CN1976210B - 用于公共***和风轮机控制的***和方法 - Google Patents

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Abstract

用于公共***和风轮机控制的***和方法一个示例性的实施方式包括一风力涡轮***(10)。风力涡轮***(10)包括一个风力涡轮发电机(18)，其可操作的将风力涡轮电力输送到一公共***(40)。一转换器(34)与风力涡轮发电机(18)和公共***(40)相耦合。该风力涡轮***(10)还包括一个控制器(32)，该控制器包括风力涡轮发电机的一内部参照系(62)，并与转换器(34)相连接，并被配置来对通过转换器(34)的功率流进行调制，来响应相对内部参照系(62)的公共***(40)的频率扰动或功率波动。

Description

用于公共***和风轮机控制的***和方法
技术领域
本发明一般涉及用于公用发电的风力涡轮机发电机领域，更特别地涉及在瞬变工况下稳定电力的技术。
背景技术
风力涡轮机发电机被视为利于保护环境和相对造价便宜的可替换能量来源，即利用风能产生电力。风力涡轮机一般包括一个风力转子，其具有将风能转化为驱动轴的旋转运动的涡轮叶片，驱动轴接下来再驱动一发电机的转子以产生电力。现代风力发电***典型地以风力农场形式存在，该风力农场具有多个可操作地将能量提供给输电***以给公共***提供电力的风力涡轮机发电机。
这些风力涡轮发电机和风力农场典型地被设计用来以独立于***频率的功率来将电力输送到公共***。一些风力涡轮发电机具有可变频率操作并需要一可变频率功率电子转换器来将风力涡轮发电机输出与公共电网相接。在一种普遍的方法中，风力涡轮发电机输出被直接馈给一个功率电子转换器，在其中涡轮机频率被整流并被转化为公共***所需的固定频率。一种可替换的方法是采用一个双馈入异步发电机(DFAG)，其具有一个可变频率功率电子反相器，该反相器激发与公共***直接相耦合的DFAG转子和定子绕组。
在传统的发电***中，发电***同步发电机的频率与公共***相匹配，并且公共***的动态频率响应依赖于同步发电机的惯性量和负荷。用于一传统发电***的同步发电机能够在瞬变工况期间参与发电***频率和电压的控制，所述瞬变工况即由于发电，断线故障或超负荷连接造成的突然故障。在瞬变工况期间，***频率开始以一个主要由所述***的总角动量决定的速率变化。该总角动量是所有发电机和连接到电力***的转动负荷的角动量之和。在这样的瞬变工况中，异步发电机还可以提供附加的控制服务，该服务调制有功功率以稳定发电***并将频率恢复到其标称值。
然而风力涡轮机在发电***中被用于发电时，对公共***的频率稳定化没有贡献。当随着更多由风力涡轮机产生的电力与公共***相连通时，为了稳定发电***，风力涡轮机也需要在瞬变工况下对发电***的电压和频率控制起到作用。
Gonzalo Costales Ortiz等人，在国际申请号No.03023224的专利申请中描述了一种利用涡轮机械惯性进行动态稳定性和频率控制的***。该***采用一个固定的频率参考和频率导数来计算输出到***的辅助矩和功率。控制***中的导数项受可以影响运行的噪音支配。在涡轮机控制在没有不适当的辅助矩或功率交感作用下需要追踪公用频率中的正常波动的实施例中，确定一个固定参考是个难点。
因此人们越来越需要能够克服上述对风力涡轮机***的限制并提供控制技术以使风力涡轮机能够参与对公共***的频率调整和功率波动的稳定化。
发明内容
一个示例性的实施方式包括一个风力涡轮机***。该风力涡轮机***包括一个可操作地将风力涡轮机能量提供给一个公共***的风力涡轮发电机。一个转换器与该风力涡轮发电机和公共***相耦合。风力涡轮机***还包括一个控制器，该控制器包括一个风力涡轮发电机的内部参照系，该控制器与前述转换器相耦合并配置为对通过转换器的功率流进行调制，以响应相对内部参照系的公共***的频率扰动或功率波动。
本发明的另一个方面包括一个用于稳定一公共***的频率和功率波动的方法。该方法包括将由一个风力涡轮发电机产生的功率输送给公共***，并且利用该风力涡轮发电机的一内部参照系来对该风力涡轮发电机的功率流进行调制，以响应相对内部参照系的公共***的频率扰动或功率波动。
附图说明
当参考附图来阅读下面的详细说明时，本发明的这些以及其他特点，方面和优点将得到更好的理解，其中在所有附图中，同一标记代表同一类部件。
图1示出了根据一种实施方式的在公用***瞬变工况期间稳定功率和频率的风力涡轮机***的示意图；
图2示出了根据一种实施方式的图1中的控制器使用的控制回路的示意图，该控制回路提供辅助输入信号以稳定在瞬变工况下的功率和频率；
图3示出了当图2中的控制回路产生辅助输入信号时示例性的功率强制性限制的示意图表；
图4示出了在有和没有图2中示出的控制回路的情况下响应于一个振荡***干扰的频率偏移或干扰的模拟示意曲线表示；
图5示出了在有和没有图2中示出的控制回路的情况下响应于一个振荡***干扰的辅助功率干扰的模拟示意曲线表示；
图6示出了在有和没有图2中示出的控制回路的情况下响应于一个单调振荡***干扰的频率偏移或干扰的模拟示意曲线表示；
图7示出了在有和没有图2中示出的控制回路的情况下响应于一个单调振荡***干扰的辅助功率干扰的模拟示意曲线表示；
图8示出了一个根据一个实施方式的在瞬变工况期间稳定功率和频率的风力农场管理***的示意图。
具体实施方式
一般地参照图1，提供一个风力涡轮***10以可操作地产生电功率。该风力涡轮***10包括一个具有多个叶片14的轮毂12。叶片14将风的机械能转化为旋转扭矩，然后进一步由风力涡轮***10将其转换为电能。风力涡轮***10还包括一个可操作地将风的机械能转化为旋转扭矩的涡轮部16和一个可操作地将由涡轮部16产生的旋转扭矩转换为电功率的发电机18。设置一个传动列20以耦合涡轮部16和发电机18。风力涡轮发电机18典型地包括一个双馈入异步发电机或一个全转换同步发电机或一个与全转换器一起使用的发电机。在一个全转换的实施方式中，风力涡轮发电机定子绕组(未示出)直接馈给转换器。在一个双馈给的实施方式中，发电机转子绕组(未示出)与转换器相耦合并且发电机定子绕组(未示出)与公共***直接相耦合。
涡轮机部16包括一个与轮毂12相耦合的涡轮机转子低速轴22。旋转扭矩由此转子低速轴22通过传动列20传送到一个发电机轴24。在某些实施方式中，如附图1示出的实施方式，传动列20包括一个变速箱26用以将低速轴22的扭矩传送到一个高速轴30。此高速轴30通过一个耦合件28与发电机轴24相连。当涡轮转子低速轴22的转速发生波动时，发电机18的输出频率也发生变化。在上述实施方式的一个实现方式中，通过减小叶片螺距和/或涡轮速度以瞬时地提高功率，使得在满负荷情况下风力涡轮机电力和机械***的瞬间超负荷能力得到应用。这种超负荷的程度和持续时间被控制从而使机械和电力***部件受到不适当的应力得以避免。
在一个示例性的实施方式中，发电机18耦合到风轮机控制器44。该风轮机控制器44收到发电机发出的信号46，所述信号是代表发电机的运行参数。风轮机控制器44作为响应产生一个控制信号，例如螺距信号56以改变叶片14的螺距。风轮机控制器44还与一个具有内部参照系的控制器32相耦合，更多描述参照附图2。控制器32耦合到一个转换器34。风轮机控制器44的输入48和控制器32的输入50在加法元件52中相加然后作为输入54传送到转换器34。转换器34典型地包括功率电子元件来将发电机18的可变频率输出36转换为一个固定频率输出38后再输送到一个公共***或电网40。风轮机控制器44，控制器32和转换器34参照附图2进行更详细地描述。
配置控制器32来对通过转换器34的功率流进行调制，以响应相对内部参照系的公共***的频率扰动或功率波动。控制器32还可与公共***40相耦合并接收来自公共***40的信号42。信号42可以是公共***参数的表示，例如频率或功率。
图1中还示出了代表任选的能量储存元件，任选的能量消耗元件或其组合的框图60。能量存储部件可以包括例如电池，电容器和飞轮元件。能量消耗元件可包括例如载荷或耗能电阻元件。这些元件在需要的情况下可任选地被一个本地转换控制器(在转换器34中)或另一控制器来控制。例如在至少一个能量储存元件或一个能量消耗元件中的功率流可以响应于相对内部参照系的公共***的频率扰动或功率波动来进行调制。
图2示出了一个控制器32中应用的示例性的控制回路。控制器32提供一个辅助输入信号给转换器34，此信号可包括功率或扭矩信号，其一般由附图标记50和符号ΔP来表示。需要注意的是本说明书里功率和扭矩可以互换使用。如下面要详细讨论，辅助输入信号ΔP典型地是关于分别相对于公共***和内部参照系的相对角度，相对频率或者时间的参数中的至少一个。辅助输入信号ΔP被期望可以引起风力涡轮***的功率输出的升高或降低以稳定整个公共***。当在稳态工况期间内部参照系与公共***频率和角度相匹配时，ΔP值为0。在瞬变工况下，如果相对于内部参照系的***频率或角度减小，那么ΔP则需要被增加以提高运行稳定性。类似的，如果相对于内部参照系的***频率或角度增加，那么ΔP则需要被减小以提高公共***的运行稳定性。进一步地，辅助输入信号ΔP可以是连续的或离散的，还可以根据下文将要讨论的一定的***限制是一个开环或闭环的函数。
再参照附图2，风轮机控制器44发出的扭矩或功率命令信号48还可以作为转换器34的输入。辅助输入信号ΔP和命令信号48可以在加法元件52中相加。转换器34典型地可包括一个本地转换控制器(未示出)用于将输入转换为转换器切换信号命令。在另外一个实施例中，辅助输入信号50被馈入到风轮机控制器44，并且加法元件52被包含于风轮机控制器44之中。这样的实施方式提供了额外的机动性。举例来说，可以在加法元件52和转换器34之间加入附加的限制功能。在另一个实施例中，加法元件52被设置于风轮机控制器44外部，辅助输入信号50除了被馈给加法器52中外还被馈入风轮机控制器44。当辅助输入信号50被提供到风轮机控制器44时，具有一个选项来选用例如叶片螺距或涡轮速度控制特征的作为前馈控制的辅助输入信号50。需要注意的是，风叶片螺距控制信号或涡轮速度控制信号可被设置为响应于相对内部参照系的公共***的频率扰动或功率波动。在另外一个实施方式中，辅助输入信号50能被用来对任选的能量储存元件，任选能量消耗元件或其组合(如附图1附图标记60所示)进行调制。
如上述的控制器32采用一种控制技术，该技术是作为公共***40(附图1所示)与风力涡轮发电机的内部参照系62之间的相对角度或相对频率的函数来瞬时地提高功率输出。控制器32配置为对通过转换器34的功率流进行调制，以响应相对内部参照系62的公共***的频率扰动或功率波动。内部参照系62在一个示例性的实施方式中是作为一个积分器来执行的，其采用一个由常数“M”定义的量级来仿真出一个“虚拟惯性”。内部参照系62具有一个输出64，该输出64是可变的且为该内部参照系ωi的频率。在稳定工况期间该内部参照系62的频率输出64与公共***的频率相等。在频率扰动期间频率输出64可与公共***不同。
由附图标记66表示的相对频率
Figure G061H2959920070122D000051
由一个差分元件68计算由附图标记70表示的测得频率ωm(测得公共***频率)与内部参照系ωi的转动频率的差值得到。相对频率被输送到区段72，在其中由基础频率ωb进行调节并被积分产生一个由附图标记74表示的角度此角度是关于内部参照系62的相对角度。相对角度
Figure G061H2959920070122D000061
是通过相对频率
Figure G061H2959920070122D000062
与一个常量基础频率ωb的乘积进行积分计算得到，从而将单位频率转换为弧度。
辅助控制输入76在一个将频率加入到功率降低的控制特征的示例中可以被用作内部参照系62的一个任选的输入。设置一个反馈循环78作为涡轮功率或扭矩中的变化的函数来调节内部参照系的输出，此输出可以在加法元件80中与辅助控制输入76相结合。对于一个示例性的实施例，这种反馈循环会仿真出由于功率输出变化而引起的对内部参照系频率的惯性影响。在一个任选的闭环实施方式中，反馈循环78是由在涡轮控制扭矩或功率命令48与测得的涡轮功率的差值推导出的，其中还可以进一步任选地将其与辅助控制输入76在加法元件80中相结合。
控制器32在一个示例中进一步配置为采用一个扭矩或功率传送功能82来产生辅助输入信号ΔP。在一个更具体的实施方式中，其中传送功能82是一个关于相对角度和相对频率两者的函数，相对频率由一个阻尼元件D来修正，该阻尼元件一般由附图标记84表示，相对角度由一个扭矩或功率常数，附图标记86表示的Kd元件来修正，然后在由加法元件88得到和来获得一个辅助输入信号ΔP。如上所述，一个示例性的执行方法还可以包括附加的能量储存和能量消耗元件。
限制功能90附加地应用在一个示例性的实施方式中以限制相对角度74，一内部参考系频率64，一功率或扭矩信号50或其任何组合。虽然为了示例的目的，图中仅示出了一个单一模块90，但如果需要的话一个或多于一个的功能或控制器均可用来充当限制功能90。限制是有用的，这是因为当风力涡轮发电机运行在额定功率输出或接近额定功率的输出下时，功率的升高会使发电机和转换器超负荷。限制功能90使用的限制92，94或96可以是绝对限制，时变限制或关于它们的组合。限制功能90使用的这些限制中一些非限制的例子包括风力涡轮***的物理限制，功率限制，扭矩限制，缓变率限制，能量限制，和风力涡轮发电机的转子转速限制。物理限制的例子包括功率转换设备的热容量，转换器电流限制和驱动轴机械应力。能量限制的例子包括能量储存和能量消耗限制。
为了***的稳定性还可进一步地有特定的上限和下限。一个由限制功能90使用的上限典型地可以是下面一个或多个的函数：转换器热状况，负载记录，时间和恒定环境温度。虽然并不作要求，下限最好与上限相对称。进一步地限制功能还可以是对一个控制块的输出的限制，或对控制块的输入的限制或死区。死区限制是这样一种限制，即在零点附近的一些区段无动作而在临界点之上时作出与该限制相适应的动作。一些由控制器32采用的示例性的限制参照附图3在下面作出详细说明。
作为一个具体示例，因为风力涡轮机的总的能量平衡指示驱动列速度，所以此能量平衡可以用来决定此处讨论的限制。除了风力感应矩的提供以外，由涡轮机汲取的功率将会使机器慢下来。总的汲取能量是这个功率微分的积分。此外涡轮机有一个速度的下限，低于该速度会发生停转。这样，总的汲取能量必须予以限制留出一些余量以使最小速度得以维持。在一个示例中，作为汲取能量的函数的动态限制可以用来说明此特点。
图3示出了图2中的控制技术中的上限功率限制的示意图。曲线图100，示出了代表涡轮机功率(Pi)的X轴，由附图标记102表示，代表上限ΔPmax0的Y轴，由附图标记104表示。最大上限ΔPupper limit在一个示例性的实施方式中标明，其由附图标记106表示。这样，在任何时刻，上限ΔPmax0可以由下式计算得出：
ΔPmax0＝ΔPupper limit{(Pi-Pmin)/(Prated-Pmin)}    (1)，
其中ΔPupper limit是一个固定的上限，例如额定功率的10％。Prated是风力涡轮发电机的额定功率，例如1500KW(千瓦)，由附图标记108表示；Pi是在瞬变工况下读取的涡轮机功率，一般由附图标记110表示；Pmin112是最低涡轮功率，在此功率之下控制器功能对任何向上调整均失效。
一高阶限制(也就是非线性)被期望用来优化运行。在此示例中，该限制进一步被约束为能量的函数，如下面公式(2)所示出：
ΔPmax(t)＝ΔPmax0-k□ΔP dt.    (2)
公式(2)表示一个基于采用常数k、时间t的功率历史(k□ΔP dt)功率上限ΔPmax(t)随时间变化的限制。
在另外一个实施方式中，此限制是一个关于转子速度的函数。下面的公式出于示例的目的使用了一个线性的函数。如果需要可以应用关于涡轮速度的更复杂的函数。
ΔPmax(t)＝ΔPmax0{(υ(t)-υmin)/(υrated-υmin)}    (3)，
其中υmin比涡轮的最小速度大以提供余量，υrated是在额定功率下的涡轮速度，υ(t)是风力涡轮发电机的瞬时速度。本领域的技术人员也可以意识到，采用合适的经过调整的信号和限制，可以运用类似的公式来最小化ΔP限制。
与一个公共网络相连接的发电机群在一个平衡点附近的***动态可以由下面的公式(4)来概述，其中ω和δ是分别相对于一个共同参考系的发电机的电频率和电角度的两个向量；M，D，K和C是分别由***惯量，阻尼系数，扭矩常数和耦合系数组成的等价矩阵。ΔP项是一个来自风力涡轮发电机的相对于内部变量
Figure G061H2959920070122D000082
和辅助功率贡献。
δ ω = 0 C M - 1 K M - 1 D δ ω + 0 ΔP ( t , δ ^ , ω ^ ) - - - ( 4 )
一个简单集总惯性公用***40对一个干扰ΔPd的响应由下面公式(5)给出：
M ω · + Dω + Kδ = ΔP ( t , δ ^ , ω ^ ) + Δ P d (5)
δ · = ω · ω b
其中ωb是该***的基础频率。
一种用于产生辅助功率输入信号ΔP的控制策略是将同步项和阻尼项分别与相应的元素和
Figure G061H2959920070122D000088
同相相加。这些项有助于使***扰动响应成形来减少角度摆动的斜度和幅度，还有助于提高阻尼，其将要在参照图4-7作说明。如图2所示控制回路利用风力涡轮机电子和机械***的固有超负荷能力，该超负荷能力受最大扭矩，功率，缓变率和发电机速度的限制值的影响。使用损耗电阻器和具有闭环阻尼控制的辅助能量储存使与涡轮机机械共振的互相作用最小化。
图4-7示出了在有和没有附图2中示出的控制回路的情况下一个风力涡轮机***的模拟干扰响应。图4和图5示出了分别对振荡***干扰的频率和功率响应。在图4中，模拟曲线图114的X轴用附图标记116来表示，其代表跟随频率偏移或干扰的时间(瞬变时间)，Y轴用附图标记118表示，其代表响应频率。如图示出，曲线120是在没有应用图2中的控制回路的情况下对公共***干扰的响应。另一方面曲线122是当在风力涡轮***中应用图2中的控制回路时对公共***干扰的频率响应。所用限制是对辅助功率信号的+/-3％的限制。
在图5中示出的模拟曲线图124中，X轴用附图标记126表示，其一般表示瞬变时间，以及Y轴由附图标记128表示，其表示辅助功率信号。如图所示，当未应用图2的控制回路时线130是0辅助功率输入。另一方面曲线132示出了当在风力涡轮***中应用附图2中的控制回路时的辅助功率输入。如图4中曲线122和图5中的曲线132示出的作为结果的***频率行为显示功率波动幅度和阻尼均有提高。
类似地图6和图7显示了对于一个单调***干扰的干扰响应。在图6的模拟图134中，X轴由一个附图标记136表示，其一般表示瞬变时间，以及Y轴由附图标记138表示，其表示响应频率。如图所示，曲线140是没有应用图2中的控制回路情况下对公共***干扰的响应。另一方面曲线142显示了当在风力涡轮***中应用图2中的控制回路时对公共***干扰的响应。
图7类似地显示一个模拟曲线图144，其显示了另外一对响应，X轴由附图标记146表示，其一般表示瞬变时间，Y轴由附图标记148表示，其表示风力涡轮发电机的辅助功率。如图所示，当没有应用图2的控制回路时线150是0辅助功率输入。另一方面当在风力涡轮***应用了图2的控制回路时响应152显示了辅助功率输入。
如上文所描述的，瞬变功率输出或辅助输入信号可以以一种线性或非线性的关系的方式来实现，此种关系为受到多种限制的相对角度，相对频率，和/或时间的关系。还可以采用对功率振幅和能量采取限制。特别地，在图5和图7中以+/-0.03pu(每单位)举例示出的功率限制的幅度是关于电气设备的物理限制和机械设备的物理限制的函数，其中电气设备尤其指转换器，机械设备尤其指驱动列扭矩和转速。
本领域技术人员可以了解到此处描述的控制技术还可以应用于一个风力农场管理***。如图8中示出的一个示例性的实施方式的风力农场管理***200。该风力农场管理***200包括具有可操作地将电功率输送到公共***218的风力涡轮机212，214和216的风力农场210。本领域技术人员可以了解到这里三个风力涡轮机仅是为了演示的目的示出，其数目可以根据任何特定区域的地理自然环境和功率要求而设置得更多。
风力涡轮机212，214，216包括涡轮转子220，222，224，每个转子具有多个叶片，其中驱动转子220，222，224分别产生机械功，然后再分别由发电机226，228，230转化为电功率。转换器232，234，236用来将发电机226，228，230的输出的可变频率分别转换为固定频率输出。由发电机226，228，230产生的功率可以与电压分配网络或收集***238相耦合，所述网络或收集***再与公共***218相耦合。在示出的实施方式中，一个馈电电路240用来将风力涡轮发电机226，228和230的功率输出输送到电压分配网络238。在一个典型的应用中，电压分配网络238耦合来自多个馈电电路(未示出)的功率，每个馈电电路耦合多个风力涡轮发电机的功率输出。
在一个示例性的实施方式中，风力农场210包括一个风力农场监视控制器242。该监视控制器242配置为通过通信链路244与独立的风力涡轮转换器进行通信，该装置可以以硬件，软件或两者兼具的方式实施。在一个特定的实施方式中，通信链路244可以配置为与本领域人员知晓的任何有线或无线的通信协议相一致的从和至监视控制器中远程通信数据信号。所述监视控制器242包括一个内部参照系并连接到转换器232，234，236，并被配置为对通过转换器232，234，236的功率流进行调制，以响应相对内部参照系的公共***的频率扰动或功率波动。该监视控制器242的功能性与参照图2说明的控制器32相类似。在另外一个实施方式中，提供多个如图1所示类型的控制器以对通过各个转换器的功率流进行调制。
本领域技术人员可以明白，所述风力涡轮***仅是作为示例性的与公共***相耦合的发电和电力管理***在上述实施方式中描述。本项技术的各个方面也可以等同地运用到其他分布式发电源以可操作地将电力输送到公共***。举例来说这样的发电源包括燃料电池，微涡轮机和光电***。这样的电力管理***同样地包括转换器，每个转换器与相应的发电源和公共***相耦合，一个单独或监视控制器与转换器相耦合。如上文所解释的，该控制器包括一个内部参照系，该参照系并被配置为对通过转换器的功率流进行调制，以响应相对内部参照系的公共***的频率扰动或功率波动。
上面示例性的实施方式描述的控制器提供一个动态控制结构来对风力涡轮发电机输出电流的扭矩或功率分量进行调制，所述输出电流是一个关于公共***和内部风力涡轮发电机虚拟参照系(内部参照系)之间的电角度(或相对频率或时间)的函数。如果需要，上述实施方式的执行方式还可以有利地通过设定强风况和慢负荷动态变化，从而有利于公共***独立于风力涡轮***的运行。
虽然仅有本发明的某些特征在此进行了显示和描述，但本领域技术人员可以作出多种修正和变化。因此，可以了解到后附的权利要求应当覆盖了在本发明的精神范围内的所有修正和变化。
设备列表
10风力涡轮***
12轮毂
14叶片
16涡轮部
18发电机
20驱动列
22转子低速轴
24发电机轴
26传动箱
28耦合
30高速轴
32控制器
34转换器
36发电机频率
38固定频率
40公共***
42来自公共***的控制信号
44风力涡轮控制
46来自发电机的控制信号
48来自风力涡轮控制的信号
50辅助输入信号
52加法元件
54相加后传递给转换器的输入
56来自风力涡轮控制的控制信号
58
60能量存储或耗能元件/能量消耗器
62内部参照系
64内部参照系频率
66相对频率
68差分元件
70测得频率
72积分区段
74相对角度
76辅助控制输入
78反馈信号
80加法区段
82传输功能
84阻尼元件
86扭矩常数
88加法元件
90限制功能
92限制
94限制
96限制
98
100示出功率限制的曲线
102X轴
104Y轴
106功率上限值
108额定功率
110瞬变功率
112最低初始功率
114显示振荡频率干扰响应的曲线
116X轴
118Y轴
120没有图2的控制回路的响应
122有图2的控制回路的响应
124显示振荡辅助功率干扰响应的曲线
126X轴
128Y轴
130没有图2的控制回路的响应
132有图2的控制回路的响应
134显示单调频率功率干扰响应的曲线
136X轴
138Y轴
140没有附图2的控制回路的响应
142有附图2的控制回路的响应
144显示单调辅助功率干扰响应的曲线
146X轴
148Y轴
150没有图2的控制回路的响应
152有图2的控制回路的响应
200风力农场管理***
210风力农场
212涡轮机
214涡轮机
216涡轮机
218公共***
220转子
222转子
224转子
226发电机
228发电机
230发电机
232转换器
234转换器
236转换器
238电压分配网络
240馈电电路
242监视控制器

Claims (11)

1.一种风力涡轮机***，包括：
一风力涡轮发电机，能够操作地将风力涡轮机功率输送到一公共***；
一转换器，耦合至该风力涡轮发电机和该公共***；和
一控制器，包括风力涡轮发电机的内部参照系，其中该内部参照系被配置成提供可变参照频率输出信号(ω)，其中所述控制器与该转换器相耦合并且所述控制器被配置成对通过转换器的功率流进行调制，以响应公共***相对于内部参照系的频率扰动或功率波动，并且其中对功率流进行调制包括提供被配置成升高或降低风力涡轮机***的功率输出的辅助输入信号(ΔP)。
2.如权利要求1所述的***，其中控制器进一步被配置成提供风力叶片螺距控制信号和涡轮速度控制信号的其中之一作为辅助输入信号(ΔP)，以响应公共***相对于内部参照系的频率扰动或功率波动。
3.如权利要求1所述的***，其中在瞬变工况期间该可变参照频率输出信号不同于公共***，并且进一步包括差分元件，该差分元件配置成产生作为测量得到的公共***频率和内部参照系频率之间的差的相对频率。
4.如权利要求1所述的***，其中该辅助输入信号被提供给转换器并且该辅助输入信号包含扭矩或功率信号，该辅助输入信号是相对角度、相对频率和时间中的至少一个的函数。
5.如权利要求4所述的***，其中相对角度是通过对该相对频率和一个常数的乘积进行积分计算得到的，从而将每单位频率转换为弧度。
6.如权利要求1所述的***，进一步包括限制功能，其配置成对包括在辅助输入信号(ΔP)中的功率或扭矩信号、功率流调制的相对角度、相对频率中的至少一个进行限制。
7.如权利要求6所述的***，其中该限制功能包含多个能够操作的限制，其是关于对风力涡轮机***的物理限制、功率限制、扭矩限制、电流限制、能量限制和风力涡轮发电机转子速度限制中至少一个的函数。
8.如权利要求1所述的***，其中该风力涡轮发电机是双馈异步发电机以及与全转换器一起使用的发电机中的一种。
9.如权利要求8所述的***，进一步包括能量储存元件、能量消耗元件或它们的组合，其中能量储存元件、能量消耗元件或它们的组合与转换器相耦合。
10.一种稳定公共***的频率和功率波动的方法，该方法包括：
将由风力涡轮发电机产生的功率输送给公共***，并且
利用该风力涡轮发电机的内部参照系来对来自该风力涡轮发电机的功率流进行调制，以响应公共***相对内部参照系的频率扰动或功率波动，
其中该内部参照系被配置成提供可变参照频率输出信号(ω)，和
其中对功率流进行调制包括提供被配置成升高或降低风力涡轮机***的功率输出的辅助输入信号(ΔP)。
11.一种用于风力农场管理的***，该***包括：
多个风力涡轮发电机，能够操作地将风力涡轮机功率输送到一公共***；
多个转换器，每个转换器与一相应的风力涡轮发电机和公共***相耦合；和
一控制器，其包含一风力涡轮发电机的内部参照系，其中该内部参照系被配置成提供可变参照频率输出信号(ω)，其中所述控制器与多个转换器相耦合并被配置成对通过该多个转换器的功率流进行调制，以响应公共***相对内部参照系的频率扰动或功率波动，并且其中对功率流进行调制包括提供被配置成升高或降低风力农场的功率输出的辅助输入信号(ΔP)。
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