CN102332718A - 风力涡轮机及其操作方法、用于操作风力涡轮机的控制器 - Google Patents

风力涡轮机及其操作方法、用于操作风力涡轮机的控制器 Download PDF

Info

Publication number
CN102332718A
CN102332718A CN2011101697334A CN201110169733A CN102332718A CN 102332718 A CN102332718 A CN 102332718A CN 2011101697334 A CN2011101697334 A CN 2011101697334A CN 201110169733 A CN201110169733 A CN 201110169733A CN 102332718 A CN102332718 A CN 102332718A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
wind turbine
electric pressure
pressure converter
controller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011101697334A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102332718B (zh
Inventor
孙永坚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vestas Wind Systems AS
Original Assignee
Vestas Wind Systems AS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vestas Wind Systems AS filed Critical Vestas Wind Systems AS
Publication of CN102332718A publication Critical patent/CN102332718A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102332718B publication Critical patent/CN102332718B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/126Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381Dispersed generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28The renewable source being wind energy
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0025Arrangements for modifying reference values, feedback values or error values in the control loop of a converter
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/4585Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2101/00Special adaptation of control arrangements for generators
    • H02P2101/15Special adaptation of control arrangements for generators for wind-driven turbines
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/76Power conversion electric or electronic aspects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

提供了一种风力涡轮机及其操作方法、用于操作风力涡轮机的控制器。该风力涡轮机包括可通过滤波器装置连接到电网的电压转换器。该方法包括以下步骤:确定线路电压;并且以一时延将所确定的线路电压加到电压转换器的输出,其中,所述时延被调节为使得在所述滤波器装置处发生的谐振效应减小。

Description

风力涡轮机及其操作方法、用于操作风力涡轮机的控制器
技术领域
本发明总体上涉及风力涡轮机的操作方法、可用于操作风力涡轮机的控制器以及风力涡轮机。
背景技术
风力涡轮机通常通过转换器(例如,满标值(full scale)转换器)连接到电网。3MW转换器通常具有大约1kHz的谐振频率。在没有针对转换器的电流控制器的情况下,提供给电网的电压中的突变可能会激发包括转换器、电网滤波器和电网阻抗(即,变压器和线路阻抗)的系统的谐振模式,并且可能导致高峰值瞬时电流。这种高峰值瞬时电流可能启动转换器保护系统,并且可能导致风力涡轮机的不期望的跳闸。
一种减轻高瞬时峰值电流的可能方法是使用无源阻尼。针对谐振频率的分流阻尼电路(shunt damping circuit)可以与连接到转换器和电网二者的电容器并联设置。然而,分流阻尼电路的电感和电容元件需要调谐到谐振频率。例如,利用分流阻尼电路的电阻器发生能量损耗。
一种替代方法是使用有源阻尼,其中,将转换器的输出电流被控制为模仿阻尼电路的电流。然而,需要高的电流控制器带宽来控制转换器在谐振频率(即,大约1kHz)下的输出电流。
发明内容
根据本发明的一个实施方式,提供了一种风力涡轮机的操作方法。该风力涡轮机包括通过滤波器装置可连接到电网的电压转换器。该方法包括以下步骤:确定线路电压;并且以一时延将所确定的线路电压加到电压转换器的输出,其中,所述时延被调节为使得在所述滤波器装置处发生的谐振效应减小。
根据本发明的一个实施方式,以固定时间间隔对所述线路电压进行采样以生成多个电压采样值。
根据本发明的一个实施方式,所述方法包括以下步骤:基于所述多个电压采样值生成抵消电压;将所述抵消电压加到所述电压转换器的输出;并且以固定时间间隔更新所述抵消电压。
根据本发明的一个实施方式,所述抵消电压是根据不同电压采样值的按照各自电压采样加权系数加权后的线性组合计算的。
根据本发明的一个实施方式,所述电压采样加权系数中的至少一些电压采样加权系数分别取决于优化参数tpredict,该优化参数tpredict调节将所确定的线路电压施加到所述电压转换器的输出所用的时延。
根据本发明的一个实施方式,所述抵消电压是利用离散变换级数确定的。
根据本发明的一个实施方式,所述离散变换级数的阶数至少为3。
根据本发明的一个实施方式,所述抵消电压是通过修改电压转换器控制信号生成的。
根据本发明的一个实施方式,提供了可用于操作风力涡轮机的控制器。该风力涡轮机包括通过滤波器装置可连接到电网的电压转换器。所述控制器包括:输入单元,其被配置成接收表示线路电压的信号,和控制单元,其耦接到所述输入单元,所述控制单元被配置成控制以一时延将接收到的信号所表示的所述线路电压加到所述电压转换器的输出的过程,并且被配置成调节所述时延,使得在所述滤波器装置处发生的谐振效应减小。
根据本发明的一个实施方式,所述输入单元接收到的所述信号是从以固定时间间隔对所述线路电压进行采样的采样过程得到的多个电压采样值。
根据本发明的一个实施方式,所述控制单元被配置成控制以下过程:a)基于所述多个电压采样值生成抵消电压;b)将所述抵消电压加到所述电压转换器的输出;并且重复进行a)和b)。
根据本发明的一个实施方式,所述控制单元被配置成根据不同电压采样值的按照各自电压采样加权系数加权后的线性组合计算所述抵消电压。
根据本发明的一个实施方式,所述电压采样加权系数中的至少一些电压采样加权系数分别取决于优化参数tpredict,该优化参数tpredict调节将所确定的线路电压施加到所述电压转换器的输出所用的时延。
根据本发明的一个实施方式,利用离散变换级数确定所述抵消电压。
根据本发明的一个实施方式,所述离散变换级数的阶数至少为3。
根据本发明的一个实施方式,所述控制单元被配置成生成控制信号,该控制信号修改所述电压转换器的控制信号,使得所述电压转换器的转换器输出电压具有附加的抵消电压分量。
根据本发明的一个实施方式,所述控制器是电压转换器控制器。
根据本发明的一个实施方式,所述控制器以硬件或软件实现,或者以硬件和软件的组合实现。
根据本发明的一个实施方式,提供了一种包括上述控制器的风力涡轮机。
附图说明
附图中,在全部不同视图中,同样的附图标记通常指代同样的部件。附图不一定是按照比例绘制的,总体上的重点在于例示本发明的原理。在以下描述中,参照以下附图描述本发明的各实施方式,其中:
图1例示了传统风力涡轮机的一般设置。
图2a示出了具有满标值转换器结构的电气系统的示意图。
图2b示出了根据本发明的一个实施方式的具有满标值转换器结构的电气系统的示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施方式的风力涡轮机的操作方法的流程图。
图4示出了根据本发明的一个实施方式的可用于操作风力涡轮机的控制器的示意性框图。
图5示出了根据本发明的一个实施方式的可用于操作风力涡轮机的控制器的示意性框图。
具体实施方式
图1例示了传统风力涡轮机100的一般设置。风力涡轮机100安装在基座102上。风力涡轮机100包括具有多个塔部件的塔104。风力涡轮机机舱106置于塔104的顶部。风力涡轮机转子包括毂108和至少一个转子叶片110,例如,三个转子叶片110。转子叶片110连接到毂108,毂108进而通过低速轴连接到机舱106,该低速轴在机舱106的前面延伸。
图2a示出了根据本发明实施方式的具有可以用于风力涡轮机中的转换器结构的风力涡轮机的电气系统200。电气系统200连接到风力涡轮机的发电机202。在一个实施方式中,电气系统200可以是电压转换器200,该电压转换器200包括连接到发电机202的AC到DC电压转换器204(发电机侧转换器)、DC到AC电压转换器206(线路侧转换器)和连接在AC到DC电压转换器204与DC到AC电压转换器206之间的DC链路208。在其它实施方式中,电气系统200可以具有不同结构。电压转换器200通过滤波器装置212连接到电网210。
更具体地说,电力线214的第一部分214a连接在电压转换器200的输出端230和电感器216的第一端222之间,而电力线214的第二部分214b连接在电感器216的第二端224和变压器220之间。滤波器装置212连接在电力线214的第二部分214b和接地基准点226之间。滤波器装置212在耦接点219处连接到电力线214的第二部分214b。
滤波器装置212可以有不同的结构和/或设置。在一个实施方式中,如图2a所示,滤波器装置212包括连接在耦接点219与接地基准点226之间的电容器218。在其他实施方式中,滤波器装置212可以包括连接在耦接点219与接地基准点226之间的电阻器、电感器和/或电容器。电阻器、电感器和/或电容器可以以串联、并联、或者串联和并联组合的设置来进行设置。电阻器、电感器和/或电容器例如可以抑制谐振频率增益并且减小由转换器系统中的半导体开关的开关所导致的高频谐波。
电气系统200、发电机202和变压器220可以是如图1所示的风力涡轮机100的一部分,并且通常位于风力涡轮机100的机舱106的内部。电气系统200的转换器结构是满标值转换器结构。在本文中“满标值”意思是发电机202所发的全部电力在提供给电网210之前由电压转换器200进行转换。
或者,发电机202可以是单馈或双馈异步发电机、永磁体发电机、感应发电机或包括定子线圈的任何其它类型的发电机。还可以设置变速箱来使低速轴的低旋转速度提升到适合操作发电机202的高旋转速度。也可以通过使用适合低速轴的低旋转速度的多极发电机202而省略该变速箱。在这种情况下,低速轴直接耦接到发电机202。还可以在低速轴处设置备用传动装置(alternative transmission),以便根据需要驱动发电机202。
在电感器216、变压器220和电容器218之间可以产生谐振效应(例如,谐振电流)。为了提供针对谐振电流的有源谐振阻尼(即,为了减小谐振电流),可以在电气系统200中添加控制器228,如图2b所示。控制器228可以是针对电压转换器200的功率控制器。在一个实施方式中,控制器228可以在电压转换器200中实现。控制器228可以以硬件或软件实现、或者以硬件和软件的组合实现。作为示例,控制器228可以是具有以软件实现的算法的数字控制器。
图2a示出了电压转换器200和滤波器装置212的单相实现的示例性说明。可以使用三相实现。对于三相实现,发电机202具有三个输出端子,其连接到电压转换器200的相应三个输入端子。类似地,电压转换器200具有三个输出端子230,其经由三个电感器216、三个滤波器装置212和一个三相变压器220连接到电网210。在一个实施方式中,各滤波器装置212具有连接在耦接点219和接地基准点226之间的电容器218,得到“星形”连接结构。在另一实施方式中,各滤波器装置212的电容器218可以连接成德耳塔结构。从而,存在三条将电压转换器200连接到变压器212的电力线214。可以通过直接测量三相线路电压来获得线路电压,或者如果滤波器装置212的电容器以“星形”结构连接,则可以根据单个电容器上的电压推导出线路电压。在任何情况下,可以由线路电压推导出理想抵消电压。
在以下描述中,将给出本发明的实施方式的理论背景。
参照图2b,根据本发明的实施方式,通过测量在耦接点219处的电压(即,在滤波器装置212上所下降的电压)来确定线路电压。在一个实施方式中,如果滤波器装置212仅包括电容器218(例如图2a和2b所示),滤波器装置212上所下降的电压可以是电容器218上所下降的电压Ucap。即,对于如图2a和2b所示的单相实现,线路电压可以是电容器218(例如,滤波器装置212)上所下降的电压Ucap。对于三相实现,线路电压可以是以德耳塔结构排列的两个电容器218(例如,2个滤波器装置212)上所下降的电压。以一时延将所确定的线路电压加到电压转换器200的输出230(例如,电力线214的第一部分214a)。即,以一时延将所确定的线路电压加到电压转换器200的输出电压信号Uv上。这可以由控制器228通过选择PWM信号来实现,该PWM信号控制电压转换器200使得附加抵消电压施加到电压转换器200的输出230上。
出于例示的目的,这里给出单相情况,其中,在以下描述中,线路电压可以称为电容器218上所下降的电压Ucap。然而,本领域的技术人员可以理解,对于三相系统,线路电压不限于电容器218上所下降的电压Ucap。在三相系统的情况下,所获得的线路电压将用于相应地推导出理想抵消电压;并且,理想抵消电压会被定义为这样的电压,当该电压本身无延迟地施加到电感器216的端子222上将导致电感器216上零压降,从而不会引起电感器216(对于三相系统,为三个电感器)中的电流变化。
如果所施加的抵消电压正好相等(即,如果电感器216的第一端子222上施加的电压Uv正好等于电感器216的第二端子224上施加的电压Ucap),则电压Uv和Ucap的准确电压抵消会从电感器216完全移除Ucap的影响。然而,如果由于电压Uv与电压Ucap不同电压抵消不完美,并且电压Uv是电压Ucap的离散采样输出并且被时延tdelay,则电感器216上的电压将是由电压Ucap与电压Uv之间的差得到的电压信号(忽略了来自控制器的电流反馈),并且会馈送到由电感器216形成的积分器中。电感积分器可以重新生成电感器216中的电流iG(如图2b所示),该电流iG与电压信号Ucap反相。电流iG可以等于或可以包括流过与滤波器装置212(例如,滤波器装置212的电容器218)并联连接的虚构电阻器RCAP,fictif的电流(即,阻尼电流)。
通过以下等式和近似,来说明上述描述:
i G = 1 L . ∫ - U CAP ( τ ) + U v ( τ ) dτ
= 1 L . ∫ - U CAP ( τ ) + U CAP ( τ - t delay ) dτ - - - ( 1 )
= 1 L . ∫ - Δ U CAP t delay . t delay · dτ
≅ - t delay L . ∫ d U CAP dτ dτ
= - t delay L . U CAP = - U CAP R CAP , fictif
其中,UCAP(τ)表示在时刻τ时电容器上的电压降,Uv(τ)表示时刻τ处电压转换器的输出电压信号,其大约等于UCAP(τ-tdelay),tdelay是时延,而L是电感器的电感。
因此,以所述时延将所确定的线路电压(例如,电容器218上所下降的电压Ucap)加到电压转换器200的输出电压信号Uv上近似产生了与滤波器装置212(例如,滤波器装置212的电容器218)并联连接的虚构电阻器的阻尼效果。虚构电阻器可以导出如下。
R CAP , fictif ≅ L t delay - - - ( 2 )
这种方法可以允许不用直接电流控制来产生上述阻尼电流,并且能够实现改善的阻尼(即,更低的瞬时峰值电流)。
可以利用以下马克劳林(MacClaurin)或泰勒(Taylor)级数对具有时延的所确定的线路电压(例如,电容器上所下降的电压Ucap)进行近似:
U CAP ( t + tpredict ) = U CAP ( t ) + d U CAP dt ( t ) . tpredict 1 ! + d 2 U CAP dt 2 ( t ) . tpredict 2 2 ! + d 3 U CAP dt 3 ( t ) . tpredict 3 3 ! + . . . - - - ( 3 )
其中,Ucap是电容器上所下降的电压,而tpredict表示修改或调节将电容器上所下降的电压施加到电力线的第一部分所用的时延的优化参数。
式(3)中所示的马克劳林或泰勒级数的导数可能不能应用于离散系统。对于离散系统,式(3)中所示的马克劳林或泰勒级数的导数可以通过更高阶的差来近似。给定电网电压序列V(n),V(n-1),V(n-2),...,根据下式来近似马克劳林或泰勒级数的各阶导数:
D1(n)=V(n)-V(n-1);
D2(n)=D1(n)-D1(n-1);            (4)
D3(n)=D2(n)-D2(n-1);
....
Dm(n)=Dm-1(n)-Dm-1(n-1).
其中,D1(n),D2(n),D3(n),...,Dm(n)分别表示马克劳林或泰勒级数的第一到第m阶导数的离散近似,V(n)表示电容器上第n个采样的电压,而V(n-1)表示电容器上第(n-1)个采样的电压。
对于离散系统,马克劳林或泰勒级数可以利用下式表示:
V(tpredict)=V(n)+D1(n).(tpredict)+D2(n).(tpredict 2/2)+D3(n).(tpredict 3/(3.2))+...(5)
其中,V(tpredict)表示电容器上从V(n)出现时刻开始时间偏移了时间tpredict处的近似电压,V(n)表示电容器上第n个采样的电压,而tpredict是修改或调节将电容器上所下降的电压施加到电力线的第一部分所用的时延的优化参数。
因此,对于离散系统,可以基于上式(5)确定时延。式(5)可以称为离散变换级数。
针对式(5)中的不同求导阶数,利用固定值的tpredict(从而是固定的时延),进行了实验仿真。实验结果表明利用式(5)中的至少是到3阶求导的那些项提供了较好的阻尼结果。因此,式(5)中的至少是到3阶求导的那些项用于确定时延。即,所述离散变换级数(例如,式(5))的阶数至少为3。
图3示出了根据本发明实施方式的风力涡轮机的操作方法的流程图300。在302处,确定线路电压。在304处,以一时延将所确定的线路电压加到电压转换器的输出。调节时延,使得滤波器装置处发生的谐振效应减小。
更具体地说,可以以固定时间间隔对线路电压进行采样,以便生成多个电压采样值。可以基于多个电压值采样生成抵消电压。在一个实施方式中,可以根据不同电压采样值的按照各自电压采样加权系数加权后的线性组合来计算抵消电压。电压采样加权系数中的一些电压采样加权系数分别取决于优化参数tpredict,该优化参数tpredict调节将所确定的线路电压施加到电压转换器的输出所用的时延。可以基于式(5)计算抵消电压。抵消电压可以直接加到电压转换器的输出。抵消电压可以以固定时间间隔更新。
在一个实施方式中,可以通过修改电压转换器控制信号,来生成抵消电压。
图4示出了根据本发明实施方式的可用于操作风力涡轮机的控制器228的可能实现。控制器228包括输入单元402,其被配置成接收表示线路电压的信号406。控制器228还包括耦接到输入单元402的控制单元404。控制单元404被配置成控制以一定时延将由接收到的信号所表示的线路电压加到电压转换器的输出的过程,并且被配置成调节所述时延,使得在滤波器装置(例如,电容器)处的谐振效应(类似电流)减小。在一个实施方式中,控制单元404可以输出表示具有该时延的线路电压的信号408。
图5示出了图4中示出的控制器228的可能实现。在图5中,示出了耦接到滤波器装置212的控制器228的框图。在一个实施方式中,滤波器装置212包括电容器218。滤波器装置212耦接到电感器216和变压器220。控制器228包括接收表示线路电压(例如,电容器218上所下降的电压)的信号S1的输入单元502。该信号S1可以是从以固定时间间隔对线路电压进行采样的采样过程得到的采样信号。控制器228包括耦接到输入单元502的控制单元504。控制单元504从输入单元502接收信号S1。控制单元504可以基于式(5)确定要施加到所接收的信号S1的时延tpredict
可以调节时延,使得滤波器装置212处(或者更具体地说,电感器216、变压器220和电容器218之间)的谐振电流减小。可以调节时延,使得实现最优或近似最优的阻尼。实验仿真结果表明,直到在特定值的时延处实现最优或近似最优阻尼之前,阻尼结果随着时延的增加而改善。如果时延增加到高于该特定值的时延的值,则阻尼结果劣化。因此,在不同谐振情况下,可以通过预先或实时调节时延来实现最优或近似最优阻尼。
控制单元504可以基于采样信号S1生成表示抵消电压的信号S2。控制单元504可以根据不同电压采样值的按照各自电压采样加权系数加权后的线性组合,来计算抵消电压。电压采样加权系数中的一些电压采样加权系数分别取决于优化参数tpredict,该优化参数tpredict调节将所确定的线路电压施加到电压转换器的输出所用的时延。控制单元504可以基于式(5)计算抵消电压。控制单元504可以将抵消电压信号S2加到电压转换器200的输出230,即,电压转换器200的输出电压信号Uv。可以重复进行以下过程:基于采样信号生成抵消电压信号S2,以及将该抵消电压信号S2加到电压转换器200的输出230。
抵消电压信号S2可以馈送到脉宽调制(PWM)单元506中,PWM单元506可以输出例如PWM信号SPWM
模块228表示基于电流反馈的、针对电感器216的电感器电流i1的电流控制器。模块228感测通过电流测量获得的电感器电流i1,通过采样模块508(即,电流反馈)对电感器电流i1进行采样,并利用求和点模块510获得电感器电流i1和基准电感器电流i1_REF的差。模块228具有基于所获得的差提供输出信号的补偿模块(KP_GCC)512。可以利用求和点模块514将补偿模块(KP_GCC)512的输出信号加到抵消电压信号S2。可以利用PWM单元506将补偿模块(KP_GCC)512的输出信号和抵消电压信号S2二者的组合信号转换成PWM输出信号SPWM。简言之,模块228表示连续工作的一个可能的反馈控制器,有无针对阻尼而提到的抵消电压都可以工作。基于式(5)计算出的抵消电压被加到模块228的指令电压(例如,电压转换器200的输出电压)。基准电感器电流i1_REF、补偿模块KP_GCC 512以及电感器电流i1的采样模块508不影响时延的处理。线路电压(例如,Ucap)(其为抵消电压信号S2的一部分)的采样和PWM单元506可能影响式(5)中tpredict的最优值。在仿真过程中考虑了由于线路电压的采样和PWM单元506导致的影响因素,并且在采样信号S1的采样率以及PWM延迟的期望条件下获得最优tpredict
在一个实施方式中,控制单元504可以生成控制信号,该控制信号控制电压生成单元,以生成直接被加到电压转换器的输出的抵消电压。在一个实施方式中,电压生成单元(未示出)可以在控制单元504中实现(即,控制单元504的一体单元)。在另一个实施方式中,电压生成单元(未示出)可以是耦接到控制单元504的独立单元。
在另一实施方式中,参照图2b,控制单元504可以生成这样的控制信号,该控制信号修改电压转换器200的控制信号,使得电压转换器200的输出电压具有附加的抵消电压分量。
参照图2b,控制器228可以向电压转换器200(例如,电压转换器200的DC到AC电压转换器206)输出PWM信号SPWM。PWM信号SPWM可以相当于或者可以包括具有时延的信号S2。PWM信号SPWM可以调节电压转换器200的输出电压信号Uv,使得抵消电压信号S2加到电压转换器200的输出电压信号Uv上。从而可以修改电压转换器200的输出电压信号Uv。可以输出与修改后的转换器输出电压信号相对应的转换器输出电流信号。转换器输出电流信号可以包括阻尼电流,以便减小电感器216、电容器218和变压器220之间产生的谐振电流。在一个实施方式中,阻尼电流可以施加到滤波器装置212上。阻尼电流可以近似产生与滤波器装置212(例如,滤波器装置212的电容器218)并联连接的虚构电阻器的阻尼效果。
上述方法提供了没有用于抗谐振控制的电流控制的有源阻尼方法。上述方法允许以低的电流控制器带宽施加有源阻尼。上述方法通过调节时延的值实现阻尼,并且允许优化控制器,从而导致电网容量减小的可能(即,允许使用更低的容量,该更低的容量可以是通常使用的容量减少大约60%)。可以减小无源谐振滤波器的尺寸或者可以去除无源谐振滤波器。上述方法可以提供对连接在风力涡轮机和电网之间的转换器的线路侧的更稳定和稳固的控制。
尽管参照特定实施方式具体给出并描述了本发明的多个实施方式,但本领域的技术人员应当理解的是,在不脱离由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下可以做出形式和细节上的各种变型。从而本发明的范围由所附权利要求书指明,因此旨在包括落入这些权利要求书的等同物的内容和范围内的所有变型。

Claims (19)

1.一种风力涡轮机的操作方法,所述风力涡轮机包括电压转换器,该电压转换器通过滤波器装置连接到电网,所述操作方法包括以下步骤:
确定线路电压;以及
以一时延将所确定的线路电压加到所述电压转换器的输出,其中,所述时延被调节为使得在所述滤波器装置处发生的谐振效应减小。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机的操作方法,
其中,以固定时间间隔对所述线路电压进行采样,以生成多个电压采样值。
3.根据权利要求2所述的风力涡轮机的操作方法,该操作方法包括以下步骤:
基于所述多个电压采样值生成抵消电压;
将所述抵消电压加到所述电压转换器的输出;以及
以固定时间间隔更新所述抵消电压。
4.根据权利要求3所述的风力涡轮机的操作方法,
其中,所述抵消电压是根据不同电压采样值的按照各自电压采样加权系数加权后的线性组合计算的。
5.根据权利要求4所述的风力涡轮机的操作方法,其中,所述电压采样加权系数中的一些电压采样加权系数分别取决于优化参数tpredice,该优化参数tpredict调节将所确定的线路电压施加到所述电压转换器的输出所用的所述时延。
6.根据权利要求4或5所述的风力涡轮机的操作方法,
其中,所述抵消电压是利用离散变换级数确定的。
7.根据权利要求6所述的风力涡轮机的操作方法,
其中,所述离散变换级数的阶数至少为3。
8.根据权利要求7所述的风力涡轮机的操作方法,
其中,所述抵消电压是通过修改电压转换器控制信号生成的。
9.一种用于操作风力涡轮机的控制器,该风力涡轮机包括电压转换器,该电压转换器通过滤波器装置连接到电网,所述控制器包括:
输入单元,其被配置成接收表示线路电压的信号;
控制单元,其耦接到所述输入单元,所述控制单元被配置成控制以一时延将接收到的信号所表示的所述线路电压加到所述电压转换器的输出的过程,并且被配置成调节所述时延使得在所述滤波器装置处发生的谐振效应减小。
10.根据权利要求9所述的控制器,
其中,所述输入单元接收到的所述信号是从以固定时间间隔对所述线路电压进行采样的采样过程得到的多个电压采样值。
11.根据权利要求10所述的控制器,
其中,所述控制单元被配置成控制以下过程:
a)基于所述多个电压采样值生成抵消电压;
b)将所述抵消电压加到所述电压转换器的输出;以及
c)重复进行a)和b)。
12.根据权利要求11所述的控制器,
其中,所述控制单元被配置成根据不同电压采样值的按照各自电压采样加权系数加权后的线性组合来计算所述抵消电压。
13.根据权利要求12所述的控制器,
其中,所述电压采样加权系数中的一些电压采样加权系数分别取决于优化参数tpredict,该优化参数tpredict调节将所述线路电压施加到所述电压转换器的输出所用的所述时延。
14.根据权利要求12或13所述的控制器,
其中,所述抵消电压是利用离散变换级数确定的。
15.根据权利要求14所述的控制器,
其中,所述离散变换级数的阶数至少为3。
16.根据权利要求12或13所述的控制器,
其中,所述控制单元被配置成生成控制信号,该控制信号修改所述电压转换器的控制信号,使得所述电压转换器的转换器输出电压具有附加的抵消电压分量。
17.根据权利要求9到13中任何一项所述的控制器,
其中,所述控制器是电压转换器控制器。
18.根据权利要求9到13中任何一项所述的控制器,
其中,所述控制器以硬件或软件实现,或者以硬件和软件的组合实现。
19.一种风力涡轮机,其包括根据权利要求9到18中任何一项所述的控制器。
CN201110169733.4A 2010-06-23 2011-06-22 风力涡轮机及其操作方法、用于操作风力涡轮机的控制器 Active CN102332718B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US35758110P 2010-06-23 2010-06-23
DKPA201070285 2010-06-23
DKPA201070285 2010-06-23
US61/357,581 2010-06-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102332718A true CN102332718A (zh) 2012-01-25
CN102332718B CN102332718B (zh) 2015-05-13

Family

ID=44905339

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110169733.4A Active CN102332718B (zh) 2010-06-23 2011-06-22 风力涡轮机及其操作方法、用于操作风力涡轮机的控制器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8873256B2 (zh)
EP (1) EP2407664B1 (zh)
CN (1) CN102332718B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1397013B1 (it) * 2009-11-03 2012-12-20 Trevi Energy S P A Sistema di controllo di centrali eoliche con aerogeneratori equipaggiati con convertitori modulari a corrente continua.
US9041234B2 (en) * 2012-03-26 2015-05-26 Rockwell Automation Technologies, Inc. Double fed induction generator (DFIG) converter and method for improved grid fault ridethrough
US20170214251A1 (en) * 2016-01-21 2017-07-27 General Electric Company Energy Storage Systems With Enhanced Storage and Discharge Response Allocation
CN111725842B (zh) * 2020-07-07 2022-03-25 南通大学 一种具有黑启动功能的全功率风电机组控制系统及方法
CN112965377B (zh) * 2020-12-23 2022-03-15 合肥工业大学 一种分布式发电系统的非脆弱鲁棒控制方法
CN113258604B (zh) * 2021-05-24 2022-09-13 哈电风能有限公司 风电场控制方法、装置、电子设备及可读存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1672778A2 (en) * 2004-12-17 2006-06-21 General Electric Company System and method for operating a wind farm under high wind speed conditions
CN1851998A (zh) * 2006-05-08 2006-10-25 浙江大学 采用滤波器中间电流反馈的并网逆变器电流控制方法
CN101310434A (zh) * 2005-11-11 2008-11-19 康弗蒂姆有限公司 功率变换器
CN100514810C (zh) * 2004-04-12 2009-07-15 台达电子工业股份有限公司 具有多重输出的电源供应器及其时间延迟同步控制方法
CN101552572A (zh) * 2009-05-18 2009-10-07 浙江大学 采用电压微分补偿的并网逆变器电流控制方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5567994A (en) 1995-09-29 1996-10-22 Allen-Bradley Company, Inc. Active harmonic filter with time domain analysis
US5731965A (en) 1996-06-21 1998-03-24 Wisconsin Alumni Research Foundation Power line harmonic reduction by hybrid parallel active/passive filter system with square wave inverter and DC bus control
EP1410490B1 (en) 2001-07-23 2013-09-04 Northern Power Systems Utility Scale, Inc. Control system for a power converter and method of controlling operation of a power converter
DE102004051843B4 (de) * 2004-10-25 2006-09-28 Repower Systems Ag Windenergieanlage und Verfahren zur automatischen Korrektur von Windfahnenfehleinstellungen
US7932693B2 (en) * 2005-07-07 2011-04-26 Eaton Corporation System and method of controlling power to a non-motor load
JP4796974B2 (ja) * 2007-01-26 2011-10-19 株式会社日立産機システム 風力発電装置と蓄電装置のハイブリッドシステム,風力発電システム,電力制御装置
WO2008137836A1 (en) * 2007-05-04 2008-11-13 The University Of Alabama Converter control of variable-speed wind turbines
GB0820699D0 (en) * 2008-11-12 2008-12-17 Ulive Entpr Ltd Static synchronous generators
EP2189859A1 (de) * 2008-11-21 2010-05-26 SMA Solar Technology AG Energieerzeungsanlage mit mehreren Stromgeneratoren mit mehreren Umrichtern, z.B. PV- und/oder Windkraftanlagen
US7978445B2 (en) * 2009-12-31 2011-07-12 General Electric Company Systems and apparatus relating to wind turbine electrical control and operation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100514810C (zh) * 2004-04-12 2009-07-15 台达电子工业股份有限公司 具有多重输出的电源供应器及其时间延迟同步控制方法
EP1672778A2 (en) * 2004-12-17 2006-06-21 General Electric Company System and method for operating a wind farm under high wind speed conditions
CN101310434A (zh) * 2005-11-11 2008-11-19 康弗蒂姆有限公司 功率变换器
CN1851998A (zh) * 2006-05-08 2006-10-25 浙江大学 采用滤波器中间电流反馈的并网逆变器电流控制方法
CN101552572A (zh) * 2009-05-18 2009-10-07 浙江大学 采用电压微分补偿的并网逆变器电流控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2407664A2 (en) 2012-01-18
EP2407664B1 (en) 2018-12-05
US20120022714A1 (en) 2012-01-26
US8873256B2 (en) 2014-10-28
EP2407664A3 (en) 2016-09-21
CN102332718B (zh) 2015-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105144532B (zh) 用于将电功率馈送到供电网中的方法
US9252601B2 (en) Method for controlling a power converter in a wind turbine generator
CN103541860B (zh) 用于自适应地控制风电场涡轮机的方法和装置
Song et al. Analysis of high-frequency resonance in DFIG-based offshore wind farm via long transmission cable
CN102332718B (zh) 风力涡轮机及其操作方法、用于操作风力涡轮机的控制器
Flannery et al. Evaluation of voltage sag ride-through of a doubly fed induction generator wind turbine with series grid side converter
CN102142690A (zh) 用于控制功率转换的电流控制器设备和向量控制方法
CN109980670A (zh) 一种双馈风电变流器直流母线电压控制方法
CN105226720A (zh) 永磁同步发电机组网侧变换器改进下垂控制方法
Abdelkafi et al. Experimental investigation on the performance of an autonomous wind energy conversion system
CN103780174A (zh) 一种风电引起的电压波动和闪变抑制方法
CN104808147A (zh) 一种三相短路下双馈发电机仿真方法及其系统
Vijay et al. Standalone and grid connected operations of a SynRG based WECS with BESS
EP3326256B1 (en) Method and system for power grid voltage regulation by distributed energy resources
Bhattacherjee et al. Brushless synchronous generator-unidirectional rectifier for offshore wind energy conversion system
Patel et al. Variable step learning based control algorithm for power quality in PMSG based power generation system
CN104701846A (zh) 一种永磁直驱式风电系统变流器谐波补偿控制方法
Priya Modelling and performance analysis of grid connected PMSG based wind turbine
CN109617473B (zh) 一种双馈风机直接功率控制方法及系统
Yang et al. Aggregating wind farm with DFIG in power system online analysis
Hasnaoui et al. Direct Drive Wind Turbine Equipped with an Active and Reactive Power supervisory
Li et al. Wind farm electromagnetic dynamic model and outgoing line protection relay RTDS testing
EP3555985B1 (en) Wind farm topology and method of operating the same
CN105048459A (zh) 计及低电压控制的逆变型电源对称短路简化建模方法
Spiteri et al. Power control of doubly fed induction machine using a rotor side matrix converter

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant