风能设备的变流器的操控电路和操控方法技术

本发明专利技术涉及一种用于控制风能设备的变流器（4）的方法，所述变流器连接在双馈异步发电机（3）的转子（32）上，用于将电能馈入电网（9），其中，所述变流器（4）包括电网侧的逆变器（41）、发电机侧的逆变器（42）和控制装置（5），所述控制装置将用于所要求的无功功率的期望值输出给至少一个所述变流器（41、42）。本发明专利技术设置：针对所述电网侧的逆变器（41）贡献给所要求的无功功率（QT）的分量，确定无功功率期望信号；由所述电网（9）的频率和所述发电机（3）的转速确定转差率信号（s）；依赖于所述转差率信号（s）计算增益值；以及将所述增益值调整到用于所述电网侧逆变器的无功功率期望信号上。因此，无功功率在两个逆变器上的分配在很宽的运行范围上优化，而不仅仅像现有技术中那样在单个预先确定的运行点上优化。此外，本发明专利技术还扩展至具有相应地构成的变流器控制装置的风能设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于控制风能设备的变流器的方法，所述变流器连接在双馈异步发电机的转子上，用于将电能馈入电网，其中，所述变流器包括发电机侧的逆变器、电网侧的逆变器和控制装置，所述控制装置将所要求的无功功率的期望值输出给所述逆变器中的至少一个逆变器。此外，本专利技术还涉及一种具有相应地被驱动的变流器的设备。
技术介绍
现代风能设备一般以转速可变的方式实施并且具有变流器。由此，发电机可以以由风力确定的转速运行，并且在此，产生具有相应与转速有关的频率的电能。所述频率可变的电能由变流器进行变换，使得所述电能适应于馈入固定频率的供电网(通常为50Hz)。这种变流器通常包括两个逆变器，它们通过中间电路相连。在此，所述逆变器中的一个与电网相连并且在运行中施加以电网频率(电网侧的逆变器)，而另一个逆变器(电机侧的逆变器)与发电机相连，其中，施加在其上的频率此外还由风力转子的转速确定。这种变流器可以作为全变流器(Vollumrichter)或者作为分变流器来实施，后者尤其与双馈异步电机相结合。然而，随着风能设备的日益推广和装载无功功率的上升，不再仅仅要求将有功功率简单地馈入电网，而是希望使风能设备进行如下运行，其为电网带来附加服务。用于电网的所谓的系统服务尤其包括馈入无功功率，例如用于在电压或者电网频率减低的情况下支持电网。在这种情况下，尤其在针对具有较高功率的风能设备通常使用双馈异步发电机的情况中可能会出现如下问题，即在大多数情况下仅仅针对风能设备的总电功率的三分之一设计的变流器不再能达到附加地用于支持电网所需要的电流。这尤其适用如下情况，即由于欠压或者低电网频率而出现不利的运行条件，其导致总是提高的电流。此外，由于附加要求可能出现附加的复杂性，例如要求低噪声地运行和(通常与此相联系地)在同步转速范围中运行。公知的是，为了更好地充分利用变流器，线性地根据总无功功率预给定(Blindleistungsvorgabe)来确定电网侧的逆变器的无功电流。由此,虽然改善了变流器在获得无功功率方面的充分利用，但是随之出现了特别是在同步点附近严峻运行状态中发生过载的危险。此外，还提出，在运行中动态地改变所述变流器的两个逆变器之间的无功功率分配。这应该根据如下情况来进行，即是否满足了确定的预先限定的条件，以便接着使具有较高有功功率负荷的逆变器摆脱无功功率。已表明的是，所提出的构思在调校时造成了一定的难度，并且通常仅仅能够根据标称转速、标称功率、标称电网频率下的标称点中的运行进行调校。
技术实现思路
本专利技术所基于的任务是，改进无功功率的提供，尤其是改进变流器的充分利用。根据本专利技术的解决方案在于独立权利要求的特征。有利的改进方案是从属权利要求的主题。在一种用于控制风能设备的变流器的方法中，所述变流器连接到双馈异步发电机的转子上，用于将电能馈入到电网，其中，所述变流器包括发电机侧的逆变器、电网侧的逆变器和控制装置，所述控制装置将所要求的无功功率的期望值输出给所述变流器中的至少一个，在所述方法中根据本专利技术地设计为:针对所述逆变器之一为所要求的无功功率所贡献的分量，确定无功功率期望信号；由所述电网的频率和所述发电机的转速确定转差率信号；根据所述转差率信号计算增益值；借助于所述增益值调整用于此逆变器的无功功率期望信号；以及反向地改变用于所述逆变器中的另一逆变器的无功功率期望信号。本专利技术的核心在于如下思想，即为了确定要由逆变器之一(优选是电网侧的逆变器)提供的无功功率而服从与发电机转差率有关的增益函数。与转差率有关的增益函数产生由该逆变器引起的期望无功功率分量的放大或者缩小。借助于所述放大或者缩小，实现对该逆变器提供给所要求的无功功率的分量的调制，更确切地说，根据风能设备的转差率状态。这样，例如借助于本专利技术，在没有转差率或者转差率只很小的情况下(即在同步点中或者同步点附近(也就是说在同步范围中)运行时)提高电网侧的逆变器的分量，以便减轻在同步范围中运行时通常在其负荷限值上运行的、电机侧的逆变器的负荷，反之，在转差率较大的情况下电网侧的逆变器不再需要承担那么大的分量，而是可以贡献较小部分的无功功率。本专利技术已认识到的是，利用这种与转差率有关的放大或者缩小，无功功率对两个逆变器的分配可以在很宽的运行范围之上优化，而不仅仅如现有技术中已知的解决方案那样在单个离散的预先确定的运行点上优化。通过根据作为输入参数的转差率来调适，本专利技术实现了，即使在电网频率与标称频率存在偏差的情况下仍然可以相应地使无功功率对两个逆变器的分布相适应。通常在电网频率上升时由于随之出现转差率缩小导致转子绕组的成问题的较高的电流负荷，而借助于根据本专利技术调整的期望值缩小甚至可以实现逆变器的总计较大的贡献。由此，即使在同步转速范围内常见的严峻运行的情况下本专利技术仍然提供相对于电网频率偏差的高稳定性，更确切地说，在宽运行范围上。风能设备的可用性由此得到改善，尤其是在同时较高的迄今随着过高的变流器负荷而出现的转矩下以低噪音并且较低的转速运行的可能性得到改善。优选地，借助于等效函数计算所述增益值。在该等效函数中，可以以数学方式描绘系统特性。在这里，有利的是，以风能设备的电气系统的大大简化的等效模型为基础。已证明可行的是二次等效函数。优选地,相对于另一逆变器实现相反的期望值预给定(Sollwertvorgabe),使得相对于电网不会出现变化。原则上，本专利技术可以实现对用于计算增益值的等效函数的全面描述。所述等效函数可以多项地实现，其方式是:在计算增益值时使用基本函数，所述基本函数优选是二次函数，并且形成有附加的修正项。但是，优选地，从查找表(LUT)中调取所述值。在所述LUT中可以限定网格点的数量，所述网格点专门根据相应的风能设备及其部件来调校。由此实现了，通过相应地选择网格点来考虑部件(尤其是逆变器)的负荷限值以及发电机绕组和变压器绕组的电流负荷能力以及电缆的电流负荷能力。这样，可以避免要求比标称力矩高的转矩。此外，可以考虑风能设备的自身消耗，所述自身消耗依据转差率条件不同(正或负)附加地给相应的变压器绕组加负荷(转差率为正，欠同步运行)或者减负荷(转差率为负，过同步运行)。利用LUT能够以特别灵巧的方式考虑这种个体差异。不依赖于是使用带有修正项的基本函数还是LUT,分别有利地确定值对(Wertpaare),使得在直至同步范围的下端点值(Eckwert)的转速范围中将所述电网侧的逆变器实际上完全用于提供无功功率，在从所述同步范围的下端点值直至上端点值的范围中实际上完全利用所述电机侧的逆变器，以及在同步范围的上端点值之上又较窄地界定所述电机侧的逆变器的贡献。借助于增益值调整用于无功功率的期望值有利地通过调制来实现。这在实践中可以特别简单地通过乘法来实现。根据本专利技术的一个有利的实施类型，以基于电流的方式以固定电压为依据进行所述无功功率计算，所述固定电压优选相应于针对电压允差带下限值的电压值(通常是标称电压的90%，或者说相对于设计电压-10%的允差)。这可以实现利用有功电流和无功电流代替有功功率和无功功率进行简单的计算。增益函数可以是多项的。这样，可以设置附加环节，所述附加环节不考虑固定电压，而是考虑可变电压(例如转子电压)和/或其他参数(例如逆变器的温度)。在本专利技术的意义上，将多项也理解为例如针对本文档来自技高网...

【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：海因茨赫尔曼·莱塔斯，
申请(专利权)人：再生动力系统欧洲股份公司，
类型：
国别省市：