CN102834996A - 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 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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：

$I_R\≤(\sqrt{m^2\·U_{\max }^2-{(U_{\mathrm{GD}}-\mathrm{\ωL}\·I_A)}^2}-U_{\mathrm{GQ}})/\mathrm{\ωL}$

其中U_GD,U_GQ是沿着dq框架中的d/q轴的电力线线电压，而I_A,I_R是有功和无功电流，m是最大允许的调制指数，而U_max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I_R具有负值。于是，如果将I_R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I_A留出更多空间。于是，I_R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：

$I_{\mathrm{ref}}=\sqrt{I_{r\_\mathrm{ref}\_\mathrm{cal}}^2+I_{a\_\mathrm{ref}\_\mathrm{cal}}^2}$

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：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_R=(\frac{m^2\·U_{\max }^2}{{\mathrm{\ω}}^2{L}^2}-I_{\max }^2)\·\frac{\mathrm{\ωL}}{2\·U_{\mathrm{GQ}}}-\frac{U_{\mathrm{GQ}}}{2\·\mathrm{\ωL}}\\ I_A=\sqrt{I_{\max }^2-I_R^2}\end{array}\right.$

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发明的原理上。在以下描述中，参考以下附图描述本发明的各实施例，其中：

图1示出了根据本发明实施例的风力涡轮机的示意图；

图2a示出了具有完整尺寸（full scale）转换器配置的电气系统的示意图；

图2b示出了根据本发明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示出了根据本发明实施例操作风力涡轮机的方法的流程图；

图4示出了根据本发明实施例，用于操作风力涡轮机的处理系统的示意方框图；

图5示出了根据本发明实施例，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发明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发明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发明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发明实施例操作风力涡轮机的方法时可能发生的示意电流图；

图10示出了在执行根据本发明实施例操作风力涡轮机的方法时可能发生的示意电流图；

图11示出了在执行根据本发明实施例操作风力涡轮机的方法时可能发生的示意电流图；

图12示出了在电网中低压事件时电网规范要求注入的无功电流量的范例。

具体实施方式

以下详细描述参考了附图，附图通过例示方式示出了可以实践本发明的具体细节和实施例。充分详细地描述这些实施例以使本领域的技术人员能够实践本发明。可以利用其他实施例，可以做出结构、逻辑和电气变化而不脱离本发明的范围。各实施例未必相互排斥，因为可以将一些实施例与一个或多个其他实施例组合以形成新的实施例。

图1示出了根据本发明的一个实施例的风力涡轮机1000的公共设置。风力涡轮机1000安装在基座1002上。风力涡轮机1000包括塔架1004，其具有若干塔段，例如塔环。风力涡轮机舱1006位于塔架1004顶部。风力涡轮机转子1008至少包括一个转子叶片1010，例如三个转子叶片1010。转子叶片1010通过低速轴连接到吊舱1006，低速轴延伸到吊舱1006前方之外。在风力涡轮机1000中（例如在吊舱1006之内），可以使用电气系统，在下文中将对其进行描述。

图2a示出了可用于根据本发明实施例的风力涡轮机中，具有转换器配置的风力涡轮机的电气系统100。电气系统100连接到风力涡轮机的发电机102。电气系统100包括连接到发电机102的AC到DC电压转换器104（发电机侧转换器），DC到AC转换器108（线路侧转换器）以及连接在AC到DC转换器104和DC到AC转换器108之间的DC链路106。DC到AC转换器108通过电力线116连接到变压器112，变压器又连接到电网110。沿着电力线116定位电感器114。电力线116还连接到电容器118。电气系统100、发电机102和变压器112可以是图1所示风力涡轮机的一部分，典型地位于风力涡轮机的吊舱之内。电气系统100的转换器配置是完整尺寸的转换器配置。在当前语境中，“完整尺寸”表示发电机102产生的最大功率在供应给电网110之前由DC到AC电压转换器108转换。DC到AC电压转换器108具有最大转换器输出电压（Umax），可以基于固定的DC链路电压产生它，还具有不能超过的转换器输出电流极限。如果超过转换器电流输出极限，风力涡轮机可能出故障。亦即，在电力线116上有HV（高电压）事件（也称为“电压增长”事件）时，DC到AC转换器108的转换器输出电压可能超过DC到AC转换器108的最大转换器输出电压U_max。结果，这可能导致转换器输出电流超过DC到AC转换器108的转换器输出电流极限。这可能导致风力涡轮机跳闸，导致风力涡轮机从电网110断开连接。

换言之，在电网110的电网电压超过例如1p.u.（p.u=“每单位”，即电压/正常电压比值）时，需要风力涡轮机的DC到AC转换器108（线路侧转换器）调节线路电流矢量，使得DC到AC转换器108的所需转换器输出电压可以保持低于最大转换器输出电压U_max，且转换器输出电流不超过DC到AC转换器的转换器输出电流极限。在电网增长的状态下，由于DC到AC转换器108的最大输出电压U_max受到DC链路电压UDC的限制，转换器输出电流I_G可能变得无法控制。而且，在电网增长状况下，可能发生DC链路电压U_DC的显著过冲，这可能导致激活斩波器（未示出），用于耗散传输到电网110的未知/不受控制的功率。为了避免这种无法控制的状况，像澳大利亚等国家规定，风力涡轮机的高电压通过（HVRT）要求，能够在60ms内经得起1.3p.u.的过电压而无需断开连接。

电网110上的电网电压（变压器112的高压侧）通过变压比与电力线116（变压器112的低压侧）的线电压相关。于是，在本发明中，可以互换地使用术语“线电压”和“电网电压”。

不过，如果通过调节DC到AC转换器108的需用输出电压向连接于DC到AC转换器108和变压器112之间的电力线116中（从而向电网110中）注入无功功率，可以使状况保持受控。

图3示出了根据本发明实施例控制风力涡轮机的方法200的流程图。在202，开始该方法。在204，确定电力线的线电压。在206，确定线电压是否超过预定义阈值。如果未超过预定义阈值，流程返回到204。如果超过了预定义的阈值，该流程继续进行208，在此向电力线中直接注入无功电流，其中选择注入的无功电流的量，将DC到AC转换器的输出电压保持在预定电压范围之内。然后，该流程返回到204。

在图2a的语境中，可以解释图3中所示的方法，即在电力线116上发生HV事件的情况下，向电力线116中注入所计算的量的无功电流。通过调节DC到AC转换器108的输出电压，使得所得转换器输出电流I_G包括所计算的量的无功电流，从而进行这种注入。通过控制注入无功电流的量，可以将转换器输出电压Uv的幅度保持低于最大转换器输出电压U_max，可以向电力线116（从向电网110）中注入最大可能的有功功率。结果，风力涡轮机将不会跳闸，因此能够在HV事件中保持连接到电网110。HVRT（高电压通过）是指风力涡轮机在这种HV事件期间保持连接到电网110的这种能力。

在以下描述中，将给出本发明实施例的理论背景。

图2中DC到AC转换器108的输出电压可以由以下电压方程表示：

${\stackrel{\→}{U}}_v={\stackrel{\→}{U}}_G+{\stackrel{\→}{U}}_L={\stackrel{\→}{U}}_G+\mathrm{j\ωL}{\stackrel{\→}{I}}_G$

其中是DC到AC转换器108的转换器输出电压，

是电力线116接近变压器112低压端的一部分的线电压，

是电感器114两端的电压降，而

是DC到AC转换器108的输出电流。此外，L是电感器114的感应系数，ω是电压频率。

对于“健康”电网（电力线）（在没有电网增长且其中线电压

在正常线电压范围之内的情况下），如图6的相量图中所示，转换器输出电流

与线电压

对准。亦即，仅向电力线116中注入有功功率，但没有无功功率。

在电网电压增长的状况下，根据本发明实施例，控制转换器输出电流使得转换器输出电压

的幅度限于或低于最大转换器输出电压幅度U_max。转换器输出电流

的相位领先于线电压

的相位，可以将其投影到无功电流I_reactive和有功电流I_active，如图7的相量图中所示。

应当指出，对于电网电压下降（LV（低电压）事件）而言，通常也需要电网运营商向电网110中注入无功（电容）电流，以帮助稳定电网110。对于LV事件而言，转换器输出电压幅度始终低于极限U_max。图8中所示的相量图例示了这种情况。

可以从线电流控制的DQ框架模型导出以下方程。

$\left\{\begin{array}{c}L\frac{d{I}_R}{\mathrm{dt}}=U_{\mathrm{VD}}-U_{\mathrm{GD}}+\mathrm{\ωL}{I}_A\\ L\frac{d{I}_A}{\mathrm{dt}}=U_{\mathrm{VQ}}-U_{\mathrm{GQ}}-\mathrm{\ωL}{I}_R\end{array}\right.$

其中U_VD,U_VQ是沿着dq框架中的d/q轴的转换器输出电压，U_GD,U_GQ是沿着dq框架中的d/q轴的线电压，而I_A,I_R是有功和无功电流。此外，L是电感器114的感应系数，ω是电压频率。

在稳态条件下，可以如下计算转换器输出电压

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{VD}}=U_{\mathrm{GD}}-\mathrm{\ωL}{I}_A\\ U_{\mathrm{VQ}}=U_{\mathrm{GQ}}+\mathrm{\ωL}{I}_R\end{array}\right.$

基于转换器电压极限可以使用以下表达式

$U_{\mathrm{VD}}^2+U_{\mathrm{VQ}}^2={(U_{\mathrm{GD}}-\mathrm{\ωL}{I}_A)}^2+{(U_{\mathrm{GQ}}+\mathrm{\ωL}{I}_R)}^2\≤{(m\·U_{\max })}^2---\left(1\right)$

其中“m”是最大允许的调制指数，而U_max是最大允许的转换器输出电压

利用以上方程，在稳态条件下，可以如下推导针对HVRT条件给出的所需无功电流

$I_R\≤(\sqrt{m^2\·U_{\max }^2-{(U_{\mathrm{GD}}-\mathrm{\ωL}\·I_A)}^2}-U_{\mathrm{GQ}})/\mathrm{\ωL}---\left(2\right)$

图4示出了根据本发明的一个实施例，用于操作风力涡轮机的处理系统300。处理系统300包括：配置成接收表示电力线线电压的线电压信号304的输入单元302；耦合到输入单元302的处理单元306，处理单元306被配置成确定线电压是否超过预定阈值并确定无功电流的（如果直接注入电力线中）将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；以及耦合到处理单元306的输出单元308，输出单元308被配置成输出表示直接注入电力线中的无功电流的信号310。可以基于公式（2）产生输出信号310。

图5示出了图4所示处理系统300的可能实现。在图5中，示出了用于控制DC到AC转换器108的转换器控制器系统400的方框图。可以将转换器控制器系统400的部分402（通过功能系统）视为处理系统300的具体实施例。部分402包括应对HV事件所需的功能（HVRT功能）以及应对LV事件所需的功能（LVRT功能）。

电压继续运行功能系统402包括输入单元404、输出单元406和处理单元408。

输入单元404耦合到锁相回路单元410，所述锁相回路单元410被配置成利用锁相回路算法产生表示电力线116线电压的d，q分量的线电压信号S1，并向输入单元404供应线电压信号S1。

输入单元404还耦合到DC链路控制器单元412，DC链路控制器单元412被配置成产生有功电流基准信号S2，并向输入单元404供应有功电流基准信号S2。

输出单元406耦合到转换器输出电流控制单元414，其被配置成基于有功电流基准信号S3和无功电流基准信号S4控制转换器输出电流。有功电流基准信号S3可以是优化的有功电流基准信号，无功电流基准信号S4可以是优化的无功电流基准信号。

处理单元408包括第一无功电流发生器单元416、第二无功电流发生器单元418、线电压分类单元420、开关单元422和电流优化单元424。

基于标称线电压信号S5，线电压分类单元420将线电压分成三类：正常、下降或增长。

根据确定的线电压类别，由第一无功电流发生器单元416（对于下降状况）基于图12（图12提供了指定电力线中低压事件时电网规范所需的待注入无功电流量的信息）所示的信息产生无功电流基准信号S6，或者其基于方程（2）来自第二无功电流发生器单元418（对于增长状况）。开关单元422受到线电压分类单元420产生的输出信号S7控制，从而根据线电压从第一无功电流发生器单元416和第二无功电流发生器单元418中的正确一个计算无功电流基准信号S6。利用有功电流基准信号S2和无功电流基准信号S6，线电流控制单元414产生转换器输出电压基准信号S8，基于此相应地控制转换器输出电压

为了这样做，DC到AC转换器108的控制器例如可以基于转换器输出电压基准信号S8产生PWM信号，由此控制DC到AC转换器108以调节转换器输出电压

使得转换器输出电流采取其目标值。在图2b中示范性示出了这种情况：向转换器控制器系统400供应线电压信号S1、信号S9和信号S12（可能还有其他信号），基于此转换器控制器系统400确定转换器输出电压基准信号S8。使用转换器输出电压基准信号S8产生PWM信号，用于控制DC到AC转换器108，使得转换器输出电流采用其目标值。

信号S9是测量的DC链路电压信号（在DC链路106测量，信号S10是感应输入参数（表示电感器114感应系数的参数）），信号S11是DC链路电压目标值，信号S12是转换器108的实测转换器输出电流信号。

在线电压分类单元420检测到电压突降状况时，由第一无功电流发生器单元416根据图12中所示的电网规范基于降低的百分比计算无功电流基准信号S6。

电流优化单元424（最佳电流轨迹控制块）是任选的，如下工作。由电流优化单元424从无功电流基准信号S6和有功电流基准信号S2计算转换器输出电流基准幅值并与转换器输出电流基准幅值极限I_max比较。如果转换器输出电流基准幅值小于I_max，如下设置有功电流基准信号S3和无功电流基准信号S4：

$\left[\begin{array}{c}{I}_{r\_\mathrm{ref}}\\ I_{a\_\mathrm{ref}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{I}_{r\_\mathrm{ref}\_\mathrm{cal}}\\ I_{a\_\mathrm{ref}\_\mathrm{cal}}\end{array}\right]\mathrm{if}\sqrt{{I^2}_{r\_\mathrm{ref}\_\mathrm{cal}}+{I^2}_{a\_\mathrm{ref}\_\mathrm{cal}}}\≤I_{\max }$

亦即，在这种情况下，有功电流基准信号S3对应于有功电流基准信号S2，无功电流基准信号S4对应于无功电流基准信号S6。

不过，如果电流基准幅值超过最大极限I_max，则应用优化过程。如下执行优化过程：如下利用方程（1）确定优化的电流基准（信号S3，S4）：

$\left\{\begin{array}{c}{(U_{\mathrm{GD}}-\mathrm{\ωL}{I}_A)}^2+{(U_{\mathrm{GQ}}+\mathrm{\ωL}{I}_R)}^2\≤{m^2\·U}_{\max }^2\\ {I_A}^2+{I_R}^2={I^2}_{\max }\end{array}\right.$

由于U_GD在稳态中在电流矢量平面中等于零（这是因为旋转框架，电压与稳定状态中的Q轴对准，在D轴的垂直位置；U_GD是投影到D轴的线电压的电压，因此为零），可以将以上方程写成下式：

$\left\{\begin{array}{c}{(I_R+\frac{U_{\mathrm{GQ}}}{\mathrm{\ωL}})}^2+{\left(I_A\right)}^2\≤\frac{m^2\·U_{\max }^2}{{\mathrm{\ω}}^2{L}^2}\\ {I_R}^2+{I_A}^2={I^2}_{\max }\end{array}\right.---\left(3\right)$

通过求解以上方程（3），获得以下优化电流基准（信号S3，S4）：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_R=(\frac{m^2\·U_{\max }^2}{{\mathrm{\ω}}^2{L}^2}-I_{\max }^2)\·\frac{\mathrm{\ωL}}{2\·U_{\mathrm{GQ}}}-\frac{U_{\mathrm{GQ}}}{2\·\mathrm{\ωL}}\\ I_A=\sqrt{I_{\max }^2-I_R^2}\end{array}\right.---\left(4\right)$

亦即，如果转换器输出电流基准幅值超过最大极限I_max，利用方程（4）从信号S2、S6获得信号S3，S4。

如果在电流平面中绘制方程（4）的曲线，可以使线电压增长条件下的有功/无功电流基准的优化解可视化。在图9中示出了这种情况。对于方程（4）要理解，电流Ir和Ia完全是根据方程（4）重新计算的，即，在这种情况下，未利用信号S2和S6来计算电流Ir和Ia。

图9示出了在基于方程（4）的优化过程之后获得的电流轨迹曲线。

这种最佳电流轨迹控制确保了HVRT期间最大的有功电流和功率输出，同时维持转换器输出电流和转换器输出电压在其极限之内。

在线电压突降的状况下，图10的状况成立。在这种情况下，由于转换器圆包含电流圆，所以仅需要满足电流极限。

图11在健康线电压条件（不需要无功电流注入）下成立。由于仅需要向电力线中注入有功电流，所以电流轨迹仅处在Y轴。

基于以上描述，已经显而易见，根据本发明的实施例，应用以下方法：1）首先，确定需要注入电力线中的有功电流（Ia_ref）和无功电流（Ir_ref）。如有必要，利用方程（2）确定Ir_ref并进行优化。2）为了让DC到AC转换器108输出包括相应有功和无功电流分量的转换器输出电流I_G，控制DC到AC转换器108以输出必要的转换器输出电压U_v。利用基于信号S8（即来自转换器输出电流控制单元的输出信号）产生的PWM（脉冲宽度调制）信号进行DC到AC转换器108的控制。3)使用PWM信号控制DC到AC转换器108的工作，使其输出Uv（在U_max以下），还有低于转换器输出电流极限的对应转换器输出电流I_G（包括所确定的对应Ia和Ir分量）。于是，首先确定要注入电力线116中的无功电流，使得产生无功电流所需的Uv低于U_max。然后，控制DC到AC转换器108以具有电压输出Uv，这将暗示具有较早确定的对应I_r分量的转换器输出电流I_G。

已经显而易见的是，本发明的实施例解决了电网电压增长时电流和功率控制的问题。

根据本发明的实施例，通过选择适当的电流轨迹，可以注入最佳的有功和无功电流，从而可以在HVRT期间向电网传输最大有功功率。

根据本发明的实施例，使得HVRT状况期间涡轮机跳闸和斩波器激活的可能性最小化。

根据本发明的实施例，在电压继续运行状况期间控制实际和无功功率。

根据本发明的实施例，利用最佳轨迹电流控制，可以提供最佳有功和无功电流注入，从而可以在HVRT期间向电网传输最大有功功率。

根据本发明的实施例，计算无功电流基准，由此使斩波器激活的可能性最小化。在未激活斩波器的HVRT条件下，向电网馈送功电力，而不是作为热被耗散到斩波电阻器中。

尽管已经参考特定实施例特别示出和描述了本发明，但本领域的技术人员应当理解，可以在其中做出各种形式和细节的变化而不脱离如所附权利要求界定的本发明精神和范围。于是本发明的范围由所附权利要求指出，因此意在涵盖落在权利要求含义和等价范围之内的所有变化。

Claims (20)

1.一种操作包括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或2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链路控制器输出导出所述有功电流基准。

5.根据权利要求3或4所述的方法，

其中根据以下公式计算所述无功电流基准：

$I_R\≤(\sqrt{m^2\·U_{\max }^2-{(U_{\mathrm{GD}}-\mathrm{\ωL}\·I_A)}^2}-U_{\mathrm{GQ}})/\mathrm{\ωL}$

其中U_GD,U_GQ是沿着dq框架中的d/q轴的线电压，I_A,I_R是有功电流和无功电流，m是最大允许调制指数，而U_max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6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或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：

$I_{\mathrm{ref}}=\sqrt{I_{r\_\mathrm{ref}\_\mathrm{cal}}^2+I_{a\_\mathrm{ref}\_\mathrm{cal}}^2}$

其中I_{r_ref_cal}是所述无功电流基准，I_{a_ref_cal}是所述有功电流基准。

9.根据权利要求6到8中任一项所述的方法，

其中基于以下公式计算所述优化的无功电流基准：

$I_R=(\frac{m^2\·U_{\max }^2}{{\mathrm{\ω}}^2{L}^2}-I_{\max }^2)\·\frac{\mathrm{\ωL}}{2\·U_{\mathrm{GQ}}}-\frac{U_{\mathrm{GQ}}}{2\·\mathrm{\ωL}}$

10.根据权利要求9所述的方法，

其中基于以下公式计算所述优化的有功电流基准：

$I_A=\sqrt{I_{\max }^2-I_R^2}$

11.根据权利要求10所述的方法，

其中基于所述优化的有功电流基准和所述优化的无功电流基准来控制所述转换器输出电流。

12.一种用于操作包括DC到AC电压转换器的风力涡轮机的处理系统，所述风力涡轮机通过所述DC到AC电压转换器可连接到电网，所述处理系统包括：

-输入单元，被配置成接收线电压信号，所述线电压信号表示将所述DC到AC电压转换器与所述电网连接的电力线的线电压，

-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待直接注入所述电力线中的所述无功电流的输出信号。

13.根据权利要求12所述的处理系统，

其中所述输入单元还被配置成接收有功电流基准信号，并且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来计算表示待注入的所述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所述输出信号。

14.根据权利要求13所述的处理系统，

其中所述处理单元还被配置成，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成优化的无功电流基准，其中由所述处理单元从所述优化的无功电流基准导出由所述输出单元输出的所述输出信号。

15.根据权利要求13或14所述的处理系统，

其中所述处理单元被配置成，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，其中由所述处理单元从所述优化的有功电流基准导出由所述输出单元输出的所述输出信号。

16.一种用于控制包括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权利要求12到15中任一项所述的处理系统。

17.根据权利要求16所述的风力涡轮机控制系统，

还包括耦合到所述处理系统的所述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算法确定所述线电压信号，并将其供应给所述输入单元。

18.根据权利要求16或17所述的风力涡轮机控制系统，

还包括耦合到所述处理系统的所述输入单元的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，并输出所述有功电流基准信号，所述有功电流基准信号被供应给所述输入单元。

19.根据权利要求16所述的风力涡轮机控制系统，

还包括耦合到所述处理系统的所述输出单元的转换器输出电流控制单元，其中所述转换器输出电流控制单元被配置成基于所述有功电流基准和所述无功电流基准或基于所述优化的有功电流基准和所述优化的无功电流基准来控制所述转换器输出电流。

20.一种风力涡轮机，包括根据权利要求16到19中任一项所述的风力涡轮机控制系统。

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