CN103328816B - 操作风力涡轮机的方法以及适用于此的系统 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的方法，提供一种操作风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括发电机、连接到发电机的发电机侧变换器、通过电力部件连接到电网的线路侧变换器、以及连接在发电机侧变换器与线路侧变换器之间的DC链路，所述方法包括：针对过电压事件监控电网上的电网电压；如果检测到过电压事件，则在过调制范围中操作线路侧变换器，其中在所述过调制范围中操作所述线路侧变换器的时间是所述过电压事件的持续时间的至少一部分。

Description

操作风力涡轮机的方法以及适用于此的系统
技术领域
本发明涉及一种操作风力涡轮机的方法。此外，本发明涉及一种控制风力涡轮机的操作的系统。最后，本发明涉及一种风力涡轮机。
背景技术
近年来，适当地处理在连接风力涡轮机的电网上发生的过电压已经成为电网导则的一个重要方面。也就是说，风力涡轮机应该能够即使在电网过电压情况下也保持连接到电网或者不间断操作。
由于变频器风力涡轮机中的大量灵敏电力电子器件，过电压正受到风力发电场所有者和风力涡轮机制造商的关注。输电系统操作者也对这个现象感兴趣，因为离岸式风力发电场的电网连接系统中出现了隔离系统在以前从没有经受过的情况下受到压力的情形。已经观察到高达2p.u.的过电压。在这些情况下，主电路断路器切断在陆上连接点处的风力发电场电缆，并以电缆和风力发电场变压器维持风力发电场处于隔离操作中。尽管这种情况很罕见，但这代表了损坏设备的风险。丹麦输电系统操作者因此结合新的离岸式风力发电场的规划进行这种过电压的研究。这些研究表明过电压电平受到许多参数的影响，包括在断开连接之前风力涡轮发电机（WTG）的操作特性、保护系统，相关频率范围中电缆和变压器的控制和精度表示。
希望为风力涡轮机提供高效且易于实现的过电压不间断操作方法。
发明内容
根据本发明的实施例，提供一种操作风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括发电机、连接到发电机的发电机侧变换器、通过电力部件连接到电网的线路侧变换器、以及连接在发电机侧变换器与线路侧变换器之间的DC链路，所述方法包括：针对过电压事件监控电网上的电网电压；如果检测到过电压事件，则在过调制范围中操作线路侧变换器，其中在所述过调制范围中操作所述线路侧变换器的时间是所述过电压事件的持续时间的至少一部分。
根据本发明的实施例，在过调制范围期间，在线性调制范围的上端与六阶梯波操作（sixstepoperation）之间延伸的非线性区域中操作所述线路侧变换器。
根据本发明的实施例，在过调制范围中，通过线路侧变换器控制使用大于90%且小于100%的可用DC链路电压。
根据本发明的一个实施例，对调制范围中用于电流控制的电流参考信号进行修改，以基于以下各项的至少一项来生成线路电流参考信号：电网电压、变换器参考电压向量、电网电流注入要求、有功功率要求和无功功率要求。第一线路电流参考可以高于标称变换器额定电流，尽管以较高电流操作变换器，却允许过电压的短时处理。电流参考信号例如基本上是无功电流信号，有功电流信号例如基本上等于零。
根据本发明的实施例，在过调制范围期间，使用基于向量的控制来操作所述线路侧变换器。
根据本发明的实施例，使用经补偿的PI电流控制来操作所述线路侧变换器。
根据本发明的实施例，所述方法进一步包括：获得线路侧电流信号，其表示出现在通过电力部件连接到电网变压器的线路侧变换器的输出端子处的线路电流；估计谐波电流分量信号，其表示存在于线路电流中的谐波电流分量；从所获得的线路电流信号中减去所估计的谐波电流分量信号，以找到基本上没有谐波电流分量的第二线路电流信号；确定在第二线路电流信号与线路电流参考信号之间的线路电流误差，所述线路电流参考信号是依赖于检测到的过电压事件而生成的；基于所确定的线路电流误差，控制所述线路侧变换器，以至于所述线路电流误差被部分或完全补偿。可以在静止坐标系和旋转坐标系中进行所提出的电流控制。可以通过用于上述调制范围中的电流控制的电流参考信号的修改来生成线路电流参考信号。
根据本发明的实施例，在过调制范围期间，线路侧变换器电流基本上是无功的。
根据本发明的实施例，提供了一种操作风力涡轮机的系统，所述风力涡轮机包括发电机、连接到发电机的发电机侧变换器、通过电力部件连接到电网的线路侧变换器、以及连接在发电机侧变换器与线路侧变换器之间的DC链路，所述系统包括：监控单元，其被配置成针对过电压事件监控电网上的电网电压；控制单元，连接到所述监控单元并且被配置成如果检测到过电压事件，则在过调制范围中控制线路侧变换器的操作，其中在所述过调制范围中操作所述线路侧变换器的时间是所述过电压事件的持续时间的至少一部分。
根据本发明的实施例，所述控制单元被配置成在过调制范围期间，控制所述线路侧变换器在线性调制范围的上端与六阶梯波操作之间延伸的非线性区域中操作。
根据本发明的实施例，所述控制单元被配置成在过调制范围中，控制所述线路侧变换器，以使得线路侧变换器控制使用大于90%且小于100%的可用DC链路电压。
根据本发明的一个实施例，所述系统进一步包括修改单元，其被配置成修改电流参考信号，以基于以下各项中的至少一项来生成第一线路电流参考信号：电网过电压、电网电流、有功功率要求和无功功率要求。
根据本发明的实施例，所述控制单元被配置成在过调制范围期间使用基于向量的控制来控制所述线路侧变换器。
根据本发明的实施例，所述控制单元被配置成在过调制范围期间使用经补偿的PI电流控制来控制所述线路侧变换器。
根据本发明的实施例，所述控制单元包括：线路电流信号获得单元，其被配置成获得线路电流信号，其表示出现在通过电力部件连接到电网变压器的线路侧变换器的输出端子处的线路电流；谐波电流分量信号估计单元，被配置成估计谐波电流分量信号，其表示存在于线路电流中的谐波电流分量；减法单元，其被配置成从所获得的线路电流信号中减去所估计的谐波电流分量信号，以找到基本上没有谐波电流分量的第二线路电流信号；线路电流误差确定单元，其配置成确定第二线路电流信号与线路电流参考信号之间的线路电流误差，所述线路电流参考信号是依赖于检测到的过电压事件而生成的；其中，所述控制单元被配置成基于所确定的线路电流误差，控制所述线路侧变换器，以至于所述线路电流误差被部分或全部补偿。可以在静止坐标系和旋转坐标系中进行所提出的电流控制。线路电流参考信号可以是由上述的修改单元生成的。
根据本发明的实施例，提供一种风力涡轮机，其包括根据前述任一实施例的系统。
附图说明
在附图中，相似的附图标记通常在全部不同视图中指代相同的部分。附图无需按比例绘制，重点通常放在示出本发明的原理。在以下说明中，参考以下附图来描述本发明的多个实施例，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2示出了用于操作传统风力涡轮发电机的传动系统的示意图；
图3示出了向量图，其说明针对轻微过电压通过DC/AC变换器吸收无功功率的情况；
图4示出了向量图，其说明针对这种方式可以处理的最大过电压通过DC/AC变换器吸收无功功率的情况；
图5示出了向量图，其说明不能通过DC/AC变换器来吸收无功功率从而处理过电压事件的情况；
图6示出了用于根据本发明实施例的风力涡轮机传动系统的变换器控制系统；
图7示出了说明通过以变换器基础（fundamental）输出电压改变调制指数的线性调制区域和过调制范围的图示；
图8a示出了线性调制范围中的空间向量调制的原理；
图8b示出了对应于图8a中所示的参考向量的DC/AC变换器的操作时间和开关的开关状态；
图9示出了过调制范围中的DC/AC变换器的操作；
图10a到10d示出了线性和过调制范围中的示例性变换器输出相电压和电流波形；
图11示出了根据本发明实施例的控制系统1100；
图12a示出了根据本发明实施例的电流参考的生成；
图12b示出了根据本发明实施例的电流参考的变型；
图13示出了根据本发明实施例的控制系统；
图14示出了根据本发明实施例的控制系统；
图15示出了根据本发明实施例的控制系统。
具体实施方式
以下详细说明参考了附图，其通过示例的方式示出了可以实践本发明的特定细节和实施例。以足够的细节来描述这些实施例，以使得本领域技术人员能够实践本发明。在不偏离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以做出结构的、逻辑的和电气的改变。各个实施例不一定是相互排他的，因为一些实施例可以与一个或多个其他实施例相结合以构成新的实施例。
图1示出了风力涡轮机100的一般设置，其可以使用如下所述的本发明的方法/系统。风力涡轮机100安装在底座102上。风力涡轮机100包括塔104，具有若干个塔节。风力涡轮机机舱106放置在塔104的顶部。风力涡轮机转子包括轮毂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连接到轮毂108，其又通过低速轴连接到机舱106，低速轴从机舱106的前面延伸出来。
图2示出了控制系统200的示意图，其用于控制传统风力涡轮机的操作。风力涡轮机包括发电机202、AC/DC（发电机或机器侧）变换器204、DC/AC（线路或电网侧）变换器206和连接在AC/DC变换器204与DC/AC变换器206之间的DC链路208。发电机202的输出端子连接到AC/DC变换器204的输入端子。DC链路208的第一端连接到AC/DC变换器204的输出端子，DC链路208的相对端连接到DC/AC变换器206的输入端子。DC链路208包括DC链路电容器210、以及DC链路电阻器212（也被称为负载突降电阻器或斩波器电阻器）。可以经由开关214激活/去激活DC链路电阻器212（连接在DC链路208的两臂之间或从其断开连接）。根据实施例，开关214是功率电子开关。DC/AC变换器206的输出端子经由包括电感器/扼流圈216的电力线215连接到电网变压器218。用于滤除开关谐波的滤波器系统220连接到电力线215。滤波器系统还可以包含谐振抑制支路（未示出），以避免谐振现象。
在正常操作期间，断开开关214，有功功率从发电机通过线路侧变换器、机器侧变换器和电网变压器流至电网。切换这两个变换器（即，它们处于有功操作中）。根据用于控制变换器的控制算法和变换器硬件额定值，它们可以承受例如1.1-1.25pu的某些电网过电压。通过如图3中所述地吸收无功功率可以处理电网过电压。然而，存在一个最大电压uc(max)，超过最大电压uc(max)之后就不再能够控制变换器以处理电网过电压，如将参考图4所描述的。在这个最大电压uc(max)处，整个变换器电压和电流容量都用于吸收最大无功功率。
如果电网电压高于线路侧变换器所能够处理的电压，在正常情况下，可以通过现在用作整流器的线路侧变换器开始对DC链路充电。这可能导致变换器系统/风力涡轮机的非预期的跳闸（tripping）。它还可能导致对电力部件的损坏。
图3示出了如图2中所表示的电力线215的位置处的电压 与之间的关系。如图3所示，在过电压事件中，电网变压器电压大于DC/AC变换器206的最大电压，它是通过图3中所示的圆300的外圆周所代表的DC链路电压Vdc的最大利用率而获得的。为了平衡这个过电压（即，为了确保），操作DC/AC变换器206（线路侧变换器），使得吸收无功功率，导致DC/AC变换器206的输出端子处的变换器电流向量Ic，其包括无功电流分量Id和有功电流分量Iq。选择变换器电流Ic的无功电流分量Id和有功电流分量Iq，使得电感器216两端下降的电压（“电网扼流圈电压”）等于在电网变压器电压与变换器电压之间的向量差，如图3所示。在图3所示的情况下，变换器电流Ic仍包括有功电流分量Iq。
图4示出了过电压情形，其中，与图3所示的情形相比，增大了电网变压器电压。图4中所示的过电压情形是DC/AC变换器206通过吸收无功功率来平衡所述电压而能够处理的最大电网变压器电压。然而，在此情况下为了平衡过电压，在DC/AC变换器206的输出端子处注入的变换器电流Ic仅包含无功电流分量Id，即，没有有功电流分量Iq。
图5示出了过电压情形，其中过电压很高，以至于即使DC/AC变换器206所能够输出的最大变换器电流Ic和电压也不足以平衡过电压。作为这种情况的结果，停止DC/AC变换器206的有功操作（有功切换），意味着DC/AC变换器206现在用作无源整流器。结果，DC链路电压Vdc增大，这可能导致风力涡轮机的非有意的跳闸。
本发明的实施例旨在解决图5所示的过电压情形，即，旨在提供一个解决方案，用以即使发生图5所示的过电压情形时也保持连接到电网的风力涡轮机。
图6示出了根据本发明实施例的操作风力涡轮机的系统的示意图。提供了操作风力涡轮机的控制系统600，风力涡轮机包括发电机202、连接到发电机202的发电机侧变换器204、通过电力部件连接到电网222的线路侧变换器206、以及连接在发电机侧变换器204与线路侧变换器206之间的DC链路208，系统600包括：监控单元602，其被配置成针对过电压事件监控电网222上的电网电压；控制单元604，其连接到监控单元602并且被被配置成如果检测到过电压事件，则在过调制范围中控制线路侧变换器206的操作，其中在所述过调制范围中操作所述线路侧变换器206的时间是所述过电压事件的持续时间的至少一部分。
图7示出了在调制指数（mi）与线路侧变换器的基础输出电压之间的关系。调制指数可以表示为并且在0和1之间改变。在0≤mi＜0.907范围中，就说变换器操作在线性调制范围中，如第一（较小的）方形701所示的。线性操作范围意味着变换器产生与开关谐波一起的所需的基础电压，但没有生成低次谐波。变换器所能够产生的最大电压是（即0.6364Vdc）。在线性调制范围中，变换器可以仅产生90.7%的最大可能输出电压，即，。通过在过调制范围中操作，即0.907≤mi＜1.0，可以产生来自变换器的较高电压，该过调制范围对应于在第一方形701与第二（较大的）方形702之间的区域。过调制范围意味着变换器产生与开关谐波和低次谐波在一起的所需的基础电压。当mi=1.0时，就说变换器操作在六阶梯波操作。
应该注意，如果变换器没有操作在过调制范围中，则调制指数增大超过0.907不会增大变换器输出电压，即，输出电压饱和。这由第一箭头703示出。然而，如果变换器操作在过调制范围中，输出电压就随着调制指数超过0.907而增大，如第二箭头704所示的。
图8a示出了在线性调制范围700中DC/AC变换器的操作。在这种操作模式中，电压参考向量可以接触由以αβ表示的开关状态向量到跨越的六边形800，但不会达到超过六边形。线路侧变换器仅使用90.7%的DC链路电压。图8b示出了对应于图8a中所示的参考向量的变换器的开关的操作时间。这取决于变换器的调制策略。在图8b中，t0+t1+t2=Ts/2，其中，开关时间t0、t1和t2是分别切换开关向量的导通持续时间，Ts是开关周期。基于图8a中的参考向量的位置按照方程[0]来计算导通时间。
t 1 = 2 3 π | u * | T s Sin ( π 3 - 0 )
t 2 = 2 3 π | u * | T s Sin ( θ ) - - - ( 0 )
t0=Ts-t1-t2图9示出了在过调制范围中DC/AC变换器的操作。电压参考向量部分达到超过由以αβ表示的开关状态向量到跨越的六边形800。根据电压参考向量或调制指数，存在两种过调制模式：模式I（0.907≤mi＜miOVM）和模式II（miOVM≤mi＜1）。miOVM的值取决于过调制策略，通常位于0.905-0.955之间。在这两个过调制模式中使用的切换策略由于过调制范围的非线性而不同。在过调制范围的模式I中，方程（0）仍然有效，但增大了参考电压向量的大小，以便在保持角度相同的同时获得所需的电压。因此，修改的参考电压向量以均匀角速度旋转。随着参考电压向量的大小增大到过调制模式I中，参考电压向量对于一部分基本周期位于六边形以外，而对于周期其余部分保留在六边形内，参见图9中的虚线901。修改的电压向量up的基础分量应等于实际参考向量u*，其中实际参考电压仅具有基础分量。如果使用这种技术来执行调制，产生的电压是失真的，并按照修改的参考电压向量up，参见图9中的粗黑线902。当修改的参考电压向量沿六边形以均匀角速度行进时，过调制模式I获得其最大电压。为了进一步增大调制指数，改变修改的参考向量的角度，因此，其角速度变得不均匀。在模式I结束时，参考电压的实部分量从正弦曲线变为分段线性波形。在这个阶段之后，参考电压的基础分量中的任何进一步的增大都只有在电压时间曲线下的面积增大的情况下才是可能的。根据PWM的基本原理，尝试为参考和切换状态电压向量都获得相等的电压-时间面积。为了为切换状态向量获得大电压-时间面积，持续特定持续时间保持一个有功切换状态向量。可以在[i]-[iii]中参考与过调制范围的两种模式和六阶梯波操作的细节。
图10a到10d示出了在各种调制指数在1.5kHz的切换频率对于给定负载的线性和过调制范围中的示例性变换器输出相电压和电流波形。这些波形取自文献[iii]-[iv]。图10a示出了对应于线性操作模式在0.906调制指数处的变换器输出相电压和电流波形。图10b示出了对应于过调制模式I在0.94调制指数处的变换器输出相电压和电流波形。图10c示出了对应于过调制模式II在0.985调制指数处的变换器输出相电压和电流波形。图10d示出了对应于六阶梯波操作在1.0调制指数处的变换器输出相电压和电流波形。如图10a到图10d的电流和电压波形所示，低次谐波随着调制指数的增大而增大，并在六阶梯波操作为最大。
图11示出了在旋转或dq坐标系中控制线路侧变换器的系统1100。系统1100包括第一减法单元1102、第二减法单元1104、电流控制单元1106、加法单元1112、变换单元1108和脉宽调制（PWM）单元1110。第一减法单元1102确定有功电网电流分量iq与有功电网电流分量参考i* q之间的差。第二减法单元1104确定无功电网电流分量id与无功电网电流分量参考i* d之间的差。将如此确定的差提供给电流控制单元1106。电流控制单元在此是传统的基于PI的控制。然而，电流控制的其他实现方式也是可能的。电流控制单元1106基于所提供的差来确定dq坐标系中的电压upi。将upi添加到前馈电压uff和交叉耦合电压ucc，生成dq坐标系中的线路侧变换器参考电压udq。前馈电压uff实质上是dq坐标系中的电网电压，它是从1122获得并可以作为ugdq[ugd,ugq]给出。从1122给出电网电压的大小为|ug|。将电压udq提供给变换单元1108，它使用电网电压角度γg将变换器参考电压udq从dq坐标系换算到αβ坐标系，从而获得αβ坐标系中的变换器参考电压电网电压角度γg通常对应于正序电压角度，通过锁相环（PLL）1122获得。将变换器参考电压提供给脉宽调制器单元1110，其将变换器参考电压变换为相应的PWM（脉冲宽度调制）信号，将所述PWM信号提供给线路侧变换器206。线路侧变换器206根据变换器参考电压生成输出电压。结果，流过电力线215的有功变换器电流和无功变换器电流分别对应于有功变换器电流参考和无功变换器电流参考。
以粗线示出了图11中的电源电路，其包括线路侧变换器1114、电网扼流圈xs1116和电网变压器1118。电源电路还包括多个电流传感器1120。还有电压传感器。通常估计变换器输出电压。通常测量变换器电流电网电流和电网电压。电网电压用作锁相环（PLL）1122的输入，以确定电网电压角速度(ωg)、电网电压角度(γg)和电网电压大小(|ug|)，因为电网电压大小(|ug|)包括d和q轴正序电压ugd和ugq。这同样适用于负序电压。
通常由DC链路电压控制器（未示出）产生有功电流参考，其与来自电网的有功功率要求以及风力的可用性有关。有功电流参考还受到电网和变换器操作条件的影响。例如，有时不允许将全部发电机有功功率都传输到电网中，当这发生时，减小并将一些有功功率引向DC链路电阻器（图2中的212）来耗散掉。无功电流参考通常与电网中的无功功率要求相关。通常，由无功功率控制来生成。
图12a示出了在健康电网条件下电流参考的生成。到电流参考生成块的主要输入是有功功率参考(p*)、无功功率参考(q*)、电网电压和电网电流
如前面所提及的，在健康/正常电网条件下，通过图12a来确定电流参考。为图11所述的电流控制提供这些电流参考和。然而，在诸如过电压条件的异常电网条件下，需要修改电流参考以支持电网。这是因为在过电压条件期间，图11所示的控制系统1100操作于过调制范围中，并且引入了低次谐波，这不能由控制系统1100正确地处理。
电流参考修改取决于情况。在图3中的轻微过电压条件下，线路侧变换器仅操作于线性调制区中。在图4中的情况下，其对应于线性调制区的末端，吸收可能的最大无功功率以处理过电压。在此条件下，假定来自发电机的所有有功功率都前往DC链路电阻器。因此，有功电流参考将基本上为零，无功电流参考基本上等于变换器额定电流。
为了处理较高的电网电压，线路侧变换器可以操作于过调制范围中。根据实施例，为了在过调制范围中操作，可以采用以下策略来修改用于电流控制的电流参考。参考图2和3，可以获得电压方程：
u c → = u g → + u x → - - - ( 1 )
通常，由于功率变换器的高频切换，是估计的，而不是测量的。此外，在过调制范围中，包含低次谐波。不管线性或是过调制范围，可以如前解释的给出为。方程(1)可以近似为，
u 1 * → = u g → + u x → - - - ( 2 )
其中，是从变换器控制块到PWM块的电压参考，参见图11。使用(2)，可以使用以下方程获得电压降
u x → = i c * → · x s = u 1 * → - u g → - - - ( 3 )
因此，可以使用以下方程获得电流参考。
i c * → = u 1 * → - u g → x s - - - ( 4 )
电压位于过调制范围中的0.5772Vdc与0.6364Vdc之间。
参考图4，电流在线性调制的末端到过调制范围基本上是无功的。可以将αβ坐标系中的电流参考通过电网电压角度γg变换到dq坐标系。随后，滤除并限流dq电流分量，以获得修改的电流参考和。图12b中的电流限制和按照以下方程取决于变换器额定电流：
( i d lim ) 2 + ( i q lim ) 2 = ( k + i c rated ) 2 - - - ( 5 )
其中，是变换器的标称额定电流，k是“短时变换器电流过载因子”，其允许变换器持续短时间在大于额定电流下操作。因子k取决于给定变换器硬件额定值和操作持续时间，例如对于短时过载的给定变换器，k可以在范围1.0-1.2中。给予无功电流比有功电流更高的优先级，以便提供更好的电网支持。因此，会存在和的情形。注意，变换器通常操作于额定电流或更低电流。如果变换器电流超过电流限制，变换器监控就会使变换器系统跳闸。因此，为了持续短时间在过载条件下操作变换器，需要放宽变换器监控限制。
在图12b中，除了和，存在两个到电流修改块的输入：(1)电网电压角度γg和(2)电网电流注入参考。基于从PLL获得电网电压角度γg，并用于dq/αβ变换，或反之亦然。电网电流注入参考可以由一些电网导则或风力风电场操作者针对过电压条件来规定。在此情形下，可以部分或全部取决于。然而，如果没有此类要求，电流就由以上给出的方法来确定。如有需要，到电流参考修改块的其他输入可以是测量的电流信号和。诸如xs的变换器系统/硬件参数也可以提供给“电流参考修改”块。
因此，变换器控制系统连续监控电网电压。如果电网电压处于标称范围中，就如图2所述的决定电流参考。在过电压事件的情况下，如果过电压的大小不是很高，那么就可以基于图3或4决定电流参考。然而，如果不能通过图4中所述的策略来处理过电压，那么变换器就操作于过调制范围中，并如图12b中所述的修改电流参考。
图13示出了根据本发明的一个实施例的控制系统1300。控制系统1300包括线路电流信号生成单元1302，被配置成确定线路侧电流信号，其表示出现在通过电力部件连接到电网变压器218的输入端的线路侧变换器206的输出端子的线路电流；谐波电流信号估计单元1304，被配置成估计谐波电流信号，其表示线路电流的谐波电流分量；在此描述估计谐波电流信号的基本原理。参考图7，在0.907的调制指数后，线路侧变换器206操作于过调制范围中，直到对应于在两个方形之间的区域的六阶梯波操作。存在许多在过调制范围中操作变换器的方法，诸如在[i]-[iii]中所述的。如前面所提及的，当我们在过调制范围中操作变换器时，产生低次谐波。这些谐波的大小在方法之间有所不同。然而，对于给定过调制技术，可以容易地确定对于基础电压参考的谐波成分。谐波电流信号估计单元1304使用的电力部件模型1306表示在线路侧变换器206与电网变压器218之间的等效电路阻抗模型，电网变压器218主要包括电网扼流圈1308和诸如电容器的电网滤波器组件。如有需要，可以对这个模型进行必要的简化。
在知道和电力部件模型1306的情况下，可以容易地估计谐波电流变换器输出电流包含两种主要分量，即实际基础电流分量和实际谐波电流分量。理想地，估计的谐波电流等于实际谐波电流。在线性操作模式中，二者都将为零，在过调制范围中，它们将基本上相等，即≈。减法单元1310被配置成从线路电流信号减去谐波电流分量信号，以获得无谐波电流的线路电流信号，其基本上等于基频处的实际线路电流线路电流误差确定单元1312被配置成确定无谐波电流的线路电流信号与以上参考图12b所述而确定的线路电流参考之间的线路电流误差；其中，电流控制单元1314被配置成基于确定的线路电流误差借助PWM调制器1316来控制线路侧变换器206，以便线路电流误差被部分或全部补偿。控制器，即，电流控制单元1314，为变换器产生电压参考信号，其最终馈送至PWM调制器中，以为电源转换器产生PWM信号。
类似于以上参考图11解释的控制系统1100，控制系统1300包括PLL1318，用以确定电网电压角速度(ωg)、电网电压角度(γg)和电网电压大小(|ug|)。
图13中所示的控制系统1300是静止坐标系中的实现方式。也可以在旋转坐标系中实现控制系统1300。图14和15示出了在旋转/dq坐标系中的示例性实现方式。
图14示出了根据实施例的控制系统1400。
类似于控制系统1300，控制系统1400包括谐波电流信号估计单元1418，被配置成估计谐波电流信号，由第一减法单元1420将其从线路电流信号中减去，以获得无谐波电流的线路电流信号
在图14所示的控制系统1400中，分别由第一变换单元1402和第二变换单元1404分别通过αβ→dq转换，将电流信号和变换为dq参考，即和。通过锁相环（PLL）1406获得的电网电压角度γg用于这个转换。由第二减法单元1408确定的与的差用于获得电流误差，将其馈送至电流控制器1410（例如，PI控制器）。电流控制器1410的输出是dq坐标系中的变换器电压参考，它由第三变换单元1412通过αβ→dq转换而变换为αβ坐标系中的电压。αβ坐标系中的电压用于借助PWM调制器1416来控制线路侧变换器206。
图15示出了根据实施例的控制系统1500。
类似于控制系统1400，控制系统1500包括谐波电流信号估计单元1518，被配置成估计谐波电流信号，由第一减法单元1520将谐波电流信号从线路电流信号中减去，以获得无谐波电流的线路电流信号
由第一变换单元1504将第二减法单元1502确定的与的差变换到dq坐标系。通过锁相环（PLL）1506获得电网电压角度γg被用于这个转换。
将变换结果馈送至电流控制器1508。电流控制器1508的输出是dq坐标系中的变换器电压参考，它由第二变换单元1510通过dq→αβ转换而变换为αβ坐标系中的电压。αβ坐标系中的电压用于借助PWM调制器1512来控制线路侧变换器206。
尽管已经参考特定实施例具体示出和描述了本发明，但本领域技术人员应理解，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，可以对形式和细节做出许多改变。本发明的范围因此由所附权利要求书来指明，因此旨在包含在权利要求书的意义和等价范围内的所有改变。
在以上说明中引用了以下出版物：
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[iii]A.Tripathi,A.Khambadkone,andS.Panda,"Directmethodofovermodulationwithintegratedclosedloopstatorfluxvectorcontrol,"IEEETransactionsonPowerElectronics,vol.20,pp.1161-1168,Sept.2005.
[iv]A.Tripathi,A.M.Khambadkone,andS.K.Panda,"Statorfluxbasedspacevectormodulationandclosedloopcontrolofthestatorfluxvectorinovermodulationintosix-stepmode,"IEEETransactiononPowerElectronics,vol.19,pp.775-782,May2004".

Claims (15)

1.一种操作风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括发电机、连接到所述发电机的发电机侧变换器、通过电力部件连接到电网的线路侧变换器、以及连接在所述发电机侧变换器与所述线路侧变换器之间的DC链路，所述方法包括：
-针对过电压事件监控所述电网上的电网电压，
-如果检测到过电压事件，则在调制指数0.907≤mi＜1.0的过调制范围中操作所述线路侧变换器，其中在所述过调制范围中操作所述线路侧变换器的时间是所述过电压事件的持续时间的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，在所述过调制范围期间，在线性调制范围的上端与六阶梯波操作之间延伸的非线性区域中操作所述线路侧变换器。
3.根据权利要求2所述的方法，
其中，在所述过调制范围中，通过线路侧变换器控制来利用大于90％且小于100％的可用DC链路电压。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，
其中，对过调制范围中用于电流控制的电流参考信号进行修改，以基于以下各项中的至少一项来生成线路电流参考信号：电网电压、变换器参考电压向量、电网电流注入要求、有功功率要求和无功功率要求。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，
其中，在所述过调制范围期间，使用基于向量的控制来操作所述线路侧变换器。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，使用补偿PI电流控制来操作所述线路侧变换器。
7.根据权利要求6所述的方法，
进一步包括：
获得线路侧电流信号，其表示出现在通过电力部件连接到电网变压器的线路侧变换器的输出端子处的线路电流；
估计谐波电流分量信号，其表示存在于所述线路电流中的谐波电流分量；
从所获得的线路电流信号中减去所估计的谐波电流分量信号，以找到基本上没有所述谐波电流分量的第二线路电流信号；
确定在所述第二线路电流信号与线路电流参考信号之间的线路电流误差，所述线路电流参考信号是依赖于所检测到的所述过电压事件而生成的；
基于所确定的线路电流误差，控制所述线路侧变换器，使得所述线路电流误差被部分或完全补偿。
8.一种操作风力涡轮机的系统，所述风力涡轮机包括发电机、连接到所述发电机的发电机侧变换器、通过电力部件连接到电网的线路侧变换器、以及连接在所述发电机侧变换器与所述线路侧变换器之间的DC链路，所述系统包括：
-监控单元，其被配置成针对过电压事件监控所述电网上的电网电压；
-控制单元，其连接到所述监控单元并且被配置成如果检测到过电压事件，则在调制指数0.907≤mi＜1.0的过调制范围中控制所述线路侧变换器的操作，其中在所述过调制范围中所述线路侧变换器的操作时间是所述过电压事件的持续时间的至少一部分。
9.根据权利要求8所述的系统，
其中，所述控制单元被配置成在所述过调制范围期间，控制所述线路侧变换器在线性操作范围的上端与六阶梯波操作之间延伸的非线性操作范围中操作。
10.根据权利要求9所述的系统，
其中，所述控制单元被配置成在所述过调制范围中控制所述线路侧变换器，使得通过线路侧变换器控制来利用大于90％且小于100％的可用DC链路电压。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的系统，
进一步包括修改单元，其被配置成修改电流参考信号，以基于以下各项中的至少一项来生成线路电流参考信号：电网过电压、电网电流、有功功率要求和无功功率要求。
12.根据权利要求8至10中的任一项所述的系统，
其中，所述控制单元被配置成在所述过调制范围期间使用基于向量的控制来控制所述线路侧变换器。
13.根据权利要求8至10中的任一项所述的系统，
其中，所述控制单元被配置成在所述过调制范围期间使用补偿PI电流控制来控制所述线路侧变换器。
14.根据权利要求13所述的系统，
其中，所述控制单元包括：
线路电流信号获得单元，其被配置成获得线路电流信号，所述线路电流信号表示出现在通过电力部件连接到电网变压器的线路侧变换器的输出端子处的线路电流；
谐波电流分量信号估计单元，其被配置成估计谐波电流分量信号，所述谐波电流分量信号表示存在于所述线路电流中的谐波电流分量；
减法单元，其被配置成从所获得的线路电流信号中减去所估计的谐波电流分量信号，以找到基本上没有所述谐波电流分量的第二线路电流信号；
线路电流误差确定单元，其被配置成确定所述第二线路电流信号与线路电流参考信号之间的线路电流误差，所述线路电流参考信号是依赖于所检测到的过电压而生成的；
其中，所述控制单元被配置成基于所确定的线路电流误差来控制所述线路侧变换器，使得所述线路电流误差被部分或全部补偿。
15.一种风力涡轮机，其包括根据权利要求8至14中的任一项所述的系统。
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