一种受控以对电网（28）上的次同步谐振振荡进行阻尼的风力涡轮机（8）。风力涡轮机（8）包括用于靠风来转动的转子叶片（12）、被可旋转地耦合到转子叶片（12）的发电机（20）、对由发电机（20）产生的电力进行响应的功率转换器（24）、功率转换器（24）用于将产生的电力转换成适合于供应给电网（28）的频率和电压以及功率转换器（24）用于调节电网上的电压以便对次同步振荡进行阻尼。另外，在一个实施例中，通过调制实际功率以对次同步振荡进行阻尼来辅助电压调节。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及电力系统的控制且更具体地涉及通过采用全转换或部分转换风力涡轮机对次同步谐振振荡进行阻尼，后者也称为双馈感应发电机或DFIG。
技术介绍
在功率传输系统中，使用串联电容器作为用于增加功率传输能力、改善瞬态和稳态稳定性、减小快速电压波动并减少线路损耗的有效技术。这些益处得以实现，因为串联电容器部分地补偿传输线的电感电抗。然而，串联电容器的使用可以促进电力系统中的次同步谐振(SSR)振荡，因为串联补偿传输线不可避免地具有比系统电操作频率低的电谐振频率。当产生时，这些SSR振荡可能对涡轮发电机轴和被附着于该轴的部件造成损坏。次同步谐振的原因和后果由于功率传输系统互连的继续增加而被加剧。SSR振荡在电力系统在电气系统同步频率以下的一个或多个频率(因此术语“次同步”)下与涡轮发电机(包括全部共享公共轴的高和低压涡轮机、发电机和激励器)交换能量时发生。当扰动引起的系统电谐振频率接近于涡轮发电机轴的自然扭转模式(机械)时，产生发电机内的SSR振荡。具有其较低电谐振频率的串联补偿线路与同步发电机的扭转固有频率相交互，在发电机中激起次冋步振汤。电力系统中的甚至小量值扰动都可能在润轮发电机中产生次同步谐振振荡。当扭转振荡模式被SSR振荡激励时，同步发电机的转子向在“转差”频率(slipfrequency)下操作的感应发电机转子一样操作，其中，转差频率是系统频率与SSR频率之间的差。此动作将SSR振荡电流放大并促使涡轮发电机轴以其固有扭转频率振荡。在几秒内，这些无阻尼谐振振荡可以增加至轴的耐久极限，导致轴疲劳且可能导致损坏和故障。传输线的功率传输容量与V2/\成比例，其中，V是电压且\是线路的电感电抗。如果串联电容器被引入到线路中，则功率传输容量是V2/(\_ Xe)，其中Xe是串联电容器的电抗。如果串联电容电抗是串联电感电抗的一半，则功率传输容量加倍。但是功率传输能力的增加是以在60 Hz系统中产生等于60X( V (Xc / Xl))的电谐振频率为代价的。例如，具有70%比率的串联补偿(即Xc/ Xl = O. 7)的线路具有大约50 Hz的谐振频率(即60X V (0.7) = 50. 2)。对于发电机转子而言，其看起来是大约10 Hz和70 Hz的一对频率(即系统电频率与机械谐振频率之间的频率差，有时称为“转差频率”)。70 Hz的超同步频率正常地被机械系统部件阻尼，但是低频率(10 Hz的次同步频率)仅被稍微地阻尼，并且如果被持续的系统次同步振荡激励，可能增长。如果发电机转子扭转固有频率处于此次同步转差频率，则扭转模式被激励，在次同步转差频率下产生附加SSR电流并产生正反馈情况(即更多的SSR电流产生更大的振荡等)。这些振荡能够对发电机轴施加高量值激励，最终由于扭转疲劳(过度扭曲)而对轴或转子造成损坏。在1970的新墨西哥工厂处，被连接到大约90%串联补偿的传输线，SSR振荡足够强而在物理上使发电机轴断裂，对涡轮和发电机造成显著损坏。SSR振荡还已在德克萨斯州对双馈感应发电机(DFIG)风力涡轮机造成损坏。类似于同步发电机，这些感应发电机具有扭转固有频率并因此对次同步激励进行响应。当电网电谐振频率与SSR频率相符或接近于SSR频率时，感应发电机能够进入自激励操作模式，导致高的次同步电流。除机械扭转交互之外，电子控制器可以具有与电力系统的控制交互，在电力系统上引起次同步电流和电压。这有时称为SSCI (次同步控制交互)以将其与SSTI (次同步扭转交互)区别开。两者都被视为SSR振荡的种类。起因于这些SSR振荡的效果的实际和潜在损坏已阻碍电力事业使用用同步发电机进行的串联电容器补偿。事实上，在新墨西哥州事件之后的几年内，全世界的公用事业行 业大半地停止了安装新串联电容器以补偿串联电感电抗。替代地，公用事业安装新的传输线(由于不能通过使用串联电容器补偿来扩展现有线路的能力)或找到将现有线路运用至较高能力的方式。公用事业开始使用FACTS (柔性AC传输系统)控制器，包括静态同步补偿器(STATC0M)以控制SSR振荡。作为用以减少SSR振荡的这些努力的结果，串联电容器补偿的使用看起来策划重来，特别是在德克萨斯州和美国西部。FACTS控制器控制传输线上的实际和无功潮流(real and reactive powerflow)。自从由威期汀豪斯电气公司在20世纪90年代早期开发STATCOM (FACTS控制器的一个类别)以来，已经开发了使用STATCOM来对SSR振荡进行阻尼的多个方案。在Rai等人的题为 “A Novel Approach for Subsynchronous Resonance Damping Using a STATCOM，，的论文中描述了一种技术，其是在2008年十二月在印度孟买的第十五届国家电力系统会议上提出的。SSR振荡是3相平衡电压组。因此，另一技术采用旁路连接STATCOM控制器来故意地引入相电压不平衡(通过引入非对称电压)以减少涡轮发电机的电气和机械部件之间的机电耦合。减少的耦合减少电气和机械部件之间的能量交换并限制SSR振荡的效果。用以对SSR振荡进行阻尼的其它基于FACTS的设备和技术包括闸流晶体管控制串联补偿器、NGH串联阻尼器和固态串联补偿器(SSSC)。这些设备是昂贵的且难以操作和控制。此外，必须针对其遭受的短路效应和伴随的短路电流对其进行保护。共同所有的美国专利号4，438，386采用静态VAR发电机，其将无功部件(例如电感器)可控地连接到电力系统以减少SSR振荡。静态VAR发电机包括与无功部件串联的闸流晶体管，其控制这些无功部件到电力系统的连接。通过控制每个闸流晶体管的导通角(即闸流晶体管导通的开始和持续时间)并在适当的时间将无功部件插入电力系统中，减少了 SSR振荡。在理论上可以感测本地或(在较小的程度上)远程互连传输线或发电机上的SSR电压和电流并生成电压和电流以消除SSR。Salemnia等人在2009 Bucharest IEEE PowerConference上提出的一个最近的论文“Mitigation of Subsynchronous Oscillations by48-Pulse VSC STATCOM Using Remote Signal” 描述了由 STATCOM 基于来自远程发电机的信号进行的SSR阻尼。由于用以减少自然资源消耗的当前努力，使用风力涡轮发电机进行的风能到电能的转换变得更加普遍。风力涡轮机通过将风能转换成电力以便分配到最终用户来利用风倉泛。定速风力涡轮机通常通过用于产生实际功率的感应(异步)发电机被连接到电网。风力驱动叶片驱动定速风力涡轮机的转子，其又以固定的旋转速度通过齿轮箱(即变速器)进行操作。定速齿轮箱输出被连接到感应发电机以便产生实际功率。转子及其导体比从电网施加于定子的旋转通量更快地旋转(即高于同步场频率)。在此较高速度下，转子电流的方向是反向的，其又使在转子线圈中产生的反EMF反向，并且通过发电机作用(感应)，促使在定子绕组中产生电流(和实际功率)且其从定子绕组流出。产生的定子电压的频率与提供激励的施加定子电压的频率相同。感应发电机可以将电容器组用于减少来自电力系统的无功功率消耗(即产生定本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：RJ尼尔森，马洪涛，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：
国别省市：
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