用于多级发生器的功率转换系统技术方案

提供了电功率产生系统，包括具有多个级的功率发生器，所述多个级与原动机接合；以及多个用于将所述级连接到电负载的多个分支，每个所述分支具有使所述分支与所述级连接或者断开连接的开关。通过控制器将来自诸如例如涡轮机的原动机的功率发送到一个或多个分支，所述分支作为适于处理所产生的功率水平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及将用于通过电磁设备产生的功率转换成可用功率的电路拓扑以及相关联的控制过程，更具体地，用于将从多级电发生器产生的功率转换成供电负载(例如但不限于，电力公司电网)消耗的可用形式的功率。
技术介绍
对于传统的流体流动发电涡轮机系统(例如风力涡轮机系统)，其能量源是可变的(即流体速度和流体的流率随时间变化)，从能量源捕获的能量的量可能只是在该时间上可捕获的能量总量的一部分。例如，在典型风力发电场，所述一部分可能只是一半，甚至更少。由于系统内使用的发生器、功率转换器(如果存在)、输出变压器的限制，所以通过可变速常规涡轮机/发生器/变压器系统的功率流被限制在其能够输出的功率范围内， 即从最小输出功率到额定输出功率。由于传统的电磁发生器在较低功率水平具有降低了的效率，功率转换器(如果存在)以及尤其是将功率耦接到电负载的变压器也一样，所以出现了这种限制。因此，对于常规可变速涡轮机/发生器/变压器系统，工程设计决策通常是限制发生器(和任何相关联的功率转换器、功率调节器或功率过滤器，如果存在)以及相关联的输出变压器的额定功率，以便在限定的功率范围内优化效率。因此，在正常工作流速的极端，即在低流速以及尤其是在高流速，比可能从流体能量源中提取的功率更低的功率被耦接进涡轮机。对于涡轮机直径(和可能的轴向长度)的特定设计，随着时间的推移，这转化成的捕获能量可能比涡轮机能够传递给发生器的能量更少。为了在能量源具有驱动涡轮机的可变流速且涡轮机可具有可变转速的情况下增加能量捕获，多级发生器可用于涡轮系统中。多级发生器是作为电发生器而工作的电磁机器，该电发生器是从原动机获得机械能并产生通常是交流电形式的电能。在美国专利第 7081696号和美国专利申请第2008088200号中公开了这种多级发生器，它们都以引用方式并入本文。相比于常规发生器，多级发生器的优点是多级发生器可以根据涡轮机的功率输出动态地确定尺寸。常规发生器在有限的流速范围内能从能量源有效捕获能量，而由于分级的功率特性，多级发生器可以在能量源的扩展的流速范围内捕获能量。从多级发生器产生的电功率本质上是可变的，这意味着产生的输出功率波形可能会不时改变，例如电压幅值；电流幅值；相位；和/或频率。另外，多级发生器可能包括多个感应元件，每个感应元件产生它们自己的功率波形，这些功率波形可能在电压幅值、电流幅值、相位和/或频率上不同于由发生器内其他感应元件产生的功率波形。电负载(例如， 电力公司电网)可能不能直接地消耗多级发生器产生的电功率，因为所产生的功率可能不是电负载所要求的正确的形式，例如关于时间函数的波形形状、电压幅值、电流幅值、相位和/或频率。电负载(例如，电力公司电网)通常期望从涡轮机电发生系统获得单相或分相或3相电压或电流波形，该波形通常是正弦波且相对稳定，但多级发生器产生变化的波形。功率转换器电路可用于将电功率波形从一种形式转换为另一种形式。转换器可设4计为具体额定的输入电压范围(例如，1000VAC-rms至2000VAC-rms)和额定输入电流范围 (例如，lOOA-rms至5000A-rms)，但是如果输入电压或输入电流(以及由此功率水平)不满足或超过该转换器设计的水平，那么转换器可能不能够工作，或转换器可能会以一种低效的方式工作。对于多级发生器，单一功率转换器不可能适应于广泛地变化的电压波形和产生的功率范围。而且，将功率传递到连接到一个或多个转换器的电负载的单一功率变压器不可能以合理效率来适应可能由多级发生器产生的宽功率范围。
技术实现思路
为利用由多级发生器产生的电能的优势，期望提供功率转换系统，该功率转换系统将由多级发生器产生的一部分或全部电功率波形组合并且转换成电负载可消耗的可用形式。转换系统应保持高水平的效率，并且便于多级发生器在发生器能够产生的功率范围内有效率地且有效地工作；这意味着功率转换过程不应该限制可以由多级发生器所产生的功率的范围(从最低水平到最高水平)。包括相关联的控制过程的适当的功率转换系统期望利用在涡轮发电系统内使用多级发生器的益处，导致相比于常规涡轮发电系统，在更大的流速范围上(或者在更大的流体流率范围上)从能量源捕获更高的能量。而且，对于运行接近最优的多级发生器(例如在涡轮机/发生器/变压器系统中以接近最小的损耗将接近最大的功率传递到电负载)，在更大的流速范围上或者在更大的流体流率范围上，利用现有涡轮机，控制器可以用于控制处理发生器输出功率波形的功率转换电子器件。在需要时，控制器还可以允许系统通过寻求使涡轮机参数(例如叶片螺距和涡轮偏航)最优化来寻求使从能量源捕获的能量的量最大化，响应能量源的与时间相关的特征(如流速和流动方向)。基于这些和其他输入，系统的电功率转换过程将选择接近最优的转换策略来向电负载传递功率。提供了电功率产生系统，包括具有多种机器配置的功率发生器，所述配置可选择地能够与原动机接合；以及多个分支，用于将所述配置连接到电负载，每个所述分支具有用于使所述分支与所述配置连接或者断开的开关。提供了将包括多个级的功率发生器连接到电负载的方法，通过具有转换器的相应分支，每个所述级被连接到所述负载，每个所述转换器具有不同的功率范围，所述方法包括步骤(a)确定所述发生器的功率输出；(b)选择所述分支中的一个，其中，所述选择的分支的功率输出具有能够接收所述功率输出的转换器；以及(C)沿着所述选择的分支将所述功率输出传递到所述电负载。提供了将包括多个级的功率发生器连接到电负载的方法，通过具有转换器和并串联选择器的相应分支，每个所述级连接到所述负载，每个所述转换器具有相同的功率范围， 所述方法包括步骤(a)确定所述发生器的功率输出；(b)为所述功率输出配置至少一个所述并串联选择器；(c)选择与所述配置的并串联选择器相对应的所述分支中的一个或多个；以及(d)沿着所述选择的分支将所述功率输出传递到所述电负载。提供了一种电功率产生电系统，该系统包括具有多个级的功率发生器，每个所述级至少具有感应元件，所述感应元件与涡轮机接合；多个分支，用于将所述级连接到电负载，每个所述分支具有用于使所述分支与所述级连接或者断开连接的开关；涡轮机；以及系统控制器。 附图说明以下附图阐明本专利技术的实施方式，其中相同标号表示相同部件。本专利技术的实施方式通过实施例来说明，并且没有通过附图来限制。图1是涡轮机/发生器/变压器(TGC)系统的实施方式的框图；图2是多级发生器的实施方式的框图；图3是示出控制过程的实施例的流程图，通过该控制过程，一系列转换器将电功率转换为可用形式；图4是包括解析器转换拓扑的涡轮机/发生器/变压器系统的可选实施方式的框图；图5是多级发生器的可选实施方式的框图，该图示出了不需要硬连线以接合到解析器转换拓扑的感应元件；图6是示出控制过程的实施例的流程图，通过该控制过程，解析器转换系统将电功率转换为可用形式；图7是涡轮机/发生器/变压器系统的实施方式的框图，其中，接口包括混合转换拓扑；图8是多级发生器的实施方式的框图，该图示出了可以硬连线以便于接合到混合转换拓扑的感应元件；图9是示出控制过程的实施例的流程图，通过该控制过程混合转换系统将电功率转换为可用形式；图10示出了具有分叉以允许选择转换器的分支实施方式的框图；图11是分支的可选实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．电功率产生系统，包括：（ａ）功率发生器，具有多个机器配置，所述配置可选择地与原动机可接合；（ｂ）多个分支，用于将所述配置连接到电负载，每个所述分支具有使所述分支与所述配置连接或者断开连接的开关。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森·里奇，
申请(专利权)人：EXRO技术公司，
类型：发明
国别省市：CA