CN103683318B - 响应于高压电网事件控制双馈感应发电机的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及响应于高压电网事件控制双馈感应发电机的系统和方法。一方面，提供一种用于在高压电网事件期间控制双馈感应发电机(DFIG)的方法。该方法包括，通过控制器将转子电流调整器的闭环部分的输出设置成固定值，使得预测前馈路径设置DFIG的内部电压；以及通过控制器检测dc链路上的高dc电压状况或预测dc链路上的高dc电压的状况，以及进行响应而使产生转子扭矩的电流命令减小到大约零，其中，DC链路连接被连接到系统总线的线路侧转换器和被连接到DFIG的转子的转子侧转换器。

Description

响应于高压电网事件控制双馈感应发电机的系统和方法

技术领域

本主题大体涉及电机，并且更特别地，涉及用于响应于高压电网事件来控制双馈感应发电机(DFIG)的系统和方法。

背景技术

一般而言，风力涡轮发电机包括涡轮，涡轮具有转子，转子包括具有多个叶片的可旋转轮毂组装件。叶片将机械风能转变成机械旋转扭矩，机械旋转扭矩通过转子来驱动一个或多个发电机。发电机一般但不总是通过齿轮箱旋转地耦合到转子上。齿轮箱提高转子的本来低的旋转速度，以使发电机将旋转机械能高效地转换成电能，电能通过至少一个电接而馈送到公用电网。还存在无齿轮直驱风力涡轮发电机。转子、发电机、齿轮箱和其它组件典型地安装在壳体或机舱内，壳体或机舱定位在基部的顶上，基部可为桁架或管状塔架。在一些情形中，在地理上定位成较接近的一个或多个风力涡轮可形成风电场或风场。

一些风力涡轮发电机配置包括双馈感应发电机(DFIG)。这样的配置还可包括功率转换器，功率转换器用来将发电机激励功率从连接到公用电网连接的连接中的一个传输到绕线发电机转子。此外，这样的转换器以及DFIG也在公用电网和发电机之间传输电功率，以及将发电机激励功率从连接到公用电网连接的连接中的一个传输到绕线发电机转子。在风力涡轮中使用DFIG，以容许以最小功率—电子额定功率进行变速操作。这些机器在低功率下以低于同步(亚同步)的速度操作，以及在高功率下以高于同步(超同步)的速度操作。这些风力涡轮连接到电力网，从而常常与同一电集电器系统上的许多其它涡轮并行操作。电力网可具有许多类型的干扰，一些干扰会在电网和风力涡轮电系统上引起高压状况。这些干扰可包括：(1)远程事件，其可导致整个高压电网上的电压升高得远高于正常，逐渐降低回正常；(2)局部电网故障，其导致风力涡轮处的电压下降，然后突然去除有故障的电路元件。突然去除可导致风电场中的电压过冲，直到风力涡轮对新的电网状况作出反应，并且重新获得控制，以使涡轮回到正常操作，进入在故障清除之后仍保留的电网的部分；或(3)局部电网故障，在清除之后，局部电网故障使风厂不再与电网连接，但风力涡轮仍然连接到风厂的电缆和线路，以及可能连接到传输电网的一部分。这可认为是风电场的“孤岛”状况，其特征在于电压和频率有潜在地相当大的偏差。这个状况不应与用语“孤岛”的其它用法混淆，其中意于保证维护人员的安全。

各个上面描述的事件都会对风力涡轮电系统造成潜在损害，因为那个系统内的高压超过装备容量。合乎需要的是，当电网在电网故障清除之后仍然部分地完好时，风力涡轮穿越电网事件，低电压和高压两者。当电网在故障清除之后变成断开电路，则合乎需要的是，风力涡轮在无损害的情况下继续操作，以及最终由于无法传送功率而被关闭。在后一种情况下，当涡轮是连接到传输电网上的风电场的一部分时，通常对关闭没有时间要求。对于分配应用，当地法规和规章可能要求在规定时间内关闭，典型地几秒钟。

因此，响应于与一个或多个DFIG连接的电系统上的高压电网事件的改进的系统和/或方法在本领域中将是受欢迎的。

发明内容

一方面，提供一种用于响应于高压电网事件而控制双馈感应发电机(DFIG)的方法。该方法包括，通过控制器将转子电流调整器的闭环部分的输出设置成固定值，使得预测前馈路径设置DFIG的内部电压；以及通过控制器检测dc链路上的高dc电压状况或预测dc链路上的高dc电压的状况，以及进行响应而使产生转子扭矩的电流命令减小到大约零，其中，dc链路连接被连接到系统总线的线路侧转换器和被连接到DFIG的转子的转子侧转换器

另一方面，提供一种用于响应于高压电网事件而控制双馈感应发电机(DFIG)的系统。该系统包括：控制器，其中，控制器配置成检测高电网电压状况；连接到系统总线的线路侧转换器；以及连接到DFIG的转子的转子侧转换器，其中，线路侧转换器和转子侧转换器由直流(dc)链路连接，其中，线路侧转换器和转子侧转换器与控制器通信地耦合，控制器进一步包括转子电流调整器，其中，响应于检测的高电网电压状况，将转子电流调整器的闭环部分的输出设置成固定值，使得预测前馈路径响应于检测的高电网电压状况而设置DFIG的内部电压，控制器进一步配置成：检测dc链路上的高dc电压状况或预测dc链路上的高dc电压的状况，以及进行响应而使产生转子扭矩的电流命令减小到大约零。

又一方面，提供一种用于响应于高压电网事件而控制双馈感应发电机(DFIG)的系统。该系统包括：连接到交流(ac)电功率系统的一个或多个双馈感应发电机(DFIG)，其中，ac电功率系统配置成将电功率的至少一个相传输到一个或多个DFIG，或者接收来自一个或多个DFIG的电功率的至少一个相；以及控制系统，其中，控制系统电耦合到ac电功率系统的至少一部分，而控制系统的至少一部分以电子数据通信的方式与一个或多个DFIG的至少一部分耦合，以及其中，控制系统包括控制器，并且控制器配置成：检测ac电功率系统上的电网故障，其中，控制器配置成检测ac电系统上的电网故障包括，控制器配置成检测电网故障是否包括高压电网事件；响应于检测的高压电网事件，控制器进一步配置成：将转子电流调整器的闭环部分的输出设置成固定值，使得预测前馈路径设置DFIG的内部电压；检测dc链路上的高dc电压状况或预测dc链路上的高dc电压的状况，以及进行响应而使产生转子扭矩的电流命令减小到大约零，其中，dc链路连接被连接到系统总线的线路侧转换器和被连接到DFIG的转子的转子侧转换器；以及降低DFIG上的内部电压的幅度。

又一方面，描述一种用于在由于发生了与双馈感应发电机(DFIG)关联的某些异常状况而关闭系统时控制风力涡轮电组件的方法。该方法包括，通过控制器发布用以断开风力涡轮断路器的命令。这个命令发布一旦发生需要关闭的异常状况就断开风力涡轮断路器的命令。方法进一步包括：在发布断开风力涡轮断路器的命令的期间和之后，继续选通电子开关，电子开关包括线路转换器和转子转换器；以及当确定风力涡轮断路器已经断开时，停止选通电子开关，电子开关包括线路转换器和转子转换器。

提供一种用于响应于高压电网事件而控制双馈感应发电机(DFIG)的方法，所述方法包括：

通过控制器将转子电流调整器的闭环部分的输出设置成固定值，使得预测前馈路径设置所述DFIG的内部电压；以及

通过所述控制器检测dc链路上的高dc电压状况或预测所述dc链路上的高dc电压的状况，以及进行响应而使产生转子扭矩的电流命令减小到大约零，其中，所述dc链路连接被连接到系统总线的线路侧转换器和被连接到所述DFIG的转子的转子侧转换器。

优选的，所述方法进一步包括通过所述控制器确定所述高压电网事件不是穿越事件，以及通过所述控制器发布跳闸命令，系统断路器以使所述DFIG、线路侧转换器和转子侧转换器从所述电网脱开。

优选的，所述方法进一步包括使所述产生扭矩的电流命令改变到马达回转方向，以便至少从所述DFIG、dc链路、转子转换器和所述线路转换器去除能量。

优选的，其中，通过所述控制器将所述转子电流调整器的所述闭环部分的所述输出设置成固定值，使得预测前馈路径设置所述DFIG的内部电压包括，将所述转子电流调整器的所述闭环部分的所述输出设置成零。

优选的，其中，通过所述控制器检测所述dc链路上的所述高dc电压状况或预测所述dc链路上的所述高dc电压状况的所述状况，以及进行响应而使所述产生转子扭矩的电流命令减小到大约零包括，所述控制器在正常逻辑流之后越过转子电流命令，使用现有控制结构，以及减小转子扭矩命令，或它们两者的组合。

优选的，所述方法进一步包括：

通过所述控制器降低所述DFIG上的所述内部电压的幅度；

通过所述控制器降低所述线路转换器上的转换器电压的幅度；以及

通过所述控制器禁止所述转子的消弧动作。

优选的，其中，通过所述控制器降低所述发电机上的所述内部电压的所述幅度包括使产生转子通量的电流命令移动到欠激励区。

优选的，其中，所述预测前馈路径用来以能够阻止过流阻断的方式设置所述产生转子通量的电流命令。

优选的，其中，通过所述控制器降低所述线路转换器上的转换器电压的所述幅度包括移动产生线路转换器通量的电流命令，同时限制所述命令，使得过流阻断不发生。

提供一种用于响应于高压电网事件而控制双馈感应发电机(DFIG)的系统，所述系统包括：

控制器，其中，所述控制器配置成检测高电网电压状况；

连接到系统总线的线路侧转换器；以及

连接到所述DFIG的转子的转子侧转换器，其中，所述线路侧转换器和所述转子侧转换器由直流(dc)链路连接，其中，所述线路侧转换器和所述转子侧转换器与所述控制器通信地耦合，

所述控制器进一步包括转子电流调整器，其中，响应于检测的高电网电压状况，而将所述转子电流调整器的闭环部分的输出设置成固定值，使得预测前馈路径响应于所述检测的高电网电压状况而设置所述DFIG的内部电压，所述控制器进一步配置成：

检测所述dc链路上的高dc电压状况，或预测所述dc链路上的高dc电压的状况，以及进行响应而使产生转子扭矩的电流命令减小到大约零。

优选的，其中，所述控制器进一步配置成确定所述高压电网事件不是穿越事件，以及对系统断路器发布跳闸命令，以使所述DFIG、线路侧转换器和转子侧转换器从所述电网脱开。

优选的，所述系统进一步包括使产生所述扭矩的电流命令改变到马达回转方向，以便至少从所述DFIG、dc链路、转子转换器和所述线路转换器去除能量。

优选的，其中，将所述转子电流调整器的所述闭环部分的所述输出设置成零。

优选的，其中，所述控制器配置成检测所述dc链路上的高dc电压状况，或预测所述dc链路上的所述高dc电压状况的状况，以及进行响应而使所述产生转子扭矩的电流命令减小到大约零包括，在正常逻辑流之后越过转子电流命令，使用现有控制结构，以及减小转子扭矩命令，或它们两者的组合。

优选的，其中，所述控制器进一步配置成：

降低所述DFIG上的所述内部电压的幅度；

降低所述线路转换器上的转换器电压的幅度；以及

禁止所述转子的消弧动作。

优选的，其中，所述控制器配置成降低所述发电机上的所述内部电压的所述幅度包括，使产生转子通量的电流命令移动到欠激励区。

优选的，其中，所述预测前馈路径用来以能够阻止过流阻断的方式设置所述产生转子通量的电流命令。

优选的，其中，所述控制器配置成降低所述线路转换器上的转换器电压的所述幅度包括，移动产生线路转换器通量的电流命令，同时限制所述命令，使得过流阻断不发生。

提供一种用于响应于高压电网事件而控制双馈感应发电机(DFIG)的系统，所述系统包括：

连接到交流(ac)电功率系统的一个或多个双馈感应发电机(DFIG)，其中，所述ac电功率系统配置成将电功率的至少一个相传输到所述一个或多个DFIG，或者接收来自所述一个或多个DFIG的电功率的至少一个相；以及

控制系统，其中，所述控制系统电耦合到所述ac电功率系统的至少一部分，而所述控制系统的至少一部分以电子数据通信的方式与所述一个或多个DFIG的至少一部分耦合，以及其中，所述控制系统包括控制器，并且所述控制器配置成：

检测所述ac电功率系统上的电网故障，其中，所述控制器配置成检测所述ac电系统上的所述电网故障包括，所述控制器配置成检测所述电网故障是否包括高压电网事件；

响应于检测的高压电网事件，所述控制器进一步配置成：

将转子电流调整器的闭环部分的输出设置成固定值，使得预测前馈路径设置所述DFIG的内部电压；

检测dc链路上的高dc电压状况或预测所述dc链路上的高dc电压的状况，以及进行响应而使产生转子扭矩的电流命令减小到大约零，其中，所述dc链路连接被连接到系统总线的线路侧转换器和被连接到所述DFIG的转子的转子侧转换器；

降低所述DFIG上的所述内部电压的幅度；以及

降低所述线路转换器上的转换器电压的幅度。

优选的，所述系统进一步包括，通过所述控制器确定所述高压电网事件不是穿越事件，并且所述控制器：

禁止所述转子的消弧动作；

对系统断路器发布跳闸命令，以使所述DFIG、线路侧转换器和转子侧转换器从所述电网脱开；以及

使所述产生扭矩的电流命令改变到马达回转方向，以便至少从所述DFIG、dc链路、转子转换器和所述线路转换器去除能量。

提供一种方法，用于在断开与双馈感应发电机(DFIG)关联的系统断路器时控制风力涡轮电组件，所述方法包括：

通过控制器发布用于断开风力涡轮断路器的命令；

在发布用于断开所述风力涡轮断路器的所述命令的期间和之后，继续选通电子开关，所述电子开关包括线路转换器和转子转换器；以及

当确定所述风力涡轮断路器已经断开时，停止选通所述电子开关，所述电子开关包括所述线路转换器和所述转子转换器。

参照以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面与优点将变得更好理解。结合在本说明书中且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用来阐明本发明的原理。

附图说明

针对本领域普通技术人员，在说明书中阐述了本发明的实施例的完整和能够实施的公开，包括本发明的最佳模式，说明书参照了附图，其中：

图1是示例性风力涡轮发电机的示意图；

图2是可用于图1中显示的风力涡轮发电机的示例性电和控制系统的示意图；

图3A示出风电场中的风力涡轮的正常操作状况；

图3B示出这样的状况：当远程断路器断开，从而使风电场处于孤岛状况，并且通往电网的功率流在转子扭矩和速度保持与孤岛之前的状况相同的情况下突然中断时；

图4示出根据本主题的各方面的、可包括在控制器的实施例，或接收指示高压电网事件的信号的任何其它计算装置内的适当的组件的一个实施例的框图；

图5A是显示产生转子电流的命令的功能的转子控制的主要元件的控制图；

图5B是用于确定电网电压的正序电压相量的频率和幅度的控制图；

图5C是显示实施转子电流的命令的功能的控制图；

图6A是示出在高压电网事件期间控制双馈感应发电机(DFIG)的方法的实施例的流程图；

图6B是示出在高压电网事件期间控制双馈感应发电机(DFIG)的方法的另一个实施例的流程图；以及

图7是示出用于在检测到需要关闭的状况之后，在断开与DFIG相关联的系统断路器时，控制风力涡轮电组件的方法的实施例的流程图。

部件列表

58、60换能器

62一个或多个处理器

64其存储器

66通信模块

68传感器接口

100风力涡轮发电机

102机舱

104塔架

106转子

108转子叶片

110轮毂

112低速轴

114加速齿轮箱

116高速轴

118发电机

120发电机定子

122发电机转子

124低速侧

200电和控制系统

202控制器

204发电机转子转速计

206定子同步开关

208定子总线

210双向功率转换组装件

212转子总线

214主变压器断路器

216系统总线

218转子滤波器

220转子侧双向功率转换器

222线路侧双向功率转换器

224线路滤波器

226线路接触器

228转换断路器

230转换断路器总线

232连接总线

234电功率主变压器

236发电机侧总线

238电网断路器

240断路器侧总线

242电网总线

244单个直流(DC)链路

246正轨

248负轨

250电容器

252多个电压换能器

254、256和258电管道

300风电场电系统

302一个功率流(PStator)

304其它功率流(PRotor)

306总和(PGrid)

308功率(PLine)

310电容

312线路电抗器

314其它风力涡轮

502相电压Vg_ab_Fbk

504相电压Vg_bc_Fbk

506矢量计算

508正序电压相量的频率(Freq_grid_fbk的矢量计算。

510正序电压相量的幅度(Vmag_grid_fbk)的矢量计算。

512定子电流(S_Ix_Cmd)

514风力涡轮中的较高水平的控制功能所命令的扭矩(Trq_Cmd)

516产生通量(例如y轴)的定子电流(S_Iy_Cmd)

518风力涡轮中的较高水平的控制功能所命令的无功电流(Vmag_grid_cmd)

520发电机的电路模型

522产生期望定子-电流(S_Ix_Cmd 512，S_Iy_Cmd 516)所需的转子-电流命令(R_Ix_Cmd)

524产生期望定子-电流(S_Ix_Cmd 512，S_Iy_Cmd 516)所需的转子-电流命令(R_Iy_Cmd)

526扭矩电流计算模块

528AC电压调整器

530转子-电压“前馈”命令

532闭环电流调整器

534转子速率反馈(R_Spd_fbk)

536转子电流反馈(x和y)(R_I_fbk)

538期望转子-电流(R_Ix_Cmd 522，R_Iy_Cmd 524，显示为R_I_cmd)

540电压命令

542电压命令

544转子前馈计算模块。

具体实施方式

在公开和描述本方法和系统之前，要理解的是，方法和系统不限于特定的综合方法、特定组件或特定组合。还要理解的是，本文使用的术语仅是为了描述特定实施例，而不意于限制。

如在说明书和所附权利要求中使用的那样，单数形式“一（a）”、“一（an）”和“该”包括复数个所指对象，除非上下文另有明确的规定。范围在本文中可表达成从“大约”一个特定值，和/或到“大约”另一个特定值。在表达这种范围时，另一个实施例包括从一个特定值和/或到其它特定值。类似地，当值通过在前面使用“大约”表达成近似值时，将理解的是，特定值形成另一个实施例。将进一步理解的是，各个范围的端点在相对于其它端点和独立于其它端点这两方面都是重要的。

“可选的”或“可选地”表示随后描述的事件或情形可发生或可不发生，而且该描述包括所述事件或情景发生的情形和它不发生的情形。

在此说明书的整个描述和权利要求中，词“包括（comprise）”及其变型(诸如“包括（comprising）和包括（comprises）”)表示“包含但不限于”，而且不意于排除例如其它添加物、组件、整数或步骤。“示例性”表示“…的示例”，而且不意于传达优选实施或理想实施例的指示。不是在约束性意义上使用“诸如”，而是为了说明目的。

公开了可用来执行公开的方法和系统的组件。在本文中公开了这些和其它组件，而且要理解的是，当公开这些组件的组合、子集、交互、组等时，虽然可能没有明确地公开特别参照了这些的每一种单独的和共同的组合和排列，但在本文中针对所有方法和系统特别地构想和描述了每一种。这适用于本申请的所有方面，包括(但不限于)公开的方法中的步骤。因而，如果存在可执行的多个额外的步骤，则要理解的是，可用公开的方法的任何特定实施例或实施例的组合来执行这些额外的步骤中的各个。

通过参照优选实施例和包括在其中的示例的以下详细描述，以及图和它们的前面的和下面的描述，可更容易地理解本方法和系统。

本文大体公开一种响应于与一个或多个DFIG连接的电系统上的高压电网事件的系统和方法

图1是示例性风力涡轮发电机100的示意图。风力涡轮100包括容纳发电机(未在图1中显示)的机舱102。机舱102安装在塔架104上(在图1中显示塔架104的一部分)。塔架104可为促进本文描述的风力涡轮100的操作的任何高度。风力涡轮100还包括转子106，转子106包括附连到旋转轮毂110的三个转子叶片108。备选地，风力涡轮100包括促进本文描述的风力涡轮100的操作的任何数量的叶片108。在示例性实施例中，风力涡轮100包括旋转地耦合到转子106和发电机(未在图1中显示)上的齿轮箱(未在图1中显示)。

图2是可用于风力涡轮发电机100(在图1中显示)的示例性电和控制系统200的示意图。转子106包括耦合到旋转轮毂110的多个转子叶片108。转子106还包括可旋转地耦合到轮毂110的低速轴112。低速轴耦合到加速齿轮箱114。齿轮箱114配置成提高低速轴112的旋转速度，以及将那个速度传递给高速轴116。在示例性实施例中，齿轮箱114能具有大约70:1的加速比。例如，耦合到具有大约70:1的加速比的齿轮箱114的、以大约20转每分钟(20)旋转的低速轴112产生大约1400 rpm的高速轴116速度。备选地，齿轮箱114具有促进本文描述的风力涡轮100的操作的任何加速比。而且，备选地，风力涡轮100包括直驱发电机，其中，发电机转子(未在图1中显示)在没有任何居间齿轮箱的情况下旋转地耦合到转子106。

高速轴116可旋转地耦合到发电机118上。在示例性实施例中，发电机118是绕线转子、同步的、60 Hz三相双馈感应发电机(DFIG)，其包括磁耦合到发电机转子122的发电机定子120。备选地，发电机118是促进本文描述的风力涡轮100的操作的、具有任何数量的相的任何发电机。

电和控制系统200包括控制器202。控制器202包括至少一个处理器和存储器、至少一个处理器输入通道、至少一个处理器输出通道，并且可包括至少一个计算机(在图2中没有显示)。如本文所用，术语计算机不限于只是在本领域中被称为计算机的那些集成电路，而是宽泛地指处理器、微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路，以及其它可编程电路(在图2中没有显示)，而且这些术语在本文中可互换地使用。在示例性实施例中，存储器可包括(但不限于)计算机可读介质，诸如随机存取存储器(RAM)(在图2中没有显示)。备选地，也可使用软盘、紧致磁盘-只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字多功能盘(DVD)(在图2中没有显示)。而且，在示例性实施例中，额外的输入通道(未在图2中显示)可为(但不限于)操作者接口相关联的计算机外设，诸如鼠标和键盘(在图2中都没有显示)。备选地，也可使用其它计算机外设，包括例如(但不限于)扫描仪(未在图2中显示)。此外，在示例性实施例中，额外的输出通道可包括(但不限于)操作者接口监测器(未在图2中显示)。

用于控制器202的处理器处理传输自多个电和电子装置的信息，其可包括(但不限于)速度和功率换能器、电流变压器和/或电流换能器、断路器位置指示器、电压互感器和/或电压换能器等。RAM和存储装置存储和传送待由处理器执行的信息和指令。RAM和存储装置也可用来存储临时变量、静态(即，不变的)信息和指令或者其它中间信息，以及在处理器执行指令期间将它们提供给处理器。执行的指令包括(但不限于)常驻转换和/或比较器算法。指令的执行顺序不限于硬件电路和软件指令的任何特定组合。

电和控制系统200还包括以电子数据通信的方式与发电机118和控制器202耦合的发电机转子转速计204。发电机定子120通过定子总线208而电耦合到定子同步开关206。在示例性实施例中，为了促进DFIG配置，发电机转子122通过转子总线212而电耦合到双向功率转换组装件210。备选地，系统200配置为本领域中已知的全功率转换系统(未显示)，其中，在设计和操作上类似于组装件210的全功率转换组装件(未显示)电耦合到定子120，并且这种全功率转换组装件促进在定子120和电功率输配电网(未显示)之间引导电功率。定子总线208从定子120传输出三相功率，而转子总线212则将三相功率从转子122传输到组装件210。定子同步开关206通过系统总线216而电耦合到主变压器断路器214。

组装件210包括通过转子总线212而电耦合到转子122的转子滤波器218。转子滤波器218通过转子滤波器总线219而电耦合到转子侧双向功率转换器220。转换器220电耦合到线路侧双向功率转换器222。转换器220和222是基本相同的。功率转换器222通过线路侧功率转换器总线223和线路总线225而电耦合到线路滤波器224和线路接触器226。在示例性实施例中，转换器220和222配置在三相脉宽调制(PWM)配置中，包括如本领域中已知的那样“激发（fire）”的绝缘栅双极晶体管(IGBT)开关装置(未在图2中显示)。备选地，转换器220和222具有使用促进本文描述的系统200的操作的任何开关装置的任何配置。组装件210以电子数据通信的方式与控制器202耦合，以控制转换器220和222的操作。

线路接触器226通过转换断路器总线230而电耦合到转换断路器228。断路器228也通过系统总线216和连接总线232而电耦合到系统断路器214。系统断路器214通过发电机侧总线236而电耦合到电功率主变压器234。主变压器234通过断路器侧总线240而电耦合到电网断路器238。电网断路器238通过电网总线242而连接到电功率输配电网。

在示例性实施例中，转换器220和222通过单个直流(DC)链路244，以电通信的方式与彼此耦合。备选地，转换器220和222通过单独和独立的DC链路(未在图2中显示)而电耦合。DC链路244包括正轨246、负轨248，以及耦合在它们之间的至少一个电容器250。备选地，电容器250是配置成在轨246和248之间串联或并联的一个或多个电容器。

系统200可进一步包括配置成接收来自多个电压换能器252的多个电压测量信号的锁相回路(PLL)调整器400。在示例性实施例中，三个电压换能器252中的各个都电耦合到总线242的三相中的各个相上。备选地，电压换能器252电耦合到系统总线216。而且，备选地，电压换能器252电耦合到系统200的促进本文描述的系统200的操作的任何部分。PLL调整器400通过多个电管道254、256和258，以电子数据通信的方式与控制器202和电压换能器252耦合。备选地，PLL调整器400配置成接收来自任何数量的电压换能器252的任何数量的电压测量信号，包括(但不限于)，来自一个电压换能器252的一个电压测量信号。控制器202也可接收来自电耦合到系统200的促进本文描述的系统200的操作的任何部分的电流变压器或电流换能器的任何数量的电流反馈，诸如例如，来自定子总线208的定子电流反馈、来自发电机侧总线236的电网电流反馈等。

在操作期间，风撞击叶片108，而叶片108则将机械风能转变成机械旋转扭矩，机械旋转扭矩通过轮毂110旋转地驱动低速轴112。低速轴112驱动齿轮箱114，齿轮箱114随后提高轴112的低旋转速度，以用升高的旋转速度驱动高速轴116。高速轴116旋转地驱动转子122。在转子122内引起旋转磁场，以及在磁耦合到转子122的定子120内引起电压。发电机118将旋转机械能转换成定子120中的正弦三相交流(AC)电能信号。相关联的电功率通过总线208、开关206、总线216、断路器214和总线236而传输到主变压器234。主变压器234提高电功率的电压幅度，而转变的电功率通过总线240、断路器238和总线242进一步传输到电网。

在双馈感应发电机配置中，提供第二电功率传输路径。在绕线转子122内产生三相正弦AC电功率，并且该三相正弦AC电功率通过总线212而传输到组装件210。在组装件210内，电功率传输到转子滤波器218，其中，电功率针对与转换器220相关联的PWM信号的变化率而被修改。转换器220用作整流器，并且将正弦三相AC功率整流成DC功率。DC功率传输到DC链路244中。通过促进减轻与AC整流相关联的DC波纹，电容器250促进减轻DC链路244电压幅度变化。

DC功率随后从DC链路244传输到功率转换器222，其中，转换器222用作配置成将来自DC链路244的DC电功率转换成具有预定电压、电流和频率的三相正弦AC电功率的逆变器。通过控制器202来监测和控制这个转换。转换的AC功率通过总线227和225、线路接触器226、总线230、断路器228和总线232，从转换器222传输到总线216。线路滤波器224补偿或调节从转换器222传输的电功率中的谐波电流。定子同步开关206配置成闭合，使得促进将来自定子120的三相功率与来自组装件210的三相功率连接。

断路器228、214和238配置成例如在电流过大并且可损害系统200的组件时，脱开对应的总线。还提供额外的保护组件，包括线路接触器226，可控制线路接触器226，以通过断开对应于线路总线230的各个线路的开关(未在图2中显示)来形成脱开。

组装件210补偿或调节来自转子122的三相功率的频率，以改变例如轮毂110和叶片108处的风速。因此，照这样，机械和电转子频率去耦，而且基本独立于机械转子速度来促进电定子和转子频率匹配。

在一些状况下，组装件210的双向特性以及尤其是转换器220和222的双向特性促进将产生的电功率中的至少一些反馈到发电机转子122中。更特别地，电功率从总线216传输到总线232，并且随后通过断路器228和总线230进入到组装件210中。在组装件210内，电功率通过线路接触器226和总线225和227而传输到功率转换器222中。转换器222用作整流器，并且将正弦三相AC功率整流成DC功率。DC功率传输到DC链路244中。通过促进减轻有时与三相AC整流相关联的DC波纹，电容器250促进减轻DC链路244电压幅度变化。

DC功率随后从DC链路244传输到功率转换器220，其中，转换器220用作配置成将从链路244传输的DC电功率转换成具有预定电压、电流和频率的三相正弦AC电功率的逆变器。通过控制器202来监测和控制这个转换。通过总线219从转换器220传输到转子滤波器218的转换的AC功率随后通过总线212而传输到转子122。照这样，促进发电机功率控制。

组装件210配置成接收来自控制器202的控制信号。控制信号基于本文描述的风力涡轮100和系统200的感测状况或操作特性，而且用来控制功率转换组装件210的操作。例如，采用发电机转子122的感测速度的形式的转速计204反馈可用来控制对来自转子总线212的输出功率的转换，以保持恰当且平衡的三相功率状况。来自其它传感器的其它反馈也可由系统200用来控制组装件210，包括例如定子和转子总线电压和电流反馈。使用这个反馈信息，以及例如，开关控制信号、定子同步开关控制信号和系统断路器控制(跳闸)信号可以任何已知的方式产生。

功率转换器组装件210和发电机118可容易经受电网电压波动和其它形式的电网故障。发电机118可存储磁能，当发电机终端电压快速下降时，磁能可转换成高电流。那些电流可减少可包括(但不限于)诸如转换器220和222内的IGBT的半导体装置的组装件210的组件的预期寿命。类似地，在孤岛事件期间，发电机118变得与电网脱开。包括电系统200的组件(诸如总线208、216、232、230、236、240)可存储在孤岛事件期间释放的能量。这可在使发电单元118与电网连接的电系统200上引起过电压。过电压可为电系统的测量的电压短期或较长持续时间地增加超过其标称额定值。例如，过电压可为测量的电压超过标称电压的1%、5%、10%、50%、150%或更多，以及在它们之间的任何值。在孤岛事件期间对电系统200提出的另一个挑战是，转换器210和发电机118可经历非常高阻抗的电网，而且很有可能几乎无法输出实际功率。如果涡轮以相当高的功率水平操作，必须消耗那个能量，而且那个能量往往设法回到如下面描述的那样耦合两个转换器220、222的DC链路244中。线路222或转子转换器220的功率半导体(未在图2中显示)可使得在DC链路244中出现这个功率流。对于类似于图2中显示的一个的系统，如本领域中已知的那样，在转子转换器220的终端处使用消弧电路可在许多事件中用来保护功率半导体，但在孤岛事件期间应用消弧可提高损害的风险。

如上面提到的那样，线路侧转换器222的AC侧上的过电压可使能量泵送到电容器250中，从而增大DC链路244上的电压。DC链路244上的较高的电压可损害功率半导体，诸如一个或多个电子开关，诸如位于线路侧转换器222和/或转子转换器220内的栅极可关断(GTO)晶闸管、栅极换流晶闸管(GCT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、MOSFET、它们的组合等。

在图3A中示出风电场中的风力涡轮的正常操作状况。此图显示了在和风至疾风状况下典型的超同步操作期间，转换器210和风电场电系统300内的功率流。来自发电机118的功率在两个路径中分流，一个功率流(PStator)302直接从定子120流到电网连接242中，另一个功率流(PRotor)304通过转子122(其穿过转子转换器220)，到dc链路244，到线路转换器222，通过线路电抗器312(不作要求)，然后到电网连接点242上。这两个功率流302、304的总和(Pgrid)306是发电机118的净输出。注意，功率在发电机转子122和定子120之间分流是转子速度相对于同步的函数。类似地，来自风电场中的其它风力涡轮314的功率从本地电网流到电网连接点242。在超同步操作，转子速度高于同步，并且功率如显示的那样分流。在亚同步操作，转子速度低于同步，并且转子绕组122从转子转换器220抽取功率，即，功率流过转换器222、220。

图3B示出这样的状况：当远程断路器断开，使风电场处于孤岛状况，而且通往电网242的功率流在转子扭矩和速度保持与孤岛状况之前相同的情况下突然中断时。线路转换器222上的功率(PLine)308突然被迫倒转，因为从定子120流到电网242的功率现在仅具有线路转换器222作为路径。这使dc链路244上的电压快速上升。当出现孤岛状况时，合乎需要的是使风力涡轮118以不损害电系统300的组件的方式从电网242脱开。但是，组件可在几毫秒内发生损害，这典型地比断路器更快地操作。需要控制动作快速地阻止损害性电压水平。而且，如上面描述的那样，远程断路器断开可使本地电网的一些部分(例如组成风电场集电器系统的电缆等)连接到发电机118。这个电容310可为剩余网络上的ac电压放大源。

现在参照图4，如上面提到的那样，用于响应于与一个或多个DFIG连接的电系统上的高压电网事件的系统一些实施例可包括控制系统或控制器202。大体上，控制器202可包括计算机或其它适当的处理单元。因而，在若干实施例中，控制器202可包括适当的计算机可读指令，在实施时，计算机可读指令将控制器202配置成执行各种不同的功能，诸如接收、传输和/或执行控制信号。因而，控制器202大体可配置成控制电系统200的实施例的一个或多个开关和/或组件的各种操作模式(例如，传导或非传导状态)。例如，控制器200可配置成实现响应于与一个或多个DFIG连接的电系统上的高压电网事件的方法

图4示出根据本主题的各方面的、可包括在控制器202的实施例或接收指示电网状况的信号的任何其它计算装置内的适当的组件的一个实施例的框图。在各方面，这样的信号可接收自一个或多个传感器或换能器58、60，或者可接收自其它计算装置(未显示)，诸如监管控制和数据采集(SCADA)系统、涡轮保护系统、PLL调整器400(图2)等。接收的信号可包括例如电压信号，诸如DC总线244电压和AC电网电压，以及AC电网的各个相的对应的相角、电流信号、功率流(方向)信号、来自转换器系统210的功率输出、进入(离开)电网中的总功率流等。在一些情况下，接收的信号可由控制器202用来计算其它变量，诸如电压相角随时间的变化，等。如所显示的那样，控制器202可包括配置成执行多种计算机实现的功能(例如，执行本文公开的方法、步骤、计算等)的一个或多个处理器62和相关联的存储器装置(一个或多个)64。如本文所用，术语“处理器”不仅表示在本领域中被称为包括在计算机中的集成电路，而且还表示控制器、微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路。另外，存储器装置(一个或多个)64大体可包括存储器元件(一个或多个)，包括(但不限于)计算机可读介质(例如随机存取存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如闪速存储器)、软盘、紧致盘-只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能盘(DVD)和/或其它适当的存储器元件。这种存储器装置(一个或多个)64大体可配置成存储适当的计算机可读指令，当由处理器(一个或多个)62实现时，计算机可读指令将控制器202配置成执行各种功能，包括(但不限于)直接或间接地将适当的控制信号传输到包括双向功率转换组装件210的一个或多个开关，监测电系统200的操作状况，以及各种其它适当的计算机实现的功能。

另外，控制器202还可包括通信模块66，以促进控制器202和电系统200的各种组件和/或发电机118的一个或多个源之间的通信。例如，通信模块66可用作容许控制器202将控制信号传输到双向功率转换组装件210和/或风力涡轮和电系统的其它组件的接口。此外，通信模块66可包括传感器接口68(例如一个或多个模数转换器)，以容许将从传感器(例如58、60)传输的信号转换成可由处理器62理解和处理的信号。备选地，控制器202可设有适当的计算机可读指令，当由其处理器(一个或多个)62实现时，计算机可读指令将控制器202配置成采取各种行动，这取决于风力涡轮的控制模式。例如，在正常操作(即，转子控制)中，转子转换器对来自发电机的实际和无功功率流具有支配控制。线路转换器主要用来通过调节通往电网连接点的实际功率交换来调整dc链路电压。线路转换器也可在高ac电压的情况下从电网抽取无功电流。

图5A是转子控制的主元件的控制图，其显示产生用于转子电流的命令的功能。图4中显示的控制器202可用来实现转子控制的步骤。步骤包括以下：(1)参照图5B，控制图用于确定电网电压的正序电压相量的频率和幅度，检测至少两个相上的电网电压(例如Vg_ab_Fbk 502 和Vg_bc_Fbk 504)，以及通过锁相回路(PLL)和矢量计算506来得出正序电压相量的频率(Freq_grid_fbk 508)和幅度(Vmag_grid_fbk 510)。这个PLL还建立与ac电压(“x”轴)同相且垂直于ac电压(“y”轴)的矢量的参考系–要理解的是，可使用诸如纯量和积分量(“d”和“q”)的其它矢量参考，而不限制本发明的实施例的范围；(2)回头参照图5A，计算产生从风力涡轮中的较高水平的控制功能命令的扭矩(Trq_Cmd 514)所需的产生扭矩(例如，x轴)的定子电流(S_Ix_Cmd 512)；(3)计算产生从风力涡轮中的较高水平的控制功能命令的无功电流(Vmag_grid_cmd 518)所需的产生通量(例如，y轴)的定子电流(S_Iy_Cmd516)，以及正序电压相量的幅度(Vmag_grid_fbk 510)；以及(4)使用发电机的电路模型520来计算产生期望定子-电流(S_Ix_Cmd 512，S_Iy_Cmd 516)所需的转子-电流命令(R_Ix_Cmd 522，R_Iy_Cmd 524)。如图5A中显示的那样，计算可由控制器202或其它适当的计算装置内的或者作为独立的组件的模块(例如扭矩电流计算526、AC电压调整器528)执行。图5C是显示实现转子电流的命令的功能的控制图。这是具有两个步骤的预测器-校正器结构：(1)使用发电机的电路模型来计算转子-电压“前馈”命令(R_Vx_ffwd，R_Vy_ffwd；注意在图5中，为了清楚，具有斜线“//”的线暗示二维变量(即，暗示x、y两者)，因此仅将R_Vx_ffwd和R_Vy_ffwd显示为图5C上的信号R_Vffwd 530)，给定理想的电模型、理想的反馈信号(例如转子速度反馈(R_Spd_fbk 534)、转子电流反馈(x和y)( R_I_fbk 536)，以及理想的电压命令540、542的实现，转子-电压“前馈”命令将产生期望的转子-电流(R_Ix_Cmd 522、R_Iy_Cmd 524，在图5C中显示为R_I_cmd 538)；以及(2)使用闭环调整器532来校正预测器步骤的不理想之处。这个闭环部分设计成在发电机连接到电网时工作。转子控制的另一个动作是在dc链路电压超过设置点时，命令转子(“消弧”)上的零电压。有时要求这个动作响应于接近风力涡轮的严重电网故障(参照例如2008年1月22日公布的US专利No. 7,321,221；以及2005年7月26日公布的US专利No. 6,921,985，它们两者通过引用而整体地结合在本文中，并且成为本文的一部分)。如图5C中显示的那样，计算可由控制器202或其它适当的计算装置内的或者作为独立的组件的模块(例如转子前馈计算544、闭环电流调整器532)执行。

在正常控制中，如上面描述的那样，当发生突然的高压电网事件时，进行以下：(1)电压和扭矩的较高水平的命令基本不变，因为它们是行动较缓慢控制的结果；(2)通过增加其注入到电网的实际电流的命令，线路转换器222对高dc电压作出反应；(3)通过从电网抽取无功电流，线路转换器222对高ac电压作出反应；(4)ac电压调整器528对增加通过发电机定子120从电网抽取的无功电流的命令作出反应；(5)扭矩计算器526减少与电网电压的增大成反比地命令的实际电流量，这使得来自发电机118的扭矩和实际功率相同；(6)转子电流调整器542确定预测的转子电压以实现期望电流，和闭环响应以在测量的电流不遵从命令的电流时进行校正；(7)如果dc链路电压超过消弧阈值，则转子转换器220将越过调整器，以及使转子122短路；以及(8)如果命令进行保护性跳闸，在发布断开风力涡轮断路器214的命令的同时阻断线路转换器222和转子转换器220两者的选通。

除了消弧动作(上面的步骤7)，当一个或多个DFIG 118仍然保持一些连接到电网时，以上步骤都沿正确的方向。在这个条件下启动消弧可加剧风力涡轮转换器210的电组件上的电压和电流应力。如果电网由于故障清除或其它动作而完全从一个或多个DFIG 118脱开，则转子电流调整器542的闭环部分532可错误地动作。这是因为转子电流对转子电压命令的响应将彻底不同于(而且很可能是相反的符号)在连接到电网时的响应。额外的方面涉及在电网脱开时的消弧动作。这可产生这样的情形：ac电网上的其余部分上的任何电容310将与发电机118的电感共振，从而导致可迅速在电组件上引起损害水平的应力的电压放大。另一方面涉及线路转换器222的响应。如果ac电压的上升超过dc电压的上升不止某个量，则这个转换器222可失去其对电流的控制。由于一个目标是使dc链路电压保持在其容量内，所以存在ac电压上升极限，超过该极限，线路转换器222可继续从dc链路244中去除能量。最后一方面涉及对保护性跳闸动作的响应。阻断线路222和转子转换器220的同时仍然连接到电网不会从系统中去除能量，而是允许电网中的能量，或剩余集电器和传输系统的电容310不受控制地流到风力转换器210中，电压上升可能超出装备容量。

因此，对于高压电网事件，需要不同于正常操作的不同的控制响应。改变控制响应的目标在于，使从发电机转子122注入到dc链路244中的功率减小到大约零，作为阻止过度dc电压升高的方式。这个动作还允许线路222和转子转换器220利用它们的全部容量来抑制发电机定子120上的ac电压。改变控制响应的另一个目标在于，降低发电机118的有效内部电压，如从定子120看到的那样，作为降低定子120上的电压的方式。降低线路转换器222的电压的又一个目标在于，协助发电机118降低定子电压。而最终目标在于，确保转换器210在考虑到电路状况而可行的电压和电流内操作，以阻止保护动作(例如消弧或过流阻断)妨碍满足期望的控制目标。

可用几种方式实现这些目标，在下面描述用于响应于在正常控制结构上形成的高压电网事件的方法的实施例。图6A是示出在高压电网事件期间控制双馈感应发电机(DFIG)的方法的实施例的流程图。图6中描述的方法的步骤的实施例可由一个或多个计算装置诸如控制器202执行。在步骤602处，检测到高电网电压状况。过电压可为电系统的测量的电压短期或较长持续时间地增加超过其标称额定值。例如，过电压可为测量的电压超过标称电压的1%、5%、10%、50%、150%或更多，以及在它们之间的任何值。一方面，可针对过电压来设置阈值，超过该阈值，则发信号指示高压电网事件。在步骤604处，将转子电流调整器的闭环部分的输出设置成固定值。一方面，固定值为零或大约为零。照这样，上面描述的预测前馈路径依赖于根据控制目标来设置发电机内部电压的便利手段，如上面描述的那样。在步骤606处，检测到高dc电压状况，或不久将引起高dc电压状况的状况(诸如，例如高ac电压)，并且产生转子扭矩的电流命令减小到大约零。一方面，可通过在正常逻辑流之后越过转子电流命令，或者通过使用现有控制结构，以及减少扭矩命令，来进行此。可使用组合来实现快速响应，后面是平滑过渡。

在上面描述的对高压电网事件的控制响应之后，如果电网回到在风力涡轮和电网之间有可行的电连接的状况，则控制过渡回到正常模式。执行以下步骤：(1)检测电网连接的恢复，电网电压在风力涡轮的容量内。这包括至少测量风力涡轮处的电网电压。它还可包括测量流出风力涡轮的电流；(2)合适地预处理上游调整器，以提供无扰动地过渡到正常控制；以及(3)切换(回)到正常控制模式。

如果在上面描述的对高压电网事件的控制响应之后，确定电网从风力涡轮脱开，则执行以下步骤：(1)检测到已经全部失去电网连接，从而导致风厂处于孤岛状况。有几种方式来这么做，包括例如标准风力涡轮监测和保护功能，包括电网频率偏差、电网电压偏差、测量的扭矩不遵从命令扭矩达预定时间、涡轮超速、塔架振动等。另一种检测已经失去电网连接的方式包括高压状况制定的特殊监测功能，例如提高诸如频率和电压偏差的现有功能的敏感度。而又一种检测电网连接失去的方式包括接收来自知道电网连接的状态的外部装置的信号。一旦确定失去了电网连接，则(2)发布断开风力涡轮断路器的命令；(3)在发布断开命令之后，确定风力涡轮断路器的状态；以及(4)在确定风力涡轮断路器已经断开之后，停止选通转换器，作为依顺序关闭过程的一部分。

一方面，如果需要保护性跳闸，则按照以上策略来选通转换器，直到风力涡轮断路器清除通往电网的其余部分的连接。在确定电网状况处于可能有穿越的连接模式，或者作出停止风力涡轮的决定之前，上面描述的操作模式仍然有效。

图6B是示出在高压电网事件期间控制双馈感应发电机(DFIG)的方法的另一个实施例的流程图。图6中描述的方法的步骤的实施例可由一个或多个计算装置执行，诸如控制器202。在步骤608处，检测到高电网电压状况。过电压可为电系统的测量的电压短期或较长持续时间地增加超过其标称额定值。例如，过电压可为测量的电压超过标称电压的1%、5%、10%、50%、150%或更多，以及在它们之间的任何值。一方面，可针对过电压来设置阈值，超过该阈值，发信号指示高压电网事件。在步骤610处，将转子电流调整器的闭环部分的输出设置成固定值。一方面，固定值为零或大约为零。照这样，上面描述的预测前馈路径依赖于根据控制目标来设置发电机内部电压的便利手段，如上面描述的那样。在步骤612处，检测到高dc电压状况，或不久将引起高dc电压状况的状况(诸如例如高ac电压)，并且产生转子扭矩的电流命令减小到大约零。一方面，可通过在正常逻辑流之后越过转子电流命令，或者通过使用现有控制结构，以及减少扭矩命令，来进行此。可使用组合来实现快速响应，后面是平滑过渡。在步骤614处，降低发电机上的内部电压的幅度。大体上，可通过减少发电机中的气隙通量来实现这一点。一方面，可通过使产生转子通量(例如，y轴)的命令移动到欠激励区来执行这一点。使用现有前馈路径是以可阻止过流阻断的方式设置这个电流命令的手段。最终转子选通计算的逻辑可限制电压请求，以使转子转换器保持在其线性控制范围内。在步骤616处，线路转换器上的转换器电压的幅度降低。一方面，可通过以下来执行这一点：在移动产生线路转换器通量的电流命令的同时限制命令，使得不发生过流阻断。在步骤618处，对于电系统可继续而没有损害的电状况，可禁止消弧动作。一方面，消弧动作受到阻断。在其它方面，消弧动作是可用的，但不激活消弧动作，因为作为降低对电组件的可能损害的程度的手段，如果应力水平变得太高，消弧动作仍然要谨慎。在步骤620处，确定高压电网事件是否是DFIG可穿越的事件。大体上，这将包括其中DFIG仍然与电网连接的高压状况。如果确定状况是高压穿越(HVRT)事件，则过程进行到步骤622，其中，控制DFIG、转换器和电力系统，如上面描述的那样，或者根据2011年12月12提交的US专利公开US. 20120133343 A1(公开号13/323309)，该公开通过引用而整体地结合在本文中，并且成为本文的一部分。在上面描述的对高压电网事件的控制响应之后，如果电网回到在风力涡轮和电网之间仍然有可行的电连接的状况，则过程前进到步骤624，并且控制过渡回到正常模式。以下步骤可在过渡回到正常模式时执行：(1)检测电网连接的恢复，电网电压在风力涡轮的容量内。这包括至少测量风力涡轮处的电网电压。它还可包括测量流出风力涡轮的电流；(2)合适地预处理上游调整器，以提供无扰动地过渡到正常控制；以及(3)切换(回)到正常控制模式。然后过程回到步骤608，以监测高电网电压。回到步骤620，如上面提到的那样，确定事件是否是穿越事件大体包括确定DFIG是仍然连接到电网，还是未连接。如果在上面描述的对高压电网事件的控制响应之后，确定电网从风力涡轮脱开，则执行以下步骤：(1)检测到已经全部失去电网连接，从而导致风厂处于孤岛状况。有几种方式来这么做，包括例如标准风力涡轮监测和保护功能，包括电网频率偏差、电网电压偏差、测量的扭矩不遵从命令扭矩达预定时间、涡轮超速、塔架振动等。另一种检测已经失去电网连接的方式包括高压状况制定的特殊监测功能，例如提高诸如频率和电压偏差的现有功能的敏感度。而又一种检测电网连接失去的方式包括接收来自知道电网连接的状态的外部装置的信号。如果在步骤620处确定已经失去电网连接，则过程前进到步骤626。在步骤626处，一旦确定损失了电网连接，则发布断开风力涡轮断路器的命令；在发布断开命令之后，确定风力涡轮断路器的状态；以及在确定风力涡轮断路器已经断开之后，停止选通转换器，作为依顺序关闭过程的一部分。一方面，如步骤628中显示的那样，同时命令断开风力断路器，或者在断路器断开的时间期间，产生扭矩(例如，x轴)的电流命令可改变到马达回转方向，以进一步从包括DFIG、dc链路(包括任何电容器)、线路侧转换器、转子侧转换器、任何剩余电网等的电系统中去除能量。

一方面，如果需要保护性跳闸，则按照以上策略来选通转换器，直到风力涡轮断路器清除通往电网的其余部分的连接。在确定电网状况处于可能有穿越的连接模式，或者作出停止风力涡轮的决定之前，上面描述的操作模式仍然有效。

在另一个实施例中，如果在任何风力涡轮操作模式中要求有保护性动作，则执行图7的示例性流程图中描述的过程，以在检测到需要关闭的状况之后，在断开与DFIG相关联的系统断路器时，控制风力涡轮电组件。图7中显示的过程的步骤可由计算装置诸如控制器202执行。在步骤700处，在电系统中检测到需要关闭DFIG和/或转换器的异常操作状况。在步骤702处，发布断开风力涡轮断路器214的命令。可基于风力涡轮、转换器等的任何操作状况来发布这个命令。在步骤704处，对于线路转换器222和转子转换器220两者，在发布断开风力涡轮断路器214的命令的期间和之后，选通继续。选通指的是使诸如IGBT等的电子开关激发或进入传导状态达至少像它们接收选通信号那样长的时间。在步骤706处，在发布断开命令之后确定风力涡轮断路器的状态。在步骤708处，如果确定风力涡轮断路器已经断开，则停止选通转换器，作为依顺序关闭过程的一部分。如果在步骤706处，确定风力涡轮断路器没有断开，则过程回到步骤704，并且选通继续，直到断路器断开或跳闸命令解除。在跳闸信号发布之后继续选通转换器的一个好处在于，允许转换器和发电机降低可能对转换器和涡轮组件有害的AC电压。

如上面描述以及本领域技术人员将理解的那样，本发明的实施例可配置成系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的实施例可由各种部件组成，包括完全硬件、完全软件，或者软件和硬件的任何组合。此外，本发明的实施例可采取计算机可读的程序指令(例如计算机软件)嵌在存储介质中的计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式。可利用任何适当的非暂时性计算机可读存储介质，包括，硬盘、CD-ROM、光学存储装置或磁存储装置。

已经参照方法、设备(即，系统)和计算机程序产品的框图和流程图说明，在上面描述了本发明的实施例。将理解，框图和流程图说明的各个框，以及框图和流程图说明中的框的组合分别可由包括计算机程序指令的各种部件实现。这些计算机程序指令可加载到通用计算机、专用计算机，或其它可编程的数据处理设备，诸如上面参照图3所论述的处理器(一个或多个)62，以产生一种机器，使得在计算机或其它可编程数据处理设备上执行的指令产生用于实现流程图框或多个框中规定的功能的部件。

这些计算机程序指令也可存储在非暂时性计算机可读存储器中，计算机可读存储器可指导计算机或其它可编程数据处理设备(例如图3的处理器(一个或多个)62)以特定的方式工作，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括用于实现流程图框或多个框中规定的功能的计算机可读指令的制品。计算机程序指令也可加载到计算机或其它可编程的数据处理设备，以使一系列操作步骤在计算机或其它可编程设备上执行，以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现流程图框或多个框中规定的功能的步骤。

因此，框图和流程图说明的框支持用于执行规定的功能的部件的组合、用于执行规定功能的步骤和用于执行规定功能的程序指令部件的组合。还将理解的是，框图和流程图说明的各个框，以及框图和流程图说明中的框的组合可由执行规定的功能或步骤的基于硬件的专用计算机系统，或专用硬件和计算机指令的组合实现。

除非清楚地另有陈述，否则决不意于将本文阐述的任何方法理解为需要按特定顺序执行其步骤。因此，在方法权利要求实际上不叙述其步骤所遵从的顺序，或者另外在权利要求或描述中没有特别地陈述步骤将局限于特定顺序的情况下，决不意于在任何方面推断出顺序。这适合作为解释下者的任何可能的非表达基础，包括：关于步骤或操作流的布置的逻辑问题；从语法组织或标点符号中得出的一般含义；在说明书中描述的实施例的数量或类型。

在本申请中，可参照各种公开。这些公布的公开内容通过引用而整体地结合到本申请中，以便全面地描述方法和系统所涉及的领域的现状。

本发明的这些实施例所涉及的领域中的、得益于前述描述和相关联的附图中介绍的教导的技术人员将想到本文阐述的本发明的许多修改和其它实施例。因此，要理解的是，本发明的实施例不限于公开的特定实施例，而且修改和其它实施例意于包括在所附权利要求的范围内。此外，虽然前述描述和相关联的附图在元件和/或功能的某些示例性组合的语境中描述示例性实施例，但应理解的是，元件和/或功能的不同的组合可由备选实施例提供，而不偏离所附权利要求的范围。就此而言，例如，还构想到元件和/或功能的不同于上面明确描述的那些的组合，就像可在一些所附权利要求中阐述的那样。虽然在本文中采用具体术语，但仅在一般的和描述性的意义上使用它们，而不是为了限制。

Claims (20)

1.一种用于响应于高压电网事件而控制双馈感应发电机(DFIG)的方法，所述方法包括：

通过控制器实施转子电流调节器的前馈部分来产生前馈转子电压命令；

通过控制器实施转子电流调节器的闭环部分来产生闭环转子电压命令，所述前馈转子电压命令以及闭环转子电压命令产生输出转子电压命令；

通过控制器将闭环转子电压命令设置成固定值，使得前馈转子电压命令设置所述DFIG的内部电压；以及

通过所述控制器检测dc链路上的高dc电压状况或预测所述dc链路上的高dc电压的状况，以及进行响应而使产生转子扭矩的电流命令减小到大约零，其中，所述dc链路连接被连接到系统总线的线路侧转换器和被连接到所述DFIG的转子的转子侧转换器。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过所述控制器确定所述高压电网事件不是穿越事件，以及通过所述控制器发布跳闸命令，到系统断路器以使所述DFIG、线路侧转换器和转子侧转换器从所述电网脱开。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括使所述产生扭矩的电流命令改变到马达回转方向，以便至少从所述DFIG、dc链路、转子转换器和所述线路转换器去除能量。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述控制器将所述闭环转子电压命令设置成固定值，使得前馈转子电压命令设置所述DFIG的内部电压包括将闭环转子电压命令设置成零。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述控制器检测所述dc链路上的所述高dc电压状况或预测所述dc链路上的所述高dc电压状况的所述状况，以及进行响应而使所述产生转子扭矩的电流命令减小到大约零包括，所述控制器在正常逻辑流之后越过转子电流命令，使用现有控制结构，以及减小转子扭矩命令，或它们两者的组合。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

通过所述控制器降低所述DFIG上的所述内部电压的幅度；

通过所述控制器降低所述线路转换器上的转换器电压的幅度；以及

通过所述控制器禁止所述转子的消弧动作。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，通过所述控制器降低所述发电机上的所述内部电压的所述幅度包括使产生转子通量的电流命令移动到欠激励区。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述前馈转子电压命令以阻止过流阻断的方式设置所述产生转子通量的电流命令。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，通过所述控制器降低所述线路转换器上的转换器电压的所述幅度包括移动产生线路转换器通量的电流命令，同时限制所述命令，使得过流阻断不发生。

10.一种用于响应于高压电网事件而控制双馈感应发电机(DFIG)的系统，所述系统包括：

控制器，其中，所述控制器配置成检测高电网电压状况；

连接到系统总线的线路侧转换器；以及

连接到所述DFIG的转子的转子侧转换器，其中，所述线路侧转换器和所述转子侧转换器由直流(dc)链路连接，其中，所述线路侧转换器和所述转子侧转换器与所述控制器通信地耦合，

所述控制器进一步包括转子电流调整器，所述控制器配置成实施转子电流调节器的前馈部分来产生前馈转子电压命令；

通过控制器实施转子电流调节器的闭环部分来产生闭环转子电压命令，所述前馈转子电压命令以及闭环转子电压命令产生输出转子电压命令；

其中，响应于检测的高电网电压状况，而将所述闭环转子电压命令设置成固定值，使得前馈转子电压命令响应于所述检测的高电网电压状况而设置所述DFIG的内部电压，所述控制器进一步配置成：

检测所述dc链路上的高dc电压状况，或预测所述dc链路上的高dc电压的状况，以及进行响应而使产生转子扭矩的电流命令减小到大约零。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述控制器进一步配置成确定所述高压电网事件不是穿越事件，以及对系统断路器发布跳闸命令，以使所述DFIG、线路侧转换器和转子侧转换器从所述电网脱开。

12.根据权利要求11所述的系统，所述系统进一步包括使产生所述扭矩的电流命令改变到马达回转方向，以便至少从所述DFIG、dc链路、转子转换器和所述线路转换器去除能量。

13.根据权利要求10所述的系统，其中，将所述闭环转子电压命令设置成零。

14.根据权利要求10所述的系统，其中，所述控制器配置成检测所述dc链路上的高dc电压状况，或预测所述dc链路上的所述高dc电压状况的状况，以及进行响应而使所述产生转子扭矩的电流命令减小到大约零包括，在正常逻辑流之后越过转子电流命令，使用现有控制结构，以及减小转子扭矩命令，或它们两者的组合。

15.根据权利要求10所述的系统，其中，所述控制器进一步配置成：

降低所述DFIG上的所述内部电压的幅度；

降低所述线路转换器上的转换器电压的幅度；以及

禁止所述转子的消弧动作。

16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述控制器配置成降低所述发电机上的所述内部电压的所述幅度包括，使产生转子通量的电流命令移动到欠激励区。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述前馈转子电压命令以能够阻止过流阻断的方式设置所述产生转子通量的电流命令。

18.根据权利要求15所述的系统，其中，所述控制器配置成降低所述线路转换器上的转换器电压的所述幅度包括，移动产生线路转换器通量的电流命令，同时限制所述命令，使得过流阻断不发生。

19.一种用于响应于高压电网事件而控制双馈感应发电机(DFIG)的系统，所述系统包括：

连接到交流(ac)电功率系统的一个或多个双馈感应发电机(DFIG)，其中，所述ac电功率系统配置成将电功率的至少一个相传输到所述一个或多个DFIG，或者接收来自所述一个或多个DFIG的电功率的至少一个相；以及

控制系统，其中，所述控制系统电耦合到所述ac电功率系统的至少一部分，而所述控制系统的至少一部分以电子数据通信的方式与所述一个或多个DFIG的至少一部分耦合，以及其中，所述控制系统包括控制器，并且所述控制器配置成：

检测所述ac电功率系统上的电网故障，其中，所述控制器配置成检测所述ac电系统上的所述电网故障包括，所述控制器配置成检测所述电网故障是否包括高压电网事件；

实施转子电流调节器的前馈部分来产生前馈转子电压命令；

实施转子电流调节器的闭环部分来产生闭环转子电压命令，所述前馈转子电压命令以及闭环转子电压命令产生输出转子电压命令；

响应于检测的高压电网事件，所述控制器进一步配置成：

将闭环转子电压命令设置成固定值，使得前馈转子电压命令设置所述DFIG的内部电压使得前馈转子电压命令设置所述DFIG的内部电压；

检测dc链路上的高dc电压状况或预测所述dc链路上的高dc电压的状况，以及进行响应而使产生转子扭矩的电流命令减小到大约零，其中，所述dc链路连接被连接到系统总线的线路侧转换器和被连接到所述DFIG的转子的转子侧转换器；

降低所述DFIG上的所述内部电压的幅度；以及

降低所述线路转换器上的转换器电压的幅度。

20.根据权利要求19所述的系统，所述系统进一步包括，通过所述控制器确定所述高压电网事件不是穿越事件，并且所述控制器：

禁止所述转子的消弧动作；

对系统断路器发布跳闸命令，以使所述DFIG、线路侧转换器和转子侧转换器从所述电网脱开；以及

使所述产生扭矩的电流命令改变到马达回转方向，以便至少从所述DFIG、dc链路、转子转换器和所述线路转换器去除能量。