提出了基于电流源变流器(CSC)的风能电力转换系统(WECS)以及方法，其中，采用统一DC链路电流控制方案来便于电网故障穿越情况，具有组合发电机侧变流器和电网侧变流器的电力流控制能力的多模式变流器控制系统，其中，通过监控电网电压自动实现在正常工作与故障状况之间的转换，而无需或者仅部分需要附加的穿越组件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术总地涉及电力转换，更具体地，涉及基于电流源变流器(CSC)的风能转换 系统(WECS)的增强的电网故障穿越能力的技术。
技术介绍
当前风能是一种快速成长的发电技术，并且进行中的开发针对将风生成的电力提 供给电网(electrical power grid)。需要电力转换系统把由风力涡轮机生成的电力调整 为与电网兼容形式的交流(AC)电力。一类转换装置是电流源变流器(CSC)，其包括电流源 整流器(CSR)和电流源逆变器(CSI)。随着WECS变得更普遍，公用事业公司经营者必须确保电力系统的可靠性和效率， 包括与可应用于分布式发电机(包括风力发电机)的电网连接规程的一致性。一个这样的 要求是TOCS穿越电网故障条件的能力，以防止由网络干扰导致的大型风力发电机的断开 连接，以避免或者缓解系统不稳定性以及发电机差错。还指定了其它典型要求，诸如基于 系统电压和频率的无功和有功功率调节。与这些要求的一致性影响着WECS的电力变流器 和控制器的设计。目前，最普遍的WECS配置是变速风力涡轮机，其要么用于具有部分额定 电力变流器的双馈感应发电机(DFIG)，要么用于配备有全额定电力变流器的感应式/同步 机。DFIG配置流行是因为较小的变流器尺寸(大约总KVA (千伏安)额定值的1/3至1/4)， 但DFIG系统的故障穿越能力受限，并且大多数情况下需要额外的硬件。带有全电力变流器 的直接驱动永磁体同步发电机(PMSG)解决方案是一种有吸引力的替代方法，这是因为这 些解决方案完全脱离于电网，并且针对故障穿越能力提供较宽的工作范围。此外，提供永磁 体转子(不含电激励转子绕组)改进了系统效率，并且消除了对集电环(slip-ring)和维 护的需要，使得PMSG解决方案对于高功率离岸应用是理想的。大多数常规驱动系统控制方案假定静态电网工作状况，因此并未良好地适于容纳 电网故障情况。短路电网故障以及所造成的变流器端子电压下降可能使电网侧变流器失去 其控制能力。在瞬变期间在输入和输出处不平衡的电力流可能导致变流器中的过流或过 压，并且触发系统保护，最终导致变流器关断。先前的故障穿越技术极大地关注于WECS中 的电压源变流器(VSC)，例如电子动态制动以将过量能量释放到外部电阻器或能量存储系 统，或者允许输入的风能被临时存储在涡轮发电系统的惯性矩中。其它提出的故障制约技 术采用非线性控制方法来改进常规的电流控制性能，但实施复杂并且对于系统变量非常敏 感。与基于VSC的配置相比，脉宽调制(PWM)电流源变流器(CSC)拓扑提供简单的拓扑解决方案和极好的电网整合性能(例如正弦电流和完全受控的功率因子)，其中，直流(DC)链 路电抗器针对变流器短路故障提供自然的保护。然而，非同于VSC，基于CSC的TOCS的电网 电压故障穿越在文献中鲜有研究。因此，需要改进的风能系统，通过该风能系统，从风力驱 动的机器得到的能量可以在具有穿越电网故障条件的能力的用于将电力提供给电网的CSC 中转换，而无需引入额外的硬件。
技术实现思路
现概括本专利技术的各个方面以便于基本理解本专利技术，其中，本
技术实现思路
不是本专利技术 的广泛概述，既不是要标识本专利技术的某些元素，也不勾勒其范围。相反，本
技术实现思路
的主要 目的是在下文中给出的更详细描述之前以简化形式给出本专利技术的某些构思。本公开提出了电力转换系统和电流源变流器及其开关控制，通过开关控制，在采 用电流源变流器技术和关联优点的同时，基于CSC的风能及其它系统可以成功地提供无功 功率控制和电网故障容忍。所公开的构思提供新颖的整合方案，用于控制基于CSC的TOCS 正常工作和/或穿越电网低电压故障，其中，发电机侧变流器控制用于至少部分地调节基 于CSC的变流器的中间DC链路电路中的DC链路电流。以此方式，用于调节DC链路电流的 能力扩展超出电网侧变流器的能力，这在特定电网故障穿越情形下尤其有用。根据本公开的一个或更多方面，因此提供了风能转换系统及其电流源变流器用于 转换来自以风力驱动的同步发电机的输入电力并且将输出电力提供给电网。CSC包括具 有至少一个链路电感的中间电路，具有由CSR开关控制信号操作以有选择地将输入耦合到 中间电路的开关的电流源整流器(CSR)，以及具有通过CSI开关控制信号操作以有选择地 将中间电路耦合到输出的开关的电流源逆变器(CSI)。提供一种开关控制系统，具有发电机 侧控制组件和电网侧控制组件，其中，发电机侧控制组件将信号提供给CSR以对来自发电 机的输入电力进行转换，以在中间电路中产生DC链路电流，并且电网侧控制组件将信号提 供给CSI，以将DC链路电流转换为用于电网的输出电力。开关控制系统还包括DC链路电流控制组件，DC链路电流控制组件在第一模式中 工作，以使得发电机侧控制组件提供CSR开关控制信号，以完全或部分地调节DC链路电流。 在某些实施例中，统一 DC链路电流控制被提供在第一模式中，其中，DC链路电流控制组件 使发电机侧控制组件和电网侧控制组件联合调节DC链路电流。在某些实施例中的第二模 式中，仅电网侧控制用于调节链路电流，其中DC链路电流控制组件工作模式是根据一个或 更多反馈信号来确定的。在特定实施例中，当在链路电感上的电压大于电网侧变流器(CSI) 的最大DC链路电压控制范围时，DC链路电流控制组件在第一模式中实现统一链路电流控 制，否则电网侧控制用于在第二模式中调节链路电流。以此方式，在电网故障情况下(其 中，电网侧(CSI)控制自身无法保持所需DC链路电流)，可以继续以支持电网电压恢复所需 的值来调节DC链路电流。根据本公开的更多方面，提供一种用于在风能转换系统(WECS)中操作电流源变 流器(CSC)以将输入电力转换为输出电力的方法。该方法包括从转子直接或间接耦合到 风力驱动的原动机的同步发电机接收CSC中的输入电力，并且使用电流源整流器有选择地 将输入耦合到中间电路以对来自发电机的输入电力进行转换，以在中间电路中产生DC链 路电流。该方法还包括使用电流源逆变器有选择地将中间电路耦合到输出以对DC链路电流进行转换，以将输出电力提供给电网，并且有选择地在第一模式中操作CSR以至少部分 地调节DC链路电流。该方法的某些实施例包括在第一模式中操作CSR和CSI以联合调节 DC链路电流。在各实施例中，该方法还包括在第二模式中操作CSI以调节链路电流。在 某些实施例中，至少部分地基于来自中间电路的一个或更多反馈信号或值(例如当链路电 感上的电压大于CSI的最大DC链路电压控制范围时)来进入第一模式。附图说明以下描述及附图详细地阐述本公开的特定示例性实施方式，其表示可以执行本公 开的各种原理的多个示例性方式。然而，所示出的示例并未穷举本公开的很多可能的实施 例。当结合附图考虑时，在以下详细描述中阐述本专利技术的其它目的、优点和新特征，在附图 中图1是示出根据本公开的一个或更多方面的示例性的基于电流源变流器(CSC)的 风能电力转换系统(WECS)的示意图，风能电力转换系统(WECS)具有同步发电机和开关控 制系统，所述开关控制系统具有用于电网故障穿越的统一 DC链路电流控制组件；图2和图3是示出图1的TOCS中的开关控制系统的更多细节的示意图；图4是示出图1-图3的TOCS的优选的本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于将输入电力转换为输出电力的电流源变流器（１１０），包括：输入，用于从电源（１１６）接收输入电力；输出，用于将输出电力提供给电网（１２０）；中间电路（１５０），具有至少一个电感（Ｌｄｃ）；电流源整流器（１１０ａ），包括多个开关器件（Ｓ１－Ｓ６），所述多个开关器件（Ｓ１－Ｓ６）与所述输入以及所述中间电路（１５０）耦合，并且根据多个电流源整流器开关控制信号１４２ａ来工作，以有选择地将所述输入耦合到所述中间电路（１５０）；电流源逆变器（１１０ｂ），包括多个开关器件（Ｓ７－Ｓ１２），所述多个开关器件（Ｓ７－Ｓ１２）与所述中间电路以及所述输出耦合，并且根据多个电流源逆变器开关控制信号（１４２ｂ）来工作，以有选择地将所述中间电路（１５０）耦合到所述输出；以及开关控制系统（１４０），包括：发电机侧控制组件（１４４ａ），能够与所述电流源整流器（１１０ａ）工作耦合，以将电流源整流器开关控制信号（１４２ａ）提供给所述电流源整流器（１１０ａ），以使得所述电流源整流器（１１０ａ）对来自电源（１１６）的输入电力进行转换以在所述中间电路（１５０）中产生直流链路电流（Ｉｄｃ），电网侧控制组件（１４４ｂ），能够与所述电流源逆变器（１１０ｂ）工作耦合，以将电流源逆变器开关控制信号（１４２ｂ）提供给所述电流源逆变器（１１０ｂ），以对所述直流链路电流（Ｉｄｃ）进行转换以有选择地将所述输出电力提供给所述电网（１２０），以及直流链路电流控制组件（１４４ｅ），能够与所述发电机侧控制组件（１４４ａ）工作耦合，并且能够在第一模式中工作，使得所述发电机侧控制组件（１４４ａ）提供所述电流源整流器开关控制信号（１４２ａ）以至少部分地调节所述直流链路电流（Ｉｄｃ）。...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴景娅，许德伟，吴斌，纳维德·扎尔加里，
申请(专利权)人：洛克威尔自动控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US
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