受控于限制输出有功功率的规则、包括双馈电机和逆变器的传动链的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种受控于限制输出有功功率的规则、包括双馈电机和逆变器的传动链。所述传动链包括具有转子和定子的电机，所述定子连接到交流电网上且具有定子频率，所述传动链还包括双向转换系统以将一交流电转换成另一交流电。所述双向转换系统连接在交流电网和转子之间，包括连接在交流电网上的交流-直流整流器、连接在交流-直流整流器和转子间的逆变器以及用于依照控制规则控制逆变器的开关的控制装置。对于在所述定子频率的0.6倍到所述定子频率的1.4倍之间的目标区间频率，所述控制规则使得所述逆变器与转子交换输出的有功功率始终略低于适用于在所述交流-直流整流器与所述逆变器之间循环的直流电的额定功率的0.3倍。
【专利说明】受控于限制输出有功功率的规则、包括双馈电机和逆变器的传动链
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于连接到交流电网的传动链(drive chain)或发电设备,特别涉及一种受控于限制输出有功功率的规则、包括双馈电机和逆变器的驱动传动链，还特别涉及一种用于交流电网且包括涡轮机以及连接到所述涡轮机的传动链的发电设备。
【背景技术】
[0002]马丁内斯?德阿里格力亚(Martinez de Alegria)等人发布的文档“双馈感应发电机风力润轮机的电网连接:一项调查(Grid connection of doubly fed inductiongenerator wind turbines:a survey)”中公开了一种传动链(drive chain)。所述传动链连接到三相电网并且包括双馈电机，其中所述电机的定子连接到所述三相电网，其转子由连接到所述三相电网的三相-三相转换器供电。转换器包括连接到所述三相电网的整流器，以及连接在所述整流器与所述电机的所述转子之间的逆整流器(逆变器)。
[0003]如果发生故障，例如三相电网发生短路，则所述传动链必须遵守诸如例如德国电网或英国电网等电网的特定准则(在英语中即为电网代码(grid code))，以便允许电网校正故障(来自英语的故障穿越(Fault Ride Through ;简称FRT))。
[0004]电网上的此类短路会使电机转子上的感应电压显著升高。上述文档随后设想了多种不同的解决方案，以避免传动链尤其是转换器因所述感应电压的升高而损坏，同时仍然遵守相关电网的规则。已设想出多种解决方案，例如，将针对过电压和/或过电流的安全装置连接在交流侧逆整流 器的输出端子之间，甚至针对交流电的每一相位将反并联连接的晶闸管(Thyristor)设置在电网与电机定子之间。优选的解决方案是将针对过电压和/或过电流的安全装置与转子流量控制系统结合使用，所述转子流量控制系统通过连接在转子与电网之间的转换器所发出的特定命令进行控制。
[0005]在任何情况下，这些不同的解决方案都必须向双馈电机添加额外的安全装置，例如针对过电压和/或过电流的装置，或者电网与电机定子之间反并联连接的晶闸管。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种传动链，所述传动链用于连接到交流电网，同时在电网上发生诸如短路等故障时遵守所述电网的运行准则，而无需任何类型的额外安全装置。
[0007]在这方面中,本发明的目标是提供上述类型的传动链,所述传动链包括:
[0008]电机，所述电机包括转子和定子，其中所述定子适用于电连接到所述交流电网并且具有定子频率;
[0009]双向转换系统，将一交流电转换成另一交流电，适用于连接在所述交流电网与所述电机的所述转子之间，其中所述双向转换系统包括:
[0010]双向交流-直流转换器，适用于连接到所述交流电网；
[0011]双向直流-交流转换器，连接在所述交流-直流转换器与所述转子之间，其中所述直流-交流转换器具有适用于将直流电压转换成交流电压的电子控制开关，以及用于连接所述交流电压每个相位的所述转子的连接端子；以及
[0012]所述直流-交流转换器的所述开关的控制装置，所述控制装置遵守控制规则；
[0013]其中对于定子频率的0.6倍至定子频率的1.4倍之间的目标区间频率(包括端点)，所述控制规则使得直流-交流转换器与转子交换输出的有功功率始终略低于适合在交流-直流转换器与直流-交流转换器之间循环的直流电的额定功率的0.3倍。
[0014]根据其他实施方式，所述传动链包括一个或多个以下特征，这些特征可以单独采用或者采用技术上可能的任何组合。
[0015]其中，对于所述目标区间频率，所述控制规则使得所述直流-交流转换器交换输出的有功功率小于上述额定功率的0.2倍。
[0016]其中，所述目标区间频率在所述定子频率(fs〒)的0.7倍到所述定子频率(fs〒)的1.3倍之间，优选在所述定子频率(f 的0.9倍到所述定子频率(f 的1.1倍之间，更优选在所述定子频率的0.95倍到所述定子频率的1.05倍之间。
[0017]所述传动链进一步包括:第一传感器，所述第一传感器位于所述交流-直流转换器与所述直流-交流转换器之间；以及第二传感器，用于记录所述直流-交流转换器(30)的所述端子处的交流电的波形；以及控制装置，所述控制装置包括用于所述目标区间频率的上述电压的驱动装置。
[0018]其中所述驱动装置包括:确定调整器，用于确定上述直流电压的校正值；以及带通滤波器，用于为所述目标区间频率选择交流电的波形，其中所述带通滤波器的频率下限和上限对应于所述目标区间频率。
[0019]其中对于所述目 标区间频率，所述控制规则使得在所述直流-交流转换器的所述端子处的交流电压的最大振幅(amplitude)始终略小于预定的振幅阈值,所述振幅阈值等于所述交流-直流转换器与所述直流-交流转换器之间的直流电的额定电压的0.3倍，优选等于所述直流电的上述额定电压的0.2倍。
[0020]其中所述控制规则使得所述直流-交流转换器处的交流电的功率因数(COSCp)始终略小于0.3，优选始终略小于0.2。
[0021]其中所述直流-交流转换器通过直流总线直接连接到所述交流-直流转换器，而不设置连接到所述直流总线的制动斩波器。
[0022]其中所述直流-交流转换器直接连接在所述交流-直流转换器与所述转子之间，而不设置连接在所述直流-交流转换器的所述端子之间的针对过电压和/或过电流的安全
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[0023]本发明的另一目标是提供一种用于交流电网的发电设备，所述发电设备一方面包括涡轮机和连接到涡轮机的类似传动链，另一方面适用于连接到交流电网，所述传动链为上述任一种传动链，其中所述电机是连接到所述涡轮机的发电机，并且所述发电机的定子适用于连接到所述交流电网。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]参考附图阅读以下仅用于示例的说明之后可以清楚地了解本发明的这些特征和优点，其中:[0025]图1是发电设备的示意图，所述发电设备包括适用于连接到交流电网的传动链；
[0026]图2是根据第一实施方式的图1所示直流-交流转换器的开关控制装置的示意图；以及
[0027]图3是根据本发明第二实施方式的与图2类似的视图。
【具体实施方式】
[0028]在图1中，用于交流电网12的发电设备10—方面包括涡轮机14和连接到涡轮机14的传动链16，另一方面连接到交流电网12。
[0029]例如，发电设备10是风力涡轮机。或者，所述发电设备10是水力发电装置。
[0030]例如，交流电网12是约等于50Hz的三相电网。或者，交流电网12的交流频率约等于60Hz。
[0031]例如，对于风力涡轮机而言，交流电网12具有约IkV的电压。或者，对于水力发电装置而言，交流电网12具有约33kV的电压。
[0032]交流电网12通常通过变压器(未图示)连接到高压电网。例如，对于风力涡轮机而言，高压电网具有约33kV的电压。或者，对于水力发电装置而言，高压电网具有约IOOkV的电压。
[0033]在交流电网12上发生诸如短路等故障时，连接到交流电网12的每个电气设备必须遵守相应行为准则，以避免电网12上发生骨牌效应故障。例如，德国电网运行准则要求电气设备在电网上发生与300ms期间内额定电压下降15%对应的故障时能够克服故障运行(在英语中即为故障穿越(Fault Ride Throug) _ FRT),同时在3秒之后返回到额定电压的80%。其他电网运行准则与德国电网的运行准则类似。
[0034]传动链16包括:电机18，所述电机18包括定子20和转子22 ；以及将交流电转换成另一交流电的双向转换系统24，所述双向转换系统24连接在交流电网12与电机的转子22之间。
[0035]电机18是异步电机。在图1所示的实施实例中，电机18具有连接到涡轮机14的发电机。
[0036]定子20电连接到交流电网12。定子20具有定子电流的角速度和频率f定子，其中角速度等于2 X f^0定子电流的频率(也称为定子频率)等于交流电网12的交流电的频率。例如，定子20直接连接到交流电网12。
[0037]转子22电连接到转换系统24。转子22包括以机械方式与涡轮机14的轴形成一体的轴26。转子22的轴26具有角速度《和机械旋转频率fmeea，其中角速度《等于2 xfmeca°旋转脉动电流《 〒和频率〒适用于在转子22内循环,其中旋转脉动等于2 31 X f动〒。转子22具有P对磁极。
[0038]因此，异步电机18的自动导向系统关系验证了以下等式:
[0039]P X W=W定子W动子(I)
[0040]换言之，定子频率f 和旋转电流频率(也称为旋转频率验证了以下等式:
[0041]P X fmeca=f定子_f动子 (2)
[0042]根据惯例，旋转频率在流过转换系统24的电流方向是从交流电网12到电机18时为正，在流过转换系统24的电流方向是从电机18到交流电网12时为负，其中所述转换系统24是双向的。当旋转频率fa〒为零时，没有电流流过转换系统24，其中定子20直接由交流电网12供电，并且机械旋转频率f_a等于定子频率[0043]对于风力涡轮机，机械旋转频率值4_乘以磁极对数量P为定子频率值〒的60%至140%，优选为定子频率值f 的70%至130%。换言之，旋转频率值fa+为定子频率值子的-40%至40%，优选为定子频率值f定子的-30%至30%。[0044]对于水力发电装置，机械旋转频率值4_乘以磁极对数量P为定子频率值的90%至110%，优选为定子频率值f 的95%至105%。换言之，旋转频率值f为定子频率值f定子的-10%至10%之间，优选在定子频率值f定子的-5%至5%之间。[0045]在图1所示的实施实例中，定子频率f等于50Hz，机械旋转频率Uea约为48/PHz,以便旋转频率f动〒约为2Hz。[0046]转换系统24包括连接到交流电网12的双向交流-直流转换器28，也称为交流-直流(AC-DC)转换器，以及连接在所述交流-直流转换器28与转子22之间的双向直流-交流转换器30，也称为直流-交流(AC-DC)转换器30。直流-交流转换器30包括适用于将直流输入电压转换成交流输出电压的电子控制开关，以及用于交流电压的每个相位的转子22的连接端子。[0047]所属领域中的技术人员将了解，当流过转换系统24的电流方向是从交流电网12到电机18时，即旋转频率〒为正时，双向交流-直流转换器28用作电压型整流器(voltage rectifier),而双向直流_交流转换器30用作逆电压型整流器(invertedvoltage rectifier)。[0048]另一方面，所属领域中的技术人员将了解，当流过转换系统24的电流方向是从电机18到交流电网12时，即旋转频率为负时，双向直流-交流转换器30用作电压型整流器，而双向交流-直流转换器28用作逆电压型整流器。[0049]转换系统24还包括位于交流-直流转换器28与直流-交流转换器30之间的直流(循环)总线31，以及用于根据控制规则控制直流-交流转换器30开关的装置32。[0050]在图2所示的实施实例中，传动链16包括:第一(直流电压测量)传感器34，适用于测量位于交流-直流转换器28与直流-交流转换器30之间的直流总线31上的循环量；以及第二传感器36，用于记录直流-交流转换器30的端子上的交流电波形。[0051]图1所示的交流-直流转换器28包括用于电网12提供的交流电的每个相位的输入端子(未图示)，以及两个输出端子和输出中点(未图示)。例如，交流-直流转换器28是三相转换器，因此包括三个输入端子。[0052]例如，交流-直流转换器28具有已知的中性点钳位型拓扑结构，也称为NPC拓扑结构(在英语中即为中点钳位(Neutral Point Clamped))。[0053]或者，交流-直流转换器28具有中性点可控型拓扑结构，也称为NPP拓扑结构(在英语中即为中点操控(Neutral Point Piloted))。因此,对于交流电的每个相位,交流-直流转换器28包括两个极端分支以及一个中间分支，也称为横向分支。每个极端分支连接在各自的输入端子与相应的输出端之间，并且包括电子控制开关。中间分支连接在各自的输入端子与中点之间，并且包括两个反串联连接的开关。[0054]直流-交流转换器30包括两个输入端子和一个输入中点(未图示)，以及用于与转子22连接的端子(未图示)，其中连接端子被指定用于每个交流电相位。双向直流-交流转换器30包括电子控制开关，当旋转频率为正时，所述电子控制开关适用于将交流-直流转换器28提供的直流电转换成提供给转子22的交流电。另一方面，当旋转频率为负时，直流-交流转换器30适用于将转子22提供的交流电转换成提供给双向交流-直流转换器28的直流电，因此用作逆整流器。
[0055]例如，直流-交流转换器30是三级转换器。例如，直流-交流转换器30是中性点钳位型转换器，也称为NPC转换器(“中性点钳位式”)。或者，直流-交流转换器30是中性点可控型转换器，也称为NPP转换器(“中性点操控式”)。
[0056]在图1所示的实施实例中，直流-交流转换器30通过直流总线31直接连接到交流-直流转换器28，而不设置连接到直流总线31的动态制动斩波器或DB斩波器。直流-交流转换器30直接连接在交流-直流转换器28与转子22之间，而不设置连接在直流-交流转换器30的转子连接端子之间的针对过电压和/或过电流的安全装置(在英语中称为短路器(crowbar))。
[0057]直流总线31在交流-直流转换器28的两个输出端子之间，以及在直流-交流转换器30的两个输入端子之间具有直流电压Vdc-ref。
[0058]命令装置32包括:计算装置38，用于计算直流-交流转转器开关的控制规则；确定装置40，用于根据所述控制规则确定直流-交流转换器30的开关的命令信号；以及应用装置42，用于将命令信号应用到直流-交流转换器30的开关。
[0059]命令装置32包括信息处理单元，例如，所述信息处理单元采用连接到存储器的数据处理器的形式。例如，计算装置38、确定装置40和应用装置42各自包括控制或计算软件、基于控制规则的命令信号确定软件，以及对直流-交流转换器开关的命令信号应用软件。所述存储器适用于存储控制规则的计算软件，所述计算软件用于确定命令信号以及应用命令信号。`
[0060]或者，计算装置38、确定装置40和应用装置42被制成专用可编程逻辑电路的形式。计算装置38包括用于计算命令设定点的第一计算装置44以及用于根据所计算的设定点计算控制规则的第二计算装置46。
[0061]对于0.6倍定子频率f 到1.4倍定子频率的目标频率范围，控制规则使得直流-交流转换器30与转子22交换输出的有功功率始终略低于适用于在交流-直流转换器28与直流-交流转换器30之间循环的直流电的额定功率的0.3倍。
[0062]术语“略”是指对于目标频率范围而言，交换输出的有功功率值能够大于上述额定功率的0.3倍，但是仅在交流电网12上发生故障后持续一段过渡期间。所述过渡时期的持续时间小于30ms，优选小于20ms。
[0063]如果发电设备10是风力涡轮机，则目标区间优选在定子频率的0.7倍到f定子的1.3倍之间。
[0064]例如，如果发电设备10是水力发电装置，则目标区间在定子频率f?定〒的0.9倍到定子频率f 的1.1倍之间，优选在定子频率f 的0.95倍到定子频率f 的1.05倍之间。
[0065]例如，对于目标频率范围，控制规则使得直流-交流转换器30交换输出的有功功率小于上述额定功率的0.2倍。[0066]例如，对于风力涡轮机而言，适用于在直流总线31上循环的直流电的额定功率等于几百千瓦，对于水力发电装置而言，该值为几兆瓦。因此，对于风力涡轮机而言，控制规则使得直流-交流转换器30提供的有功功率始终略低于几十千瓦，而对于水力发电装置而言，所述有功功率始终略低于几百千瓦。例如，对于风力涡轮机而言，控制规则使得直流-交流转换器30提供的有功功率始终略低于50kW，而对于水力发电装置而言，所述有功功率始终略低于500kW。
[0067]命令装置32包括驱动装置(actuation means)，用于在交流-直流转换器28与直流-交流转换器30之间提供目标区间频率的直流电压。更确切地说，对于目标区间的频率而言，直流-交流转换器30交换输出的有功功率值随上述直流电压的驱动而变。对于目标区间的频率而言，上述直流电压的驱动使得直流-交流转换器30交换输出的有功功率始终具有有限值，并且略低于适用于在交流-直流转换器28与直流-交流转换器30之间循环的直流电的额定功率的0.3倍。
[0068]在图2所示的实施实例中，对于目标区间的频率而言，控制规则使得直流-交流转换器30的端子处的交流电压的最大振幅始终略低于预定的振幅阈值。预定的振幅阈值等于交流-直流转换器28与直流-交流转换器30之间的直流电的额定电压的0.3倍，优选等于上述直流电的电压的0.2倍。
[0069]例如，对于风力涡轮机而言，适用于在直流总线31上循环的直流电的额定电压等于lkV，对于水力发电装置而言，该值为10kV。因此，对于风力涡轮机而言，预定的振幅阈值等于300V，对于水力发电装置而言，该值等于3kV。对于风力涡轮机而言，预定的振幅阈值优选等于200V，对于水力发电装置而言，该值优选等于2kV。
[0070]在图2所示的实施实例中，第一计算装置44包括减法器48，所述减法器48 —方面连接到第一传感器34，另一方面适用于接收预定直流电压值Vdc-ref。第一计算装置44还包括连接到减法器48的输出端的调整器50、连接到第二传感器36的带通滤波器52，以及连接到调整器50的输出端和带 通滤波器52的输出端的乘法器54。第一计算装置44还包括用于确定旋转频率fa〒的控制设定点的确定装置56，以及连接到乘法器54的输出端和确定装置56的输出端的加法装置58。
[0071]减法器48适用于计算第一传感器34所测量的直流电压与预定值Vdc-ref之间的误差。
[0072]例如，调整器50是比例积分微分调整器，也称为PID调整器。调整器50因此适用于根据直流参考电压Vdc-ref确定直流电压校正值。
[0073]减法器48和调整器54形成驱动装置，用于驱动直流总线31的电压。
[0074]带通滤波器52适用于为与目标区间的频率相对应的频带选择交流电的波形，以及为频带以外的频率衰减波形。因此，带通滤波器52的频带具有约等于目标区间频率的下限的截止频率下限，以及约等于目标区间频率的上限的截止频率上限。例如，带通滤波器52是二阶滤波器。换言之，对于风力涡轮机而言，所述频带的频率下限等于定子频率的0.6倍，优选等于定子频率f 的0.7倍。
[0075]对于水力发电装置而言，所述频带的频率下限等于定子频率f 的0.9倍，优选等于定子频率的0.95倍。对于风力涡轮机而言，所述频带的频率上限等于定子频率〒的1.4倍，优选等于定子频率f s〒的1.3倍。对于水力发电装置而言，所述频带的频率上限等于定子频率f 的1.1倍，更优选等于定子频率f 的1.05倍。
[0076]乘法器54适用于将调整器50提供的电压校正值乘以来自带通滤波器52的目标区间频率的波形，以便确定目标区间频率的控制设定点，其中直流-交流转换器端子处的交流电压振幅被设定为等于直流电压的校正值，以便确定控制设定点。
[0077]因此，减法器48、调整器50、带通滤波器52和乘法器54形成驱动装置，用于驱动直流电压进入目标区间频率。
[0078]加法装置58适用于将乘法器54输出的目标区间频率的命令设定点加上由确定装置56生成的旋转频率的命令设定点，以便确定整个频谱的命令设定点并提供给第二计算装置46。
[0079]因此，第二计算装置46适用于根据加法装置58生成的命令计算直流_交流转换器30的控制规则。
[0080]因此，对于目标区间频率而言，直流-交流转换器30的控制规则使得直流-交流转换器端子处的交流电压的最大振幅相对于定子频率f 始终略小于预定振幅阈值。更确切地说，对于目标区间的频率而言，直流-交流转换器端子30处的交流电压的最大振幅取决于直流总线31的直流电压的驱动。上述直流电压的驱动意味着，对于目标区间的频率而言，直流-交流转换器端子30处的交流电压的最大振幅始终略低于预定的振幅阈值。术语“略”意味着，对于目标区间的频率而言，上述交流电压的最大振幅能够大于预定的振幅阈值，但仅在交流电网12上发生故障以后持续的一段过渡时期内。所述过渡时期的持续时间小于30ms，优选小于20ms，因此一定小于根据电网运行准则设备需要克服的电压降持续时间，例如，后者等于300ms。
[0081]具体来说，当交流电网12上发生短路时，电机的转子22处的感应电压显著升高，因此对于定子频率f 附近的频率而言，交流侧直流-交流转换器30端子处的交流电压也将升高。因此，通过驱动用于目标区间频率的直流电压，根据本发明的直流-交流转换器的控制规则能够在交流电压对于目标区间频率升高时限制直流总线31上的直流电压，而不改变旋转频率Tzw的电压值，以便维持对转子22的控制。
[0082]因此，根据本发明的传动链能够避免转换系统24在交流电网12上发生短路时损坏，同时遵守电网12的运行准则。此外，所述传动链还无需其他进一步装置，例如连接到直流总线31的制动斩波器，或者连接在交流侧直流-交流转换器30之间的针对过电压和/或过电流的任何安全装置。
[0083]图3示出了本发明的第二实施方式，对于该实施方式而言，与前述第一实施方式类似的元素将使用相同的参考标号标示，因此此处不再描述。
[0084]根据第二实施方式，直流-交流转换器30的控制规则使得直流-交流转换器端子30的交流电的余弦始终略低于预定的功率因数阈值。预定的功率因数等于0.3，优选等于
0.2。术语“略”意味着，对于目标区间的频率而言，功率因数coscp的值可以大于预定的功率因数阈值，但仅在交流电网12上发生故障之后所持续的一段过渡时期内。所述过渡时期的持续时间小于30ms,优选小于20ms。在图3所示的实施实例中，传动链16包括第一传感器34，用于测量适用于在直流总线31上循环的直流电压，以及第二传感器36，用于记录直流-交流转换器30的端子处的交流电的波形。
[0085]在图3所示的实施实例中，第一计算装置44包括减法器148，所述减法器148 —方面连接到第一测量传感器34，另一方面适用于接收预定的直流电压参考值Vdc-ref。第一计算装置44包括:连接到减法器148的输出端的调整器150 ;确定装置151，用于确定直流-交流转换器30的端子处的电压与交流电强度之间的相移角9，以及用于确定连接到调整器150的输出端的相移角151的装置。
[0086]第一计算装置44还包括连接到第二传感器36的带通滤波器52，以及用于根据所述相移角9确定目标区间频率的命令设定点的第一装置154，其中第一命令确定装置154连接到调整器150和带通滤波器52的输出端。
[0087]第一计算装置44还包括:第二确定装置156，用于根据转子频率〒的相移角屮确定命令设定点；以及加法装置58，连接到第一命令确定装置154和第二命令确定装置156的输出端。
[0088]减法器148适用于计算第一传感器34所测量的直流电压与预定参考值Vdc-ref之间的误差。 [0089]例如，调整器150是比例积分微分调整器，也称为PID调整器。调整器150适用于根据直流参考电压Vdc-ref确定直流电压校正值。
[0090]减法器148和调整器150形成驱动装置，用于驱动直流总线31的电压。
[0091]相移角确定装置151适用于根据调整器150生成的直流电压校正值确定相移角9，其中直流-交流转换器端子处的交流电功率因数cos(p被设定为等于直流电压校正值，以便确定设定点。带通滤波器52适用于为与目标区间的频率相对应的频带选择交流电的波形，以及为频带以外的频率衰减波形。
[0092]带通滤波器52与第一实施方式中所述的滤波器完全相同，因此不再描述。
[0093]第一命令确定装置154适用于根据相移角9和带通滤波器52生成的目标区间频率的波形确定用于目标区间频率的命令。
[0094]因此，减法器148、调整器150、相移角确定装置151、带通滤波器52和第一命令确定装置154形成驱动装置，用于驱动目标区间频率的直流电压。
[0095]直流-交流转换器30的端子处的交流电的功率因数COS(p取决于目标区间频率的直流总线31的驱动。对于目标区间的频率而言，上述直流电压的驱动使得功率因数coscp的最大值始终略低于预定的功率因数阈值。功率因数C0S(p的最大值可以大于预定的功率因数阈值，但仅在交流电网12上发生故障之后所持续的一段过渡时期。所述过渡时期的持续时间小于30ms，优选的小于20ms，因此一定小于根据电网运行准则设备需要克服的电压降持续时间，例如，后者等于300ms。
[0096]加法装置58适用于将乘法器154输出的用于目标区间频率的命令加上第二确定装置146生成的用于旋转频率f^+的命令，以便确定整个频谱的命令设定点，并提供给第二计算装置46。
[0097]因此，第二装置46适用于根据加法装置58生成的设定点计算控制规则。
[0098]所述第二实施方式的作用方式类似于第一实施方式。直流-交流转换器30的控制规则使得直流-交流转换器30的端子处的交流电的功率因数COStp始终略小于0.3，相应地，直流-交流转换器30与转子22交换输出的有功功率始终略小于直流总线31上的直流电的额定功率的0.3倍。[0099]第二实施方式的优势与第一实施方式完全相同，因此不再描述。
[0100]因此应了解，根据本发明的传动链16被设计成连接到交流电网12，从而在交流电网12上发生诸如短路等故障时遵守电网12的运行准则，同时无需任何额外的额外装置，例如连接到直流总线31的制动斩波器，或者一些连接到交流侧直流-交流转换器30的端子的针对过电压和/或过电流的安全装置。
【权利要求】
1.一种适用于连接到交流电网(12)的传动链(16)，所述传动链(16)包括: 电机(18)，所述电机(18)包括转子(22)和定子(20)，其中所述定子(20)适用于电连接到所述交流电网(12)并且具有定子频率(f ； 双向转换系统(24)，将一交流电转换成另一交流电，适用于连接在所述交流电网(12)与所述电机(18)的所述转子(22)之间，其中所述双向转换系统(24)包括: 双向交流-直流转换器(28 )，适用于连接到所述交流电网(12 ); 双向直流-交流转换器(30 )，连接在所述交流-直流转换器(28 )与所述转子(22 )之间，其中所述直流-交流转换器(30 )具有适用于将直流电压转换成交流电压的电子控制开关，以及用于连接所述交流电压每个相位的所述转子(22)的连接端子；以及 所述直流-交流转换器(30)的所述开关的控制装置(32)，所述控制装置(32)遵守控制规则； 其中，对于在所述定子频率(f 的0.6倍到所述定子频率(f 的1.4倍之间的目标区间频率，所述控制规则使得所述直流-交流转换器(30)与所述转子(22)交换输出的有功功率始终略低于适用于在所述交流-直流转换器(28)与所述直流-交流转换器(30)之间循环的直流电的额定功率的0.3倍。
2.根据权利要求1所述的传动链(16)，其中对于所述目标区间频率，所述控制规则使得所述直流-交流转换器(30)交换输出的有功功率小于上述额定功率的0.2倍。
3.根据权利要求1或2所述的传动链(16)，其中所述目标区间频率在所述定子频率(f定〒)的0.7倍到所述定子频率(f 的1.3倍之间，优选在所述定子频率(f 的0.9倍到所述定子频率的1.1倍之间，更优选在所述定子频率的0.95倍到所述定子频率(f定〒)的1.05倍之间。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传动链(16)，进一步包括:第一传感器(34),所述第一传感器(34)位于所述交流-直流转换器(28)与所述直流-交流转换器(30)之间；以及第二传感器(36)，用于记录所述直流-交流转换器(30)的所述端子处的交流电的波形；以及控制装置(32)，所述控制装置(32)包括用于所述目标区间频率的上述电压的驱动装置(48、50、52、54 ;52、148、150、151、154)。
5.根据权利要求4所述的传动链(16)，其中所述驱动装置(48、50、52、54;52、148、150、151、154)包括:确定调整器(50、150)，用于确定上述直流电压的校正值；以及带通滤波器(52)，用于为所述目标区间频率选择交流电的波形，其中所述带通滤波器(52)的频率下限和上限对应于所述目标区间频率。
6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传动链(16)，其中对于所述目标区间频率，所述控制规则使得在所述直流-交流转换器(30)的所述端子处的交流电压的最大振幅始终略小于预定的振幅阈值，所述振幅阈值等于所述交流-直流转换器(28)与所述直流-交流转换器(30)之间的直流电的额定电压的0.3倍，优选等于所述直流电的上述额定电压的0.2倍。
7.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的传动链(16)，其中所述控制规则使得所述直流-交流转换器(30 )处的交流电的功率因数(COS(p)始终略小于0.3，优选始终略小于.0.2。
8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传动链(16)，其中所述直流-交流转换器(30 )通过直流总线(31)直接连接到所述交流-直流转换器(28 )，而不设置连接到所述直流总线(31)的制动斩波器。
9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传动链(16)，其中所述直流-交流转换器(30 )直接连接在所述交流-直流转换器(28 )与所述转子(22 )之间，而不设置连接在所述直流-交流转换器(30)的所述端子之间的针对过电压和/或过电流的安全装置。
10.一种用于交流电网(12)中的发电设备(10)，其中所述发电设备(10)包括涡轮机(14)和连接到所述涡轮机(14)的传动链(16)，所述发电设备(10)适用于连接到所述交流电网(12)，其中所述传动链(16)符合前述权利要求中的任一权利要求，其中所述电机(18)是连接到所述涡轮机(14)的发电机，所述发电机的所述定子(20)适用于连接到所述电流电网(12)。`
【文档编号】F03D9/00GK103608993SQ201280017289
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2012年4月5日 优先权日:2011年4月5日
【发明者】A.佩穆伊 申请人:通用电气能源能量变换技术有限公司