具有变频器调节的风力发电设备的制作方法

专利名称：具有变频器调节的风力发电设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电设备的变频器，该变频器与双馈异步发电机的转子连 接以向电网馈给电能，其中变频器包括发电机侧变流器和电网侧变流器，本发明还涉及 一种用于控制变频器的方法。
背景技术：
变频器在风力发电设备中的应用越来越多。现代风力发电设备通常是转速可 变的，从而发电机产生具有不同频率的交变电流。为了馈给到固定频率的供电网(通 常50Hz)中，需要频率变换。为此使用变频器。在此，优选使用由与发电机的转子电 连接的发电机侧变流器、直流电压中间电路和与电网电连接的电网侧变流器组成的变频 器。通常，风力发电设备被运行为使得其在电网故障时、尤其是短路时与电网分离。但 随着风力发电设备的逐渐普及和所装机的风力功率的增加，不再仅仅要求将有功电流简 单地馈给到电网中，而是期望风力发电设备的支持电网电压的运行。优选用于较高功率 的风力发电设备的双馈发电机具有以下问题馈给电网的变流器仅仅设计用于电功率的 大约三分之一并且现在不再能够实现用于确保支持电网的特性的额外需要的电流。在DE 102007028582A1中提出在具有全变频器-通过该全变频器将全部电功率馈给到电网 中-的发电机的情况下，即使发电机不再产生能量，发电机侧变流器同样直接连接到电 网上，以便通过该直接连接到电网上的发电机侧变流器向电网馈给额外的无功功率。该解决方案的缺点在于，仅仅在发电机的转子不输出能量时才可以使用该解决 方案。

发明内容
本发明的任务在于，避免现有缺点，防止变流器的过度负载并且更好地利用变 流器的现有储备。根据本发明的解决方案在于根据独立权利要求的特征的方法和装置，有利的扩 展方案是从属权利要求的主题。根据本发明，在控制风力发电设备的变频器时，所述变频器连接在双馈异步发 电机的转子上以向电网馈给电能，其中变频器包括发电机侧变流器、电网侧变流器和至 少一个用于调节和/或控制由变流器中的至少一个向发电机和/或电网输出的电流的变频 器调节器，实施以下方法步骤检测在一个变流器上施加的电压、输出的有功电流和/ 或输出的无功电流的变化；确定检测到的变化是否对应于预先确定的变化；并且只要检 测到的变化对应于预先确定的变化，则改变另一变流器的待输出的有功电流和/或待输 出的无功电路的标称值。本发明已经认识到，如果不像迄今为止那样相互独立地运行两个变流器的调 节，而是使两个变流器的调节彼此协调使得总电流输出最优，则可以显著地改善具有双 馈异步发电机的风力发电设备的电流输出和调节。具有直流电压中间电路的变频器被连接在双馈异步发电机上，使得该直流电压中间电路不仅可以影响电网侧变流器的有功电 流输出或无功电流输出，其方式是该直流电压中间电路改变流过发电机的转子的电流， 而且发电机侧变流器通过以下方式显著地影响有功电流输出或无功电流输出发电机侧 变流器借助于转子电流注入影响定子中有功电流和无功电流的基本上独立的调节。例如在 Asurdis 的论文《Doppeltgespeister Drehstromgenerator mitSpannungszwisch enkreisumrichter im Rotorkreis fiir Windkraft-anlagen》(TU Braunschweig， 1989)中描述了 借助于面向现场的调节的发电机侧变流器的转子电流注入。本发明的着眼点是，迄今为止的调节或者不具有异步发电机并且因此可以仅仅 通过电网侧变流器调节有功电流输出和无功电流输出，或者在异步发电机的情形中主要 通过发电机侧变流器的转子电流注入调节有功电流输出和无功电流输出，而变流器彼此 之间不进行协调，所述变流器仅仅被协调到转子电流或中间电路电压的它们相应的输入 参量上。变流器之间的协调调节的重要优点是，在风力发电设备的始终不可预见地发 生变化的工作条件下变流器可以相互支持，使得在一个变流器上出现将该变流器置于不 利的工作点中的预先确定的变化或者事件时，另一变流器将其工作点改变为使得减小负 载。因此，变流器的调节不再仅仅分别单独面向电网或者发电机，而是还进行针对各变 流器的总体上减小的负载的额外调节策略。因此，尤其是避免可能使各变频器过载的临界工作点，并且变频器因而可以或 者减小尺寸或者更高效地工作。以下解释一些概念在此，无功电流或者有功电流不仅理解为发电机定子、发电机转子或者变流器 的电流输出，而且也理解为电流消耗。有功电流或者无功电流及其标称值的变化理解为电流的幅度或者相位彼此之间 或者相对于电网中施加的电压或者另一参考值的变化。尤其是，对于发电机侧变频器， 还理解为注入到发电机定子中的电流的变化。在此，发电机侧的电流往往由变频器调节 器通过数学变换在所谓的面向现场的坐标中进行调节，例如iq和id，并且在控制变流器时 才返回到三相系统中。变流器之一上施加的电压、输出的有功电流和/或输出的无功电流的预先确定 的变化例如理解为达到极限值、超过相应参量的预给定值的变化速度或跃变式变化。但 在此也可以是具有预先确定的时间间隔的事件序列或者通过变频器执行预先确定的功 能。在此，变化不必仅仅限于电压或各电流，而是也可以是所述参量的组合，例如功 率。在此，预先确定的变化不必同时出现在所有三个相中，而是也可以仅仅涉及一个或 两个相。在此，优选在变流器之一上施加的电压、输出的有功电流和/或输出的无功电 流的预先确定的变化是达到预给定的极限值时使用所述方法。在达到一个变流器上的极 限值时，另一变流器或者可以承担电流输出的一部分和/或尝试改变电压，从而可以防 止超过极限值和损害或者关断变流器。此外设置，在考虑输出的有功电流和有功电流的可预给定的调节储备的情况下 确定另一变流器的待输出的无功电流的最大可预给定标称值。变流器的优先任务是，调 节有功电流输出，所述有功电流输出由风力发电设备的外部环境条件预给定。为了确保这一点，有功电流调节必须始终比无功电流优先，并且另一变流器上无功电流的提高不 应导致有功电流的降低。此外，还必须保持有功电流的可预给定的储备，以便可以对风 力发电设备的环境条件中的变化做出快速反应。在一个优选的扩展方案中设置，在达到 一个变流器的施加电压的上限值时另一变流器提高无功电流输出，以便降低受限制的变 流器上施加的电压。这通过以下方式实现除受限制的变流器外，另一变流器负责高电 压的降低。根据一个优选的实施方式设置，由变流器向电网输出的无功电流和/或有功电 流或者无功功率和/或有功功率的总和基本上保持不变。“基本上”指的是在此总输出 的变化小于等于10%。由此实现，对于变流器而言例如总体输出的无功电流保持不变，但较高负载的 变流器上的无功电流输出降低并且较低负载的变流器上的无功电流输出提高，从而在电 网中注意不到任何变化，但变频器降低与单个变流器或多个变流器相关的功率线路上的 峰值负载。尤其是，变频器调节在此考虑变流器和与变流器相对应的功率线路的设计极 限并且在相对于相应变流器或与其相关联的功率线路中的设计极限的满载方面尽可能地 均衡电流负载。这具有以下优点在风力发电设备的电组件短时间高负载或者过度负载 的情况下，例如由于风力发电设备附近的短路，两个功率线路具有相同份额的储备并且 可以避免单侧过度过载。与变流器相关联的功率线路在此理解为从变流器起在电方面位于变流器与电网 之间的电组件；因此对于电网侧变流器而言，根据实施方式例如为电网扼流装置、电网 滤波器、变频器侧的塔架电缆和(根据变压器实施方式)变频器侧的变压器绕组。对于 发电机侧变流器而言，这根据实施方式例如为包括转子塔架电缆的至发电机转子的连接 电缆、发电机转子、发电机定子、定子侧的塔架电缆以及(根据变压器实施方式)发电机 侧的变压器绕组。根据另一优选的实施方式设置，在施加在一个变流器上的一相或两相的电压超 过极限值的电压不对称的情况下，将另一变流器的无功电流输出改变为使得减小该电压 不对称性。因此只要在一个变流器上在仅仅一相或两相上出现电压跃变形式的变化，则 另一变流器可以通过有针对性地馈给无功功率来抵消电压不对称性并且防止风力发电设 备的损害。根据一个特别优选的实施方式设置，变频器调节器调节待输出的无功电流，使 得在出现快速的大的变化时优选具有较高动态性-即较快达到待输出的电流-的变流器输 出较大份额的无功电流。通过本发明实现了充分利用了较快变流器的调节动态性中迄 今未使用的储备。在此，较快的变流器达到其在电流输出中最大升高的极限，从而电流 输出的至少一部分也由具有较低动态性的变流器承担。总体上，由此实现了整个系统的 显著更好的反应速度。在一个优选的扩展方案中，在达到总电流之后也通过具有较低动态性的变流器 传输电流输出的主要部分。因此实现了，减小具有高动态性的变流器的负载并且因此可 以将具有高动态性的变流器运行为使得其可以更快地调节较小的变化。根据一个特别优选的实施方式，在对于每个变流器都包括一个独立的变流器调 节器的变频器调节器中设有调整模块，所述调整模块在变流器调节器之间传输相应的相关标称值、实际值和/或有功电流、无功电流和/或施加的电压的调节偏差。根据本发明的在必要时用于独立保护的另一方面，预先确定的变化是尤其由变 流器的有功电流输出和/或无功电流输出导致超过风力发电设备的至少一个组件的预给 定的温度极限值，其中所述组件直接位于变流器与电网之间的功率流中。变流器的电流 输出主要负责加热相应变流器的传导功率的功率线路的组件。对于发电机侧变流器 而言，这根据实施方式例如是包括转子塔架电缆的至发电机转子的连接电缆、发电机转 子、发电机定子、定子侧的塔架电缆以及(根据变压器实施方式)三绕组变压器的发电机 侧的变压器绕组。对于电网侧变流器而言，这根据实施方式例如为电网扼流装置、电网 滤波器、变频器侧的塔架电缆和(根据变压器实施方式)三绕组变压器的变频器侧的变压 器绕组。传导电流的组件的温度受流过这些组件的电流的显著影响。如果现在与变流器 相关的组件超过预给定的温度极限值，则可以通过降低该变流器上的电流输出和提高另 一变流器上的相应的电流输出来限制温度升高或者甚至降低温度。根据一个特别优选的实施方式，一个变流器达到持续运行所允许的电流极限， 但馈给超过所述电流极限的电流量。除了所述事件，预先确定的变化包括预先确定的时 间的变化过程或者达到与所述变流器相关的功率线路中预先确定的温度极限值。如果超 过预先确定的时间或者温度极限值，则过度馈给的变流器降低其电流输出而另一变流器 提高其电流输出，以便至少部分补偿电流降低。对于其他解释和有利的实施方式参照针对本发明的第一方面给出的描述。此外，本发明还涉及一种相应的风力发电设备，该风力发电设备具有变频器和 双馈异步发电机以实施所述方法。


以下参考附图借助优选实施方式示例性地描述本发明。关于所有未以文字详细 阐述的根据本发明的细节可以明确地参照附图。图1示出风力发电设备；图2示出根据本发明的变频器调节器；图3以替换实施方式示出根据本发明的变频器调节器；和图4示出具有所连接的温度调节装置的根据本发明的变频器调节器。
具体实施例方式根据图1简要解释风力发电设备的结构。风使风力发电设备1的风转子2转动。 在此，风转子2在机械上通过传动装置3与发电机4连接并且使发电机4的转子6转动。 发电机的定子5通过塔架中的电力电缆13、变压器8和断路开关9与电网10连接。发 电机4的转子6与变频器7连接，该变频器7又同样通过塔架中的电力电缆14、变压器8 和断路开关9与电网10连接。变压器8在此实施为具有三个绕组_即具有分别用于电网侧变流器72和发电机 侧变流器71的功率线路的独立绕组_的变压器。具有两个或者其他数量的绕组的实施方 式同样是可以考虑的。只要在额定转速范围内_即在过同步范围内_运行通过风转子2 驱动的发电机4，发电机4根据设计通过定子向变频器7输出其电功率的60-90%，而通过转子6向变频器7输出其电功率的10-40%。图2示出变频器7，该变频器7具有发电机侧变流器71和电网侧变流器72，它 们通过直流电压中间电路73连接。电网侧变流器72通过扼流装置12与变压器8连接。 发电机侧变流器71与发电机4的转子6连接，该转子6在其一侧与变压器8连接。在直 流电压中间电路73中，在电容器82旁边具有保护元件81，该保护元件81在图中由开关 和电阻组成并且在直流电压中间电路73中出现过电压时降低该过电压。但是，保护元件 81也可以具有与图2中所示不同的电路拓扑结构。变频器调节器20包含发电机侧变频器调节器20'和电网侧变频器调节器20〃， 它们通过调整模块40交换标称值、实际值和调节偏差。每个变频器调节器20'、20"包 括变流器调节器21、22，该变流器调节器21、22借助于控制线路42'和42"控制变流器 71、72的开关。变流器和风力发电设备的各电参量_尤其是施加的电压和流动的有功电流以及 无功电流和中间电路电压-借助于传感器30、31、32、33来测量并且在测量模块23'、 23〃中输送给变频器调节器20'、20〃。测量模块23'、23〃向变化确定模块24'、 24〃和调节器偏差模块26'、26"提供测量值。变化确定模块24'、24"借助于以极限 值、特征曲线或者事件序列形式存储的变化来确定是否存在由测量模块23'、23"传输 的测量值的预先确定的变化以及变化是何种类型。这例如可以是电网侧变流器72上施加 的电压超过极限值，或者也可以是要施加的可能超过变流器的最大允许电流量的无功电 流标称值。此外，对于变流器标称值，变化确定模块24'、24〃也可以在这些变流器标称 值被调节器模块27'、27"施加到相应的变流器调节器21、22上之前确定预先确定的变 化。变化确定模块24'、24"向调节器模块27'、27"转发与测量值或变流器标称值有 关的变化。标称值确定模块25'、25"确定分别要由风力发电设备和各变流器输出的功率 标称值和电流标称值，其中考虑到由风力发电设备29的控制装置施加的预给定值和风力 发电设备的其他额外的传感器值28'、28"，例如发电机转速、风速或者发电机的组件 温度、变频器的组件温度或者电流线路的组件温度。在此，标称值确定模块25'、25" 考虑根据运行方式而言不同的转矩/转速特性曲线。对于声优化的运行而言，例如可以 使用与产量优化运行不同的特性曲线。现在，调节器偏差模块26'、26"确定由测量模 块23'、23"施加的实际值与由标称值模块25'、25"施加的标称值的调节器偏差并且 向调节器模块27'、27"传输所确定的偏差。调节器模块27'、27"将变流器71、72的相应调节器偏差与标称值进行比较并 且将其转发给变流器调节器21、22，只要变化确定模块24'、24"没有识别到变化。但 是只要变化确定模块24'、24"识别到变化，则一个调节器模块27'、27"向调整模块 40传输相应的值，并且另一调节器模块根据所存储的修正函数修正要向另一变流器调节 器21、22施加的标称值。随后，变流器调节器21、22根据施加的标称值控制相应的变流器71、72的开 关，从而输出相应的有功电流和/或无功电流。图3示出变频器调节器20的替代于图2中所描述的调节器结构的配置。在此，
9变频器调节器20'、20"合并在变频器调节器20中。分开的功能模块同样分别合并在相 应的功能模块中。在此情形中，调节的过程不再根据变流器一定分开地进行，而是在此 示例中在中央调节器模块47向变流器调节器21、22预给定标称值时才进行变流器之间的 协调。中央调节器模块47组合在图2所示的实施例中由调节器模块27'、27"和调整模 块40负责的功能。由此更快速并且更灵活地进行变流器调节器21、22之间的协调。图4示出具有所连接的温度传感器91、92的根据本发明的变频器调节器20。 在此，在发电机侧变流器71的功率线路4、8、13中在组件4、8、13处设有温度传感器 91，这些温度传感器91向变频器调节器20输出感测到的温度值。同样在电网侧变流器 72的功率线路8、12、14中在组件8、12、14处设有温度传感器92。如果温度值超过预 给定的温度极限值，则变频器调节装置20降低向相关变流器71、72的电流输出并且以相 同的值提高向另一变频器71、72的电流输出。以下示例性地但非穷举性地阐述一些情形，其中使用根据本发明的方法而无需 参照附图。为了电网侧变流器能够向电网馈给功率，可以通过电网侧变流器提供的电压必 须高于上游部件一例如扼流装置-上的电压。在此，通过中间电路电压和所使用的调制 方法确定电网侧变流器上的电压。如果上游部件上的电压超过可以由电网侧变流器提供 的电压，则该电网侧变流器不再向电网馈给功率，并且变流器被关断。因此在电网电压 升高时，必须限制双馈异步发电机的容性无功电流(过调运行)的输出，以便阻止电网电 压的进一步上升。该方法可以被优化为使得在电网侧变流器上的电压上升时首先中间电路中的电 压升高到最大允许的电压并且在电网侧变流器上的电压继续上升时将电网侧变流器的无 功电流输出移到感性区域(降压运行)中，其目的在于，将电网侧变流器上的电压限制到 最大允许的值上。但不应损害用于调节中间电路电压的有功功率输出，从而通过电网侧变流器的 剩余无功电流部分限制最大可能的感性无功电流馈给。但不应减小向电网输出的无功功 率，而应在总量上保持不变。因此，提高发电机侧变流器的容性无功功率输出，以便补 偿电网侧变流器的降低。这意味着，通过控制发电机侧变流器的电流输出在定子上馈给 容性无功电流，而电网侧变流器输出感性无功电流，以便限制电网侧变流器上的电压。如果一直未达到电网侧变流器的允许的电压极限，则最终降低发电机侧变流器 的容性无功电流输出并且因此降低整个系统的容性无功电流输出，直到重新遵守电网侧 变流器上的电压极限。通过电网侧变流器的开关尺寸设计和热设计来限定可以由电网侧变流器向电网 馈给的电流的大小。对于电网侧变流器的运行而言，必须对有功电流馈给一直设有优先 权，从而中间电路中的电压可以保持恒定。剩余的电流可以-除去用于有功电流调节的 调节过程的一定储备_用于馈给无功电流。如果在运行期间达到电网侧变流器上的电流馈给的对于持续运行所允许的极 限，则在零的方向上(与感性还是容性无关地)降低电网侧变流器的无功电流馈给。但 为了不降低由风力发电设备向电网输出的无功功率，通过发电机侧变流器对定子上的电 流输出进行控制，使得通过定子向电网馈给增加的无功电流。
该方法在运行中具有以下优点可以一直使用电网侧变流器的最大可用的无功 功率，并且只要达到电网侧变流器的电流提供能力的极限，发电机侧变流器就可以接管 该馈给，而在总体上不出现风力发电设备的无功功率馈给的降低。发电机侧变流器上的电压主要取决于电网电压、设备转速和发电机侧变流器的 无功电流馈给。如果发电机侧变流器的电压上升超过允许的极限，尤其是在高转速和高 电压或者电网频率变化时，则通常关断风力发电设备。首先尝试抵消这种情况，其方式 是，将发电机置于感性工作点。但如果通过发电机侧变流器的电压下降不足以实现足够 低的电压，则通过电网侧变流器额外地馈给感性无功功率，以便进一步降低发电机侧变 流器上的电压。同样在三绕组变压器的情形中，如在图1中所示，电网侧变流器可以有 助于发电机侧变流器上的电压下降。但如果发电机侧变流器上的电压一直过高，则可以降低双馈异步发电机的有功 功率输出。因此，既在发电机侧变流器中也在电网侧变流器中提供用于无功电流馈给的 额外电流。通常通过发电机侧变流器进行发电机的无功电流消耗的补偿。在2MW风力发 电设备的情况下，这例如约为200MVA或者约100A。如果现在-例如对于较低转速时的 风力发电设备的运行-应涉及高转矩，则这尤其可以在发电机的同步点附近要求发电机 侧变流器的功率降低，以便避免热过载。对此的原因在于，发电机侧变流器的频率在同 步点范围内几乎为零，使得因此需要直流电流的馈给。然而，这导致发电机侧变流器的不相等的负载，使得单个半桥的负载明显较 大。现在为了避免发电机侧变流器的过载，通常在同步点附近降低用于持续运行的电流 极限。如果_尤其是在同步点附近_达到针对发电机侧变流器的电流输出的持续运行极 限，则降低发电机侧变流器的无功电流馈给，从而提供用于有功电流馈给的更高份额的 电流。现在缺少的无功电流部分由电网侧变流器承担，从而不损害整个系统的无功功率 馈给。此外，风力发电设备的转速被调节为使得该风力发电机仅仅短时地保持在同步点 附近，以便避免有功功率输出的降低。如果在电网中在三个相上施加不同大小的电压，则导致电流的不对称馈给。因 此部件可能过载，此外，发电机的不对称负载可以导致功率波动。附加地，发电机中的 逆相序系统电流导致不期望的损耗，因为尤其是在转子中由于较高的电流频率而出现电 流变化。为了避免这样的干扰，具有双馈异步发电机的风力发电设备装配有逆相序系统 调节，该逆相序系统调节重新使输出到电网中的电流均勻。在具有双馈异步发电机的风 力发电设备中，借助发电机侧变流器进行有功电流的逆相序系统调节，以便使风力发电 设备的负载最小化。根据本发明的调节通过以下方式改进本身已知的逆相序系统调节 电网侧变流器额外地馈给(在逆相序系统中为感性的)逆相序系统无功电流以降低电压不 对称性。由此降低的逆相序系统电压稳定电网并且还对风力发电设备起到有利的作用， 因为由此例如降低驱动装置(泵、通风装置、方位角…)上电压的逆相序系统。具有双馈异步发电机的风力发电设备装配有定子开关，该定子开关使得能够在 发电机侧变流器被关断时也继续向电网馈给无功功率。为了确保在接通和关断定子期间 也连续地馈给无功功率，在低于所定义的转速时选择如下运行方式在所述运行方式中 仅仅通过发电机侧变流器对发电机的无功电流消耗进行补偿，但仅仅通过电网侧变流器
11进行电网的无功电流提供。由此，在接通和关断定子时，例如对于连续的电压调节或者 作为电网中无功功率源的运行(STATCOM)，电网在无功电流馈给的总量方面不经受变 化。由于通过发电机的间接作用方式，通过发电机侧变流器的电流调节通常具有高 于IOms的时间常数。与此相反，电网侧变流器的调节时间常数远远低于10ms，因为电 网侧变流器直接在电网处工作。在施加在风力发电设备上的电压发生电压跃变时，有功 电流输出和/或无功电流输出必定同样以跃变方式被改变。这一方面因为功率输出应当 保持恒定，另一方面因为电压在电压跃变之后位于容许公差之外并且电网电压必然受到 无功电流输出的影响。现在，在考虑以上所述的调节时间常数的情况下进行电流的快速 调节。在调节电网侧变流器时，变频器调节器不仅考虑标称值，而且额外地还考虑发电 机侧变流器的标称值与实际值之间的调节差并且将该调节差加到电网侧变流器的标称值 上。只要发电机侧变流器在其电流极限以外运行或者电流上升仍然不足，则使用电网侧 变流器的电流储备，以便改善整个系统的调节速度。该调节的重要前提条件是，发电机侧变流器与电网侧的变流器之间的通信是快 速的，因为电网侧变流器的无功电流的标称值以及整个系统的无功电流的实际值对于电 网侧变流器的调节来说都是必要的。在具有两个完全独立的变流器调节器而不具有上级的变频器调节器的分立调节 的情况下，在向电网侧变流器传输值以确保所需的调节速度时，需要在每个计算步骤中 向电网侧变流器的调节器传输发电机侧变流器的无功电流的实际值。与具有全变频器系统的风力发电设备(其中全部电功率流过变频器)相比，具 有双馈异步发电机的风力发电设备具有更大的脉冲短路电流。脉冲短路电流是在电网中 发生短路时出现的电流峰值，该电流峰值由风力发电设备输出到电网中。由于高的脉冲 短路电流，在电网中位于风力发电设备上游的组件可能受到损害。脉冲短路电流可以通 过发电机侧变流器上的电流峰值而被检测到。本发明现在使得能够使用以下调节在所 述调节的情况下，通过电网侧变流器补偿和/或承担脉冲短路电流的一部分。脉冲短路 电流具有无功电流分量和有功电流分量，其中电网侧变流器可以通过馈给补偿的无功电 流_即在大多数情况下为容性无功电流_来均衡在大多数情况下为感性的无功电流。有 功电流不能如此简单地来补偿。有功电流必须被转向到电负载中。为此，电网侧变流器 将电流导入到变频器的中间电路中。这导致中间电路的电压上升并且连接在变频器的中 间电路中的保护元件_大多数情况下是具有负载电阻的中间电路断路器_接收脉冲短路电 流的能量或者该能量的至少一部分。通过该调节可以显著地减小脉冲短路电流。
1权利要求
1.一种用于控制风力发电设备的变频器的方法，所述变频器与双馈异步发电机的转 子连接以向电网馈给电能，其中所述变频器包括发电机侧变流器、电网侧变流器和至少 一个用于调节和/或控制由所述变流器中的至少一个向所述发电机和/或所述电网输出的 电流的变频器调节器，具有以下方法步骤-检测一个变流器上施加的电压、输出的有功电流和/或输出的无功电流的变化， -确定检测到的变化是否对应于预先确定的变化，-只要检测到的变化对应于预先确定的变化，则改变另一变流器的待输出有功电流和 /或待输出无功电流的标称值。
2.根据权利要求1所述的用于控制风力发电设备的变频器的方法， 其特征在于，所述变流器之一上施加的电压、输出的有功电流和/或输出的无功电流的预先确定 的变化是达到预给定的极限值。
3.根据权利要求1或2所述的用于控制风力发电设备的变频器的方法， 其特征在于，在考虑所输出的有功电流和有功电流的可预给定的调节储备的情况下确定另一变流 器的待输出无功电流的最大可预给定的标称值。
4.根据以上权利要求之一所述的用于控制风力发电设备的变频器的方法， 其特征在于，所述预先确定的变化是达到在一个变流器上施加的电压的电压上限值，并且另一变 流器提高无功电流输出，以便降低到达极限值的变流器上施加的电压。
5.根据以上权利要求之一所述的用于控制风力发电设备的变频器的方法， 其特征在于，所述预先确定的变化是尤其通过变流器的有功电流输出和/或无功电流输出导致所 述风力发电设备的至少一个组件超过预给定的温度极限值，其中所述组件位于与所述变 流器有关的功率线路中。
6.根据权利要求5所述的用于控制风力发电设备的变频器的方法， 其特征在于，所述预先确定的变化是超过电流输出的极限之后超过温度极限值的事件序列。
7.根据以上权利要求之一所述的用于控制风力发电设备的变频器的方法， 其特征在于，由所述变流器向所述电网输出的无功电流和/或有功电流或者无功功率和/或有功功 率的总和基本上保持不变。
8.根据以上权利要求之一所述的用于控制风力发电设备的变频器的方法， 其特征在于，无功电流输出和/或有功电流输出被调节为使得相对满载关于所述变流器或者与所 述变流器有关的功率线路的最大电流输出尽可能相同。
9.根据以上权利要求之一所述的用于控制风力发电设备的变频器的方法， 其特征在于，在施加在一个变流器上的一个相的电压的偏差超过极限值的电压不对称情况下，将另一变流器的无功电流输出改变为使得减小该电压不对称性。
10.根据以上权利要求之一所述的用于控制风力发电设备的变频器的方法，其特征在于，在待由所述风力发电设备总体输 出的无功电流的标称值跃变到一个新的、更高的标 称值时，尤其是作为施加的电压的跃变式变化的结果，所述变频器调节器在所述发电机 侧变流器与所述电网侧变流器之间划分新的标称值，使得所述变流器电流的这些新标称 值的总和对应于该新的标称值，其中待输出的无功电流的尽可能大的份额分摊给具有较 高动态性的变流器，其中对于所述变流器可以达到无功电流的极限值，并且从总无功功 率的标称值与具有较高动态性的变流器的无功功率的标称值的剩余差值得出具有较低动 态性的变流器的标称值。
11.根据权利要求10所述的用于控制风力发电设备的变频器的方法，其特征在于，在可预给定的持续时间之后和/或在达到所述变频器调节器的可预给定的标称值之 后，以可预给定的步骤改变变流器的标称值，使得具有较低动态性的变流器输出待输出 的无功电流的尽可能大的份额，直到达到该变流器的极限值，并且从总无功功率的标称 值与具有较低动态性的变流器的无功功率的标称值的差值得出具有较高动态性的变流器 的标称值。
12.—种具有变频器(7)的风力发电设备，所述变频器(7)与双馈异步发电机(4)的 转子(6)连接以向电网(10)馈给电能，其中所述变频器(7)包括发电机侧变流器(71)、 电网侧变流器(72)和至少一个用于调节和/或控制由所述变流器(71，72)中的至少一个 向所述异步发电机(4)和/或所述电网(10)输出的电流的变频器调节器(20)，其特征在于，借助于传感器(31，32)检测施加在所述变流器(71，72)上的电压、由所述变流器 (71，72)输出的有功电流和/或输出的无功电流；在其中存储有预先确定的变化的变化 确定模块(24)中对施加在所述变流器(71，72)上的电压、由所述变流器(71，72)输出 的有功电流和/或输出的无功电流进行比较；并且在所述变流器(71，72)之一上施加的 电压、输出的有功电流和/或输出的无功电流存在预先确定的变化时改变施加在另一变 流器(71，72)上的针对输出的有功电流和/或输出的无功电流的标称值。
13.根据权利要求12所述的具有变频器的风力发电设备，其特征在于，存储在所述变化确定模块(24)中的、在所述变流器(71，72)之一上施加的电压、输 出的有功电流和/或输出的无功电流的预先确定的变化是达到预先确定的极限值。
14.根据权利要求12或13所述的具有变频器的风力发电设备，其特征在于，将达到极限值的变流器(71，72)的无功电流输出的标称值改变为，使得所述标称值 对应于容性无功电流的减小的输出和/或感性无功电流的提高的输出。
15.根据权利要求12至14之一所述的具有变频器的风力发电设备，其特征在于，只要所述变化确定模块(24)已经确定达到一个变流器(71，72)的施加的电压的极限值，则将另一变流器(71，72)上无功电流输出的标称值改变为使得所述标称值对应于无 功电流输出的提高。
16.根据权利要求12至15之一所述的具有变频器的风力发电设备，其特征在于，所述变频器调节器(20)借助于温度传感器(91，92)确定与所述变流器(71，72)相 关的功率线路的组件的温度值，并且存储在所述变化确定模块(24)中的预先确定的变化 是尤其由所述变流器(71，72)的有功电流输出和/或无功电流输出导致超过所述风力发 电设备的至少一个组件的预先给定的温度极限值，其中所述组件位于与所述变流器(71， 72)相关的功率线路中。
17.根据权利要求12至16之一所述的具有变频器的风力发电设备，其特征在于，在对于每个变流器(71，72)都包括一个独立的变流器调节器(21，22)的变频器调节 器(20)的情况下，调整模块(40)在所述变流器之间传输有功电流、无功电流和/或施加 的电压的相应的标称值、实际值和/或调节偏差。
全文摘要
本发明涉及一种用于控制风力发电设备的变频器的方法，所述变频器与双馈异步发电机的转子连接以向电网馈给电能，其中所述变频器包括发电机侧变流器、电网侧变流器和至少一个用于调节和/或控制由所述变流器中的至少一个向所述发电机和/或所述电网输出的电流的变频器调节器，本发明还涉及一种相应的风力发电设备。根据本发明设置检测一个变流器上施加的电压、输出的有功电流和/或输出的无功电流的变化；确定检测到的变化是否对应于预先确定的变化；只要检测到的变化对应于预先确定的变化，则改变另一变流器的输出的有功电流和/或输出的无功电流的标称值。因此，如果不像迄今为止那样相互独立地运行两个变流器的调节，而是彼此协调两个变流器的调节，使得总电流输出最优，则显著地改善具有双馈异步发电机的风力发电设备的电流输出和调节。
文档编号H02M5/458GK102017383SQ200980113868
公开日2011年4月13日 申请日期2009年2月18日 优先权日2008年2月20日
发明者J·福特曼 申请人:再生动力系统股份公司