φ根据在网络中检测的至少一个电压的大小而被改变， 使得假如网络电压在预定下阈值和预定上阈值之间则相位角不变，其中下电压值小于标称 电压值而预定上电压值大于预定标称电压值。如果预定上电压值被超过或者预定下电压值 被下冲，则相位角的大小随着电压进一步上升或下降而上升。鉴于上面描述的情形，存在对使得能够适应电力网络中的电压变化的改进变换器 设备的需要。
技术实现思路
这种需要可以由根据独立要求的主题满足。本文公开的主题的有利实施例由从属 权利要求描述。根据本专利技术的第一方面，提供一种将输入功率(106)变换成电输出功率的变换器 设备，其中电输出功率至少具有两个相位(phase)。根据第一方面的变换器设备包含用于 接收用于至少两个相位中的每一个的电压信号的电压输入，该电压信号指示相应相位的电 压。而且，该变换器设备包含用于至少两个相位中的每一个的单个控制器，其中每个控制器 被配置用于在相应相位的电压处于预定电压带之外时将有功电流设置为零。这种预定电压 带有时被称为死区(dead band)。根据一个实施例，除了提供电流的输出之外，例如电厂的 电系统还包含中性线(neutral line)。电压信号可以以任何合适的方式生成。例如，根据实施例，电压信号从在至少两相 的每相中由变换器设备提供的电输出中导出。根据另一个实施例，电压信号所指示的电压 是变换器所耦合到的电力网络中的相应相的电压。根据实施例，变换器设备被配置用于接收机械输入功率。例如，根据实施例，变换 器设备可以包括例如从US 6，448，735 Bl已知的类型的双馈感应发电机。根据另一个实施例，输入功率是电输入功率。换言之，根据这个实施例，变换器设备被配置用于接收电输入功率。为此，变换器设备可以包括用于把电输入功率变换成电输 出功率的至少一个变换器，例如频率变换器。由于在这种情况下变换器设备仅在电侧进行 操作，所以其在本文中也被称为电变换器设备。 根据实施例，变换器设备是风轮机的变换器设备。根据进一步实施例，变换器设备 是风轮机的电变换器设备并因而被配置用于把由风轮机的发电机生成的电输入功率变换 成电输出功率。 一般地，由电能的任何发电机生成的电功率可以被预变换以便提供电变换器设备 的电输入功率。该预变换可以具有本领域中已知的任何合适类型。例如，整流器可以耦合 在发电机的输出和变换器设备的功率输入之间，其接收电输入功率。预定电压带可以被固定地预编程在变换器设备中。根据另一个实施例，变换器设 备包括用于接收至少一个电压带控制信号的控制输入。变换器设备可以进一步被配置用于 响应于接收的电压带控制信号而设置预定电压带。预定电压带的宽度可以在从0%上至20%的额定电压的范围中。根据另一个实施 例，预定电压带的宽度在从5%到15%的额定电压的范围中。根据实施例，本文公开的百分 比涉及各个+/_值，使得百分比值表示相应间隔的一半。例如，如果额定电压是240 V并且 预定电压带的宽度是额定电压的10%，则预定电压带的宽度合计+/_ 24 V，即预定电压带 是。在其它实施例中，百分比值指示整个间隔。根据一个实施例，预定电压带以额定电压为中心。根据另一实施例，预定电压带关 于额定电压被不对称地设置。根据第一方面的另一实施例，单个控制器中的每一个被配置用于根据对应于其相 位的电压信号设置其相位的无功(reactive)分量，例如，无功电流。根据一个实施例，仅在 电压信号指示的电压处于预定电压带之外时执行设置无功分量。根据又一实施例，不管电 压信号所指示的电压如何，即在预定电压带之内和之外，都执行对无功分量的设置。在上述 情况中，根据考虑中的该相位的电压信号分别地为每个相位设置电输出功率的无功分量。在本文中一般地，术语“设置”要被广义地解释。例如，根据电压信号来设置特定 量(例如有功分量、无功分量等等)包括例如根据在定义的时间间隔下的电压信号来设置该 量、响应于变化的电压信号来改变该量等等。具体地，“根据电压信号来设置无功分量”包括 例如根据在定义的时间间隔下的电压信号来设置无功分量、响应于变化的电压信号来改变 无功分量、等等。根据一个实施例，无功分量是无功电流。无功分量的其他示例是无功功率、相位角 或功率因数。这些无功分量对于本领域技术人员而言是已知的且不做进一步讨论。根据一个实施例，每个控制器被配置用于设置其相位的无功分量以便朝预定电压 带驱动其相的电压。进一步，根据另一个实施例，控制器可以被配置用于响应于电压信号而 以逐步的方式改变无功分量，即使该电压信号是连续变化的信号。例如，在实施例中，如果 相应相的电压到达预定电压带的边界，则无功分量，例如无功电流，可以被设置为预定值。 根据其它实施例，至少一相的控制器被配置用于作为电压信号的函数在预定电压带的边界 上连续地改变无功分量。根据另一实施例，电输出功率具有η个相位且变换器设备具有η个所述单个控制 器。而且，根据第一方面的一个实施例，变换器设备包含选择器，其被配置用于从η个控制器中选择n-1个单个控制器。而且，选择器被配置用于向所选的n-1个单个控制器输出选 择器信号。在该实施例中，变换器设备的单个控制器中的至少一个被配置用于响应于选择 器信号根据其相位的电压信号而独立于任何其他相位(例如，独立于电压信号或任何其他 相位的无功电流)设置其相位的无功分量。因此，借助于选择器信号，选择器选择独立于其他任何相位改变其相位的无功分 量的n-1个控制器。根据一个实施例，剩余的单个控制器被配置用于设置其相位的无功分 量，从而减小或甚至最小化变换器设备的中性线上的电流。这在所选相位中的每一个的无 功分量独立于其他相位而被控制的同时允许小的中性线电流。根据其他实施例，不仅仅是提供考虑其他相位上的电流的单个剩余控制器。而是， 根据一个实施例，如果电输出功率具有η个相位，则选择器设备可以被配置用于从η个控制 器中选择η-χ个单个控制器，以便向所选的η-χ个单个控制器输出选择器信号，响应于此， 其根据其相位的电压信号而独立于任何其他相位的电压信号设置其相位的无功分量。因 此，其他χ个单个控制器中的每一个可以根据其相位的电压信号且根据其他相位的至少一 个量(例如无功分量、电压、有功电流等)设置其相本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　一种变换器设备（１０２），用于将输入功率（１０６）变换成具有至少两个相位（１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ）的电输出功率（１０８），该变换器设备（１０２）包含：－电压输入（１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ），用于接收用于所述至少两个相位（１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ）中的每一个的电压信号（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ），所述电压信号（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ）指示相应相位的电压；－单个控制器（１１６ａ、１１ｂ、１１６ｃ），用于所述至少两个相位（１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ）中的每一个，每个控制器（１１６ａ、１１ｂ、１１６ｃ）被配置用于在相应相位的电压处于预定电压带之外时将有功电流设置为零。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B·安德雷森，S·沃尔夫，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE