操作风力涡轮机的方法、风力涡轮机、风力涡轮机控制系统和处理系统技术方案

根据实施例，提供了一种操作包括DC到AC电压转换器的风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机通过所述DC到AC电压转换器可连接到电网，所述方法包括：确定将所述DC到AC电压转换器连接到电网的电力线的线电压；如果确定的线电压超过预定义的电压阈值，向所述电力线中注入无功电流，其中选择注入的无功电流的量，使得所述DC到AC电压转换器的输出电压保持在预定电压范围之内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】操作风力涡轮机的方法、风力涡轮机、风力涡轮机控制系统和处理系统
本专利技术总体上涉及一种操作风力涡轮机的方法、一种风力涡轮机、一种风力涡轮机控制系统和可用于操作风力涡轮机的处理系统。
技术介绍
随着大型滨海风力发电厂的迅速发展，出现了一个与风力涡轮机对暂时过电压响应相关的新问题：大多数风力涡轮机使用的是具有DC链路的电压源转换器。在电网电压超过特定电压极限时，流经风力涡轮机线路侧转换器的电流可能反向，造成DC链路电压迅速升高。应对这种状况的一种可能性是中断风力涡轮机和电网之间的连接。不过，即使在这种情况下也希望保持风力涡轮机连接到电网。于是，当前正在研究不同的方法，能够在暂时过电压期间保持风力涡轮机连接到电网，同时避免DC链路电压迅速升高。
技术实现思路
根据实施例，提供了一种操作包括DC到AC电压转换器的风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机可以通过所述DC到AC电压转换器连接到电网，所述方法包括：确定连接于所述DC到AC电压转换器和电网之间的电力线的线电压；如果确定的线电压超过特定电网电压阈值，直接向所述电力线中注入无功电流，其中选择注入的无功电流的量，使得所述DC到AC电压转换器的输出电压保持在预定电压范围之内。根据实施例，利用锁相回路算法确定所述线电压。根据实施例，基于DC到AC电压转换器的最大输出电压、线电压和有功电流基准计算无功电流基准。根据实施例，从DC链路控制器输出导出所述有功电流基准。根据实施例，根据以下公式计算无功电流基准：IR≤(m2·Umax2-(UGD-ωL·IA)2-UGQ)/ωL]]>其中UGD,UGQ是沿着dq框架中的d/q轴的电力线线电压，而IA,IR是有功和无功电流，m是最大允许的调制指数，而Umax是最大允许的转换器输出电压此外，L是电感器（通常称为“电网电感器”或“电网扼流圈”）的感应系数，ω为电压频率。以上方程中计算的IR具有负值。于是，如果将IR设置为等于方程右边的项，可以选择最低无功电流（幅度）。由于最大电流Imax是固定的，这将为注入有功电流IA留出更多空间。于是，IR应当优选等于方程的右边项。根据实施例，如果根据有功电流基准和无功电流基准计算的转换器输出电流基准幅值超过预定的转换器输出电流基准幅值阈值，将无功电流基准转换成优化的无功电流基准。根据实施例，如果根据有功电流基准和无功电流基准计算的转换器输出电流基准幅值超过预定的转换器输出电流基准幅值阈值，将有功电流基准转换成优化的有功电流基准。根据实施例，根据以下公式确定所述转换器输出电流基准幅值：Iref=Ir_ref_cal2+Ia_ref_cal2]]>根据实施例，基于以下公式计算优化的有功电流基准/无功电流基准：IR=(m2·Umax2ω2L2-Imax2)·ωL2·UGQ-UGQ2·ωLIA=Imax2-IR2]]>根据实施例，基于优化的有功电流基准和优化的无功电流基准控制所述转换器输出电流。亦即，基于优化的无功电流基准控制注入的无功电流的量，基于优化的有功电流基准控制注入的有功电流量。本实施例的一个效果是将转换器输出电压保持在Umax之内，将转换器输出电流保持在Imax之内。本实施例的另一效果是同时可以向电网中注入最大可能的有功功率。根据实施例，提供了一种用于操作包括DC到AC电压转换器的风力涡轮机的处理系统，所述风力涡轮机可以通过所述DC到AC电压转换器连接到电网，所述处理系统包括：输入单元，配置成接收线电压信号，所述线电压信号表示连接在所述DC到AC电压转换器与电网之间的电力线的线电压；耦合到所述输入单元的处理单元，所述处理单元被配置成确定所述线电压是否超过特定线电压阈值，并确定在直接向所述电力线中注入无功电流时，所述无功电流的将所述DC到AC电压转换器的输出电压保持在预定电压范围之内的量；以及耦合到所述处理单元的输出单元，所述输出单元被配置成输出表示直接注入所述电力线中的无功电流的信号。根据实施例，所述输入单元还被配置成接收有功电流基准信号，其中所述处理单元被配置成基于所述DC到AC电压转换器的最大输出电压、所述线电压信号和所述有功电流基准信号计算表示待注入的无功电流的无功电流基准，其中由所述处理单元从所述无功电流基准导出由所述输出单元输出的输出信号。根据实施例，所述处理单元还被配置成，如果根据所述有功电流基准和无功电流基准计算的转换器输出电流基准幅值超过预定的转换器输出电流基准幅值阈值，将所述无功电流基准转换成优化的无功电流基准，其中由所述处理单元从优化的无功电流基准导出由所述输出单元输出的输出信号。根据实施例，所述处理单元被配置成，如果根据所述有功电流基准和无功电流基准计算的转换器输出电流基准幅值超过预定的转换器输出电流基准幅值阈值，将所述有功电流基准转换成优化的有功电流基准，其中由所述处理单元从优化的有功电流基准导出由所述输出单元输出的输出信号。根据实施例，提供了一种用于控制包括DC到AC电压转换器的风力涡轮机的风力涡轮机控制系统，所述风力涡轮机通过所述DC到AC电压转换器连接到电网，所述控制系统包括根据上述实施例的任一个所述的处理系统。根据实施例，风力涡轮机控制系统还包括耦合到所述处理系统的输入单元的锁相回路单元，所述锁相回路单元被配置成利用锁相回路算法确定线电压信号并将其供应给所述输入单元。根据实施例，风力涡轮机控制系统还包括耦合到所述处理系统的输入单元的DC链路控制器单元，其中所述DC链路控制器单元被配置成根据DC链路电压基准电平控制DC链路电压（DC链路控制器单元控制DC链路，使其始终保持在基准电压；DC链路控制器通过注入适当的有功电流来这样做），并输出有功电流基准信号，有功电流基准信号被供应给输入单元。根据实施例，风力涡轮机控制系统还包括耦合到处理系统的输出单元的转换器输出电流控制单元，其中转换器输出电流控制单元被配置成基于有功电流基准和无功电流基准，或基于优化的有功电流基准和优化的无功电流基准来控制转换器输出电流。根据实施例，提供了一种风力涡轮机，包括根据上述实施例的任一个的风力涡轮机控制系统。附图说明在附图中，在不同图之间，类似的附图标记一般是指相同的部分。附图未必成比例，相反重点放在例示本专利技术的原理上。在以下描述中，参考以下附图描述本专利技术的各实施例，其中：图1示出了根据本专利技术实施例的风力涡轮机的示意图；图2a示出了具有完整尺寸（fullscale）转换器配置的电气系统的示意图；图2b示出了根据本专利技术实施例具有完整尺寸转换器配置的电气系统的示意图；图3示出了根据本专利技术实施例操作风力涡轮机的方法的流程图；图4示出了根据本专利技术实施例，用于操作风力涡轮机的处理系统的示意方框图；图5示出了根据本专利技术实施例，可用于操作风力涡轮机的控制系统的示意方框图；图6示出了在执行根据本专利技术实施例操作风力涡轮机的方法时可能发生的示意相量图；图7示出了在执行根据本专利技术实施例操作风力涡轮机的方法时可能发生的示意相量图；图8示出了在执行根据本专利技术实施例操作风力涡轮机的方法时可能发生的示意相量图；图9示出了在执行根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.31 DK PA201000272;2010.03.31 US 61/319,3051.一种操作包括DC到AC电压转换器的风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机通过所述DC到AC电压转换器可连接到电网，所述方法包括：-确定将所述DC到AC电压转换器连接到所述电网的电力线的线电压，-如果所确定的线电压超过预定义的电压阈值，则通过调节所述DC到AC电压转换器的所需输出电压来向所述电力线中注入无功电流，其中选择注入的无功电流的量，使得所述DC到AC电压转换器的输出电压保持在预定电压范围之内。2.根据权利要求1所述的方法，其中利用锁相回路算法确定所述线电压。3.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述DC到AC电压转换器的最大输出电压、所述线电压和有功电流基准来计算无功电流基准，其中基于所述无功电流基准控制注入的无功电流的量。4.根据权利要求3所述的方法，其中从DC链路控制器输出中导出所述有功电流基准。5.根据权利要求3所述的方法，其中根据以下公式计算所述无功电流基准：其中UGD,UGQ是沿着dq框架中的d/q轴的线电压，IA,IR是有功电流基准和无功电流基准，m是最大允许调制指数，而Umax是最大允许的转换器输出电压，L是所述电力线处电感器的感应系数，ω是电压频率。6.根据权利要求3到5中任一项所述的方法，其中如果根据所述有功电流基准和所述无功电流基准计算的转换器输出电流基准幅值超过预定的转换器输出电流基准幅值阈值，则将所述无功电流基准转换为优化的无功电流基准，其中基于所述优化的无功电流基准来控制注入的无功电流的量。7.根据权利要求3到5中任一项所述的方法，其中如果根据所述有功电流基准和所述无功电流基准计算的转换器输出电流基准幅值超过预定的转换器输出电流基准幅值阈值，则将所述有功电流基准转换成优化的有功电流基准，其中基于所述优化的有功电流基准控制注入的有功电流的量。8.根据权利要求6所述的方法，其中根据以下公式确定所述转换器输出电流基准幅值：其中IR是所述无功电流基准，IA是所述有功电流基准。9.根据权利要求7所述的方法，其中根据以下公式确定所述转换器输出电流基准幅值：其中IR是所述无功电流基准，IA是所述有功电流基准。10.根据权利要求6所述的方法，其中基于以下公式计算所述优化的无功电流基准：11.根据权利要求8所述的方法，其中基于以下公式计算所述优化的无功电流基准：12.根据权利要求10或11所述的方法，其中基于以下公式计...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·李，A·特里帕蒂，S·Y·曹，A·K·古普塔，E·K·K·司农，L·赫勒，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：
国别省市：