CN103856129B - 用于从电网意外事件中恢复时操作风机的方法和系统 - Google Patents

用于从电网意外事件中恢复时操作风机的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于控制包括在发电与输电系统内的风机的运行的方法。所述方法包括通过控制器接收功率命令信号，其中所述功率命令信号指示从所述电网意外事件中恢复；以及响应于所述功率命令信号以非匀速的方式增大由功率转换组件注入电网的功率，其中所述控制器控制所述功率转换组件。

Description

用于从电网意外事件中恢复时操作风机的方法和系统
技术领域
本发明大体上涉及控制风机的运行，确切地说，涉及响应于电网意外事件来控制风机的运行。
背景技术
风力发电机利用风能来产生电能。风力发电机通常包括具有多片叶片的转子，这些叶片将风能转换成驱动轴的旋转运动，继而利用所述旋转运动来驱动发电机发电。所述片叶片中的每片叶片可进行变桨，以提高或降低所述转子的转速。风力发电机的功率输出随风速的增大而增大，直到风速达到涡轮机的额定风速。处于或高于所述额定风速时，风力发电机以额定功率运行。额定功率是风力发电机能够在预定的各涡轮机部件可接受的疲劳程度下运行的输出功率。处于高于特定速度的风速时，或者处于超出预定等级的风湍流程度时，通常称为“跳脱限制”或“监视器设定点限制”，可关闭风机，或者可通过调整叶片的桨距或对转子进行制动来减小负载，以便保护风力发电机部件免受损坏。
与所述风力发电机的恒速运行相比，所述风力发电机的变速运行有助于增进由所述风力发电机进行的能量捕集，然而所述风力发电机的变速运行将产生具有变化的电压和/或频率的电力。具体而言，由所述变速风力发电机产生的电力的频率与转子的转速成比例。功率转换器可连接在所述发电机与公用电网之间。所述功率转换器输出具有固定电压和频率的电力，用于在所述公用电网中输送。
在所述转子上通过所述转子叶片与风的相互作用而产生的转矩与发电机转矩之间达到的平衡有助于所述风机稳定运行。叶片桨距调整等风机调整，或者电网上的低电压或零电压等电网事件可能导致转子上由风产生的转矩与发电机转矩之间的不平衡。所述发电机具有位于所述发电机转子与定子之间的空隙转矩，所述空隙转矩对抗所述转子施加的转矩。所述功率转换器也对所述空隙转矩进行控制，这有助于对所述发电机的功率输出进行控制。然而，所述风机可能无法在特定电网事件期间运行，或者可能因特定电网事件而遭受磨损和/或损坏，原因在于在检测到电网事件之后，对风机运行进行的调整将需要一段时间来起作用。此外，在电网事件之后控制功率输出时，转子振动以及超速可能成为一个问题，这取决于功率输出恢复的速率。
因此，需要克服本领域中的困难的方法和系统，其中一些方法和系统如上文所述。
发明内容
在一个方面，提供一种用于控制风机的运行的方法，所述风机包括在发电与输电系统内，所述风机包括：转子，所述转子包括多片转子叶片；发电机；功率转换器；以及控制器。所述方法包括测量所述发电与输电系统的至少一个运行条件；将对应于所述运行条件的运行条件反馈信号传输至功率限制器系统；使用所述功率限制器系统来分析所述运行条件反馈信号从而识别电网意外事件的发生；使用所述功率限制器系统来生成对应于所述电网意外事件的发生的功率命令信号；将所述功率命令信号传输至所述控制器；以及，当所述功率命令信号指示了从所述电网意外事件中恢复时，以非匀速的方式来增加所述功率转换器的有功电流输出，从而至少部分地基于所述功率命令信号来控制所述功率转换器的运行。
上述一个方面所提供的用于控制风机的运行的方法可进一步包括将对应于所述电网意外事件发生时的所述运行条件的至少一个变量存储在存储器中，从而帮助确定所述发电与输电系统是否恰当地运行。
在上述一个方面所提供的用于控制风机的运行的方法中，测量至少一个运行条件包括测量锁相回路(PLL)错误和终端电网电压中的至少一个。
在上述一个方面所提供的用于控制风机的运行的方法中，将所述有功电流命令信号应用于功率转换器运转包括在接收到对应于电网意外事件的有功电流命令信号时，迅速减小所述功率转换器的有功电流输出。
在上述一个方面所提供的用于控制风机的运行的方法中，当所述功率命令信号指示从所述电网意外事件中恢复时，通过以非匀速的方式来增加所述功率转换器的有功电流输出，从而至少部分地基于所述功率命令信号来控制所述功率转换器的运行包括以第一速率增大所述功率转换器的有功电流输出并且随后随着最终满额有功电流输出的达到以第二速率增加所述功率转换器的有功电流输出。
在上述一个方面所提供的用于控制风机的运行的方法中，所述功率转换器的有功电流输出的所述第一速率包括百分之三百每秒或更高的上升。
在上述一个方面所提供的用于控制风机的运行的方法中，所述功率转换器的有功电流输出的所述第二速率包括小于百分之三百每秒的上升。
在上述一个方面所提供的用于控制风机的运行的方法中，当所述功率命令信号指示从所述电网意外事件中恢复时，通过以非匀速的方式来增大所述功率转换器的有功电流输出包括降低所述风机振动跳脱或损害所述风机的可能性。
在上述一个方面所提供的用于控制风机的运行的方法中，当所述功率命令信号指示从所述电网意外事件中恢复时，通过以非匀速的方式来增大所述功率转换器的有功电流输出包括降低所述风机超速跳脱或损害所述风机的可能性。
在上述一个方面所提供的用于控制风机的运行的方法中，当所述功率命令信号指示从所述电网意外事件中恢复时，通过以非匀速的方式来增大所述功率转换器的有功电流输出，从而至少部分地基于所述功率命令信号来控制所述功率转换器的运行包括至少部分地以非线性方式增大所述功率转换器的有功电流输出。
在另一个方面，提供一种从电网意外事件中恢复的方法。所述方法包括通过控制器接收功率命令信号，其中所述功率命令信号指示了从所述电网意外事件中恢复。所述方法进一步包括响应于所述功率命令信号以非匀速的方式增大功率转换组件注入电网的功率，其中所述控制器控制所述功率转换组件。
在上述另一个方面所提供的从电网意外事件中恢复的方法中，响应于所述功率命令信号以非匀速的方式增大由功率转换组件注入电网的功率，其中所述控制器控制所述功率转换组件，包括以第一速率增大所述功率转换组件的功率电流输出，直到达到电网稳定性的安全水平，并且随后随着最终满额功率输出的达到以第二速率增大所述功率转换组件的功率电流输出。
在上述另一个方面所提供的从电网意外事件中恢复的方法中，所述功率转换器的功率输出的所述第一速率包括百分之三百每秒或更高的上升。
在上述另一个方面所提供的从电网意外事件中恢复的方法中，所述功率转换器的功率输出的所述第二速率包括小于百分之三百每秒的上升。
在上述另一个方面所提供的从电网意外事件中恢复的方法中，响应于所述功率命令信号以非匀速的方式增大由功率转换组件注入电网的功率，其中所述控制器控制所述功率转换组件，包括降低所述风机振动跳脱或损害所述风机的可能性。
在上述另一个方面所提供的从电网意外事件中恢复的方法中，响应于所述功率命令信号以非匀速的方式增大功率转换组件注入电网的功率，其中所述控制器控制所述功率转换组件，包括降低所述风机超速跳脱或损害所述风机的可能性。
在上述另一个方面所提供的从电网意外事件中恢复的方法中，响应于所述功率命令信号以非匀速的方式增大功率转换组件注入电网的功率，其中所述控制器控制所述功率转换组件，包括至少部分地以非线性方式增大所述功率转换组件的功率输出。
在另一方面，提供一种发电与配电系统。所述发电与配电系统包括发电机和连接到所述发电机上的功率转换组件以及公用电网。所述功率转换组件配置用于接收由所述发电机产生的电力，并将所接收的电力转换成适于经由所述公用电网传输的电力。所述功率转换组件进一步配置用于在接收到对应于从电网意外事件中恢复的有功电流控制信号时，以非匀速的方式来增加所述功率转换组件的有功电流输出。所述发电与配电系统还包括功率限制器系统，所述功率限制器系统可通信地连接到所述功率转换组件上，并且配置用于向所述功率转换组件提供有功电流控制信号。所述有功电流控制信号至少部分基于电网意外事件的至少一个测得的指标。所述功率限制器系统包括存储器，所述存储器配置用于存储对应于电网意外事件的发生的至少一个变量。
在上述另一方面所提供的发电与配电系统中，配置用于在所述功率命令信号指示从所述电网意外事件中恢复时以非匀速方式增大所述功率转换器的有功电流输出的所述功率转换组件包括以第一速率增加所述功率转换组件的有功电流输出，直到达到电网稳定性的安全水平，并且随后随着最终满额有功电流输出的达到以第二速率增大所述功率转换组件的有功电流输出。
在上述另一方面所提供的发电与配电系统中，配置用于在所述功率命令信号指示从所述电网意外事件中恢复时以非匀速方式增大所述功率转换器的有功电流输出的所述功率转换组件包括至少部分地以非线性方式增大所述功率转换组件的有功电流输出。
以下说明将部分阐明本发明的额外优点，或者可以通过实践本发明来了解这些优点。这些优点将借助于所附权利要求中特别指出的元件以及组合来实现并获得。应理解，如本发明所主张的，上文的大体描述以及下文的详细描述均只是示例性和说明性的，而并非限制性的。
附图说明
图1是示例性风机的一部分的透视图。
图2是图1所示风机的一部分的局部剖视图。
图3是图1所示风机的方框图。
图4是可包括图1所示风机的示例性发电与输电系统的方框图。
图5是可包括在图4所示发电与输电系统内的示例性功率限制器系统的方框图。
图6是可包括在图5所示功率限制器系统内的示例性的依赖于电网的功率限制器的方框图。
图7A和图7B是从电网意外事件中恢复的过程中，功率注入电网的非匀速斜坡速率的图示的非限制性实例。
图8是可与图1所示风机相关联的电网线电压对时间的图示。
图9图示了当从电网意外事件中恢复时包括在发电与输电系统内的风机的功率输出的模拟，该模拟对匀速恢复速率(虚线)以及非匀速恢复速率(实线)进行了比较。
图10图示了当从电网意外事件中恢复时包括在发电与输电系统内的风机的发电机转速的模拟，该模拟对匀速恢复速率(虚线)1002以及非匀速恢复速率(实线)1004进行了比较。
图11是示出对图1所示风机的运行进行控制的示例性方法的流程图。
具体实施方式
在披露并描述本方法和系统之前，应了解本方法和系统并不局限于特定的合成方法、特定部件或特定组成。还应了解本说明书所使用的术语仅用于描述特定实施例，而并非意图进行限制。
如本说明书和所附权利要求中使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数形式，除非上下文明确地指出是其他情况。本说明书中的范围可表示为从“大约”一个特定值，和/或至“大约”另一个特定值。当表示这样的范围时，另一个实施例包括从所述一个特定值和/或至所述另一个特定值。类似地，当值表示为近似值时，通过使用先行词“大约”，可理解所述特定值形成了另一个实施例。进一步应了解，各个范围的端点在与另一个端点相关和独立于另一个端点的情况下都有重要意义。
“可选的”或“可选地”表示随后描述的事件或状况可以发生也可以不发生，并且该描述包括所述事件或状况发生的实例以及不发生的实例。
在本说明书的所有描述和权利要求中，词“包括(comprise)”以及该词的变体，例如“包括(comprising)”和“包括(comprises)”，表示“包括但不限于”，而并非意图排除，例如，其他添加物、部件、整数或步骤。“示例性的”表示“作为某物的实例的”，而并非意图传达优选或理想实施例的指示。“诸如”不用于表示限制性的意义，而是用于说明性目的。
本说明书所使用的术语“叶片”旨在表示在相对于周围流体运动时产生反作用力的任意装置。本说明书所使用的术语“风机”旨在表示从风能产生旋转能的任意装置，确切地说，将风的动能转换成机械能的任意装置。本说明书所使用的术语“风力发电机”旨在表示从产生于风能的旋转能中产生电能的任意风机，确切地说，将从风的动能中转换得到的机械能转换成电能的任意风机。
披露了可用于执行所披露的方法和系统的部件。本说明书披露了这些和其他部件，并且应理解，当披露这些部件的组合、子集、相互作用、组等等时，尽管可能未明确地披露这些部件的各个不同个体以及总的组合与排列的具体参考，但本说明书对于所有的方法和系统具体地考虑并描述了其中的每一个。这适合于本申请案的所有方面，包括，但不限于，所披露的方法中的步骤。因此，如果可以执行多种额外步骤，那么应理解，这些额外步骤中的每一个都可以通过所披露方法的任意特定实施例或实施例的组合来执行。
通过参考以下优选实施例以及包括在其中的实例的详细描述，并参考附图以及它们的上文与下文的描述，可以更加容易地理解本方法和系统。
本说明书中所描述的方法、系统以及计算机可读介质的技术效果包括以下项中的至少一项：(a)测量终端电网电压；(b)向功率限制器系统提供对应于所述终端电网电压的终端电网电压反馈信号；(c)使用所述功率限制器系统至少部分基于所述终端电网电压反馈信号来生成有功电流命令信号；(d)向所述控制器提供所述有功电流命令信号；以及(e)将所述有功电流命令信号应用于功率转换器运转从而在接收到对应于从电网意外事件中恢复的有功电流控制信号时，所述功率转换器的有功电流输出以非匀速的方式增大。
本说明书所描述的方法、系统以及计算机可读介质有助于电网意外事件的识别，以及对所述电网意外事件作出快速响应。所述快速响应可以减少或大致消除所述风力发电机中的磁极滑动并且有助于稳定所述风机和公用电网。电网意外事件之后的功率输出返回的非匀速速率可以减少或消除转子振动与超速和/或功率超调。
图1是示例性风机10的透视图。图2是风机10的一部分的局部剖视图。本说明书所描述和图示的风机10是用于从风能中生成电能的风力发电机。此外，本说明书所描述和图示的风机10包括水平轴配置，但在一些实施例中，作为对所述水平轴配置的补充或替代，风机10可包括垂直轴配置(未图示)。风机10可连接到电力负载(图1中未图示)，例如，但不限于，电力网，用于从中接收电力以驱动风机10和/或其相关部件的运行，和/或用于将风机10生成的电力提供给所述电力负载。尽管图1和图2中仅示出了一个风机10，但在一些实施例中，多个风机10可以组合在一起，有时称为“风电场”。
风机10包括主体或机舱12以及转子(通常用14表示)，所述转子连接到机舱12上，从而相对于机舱12围绕旋转轴20旋转。在示例性实施例中，机舱12安装在塔筒16上，但在一些实施例中，作为对装有塔筒的机舱12的附加或替代，机舱12可置于邻近地面和/或水面处。塔筒16的高度可以是使风机10能够如本说明书所述的那样运行的任何合适高度。转子14包括轮毂22以及多片叶片24(有时称为“翼型”)，这些叶片从轮毂22径向向外延伸，用于将风能转化成旋转能。尽管本说明书将转子14描述并图示为具有三片叶片24，但转子14可具有任意数量的叶片24。叶片24可各自具有使风机10能够如本说明书所述的那样运行的任意长度。例如，在一些实施例中，一片或多片转子叶片24大约有半米长，而在一些实施例中，一片或多片转子叶片24大约有五十米长。叶片24长度的其他实例包括十米或十米以下、约二十米、约三十七米，以及约四十米。此外的其他实例包括长度在约五十米与约一百米之间的转子叶片，以及长度在一百米以上的转子叶片。
无论图1中如何对转子叶片24进行图示，转子14可具有任何形状的叶片24，并且可具有任何类型和/或任何配置的叶片24，无论本说明书中是否对此类形状、类型和/或配置进行描述和/或图示。叶片24的其他类型、形状和/或配置的一项实例是达里乌斯风机(Darrieus wind turbine)，有时称为“打蛋器(eggbeater)”涡轮机。叶片24的其他类型、形状和/或配置的另一实例是萨沃纽斯风机(Savonious wind turbine)。此外，在某些实施例中，风机10可以是转子14大体上逆风以利用风能的风机，和/或转子14大体上顺风以利用能量的风力发电机。当然，在任意实施例中，转子14可以不完全逆风和/或顺风，而是可以相对于风向成任意角度(该角度可变)，以利用风能。
现在参见图2，风机10包括发电机26，所述发电机连接到转子14上，从而从由转子14生成的转动能中生成电能。发电机26可以是任何合适类型的发电机，例如，但不限于，绕线转子感应发电机、双馈感应发电机(DFIG，也称为双馈异步发电机)、永磁体(PM)同步发电机、电励磁同步发电机，以及开关磁阻发电机。发电机26包括定子(未图示)以及转子(未图示)，这两者之间具有空隙。转子14包括转子轴28，所述转子轴连接到转子轮毂22上，从而随其一起旋转。发电机26连接到转子轴28，从而使转子轴28的旋转驱动发电机转子的旋转，并由此驱动发电机26的运行。在示例性实施例中，发电机转子具有发电机轴30，所述发电机轴连接到所述发电机转子上并连接到转子轴28上，从而使转子轴28的旋转驱动发电机转子的旋转。在其他实施例中，发电机转子直接连接到转子轴28，有时称为“直接驱动风机”。在示例性实施例中，发电机轴30经由齿轮箱32连接到转子轴28，尽管在其他实施例中，发电机轴30直接连接到转子轴28。
转子14的转矩驱动发电机转子，以因此从转子14的旋转中产生变频交流(AC)电力。发电机26具有在发电机转子与定子之间的空隙转矩，所述空隙转矩对抗转子14的转矩。功率转换组件34连接到发电机26，从而将变频AC转换成固定频率的AC，以输送到与发电机26相连的电力负载(图2中未图示)，例如，但不限于，电力网(图2中未图示)。功率转换组件34可包括单个频率转换器或多个频率转换器，所述频率转换器配置用于将发电机26生成的电力转换成适于经由电力网输送的电力。功率转换组件34在本说明书中也可称为功率转换器。功率转换组件34可处在风机10内或远离所述风机的任何位置。例如，功率转换组件34可以位于塔筒16的底座(未图示)内。
在一些实施例中，风机10可以包括转子转速限制器，例如，但不限于，盘式制动器36。盘式制动器36对转子14的旋转进行制动从而，例如，减慢转子14的旋转、对抗完全风力矩对转子14进行制动，和/或减少发电机26的发电。此外，在一些实施例中，风机10包括偏航系统38，用于使机舱12围绕旋转轴40旋转以改变转子14的偏航，确切地说，用于改变转子14所面对的方向从而，例如，调整转子14所面对的方向与风向之间的角度。
在一项实施例中，风机10包括用于控制的可变的叶片变桨系统42，包括，但不限于，改变叶片24(参见图1至图2)相对于风向的桨距角。变桨系统42可连接到系统控制器44，以由此进行控制。变桨系统42连接到轮毂22和叶片24，从而通过使叶片24相对于轮毂22旋转来改变叶片24的桨距角。变桨致动器可包括任何合适的结构、配置、布置、构件和/或部件，无论本说明书中是否进行描述和/或图示，例如，但不限于，电机、液压缸、弹簧和/或伺服机构。此外，变桨致动器可由任何合适的构件驱动，无论本说明书中是否进行描述和/或图示，例如，但不限于，液压流体、电力、电化学动力，和/或机械动力，例如，但不限于，弹簧弹力。
图3是风机10的一项示例性实施例的方框图。在该示例性实施例中，风机10包括一个或多个系统控制器44，所述系统控制器连接到风机10的至少一个部件，以总体控制风机10的运行和/或控制其部件的运行，无论本说明书是否对此类部件进行描述和/或图示。例如，在示例性实施例中，系统控制器44连接到变桨系统42以对转子14进行总体控制。在示例性实施例中，系统控制器44安装在机舱12(参见图2)内，但额外地或可替代地，一个或多个系统控制器44可远离机舱12和/或风机10的其他部件。系统控制器44可用于全面系统监控和控制，包括，但不限于，变桨和速度调整、高速轴和偏航制动器应用、偏航和泵电机应用和/或故障监控。一些实施例中可使用替代分布式或集中控制式结构。
在一项示例性实施例中，风机10包括多个传感器，例如，传感器50、52、54和56。传感器50、52、54和56测量各种参数，包括，但不限于，运行条件和大气条件。每个传感器50、52、54和56可以是单独的传感器，或者可以包括多个传感器。传感器50、52、54和56可以是使得风机10能够如本说明书所述的那样运行的任何合适的传感器，这些传感器位于风机10内或远离所述风机的任何合适位置处。在一些实施例中，传感器50、52、54和56连接到系统控制器44，用于将测量值传输到系统控制器44进行处理。
在一些实施例中，系统控制器44包括用于传送信息的总线62或其他通信装置。一个或多个处理器64连接到总线62以处理信息，包括源自传感器50、52、54和56和/或其他传感器的信息。处理器64可包括至少一个计算机。本说明书所使用的术语计算机不限于计算机领域所提及的集成电路，而是泛指处理器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其他可编程电路，且本说明书中所用的这些术语可互换。
系统控制器44也可包括一个或多个随机存取存储器(RAM)66和/或一个或多个其他存储装置68。RAM 66以及存储装置68连接到总线62以存储并传送将由处理器64执行的信息和指令。RAM 66(和/或存储装置68，如果包括的话)也可用于在处理器64执行指令期间存储临时变量或其他中间信息。系统控制器44也可包括一个或多个只读存储器(ROM)70和/或其他静态存储装置，这些存储装置连接到总线62以存储静态(即，不改变的)信息和指令，并将所述内容提供给处理器64。处理器64对从多个电气和电子装置传输的信息进行处理，所述电气和电子装置可包括，但不限于，速度和功率转换器。执行的指令包括，但不限于，贮存内容转换和/或比较器算法。对指令序列的执行并不限于硬件电路和软件指令的任意特定组合。
系统控制器44也可包括，或者可连接到，输入/输出装置72。输入/输出装置72可以包括所属领域中已知的任何装置，以将输入数据提供给系统控制器44和/或提供输出，例如，但不限于，偏航控制和/或变桨控制输出。指令可经由向一个或多个可电子访问的媒体提供访问权限的有线或无线远程连接而被从存储装置68提供给RAM 66，所述存储装置包括，例如，磁盘、只读存储器(ROM)集成电路、CD-ROM和/或DVD。在一些实施例中，硬连线电路可用于适当位置处，或者可与软件指令结合使用。因此，对指令序列的执行并不限于硬件电路和软件指令的任意特定组合，无论本说明书是否进行描述和/或图示。此外，在示例性实施例中，一个或多个输入/输出装置72可包括，但不限于，与操作员接口相关的计算机外围设备，例如鼠标和键盘(图3中均未图示)。或者，也可以使用其他计算机外围设备，包括，例如，扫描仪(图3中未图示)。此外，在示例性实施例中，额外的输出通道可包括，例如，操作员接口显示器(图3中未图示)。系统控制器44也可包括使系统控制器44能够与传感器50、52、54和56以及/或者其他传感器通信的传感器接口74。传感器接口74可包括一个或多个模数转换器，所述模数转换器将模拟信号转换成可供处理器64使用的数字信号。
在一项示例性实施例中，风机10包括锁相回路调节器80。PLL调节器80连接到传感器54。在示例性实施例中，传感器54是电压互感器，其经配置以测量由频率转换器34输出的终端电网电压。或者，PLL调节器80经配置以从多个电压互感器接收多个电压测量信号。在三相发电机的一个实例中，三个电压互感器中的每一个均电连接到电网总线的三个相位中的每个相位。PLL调节器80可配置用于从使得PLL调节器80能够如本说明书所述的那样运行的任意数量的电压互感器中接收任意数量的电压测量信号。
图4是示例性发电与输电系统150的方框图。发电和输电系统150可与风机10(参见图1和图2)一起使用，或包括在所述风机内。系统150包括能量源，例如，发电机26。尽管在本说明书中被描述为风力发电机26，但能量源可以包括使得系统150能够如本说明书所述的那样运行的任何类型的发电机。系统150还包括功率转换器，例如，功率转换器34。功率转换器34接收由发电机26产生的变频电力132并将电力132转换成适于经由输电与配电网136(本说明书中称为公用电网136)输送的电力134(本说明书中称为终端电力134)。终端电压(Vt)138被界定在功率转换器34与公用电网136之间的节点处。负载140连接到公用电网136，此处界定了戴维宁电压。如上文所述，与风机10的恒速运行相比，风机10的变速运行有助于增进由所述风机进行的能量捕集，然而风机10的变速运行会产生具有变化的电压和/或频率的电力132。具体而言，由变速风力发电机26产生的电力132的频率与转子14(如图1所示)的转速成比例。在示例性实施例中，功率转换器34输出具有大体固定的电压和频率的终端电力134，用于在公用电网136中输送。
功率转换器34也对发动机26的空隙转矩进行控制。所述空隙转矩位于所述发电机转子(图3中未示出)与所述发电机定子(图3中未示出)之间，所述空隙转矩对抗转子14向发电机26施加的转矩。转子14上通过叶片24(如图1所示)与风的相互作用而产生的转矩与空隙转矩之间的平衡有助于风机10的稳定运行。叶片桨距调整等风机调整，或者公用电网136上的低电压瞬态或零电压瞬态等电网事件可能导致转子14上由风产生的转矩与所述空隙转矩之间的不平衡。功率转换器34控制所述空隙转矩，这有助于控制发电机26的功率输出，然而，风机10可能无法在特定电网事件期间运行，或者可能因特定电网事件而遭受磨损和/或损坏，原因在于在检测到电网事件之后，对风机运行进行的调整将需要一段时间来起作用。
在示例性实施例中，系统150包括依赖于电网的功率限制器系统152。在示例性实施例中，控制器，例如，但不限于，控制器44(在图3中示出)，经编程以执行依赖于电网的功率限制器系统152的功能。然而，在替代性实施例中，依赖于电网的功率限制器系统152的功能可通过配置用于使得系统150能够如本说明书所述的那样运行的任意电路来执行。功率限制器系统152经配置以识别电网意外事件的发生，并向功率转换器34提供有助于减小磁极滑移的信号，并且提供从所述电网事件的稳定的恢复。在特定实施例中，功率转换器34根据由功率限制器系统152提供的信号进行响应，并大致消除磁极滑移。
电网事件在本说明书中也称为电网意外事件，可使公用电网136处于降级模式，在该模式中，电网阻抗过高因而无法容纳发电机26生成的电力。电网事件的一项实例包括公用电网136内的一条传输线上发生短路故障。输电保护措施会将公用电网136有故障的部分移除，从而允许公用电网136的剩余无故障部分运行。剩余的输电通道的将电力从系统150输送到负载140的能力有所下降。此类电网事件使得在清除公用电网136的有故障部分之前，公用电网136会在短暂的时间周期内处于低电压。通常，终端电压138将在发生电网事件期间趋近于零电压。低电压瞬态和/或零电压瞬态常常会导致发电机跳脱，并对所述半导体装置造成相关后果(例如，可能损害风机10的部件)。系统150有助于提升风机10的低电压穿越(LVRT)能力以及零电压穿越(ZVRT)能力，使得在低电压瞬态和/或零电压瞬态期间可能发生的风力发电机跳脱以及对所述半导体装置造成的相关后果得以减轻。
此类电网事件可能起故障后状态，在该状态下，公用电网136的高阻抗使得公用电网136无法从风力发电机26输送故障前电力(即，公用电网136的阻抗过高因而无法携带来自风力发电机26的故障前电力)。在同步机中，该状态可使发电机转子的转子角移动经过一个点，在该点处公用电网136的抑制转矩能够平衡风机10的机械输入，这在本说明中也称为“磁极滑移”。在具有功率电子接口(例如，功率转换器34)的机器中，该状态可能引起一系列的功率和电压的快速脉动。此类脉动类似于磁极滑移，尽管具有功率转换器34，但控制算法支配的是同步机的运转而不是物理性质。功率转换器控制算法中若无预防措施，则可能发生磁极滑移。
本说明书所描述的方法和系统有助于防止脉动磁极滑移，并且有助于在检测到短时间的磁极滑移时稳定系统150，使得更高层的控制有时间来确定行动并且传达那些行动以使所述系统进入可接受的状态。
如图4所示，在示例性实施例中，功率转换组件34配置用于从转换器接口控制器156接收控制信号154。控制信号154是基于检测到的本说明书所述风机10的运行条件或运行特性的，并且该控制信号用于控制功率转换组件34的运行。测得的运行条件的实例可包括，但不限于，终端电网电压、PLL错误、定子总线电压、转子总线电压，和/或电流。例如，传感器54测量终端电网电压138并且将终端电网电压反馈信号160传输至功率限制器系统152。功率限制器系统152至少部分地基于所述反馈信号160来生成功率命令信号162，并且将功率命令信号162传输至转换器接口控制器156。在一项替代性实施例中，转换器接口控制器156包括在系统控制器44内。来自其他传感器的其他运行条件反馈也可以由控制器44和/或转换器接口控制器156使用，以控制功率转换组件34。使用这个反馈信息，能够以任意已知形式生成，例如，开关控制信号、定子同步开关控制信号，以及系统断路器控制(跳脱)信号。例如，对于具有预定特征的电网电压瞬态，控制器44和/或转换器接口控制器156将至少大体上暂时中止功率转换组件34内的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的触发。这种运行中止将使通过功率转换组件34传输的电力基本减少到约为零。
图5为示例性功率限制器系统的方框图，例如，功率限制器系统152。功率限制器系统152配置用于输出功率命令信号162(如图4所示)，该功率命令信号在示例性实施例中至少为有功电流命令信号166和无功(或称电抗性)电流命令信号168中的一个。在示例性实施例中，功率限制器系统152包括功率限制器180、功率调节器182，以及电压调节器184。在示例性实施例中，功率限制器180接收系统150的至少一个测得的运行条件。所述至少一个测得的运行条件可包括，但不限于，来自PLL调节器80的PLL错误信号190以及来自传感器54的终端电网电压反馈信号160。功率限制器180还从，例如，系统控制器44(如图3中所示)接收存储的参考功率控制信号194。在一些实施例中，功率限制器180接收终端电网电压反馈信号160以及存储的参考功率控制信号194。在其他实施例中，功率限制器180接收PLL错误信号190以及存储的参考功率控制信号194。在其他实施例中，功率限制器180同时接收PLL错误信号190以及终端电网电压反馈信号160，以及存储的参考功率控制信号194。在示例性实施例中，功率限制器180生成功率命令信号198并将功率命令信号198传输至功率调节器182。功率调节器182生成有功电流命令信号166并将有功电流命令信号166传输至转换器接口控制器156。转换器接口控制器156在本说明书中还可以被称为转换器触发控制。如上文所述，PLL调节器80可包括在系统控制器44内，或可连接至系统控制器44，但与该系统控制器分离。
在示例性实施例中，PLL调节器80接收终端电压反馈信号160。例如，PLL调节器80可以接收由传感器54(图3中所示)提供的终端电压反馈信号160(在图3中表示为Vt)。如上文所述，PLL调节器80生成PLL错误信号190以及PLL相位角信号202。PLL相位角信号202被传输至转换器接口控制器156，用于功率转换组件34的控制，并用于注入电网136(图4中所示)中的电流的后续控制。
图6是示例性的依赖于电网的功率限制器的方框图，例如，功率限制器180(图5中所示)。如上文所述，在诸如弱电网之类的电网意外事件中，公用电网136的阻抗过高而不能容纳发电机26生成的功率。结果，可能发生磁极滑移从而导致公用电网136和风机10上的反复的电压降以及功率脉动。而且，所述弱电网会导致公用电网136上负载140处戴维宁等效电压的减小。为了帮助防止在电网意外事件之后发生磁极滑移，传输至转换器接口控制器156的功率命令迅速减少。具体而言，有功电流命令信号166由功率调节器182生成并被传输至转换器接口控制器156。有功电流命令信号166指示转换器接口控制器156减少转换组件34试图注入公用电网136的电流的有功分量。此外，为了支持所述终端电压，当电压调节器184基于终端电压反馈信号160识别到终端电压降时，电压调节器184生成无功电流命令信号168并且将无功电流命令信号168发送至转换器接口控制器156。电流命令信号168指示转换器接口控制器156在发生电网意外事件时增加被注入公用电网136的电流的无功分量。
在示例性实施例中，功率调节器182从功率限制器180接收功率命令信号198。功率命令信号198向功率调节器182提供对应于电网意外事件的发生的信号。如上文所述，低终端电压是电网意外事件已经发生的指示。而且，高PLL错误是电网意外事件已经发生的指示。为了确定电网意外事件是否已经发生，功率限制器180内的功能块220接收终端电压反馈信号160和/或PLL错误信号190。功率限制功能块222基于功能块220的输出226来生成功率限制控制信号224。将功率限制控制信号224以及参考功率控制信号194提供给比较器功能块230。比较器功能块230生成对应于功率限制控制信号224与参考功率控制信号194中较小的一个的功率命令信号198。
在示例性实施例中，当发生电网意外事件时，终端电压反馈信号160会指示终端电压的突然减小。因此，功率限制功能块222生成迅速减小的功率限制控制信号224。迅速减小的功率限制控制信号224有助于在大幅减少磁极滑移的同时稳定系统150。在终端电压反馈信号160指示所述电网意外事件已经结束(例如，所述终端电压上升)之后，功率限制功能块222生成非匀速的功率限制控制信号224。根据功率限制控制信号224，注入公用电网136的有功电流上升。以非匀速方式增大注入公用电网136的功率有助于防止功率振荡、转子振动、转子超速，以及功率超调。如本说明书所使用的，以非匀速方式增大注入电网136的功率通常表示随着时间而改变功率注入电网的速率。例如，所述速率可开始于较快的速率，之后随着注入所述电网的功率接近由所述功率限制控制信号224指定的功率，所述速率可以变化至较慢的速率。通过以非匀速的方式随时间改变所述功率限制控制信号224，注入所述电网136的功率具有快速上升部分，直到达到电网稳定性的安全水平，之后在接近满额功率的过程中所述功率具有缓慢上升部分。例如，电网稳定性的所述安全水平可以是功率输出的第一预定水平。在一个非限定性实例中，电网稳定性的所述安全水平在给定条件下可以为满额功率的百分之五十至七十。在从电网意外事件中恢复的早期部分中，功率注入的所述快速上升部分帮助减少转子超速和振动。在恢复时，在将功率注入电网的后期部分中缓慢增加注入公用电网136的功率为系统150的运行中更高层的变化提供了时间，从而允许系统150适应所述电网意外事件、减缓超调，并且减少在获得注入到电网中的满额功率时发生的振动。在一个方面，当从电网意外事件中恢复时，注入所述电网的功率的所述快速上升部分包括改变所述功率限制控制信号224，随后在给定的每秒风速下，功率以额定功率的百分之三百的斜坡速率注入所述电网，或以更大速率注入所述电网。在一个非限定性实例中，在给定的每秒风速下以额定功率的百分之三百的第一(快速)速率(或更大)将功率注入所述电网136，之后在给定的每秒风速下以低于额定功率的百分之三百的第二(缓慢)速率将功率注入所述电网136，例如在给定的每秒风速下额定功率的百分之一百。在另一个非限定性实例中，在给定的每秒风速下以额定功率的百分之三百的第一(快速)速率(或更大)将功率注入所述电网136，之后在给定的每秒风速下以低于额定功率的百分之一百的第二(缓慢)速率将功率注入所述电网136。
图7A和图7B是从电网意外事件中恢复的过程中，功率注入电网的非匀速斜坡速率的图示的非限制性实例。图7A中的标记702图示出对应实例具有多个线性分段，各段具有不同斜率，从而在给定风速下使所述风机回到额定功率的速率起初很快，之后在接近满额定功率的过程中变缓慢。图7B中的标记704图示出对应实例中一部分的斜坡速率是非线性的，从而在给定风速下使所述风机回到额定功率的速率起初很快，之后在接近满额定功率的过程中变缓慢。应理解，图7A和图7B为代表所述斜坡速率的线性或非线性分段的实例和任意组合，所述斜坡速率可用于以非匀速的方式增大所述功率转换器的功率和/或有功电流输出。
回到图6，在示例性实施例中，将功率限制控制信号224与参考功率控制信号194比较。比较器功能块230基于功率限制控制信号224与参考功率控制信号194中较低的一个生成功率命令信号198。例如，在电网意外事件发生之后，功率限制控制信号224低于参考功率控制信号194，因此功率命令信号198基于功率限制控制信号224生成。在系统150的正常运行期间(即，没有电网意外事件)，参考功率控制信号194小于功率限制控制信号224，并且功率命令信号198基于预定的参考功率控制信号194。
如上文所述，PLL错误信号190以及终端电压反馈信号160都是电网意外事件发生的指标。例如，对应于高PLL错误的PLL错误信号190以及对应于终端电压138降低的终端电压反馈信号160是电网意外事件已经发生的指示。响应于高PLL错误信号190和/或低终端电压反馈信号160，功率限制功能块222生成迅速减小的功率限制控制信号224。在PLL错误信号190和/或终端电压反馈信号160指示所述电网意外事件已经结束(例如，所述PLL错误和/或所述终端电压回到预设水平)之后，功率限制功能块222生成非匀速上升的功率限制控制信号224。注入公用电网136的功率根据功率限制控制信号224以非匀速的方式上升。如上文所述，在从电网意外事件中恢复的早期部分中，非匀速功率注入的所述快速上升部分帮助减少转子超速和振动。在恢复时，在非匀速功率注入电网的后期部分中缓慢增加注入公用电网136的功率为系统150的运行中更高层的变化提供了时间，从而允许系统150适应所述电网意外事件、减缓超调，并且减少在达到满功率注入电网时发生的振动。在一项替代性实施例中，功率限制器180还包括更高层的控制232。尽管被描述成包括在功率限制器180内，更高层的控制232也可位于远离功率限制器180处。如上文所述，在从电网意外事件中恢复的早期部分中，非匀速功率注入的所述快速上升部分帮助减少转子超速和振动。在恢复时，在非匀速功率注入电网的后期部分中缓慢增加注入公用电网136的功率为系统150的运行中更高层的变化提供了时间，从而允许系统150适应所述电网意外事件、减缓超调，并且减少在达到满功率注入电网时发生的振动。在增加注入公用电网136的功率的缓慢部分期间，为系统150的运行中更高层的变化提供时间，从而允许系统150适应所述电网意外事件。更高层的控制232接收至少一个风电场输入信号，例如，输入信号234。风电场输入信号234可以对应于公用电网136中的变化，例如，但不限于，断路器触点信号或来自远处的变电所的通信信号。输入信号234还可对应于风电场内多个风机在公共连接点处的电压测量值。在示例性实施例中，更高层的控制232至少部分地基于输入信号234生成削减信号236，并且将削减信号236提供给所述多个风机中选出的风机。确切地说，削减信号236被提供给比较器功能块230，功率命令信号198在其中生成。例如，如果更高层的控制232接收到的输入信号234对应于超过预设数量的远处变电所，这些变电所无法承载当前正接收的功率水平，那么更高层的控制232将生成削减信号236，一旦被接收，该削减信号指示比较器功能块230生成功率命令信号198来消减风机的输出使其低于某一输出值，否则的话可从一般的风条件中获得该输出值。在另一个实例中，如果更高层的控制232确定多个风机在公共连接点处的电压已经保持在预设水平之下超过一段预设时间，那么更高层的控制232将生成削减信号236，一旦被接收，该削减信号指示比较器功能块230生成功率命令信号198来消减风机的输出使其低于某一输出值，否则的话可从一般的风条件中获得该输出值。
在示例性实施例中，功率限制器系统152还包括存储器，例如，存储器66(如3所示)。存储器66配置用于存储有关风机10的运行的数据。例如，存储器66可存储至少一个变量，该变量对应于，例如，但不限于，PLL错误190和电压反馈160。确切地说，控制器44配置用于对预设变量的当前值进行取样，并且当事件发生时将所述当前值存储在存储器66中。例如，当电网意外事件发生时，PLL错误190与电压反馈160的当前值被存储在存储器66中。存储器66可以由用户进行存取从而，例如，监控风机10的运行。
图8是可与风机10(图1所示)相关联的电网线电压对时间的图示。图8的标记240包括表示电网线电压的纵坐标(y轴)242，单位为百分比(％)。Y轴242在图中原点处显示为0％，并且向上延伸至100％。0％的电网线电压指示公用电网136上的零电压(图4所示)。100％的电网线电压指示终端电网电压138达到与风机10相关联的标称预定电压的100％。标记240还包括表示时间的横坐标(x轴)244，单位为秒(s)。图示了从时间等于零秒开始的零电压瞬态。这个零电压瞬态可对应于电网事件，例如，导致零电压电网状态的断开连接的负载。在示例性实施例中，公用电网136上的零电压状态为0.15秒，其中公用电网136上的电压在瞬态开始后大约3.5秒完全恢复至100％。或者，零电压状态的时间长度以及电网电压恢复的特性取决于所属领域中已知的多种因素。
如图8所示，当电压降低至零时，有可能出现防止发电机26向公用电网136传输电力的故障。在风继续旋转转子14的情况下(图1所示)，发电机26继续生成不转换成电能的能量。相反，所述能量使转子14加速直到跳脱特征出现，该跳脱特征可包括手动跳脱或自动超速跳脱。
图9图示了当从电网意外事件中恢复时包括在发电与输电系统内的风机的功率输出的模拟，该模拟对比了匀速恢复速率(虚线)902以及非匀速恢复速率(实线)904。在这个示例性模拟中，所述风机的额定功率输出约为1520kW。如图9所示，所述风机在时间＝100秒时经历了电网意外事件，其显著地降低了注入所述电网中的功率的量。不久之后，所述风机开始恢复注入所述电网中的所述风机的功率输出。线902图示了示例性的匀速恢复速率，该速率大约为每秒额定功率的百分之五十。可以看到，这个匀速且相对缓慢的恢复速率使得达到额定输出功率的时间周期更长并导致明显的额定功率超调，由此导致显著的功率振荡，直至达到稳定的额定功率输出为止。此外，由于如线902所示的从所述电网意外事件中恢复的相对较慢的恢复速率，随着风机从所述电网意外事件中恢复，涡轮机部件可能会承受更长时间的不同频率的振动。这些振动可能导致所述风机跳脱离线和/或损害所述风机的部件。特别地，在所述转子以所述风机的固有频率和/或临界转速运动处，损害的时间可能很长。
线904图示了在电网意外事件之后的示例性的额定功率非匀速恢复速率。同前面一样，在大约100秒时发生所述电网意外事件之后不久，所述风机通过将更多功率注入所述电网而开始恢复。如线904所示，它首先涉及了快速上升906，直到达到电网稳定性的安全水平，之后在获得最终满额定功率和/或有功电流输出的过程中涉及缓慢上升908。如图9所示，功率的所述快速上升部分906和/或所述风机的所述功率转换器的有功电流输出可以包括百分之三百每秒(或更快)的上升。而且，如图9所示，功率的缓慢上升部分908和/或功率转换器的有功电流输出可以包括小于百分之三百每秒的上升。例如，所述缓慢上升部分908可以包括一个功率输出恢复速率，该功率输出恢复速率为所述风机每秒额定功率输出的大约百分之五十。在图9的线904中可以看到，与使用如线902所示的所述较缓慢匀速恢复速率相比，使用所述非匀速恢复速率的功率输出超调的程度较轻。此外，通过在所述快速上升部分906中迅速加速通过高振动时间段，降低了跳脱或由振动造成的损害的可能性。
图10图示了当从电网意外事件中恢复时包括在发电与输电系统内的风机的发电机转速的模拟，该模拟对匀速恢复速率(虚线)1002以及非匀速恢复速率(实线)1004进行了比较。在这个示例性模拟中，额定发电机转速约为1440转每分钟。如图10所示，所述风机在时间＝100秒时经历了电网意外事件，这显著地增大了发电机转速并且降低了注入所述电网中的功率的量。不久之后，所述风机开始恢复注入所述电网中的所述风机的功率输出。线1002图示了示例性的匀速恢复速率，该速率大约为每秒额定功率的百分之五十。可以看到，在所述电网意外事件期间与之后，这个匀速且相对缓慢的恢复速率带来了明显更高的发电机转速。这种超速可能导致所述风机跳脱离线和/或损害所述风机的部件。
线1004使用在电网意外事件之后的示例性的额定功率非匀速恢复速率，图示了所述电网意外事件之后的发电机转速。同前面一样，在大约100秒时发生所述电网意外事件之后不久，所述风机通过将更多功率注入所述电网而开始恢复。如线1004所示，在所述意外事件期间与之后，发电机转速不像使用匀速恢复速率时那么快。这降低了超速跳脱或对所述风机造成损害的可能性。
图11为流程图，图11中的标记260图示了用于控制风机运行的示例性方法，例如，风机10(图1所示)，该风机包括在发电与输电系统内，例如，发电与输电系统150(图4所示)。尽管被描述成用于操作一台风机的方法，但所述方法也可以应用于超过一台风机10的运行(即，风电场)。在示例性实施例中，所述方法包括测量270发电与输电系统150的至少一个运行条件，其中所述至少一个运行条件取决于电网意外事件的发生。如上文所述，测得的运行条件提供了电网意外事件发生的指示。所述测得的运行条件可包括，但不限于，锁相回路错误和终端电网电压中的至少一个。所述方法还包括将对应于所述至少一个运行条件的运行条件反馈信号传输272至功率限制器系统。确切地说，PLL错误信号190(图5所示)可通过PLL调节器生成，例如，PLL调节器80(图5所示)，并被传输272至功率限制器系统152(图5所示)。PLL错误信号190可对应于由PLL调节器80追踪的持续相位错误。而且，终端电网电压反馈信号160(图5所示)可通过传感器54(图3所示)测量，并被传输272至功率限制器系统152。
在示例性实施例中，所述方法还包括使用功率限制器系统152分析274所述运行条件反馈信号，从而识别电网意外事件的发生。例如，增加的PLL错误信号190提供了电网意外事件正在发生的指示，和/或快速降低的终端电网电压138提供了电网意外事件正在发生的指示。所述方法还包括使用功率限制器系统152生成278对应于电网意外事件的发生的有功电流命令信号。例如，诸如有功电流命令信号166(图5所示)之类的有功电流命令信号由功率限制器系统152生成。有功电流命令信号166可以至少部分基于所述终端电网电压并且用作电网意外事件发生的指示。例如，当终端电网电压138低于预设水平时，对应于电网意外事件的发生而生成了有功电流命令信号166。
有功电流命令信号166还可以至少部分基于PLL错误信号190。例如，当PLL错误信号190高于预设水平时，生成对应于电网意外事件的发生的有功电流命令信号166。
有功电流命令信号166也可以同时基于终端电网电压138与PLL错误信号190。在此项替代性实施例中，如果终端电网电压138和/或PLL错误信号190指示电网意外事件的发生，那么功率限制器系统152输出对应于电网意外事件的发生的有功电流命令信号166。
所述方法还包括将有功电流命令信号166传输278至控制器，例如，转换器接口控制器156(图5所示)，并且将有功电流命令信号166应用280于功率转换器的运转，例如，功率转换组件34(图3所示)。在接收到对应于电网意外事件发生的有功电流命令信号166时，功率转换组件34迅速减小有功电流输出。此外，在接收到指示从所述电网意外事件中恢复的有功电流命令信号166时，功率转换组件34以非匀速方式通过功率转换组件34增加有功电流输出，从而帮助从所述电网意外事件中稳定地恢复。
在示例性实施例中，所述方法还包括将至少一个变量存储282于存储器中，所述变量对应于在电网意外事件发生时的所述至少一个运行条件。例如，对应于所述至少一个运行条件的变量可存储282于存储器66中(图3所示)。存储器66可存储多个变量，这些变量对应于，例如，但不限于，PLL错误190和电压反馈160。确切地说，控制器44配置用于对预设变量的当前值进行取样，并且当事件发生时将所述当前值存储在存储器66中。例如，当电网意外事件发生时，PLL错误190与电压反馈160的当前值被存储在存储器66中。存储器66可以由用户进行存取从而，例如，监控风机10的运行和/或核实风机10、功率限制器系统152，和/或发电与输电系统150的恰当的运行。
所述方法还可包括将终端电网电压138传输284至电压调节器，例如，电压调节器184(图5所示)，以及在电压调节器184处生成286无功电流命令信号，例如，无功电流命令信号168，从而当终端电网电压138指示电网意外事件的发生时，增加功率转换组件34的所述无功电流输出。所述增加的无功电流支持终端电网电压138，直到所述电网意外事件得到解决，或者风机10运行的更高层控制被激活。在一些实施例中，更高层的控制，例如，更高层的控制232(图6所示)，接收风电场运行条件、至少部分基于所述风电场运行条件生成削减信号，并且将所述削减信号传输至功率限制器系统152。
上述实施例有助于提升风机的效率和成本效益。所述风机包括功率限制器系统，至少将终端电压反馈信号与PLL错误信号中的一个提供给所述功率限制器系统。所述终端电压反馈信号与所述PLL错误信号有助于电网意外事件的识别，并且本说明书中所述方法和系统提供的信号有助于对识别出的电网意外事件进行快速响应。在识别电网意外事件之后应用于所述公用电网的有功电流的快速降低大体上消除了磁极滑移。当所述公用电网恢复时应用于所述公用电网的有功电流的非匀速增加为更高层的控制系统提供了时间，来平衡由所述风机或风电场内的风机生成的功率与所述公用电网上的负载水平。本说明书中所述方法和系统有助于实现零或低电压穿越，从而能够在电压瞬态期间防止发电机跳脱和/或支持所述电网。
上文详细描述了风机、功率限制器系统，以及响应于电网意外事件的发生来操作风机的方法的示例性实施例。所述方法、风机以及功率限制器系统并不局限于本说明书所述的特定实施例，相反，所述风机的部件、所述功率限制器系统的部件，和/或所述方法的步骤可以与本说明书中所述的其他部件和/或步骤分开来单独使用。例如，所述功率限制器系统与方法也可与其他风机电力系统与方法结合使用，而不限于仅使用如本说明书中所述的电力系统进行实践。实际上，示例性实施例可与许多其他风机或电力系统应用结合实施和使用。
尽管本发明各实施例的具体特征可能在一些附图中图示，而未在其他附图中图示，但这仅仅是出于方便的考量。根据本发明的原则，附图中的任何特征可以结合任何其他附图中的任何特征进行参考和/或提出权利主张。
本说明书使用了各种实例来揭示本发明，包括最佳模式，并且还使所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并且可以包括所属领域的技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也应在权利要求书的范围内。
如上文所述且如本领域的技术人员所理解的，本发明的实施例可被配置为系统、方法，或计算机程序产品。因此，本发明的实施例可由不同的构件组成，包括完全由硬件组成、完全由软件组成，或软件和硬件的任意组合。此外，本发明的实施例可以采取计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式，所述计算机可读存储介质具有在所述存储介质上实施的计算机可读程序指令(例如，计算机软件)。可利用任意合适的非瞬时性计算机可读介质，包括硬盘、CD-ROM、光学存储装置，或磁存储装置。
上文参考了方法、设备(即，系统)和计算机程序产品的方框图以及流程图的图示描述了本发明的实施例。应理解，方框图和流程图图示的各个方框，以及方框图和流程图图示中方框的组合，分别可以通过包括计算机程序指令的不同方式实施。可将这些计算机程序指令加载到通用计算机、专用计算机，或其他可编程数据处理设备，例如上文参考图3进行讨论的一个或多个处理器64，从而生产某种机器，以使得在所述计算机或其他可编程数据处理设备上执行的指令产生用于实施在一个或多个流程图方框中指定的功能的方法。
这些计算机程序指令也可存储在能够指示计算机或其他可编程数据处理设备(例如，图3中的一个或多个处理器64)以特定方式运行的非瞬时性计算机可读存储器中，使得存储在所述计算机可读存储器中的指令产生一种制品，所述制品包括用于实施在一个或多个流程图方框中指定的功能的计算机可读指令。所述计算机程序指令也可加载到计算机或其他可编程数据处理设备上，从而在计算机或其他可编程设备上产生将要执行的一系列操作步骤，从而产生一种由计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令能够提供用于实施在一个或多个流程图方框中指定的功能的步骤。
因此，方框图和流程图图示中的方框支持用于执行指定功能的方法的组合、用于执行指定功能的步骤的组合，以及用于执行指定功能的程序指令方法。还应理解，方框图和流程图图示中的每个方框，以及方框图和流程图图示中的方框的组合可通过基于硬件的专用计算机系统来实施，所述专用计算机系统执行指定的功能或步骤，或专用硬件和计算机指令的组合。
除非另外明确地指出，不能将本说明书中提出的任何方法解释为需要以特定顺序执行其步骤。因此，在方法权利要求没有实际列出其步骤应遵循的顺序的情况下，或在权力要求书或说明书中没有另外明确地指出所述步骤应限于特定顺序的情况下，不能意图推断在任何方面存在任何顺序。这适用于解释任何可能的非表达基础，包括：关于步骤布置或操作流程的逻辑关系；从语法组成或标点符号得出的明显含义；本说明书中所述的实施例的数字或类型。
在本申请案的各处，可引用不同公开案。这些公开案的披露特此通过引用将它们的全文结合在本申请案中，从而更详细地描述所述方法和系统所涉及的现有技术水平。
所属领域的技术人员在理解前述说明和关联附图中所呈现的教示的优点后，可构想出本说明书阐述的本发明的各实施例所涉及的本发明的许多修改和其他实施例。因此，应了解，本发明的实施例并不限于所揭示的特定实施例，且修改和其他实施例意欲包括于所附权利要求书的范围内。此外，尽管前述说明和相关附图在元件和/或功能的特定示例性组合的背景下描述了示例性实施例，但是应理解替代性实施例可在不脱离所附权利要求书的范围的情况下，提供元件和/或功能的不同组合。就此而言，例如，也考虑了将在所附权利要求书的若干项中提出的与上文明确描述的内容不同的元件和/或功能的组合。尽管本说明书中采用了特定的术语，但是这些术语具有通用意义并且仅用于说明，并不用于限定。

Claims (17)

1.一种用于控制包括在发电与输电系统内的风机的运行的方法，其中所述风机包括：转子，所述转子包括多片转子叶片；发电机；功率转换器以及控制器，所述方法包括：
测量所述发电与输电系统的至少一个运行条件，所述运行条件取决于电网意外事件的发生；
将对应于所述运行条件的运行条件反馈信号传输至功率限制器系统；
使用所述功率限制器系统来分析所述运行条件反馈信号，从而识别电网意外事件的发生；
使用所述功率限制器系统来生成对应于所述电网意外事件的发生的功率命令信号；
将所述功率命令信号传输至所述控制器；以及
当所述功率命令信号指示从所述电网意外事件中恢复时，通过以非匀速的方式来增大所述功率转换器的有功电流输出，从而至少部分地基于所述功率命令信号来控制所述功率转换器的运行；
其中，当所述功率命令信号指示从所述电网意外事件中恢复时，通过以非匀速的方式来增加所述功率转换器的有功电流输出，从而至少部分地基于所述功率命令信号来控制所述功率转换器的运行包括以第一速率增大所述功率转换器的有功电流输出，直到达到电网稳定性的安全水平，并且随后在接近最终满额有功电流输出的过程中以小于第一速率的第二速率增加所述功率转换器的有功电流输出。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将对应于所述电网意外事件发生时的所述运行条件的至少一个变量存储在存储器中，从而帮助确定所述发电与输电系统是否恰当地运行。
3.根据权利要求1所述的方法，其中测量至少一个运行条件包括测量锁相回路(PLL)错误和终端电网电压中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的方法，其中将所述有功电流命令信号应用于功率转换器运转包括在接收到对应于电网意外事件的有功电流命令信号时，迅速减小所述功率转换器的有功电流输出。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述功率转换器的有功电流输出的所述第一速率包括百分之三百每秒或更高的上升。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述功率转换器的有功电流输出的所述第二速率包括小于百分之三百每秒的上升。
7.根据权利要求1所述的方法，其中当所述功率命令信号指示从所述电网意外事件中恢复时，通过以非匀速的方式来增大所述功率转换器的有功电流输出包括降低所述风机振动跳脱的可能性。
8.根据权利要求1所述的方法，其中当所述功率命令信号指示从所述电网意外事件中恢复时，通过以非匀速的方式来增大所述功率转换器的有功电流输出包括降低所述风机超速跳脱的可能性。
9.根据权利要求1所述的方法，其中当所述功率命令信号指示从所述电网意外事件中恢复时，通过以非匀速的方式来增大所述功率转换器的有功电流输出，从而至少部分地基于所述功率命令信号来控制所述功率转换器的运行包括至少部分地以非线性方式增大所述功率转换器的有功电流输出。
10.一种使风机从电网意外事件中恢复的方法，其包括：
通过控制器接收功率命令信号，其中所述功率命令信号指示从所述电网意外事件中恢复；以及
响应于所述功率命令信号以非匀速的方式增大功率转换组件注入电网的功率，其中所述控制器控制所述功率转换组件；
其中，响应于所述功率命令信号以非匀速的方式增大由功率转换组件注入电网的功率，其中所述控制器控制所述功率转换组件，包括以第一速率增大所述功率转换组件的功率电流输出，直到达到电网稳定性的安全水平，并且随后在接近最终满额功率输出的过程中以小于第一速率的第二速率增大所述功率转换组件的功率电流输出。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述功率转换器的功率输出的所述第一速率包括百分之三百每秒或更高的上升。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述功率转换器的功率输出的所述第二速率包括小于百分之三百每秒的上升。
13.根据权利要求10所述的方法，其中响应于所述功率命令信号以非匀速的方式增大由功率转换组件注入电网的功率，其中所述控制器控制所述功率转换组件，包括降低所述风机振动跳脱的可能性。
14.根据权利要求10所述的方法，其中响应于所述功率命令信号以非匀速的方式增大功率转换组件注入电网的功率，其中所述控制器控制所述功率转换组件，包括降低所述风机超速跳脱的可能性。
15.根据权利要求10所述的方法，其中响应于所述功率命令信号以非匀速的方式增大功率转换组件注入电网的功率，其中所述控制器控制所述功率转换组件，包括至少部分地以非线性方式增大所述功率转换组件的功率输出。
16.一种发电与配电系统，其包括：
发电机；
连接到所述发电机与公用电网上的功率转换组件，所述功率转换组件配置用于接收由所述发电机产生的电力，并将所述接收到的电力转换成适合在所述公用电网上输送的电力，其中所述功率转换组件经进一步配置，以当接收到对应于从电网意外事件中恢复的有功电流控制信号时，以非匀速的方式增大所述功率转换组件的有功电流输出；以及，
功率限制器系统，所述功率限制器系统可通信地连接到所述功率转换组件上，并且配置用于向所述功率转换组件提供有功电流控制信号，所述有功电流控制信号至少部分基于电网意外事件的至少一个测得的指标，所述功率限制器系统包括存储器，所述存储器配置用于当电网意外事件发生时存储至少一个变量，所述至少一个变量对应于所述电网意外事件的所述测得的指标；
其中，配置用于在所述功率命令信号指示从所述电网意外事件中恢复时以非匀速方式增大所述功率转换器的有功电流输出的所述功率转换组件包括以第一速率增加所述功率转换组件的有功电流输出，直到达到电网稳定性的安全水平，并且随后在接近最终满额有功电流输出的过程中以小于第一速率的第二速率增大所述功率转换组件的有功电流输出。
17.根据权利要求16所述的系统，其中配置用于在所述功率命令信号指示从所述电网意外事件中恢复时以非匀速方式增大所述功率转换器的有功电流输出的所述功率转换组件包括至少部分地以非线性方式增大所述功率转换组件的有功电流输出。
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