用于为双馈风力涡轮发电机提供电网形成控制的系统和方法与流程

1.本公开大体上涉及风力涡轮，并且更特别地涉及用于为双馈风力涡轮发电机提供电网形成控制的系统和方法。


背景技术：

2.风电被认为是目前可用的最清洁、最环保的能量源之一，并且风力涡轮在这方面得到了越来越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片利用已知的翼型件原理捕获风的动能。例如，转子叶片典型地具有翼型件的横截面轮廓，使得在操作期间，空气流过叶片，在侧面之间产生压差。因此，从压力侧朝向吸力侧导向的升力作用在叶片上。升力在主转子轴上生成扭矩，主转子轴典型地齿轮传动到发电机以产生电力。
3.风力涡轮可分为两种类型：定速涡轮和变速涡轮。常规地，变速风力涡轮被控制为连接到电网的电流源。换句话说，变速风力涡轮依赖于由锁相环(pll)检测的电网频率作为基准，并且将指定量的电流注入电网中。风力涡轮的常规电流源控制基于以下假设：电网电压波形是具有固定频率和幅值的基本电压波形，并且风电在电网中的渗透率足够低，从而不会对电网电压幅值和频率造成干扰。因此，风力涡轮简单地基于基本电压波形将指定电流注入电网中。然而，随着风电的快速增长，风电在一些电网中的渗透率已经增加到风力涡轮发电机对电网电压和频率有重大影响的程度。当风力涡轮位于弱电网中时，风力涡轮功率波动可导致电网电压的幅值和频率变化增加。这些波动可能不利地影响pll的性能和稳定性以及风力涡轮电流控制。
4.此外，许多现有的可再生发电转换器(诸如双馈风力涡轮发电机)在“电网跟随”模式中操作。电网跟随型设备利用快速电流调节环路来控制与电网交换的有功和无功功率。更具体地，图1图示了电网跟随双馈风力涡轮发电机的主电路和转换器控制结构的基本元件。如图所示，转换器的有功功率基准由能量源调节器(例如，风力涡轮的涡轮控制部分)产生。这被传递作为扭矩基准，该扭矩基准表示在该时刻从能量源可获得的最大功率或者来自更高级别的电网控制器的削减命令中的较小者。转换器控制器然后确定电流的有功分量的电流基准，以实现期望的扭矩。因此，双馈风力涡轮发电机包括以产生用于电流的无功分量的命令的方式管理电压和无功功率的功能。然后，宽带宽电流调节器开发由转换器将电压施加到系统的命令，使得实际电流紧密跟踪命令。
5.备选地，电网形成型转换器提供电压源特性，其中电压的角度和幅值被控制以实现由电网所需的调节功能。对于这种结构，电流将根据电网的需求流动，同时转换器有助于为电网建立电压和频率。这一特性与基于驱动同步电机的涡轮的常规发电机相当。因此，电网形成源必须包括以下基本功能：(1)支持装备的额定值内任何电流(有功和无功两者)的电网电压和频率；(2)通过允许电网电压或频率改变而不是断开装备来防止超出装备电压或电流能力的操作(仅当电压或频率超出由电网实体建立的边界时才允许断开)；(3)对于任何电网配置或负载特性保持稳定，包括服务于隔离负载或与其它电网形成源连接，以及
在这些配置之间切换；(4)在连接到电网的其它电网形成源之间分担电网的总负载；(5)穿越电网扰动(大扰动和小扰动两者)，以及(6)满足要求(1)-(5)，而不要求与电网中存在的其它控制系统的快速通信或与电网配置变化相关的外部创建的逻辑信号。
6.用于实现上述电网形成目标的基本控制结构是在20世纪90年代初开发出来的，并针对电池系统进行了现场验证(参见例如名称为“battery energy storage power conditioning system”的美国专利no. 5,798,633)。关于全转换器风力发电机和太阳能发电机的应用公开于名称为“system and method for control of a grid connected power generating system”的美国公布no. 2010/0142237和名称为“controller for controlling a power converter”的美国专利no. 9,270,194。然而，这样的实现方式已经在全转换器风力发电机上采用。
7.鉴于以上所述，解决上述问题的系统和方法在本领域中将是受欢迎的。因此，本公开涉及一种用于将电网形成控制应用于双馈风力涡轮发电机的系统和方法。


技术实现要素：

8.本发明的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可从描述中显而易见，或者可通过本发明的实践获知。
9.在一个方面，本公开涉及一种用于提供风力涡轮的双馈发电机的电网形成控制的方法。该方法包括经由转换器控制器的定子电压调节器接收一个或多个电压命令。此外，该方法包括经由定子电压调节器根据磁化电流命令和双馈发电机的定子电流反馈信号确定一个或多个转子电流命令。因此，该方法包括使用一个或多个转子电流命令来控制双馈发电机的转子电压以实现一个或多个电压命令。
10.在实施例中，(多个)电压命令可包括例如定子电压幅值命令和/或定子电压角度命令。更具体地，在实施例中，该方法可包括经由电压调节器、无功伏安调节器或惯性功率调节器中的至少一个使用一个或多个基准命令来确定(多个)电压命令。
11.在另一个实施例中，该方法可包括从外部控制器接收一个或多个基准命令。在这样的实施例中，外部控制器可包括风力涡轮的涡轮控制器或风电场的场级控制器，风电场包含风力涡轮和至少一个附加风力涡轮。
12.在另外的实施例中，(多个)基准命令可包括来自场级控制器的电压基准或无功伏安基准或来自涡轮控制器的功率基准中的至少一个。
13.在实施例中，该方法可包括：经由定子电压调节器将(多个)电压命令转换成定子电压命令；经由定子电压调节器根据定子电压命令和磁化导纳确定磁化电流前馈信号，该磁化电流前馈信号促进定子电压对定子电压命令的快速响应；以及将磁化电流前馈信号添加到磁化电流校正信号以确定磁化电流命令。
14.在附加实施例中，该方法可包括：接收定子电压反馈信号；确定定子电压反馈信号和定子电压命令之间的差；以及经由比例积分调节器确定磁化电流校正信号。
15.在另外的实施例中，该方法可包括通过根据定子电压反馈信号和磁化电流命令计算有效导纳来自适应地微调磁化导纳。更具体地，在实施例中，根据定子电压反馈信号和磁化电流命令计算有效导纳可包括：确定磁化电流命令的绝对值；将磁化电流命令的绝对值的符号取反(例如，从负到正或从正到负)，以获得磁化电流值；确定定子电压反馈信号的绝
对值；将磁化电流值除以定子电压反馈信号的绝对值以获得商值；以及对商值进行滤波以去除噪声并确定有效导纳。在这样的实施例中，有效导纳的响应可慢于磁化电流校正信号的响应。
16.在另一个实施例中，根据磁化电流命令和双馈发电机的定子电流反馈信号确定(多个)转子电流命令可包括将磁化电流命令添加到定子电流反馈信号。
17.在另一些实施例中，使用一个或多个电压命令控制双馈发电机的转子电压可包括经由定子电压调节器将一个或多个转子电流调节器命令发送到转换器控制器的转子电流调节器，该转换器控制器经由转子侧功率转换器提供对双馈发电机的转子电压的控制。
18.在另一方面，本公开涉及一种用于提供风力涡轮的双馈发电机的电网形成控制的转换器控制器。转换器控制器至少包括具有至少一个处理器的定子电压调节器。(多个)处理器配置成执行多个操作，包括但不限于：接收一个或多个电压命令；根据磁化电流命令和双馈发电机的定子电流反馈信号确定一个或多个转子电流命令；以及使用一个或多个转子电流命令控制双馈发电机的转子电压以实现一个或多个电压命令。应当理解，转换器控制器还可包括本文中描述的附加特征中的任何。
19.在又一个方面，本公开涉及一种用于提供风力涡轮的双馈发电机的电网形成控制的方法。该方法包括测量双馈发电机的定子电流信号。此外，该方法包括将定子电流信号馈送到双馈发电机的转子电流命令中，以便将定子响应定子电压与一个或多个电网特性基本上去耦。此外，该方法包括使用转子电流命令控制双馈发电机的转子电压。应当理解，该方法还可包括本文中描述的附加特征和/或步骤中的任何。
20.参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入并构成本说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
21.在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且能够实现的公开内容，包括其最佳模式，在附图中：图1图示根据常规构造的双馈风力涡轮发电机的单线图，该双馈风力涡轮发电机具有用于电网跟随应用的转换器控制的结构；图2图示根据本公开的风力涡轮的一个实施例的透视图；图3图示根据本公开的机舱的一个实施例的简化内部视图；图4图示适合于与图1中所示风力涡轮一起使用的风力涡轮电功率系统的一个实施例的示意图；图5图示根据本公开的具有多个风力涡轮的风电场的一个实施例的示意图；图6图示根据本公开的控制器的一个实施例的框图；图7图示根据本公开的具有用于电网形成应用的转换器控制的双馈风力涡轮发电机的单线图；图8图示根据本公开的用于提供风力涡轮的双馈发电机的电网形成控制的方法的一个实施例的流程图；图9图示根据本公开的双馈风力涡轮发电机的简化等效电路的一个实施例的示意
图；图10图示根据本公开的用于创建用于定子电压调节的转子电流命令的逻辑的一个实施例的示意图；图11图示根据本公开的用于为双馈风力涡轮发电机的控制的预测部分创建磁化导纳的有效值的逻辑的一个实施例的示意图。
具体实施方式
22.现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中被图示。每个示例通过解释本发明的方式而不是限制本发明的方式被提供。事实上，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分被图示或描述的特征可与另一个实施例一起使用，以产生又一另外的实施例。因此，旨在本发明覆盖如归入所附权利要求书的范围内的这种修改和变型及其等同物。
23.一般来说，本公开涉及用于为双馈风力涡轮发电机提供电网形成控制的系统和方法。更具体地，本文中描述的系统包括电网形成控制，诸如惯性功率调节器和终端电压调节器，其提供类似于同步发电机的性能，具有根据需要设置参数以满足电网要求的能力。这些电网形成控制针对在连接到电网的变压器的源侧处的电压的幅值和角度开发命令。因此，本公开的系统和方法在双馈风力涡轮发电机中实现由电网形成控制产生的电压命令。在先前的应用中，电压直接通过功率电子转换器来实现，而在双馈风力发电机中，电压必须经由转子电压的控制间接地达到。因此，本公开、本公开的系统和方法包括内环电流调节器结构和快速定子电压调节器，以将来自电网形成控制的电压命令转换成转子电流调节器命令。
24.现在参考附图，图2图示根据本公开的风力涡轮10的一个实施例的透视图。如图所示，风力涡轮10大体上包括从支撑表面14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16以及联接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转的毂20和至少一个转子叶片22，转子叶片22联接到毂20并从毂20向外延伸。例如，在图示实施例中，转子18包括三个转子叶片22。然而，在备选实施例中，转子18可包括多于或少于三个转子叶片22。每个转子叶片22可围绕毂20间隔开，以便于旋转转子18，从而使动能能够从风转换成可用的机械能，并随后转换成电能。例如，毂20可能够旋转地联接到定位在机舱16内的发电机24(图3)，以允许产生电能。
25.风力涡轮10还可包括集中在机舱16内的风力涡轮控制器26。然而，在其它实施例中，控制器26可位于风力涡轮10的任何其它部件内或者风力涡轮10外部的位置处。此外，控制器26可通信地联接到风力涡轮10的任意数量的部件，以便控制这样的部件的操作和/或实现校正或控制动作。照此，控制器26可包括计算机或其它合适的处理单元。因此，在若干实施例中，控制器26可包括合适的计算机可读指令，所述指令当实现时配置控制器26以执行各种不同的功能，诸如接收、发送和/或执行风力涡轮控制信号。因此，控制器26可大体上配置成控制风力涡轮10的各种操作模式(例如，启动或关闭序列)、风力涡轮的降额或升额和/或风力涡轮10的各个部件。
26.现在参考图2，图示了图1中所示的风力涡轮10的机舱16的一个实施例的简化内部视图。如图所示，发电机24可设置在机舱16内并支撑在底板46的顶部上。一般来说，发电机24可联接到转子18，用于从由转子18生成的旋转能量产生电功率。例如，如图示实施例中所
示，转子18可包括联接到毂20的转子轴34，用于与其一起旋转。转子轴34可继而通过齿轮箱38能够旋转地联接到发电机24的发电机轴36。如通常理解的，转子轴34可响应于转子叶片22和毂20的旋转而向齿轮箱38提供低速、高扭矩输入。齿轮箱38然后可配置成将低速、高扭矩输入转换成高速、低扭矩输出，以驱动发电机轴36和因此发电机24。
27.风力涡轮10还可包括通信地联接到风力涡轮控制器26的一个或多个变桨驱动机构32，其中每个(多个)桨距调节机构32配置成使变桨轴承40旋转，并且因此使各个(多个)转子叶片22围绕其相应的变桨轴线28旋转。此外，如图所示，风力涡轮10可包括一个或多个偏航驱动机构42，偏航驱动机构42配置成改变机舱16相对于风的角度(例如，通过接合布置在风力涡轮10的机舱16和塔架12之间的风力涡轮10的偏航轴承44)。
28.此外，风力涡轮10还可包括一个或多个传感器66、68，用于监测风力涡轮10的各种风况。例如，可诸如通过使用合适的天气传感器66测量进入的风向52、风速或风力涡轮10附近的任何其它合适的风况。合适的天气传感器可包括，例如，光探测和测距(“lidar”)设备、声波探测和测距(“sodar”)设备、风速计、风向标、气压计、雷达设备(诸如多普勒雷达设备)或本领域现在已知或以后开发的可提供风向信息的任何其它感测设备。另外的传感器68可用来测量风力涡轮10的附加的操作参数，诸如电压、电流、振动等，如本文中所述。
29.现在参考图4，根据本公开的各方面，图示了风力涡轮功率系统100的一个实施例的示意图。尽管本公开将在本文中大体上参考图4中所示的系统100进行描述，但是使用本文提供的公开内容的本领域普通技术人员应该理解，本公开的各方面也可应用于其它发电系统，并且如上所述，本发明不限于风力涡轮系统。
30.在图4和如上所述的实施例中，风力涡轮10(图2)的转子18可任选地联接到齿轮箱38，齿轮箱38继而联接到发电机102，发电机102可为双馈感应发电机(dfig)。如图所示，dfig 102可连接到定子总线104。此外，如图所示，功率转换器106可经由转子总线108连接到dfig 102，并且经由线路侧总线110连接到定子总线104。照此，定子总线104可从dfig 102的定子提供输出多相功率(例如，三相功率)，并且转子总线108可从dfig 102的转子提供输出多相功率(例如，三相功率)。功率转换器106还可包括转子侧转换器(rsc) 112和线路侧转换器(lsc) 114。dfig 102经由转子总线108联接到转子侧转换器112。另外，rsc 112经由dc链路116联接到lsc 114，dc链路电容器118横跨该链路116。lsc 114继而联接到线路侧总线110。
31.rsc 112和lsc 114可配置用于在使用诸如绝缘栅双极晶体管(igbt)开关元件的一个或多个开关器件的三相脉宽调制(pwm)布置中的正常操作模式。此外，功率转换器106可联接到转换器控制器120，以便控制转子侧转换器112和线路侧转换器114的操作，如本文所述。应当注意，转换器控制器120可配置为功率转换器106和涡轮控制器26之间的接口，并且可包括任何数量的控制设备。
32.在典型的配置中，还可包括各种线路接触器和断路器，包括例如电网断路器122，用于在连接到诸如电力网124的负载和从负载断开期间隔离dfig 102的正常操作所需的各种部件。例如，系统断路器126可将系统总线128联接到变压器130，变压器130可经由电网断路器122联接到电力网124。在备选实施例中，熔断器可代替一些或全部断路器。
33.在操作中，通过旋转转子18在dfig 102处生成的交流功率经由由定子总线104和转子总线108限定的双路径提供至电力网124。在转子总线侧108上，正弦多相(例如，三相)
交流(ac)功率被提供至功率转换器106。转子侧功率转换器112将从转子总线108提供的ac功率转换成直流(dc)功率，并将dc功率提供至dc链路116。如通常所理解的，在转子侧功率转换器112的桥电路中使用的开关元件(例如，igbt)可被调制，以将从转子总线108提供的ac功率转换成适合于dc链路116的dc功率。
34.此外，线路侧转换器114将dc链路116上的dc功率转换成适合于电网124的ac输出功率。特别地，线路侧功率转换器114的桥电路中使用的开关元件(例如，igbt)可被调制，以将dc链路116上的dc功率转换成线路侧总线110上的ac功率。来自功率转换器106的ac功率可与来自dfig 102的定子的功率结合，以提供具有基本上保持在电网124的频率(例如，50hz或60hz)的频率的多相功率(例如，三相功率)。
35.另外，诸如电网断路器122、系统断路器126、定子同步开关132、转换器断路器134和线路接触器136的各种电路断路器和开关可被包括在风力涡轮功率系统100中，以连接或断开对应的总线，例如，当电流过大并且可能损坏风力涡轮功率系统100的部件或出于其它操作考虑时。在风力涡轮功率系统100中还可包括附加的保护部件。
36.此外，功率转换器106可经由转换器控制器120从例如本地控制系统176接收控制信号。控制信号尤其可基于风力涡轮功率系统100的感测到的状态或操作特性。典型地，控制信号提供用于控制功率转换器106的操作。例如，dfig 102的感测速度形式的反馈可用于控制来自转子总线108的输出功率的转换，以保持适当且平衡的多相(例如，三相)功率源。来自其它传感器的其它反馈也可由(多个)控制器120、26使用来控制功率转换器106，包括例如定子和转子总线电压和电流反馈。使用各种形式的反馈信息，可生成开关控制信号(例如，用于igbt的栅极定时命令)、定子同步控制信号和断路器信号。
37.功率转换器106还针对例如在毂20和转子叶片22处的风速中的变化来补偿或调节来自转子的三相功率的频率。因此，机械和电气转子频率被去耦，并且电气定子和转子频率匹配基本上独立于机械转子速度而被促进。
38.在一些状态下，功率转换器106的双向特性以及具体地lsc 114和rsc 112的双向特性促进将生成的电功率中的至少一些反馈回发电机转子中。更具体地，电功率可从定子总线104传输到线路侧总线110，并且随后通过线路接触器136并进入功率转换器106(具体地lsc 114，其充当整流器并将正弦三相ac功率整流成dc功率)。dc功率被传输到dc链路116中。电容器118通过促进减轻有时与三相ac整流相关联的dc纹波而促进减轻dc链路电压幅度变化。
39.dc功率随后被传输到rsc 112，rsc 112通过调节电压、电流和频率将dc电功率转换成三相正弦ac电功率。该转换经由转换器控制器120来监测和控制。转换后的ac功率经由转子总线108从rsc 112传输到发电机转子。以这种方式，通过控制转子电流和电压来促进发电机无功功率控制。
40.现在参考图5，本文中描述的风力涡轮功率系统100可为风电场50的一部分。如图所示，风电场50可包括多个风力涡轮52(包括上述风力涡轮10)和总场级控制器56。例如，如在图示实施例中所示，风电场50包括十二个风力涡轮，包括风力涡轮10。然而，在其它实施例中，风电场50可包括任何其它数量的风力涡轮，诸如少于十二个风力涡轮或多于十二个风力涡轮。在一个实施例中，多个风力涡轮52的涡轮控制器例如通过有线连接通信地联接到场级控制器56，诸如通过经合适的通信链路54(例如，合适的线缆)连接涡轮控制器26。备
选地，涡轮控制器可通过无线连接通信地联接到场级控制器56，诸如通过使用本领域已知的任何合适的无线通信协议。在另外的实施例中，场级控制器56配置成向各种风力涡轮52发送和从各种风力涡轮52接收控制信号，诸如例如在风电场50的风力涡轮52之间分配有功和/或无功功率需求。
41.现在参考图6，示出根据本公开的示例方面的可包括在控制器(诸如本文描述的转换器控制器120、涡轮控制器26和/或场级控制器56中的任何一个)内的合适部件的一个实施例的框图。如图所示，控制器可包括一个或多个处理器58、计算机或其它合适的处理单元和相关联的(多个)存储器设备60，存储器设备60可包括合适的计算机可读指令，所述指令当实现时将控制器配置成执行各种不同的功能，诸如接收、发送和/或执行风力涡轮控制信号(例如，执行本文中公开的方法、步骤、计算等)。
42.如本文中所用，术语“处理器”不仅指在本领域中被称为包含在计算机中的集成电路，还指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(plc)、专用集成电路和其它可编程电路。另外，(多个)存储器设备60大体上可包括(多个)存储器元件，包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存取存储器(ram))、计算机可读非易失性介质(例如，闪存存储器)、软盘、致密盘只读存储器(cd-rom)、磁光盘(mod)、数字多功能盘(dvd)和/或其它合适的存储器元件。
43.(多个)这样的存储器设备60可大体上配置成存储合适的计算机可读指令，所述指令当由(多个)处理器58实现时配置控制器来执行如本文中描述的各种功能。另外，控制器还可包括通信接口62，以便于控制器和风力涡轮10的各种部件之间的通信。接口可包括一个或多个电路、端子、引脚、触点、导体或用于发送和接收控制信号的其它部件。此外，控制器可包括传感器接口64(例如，一个或多个模数转换器)，以允许从传感器66、68传输的信号被转换成可被(多个)处理器58理解和处理的信号。
44.现在参考图7和图8，图示了根据本公开的用于提供风力涡轮的双馈发电机的电网形成控制的系统200和方法250。图7图示了根据本公开的系统200的一个实施例的示意图，特别地图示了具有用于电网形成特性的高级控制结构的双馈风力涡轮发电机120的单线图。图8图示了用于提供双馈发电机120的电网形成控制的方法250的一个实施例的流程图。
45.特别地参考图7，系统200可包括许多本文中描述的图4的相同特征，其中具有相同附图标记的部件表示相同的部件。此外，如图所示，系统200可包括用于控制线路侧转换器的控制结构，该控制结构类似于图1中所示的控制结构。更特别地，如图所示，线路侧转换器控制结构可包括dc调节器212和线路电流调节器214。dc调节器212配置成为线路电流调节器214生成线路侧电流命令。线路电流调节器214然后为调制器218生成线路侧电压命令。调制器218还接收来自锁相环216的输出(例如，锁相环角度)，以生成用于线路侧转换器114的一个或多个门脉冲。锁相环216典型地使用电压反馈信号生成其输出。
46.此外，如图所示，系统200还可包括用于使用电网形成特性来控制电网侧转换器112的独特控制结构。特别地，如图8中所示，系统200可包括定子电压调节器206，用于提供这种电网形成特性。此外，如图所示，系统200可包括电网电压/无功伏安调节器202、惯性功率调节器204、转子电流调节器208和调制器210。参照图8至图11可更好地理解这样的部件及其操作。
47.更特别地，如将解释的，系统200包括内环电流调节器结构和快速定子电压调节
器，以将来自电网形成控制的电压命令转换成转子电流调节器命令。因此，本公开的系统和方法提供双馈风力涡轮发电机120的转子电压的控制，以满足针对定子电压的幅值和角度的更高级别的命令。这种控制必须相对快速，并且对在双馈风力涡轮发电机120的定子中流动的电流不敏感。因此，为了更清楚地解释概念，在图9中示出了双馈风力涡轮发电机120的简化等效电路。更具体地，如图所示，简化电路忽略电网侧电阻，假设定子泄漏为零，并假设转子和定子之间的单位匝数比(unity turns ratio)。因此，以下关系描述了基于经由锁相环(pll)与电网连接(vt)同步的旋转坐标系的物理系统。斜体的变量是复相角或阻抗。
48.vs = vt jxt*itis = it
ꢀ–ꢀ
ilir = is imim = vs / (jxm) = jbmag *vsvr = 转差率 * (vs ir*(rr j xr*转差率)vs_cmd_xy = ei*[cos(δ
it
) j sin(δ
it
) ]= vs_cmd_x j vs_cmd_y定义：xt = 变压器电抗xmag = 磁化电抗bmag =
ꢀ‑
1/xmagrr,xr = 转子电阻和电抗转差率 = 1-转子速度/同步速度e
i = 针对vs的幅值的较高级别的命令δ
it
= 针对vs相对于pll角度的角度的较高级别的命令现在特别地参考图8，提供了用于提供双馈发电机120的电网形成控制的方法250的一个实施例的流程图。一般来说，方法250在此参照图2至图7的风力涡轮10进行描述。然而，应当意识到，所公开的方法250可利用具有任何其它合适构造的风力涡轮来实现。此外，尽管为了说明和讨论的目的，图8描绘了以特定顺序执行的步骤，但是本文中讨论的方法不限于任何特定顺序或布置。使用本文中提供的公开内容，本领域技术人员将意识到，在不偏离本公开的范围的情况下，本文中公开的方法的各种步骤可各种方式被省略、重新布置、组合和/或修改。
[0049]
如在(252)所示，方法250包括经由定子电压调节器206接收一个或多个电压命令。此外，在实施例中，(多个)电压命令可包括定子电压幅值命令和/或定子电压角度命令(即，图7的vs_mag_cmd和vs_angle_cmd)。更具体地，在实施例中，如图7中所示，方法250可包括使用例如来自外部控制器的一个或多个基准命令经由电压/无功伏安调节器202或惯性功率调节器204中的至少一个来确定(多个)电压命令。在实施例中，外部控制器可包括例如风力涡轮10的涡轮控制器26或风电场50的场级控制器56。因此，如图所示，(多个)基准命令可包括来自场级控制器56的电压基准(例如，vt_ref)或无功伏安基准和/或来自涡轮控制器26的功率基准(例如，power_ref)中的至少一个。
[0050]
重新参考图8，如在(254)所示，方法250包括经由定子电压调节器206根据磁化电流命令238和/或双馈发电机120的定子电流反馈信号240确定一个或多个转子电流命令(例如，图7的ircmdy和ircmdx)。应当理解，定子反馈电流240是外部连接的功率系统(即电网)
的特性的强指标。因此，定子反馈电流240可用作反馈信号，以将定子电压对变化的响应与电网的性质去耦。
[0051]
更特别地，如图10中所示，图示了定子电压调节器206的示例部件的一个实施例的示意图。在图示实施例中，信号在参考端电压相位角的x和y坐标中。为了清楚起见，使用了复变量符号。此外，如图所示，定子电压调节器206可包括预测路径220和校正器路径222。此外，如在预测路径220的开始处所示，定子电压调节器206配置成接收定子电压的幅值的较高级别的命令(例如，ei)和定子电压相对于锁相环角度的角度的较高级别的命令(例如，δ
it
)。此外，继续沿着预测路径220，定子电压调节器206然后可将(多个)电压命令转换成定子电压命令(例如，vs_cmd_xy)，如在224处所示。定子电压调节器206然后可根据定子电压命令和磁化导纳(例如，jbmag 226)确定磁化电流前馈信号(例如，im_ff_xy)。在一个实施例中，例如，磁化导纳可对应于磁化电纳。照此，磁化电流前馈信号配置成便于定子电压对定子电压命令的快速响应。
[0052]
特别地参考校正路径222，定子电压调节器206还可接收定子电压反馈信号(例如，vs_fbk_xy)，并且如在230处所示，确定定子电压反馈信号和来自预测路径220的定子电压命令之间的差。因此，在实施例中，如图所示，定子电压调节器206还可经由比例积分调节器232确定磁化电流校正信号(例如，im_corr_xy)。因此，如在预测路径220中的228处所示，定子电压调节器206然后可将磁化电流前馈信号添加到磁化电流校正信号以确定磁化电流命令238(例如，im_cmd_xy)。在备选实施例中，磁化电流命令238可为恒定值。
[0053]
此外，如在234处所示，定子电压调节器206可根据磁化电流命令238(例如，is_fbk_xy)和双馈发电机120的定子电流反馈信号240(例如，is_fbk_xy)确定(多个)转子电流命令(例如，im_cmd_xy)。例如，在实施例中，可测量双馈发电机120的定子电流反馈信号240。因此，在实施例中，双馈发电机120的测量定子电流信号240可被馈送到双馈发电机120的转子电流命令中，如在234处所示，以便基本上将定子响应定子电压与一个或多个电网特性去耦。更具体地，在特定实施例中，如图所示，定子电压调节器206可通过将磁化电流命令238添加到测量的定子电流反馈信号240来确定(多个)转子电流命令242。此外，如在236处所示，限制器236可适当地对转子电流命令加以限制以遵守(多个)装备额定值。
[0054]
因此，重新参考图8，如在(256)处所示，方法250还包括使用一个或多个转子电流命令来控制双馈发电机120的转子电压以实现(多个)较高级别的电压命令。例如，如图7中所示，来自定子电压调节器206的输出是针对转子电流的命令，该命令通过生成用于调制器210的转子电压命令(例如，vrcmdx和vrcmdy)而在转子电流调节器208中实现。调制器210还接收来自锁相环216的锁相环角度和基准角度，以生成用于转子侧转换器112的一个或多个门脉冲。
[0055]
现在参考图11，在某些实施例中，方法250还可包括通过根据定子电压反馈信号和磁化电流命令计算有效导纳来自适应地微调磁化导纳。更具体地，在实施例中，如图11中所示，转换器控制器120可实现用于计算有效导纳(例如，bmag)的控制方案300。例如，如图所示，控制方案300可包括确定磁化电流命令(im_cmd_xy)的绝对值302。此外，如在304处所示，控制方案300可包括将磁化电流命令的符号取反以获得磁化电流值306。此外，如在308处所示，控制方案300可包括确定定子电压反馈信号(例如，vs_fbk_xy)的绝对值。因此，如在310处所示，控制方案300可包括将磁化电流值除以定子电压反馈信号的绝对值以获得商
值312。因此，如在314处所示，控制方案300可包括对商值312进行滤波以去除噪声并确定有效导纳bmag。在这样的实施例中，有效导纳的响应会慢于磁化电流校正信号的响应。
[0056]
本发明的另外的方面由以下条款的主题提供：条款1. 一种用于提供风力涡轮的双馈发电机的电网形成控制的方法，所述方法包括：经由转换器控制器的定子电压调节器接收一个或多个电压命令；经由所述定子电压调节器根据磁化电流命令和所述双馈发电机的定子电流反馈信号来确定一个或多个转子电流命令；和使用所述一个或多个转子电流命令来控制所述双馈发电机的转子电压以实现所述一个或多个电压命令。
[0057]
条款2. 根据条款1所述的方法，其中，所述一个或多个电压命令包括定子电压幅值命令或定子电压角度命令中的至少一个。
[0058]
条款3. 根据条款2所述的方法，还包括经由电压调节器、无功伏安调节器或惯性功率调节器中的至少一个使用一个或多个基准命令来确定所述一个或多个电压命令。
[0059]
条款4. 根据条款3所述的方法，还包括从外部控制器接收所述一个或多个基准命令，所述外部控制器包括所述风力涡轮的涡轮控制器或风电场的场级控制器中的至少一个，所述风电场包括所述风力涡轮和至少一个附加风力涡轮。
[0060]
条款5. 根据条款4所述的方法，其中，所述一个或多个基准命令包括来自所述场级控制器的电压基准或来自所述涡轮控制器的功率基准中的至少一个。
[0061]
条款6. 根据前述条款中的任一项所述的方法，还包括：经由所述定子电压调节器将所述一个或多个电压命令转换成定子电压命令；经由所述定子电压调节器根据所述定子电压命令和磁化导纳确定磁化电流前馈信号，所述磁化电流前馈信号促进定子电压对所述定子电压命令的快速响应；和将所述磁化电流前馈信号添加到磁化电流校正信号，以确定所述磁化电流命令。
[0062]
7. 根据条款6所述的方法，还包括：接收定子电压反馈信号；确定所述定子电压反馈信号和所述定子电压命令之间的差；和经由比例积分调节器确定所述磁化电流校正信号。
[0063]
条款8. 根据条款7所述的方法，还包括通过根据所述定子电压反馈信号和所述磁化电流命令计算有效导纳来自适应地微调所述磁化导纳。
[0064]
条款9. 根据条款8所述的方法，其中，根据所述定子电压反馈信号和所述磁化电流命令计算所述有效导纳还包括：确定所述磁化电流命令的绝对值；将所述磁化电流命令的符号取反以获得磁化电流值；确定所述定子电压反馈信号的绝对值；将所述磁化电流值除以所述定子电压反馈信号的绝对值以获得商值；和对所述商值进行滤波以去除噪声并确定所述有效导纳。
[0065]
条款10. 根据条款9所述的方法，其中，所述有效导纳的响应慢于所述磁化电流校正信号的响应。
[0066]
条款11. 根据条款6所述的方法，其中，根据所述磁化电流命令和所述双馈发电机的定子电流反馈信号确定所述一个或多个转子电流命令还包括：将所述磁化电流命令添加到所述定子电流反馈信号。
[0067]
条款12. 根据前述条款中任一项所述的方法，其中，使用所述一个或多个电压命令控制所述双馈发电机的转子电压还包括：经由所述定子电压调节器将所述一个或多个转子电流调节器命令发送到所述转换器控制器的转子电流调节器，所述转换器控制器经由所述转子侧功率转换器提供对所述双馈发电机的转子电压的控制。
[0068]
条款13. 一种用于提供风力涡轮的双馈发电机的电网形成控制的转换器控制器，所述转换器控制器包括：定子电压调节器，其包括至少一个处理器，所述至少一个处理器配置成执行多个操作，所述多个操作包括：接收一个或多个控制命令；根据磁化电流命令和所述双馈发电机的定子电流反馈信号中的至少一个确定一个或多个转子电流命令；和使用所述一个或多个转子电流命令来控制所述双馈发电机的转子电压以实现所述一个或多个电压命令。
[0069]
条款14. 根据条款13所述的转换器控制器，其中，所述一个或多个电压命令包括定子电压幅值命令或定子电压角度命令中的至少一个。
[0070]
条款15. 根据条款14所述的转换器控制器，还包括：电压/无功伏安调节器，其用于从场级控制器接收电压基准或无功伏安基准，并基于所述电压基准或所述无功伏安基准中的至少一个来确定所述定子电压幅值命令。
[0071]
条款16. 根据条款14所述的转换器控制器，还包括：惯性功率调节器，其用于从所述风力涡轮的涡轮控制器接收功率基准，并基于所述功率基准确定所述定子电压幅值命令。
[0072]
条款17. 根据条款13至16所述的转换器控制器，其中，所述多个操作还包括：将所述一个或多个电压命令转换成定子电压命令；根据所述定子电压命令和磁化导纳确定磁化电流前馈信号，所述磁化电流前馈信号促进定子电压对所述定子电压命令的快速响应；将所述磁化电流前馈信号添加到磁化电流校正信号，以确定所述磁化电流命令；接收定子电压反馈信号；确定所述定子电压反馈信号和所述定子电压命令之间的差；和经由比例积分调节器确定所述磁化电流校正信号。
[0073]
条款18. 根据条款17所述的转换器控制器，其中，根据所述磁化电流命令和所述双馈发电机的定子电流反馈信号中的至少一个确定所述一个或多个转子电流命令还包括：将所述磁化电流命令添加到所述定子电流反馈信号。
[0074]
条款19. 根据条款13至18所述的转换器控制器，其中，使用所述一个或多个电压命令控制所述双馈发电机的转子电压还包括：经由所述定子电压调节器将所述一个或多个转子电流调节器命令发送到所述转
换器控制器的转子电流调节器，所述转换器控制器经由所述转子侧功率转换器提供对所述双馈发电机的转子电压的控制。
[0075]
条款20. 一种用于提供风力涡轮的双馈发电机的电网形成控制的方法，所述方法包括：测量所述双馈发电机的定子电流信号；和将所述定子电流信号馈送到所述双馈发电机的转子电流命令中，以便将定子响应定子电压与一个或多个电网特性基本上去耦；和使用所述转子电流命令控制所述双馈发电机的转子电压。
[0076]
本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有非实质性差异的等效结构要素，则这些其它示例旨在处于权利要求书的范围内。