用于风力涡轮功率系统中的锁相环路的功率角前馈信号技术方案

一种用于减少功率系统的功率命令和实际功率之间的延迟的方法包括经由功率角估计器接收功率系统的功率命令。该方法还包括经由功率角估计器接收电网的一个或多个电网条件。此外，该方法包括经由功率角估计器基于功率命令和一个或多个电网条件来估计跨越功率系统的功率角信号。此外，该方法包括经由锁相环路(PLL)接收估计的功率角信号。另外，该方法包括经由PLL至少部分地基于估计的功率角信号来产生PLL相位角信号。因此，该方法进一步包括经由转换器控制器基于PLL相位角信号来控制功率系统的功率转换组件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于风力涡轮功率系统中的锁相环路的功率角前馈信号
本公开大体上涉及风力涡轮功率系统，并且更具体地涉及用于使用功率系统的锁相环路(PLL)中的功率角前馈信号来减少风力涡轮功率系统的功率命令和实际功率之间的延迟的系统和方法。
技术介绍
风力被认为是目前可用的最清洁、最环保的能源中的一种，且在这点上，风力涡轮已得到越来越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和转子。转子典型地包括可旋转的毂，该毂具有附接到其的一个或多个转子叶片。变桨轴承典型地可操作地配置在毂和转子叶片之间，以允许围绕变桨轴线旋转。转子叶片使用已知的翼型件原理来捕获风的动能。转子叶片传输呈旋转能的形式的动能，以便转动使转子叶片联接到齿轮箱或直接联接到发电机(如果未使用齿轮箱)的轴。发电机然后将机械能转换成可部署到公用电网的电能。发电机的功率输出随着风速增加，直到风速达到风力涡轮的额定风速。在处于或高于额定风速的情况下，发电机以额定功率操作。额定功率是如下的输出功率：在该输出功率下，发电机可在预确定为可接受的针对涡轮构件的疲劳水平的情况下操作。在高于某个速度的风速下，或者在超过典型地被称为“脱扣(trip)极限”或“监测设定点极限”的预确定量值的风湍流水平下，风力涡轮可关闭，或者可通过调节转子叶片的桨距或制动转子来减小负载，以便保护风力涡轮构件免受损坏。当与风力涡轮发电机的恒速操作相比时，发电机的变速操作有利于增强由发电机进行的能量捕获；然而，发电机的变速操作产生具有变化的电压和/或频率的电。更具体地，由变速发电机产生的电的频率与转子的旋转速度成比例。因此，功率转换器可联接在发电机和公用电网之间。功率转换器输出具有固定的电压和频率的电，以用于在电网上输送。风能发电并且特别是风力涡轮功率系统的无功功率控制应当在电网的稳定性和质量方面发挥积极作用。因此，风力涡轮功率系统的无功功率补偿配置成满足电气网络需求并维持无功功率储备，以便支持电网应急。取决于网络条件，这样的目标可导致无功功率优先于有功功率产生。因此，在典型的风力涡轮功率系统中，涡轮控制器从基于多种电网条件的场级控制器接收功率命令。照此，功率命令指示每个风力涡轮基于电网应当产生多少无功功率和有功功率。在弱电网中，对功率命令的响应可能是迟缓的。缓慢的响应可能不利于需要快速改变功率以稳定功率系统的功能(例如，驱动系阻尼器、快速功率降低功能等)。因此，本公开涉及用于使用功率系统的锁相环路(PLL)中的功率角前馈信号来减少风力涡轮功率系统的功率命令和实际功率之间的延迟的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而为显然的，或可通过实践本专利技术而了解。在一个方面，本公开涉及一种用于减少连接到电网的功率系统的功率命令和实际功率之间的延迟的方法。该方法包括经由功率角估计器接收功率系统的功率命令。该方法还包括经由功率角估计器接收电网的一个或多个电网条件。此外，该方法包括经由功率角估计器基于功率命令和/或一个或多个电网条件来估计跨越功率系统的功率角信号。该方法进一步包括经由锁相环路(PLL)接收估计的功率角信号。此外，该方法包括经由PLL至少部分地基于估计的功率角信号来产生PLL相位角信号。因此，该方法进一步包括经由转换器控制器基于PLL相位角信号来控制功率系统的功率转换组件。在一个实施例中，该方法包括经由PLL接收功率角信号来作为前馈信号。在另一个实施例中，估计跨越功率系统的功率角信号的步骤可包括计算作为传输的功率和在功率系统的端部处或端部附近的两个电力总线之间的电抗的函数的功率角信号。更具体地，在一个实施例中，估计跨越功率系统的功率角信号的步骤可包括计算作为传输的功率、功率系统的两个端部处的电压量值以及功率系统的端部处或端部附近的两个电力总线之间的电抗的函数的功率角信号。例如，在某些实施例中，计算作为传输的功率、功率系统的两个端部处的电压量值以及功率系统的端部处或端部附近的两个电力总线之间的电抗的函数的功率角信号的步骤可包括：将功率系统的两个端部处的电压量值相乘以获得第一相乘值；将功率系统的端部处或端部附近的两个电力总线之间的电抗除以第一相乘值以获得乘数；将传输的功率乘以乘数以获得第二相乘值；以及将非线性函数应用于第二相乘值。在特定实施例中，非线性函数可包括例如多项式、正弦、余弦或反正弦。在另外的实施例中，至少部分地基于估计的功率角信号来产生PLL相位角信号的步骤可包括：接收终端电网电压反馈信号；基于终端电网电压反馈信号来确定PLL误差信号；响应于PLL误差信号，经由PLL调节器确定PLL的频率信号；经由PLL的积分器对频率信号进行积分以获得输出信号；以及基于输出信号和功率角信号来产生PLL相位角信号。例如，在一个实施例中，基于输出信号和功率角信号来产生PLL相位角信号的步骤可包括将输出信号和功率角信号相加。在又一个实施例中，功率系统可为风力涡轮功率系统、太阳能功率系统、能量存储系统和/或它们的组合。在另一个方面，本公开涉及一种连接到电网的电功率系统。电功率系统包括发电机、联接到发电机的功率转换组件、功率角估计器、锁相环路(PLL)和转换器控制器。功率转换组件配置成接收由发电机产生的功率并将接收的功率转换成适合于传输到电网的功率。功率角估计器配置成基于接收的功率命令和/或一个或多个电网条件来估计跨越电功率系统的功率角信号。PLL配置成至少部分地基于估计的功率角信号来产生PLL相位角信号。因此，转换器控制器基于PLL相位角信号来控制功率转换组件。应当理解，电功率系统可进一步包括如本文中所描述的额外的特征中的任一个。在又一个方面，本公开涉及一种连接到电网的风力涡轮。风力涡轮包括塔架、安装在塔架顶上的机舱、具有可旋转毂和安装到毂的至少一个转子叶片的转子以及功率产生和输送系统。功率产生和输送系统包括连接到电网的发电机、联接到发电机的功率转换组件、功率角估计器、锁相环路(PLL)和转换器控制器。功率转换组件配置成接收由发电机产生的功率并将接收的功率转换成适合于传输到电网的功率。功率角估计器配置成基于接收的功率命令和/或一个或多个电网条件来估计跨越风力涡轮的功率角信号。PLL配置成至少部分地基于估计的功率角信号来产生PLL相位角信号。因此，转换器控制器基于PLL相位角信号来控制功率转换组件。应当理解，风力涡轮可进一步包括如本文中所描述的额外的特征中的任一个。参考以下描述和所附权利要求书，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在本说明书中并构成其部分的附图图示了本专利技术的实施例，并与描述一起用于解释本专利技术的原理。附图说明在参考附图的说明书中阐述了本专利技术(包括其最佳模式)的针对本领域普通技术人员的完整且能够实现的公开，在附图中：图1图示了根据本公开的风力涡轮的部分的一个实施例的透视图；图2图示了根据本公开的风力涡轮的机舱的一个实施例的内部透视图；图3图示了根据本公开的风力涡轮的多种电气构件的一个实施例的框图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于减少连接到电网的功率系统的功率命令和实际功率之间的延迟的方法，所述方法包括：/n经由功率角估计器接收所述功率系统的功率命令；/n经由所述功率角估计器接收所述电网的一个或多个电网条件；/n经由所述功率角估计器基于所述功率命令和所述一个或多个电网条件来估计跨越所述功率系统的功率角信号；/n经由锁相环路(PLL)接收估计的所述功率角信号；/n经由所述PLL至少部分地基于估计的所述功率角信号来产生PLL相位角信号；以及/n经由转换器控制器基于所述PLL相位角信号来控制所述功率系统的功率转换组件。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180222 US 15/9021841.一种用于减少连接到电网的功率系统的功率命令和实际功率之间的延迟的方法，所述方法包括：
经由功率角估计器接收所述功率系统的功率命令；
经由所述功率角估计器接收所述电网的一个或多个电网条件；
经由所述功率角估计器基于所述功率命令和所述一个或多个电网条件来估计跨越所述功率系统的功率角信号；
经由锁相环路(PLL)接收估计的所述功率角信号；
经由所述PLL至少部分地基于估计的所述功率角信号来产生PLL相位角信号；以及
经由转换器控制器基于所述PLL相位角信号来控制所述功率系统的功率转换组件。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括经由所述PLL接收所述功率角信号来作为前馈信号。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，估计跨越所述功率系统的所述功率角信号进一步包括：
计算作为传输的功率和在所述功率系统的端部处或端部附近的两个电力总线之间的电抗的函数的所述功率角信号。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，估计跨越所述功率系统的所述功率角信号进一步包括：
计算作为所述传输的功率、所述功率系统的所述两个端部处的电压量值以及所述功率系统的端部处或端部附近的两个电力总线之间的所述电抗的函数的所述功率角信号。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括计算作为所述传输的功率、所述功率系统的所述两个端部处的所述电压量值以及所述功率系统的端部处或端部附近的所述两个电力总线之间的所述电抗的非线性函数的所述功率角信号。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，计算作为所述传输的功率、所述功率系统的所述两个端部处的所述电压量值以及所述功率系统的端部处或端部附近的所述两个电力总线之间的所述电抗的函数的所述功率角信号进一步包括：
将所述功率系统的所述两个端部处的所述电压量值相乘以获得第一相乘值；
将所述功率系统的端部处或端部附近的所述两个电力总线之间的所述电抗除以所述第一相乘值以获得乘数；
将所述传输的功率乘以所述乘数以获得第二相乘值；以及
将非线性函数应用于所述第二相乘值。


7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述非线性函数包括多项式、正弦、余弦或反正弦中的至少一个。


8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少部分地基于估计的所述功率角信号来产生所述PLL相位角信号进一步包括：
接收终端电网电压反馈信号；
基于所述终端电网电压反馈信号来确定PLL误差信号；
响应于所述PLL误差信号，经由PLL调节器确定所述PLL的频率信号；
经由所述PLL的积分器对所述频率信号进行积分以获得输出信号；以及
基于所述输出信号和所述功率角信号来产生所述PLL相位角信号。


9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，基于所述输出信号和所述功率角信号来产生所述PLL相位角信号进一步包括将所述输出信号和所述功率角信号相加。


10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率系统包括功率系统、太阳能功率系统或能量存储系统中的至少一个。

【专利技术属性】
技术研发人员：E·V·拉森，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US