專利名稱：電網(wǎng)中的無功功率調(diào)節(jié)方法和產(chǎn)生電能的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電網(wǎng)中的無功功率(reactive power)調(diào)節(jié)方法，其中電功率由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生，該發(fā)電機(jī)最好由風(fēng)力設(shè)備的轉(zhuǎn)子驅(qū)動并由發(fā)電機(jī)與網(wǎng)絡(luò)之間的用于補(bǔ)償無功功率的補(bǔ)償裝置適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)。本發(fā)明還涉及一種在電網(wǎng)中產(chǎn)生電能的裝置，包括一個最好由風(fēng)力設(shè)備的轉(zhuǎn)子驅(qū)動的發(fā)電機(jī)和一個在發(fā)電機(jī)與網(wǎng)絡(luò)之間的用于補(bǔ)償無功功率的補(bǔ)償裝置。
背景技術(shù)：
許多與電網(wǎng)相連的耗電裝置要求感性無功功率。這樣的感性無功功率部件的補(bǔ)償通過使用電容器來實(shí)現(xiàn)，這些電容器也稱為移相電容器，其容抗與感抗大約相等。然而，通過移相電容器的感性無功功率的完全補(bǔ)償當(dāng)包含高功率波動時在實(shí)際中不可能。還有一個不足是所需要的移相電容器在電網(wǎng)的穩(wěn)定性方面具有副作用，這些電容器經(jīng)常被結(jié)合在一起來構(gòu)成所稱的電容電池而且它們占用了很大的空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是以簡單的方式避免當(dāng)前技術(shù)中的上述不足并補(bǔ)償電網(wǎng)中的無功功率。
在本說明書的開始部分提出的方法和裝置中，所述目的可以通過下列方式來達(dá)到，即，調(diào)節(jié)補(bǔ)償裝置使得向耗電裝置提供的電功率具有無功功率分量，它在相位、幅度和/或頻率上適配于耗電裝置，以便補(bǔ)償耗電裝置的無功功率。
按照本發(fā)明，通過補(bǔ)償裝置“產(chǎn)生”無功功率，它用來補(bǔ)償耗電裝置的無功功率。例如，通過按照本發(fā)明的補(bǔ)償裝置，可以產(chǎn)生容性無功功率分量，它適配于耗電裝置要求的感性無功功率分量，以便基本上完全補(bǔ)償耗電裝置的無功功率。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)因此實(shí)質(zhì)上是提供了一種調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它尤其是對于經(jīng)常發(fā)生的高功率波動迅速反應(yīng)以便基本上保持完全的無功功率補(bǔ)償。因此，感性或容性無功功率可以有選擇地被引入電網(wǎng)中，它按照本發(fā)明通過補(bǔ)償裝置的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。
在這一方面，通過按照本發(fā)明的調(diào)節(jié)，最好，所產(chǎn)生的電功率的頻率對應(yīng)于耗電裝置的頻率或者是耗電裝置的頻率的倍數(shù)。相應(yīng)地講，在前一種情況下，無功功率可以以耗電裝置的頻率或電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)頻率提供。在后一種情況下，例如，所期望的諧波無功功率可以饋入電網(wǎng)。例如，五次諧波可以作為容性諧波以250Hz的頻率饋入網(wǎng)絡(luò)。隨后這將補(bǔ)償連接到諸如電視、節(jié)能燈等的電網(wǎng)的耗電裝置的諧波無功功率。
所期望的是，補(bǔ)償裝置具有一個逆變器，利用它電壓和/或電流特性的相位、幅度和/或頻率特別容易被調(diào)節(jié)或調(diào)節(jié)，以便產(chǎn)生適合于適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償耗電裝置的無功功率的無功功率分量。
最好，補(bǔ)償裝置有一個測量裝置，用于檢測電網(wǎng)中的電壓和/或電流變化，該檢測最好在饋入點(diǎn)進(jìn)行。在所研究的一個實(shí)施例中，補(bǔ)償裝置包含一個逆變器，該補(bǔ)償裝置根據(jù)測量裝置的測量結(jié)果控制逆變器。
最好，由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓基本上被調(diào)節(jié)為一個預(yù)定參考值，能適合地適配提供給耗電裝置的電功率中的無功功率分量。在這種情況下，無功功率分量的適配可以通過適當(dāng)?shù)乜刂朴砂l(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流的功率因數(shù)(cos)或相位而獲得。如果發(fā)電機(jī)通過線路和/或變換器與電網(wǎng)相連接，那么發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓被期望調(diào)節(jié)成其值是大約網(wǎng)絡(luò)電壓值的量級或與之對應(yīng)。這避免了所不期望的在發(fā)電機(jī)一側(cè)的高或低電壓。通常，如果網(wǎng)絡(luò)涉及到堅(jiān)固(rigid)網(wǎng)絡(luò)，則網(wǎng)絡(luò)電壓基本上恒定。


以下參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中圖1到4示出了各種電壓和電流配置；圖5示出了圖4的電流配置的諧波分量；圖6圖示了一個網(wǎng)絡(luò)支路，其中風(fēng)力設(shè)備和耗電裝置與該支路相連；圖7示出了電力線路的一個等效電路；圖8示出了電網(wǎng)的一個等效電路(a)，該電網(wǎng)包含與風(fēng)力設(shè)備的發(fā)電機(jī)相連接的一個變換器和電力架空線，以及表示各種運(yùn)行情況的向量圖(b到e)；
圖9示出了用于補(bǔ)償抽頭線中的諧波電流的配置的示意電路圖；和圖10示出了用于補(bǔ)償電網(wǎng)中的諧波電流的配置的示意電路圖。
具體實(shí)施例方式
電網(wǎng)中會發(fā)生基諧波振蕩無功功率，這一點(diǎn)已經(jīng)長期為人所知。圖1到3示出了各種電壓和電流配置。
圖1示出了一種情況，其中沒有無功功率，也就是說電壓U和電流I沒有相移。電流既不超前也不滯后電壓。因此沒有基諧波振蕩無功功率。
圖2示出了一種情況，其中電流I在時間上滯后于電壓U。在這種情況下，需要感性無功功率，這是對于大多數(shù)耗電裝置的情況，因?yàn)樗鼈儭珉妱訖C(jī)——具有電感器。
圖3示出了一種情況，其中電流I在時間上超前于電壓U。在這種情況下，需要容性無功功率。
圖6示出了一種配置，其中風(fēng)力設(shè)備2與網(wǎng)絡(luò)支路相連接。各個耗電裝置6從網(wǎng)絡(luò)支路或電力線路4的起點(diǎn)(點(diǎn)A)到終點(diǎn)(點(diǎn)E)相連接。如果風(fēng)力設(shè)備2未饋入網(wǎng)絡(luò)，那么電壓從電力線路4的起點(diǎn)(點(diǎn)A)到終點(diǎn)(點(diǎn)E)逐步下降；在該電力線路4上，因此，在點(diǎn)E和其最近相鄰耗電裝置6的電壓小于點(diǎn)A和與點(diǎn)A最近相鄰的第一耗電裝置6的電壓。如果現(xiàn)在風(fēng)力設(shè)備2或一個大的風(fēng)力裝置在圖6中在點(diǎn)E與電力線路4的終點(diǎn)連接，并且電流被饋入電力線路4，則在電力線路4的點(diǎn)E的連接電壓急劇上升?，F(xiàn)在所發(fā)生的情況是，沒有風(fēng)力設(shè)備2在電力線路4的終點(diǎn)相連接的相反情況。
對于電力線路的形式為空閑線或架空線(無地下電纜)的情況，這樣的線路實(shí)際上代表電感器。作為對比，地下電纜一般代表阻尼電容。在此方面，注意力放在如圖7所示的線路的等效電路圖上。
在饋入點(diǎn)的電壓(圖6中的點(diǎn)E)可以通過在風(fēng)力設(shè)備的無功功率調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)。最好使用逆變器來達(dá)到此目的。
圖8a示出了一個等效電路，其中風(fēng)力設(shè)備2的發(fā)電機(jī)3通過線路和變換器與通常為固定網(wǎng)絡(luò)的電網(wǎng)(未示出)相連接。圖8b到8e示出了與各種運(yùn)行條件相關(guān)的多個向量圖。在圖8b所示的情況A中，風(fēng)力設(shè)備2的發(fā)電機(jī)3僅僅向電網(wǎng)10饋入有功功率；可以馬上看出在饋入點(diǎn)(點(diǎn)E)的電壓Uline高于在點(diǎn)A的電壓Unetwork。在圖8c所示的情況B中，除了有功功率外，一個感性無功功率分量被饋入網(wǎng)絡(luò)，并且可以看出在終點(diǎn)E和起點(diǎn)A的電壓Uline和Unetwork相等。相比而言，圖8d所示的情況C中有太多的感性無功功率被饋入網(wǎng)絡(luò)；其結(jié)果是在點(diǎn)E的電壓Uline變得太低。在圖8e的情況D示出了當(dāng)過量的容性無功功率被饋入網(wǎng)絡(luò)時的情況；因此，在饋入點(diǎn)/點(diǎn)E的電壓Uline與電壓Unetwork相關(guān)地大幅上升。后一種情況絕對要避免。
為了提供無功功率補(bǔ)償，一個逆變器(未示出)在發(fā)電機(jī)3和點(diǎn)E之間連接，如圖8a所示?，F(xiàn)在這樣的一個逆變器的功能是精確地跟隨一個預(yù)定電壓值，使得輸出電流的cos被相應(yīng)地迅速和動態(tài)地調(diào)節(jié)。
另外，諧波無功功率發(fā)生在電網(wǎng)中。更具體來說，耗電裝置越來越多地需要包括諧波的電流或在電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波，例如在輸入端具有整流器的電視機(jī)，或者是操作被調(diào)節(jié)的整流器驅(qū)動器的工業(yè)性作業(yè)。圖4示出了一種情況，其中需要諧波無功功率。電壓配置U實(shí)質(zhì)上是正弦的，而包括基諧波振蕩的電流I也包括諧波。在這里可以清楚地看到五次諧波。圖5示出了所需的作為電流I的單獨(dú)分量的五次諧波。
在當(dāng)前配置中的這樣的諧波(電流諧波)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓諧波，它給電網(wǎng)中的電壓質(zhì)量造成不利影響。因此也有必要補(bǔ)償這樣的諧波無功功率。
圖9示出了一個抽頭線11，它的一端(在圖9的左面)與電網(wǎng)連接，同時各個耗電裝置6與其另一端連接(在圖9的右面)。這樣的一個抽頭線11可以例如向一個工業(yè)區(qū)域或場所或一個或多個村提供電流。流向耗電裝置6的電流通過電流變換器12來測量。來自變換器12的測量信號被傳遞到評估電路14，它連續(xù)地在線分析在抽頭線11上的電流中包含哪些電流諧波。該測量結(jié)果作為參考值，它作為輸出信號饋入到逆變器16，隨后，逆變器16基本上同時產(chǎn)生所需的諧波并將其饋入到電力線路11的變換器12的上游段。這保證了所需要的諧波無功功率由逆變器16產(chǎn)生，用于補(bǔ)償在電網(wǎng)中存在的諧波無功功率，并且不是從電網(wǎng)中得到的。
圖10圖解了電網(wǎng)10，其電壓通過變壓器18來測量。來自變壓器18的測量信號被饋入評估裝置20。還有一個預(yù)定所期望的電壓配置的參考值裝置22。電壓裝置20的輸出信號由減法裝置24從參考值裝置22的輸出信號中被減去，并且由此得到的來自減法裝置24的差輸出信號被饋入到逆變器10，它隨后基本上同時產(chǎn)生所需的諧波以便補(bǔ)償電網(wǎng)中的諧波無功功率。因此在此配置中，網(wǎng)絡(luò)電壓由變壓器18測量，并且評估裝置20測量在電壓配置中包含哪些諧波。更具體地說，在電網(wǎng)10中的諧波電流產(chǎn)生與其頻率和幅度相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)阻抗壓降。以這種方式測量和計算的值作為預(yù)定給逆變器16的電流參考值。隨后，逆變器16按照這些參考值產(chǎn)生具有所需的頻率、幅度和相位關(guān)系的電流諧波。
權(quán)利要求
1.一種用在電網(wǎng)(10)中的無功功率調(diào)節(jié)方法，其中電功率由發(fā)電機(jī)(3)產(chǎn)生，該發(fā)電機(jī)最好由風(fēng)力設(shè)備(2)的轉(zhuǎn)子驅(qū)動，并且由發(fā)電機(jī)(3)與網(wǎng)絡(luò)(10)之間的用于補(bǔ)償無功功率的補(bǔ)償裝置(16)適當(dāng)調(diào)節(jié)，其特征在于，對所述補(bǔ)償裝置(16)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得提供到耗電裝置(6)的電功率具有無功功率分量，該無功功率分量在相位、幅度和/或頻率上適配于耗電裝置(6)，以便補(bǔ)償耗電裝置(6)的無功功率。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對補(bǔ)償裝置(16)進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)節(jié)，使得發(fā)電機(jī)(3)產(chǎn)生容性無功功率，以便補(bǔ)償在耗電裝置(6)中的感性無功功率。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所提供的電功率的頻率對應(yīng)于耗電裝置(6)的頻率，或者表示耗電裝置頻率的倍數(shù)。
4.按照權(quán)利要求1到3中的任意一個所述的方法，其特征在于，補(bǔ)償裝置作為逆變器(16)運(yùn)行。
5.按照權(quán)利要求1到4中的任意一個所述的方法，其特征在于，補(bǔ)償裝置(16)在饋入點(diǎn)(E)測量在電網(wǎng)(10)中的電壓和/或電流配置，并且根據(jù)測量結(jié)果，調(diào)節(jié)在由發(fā)電機(jī)(3)產(chǎn)生的電功率中的無功功率分量。
6.按照權(quán)利要求1到5中的任意一個所述的方法，其特征在于，將發(fā)電機(jī)(3)產(chǎn)生的電壓調(diào)節(jié)為一個預(yù)定參考值，該預(yù)定參考值與提供給耗電裝置(6)中的電功率中的無功功率分量相適配。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，無功功率分量的適配可以通過適當(dāng)?shù)乜刂朴砂l(fā)電機(jī)(3)產(chǎn)生的電流的功率因數(shù)(cos)或相位而獲得。
8.按照權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，發(fā)電機(jī)(3)通過線路和/或變換器與電網(wǎng)相連接，并且，對發(fā)電機(jī)(3)產(chǎn)生的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，使該電壓的值處于網(wǎng)絡(luò)電壓值的量級，或者與網(wǎng)絡(luò)電壓值相對應(yīng)。
9.一種在電網(wǎng)(10)中產(chǎn)生電能的裝置，包括一個最好由風(fēng)力設(shè)備(2)的轉(zhuǎn)子驅(qū)動的發(fā)電機(jī)(3)和一個在發(fā)電機(jī)(3)與網(wǎng)絡(luò)之間的用于補(bǔ)償無功功率的補(bǔ)償裝置(16)，其特征在于，所述在電網(wǎng)中產(chǎn)生電能的裝置包括一個調(diào)節(jié)裝置(14；20，22，24)，用來調(diào)節(jié)補(bǔ)償裝置(16)，其調(diào)節(jié)方式使得提供給耗電裝置(6)的電功率具有一個無功功率分量，該無功功率分量的相位、幅度和/或頻率適配于耗電裝置(6)，因而能夠補(bǔ)償耗電裝置(6)中的無功功率。
10.按照權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，調(diào)節(jié)裝置(14；20，22，24)對補(bǔ)償裝置(16)進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)方式使得發(fā)電機(jī)(3)產(chǎn)生容性無功功率，以便補(bǔ)償耗電裝置(6)中的無功功率。
11.按照權(quán)利要求9或10所述的裝置，其特征在于，所提供的電功率的頻率對應(yīng)于耗電裝置(6)的頻率，或者表示耗電裝置頻率的倍數(shù)。
12.按照權(quán)利要求9到11中的任意一個所述的裝置，其特征在于，補(bǔ)償裝置(16)有一個逆變器(16)。
13.按照權(quán)利要求9到12中的任意一個所述的裝置，其特征在于，調(diào)節(jié)裝置(14；20，22，24)有一個測量裝置(12；18)，用于在饋入點(diǎn)(E)檢測在電網(wǎng)(10)中的電壓和/或電流配置。
14.按照權(quán)利要求12或13所述的裝置，其特征在于，調(diào)節(jié)裝置(14；20，22，24)根據(jù)測量裝置(12；18)的測量結(jié)果來控制逆變器(16)。
15.按照權(quán)利要求9到14中的任意一個所述的裝置，其特征在于，調(diào)節(jié)裝置(14；20，22，24)通過控制提供給耗電裝置(6)的電功率中的無功功率分量，將發(fā)電機(jī)(3)產(chǎn)生的電壓調(diào)節(jié)為一個預(yù)定參考值。
16.按照權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，調(diào)節(jié)裝置(14；20，22，24)通過適當(dāng)?shù)乜刂朴砂l(fā)電機(jī)(3)提供的電流的功率因數(shù)(cos)或相位，來實(shí)現(xiàn)無功功率分量的適配。
17.按照權(quán)利要求15或16所述的裝置，其特征在于，發(fā)電機(jī)(3)通過線路和/或變換器與電網(wǎng)相連接，并且，調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)由發(fā)電機(jī)(3)產(chǎn)生的電壓，使該電壓的值處于最后電壓值的量值，或者與最后電壓的值相對應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及電網(wǎng)中的無功功率調(diào)節(jié)方法,其中電功率由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生,該發(fā)電機(jī)最好由風(fēng)力設(shè)備的轉(zhuǎn)子驅(qū)動并由發(fā)電機(jī)與網(wǎng)絡(luò)之間的用于補(bǔ)償無功功率的補(bǔ)償裝置適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)。本發(fā)明還涉及一種在電網(wǎng)中產(chǎn)生電能的裝置,包括一個最好由風(fēng)力設(shè)備的轉(zhuǎn)子驅(qū)動的發(fā)電機(jī)和一個在發(fā)電機(jī)與網(wǎng)絡(luò)之間的用于補(bǔ)償無功功率的補(bǔ)償裝置。在本發(fā)明是對補(bǔ)償裝置進(jìn)行控制,其控制方式使得向耗電裝置提供的電功率具有無功功率分量,它在相位、幅度和/或頻率上適配于耗電裝置,以便補(bǔ)償耗電裝置的無功功率。
文檔編號H02J3/16GK1382319SQ00814748
公開日2002年11月27日 申請日期2000年9月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月13日
發(fā)明者阿洛伊斯·沃本 申請人:阿洛伊斯·沃本