三相ac电气系统,以及用于补偿这样的系统中的电感不平衡的方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体涉及一种用于风力涡轮发电机的三相交流（AC)电气系统。具体而言， 本发明涉及用于补偿这样的电气系统中可能存在的电感不平衡的方法和设备。
【背景技术】
[0002] 近些年，在减少通过燃烧化石燃料生成的温室气体的排放上已有了越来越多的关 注。用于减少温室气体排放的一种解决方案是利用可再生能源。具体而言，源自于风力的 能量已经被证明是环境安全且可靠的能源。
[0003] 可以通过风力涡轮来捕捉风中的能量，风力涡轮是将风的动能转化成机械能，并 随后将该机械能转化成电功率的旋转机械。常见的水平轴风力涡轮包括塔、被定位在塔的 顶点的短舱，以及借助于轴被支撑在短舱中的转子。所述轴使转子直接或间接地与被容纳 在短舱里面的发电机的转子组件耦合。发电机产生电功率，所述电功率在被提供到电网之 前由功率变换器调节。多个风力涡轮可以被布置在一起，以形成风电场或风力发电厂。
[0004] 现有技术的风力涡轮电气系统包括典型地被并联连接到发电机的多个功率变换 器。每个功率变换器包括在其自身内的大量半导体开关电路，所述半导体开关电路一般被 用于功率整流和逆变并且关于dc-链路被耦合。不平衡的电气和磁性部件已知对开关功率 变换器系统的性能不利。当变换器并行操作时，该影响尤其严重。
【发明内容】
[0005] 在本发明的第一方面中，提供了一种用于补偿风力涡轮的三相交流（AC)电气系 统中的电感不平衡或感性不平衡的方法，所述电气系统包括被耦合到多个并行操作的背靠 背功率变换器的电气发电机，所述功率变换器随后被耦合到负载，所述功率变换器从所述 发电机接收电功率并且将经调节的电功率递送到所述负载，其中，所述三相AC电气系统的 每相的电流都通过单独的电力电缆来承载，所述方法包括：确定所述三相AC电气系统中的 电感不平衡、基于所述电感不平衡确定来选择电感补偿设备、并且在所述三相AC电气系统 内应用所述电感补偿设备。
【附图说明】
[0006] 通过范例并参考附图解释本发明的实施例。应当注意到，附图仅图示了本发明的 实施例的范例，并且因此不应被认为是对其范围的限制，这是因为本发明可以容许其他同 等有效的实施例。
[0007] 图1图示了风力涡轮。
[0008] 图2图示了具有并联连接的功率变换器的三相电气系统。dc-链路可以互连或可 以不互连。
[0009] 图3图示了根据实施例的平衡电气系统。
[0010] 图4a图不了与根据实施例的电感补偿设备親合的一对相导体。图4b图不了以相 对于图4a的备选方式被耦合的一对相导体。
[0011] 图5a图示了根据实施例的第一电感补偿设备。
[0012] 图5b图示了根据实施例的第二电感补偿设备。
[0013] 图5c图示了根据实施例的第三电感补偿设备。
[0014] 图5d图示了根据实施例的第四电感补偿设备。
[0015] 图5e图不了根据实施例的第五电感补偿设备。
[0016] 图5f图不了根据实施例的第六电感补偿设备。
[0017] 图5g图示了根据实施例的第七电感补偿设备。
【具体实施方式】
[0018] 在转到对附图的详细描述之前，将讨论实施例中的一些普遍项。
[0019] 如所提到的，现有技术的风力涡轮电气系统通常包括并联的功率变换器，每个功 率变换器模块包括大量电气开关。在这些功率变换器中，如果并联单元被一致地开关，则不 能在独立的基础上控制每个并联变换器模块内的相电流。由于实际原因，电功率开关（例 如IGBT设备）通常被一致地开关。电流的分布因此取决于存在于这些功率变换器模块与 各自的相之间的电平衡和磁平衡。
[0020] 在理想的情况下，所有的电气开关发射信号被同时接收，并且所有部件参数是相 同的。然而在实践中，在计时和诸如电感的部件参数中存在差异。这种不平衡的后果可能 导致模块之间的不平衡的功率分布、负序电流、DC-链路环流、以及开关设备内增大的功率 损耗。
[0021] 例如，在变换器分享公共的DC-链路时，被耦合到功率变换器以对输出功率进行 滤波的电网电感器之间的微小不平衡可能导致功率变换器DC-链路联锁（inter-tie)内的 环流。电网电感器中的不平衡可能源于材料质量的变化或者源于在部件的制作期间生产过 程的变化。类似地，电感不平衡也可能在电缆可能具有不同长度或具有不同的放置或布线 的情况下引起。
[0022] 下文中，参考了本发明的实施例。然而应当理解，本发明不限于具体描述的实施 例。而是相反，以下特征和元件的任何组合一一无论与不同的实施例是否相关一一均被预 期实现和实践本发明。
[0023] 另外，在各实施例中，本发明提供了优于现有技术的众多优势。然而，尽管本发明 的实施例可以实现优于其他可能的解决方案和/或优于现有技术的优势，但是特定的优势 是否由给定的实施例实现并不对本发明做出限制。因此，以下的方面、特征、实施例和优势 仅为说明性的，并且不被认为是权利要求的元素或对权利要求的限制，除非在（一个或多 个）权利要求中明确记载。类似地，对"本发明"的引用不应被解释为本文中公开的任何发 明主体的泛化，并且不应被认为是权利要求的元素或对权利要求的限制，除非在（一个或 多个）权利要求中明确记载。
[0024] 在第一方面中，提供了一种用于补偿风力涡轮发电机的三相AC电气系统中的电 感不平衡的方法，所述电气系统包括被耦合到多个并行操作的背靠背功率变换器的发电 机，该功率变换器随后被耦合到负载，该功率变换器从发电机接收电功率并且将经调节的 电功率递送到负载，其中，三相AC电气系统的每相的电流都通过单独的电力电缆或传输电 缆来承载，所述方法包括：确定三相电气系统中的电感不平衡、基于电感不平衡确定来选择 电感补偿设备、并且在三相AC电气系统内应用电感补偿设备。
[0025] 提供这样的补偿方法允许风力涡轮以平衡的电气特性运行和操作。利用对一个或 多个电感补偿设备的添加来校正不平衡的系统（初始状态），以形成平衡的系统。
[0026] 能够由经训练的服务技术人员在风力涡轮的调试期间，或者在安排的维护检查期 间执行这样的方法。如提到的，这样的电感不平衡在安装好的电气系统中相对常见，并且电 厂操作者倾向于忽视部件匹配上的这种偏差或将其作为常见的来接受，导致环流。然而，本 发明的发明人已经根据本发明进行了测试，并且已经注意到，一旦部件被平衡，则观察到环 流的显著减小。
[0027] 另外，注意到平衡的系统将更流畅且有效地运行。功率流均匀地分布在线串之间， DC-链路波动和其他应力减小，由此允许系统内的部件在更长的时间段工作。
[0028] 电缆布线和长度与其他因素（例如在导管内的位置、相捆绑、相的调换）一起影响 电力电缆以及由此的电气系统的电感平衡。然而，如果使用相同长度的电缆并且如果小心 注意地进行放置和布线，则与源于功率扼流的电感性不平衡相比较，源于电缆的电感性不 平衡可能小。
[0029] 在将电感补偿设备提供到电力电缆上时，该方法解决了电缆以及电缆附接到的电 磁设备两者的电感不平衡。还注意到，如果需要多个补偿设备，则补偿设备不需要被放置在 单个位置，而是可以被分布在沿电缆的若干位置上。这降低了集中电缆过热的可能性。
[0030] 在实施例中，电感补偿设备被应用到变换器内的独立的电力电缆。在这么做时，相 的自感被修改。对自感的受控修改允许补偿设备向使电气系统平衡有效地工作。
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