Настоящее изобретение касается способа подачи электрического переменного тока в сеть электроснабжения с помощью ветроэнергетической установки, а также ветроэнергетической установки, включающей в себя по меньшей мере один инвертор с выходом инвертора, сопряженным с активным фильтром.
В особенности для ветроэнергетических установок известно генерирование электрического переменного тока с применением электрических инверторов, или соответственно, подача электрического переменного тока с помощью электрических инверторов в сеть электроснабжения.
Обычно для этого ветроэнергетические установки имеют, по меньшей мере, электрический генератор для генерирования электрического переменного тока. Сгенерированный генератором электрический переменный ток затем для подачи в сеть электроснабжения с помощью по меньшей мере одного инвертора выполняется таким образом, чтобы сгенерированный генератором электрический переменный ток удовлетворял требованиям сети электроснабжения.
При этом электрический инвертор обычно выполнен многофазным и, чаще всего, в ветроэнергетических установках большой мощности выполнен модульным, т.е. инвертор имеет множество инверторных модулей, совместно образующих электрический инвертор.
Но электрические инверторы также имеют ряд недостатков, например, предоставленный электрическим инвертором электрический переменный ток нагружен гармониками, т.е. электрический переменный ток, или соответственно, электрический ток инвертора имеет множество гармоник самых различных порядков, которые нежелательны со стороны сети электроснабжения.
Чтобы свести к минимуму такие, в частности нежелательные, гармоники, на выходе электрического инвертора могут быть предусмотрены, или соответственно, расположены, например, активные или пассивные фильтры, задачей которых является нежелательные гармоники отфильтровать, или соответственно, сгладить предоставленный электрическим инвертором переменный ток.
При этом пассивные фильтры в самом простом случае выполнены из комбинации емкостей, импедансов и/или индуктивностей. Итак, пассивные фильтры имеют комбинацию пассивных компонентов, а именно, – конденсаторов, резисторов и/или катушек. Обычно такие пассивные фильтры кроме того однократно конфигурируются для своей области использования.
Активные фильтры дополнительно имеют, по меньшей мере, следующий активный компонент, т.е. компонент, который является управляемым, и в случае активного фильтра также управляется. Этим активным компонентом может быть, например, силовое коммутационное устройство, т.е. IGBT или MOSFET. К тому же, активные фильтры однократно инициализируются для своей области применения и в ходе эксплуатации соответственно дополнительно конфигурируются, т.е. их управление постоянно заново регулируется под их область применения.
Недостатком у известных до настоящего времени фильтров являются, в частности, ограниченный рабочий диапазон у пассивных фильтров, или соответственно, большое время прохождения сигнала у активных фильтров, приводящие к тому, что сгенерированный генератором, выпрямленный инвертором и отфильтрованный фильтром электрический переменный ток, несмотря на эти меры предосторожности, имеет гармоники, не удовлетворяющие требованиям сети электроснабжения, в частности, в странах с высокими требованиями, которые имеют слабую сеть электроснабжения, такие, как например, Бразилия.
Немецкое ведомство по патентам и товарным знакам провело поиск по приоритетной заявке к данной заявке и выявила следующий уровень техники: DE 10 2012 203 015 A1, DE 10 2014 219 052 A1, US 2013/0 039 100 A1, US 5 831 842 A и JP 2003–209 973 A.
Таким образом, в основу настоящего изобретения положена задача решить по меньшей мере одну из названных выше проблем. В частности, должно быть предложено решение, обеспечивающее подходящее для ветроэнергетических установок фильтрование электрического переменного тока, или соответственно, электрического тока инвертора. Но, по меньшей мере, должно быть предложено альтернативное известным по настоящее время концептам решение.
Таким образом, согласно изобретению предлагается способ подачи электрического переменного тока в сеть электроснабжения с помощью ветроэнергетической установки по пункту 1. В соответствии с ним, ветроэнергетическая установка включает в себя по меньшей мере один инвертор с выходом инвертора для предоставления электрического тока инвертора и сопряженный с выходом инвертора активный фильтр.
Таким образом, инвертор выполнен для того, чтобы на своем выходе инвертора предоставлять, или соответственно, выдавать ток инвертора, в частности, многофазный переменный ток.
К тому же, активный фильтр выполнен для того, чтобы фильтровать предоставленный на выходе инвертора ток инвертора, в частности, чтобы таким образом предоставить отфильтрованный переменный ток для подачи в сеть электроснабжения, или соответственно, предпочтительно с помощью трансформатора подать его в сеть электроснабжения. Таким образом, активный фильтр расположен предпочтительно между, по меньшей мере, одним электрическим инвертором и сетью электроснабжения.
Для этого особо предпочтительно ветроэнергетическая установка имеет концепт полного преобразователя, при этом под концептом полного преобразователя следует понимать, в частности, что весь произведенный ветроэнергетической установкой электрический ток таким образом проводится через инвертор или компоновку из нескольких инверторов, или соответственно, инверторных модулей, чтобы весь ток, поданный в сеть электроснабжения, был проведен через этот инвертор, или соответственно, эту компоновку из нескольких инверторов, или соответственно, инверторные модули.
На первом этапе электрический инвертор предоставляет с помощью коммутирующих операций по меньшей мере одного коммутирующего устройства на своем выходе ток инвертора. Так инвертор подготавливает сгенерированный генератором ток или его часть, чтобы на выходе инвертора предоставить, или соответственно, выдать переменный ток. Предоставленный таким образом на выходе инвертора ток инвертора является, при этом, в частности, трехфазным переменным током.
Для этого электрический инвертор выполнен предпочтительно трехфазным и имеет для производства электрического тока инвертора по меньшей мере одно верхнее и нижнее коммутационное устройство для каждой из фаз. При этом коммутационные устройства инвертора могут управляться, например, по способу допустимых диапазонов, чтобы производить ток инвертора, или соответственно, предоставлять его на выходе инвертора.
При этом независимо от вида способа управления, управление инвертором, или соответственно, управление коммутационными устройствами инвертора принимает на себя контроллер, управляющий коммутационными устройствами инвертора управляющими сигналами таким образом, чтобы на выходе инвертора устанавливался соответствующий ток инвертора.
На втором этапе соответственно изобретению регистрируются коммутационные операции инвертора. Т.е. контролируются коммутационные операции отдельных коммутационных устройств инвертора. Это может происходить, например, прямой регистрацией состояния коммутации соответствующего коммутирующего устройства или съемом управляющих сигналов, передаваемых от контроллера на коммутационные устройства. Если контроллер посылает, например, управляющий сигнал на коммутационное устройство инвертора, то этот сигнал измеряется и подводится, в частности, к активному фильтру, или соответственно, передается на активный фильтр. Таким образом, активный фильтр получает предпочтительно те же самые сигналы, что и коммутационные устройства электрического инвертора.
Затем активным фильтром управляют в зависимости от зарегистрированных коммутационных операций, чтобы фильтровать предоставленный от инвертора на выходе инвертора ток инвертора, в частности, чтобы таким образом создать отфильтрованный переменный ток.
Затем на создаваемый таким образом, или соответственно, отфильтрованный переменный ток могут быть наложены, например, следующие переменные токи, и он может быть подан через трансформатор в сеть парка ветровых установок и/или в сеть электроснабжения.
Таким образом, в частности, предлагается, чтобы активный фильтр управлял напрямую в зависимости от управляющих сигналов для коммутирующих устройств инвертора. Инвертор, или соответственно, контроллер инвертора сообщает активному фильтру предпочтительно управляющие сигналы для коммутирующих устройств, например, напрямую тем же сигналом или далее предпочтительно косвенно с помощью съема сигнала управляющих сигналов. Благодаря такому подходу имеют место почти те же самые времена прохождения сигнала между контроллером инвертора и коммутирующими устройствами инвертора, а также между контроллером инвертора и активным фильтром. Такая структура, или соответственно, такой образ действий дает, в частности, возможность фильтрации тока инвертора, при которой не имеется временных задержек в управляющих сигналах между фильтруемым переменным током и активной фильтрацией. Таким образом, активный фильтр оборудован для того, чтобы фильтровать предоставленный инвертором ток инвертора без необходимости его измерять.
Далее, при этом особо предпочтительным является то, что активный фильтр не должен быть инициализирован и дополнительно конфигурирован, как в известных до настоящего времени способах, или не должен постоянно измеряться ток, чтобы регистрировать отклонения от заданного значения.
Тем самым, соответствующий изобретению способ позволяет, в частности, так управлять активным фильтром, чтобы свести к минимуму гармоники тока инвертора без необходимости измерять предоставленный инвертором переменный ток или инициализировать и дополнительно конфигурировать активный фильтр. Предложенный способ создает, таким образом, по меньшей мере, возможность фильтрации гармоник, при которой активный фильтр должен быть инициализирован только однократно. При этом под инициализацией следует понимать, в частности, первоначальную конфигурацию активного фильтра во взаимодействии с инвертором, или соответственно, с соответствующими инверторами.
Предпочтительно управление активным фильтром происходит таким образом, чтобы поданный в сеть электроснабжения электрический переменный ток имел уменьшенную составляющую гармоник по сравнению с электрическим током инвертора.
Таким образом, активным фильтром управляют так, чтобы отфильтрованный переменный ток, который подается в сеть электроснабжения, имел меньше гармоники, чем предоставленный от инвертора ток инвертора. Этим могут быть сведены к минимуму, например, все гармоники предоставленного тока инвертора или только определенные гармоники предоставленного тока инвертора.
Таким образом, предоставляется возможность целенаправленно и при необходимости сводить к минимуму гармоники. Например, активный фильтр может быть оснащен для того, чтобы фильтровать гармоники 3–го порядка, в соответствии с чем гармоники других порядков тогда будут такими же и/или даже больше.
Таким образом, активный фильтр является конфигурируемым и/или инициализируемым предпочтительно в зависимости от сети электроснабжения, или соответственно, от требований сети электроснабжения. Это особенно предпочтительно в отношении различных национальных или региональных требований, поскольку для установки ветроэнергетической установки на любом месте расположения необходимо лишь однократно инициализировать активный фильтр.
Предпочтительно коммутирующие операции, по меньшей мере, одного коммутирующего устройства имеют частоту коммутаций, и регистрация коммутационных операций происходит с частотой считывания (дискретизации), при этом частота считывания, по меньшей мере, вдвое больше, в частности, по меньшей мере, в пять раз больше, предпочтительно, по меньшей мере, в десять раз больше, чем частота коммутации регистрируемой коммутационной операции коммутационного устройства.
Коммутационные устройства электрического инвертора имеют, например, для предоставления электрического переменного тока на выходе инвертора частоту коммутации в 2 кГц. Так коммутационные устройства инвертора получают, по меньшей мере, 2000 управляющих сигналов в секунду, переданных от контроллера инвертора. Сами управляющие сигналы считываются тогда с частотой считывания, или соответственно, с повышенной, или соответственно, более высокой частотой отправляются на активный фильтр, которая, по меньшей мере, вдвое больше, чем частота коммутации, предпочтительно в десять раз больше, чем частота коммутации.
Предпочтительно управление активным фильтром происходит в зависимости от коммутационных операций управляющего сигнала, включающего коммутационные операции, по меньшей мере, одного коммутационного устройства, и, кроме того или альтернативно, управления активного фильтра происходит в зависимости от управляющего напряжения, включающего коммутационные операции, по меньшей мере, одного коммутационного устройства.
Так активный фильтр регистрирует предпочтительно управляющие сигналы коммутационных устройств инвертора, или соответственно, активный фильтр получает управляющие сигналы для коммутационных устройств инвертора, переданные напрямую контроллером инвертора. Таким образом, активным фильтром управляют теми же сигналами, что и коммутационными устройствами инвертора.
Кроме того или альтернативно, управление активного фильтра может происходить также в зависимости от управляющего напряжения коммутационных устройств, например, для этого может регистрироваться, или соответственно, измеряться напряжение затвора полупроводника.
Предпочтительно, по меньшей мере, один инвертор управляется с помощью способа допустимых диапазонов, чтобы предоставлять ток инвертора на выходе инвертора, и активный фильтр фильтрует ток, ток инвертора, в зависимости от коммутационных операций, произведенных способом допустимых диапазонов, по меньшей мере, одного коммутационного устройства.
Таким образом, электрический инвертор управляется в зависимости от способа допустимых диапазонов, или соответственно, им управляют с помощью способа допустимых диапазонов.
В способе допустимых диапазонов на синусоидальную функцию, соответствующую желаемому выходному току инвертора, накладывается допустимый диапазон, который имеет нижнюю границу диапазона и верхнюю границу диапазона. Далее для реализации способа допустимых диапазонов произведенный выходной ток регистрируется и сравнивается с допустимым диапазоном, т.е. с нижней и верхней границей диапазона. Если ток находится в положительной полуволне и достигает нижней границы диапазона, то выдается импульс коммутации с помощью управляющего сигнала, и соответствующее коммутационное устройство инвертора изменяет выходной ток. Если зарегистрированный выходной ток достигает верхней границы диапазона, то импульс коммутации прекращается с помощью следующего управляющего сигнала. Если ток находится в отрицательной полуволне и достигает верхней границы диапазона, то выдается импульс коммутации следующим управляющим сигналом, и соответствующее коммутационное устройство инвертора изменяет выходной ток. Если зарегистрированный выходной ток достигает нижней границы диапазона, то импульс коммутации заканчивается с помощью следующего управляющего сигнала. В результате ток изменяется внутри допустимого диапазона на заданной, идеализированной синусоидальной характеристике, причем коммутационные устройства инвертора постоянно начинают работу и снова заканчивают работу. При этом коммутационные устройства имеют переменную частоту коммутации, зависящую, в основном, от ширины допустимого диапазона.
Особо предпочтительным при применении способа допустимых диапазонов является то, что возникающие амплитуды гармоник тока инвертора находятся ниже 1% в пересчете на номинальный ток, и, таким образом, активный фильтр должен значительно меньше фильтровать большие токовые пики, чем, например, в случае широтно–импульсно–модулированного тока инвертора.
Таким образом, получаются для соответствующего изобретению способа особо предпочтительные совместные действия в отношении инверторов, которые являются управляемыми с помощью способа допустимых диапазонов. Например, активный фильтр при одинаковом габаритном размере может быть использован для того, чтобы фильтровать несколько произведенных с помощью способа допустимых диапазонов токов инвертора.
Предпочтительно управление активного фильтра происходит без учета предоставленного тока инвертора.
Таким образом, активным фильтром управляют независимо от произведенного тока инвертора. Т.е. активный фильтр не имеет первичных средств регистрации произведенного тока инвертора. Также активный фильтр предпочтительно не имеет входа, входной величиной которого является произведенный ток инвертора. Тем не менее, для проведения способа допустимых диапазонов может регистрироваться произведенный ток инвертора. Но он при этом не передается активному фильтру для проведения соответствующего изобретению способа.
Предпочтительно управление активным фильтром происходит в зависимости от зарегистрированных коммутационных операций, чтобы сократить, по меньшей мере, составляющую гармоник первого переменного тока, в частности, свести к минимуму составляющую гармоник тока первого переменного тока, предпочтительно сократить на составляющую гармоник тока, которая выбрана из списка, включающего: 1–ю гармоническую составляющую гармоники тока до 60–й гармонической составляющей гармоники тока.
Таким образом, активный фильтр оснащен для того, чтобы сокращать, по меньшей мере, составляющую гармоник. К тому же, активный фильтр устроен таким образом, чтобы он ослаблял частоты определенного спектра, в частности, гармонику вплоть до 60–й гармонической составляющей гармоники тока. Таким образом, предпочтительно активный фильтр выполнен для того, чтобы фильтровать гармонику вплоть до 3 кГц, т.е. 60–й гармоники базовой частоты в 50 Гц.
Далее, было обнаружено именно то, что соответствующий изобретению способ, или соответственно, соответствующая изобретению конструкция фильтра особенно предпочтительно для гармоник вплоть до 60–го порядка.
Предпочтительно электрический инвертор включает в себя несколько инверторных модулей с выходом инверторных модулей для предоставления тока инвертора, и выходы инверторных модулей соединены между собой таким образом, чтобы их токи инверторных модулей накладывались на ток инвертора, при этом предусмотрено устройство сводного анализа для регистрации и анализа управляющих сигналов нескольких инверторных модулей, и устройство сводного анализа управляет активным фильтром для фильтрации тока инвертора.
Тем самым, инвертор построен из нескольких модулей. Сами модули, в свою очередь, могут быть сформированы из комплектного инвертора, поэтому, по меньшей мере, под одним инвертором следует понимать также множество инверторов.
К тому же, активный фильтр оснащен для того, чтобы фильтровать ток инвертора, перекрытый несколькими токами инвертора. Для этого предусмотрено, в частности, устройство сводного анализа, получающее управляющие сигналы всех фильтруемых инверторов, или соответственно, инверторных модулей. Например, три инвертора, или соответственно, три инверторных модуля фильтруются одним активным фильтром. Поскольку каждый инвертор имеет 6 коммутационных устройств, устройство сводного анализа принимает 18 управляющих сигналов. Затем управляющие сигналы внутри устройства сводного анализа анализируются, например, с помощью справочных таблиц(Look–Up–Tables), чтобы соответственно управлять активным фильтром, чтобы тот фильтровал общий ток. Предпочтительно для этого устройство сводного анализа регистрирует состояния коммутации отдельных коммутационных устройств инверторных модулей.
Предпочтительно активным фильтром управляют в зависимости от зарегистрированных коммутационных операций и, по меньшей мере, дополнительно в зависимости от напряжения промежуточного контура, по меньшей мере, одного инвертора и/или заданного значения тока, по меньшей мере, для одного инвертора.
Таким образом, активный фильтр регистрирует дополнительно напряжение промежуточного контура и предпочтительно заданное значение тока, по меньшей мере, для одного инвертора. Так, в частности, возможно с помощью активного фильтра более целенаправленно реагировать на токи пульсаций и/или более целенаправленно настраивать активный фильтр, по меньшей мере, на один инвертор.
К тому же, согласно изобретению предлагается ветроэнергетическая установка, включающая в себя, по меньшей мере, инвертор с выходом инвертора для предоставления первого переменного тока и сопряженный с выходом инвертора активный фильтр для фильтрации тока инвертора, чтобы создавать отфильтрованный переменный ток для подачи в сеть электроснабжения, при этом активный фильтр оснащен для того, чтобы быть управляемым в зависимости от зарегистрированной коммутационной операции, по меньшей мере, коммутационного устройства инвертора, чтобы фильтровать первый переменный ток и, тем самым, создавать отфильтрованный переменный ток.
Соответствующая изобретению ветроэнергетическая установка имеет, таким образом, по меньшей мере, инвертор, предоставляющий ток инвертора, который производится, например, с помощью способа допустимых диапазонов. К тому же, на выходе инвертора расположен активный фильтр, оснащенный для того, чтобы в зависимости от коммутационных операций коммутационных устройств инвертора фильтровать предоставленный на выходе инвертора переменный ток.
Таким образом, предлагается, в частности, ветроэнергетическая установка, оснащенная для того, чтобы выполнять ранее или далее описанный способ подачи электрического переменного тока.
К тому же, предпочтительно ветроэнергетическая установка имеет трансформатор ветроэнергетической установки, оснащенный для того, чтобы с повышением трансформировать отфильтрованный активным фильтром переменный ток до напряжения снабжающей сети, или соответственно, напряжения сети парка ветровых установок. Например, ток инвертора имеет напряжение в 1 кВ, и напряжение сети парка ветровых установок составляет 10 кВ. Тогда коэффициент трансформации трансформатора ветроэнергетических установок равен 1:10.
Предпочтительно ветроэнергетическая установка имеет контроллер для управления инвертором, чтобы выполнять ранее или далее описанный способ.
Таким образом, ветроэнергетическая установка включает в себя контроллер, оснащенный для того, чтобы управлять инверторами и, в частности, коммутационными устройствами, предпочтительно верхними и нижними коммутационными устройствами инверторов, чтобы предоставлять ток инвертора на выходе инвертора.
Для этого контроллер передает, в частности, управляющие сигналы на инвертор, или соответственно, на коммутационные устройства инвертора или инверторных модулей, причем управляющие сигналы предпочтительно передаются также на активный фильтр, чтобы фильтровать предоставленный на выходе инвертора инверторный ток инвертора, или соответственно, инверторных модулей и, тем самым, создать отфильтрованный переменный ток.
Предпочтительно, по меньшей мере, один инвертор имеет, по меньшей мере, 6 коммутационных устройств, причем соответственно два коммутационных устройства, в частности, верхнее и нижнее коммутационное устройство, предоставляют ток соответственно для одной фазы тока инвертора.
Таким образом, инвертор, или соответственно, инверторные модули оснащены для того, чтобы предоставлять трехфазный переменный ток на выходе, причем соответственно 2 коммутационных устройства предусмотрены для одной фазы.
Предпочтительно, по меньшей мере, одно коммутационное устройство инвертора, или соответственно, коммутационные устройства инвертора сформированы как IGBT или MOSFET.
Тем самым, коммутационные устройства инвертора оснащены для того, чтобы работать с особо высокими частотами коммутации, чтобы предоставлять ток инвертора, соответствующий, в основном, идеальному синусу, или соответственно, отклонения от идеального синуса которого в среднем меньше, чем 5% в пересчете на номинальный ток.
Таким образом, инвертор также оснащен для того, чтобы быть управляемым с помощью способа допустимых диапазонов, при этом коммутационные устройства инвертора имеют, например, частоту коммутации до 20 кГц включительно.
Предпочтительно, по меньшей мере, один инвертор управляется способом допустимых диапазонов, и активный фильтр фильтрует ток инвертора в зависимости от коммутационных операций, произведенных способом допустимых диапазонов, по меньшей мере, одного коммутационного устройства.
Предпочтительно инвертор – это силовой инвертор, в частности, силовой инвертор, оснащенный для того, чтобы быть использованным в концепте полного преобразователя ветроэнергетической установки.
Таким образом, инвертор оснащен для того, чтобы подготавливать электрическую мощность особенно вплоть до 8 МВт. Для этого инвертор выполнен, например, модульно, т.е. он имеет несколько инверторных модулей, подключенных друг к другу предпочтительно параллельно, чтобы предоставлять ток инвертора. Этот предоставленный таким образом переменный ток затем фильтруется активным фильтром. При этом ветроэнергетическая установка предпочтительно имеет ровно один активный фильтр. Однако также возможны несколько активных фильтров, например, если ветроэнергетическая установка имеет несколько одинаковых по конструкции инверторов, размещенных соответственно в силовом шкафу. Тогда альтернативно каждый силовой шкаф имеет активный фильтр. Предпочтительно количество активных фильтров выбирается так, чтобы поданный от ветроэнергетической установки в сеть электроснабжения переменный ток удовлетворял требованиям сети электроснабжения.
Предпочтительно активный фильтр имеет, по меньшей мере, активный компонент, в частности, по меньшей мере, IGBT или MOSFET, предпочтительно, по меньшей мере, карбид–кремниевый–IGBT или карбид–кремниевый–MOSFET, оснащенный для того, чтобы работать с тактовой частотой, предпочтительно большей, чем частота коммутации, по меньшей мере, одного коммутационного устройства, или соответственно, больше, чем частота коммутации коммутационных устройств, умноженная на число инверторных модулей инвертора.
Таким образом, тактовая частота активного компонента приводится в соответствие числу коммутационных устройств инвертора, или соответственно, инверторных модулей, ток инвертора которых должен фильтровать активный фильтр.
При этом было обнаружено, что тактовая частота должна быть повышена как с частотой коммутации коммутационного устройства, так и с числом коммутационных устройств инвертора, чтобы производить отфильтрованный переменный ток, удовлетворяющий требованиям сети электроснабжения.
Для этого, в частности, предлагается, что тактовая частота активного компонента должна быть выше, чем частота коммутации коммутационных устройств, умноженная на число инверторных модулей.
Для этого предпочтительно коммутационное устройство, или соответственно, коммутационные устройства сформированы из карбид–кремниевых–IGBT или карбид–кремниевых–MOSFET, или других транзисторов, которые могут быть приведены в действие, в частности, тактовыми частотами, или соответственно, коммутаций выше 20 кГц. Если, например, активный фильтр ответственнен за 5 инверторов, коммутационные устройства которых работают соответственно на 20 кГц, то активный фильтр, в частности, коммутационное устройство активного фильтра имеет тактовую частоту, или соответственно, коммутаций большую, чем 100 кГц. Таким образом, частота коммутаций активного фильтра соответствует, по меньшей мере, N раз частоте коммутаций N инверторов.
Предпочтительно электрический инвертор включает в себя несколько инверторных модулей с выходом инверторных модулей для выдачи тока инверторного модуля, и выходы инверторных модулей подключены так, чтобы их токи инверторных модулей накладывались на ток инвертора, причем предусмотрено устройство сводного анализа для регистрации и анализа управляющих сигналов инверторных модулей, и устройство сводного анализа управляет активным фильтром для фильтрации тока инвертора.
Таким образом, ветроэнергетическая установка имеет несколько инверторов, или соответственно, инверторных модулей, выходные токи которых фильтруются активным фильтром.
Для этого предусмотрено устройство сводного анализа, регистрирующее и анализирующее все управляющие сигналы соответствующих инверторов, или соответственно, инверторных модулей.
К тому же устройство сводного анализа оснащено для того, чтобы управлять активным фильтром в зависимости от зарегистрированных управляющих сигналов таким образом, чтобы отфильтрованный активным фильтром ток инвертора имел меньше гармоник, чем предоставленный инвертором ток инвертора.
Это может происходить, например, с помощью справочных таблиц, или соответственно, управляющей таблицы, однократно инициализированной с учетом числа инверторов, или соответственно, инверторных модулей.
Предпочтительно активный фильтр таким образом параллельно подключен к выходу инвертора, чтобы активный фильтр был оснащен для того, чтобы фильтровать, в частности, сокращать, по меньшей мере, гармонику тока первого переменного тока.
Таким образом, активный фильтр оснащен для того, чтобы фильтровать гармонику тока.
Итак, настоящее изобретение далее более подробно разъясняется с помощью примеров выполнения со ссылкой на сопроводительные фигуры.
Фиг.1 показывает схематичный вид соответствующей изобретению ветроэнергетической установки согласно одной форме выполнения,
Фиг.2 показывает схематичную структуру электрической цепи соответствующей изобретению ветроэнергетической установки для подачи электрического переменного тока согласно одной форме выполнения,
Фиг.3 показывает схематично структуру инвертора для предоставления тока инвертора с помощью способа допустимых диапазонов,
Фиг.4 показывает схематично сопряжение активного фильтра с коммутационными устройствами нескольких инверторных модулей и
Фиг.5 показывает схематично управляющую таблицу соответствующего изобретению устройства сводного анализа.
Фиг.1 показывает ветроэнергетическую установку 100 для подачи электрического переменного тока в сеть электроснабжения.
Ветроэнергетическая установка 100 имеет для этого башню 102 и гондолу 104. На гондоле 104 расположен аэродинамический ротор 106 с тремя лопастями 108 ротора и обтекателем 110. Ротор 106 при работе переводится ветром во вращательное движение и этим приводит в действие генератор в гондоле 104, при этом генератор сформирован предпочтительно как 6–фазный кольцевой генератор.
Фиг.2 показывает упрощенно электрическую цепь 200 показанной на фиг.1, соответствующей изобретению ветроэнергетической установки.
Электрическая цепь 200 имеет 6–фазный кольцевой генератор 210, который ветром с помощью механического приводного механизма ветроэнергетической установки переводится во вращательное движение, чтобы генерировать 6–фазный электрический переменный ток.
6–фазный электрический переменный ток передается от генератора 210 на выпрямитель 220, соединенный через промежуточный контур 230 постоянного напряжения с 3–фазным инвертором 240.
При этом 6–фазный кольцевой генератор 210, сформированный как синхронный генератор, электрически возбуждается с помощью возбуждения 250 из промежуточного контура 230 постоянного напряжения.
Таким образом, электрическая ветвь 200 имеет концепт полного преобразователя, при котором в сеть 270 подают с помощью 3–фазного инвертора 240. Обычно у этой сети 270 речь идет о сети парка ветровых установок, подающей в сеть электроснабжения через трансформатор парка ветровых установок. Однако рассматривается также подача напрямую в сеть электроснабжения вместо сети 270 парка.
Далее для подачи в сеть 270 также может быть предусмотрен трансформатор.
Для производства 3–фазного тока I1, I2, I3 для каждой из фаз U, V, W инвертором 240 управляют способом допустимых диапазонов. При этом управление происходит через контроллер 242, регистрирующий с помощью регистратора 244 тока каждый из трех предоставленных, или соответственно, произведенных инвертором 240 на выходе 246 инвертора токов l1, I2, I3.
Таким образом, контроллер оснащен для того, чтобы с помощью регистратора 244 тока управлять поодиночке каждой фазой инвертора. Для этого контроллер 242 может задавать заданное значение тока, в зависимости от которого управляют токами I1, I2, I3. Заданное значение Isoll тока рассчитывается и задается предпочтительно внутри установки для каждой фазы U, V, W в отдельности. Произведенные таким образом токи I1, I2, I3 также обозначаются как ток инвертора, или соответственно, токи инвертора.
Далее инвертор 240 на своем выходе 246 инвертора сопряжен с активным фильтром 260, чтобы фильтровать предоставленный на выходе 241 инвертора ток I1, I2, I3 инвертора и, тем самым, предоставлять отфильтрованный переменный ток I*1, I*2, I*3 для подачи в сеть электроснабжения.
Для этого активным фильтром 260 управляют в зависимости от зарегистрированных коммутационных операций коммутационных устройств инвертора 240. То, что активным фильтром 260 управляют в зависимости от этих коммутационных операций, обозначено сигнальной проводкой 262, передающей управляющие сигналы контроллера 242 на коммутационные устройства инвертора 240 также и на активный фильтр 260.
Далее предусмотрено устройство 264 сводного анализа, оснащенное для того, чтобы регистрировать управляющие сигналы с помощью сигнальной проводки 262 и другие сигналы AS, как например, напряжение UDC промежуточного контура и заданное значение Isoll, тока и их анализировать. Затем устройство 264 сводного анализа управляет активным фильтром 260 в зависимости от зарегистрированных и проанализированных таким образом управляющих сигналов и других сигналов AS.
Чтобы фильтровать, в частности, высшие гармоники тока вплоть до 60–го порядка, активный фильтр 260 имеет режим пропускания низких частот, при этом активным фильтром 260 управляют с помощью управляющих сигналов для коммутационных устройств инвертора 240.
Фиг.3 показывает схематично структуру 300 инвертора для предоставления тока инвертора с помощью способа допустимых диапазонов. При этом, фиг.3 показывает, в частности, часть показанной на фиг.2 электрической цепи.
Структура 300 имеет промежуточный контур 330 постоянного напряжения, соединенный через выпрямитель с генератором ветроэнергетической установки. Промежуточный контур 330 постоянного напряжения имеет первый потенциал Udc+ и второй потенциал Udc– с ответвлением M от середины. К тому же, между ответвлением М от середины и обоими потенциалами Udc+, UDC расположен соответственно конденсатор емкостью C1, C2, чтобы накапливать энергию в промежуточном контуре 330 постоянного напряжения и соответственно сглаживать постоянное напряжение 2UDC.
Инвертор 340, соединенный с промежуточным контуром 330 постоянного напряжения, производит для каждой из трех фаз U, V, W соответственно отдельный ток l1, I2, I3 на выходе 346 инвертора 340. Для этого инвертор 340 имеет для каждой из трех фаз U, V, W соответственно верхнее коммутационное устройство T1, T3, T5 и нижнее коммутационное устройство T2, T4, T6, при этом верхние и нижние коммутационные устройства T1, T2, T3, T4, T5, T6 управляются, в частности, через контроллер 342 с помощью способа допустимых диапазонов.
Сам контроллер 342 работает по ведомому током способу допустимых диапазонов. Для этого контроллер 342 регистрирует произведенные, или соответственно, предоставленные от инвертора 340 токи I1, I2, I3 на выходе 346 инвертора 340 с помощью регистратора 344 тока. Зарегистрированные таким образом токи I1, I2, I3 сравниваются с заданным значением Isoll, чтобы определить управляющие сигналы OB11, UB11, OB12, UB12, OB13, UB13 для верхних и нижних коммутационных устройств T1, T2, T3, T4, T5, T6.
Фиг.4 показывает схематично сопряжение 400 активного фильтра 460 с коммутационными устройствами OB11, UB11, OB21, UB21, OB31, UB31 нескольких инверторных модулей 410, 420, 430, токи I11, I12, I13 инверторных модулей которых накладываются на ток I1 инвертора фазы U. Т.е., фиг.4 показывает однофазный вид фазы U трехфазной системы, включающей фазы U, V и W.
Инверторные модули 410, 420, 430 стороной постоянного тока соединены соответственно с промежуточным контуром постоянного напряжения, что обозначено напряжением UDC+, UDC– на клеммах.
Для предоставления токов I11, I12, l13 инверторных модулей отдельные инверторные модули 410, 420, 430 управляются с помощью управляющих сигналов A11, A21, A31. При этом управляющие сигналы A11, A21, A31 задают верхним коммутационным устройствам OB11, OB21, OB31 и нижним коммутационным устройствам UB11, UB21, UB31 соответствующее состояние коммутации.
При этом инверторный модуль 410 имеет состояние +1 коммутации, это значит, что верхнее коммутационное устройство OB11 активно, а нижнее коммутационное устройство UB11 неактивно.
При этом инверторный модуль 420 имеет состояние –1 коммутации, это значит, что верхнее коммутационное устройство OB21 неактивно, а нижнее коммутационное устройство UB21 активно.
При этом инверторный модуль 430 имеет состояние –1 коммутации, это значит, что верхнее коммутационное устройство OB31 неактивно, а нижнее коммутационное устройство UB31 активно.
Управляющие сигналы A11, A21, A31, а также напряжение UDC промежуточного контура и заданное значение Isoll тока для инверторных модулей 410, 420 430 подаются на устройство 464 сводного анализа, передающее их управляющему блоку 468 активного фильтра 460. При этом управляющие сигналы A11, A21, A31 передаются устройству 464 сводного анализа в виде состояний коммутации, а именно, – в показанном в качестве примера моментальном состоянии в качестве трех состояний +1, –1 и –1 коммутации.
Устройство 464 сводного анализа предпочтительно оснащено для того, чтобы отображать как отдельные состояния коммутации отдельных инверторных модулей 410, 420, 430, так и суммарное состояние Σ коммутации всех инверторов 410, 420, 430.
В данном случае в показанном в качестве примера моментальном состоянии суммарное состояние Σ коммутации составляет –1. Тогда с помощью суммарного состояния Σ коммутации управление 468 активным фильтром может установить наклон соответствующих фронтов способа допустимых диапазонов инверторных модулей 410, 420, 430 и соответственно так управлять коммутационными устройствами активного фильтра с помощью управляющего сигнала SF, чтобы отфильтрованный переменный ток IC имел меньше гармоники, чем ток I1 инвертора.
Для этого управляющий блок 468 в зависимости от трех состояний +1, –1 и –1 коммутации, а также от напряжения UDC промежуточного контура и заданного значения Isoll тока управляет коммутационными устройствами IG11, IG12 активного фильтра 460 с помощью управляющего сигнала SF, который соответственно задает состояние +1 коммутации для коммутационных устройств IG11, IG12 активного фильтра 460. Отсюда активный фильтр 460 производит с помощью источника CF постоянного напряжения ток IF фильтра, который током I1 инвертора преобразуется в отфильтрованный переменный ток I*1.
Управление коммутационными устройствами IG11, IG12 активного фильтра 460 может происходить, например, с помощью справочной таблицы/Look–Up–Tables, в которую занесены состояния коммутации коммутационных устройств IG11, IG12 активного фильтра 460 в зависимости от состояний коммутации верхних и нижних коммутационных устройств OB11, OB21, OB31, UB11, UB21, UB31 инверторных модулей 410, 420, 430.
При этом справочная таблица/Look–Up–Table может храниться либо в устройстве 464 сводного анализа, либо в управлении 468 активного фильтра 460. Такая справочная таблица/Look–Up–Table, которая также обозначается как управляющая таблица, далее представлена в качестве примера на фигуре 5.
Фиг.5 показывает схематично управляющую таблицу 500 соответствующего изобретению устройства сводного анализа. В частности, фиг.5 показывает при этом управляющую таблицу показанного на фиг.4 устройства сводного анализа.
В заглавную строку 510 внесены управляющие сигналы A11, A21, A31 верхних и нижних коммутационных устройств, суммарное состояние Σ коммутации и управляющий сигнал SF активного фильтра.
К тому же, отдельные столбцы 520, 530, 540, 560 имеют соответствующие состояния коммутации управляющих сигналов A11, A21, A31, SF. Столбец 550 отображает соответствующее суммарное состояние Σ коммутации.
Строка 570 показывает, соответственно фигуре 4, что управляющие сигналы A11, A21, A31, включающие в себя состояния коммутации +1, –1 и –1, ведут к тому, что на коммутационные устройства активного фильтра передается состояние коммутации +1.
При этом для упрощенного представления было принято, что напряжение UDC промежуточного контура и заданное значение Isoll тока постоянны и не имеют влияния на значения таблицы. Но в предпочтительной форме исполнения они учитываются, что обозначено с помощью SF(UDC, Isoll). Тогда управляющую таблицу нужно было бы расширить соответственно на столбцы напряжения UDC промежуточного контура и заданного значения Isoll тока.
Изобретение относится к способу подачи электрического переменного тока в сеть электроснабжения, в частности касается подачи электрического переменного тока в сеть электроснабжения с помощью ветроэнергетической установки. Технический результат - достижение минимальных показателей искажения тока за счет подавления высших гармоник тока в системах электроснабжения. Ветроэнергетическая установка включает в себя по меньшей мере инвертор с выходом инвертора для предоставления электрического тока инвертора, и по меньшей мере один инвертор сопряжен на своем выходе инвертора с активным фильтром, чтобы фильтровать предоставленный на выходе инвертора ток инвертора и, таким образом, предоставлять отфильтрованный переменный ток для подачи в сеть электроснабжения; включает следующие этапы: предоставление электрического тока инвертора на выходе инвертора с помощью коммутационных операций по меньшей мере коммутационного устройства инвертора, регистрация коммутационных операций инвертора и управление активным фильтром в зависимости от зарегистрированных коммутационных операций, чтобы фильтровать предоставленный на выходе инвертора ток инвертора и, таким образом, создавать отфильтрованный переменный ток. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.
1. Способ подачи электрического переменного тока (I*1, I*2, I*3) в сеть электроснабжения с помощью ветроэнергетической установки (100), и
– ветроэнергетическая установка (100) включает в себя по меньшей мере инвертор (340) с выходом инвертора для предоставления электрического тока (I1, I2, I3) инвертора и
– по меньшей мере один инвертор (340) сопряжен на своем выходе инвертора с активным фильтром (460), чтобы фильтровать предоставленный на выходе инвертора ток (I1, I2, I3) инвертора и, таким образом, предоставлять отфильтрованный переменный ток (I*1, I*2, I*3) для подачи в сеть электроснабжения,
включающий этапы:
– предоставления электрического тока (I1, I2, I3) инвертора на выходе инвертора с помощью коммутационных операций по меньшей мере одного коммутационного устройства инвертора (340),
– регистрации коммутационных операций инвертора (340),
– управления активным фильтром (460) в зависимости от зарегистрированных коммутационных операций чтобы фильтровать предоставленный на выходе инвертора ток (I1, I2, I3) инвертора и, таким образом, создавать отфильтрованный переменный ток (I*1, I*2, I*3).
2. Способ подачи электрического переменного тока (I*1, I*2, I*3) по п. 1, отличающийся тем, что
– управление активным фильтром (460) осуществляют так, чтобы поданный в сеть электроснабжения электрический переменный ток (I*1, I*2, I*3) имел уменьшенную составляющую гармоник по сравнению с электрическим током (I1, I2, I3) инвертора.
3. Способ подачи электрического переменного тока (I*1, I*2, I*3) по п. 1 или 2,
отличающийся тем, что
– коммутационные операции по меньшей мере одного коммутационного устройства имеют частоту коммутации, и
– регистрация коммутационных операций происходит с частотой считывания, причем
– частота считывания по меньшей мере вдвое больше, в частности по меньшей мере в пять раз больше, предпочтительно по меньшей мере в десять раз больше, чем частота коммутации регистрируемой коммутационной операции коммутационного устройства.
4. Способ подачи электрического переменного тока (I*1, I*2, I*3) по одному из предыдущих пунктов,
отличающийся тем, что
– управление активным фильтром (460) осуществляют в зависимости от управляющего сигнала, инициирующего коммутационные операции упомянутого по меньшей мере одного коммутационного устройства, и, кроме того или альтернативно,
– управление активным фильтром (460) осуществляют в зависимости от управляющего напряжения, инициирующего коммутационные операции упомянутого по меньшей мере одного коммутационного устройства.
5. Способ подачи электрического переменного тока (I*1, I*2, I*3) по одному из предыдущих пунктов,
отличающийся тем, что
– упомянутым по меньшей мере одним инвертором (340) управляют с помощью способа допустимых диапазонов, чтобы предоставлять ток (I1, I2, I3) инвертора на выходе инвертора, и активный фильтр фильтрует ток (I1, I2, I3) инвертора в зависимости от произведенных по способу допустимых диапазонов коммутационных операций упомянутого по меньшей мере одного коммутационного устройства.
6. Способ подачи электрического переменного тока (I*1, I*2, I*3) по одному из предыдущих пунктов,
отличающийся тем, что
– управление активным фильтром (460) осуществляют без учета предоставленного тока (I1, I2, I3) инвертора.
7. Способ подачи электрического переменного тока (I*1, I*2, I*3) по одному из предыдущих пунктов,
отличающийся тем, что
– управление активным фильтром (460) осуществляют в зависимости от зарегистрированных коммутационных операций, чтобы уменьшить по меньшей мере одну составляющую гармоник тока (I1, I2, I3) инвертора, в частности свести к минимуму составляющую токовых гармоник тока (I1, I2, I3) инвертора, предпочтительно чтобы уменьшить составляющую токовых гармоник, выбранную из списка, включающего: с 1–й гармонической составляющей гармоники тока до 60–й гармонической составляющей гармоники тока.
8. Способ подачи электрического переменного тока (I*1, I*2, I*3) по одному из предыдущих пунктов,
отличающийся тем, что
– электрический инвертор (340) включает в себя несколько инверторных модулей с выходом инверторных модулей для предоставления тока инверторных модулей, и выходы инверторных модулей подключены таким образом, что их токи инверторных модулей накладываются на ток инвертора, причем
– предусмотрено устройство сводного анализа для регистрации и анализа управляющих сигналов инверторных модулей, и устройство сводного анализа управляет активным фильтром (460) для фильтрации тока (I1, I2, I3) инвертора.
9. Способ подачи электрического переменного тока (I*1, I*2, I*3) по одному из предыдущих пунктов,
отличающийся тем, что
– активным фильтром (460) управляют дополнительно в зависимости по меньшей мере от напряжения (UDC) промежуточного контура упомянутого по меньшей мере одного инвертора (340) и/или заданного значения тока для упомянутого по меньшей мере одного инвертора (340).
10. Ветроэнергетическая установка (100), включающая в себя по меньшей мере один инвертор (340) с выходом инвертора для предоставления первого переменного тока (I1, I2, I3) и сопряженный с выходом инвертора активный фильтр (460) для фильтрации тока (I1, I2, I3) инвертора, чтобы создавать отфильтрованный переменный ток (I*1, I*2, I*3) для подачи в сеть электроснабжения,
отличающаяся тем, что
– активный фильтр (460) выполнен для того, чтобы быть управляемым в зависимости от зарегистрированной коммутационной операции по меньшей мере одного коммутационного устройства инвертора (340), чтобы фильтровать ток (I1, I2, I3) инвертора и, таким образом, создавать отфильтрованный переменный ток (I*1, I*2, I*3).
11. Ветроэнергетическая установка (100) по п. 10,
отличающаяся тем, что
ветроэнергетическая установка (100) содержит контроллер для управления инвертором (340), чтобы осуществлять способ по одному из пп. 1-9.
12. Ветроэнергетическая установка (100) по п. 10 или 11,
отличающаяся тем, что
– упомянутый по меньшей мере один инвертор (340) имеет по меньшей мере шесть коммутационных устройств, при этом соответственно два коммутационных устройства, в частности верхнее и нижнее коммутационные устройства, каждое, предоставляют ток соответственно для одной фазы тока инвертора.
13. Ветроэнергетическая установка (100) по одному из пп. 10-12,
отличающаяся тем, что
– упомянутое по меньшей мере одно коммутационное устройство инвертора (340) или соответственно коммутационные устройства инвертора (340) выполнены как IGBT или MOSFET.
14. Ветроэнергетическая установка (100) по одному из пп. 10-13,
отличающаяся тем, что
– упомянутый по меньшей мере один инвертор (340) управляется с помощью способа допустимых диапазонов, и активный фильтр (460) фильтрует ток (I1, I2, I3) инвертора в зависимости от производимых по способу допустимых диапазонов коммутационных операций упомянутого по меньшей мере одного коммутационного устройства.
15. Ветроэнергетическая установка (100) по одному из пп. 10-14,
отличающаяся тем, что
– инвертор (340) является силовым инвертором, в частности силовым инвертором, выполненным с возможностью использования в концепте полного преобразователя ветроэнергетической установки (100).
16. Ветроэнергетическая установка (100) по одному из пп. 10-15,
отличающаяся тем, что
– активный фильтр (460) имеет по меньшей мере один активный компонент, в частности по меньшей мере один IGBT или MOSFET, предпочтительно по меньшей мере один карбидно–кремниевый–IGBT или карбидно–кремниевый–MOSFET, выполненный с возможностью работать с тактовой частотой, предпочтительно большей, чем частота коммутации упомянутого по меньшей мере одного коммутационного устройства, или соответственно, большей, чем частота коммутации коммутационных устройств, помноженная на число инверторных модулей инвертора.
17. Ветроэнергетическая установка (100) по одному из пп. 10-16,
отличающаяся тем, что
– электрический инвертор (340) включает в себя несколько инверторных модулей с выходом инверторных модулей для выдачи тока инверторных модулей, и выходы инверторных модулей подключены так, чтобы их токи инверторных модулей накладывались на ток инвертора, причем
– предусмотрено устройство сводного анализа для регистрации и анализа управляющих сигналов инверторных модулей, и устройство (264) сводного анализа управляет активным фильтром (460) для фильтрации тока (I1, I2, I3) инвертора.
18. Ветроэнергетическая установка (100) по одному из пп. 10-17,
отличающаяся тем, что
– активный фильтр (460) подключен параллельно к выходу инвертора так, чтобы активный фильтр (460) был выполнен с возможностью фильтровать, в частности снижать по меньшей мере одну токовую гармонику первого переменного тока.
| Приспособление для суммирования отрезков прямых линий | 1923 |
|
SU2010A1 |
| DE 102014219052 A1, 24.03.2016 | |||
| US 2012223667 A1, 06.09.2012 | |||
| СПОСОБ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ, РАБОТАЮЩЕЙ НА НЕСТАБИЛЬНЫХ ИСТОЧНИКАХ ЭНЕРГИИ | 2005 |
|
RU2286639C1 |
