三相ac電氣系統(tǒng),以及用于補(bǔ)償這樣的系統(tǒng)中的電感不平衡的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體涉及一種用于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的三相交流（AC)電氣系統(tǒng)。具體而言， 本發(fā)明涉及用于補(bǔ)償這樣的電氣系統(tǒng)中可能存在的電感不平衡的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 近些年，在減少通過燃燒化石燃料生成的溫室氣體的排放上已有了越來越多的關(guān) 注。用于減少溫室氣體排放的一種解決方案是利用可再生能源。具體而言，源自于風(fēng)力的 能量已經(jīng)被證明是環(huán)境安全且可靠的能源。
[0003] 可以通過風(fēng)力渦輪來捕捉風(fēng)中的能量，風(fēng)力渦輪是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，并 隨后將該機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電功率的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。常見的水平軸風(fēng)力渦輪包括塔、被定位在塔的 頂點(diǎn)的短艙，以及借助于軸被支撐在短艙中的轉(zhuǎn)子。所述軸使轉(zhuǎn)子直接或間接地與被容納 在短艙里面的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子組件耦合。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電功率，所述電功率在被提供到電網(wǎng)之 前由功率變換器調(diào)節(jié)。多個(gè)風(fēng)力渦輪可以被布置在一起，以形成風(fēng)電場(chǎng)或風(fēng)力發(fā)電廠。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力渦輪電氣系統(tǒng)包括典型地被并聯(lián)連接到發(fā)電機(jī)的多個(gè)功率變換 器。每個(gè)功率變換器包括在其自身內(nèi)的大量半導(dǎo)體開關(guān)電路，所述半導(dǎo)體開關(guān)電路一般被 用于功率整流和逆變并且關(guān)于dc-鏈路被耦合。不平衡的電氣和磁性部件已知對(duì)開關(guān)功率 變換器系統(tǒng)的性能不利。當(dāng)變換器并行操作時(shí)，該影響尤其嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種用于補(bǔ)償風(fēng)力渦輪的三相交流（AC)電氣系 統(tǒng)中的電感不平衡或感性不平衡的方法，所述電氣系統(tǒng)包括被耦合到多個(gè)并行操作的背靠 背功率變換器的電氣發(fā)電機(jī)，所述功率變換器隨后被耦合到負(fù)載，所述功率變換器從所述 發(fā)電機(jī)接收電功率并且將經(jīng)調(diào)節(jié)的電功率遞送到所述負(fù)載，其中，所述三相AC電氣系統(tǒng)的 每相的電流都通過單獨(dú)的電力電纜來承載，所述方法包括：確定所述三相AC電氣系統(tǒng)中的 電感不平衡、基于所述電感不平衡確定來選擇電感補(bǔ)償設(shè)備、并且在所述三相AC電氣系統(tǒng) 內(nèi)應(yīng)用所述電感補(bǔ)償設(shè)備。
【附圖說明】
[0006] 通過范例并參考附圖解釋本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意到，附圖僅圖示了本發(fā)明的 實(shí)施例的范例，并且因此不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)其范圍的限制，這是因?yàn)楸景l(fā)明可以容許其他同 等有效的實(shí)施例。
[0007] 圖1圖示了風(fēng)力渦輪。
[0008] 圖2圖示了具有并聯(lián)連接的功率變換器的三相電氣系統(tǒng)。dc-鏈路可以互連或可 以不互連。
[0009] 圖3圖示了根據(jù)實(shí)施例的平衡電氣系統(tǒng)。
[0010] 圖4a圖不了與根據(jù)實(shí)施例的電感補(bǔ)償設(shè)備親合的一對(duì)相導(dǎo)體。圖4b圖不了以相 對(duì)于圖4a的備選方式被耦合的一對(duì)相導(dǎo)體。
[0011] 圖5a圖示了根據(jù)實(shí)施例的第一電感補(bǔ)償設(shè)備。
[0012] 圖5b圖示了根據(jù)實(shí)施例的第二電感補(bǔ)償設(shè)備。
[0013] 圖5c圖示了根據(jù)實(shí)施例的第三電感補(bǔ)償設(shè)備。
[0014] 圖5d圖示了根據(jù)實(shí)施例的第四電感補(bǔ)償設(shè)備。
[0015] 圖5e圖不了根據(jù)實(shí)施例的第五電感補(bǔ)償設(shè)備。
[0016] 圖5f圖不了根據(jù)實(shí)施例的第六電感補(bǔ)償設(shè)備。
[0017] 圖5g圖示了根據(jù)實(shí)施例的第七電感補(bǔ)償設(shè)備。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 在轉(zhuǎn)到對(duì)附圖的詳細(xì)描述之前，將討論實(shí)施例中的一些普遍項(xiàng)。
[0019] 如所提到的，現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力渦輪電氣系統(tǒng)通常包括并聯(lián)的功率變換器，每個(gè)功 率變換器模塊包括大量電氣開關(guān)。在這些功率變換器中，如果并聯(lián)單元被一致地開關(guān)，則不 能在獨(dú)立的基礎(chǔ)上控制每個(gè)并聯(lián)變換器模塊內(nèi)的相電流。由于實(shí)際原因，電功率開關(guān)（例 如IGBT設(shè)備）通常被一致地開關(guān)。電流的分布因此取決于存在于這些功率變換器模塊與 各自的相之間的電平衡和磁平衡。
[0020] 在理想的情況下，所有的電氣開關(guān)發(fā)射信號(hào)被同時(shí)接收，并且所有部件參數(shù)是相 同的。然而在實(shí)踐中，在計(jì)時(shí)和諸如電感的部件參數(shù)中存在差異。這種不平衡的后果可能 導(dǎo)致模塊之間的不平衡的功率分布、負(fù)序電流、DC-鏈路環(huán)流、以及開關(guān)設(shè)備內(nèi)增大的功率 損耗。
[0021] 例如，在變換器分享公共的DC-鏈路時(shí)，被耦合到功率變換器以對(duì)輸出功率進(jìn)行 濾波的電網(wǎng)電感器之間的微小不平衡可能導(dǎo)致功率變換器DC-鏈路聯(lián)鎖（inter-tie)內(nèi)的 環(huán)流。電網(wǎng)電感器中的不平衡可能源于材料質(zhì)量的變化或者源于在部件的制作期間生產(chǎn)過 程的變化。類似地，電感不平衡也可能在電纜可能具有不同長度或具有不同的放置或布線 的情況下引起。
[0022] 下文中，參考了本發(fā)明的實(shí)施例。然而應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于具體描述的實(shí)施 例。而是相反，以下特征和元件的任何組合一一無論與不同的實(shí)施例是否相關(guān)一一均被預(yù) 期實(shí)現(xiàn)和實(shí)踐本發(fā)明。
[0023] 另外，在各實(shí)施例中，本發(fā)明提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的眾多優(yōu)勢(shì)。然而，盡管本發(fā)明 的實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)于其他可能的解決方案和/或優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，但是特定的優(yōu)勢(shì) 是否由給定的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)并不對(duì)本發(fā)明做出限制。因此，以下的方面、特征、實(shí)施例和優(yōu)勢(shì) 僅為說明性的，并且不被認(rèn)為是權(quán)利要求的元素或?qū)?quán)利要求的限制，除非在（一個(gè)或多 個(gè)）權(quán)利要求中明確記載。類似地，對(duì)"本發(fā)明"的引用不應(yīng)被解釋為本文中公開的任何發(fā) 明主體的泛化，并且不應(yīng)被認(rèn)為是權(quán)利要求的元素或?qū)?quán)利要求的限制，除非在（一個(gè)或 多個(gè)）權(quán)利要求中明確記載。
[0024] 在第一方面中，提供了一種用于補(bǔ)償風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的三相AC電氣系統(tǒng)中的電 感不平衡的方法，所述電氣系統(tǒng)包括被耦合到多個(gè)并行操作的背靠背功率變換器的發(fā)電 機(jī)，該功率變換器隨后被耦合到負(fù)載，該功率變換器從發(fā)電機(jī)接收電功率并且將經(jīng)調(diào)節(jié)的 電功率遞送到負(fù)載，其中，三相AC電氣系統(tǒng)的每相的電流都通過單獨(dú)的電力電纜或傳輸電 纜來承載，所述方法包括：確定三相電氣系統(tǒng)中的電感不平衡、基于電感不平衡確定來選擇 電感補(bǔ)償設(shè)備、并且在三相AC電氣系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用電感補(bǔ)償設(shè)備。
[0025] 提供這樣的補(bǔ)償方法允許風(fēng)力渦輪以平衡的電氣特性運(yùn)行和操作。利用對(duì)一個(gè)或 多個(gè)電感補(bǔ)償設(shè)備的添加來校正不平衡的系統(tǒng)（初始狀態(tài)），以形成平衡的系統(tǒng)。
[0026] 能夠由經(jīng)訓(xùn)練的服務(wù)技術(shù)人員在風(fēng)力渦輪的調(diào)試期間，或者在安排的維護(hù)檢查期 間執(zhí)行這樣的方法。如提到的，這樣的電感不平衡在安裝好的電氣系統(tǒng)中相對(duì)常見，并且電 廠操作者傾向于忽視部件匹配上的這種偏差或?qū)⑵渥鳛槌Ｒ姷膩斫邮?，?dǎo)致環(huán)流。然而，本 發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行了測(cè)試，并且已經(jīng)注意到，一旦部件被平衡，則觀察到環(huán) 流的顯著減小。
[0027] 另外，注意到平衡的系統(tǒng)將更流暢且有效地運(yùn)行。功率流均勻地分布在線串之間， DC-鏈路波動(dòng)和其他應(yīng)力減小，由此允許系統(tǒng)內(nèi)的部件在更長的時(shí)間段工作。
[0028] 電纜布線和長度與其他因素（例如在導(dǎo)管內(nèi)的位置、相捆綁、相的調(diào)換）一起影響 電力電纜以及由此的電氣系統(tǒng)的電感平衡。然而，如果使用相同長度的電纜并且如果小心 注意地進(jìn)行放置和布線，則與源于功率扼流的電感性不平衡相比較，源于電纜的電感性不 平衡可能小。
[0029] 在將電感補(bǔ)償設(shè)備提供到電力電纜上時(shí)，該方法解決了電纜以及電纜附接到的電 磁設(shè)備兩者的電感不平衡。還注意到，如果需要多個(gè)補(bǔ)償設(shè)備，則補(bǔ)償設(shè)備不需要被放置在 單個(gè)位置，而是可以被分布在沿電纜的若干位置上。這降低了集中電纜過熱的可能性。
[0030] 在實(shí)施例中，電感補(bǔ)償設(shè)備被應(yīng)用到變換器內(nèi)的獨(dú)立的電力電纜。在這么做時(shí)，相 的自感被修改。對(duì)自感的受控修改允許補(bǔ)償設(shè)備向使電氣系統(tǒng)平衡有效地工作。
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