一种用于提供基于逆变器的资源的电网形成控制的方法包括针对一个或多个电网事件监测电力网。所述方法还包括经由控制器的功率调节器基于所述一个或多个电网事件是否指示严重电网事件来控制基于逆变器的资源的有功功率。特别地，当所述一个或多个电网事件低于严重电网事件阈值从而指示所述一个或多个电网事件不是严重电网事件时，所述方法包括经由所述功率调节器根据正常操作模式来控制所述有功功率。此外，当所述一个或多个电网事件超过所述严重电网事件阈值从而指示所述一个或多个电网事件是严重电网事件时，所述方法包括经由所述功率调节器根据修改的操作模式来控制所述有功功率。此外，所述修改的操作模式包括在长达所述一个或多个电网事件超过所述严重电网事件阈值的期间内暂时重新配置所述功率调节器以减少或消除由所述严重电网事件引起的功率过载。的功率过载。的功率过载。
【技术实现步骤摘要】
用于提供基于逆变器的资源的电网形成控制的系统和方法
[0001]本公开一般涉及基于逆变器的资源，例如风力涡轮功率系统，并且更特别地涉及用于提供用于基于逆变器的资源的电网形成控制的系统和方法。
技术介绍
[0002]风功率被认为是目前可获得的最清洁、环境友好的能量源之一，并且风力涡轮在这方面得到了越来越多的关注。现代风力涡轮通常包括塔、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型件原理捕获风的动能。例如，转子叶片通常具有翼型的横截面轮廓，使得在操作期间，空气在叶片之上流动，从而在两侧之间产生压力差。因此，从压力侧朝向吸力侧的升力作用在叶片上。提升力在主转子轴上生成扭矩，所述主转子轴通常与用于产生电力的发电机啮合。
[0003]风力涡轮可以区分为两种类型：固定速度和可变速度涡轮。通常，可变速度风力涡轮被控制为连接到功率电网的电流源。换言之，可变速度风力涡轮依赖于由锁相环（PLL）检测的电网频率作为参考，并将指定量的电流注入到电网中。风力涡轮的常规电流源控制是基于以下假设：电网电压波形是具有固定频率和幅度的基本电压波形，并且风功率进入电网的穿透足够低，从而不会对电网电压幅度和频率造成干扰。因此，风力涡轮基于基本电压波形仅将指定电流注入到电网中。然而，随着风功率的快速增长，进入一些电网的风功率穿透已经增加到其中风力涡轮发电机对电网电压和频率具有显著影响的程度。当风力涡轮位于弱电网中时，风力涡轮功率波动可能导致电网电压的幅度和频率变化中的增加。这些波动可能不利地影响PLL和风力涡轮电流控制的性能和稳定性。
[0004]许多现有的可再生生成转换器（例如双馈风力涡轮发电机）以“电网跟随”模式操作。电网跟随型装置利用快速电流调节回路来控制与电网交换的有功和无功功率。更特别地，图1图示用于电网跟随的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。如所示，转换器的有功功率参考由能量源调节器（例如风力涡轮的涡轮控制部分）形成。这作为表示在那个时刻来自能量源的最大可获得功率中的较小者的扭矩参考或来自较高级电网控制器的缩减（curtailment）命令来传达。转换器控制然后确定用于电流的有功分量的电流参考以实现预期扭矩。因此，双馈风力涡轮发电机包括以导致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。宽带宽电流调节器然后形成用于由转换器施加到系统的电压的命令，使得实际电流紧密地跟踪命令。
[0005]备选地，电网形成型转换器提供电压源特性，其中控制电压的角度和幅度以实现由电网所需的调节功能。利用这种结构，电流将根据电网的需求流动，而转换器有助于建立用于电网的电压和频率。这个特性与基于驱动同步机器的涡轮的传统发电机相当。因此，电网形成源必须包括以下基本功能：（1）支持用于设备的额定值内任何电流流动的电网电压和频率，有功和无功；（2）通过允许电网电压或频率改变而不是断开设备（仅当电压或频率超出由电网实体所建立的界限时才允许断开）来防止超出设备电压或电流能力的操作；（3）对于包括下列的任何电网配置或负载特性保持稳定：服务于隔离负载或与其他电网形成源
连接，以及在这样的配置之间切换；（4）在连接到所述电网的其他电网形成源之中分担所述电网的总负载；（5）跨越主要和次要的电网干扰；并且（6）满足要求（1）
‑
（5）而不要求与电网中存在的其他控制系统或与电网配置改变相关的外部产生的逻辑信号进行快速通信。
[0006]在二十世纪九十年代早期，为电池系统开发和现场证明用来实现上述电网形成目标的基本控制结构（例如，参见标题为“Battery Energy Storage Power Conditioning System”的美国专利No.5798633）。在标题为“System and Method for Control of a Grid Connected Power Generating System”的美国专利No.7804184和标题为“Controller for controlling a power converter”的美国专利No.9270194中公开全转换器风力发电机和太阳能发电机的应用。在标题为“System and Method for Providing Grid
‑
Forming Control for a Double
‑
Feb Wind Turbine Generator”的PCT/US2020/013787中公开用于双馈风力涡轮发电机的电网形成控制的应用。
[0007]作为示例，图2图示电网形成系统的主电路的一个实施例的示意图。如所示，主电路包括在DC和AC侧具有连接的功率电子转换器。这个转换器从控制器接收选通命令，所述该控制器以Thvcnv的角度产生AC电压相量Vcnv。所述角度相对于具有固定频率的参考相量。DC侧被供应有能够生成或吸收功率甚至达短的持续时间的装置。这样的装置可以包括例如电池、太阳能板、具有整流器的旋转机器或电容器。另外，如所示，所述电路包括将转换器连接到示为图2中的电压Vt和角度ThVt的其互连点的电感阻抗Xcnv。互连点后面的电气系统被示为在角度ThVthev下具有阻抗Zthev和电压Vthev的Thevenin等效物。这个等效物可用来表示任何电路，包括具有负载的电网连接和孤岛电路。在实际情况下，阻抗Zthev将主要是电感的。
[0008]仍然参考图2，主控制的闭环部分从互连点处的电压和电流接收反馈信号。从更高级控制（未示出）接收附加输入。虽然图2图示作为示例的单个转换器，但是可以在阻抗Xcnv之后产生受控电压Vcnv的电等效物的设备的任何分组都可以应用所公开的控制方案以实现相同的性能益处。
[0009]现在参考图3，图示根据传统构造的用于提供电网形成控制的控制图。如所示，转换器控制器1从更高级控制2接收参考（例如，Vref和Pref）和限制（例如，VcmdLimits和PcmdLimits）。这些高级限制是电压、电流和功率的物理量。主调节器包括快电压调节器3和慢功率调节器4。这些调节器3，4具有施加到用于电压幅度（例如，VcnvCmd）和角度（例如，和）的转换器控制命令的最终限制，以分别实现对电流的无功分量和实分量的约束。此外，这样的限制基于作为缺省值的预定固定值，其中如果电流超过限制，则进行闭环控制以减小限制。
[0010]为了有效，电网形成（GFM）的基于逆变器的资源（IBR）必须能够维持内部电压相量，当存在电网状况中的变化时，例如负载的突然增加/移除、导致相位跳变和/或频率的快速变化的电网连接的打开或关闭，该内部电压相量不快速移动。换句话说，来自电网形成资源的功率必须能够突然改变以稳定电网，其中随后慢复位到功率从更高级控制功能命令。另外，电网形成资源必须能够快速地实施由于对装置的功率处置部分（例如电池、太阳能电池阵列和/或风力发电系统中的DC电压/电流）的约束而存在的功率限制。对于电网上的严重干扰（例如，其中功率限制将被动态调整以与电网状况协调以从故障中安全恢复的故本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于提供连接到电力网的基于逆变器的资源的电网形成控制的方法，所述方法包括：针对一个或多个电网事件来监测所述电力网；经由控制器的功率调节器基于所述一个或多个电网事件是否指示严重电网事件来控制所述基于逆变器的资源的有功功率；其中当所述一个或多个电网事件低于严重电网事件阈值从而指示所述一个或多个电网事件不是严重电网事件时，经由所述功率调节器根据正常操作模式来控制所述有功功率，以及其中当所述一个或多个电网事件超过所述严重电网事件阈值从而指示所述一个或多个电网事件是严重电网事件时，经由所述功率调节器根据修改的操作模式来控制所述有功功率，其中所述修改的操作模式包括在长达所述一个或多个电网事件超过所述严重电网事件阈值的期间内暂时重新配置所述功率调节器以减少或消除由所述严重电网事件引起的功率过载。2.如权利要求1所述的方法，其中，针对一个或多个电网事件来监测所述电力网还包括监测所述电力网的一个或多个电压反馈并将所述一个或多个电压反馈与电压阈值进行比较。3.如权利要求1所述的方法，还包括使用用于功率角度命令、最大角度限制和最小角度限制中的至少一个的控制信号来确定所述一个或多个电网事件是否指示所述严重电网事件。4.如权利要求3所述的方法，其中，在所述正常操作模式期间，当所述功率角度命令在预期角度限制内时，所述方法还包括使第一功率角度限制计数器递增地增加，且其中当所述功率角度命令在所述预期角度限制外时，所述方法还包括使所述第一功率角度限制计数器递增...
【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。