可重新配置的功率变换器模块制造技术

本发明专利技术涉及一种可重新配置的功率变换器模块，用于适于向相关联的供电电网提供电功率的风力涡轮机设备。所述可重新配置的功率变换器模块包括变频器，所述变频器可操作地连接到滤波器模块，其中，所述变频器和所述滤波器模块可彼此重新配置，以便抑制内部和／或内部共振／谐波。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可重新配置的功率变换器模块
本专利技术涉及一种用于风力涡轮机设备的可重新配置的功率变换器模块。具体地，本专利技术涉及一种功率变换器，该功率变换器具有可调整的开关频率以匹配例如变化的滤波器特性，诸如变化的滤波器阻抗，以便抑制内部和外部的共振/谐波。
技术介绍
功率过载情况和非期望的共振情形经常发生在与风力涡轮机相关的供能领域中。当所需电功率超过传送功率的配电系统的额定功率级时会发生过载情况。为了处理这种过载情况，配电系统必须使用可用的备用功率。非期望且令人烦扰的共振情形可能是由偏移的阻抗引起的，并且可能出现在风力涡轮机设备内部或者出现在风力涡轮机设备与相关联的供电电网之间。通常通过针对较高的连续工作电流而使得半导体开关组件超出额定值工作，来设立风力涡轮机系统的功率变换器的过载能力。可替换地，添加额外的半导体开关组件以提供所需的过载能力。然而，额外的开关组件增加了变换器的总体损耗。上述常规解决方案的缺点在于，组件成本以及由此的制造成本较高。而且，增加的耗电与上述设立所需过载能力的方式有关。此外，添加更多组件增大了组件故障的风险。WO2005/027301研究了一种用于处理低电压消除事件的方法，其中，以降低的开关频率来操作DC/AC变换器以便向供电电网中泵入额外的电流，以防电网电压明显下降。本专利技术实施例的目的可以视为提供一种装置及其相关方法，其用于在无需增加功率变换器的复杂性和制造成本的情况下设立过载能力。本专利技术实施例进一步的目的可以视为提供一种可重新配置的装置，其能够避免或抑制风力涡轮机内的内部共振/谐波，以及在风力涡轮机与某些外部设备之间的外部共振/谐波。
技术实现思路
在第一方案中，通过提供适于向相关联的供电电网传送电能的风力涡轮机设备来实现上述目的，所述风力涡轮机设备包括：－发电机模块，用于将机械能转换为电能，所述发电机模块可选地经由传动装置以机械方式耦合到一组转动叶片，及－电功率变换器，其可选地经由电网变压器电耦合到所述发电机模块及相关联的供电电网，所述电功率变换器包括可以以变化的或可变的开关频率进行开关的多个可控开关元件。其中，根据由相关联的供电电网在风力涡轮机设备上产生的电负载来选择所述可控开关元件的开关频率。这样，由相关联的供电电网产生的负载决定了所述变换器的开关频率。应当注意，应当以广义的方式理解术语“风力涡轮机设备”。因此，术语“风力涡轮机设备”涵盖了单个风力涡轮机或者构成风力涡轮机场的一组风力涡轮机。发电机模块包括发电机。类似地，电功率变换器包括AC/DC和/或DC/AC变换器。优选地，发电机、AC/DC和/或DC/AC变换器及可选的电网变压器全都配置为以三相配置工作。发电机可以传送具有在0.4-6kV范围内的电压电平的三相AC输出电压。此外，发电机可以能够产生并传送在一个宽功率范围(即从几千瓦到几兆瓦)内的AC功率。提供给供电电网的所产生功率的额定频率可以是50Hz或60Hz。发电机可以是应用外部磁化的同步发电机，或者可替换地，是应用用于磁化的永磁体的同步发电机。可替换地，可以应用感应发电机或者双馈感应发电机。然而，发电机的类型并不局限于前述类型。因此，本专利技术可以结合基本上任意类型的发电机来实现。此外，本专利技术可应用于全功率装置和双馈电装置，后者包括：电功率变换器通过转子电路至少部分地耦合发电机。在全功率系统中，通过AC/DC和/或DC/AC变换器及可选的电网变压器传送由发电机产生的全部功率。电功率变换器的可控开关元件可以是可用于此类目的的任何传统开关元件，诸如例如IGBT。此外，就系统中的该多个相而言，可以以各种已知的桥结构来布置可控开关元件。在本专利技术的一个实施例中，电功率变换器可以被配置为，当相关联的供电电网及与其相连的用电设备产生的电负载超过预定值时，降低开关频率。该预定值可以对应于变换器的额定功率级。可替换地，当电功率变换器表现出一组给定的与负载相关的特性时，可以降低开关频率。因此，包含其电功率变换器及其其他电设备的风力涡轮机设备可以在过载情形下以主动(proactive)方式运行。通常以在传导损耗与开关损耗之间大致均匀地分摊半导体开关元件中的电损耗的方式，来设计与风力涡轮机的电功率变换器相关的应用。因此，如果将开关频率降低到给定初始值的50％，则开关损耗就降低约25％。例如在计划的过载情况下，当以降低的开关频率运行风力涡轮机设备时，即使所需功率级超过了该设备的额定功率级，其也能够传送足够的功率。由于考虑了过载情况，因此通常不应用工作EMC标准的异常模式(不稳定)。因此，当相关联的供电电网产生的电负载超过变换器的额定功率级时，可以将开关频率降低多达50％(或者甚至更多)。按照绝对频率值来说，电功率变换器的额定开关频率通常在几kHz附近。风力涡轮机设备可以进一步包括变换器滤波器，用于对电功率变换器输出的电功率，即为供电电网产生的电功率，进行滤波。变换器滤波器的实现对于所有相位优选地是相同的。因此，如果为一个相位配备了用于抑制选定谐波的一个或多个调谐LC滤波器，就优选地为剩余相位配备相同的滤波器。变换器滤波器可以可替换地实现为有源滤波器。优选地，以比变换器自身的开关频率高得多的开关频率来操作有源滤波器。有源滤波器可以实现为电压源变换器。通过降低双馈电系统中的开关频率，可以增加额定功率，从而风力涡轮机设备可以借助于用于无功功率的两个可用变换器或者仅借助于其中一个变换器来提供更多的无功功率。在第二方案中，本专利技术涉及一种响应于相关联的供电电网提供的负载变化而操作风力涡轮机设备的电功率变换器的方法，其中，风力涡轮机设备包括：发电机模块，其用于将机械能转换为电能，及电功率变换器，其可选地通过电网变压器耦合到所述发电机模块及相关联的供电电网，所述电功率变换器包括可以以变化的或可变的开关频率进行开关的多个可控开关元件，其中，根据由相关联的供电电网在风力涡轮机设备上产生的电负载来选择所述可控开关元件的开关频率。这样，由相关联的供电电网产生的负载决定了所述变换器的开关频率。同样，为了降低开关损耗，当相关联的供电电网结合与其相连的用电设备产生的电负载超过诸如变换器的额定功率级之类的预定值时，可以降低开关频率。以此方式，电功率变换器可以在短时间内高于其额定功率级来工作。如前所述，在相关联的供电电网产生的电负载超过变换器的额定功率级的过载情况下，可以将开关频率降低多达50％(或者甚至更高)。根据本专利技术第二方案的方法还暗示了，改变开关频率以便近似地匹配变换器滤波器的与负载相关的特性，因为这种变换器滤波器特性会相关于由相关联的供电电网产生的电负载。变换器滤波器通常被设计为工作在特定开关频率上。然而，由于变换器滤波器包含磁性材料(铁、铁粉或铁氧体磁心)，因此滤波器的特性会随着施加到滤波器上的负载而改变。因此，为了以最佳方式使用变换器滤波器，可以连续地调整功率变换器的开关频率，以便跟随变换器滤波器的工作情况。优选地，变换器滤波器包括带通滤波器。因此，变换器滤波器特性可以包括此类带通变换器滤波器的中心频率的频率值。此外，本专利技术的第二方案暗示了，可以改变或调整电功率变换器的开关频率，以便总体上补偿风力涡轮机设备的组件的性能降低或容限。尤其是，电容器随时间而性能降低。在第三方案中，本专利技术涉及一种用于风力涡轮机设备的可本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于风力涡轮机设备的可重新配置的功率变换器模块，所述风力涡轮机设备适于向相关联的供电电网提供电功率，所述变换器模块包括变频器，所述变频器可操作地连接到滤波器模块，所述滤波器模块具有与负载相关的滤波器特性，其中，所述变频器的开关频率是可变的，以便匹配一个或多个变化的滤波器特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DKPA2009000392009年1月12日1.一种用于风力涡轮机设备的可重新配置的功率变换器模块，所述风力涡轮机设备适于向相关联的供电电网提供电功率，所述可重新配置的功率变换器模块包括变频器，所述变频器可操作地连接到滤波器模块，所述滤波器模块具有与负载相关的滤波器特性，其中，所述变频器包括整流器和逆变器，所述整流器和所述逆变器由中间DC电路分离，其中，所述变频器的开关频率是可变的，以便匹配一个或多个变化的滤波器特性，其中，所述滤波器模块包括无源调谐LC滤波器模块，所述无源调谐LC滤波器模块连接于所述变频器与电力线之间，并且所述中间DC电路与所述电力线之间连接有共模滤波器，其中，所述无源调谐LC滤波器模块的阻抗是与负载相关的并且能够被选择为匹配特定工作条件，以便优化所...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·C·谢尔，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：发明
国别省市：DK