CN104113074A - 用于控制电力转换器的控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制电力转换器的控制器。描述了一种用于控制风力涡轮机的电力转换器的控制器，所述电力转换器用于将所述风力涡轮机的电气输入电力转换成电气输出电力，其中，所述电气输出电力被提供给电网。所述电力转换器包括电网侧转换器部分和涡轮机侧转换器部分。所述控制器包括：输入端子，用于接收与预定义电网电压相关联的电压参考信号和与预定义电网频率相关联的频率参考信号；以及网桥控制器，其被适配为控制所述电网侧转换器部分的电力转换。所述网桥控制器包括调制器，所述调制器用于基于从所述电压参考信号和所述频率参考信号导出的参考电压和参考角度来调制所述电网侧转换器部分中的门驱动命令信号。所述调制器被适配为调制所述门驱动命令信号，以便在所述电网内有故障的情况下维持所述电力转换器中的所述预定义电网电压和所述预定义电网频率。

Description

用于控制电力转换器的控制器
技术领域
本发明总体涉及在公用电网有孤岛（断开）部分的情况下对电力转换器的控制。具体地，本发明涉及用于控制风力涡轮机的电力转换器以在电网中有故障的情况下（例如在电网有孤岛部分的情况下）维持电网的孤岛部分中的电网电压和频率的控制器。此外，本发明涉及包括该电力转换器和该控制器的发电系统。此外，本发明涉及用于控制电力转换器内的电力转换的方法。除此之外，本发明涉及用于控制电力转换器内的电力转换的计算机程序。
背景技术
诸如风力涡轮机之类的一个或多个发电系统可以连接到公用电网以向公用电网供应电能。风力涡轮机发电机提供的电力和公用电网所需的电力可能具有不同的频率，特别地，电频率。在风力涡轮机中，频率转换器用于将来自发电机的AC（交流）电力对接到公用电网的AC电力。
可能存在这样的情形，其中风电场正在产生至电气系统（即，公用电网）中的电力，并且该电气系统的一部分变为孤岛，即从电网的其余部分断开。还可能存在这样的情形，其中风电场正在产生至HVDC方案的一端（非电网连接端）中的电力，并且电气系统变为孤岛或者HVDC方案阻塞，这意味着远程HVDC电力转换器端子内的切换设备关闭。
在孤岛电气系统的情况下，风电场可能正在产生至该电气系统中的电力，并且该电气系统中风电场被连接到的部分可能变为孤岛，在孤岛系统上具有未受限定的局部负载以及未受限定的局部生成。
在孤岛电气系统的情况下，普通矢量电流控制器算法将“跟踪”孤岛系统的频率和电压，并且除非负载和生成完美平衡，否则孤岛系统频率将偏离于“标称”且最终偏离充分程度以至于电力转换器（和/或其他涡轮机或电气系统部件）跳闸或停机。普通网桥电流控制器未做实际上帮助维持“标称”电压或频率的任何事，其不以与同步发电机相同的方式进行动作。
因此，可能存在对被适配为在（例如风力涡轮机内的）电力转换器应当可控时的条件期间以特别地支持或维持孤岛系统上的标称电压和频率的这种方式被控制的控制器的需要。
发明内容
该需要可以通过根据独立权利要求的主题满足。通过从属权利要求来描述本发明的有利实施例。
根据本发明的一方面，提供了一种用于控制风力涡轮机的电力转换器的控制器，所述电力转换器用于将所述风力涡轮机的电气输入电力转换成电气输出电力，其中，所述电气输出电力被提供给电网，其中，所述电力转换器包括电网侧转换器部分和发电机侧转换器部分。所述控制器包括：输入端子，用于接收与预定义电网电压相关联的电压参考信号和与预定义电网频率相关联的频率参考信号；以及网桥控制器，其被适配为控制所述电网侧转换器部分的电力转换，其中，所述网桥控制器包括调制器，所述调制器用于基于从所述电压参考信号和所述频率参考信号导出的参考电压和参考角度来调制所述电网侧转换器部分中的门驱动命令信号，其中，所述调制器被适配为调制所述门驱动命令信号，以便在公用电网内有故障的情况下维持所述电力转换器中的所述预定义电网电压和所述预定义电网频率。
公用电网内的故障可以是公用电网中风力涡轮机正在将电力递送至的部分（即孤岛部分）的断开或整个孤岛公用电网的断开。
风力涡轮机可以包括塔、安装在塔顶部的吊舱、以及在杆内旋转支撑的转子，其中，在转子处，安装一个或多个转子刀片。转子杆可以机械地耦合到发电机，所述发电机用于在转子杆由于撞击在转子刀片上的风而旋转时生成电能。
所述电力转换器可以是固定切换频率2级电力转换器。所述控制器还可以与多级电力转换器、可变切换频率滞后或滑动模式控制方案组合使用。
具体而言，风力涡轮机的发电机可以生成可变频率AC电力（或AC电力流），所述可变频率AC电力可以被供应到频率转换器，所述频率转换器可以是全尺度转换器。该上下文中的AC电力可以指代具有特定频率的电流或电压。频率转换器可以首先将可变频率AC电力转换成DC电力，并且然后可以将DC电力转换成固定频率AC电力，所述固定频率AC电力具有在正常条件下公用电网的频率，即标称电网频率。
术语“公用电网”可以表示这样的电网：发电系统向所述电网供应能量，并且一个或多个消费者从所述电网提取电能。
术语“标称电压”可以表示系统设计电压。术语“主导电压”可以表示涡轮机目前工作所处的电压，并且这可能在一天的过程期间由于下述各项而改变：电力、无功功率要求、连接的电力因子校正电容器或装备、或者其他电压控制装置、变压器抽头转换开关、HVDC方案、静态Var补偿器等等。
术语“电压参考”可以表示涡轮机内的期望LV母线电压，并可以从风电厂控制器发送，以便在风电厂的端子处实现预定义（例如，所需的）电压（或无功功率），该端子通常是风电厂变压器的HV侧。该电压参考通常偏离于“标称电压”。
根据本发明的该方面，提供了一种方案，通过该方案，风力涡轮机转换器可以进行动作以模仿同步发电机，通过进行动作来帮助在孤岛系统上支持或维持标称电压和频率。通过使用所描述的控制器而非直接控制电流，向网桥给出调制深度（电压）参考和频率参考。这些电压和频率参考处于标称值（作为示例，可以假设为690V和50Hz或60Hz）。
传统矢量电流控制将三相电流分解成同步旋转的参考系内的D和Q轴分量。在稳态中，电流的这些D和Q轴分量是DC量，并且因此，可以使用比例积分（PI）控制器来实现零稳态误差。这一点的扩展包括负序列电流控制，但是二者的原理都是控制电压以实现零稳态电流误差。然而，从中导出电流和电压的DQ轴分量的同步信号是从主导电压导出的，并且由此，此类方案固有地遵循电网电压和频率。
根据本发明的控制器，网桥的目的可以是成为固定电压和频率源，直到达到涡轮机限制为止。例如，该上下文中的涡轮机限制可以指代电力转换器或涡轮机部件的额定的最大可提供功率或电流和/或电压。网桥可以在正常稳态条件下与主导电网条件同步，并可以尝试维持标称电压和标称频率，直到如下这样的时间为止：达到转换器或涡轮机电气系统的额定电流或者达到来自涡轮机的可用功率。在该点处，至网桥的电压和频率参考可以被修改以遵守转换器的额定电流和涡轮机主导功率能力。这里的原理可以是网桥调制器接收调制深度和角度参考，所述调制深度和角度参考是直接从至涡轮机（例如，风电厂控制器）中的参考导出的。矢量电流控制器可能不定义调制深度和角度，如在风力涡轮机内使用的普通电力转换器中的情况那样。
当超过孤岛系统的涡轮机的额定值时，可以减小电压和/或频率以限制负载。应当注意，风电场控制器不能以任何方式限制负载。
根据本发明的实施例，电网侧转换器部分基于预定义电网电压和预定义电网频率而与主导电网条件同步。
网桥（即电网侧或网络侧转换器部分）可以在正常稳态下与主导电网条件同步。因此，网桥调制器可以接收调制深度和角度参考，所述调制深度和角度参考是直接从来自例如风电厂控制器至涡轮机中的参考而非矢量电流控制器的参考导出的。
根据本发明的实施例，所述预定义电网电压和/或预定义电网频率是期望的和/或所需的电网电压和/或电网频率。
所需的或期望的电压或频率可以例如由像风电厂控制器这样的中央控制来定义或者可以由电网要求来定义。
根据本发明的实施例，所述控制器还被适配为接收作为来自所述风力涡轮机的可用功率的代表的风力涡轮机功率信号，并且其中，所述网桥控制器被适配为基于所述风力涡轮机功率信号来调制所述门驱动命令信号。
所述控制器（例如网桥控制器）可以尝试维持标称电压和标称频率，直到如下这样的时间为止：达到转换器或涡轮机电气系统的额定电流或者达到来自涡轮机的可用功率。因此，所述网桥控制器可以基于风力涡轮机功率信号来调制所述门驱动命令信号。
根据本发明的实施例，所述网桥控制器被适配为基于所述风力涡轮机功率信号来调整所述参考电压和所述参考角度。
当达到转换器或涡轮机电气系统的额定电流或达到来自涡轮机的可用功率时，可以修改至网桥的电压和频率参考以遵守转换器的额定电流和涡轮机主导功率能力。因此，所述控制器可以考虑实际风力条件。
根据本发明的实施例，所述控制器还被适配为接收作为来自所述风力涡轮机和/或所述电力转换器的额定电流的代表的额定电流信号，并且其中，所述网桥控制器被适配为基于所述额定电流信号来调制所述门驱动命令信号。
如上面所描述的，可以通过考虑所述额定电流信号来调制所述门驱动命令信号。
根据本发明的实施例，所述网桥控制器被适配为基于所述额定电流信号来调整所述参考电压和参考角度。
可以修改至网桥的电压和频率参考以遵守转换器的额定电流。因此，可以鉴于实际风力和转换器的额定值来调整参考信号。
根据本发明的实施例，所述电压参考信号和所述频率参考信号是从风电厂控制器或外部源接收的。
风电厂控制器可以具有所有必要信号且因此可以向所述控制器提供这些信号。这些信号也可以在此类通信丢失的情况下默认为标称参考。
根据本发明的实施例，所述控制器还包括补偿单元，其被适配为补偿被提供给公用电网的谐波畸变。
例如，通过使用反馈机制，可以减小由非线性负载引入到孤岛网络的谐波畸变。此类机制可以基于多个同步旋转参考系以补偿谐波电压畸变。
如本文所描述的控制器可以由不同的特定机制来修改，后文将进一步详细地示出这些特定机制。
根据本发明的实施例，所述控制器还包括谐振阻尼单元，其被适配为减小所述公用电网的谐振。
例如，电气系统谐振可以在孤岛电气系统上被阻抑。如果来自更远程总线的电压反馈可用或者其频谱被实时计算，则对孤岛系统内的谐振或局部非线性负载所引起的谐波（和/或谐波间）电压的控制可以被反馈到网桥，以调制包含正确谐波谱的PWM电压，以便对不是如此局部的谐波电压进行阻抑。
根据本发明的实施例，所述网桥控制器还被适配为执行对电力的快速控制。
这可以例如在HVDC系统转换器阻塞期间使用。
根据本发明的实施例，所述控制器还包括控制单元，其被适配为控制连接的涡轮机来共享孤岛系统上的电力和无功功率负载。
根据该实施例，可以以当存在故障（即，系统为孤岛）时涡轮机能够共享电力和无功功率负载的这种方式来控制涡轮机。
根据本发明的实施例，所述控制器还包括重新同步单元，其被适配为当所述电网内的故障结束时重新同步涡轮机。
此类重新同步可以在电网电压确实返回时使用。在移除或消除了故障之后，可能需要此类重新同步以便确保风力涡轮机和其余系统的合适运转。
根据另一实施例，提供了一种发电系统，具体是风力涡轮机系统，具体用于向公用电网供应电力。所述发电系统包括：电源单元，具体是发电机；电力转换器，用于将来自所述电源单元的输入电力信号转换成输出电力信号；以及如上所述的用于控制所述电力转换器的控制器。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于控制风力涡轮机的电力转换器的方法，所述电力转换器用于将所述风力涡轮机的电气输入电力转换成电气输出电力，其中，所述电气输出电力被提供给电网，其中，所述电力转换器包括电网侧转换器部分和涡轮机侧转换器部分。所述方法包括：接收与预定义电网电压相关联的电压参考信号和与预定义电网频率相关联的频率参考信号；以及通过以下操作来控制所述电网侧转换器部分的电力转换：基于从所述电压参考信号和所述频率参考信号导出的参考电压和参考角度来调制所述电网侧转换器部分中的门驱动命令信号，以及调制所述门驱动命令信号，以便在所述电网内有故障的情况下维持所述电力转换器中的所述预定义电网电压和所述预定义电网频率。
应当注意，参考是预定义的（例如，期望的）电网电压量值和频率，并且网络电力转换器可以尝试实现这一点，直到达到装备的额定值，在达到额定值的点处，可以修改电压的量值，如同可以修改频率参考那样，使得转换器/涡轮机在其电流、主导功率和热额定值内操作。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于控制风力涡轮机的电力转换器的计算机程序。所述计算机程序在由数据处理器执行时被适配为控制如上所述的方法。
如本文所使用的，对计算机程序的参考意图等效于对包含用于控制计算机系统以协调上述方法的执行的指令的程序元件的参考。
可以用任何适当的编程语言（诸如例如，JAVA、C++）将计算机程序实现为计算机可读指令代码，并且可以将计算机程序存储在计算机可读介质（可移除盘、易失性或非易失性存储器、嵌入式存储器/处理器等）上。所述指令代码可操作以将计算机或任何其他可编程器件编程为实行意图的功能。计算机程序可以是从网络可用的，所述网络诸如是万维网，可以从中下载所述计算机程序。
本发明可以借助相应于软件的计算机程序而实现。然而，本发明也可以借助相应于硬件的一个或多个特定电子电路而实现。此外，本发明也可以用混合形式实现，即，用软件模块和硬件模块的组合实现。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读介质（例如，CD、DVD、USB棒、软盘或硬盘），其中存储了用于控制风力涡轮机的电力转换器的计算机程序，该计算机程序在由处理器执行时被适配为实行或控制用于控制频率转换器的方法。
必须注意的是，参照不同的主题描述了本发明的实施例。具体而言，参照方法类型权利要求描述了一些实施例，而参照装置类型权利要求描述了其他实施例。然而，本领域技术人员将从上面及下面的描述了解到，除非另外通告，除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，与不同主题相关的特征之间的任何组合（具体地，方法类型权利要求的特征与装置类型权利要求的特征之间的任何组合）也被认为与本文档一起被公开。
根据后文要描述的实施例的示例，上面限定的方面以及本发明的另外方面是显而易见的，并且，参照实施例的这些示例来解释上面限定的方面以及本发明的另外方面。后文将参照实施例的示例来更详细地描述本发明，但是本发明不限于实施例的这些示例。
附图说明
现在参照附图来描述本发明的实施例，本发明不限于这些实施例。
图1示出了根据实施例的转换器系统中的控制器；
图2示出了普通转换器系统；
图3示出了根据实施例的网络电压频率控制；
图4示出了根据实施例的电压砖墙；
图5示出了图4的电压的曲线图；
图6示出了根据实施例的失衡调节；
图7示出了根据实施例的谐波补偿；
图8示出了根据实施例的AC系统谐振阻尼；
图9和10示出了风力涡轮机内的下垂（droop）控制；以及
图11示出了发电机桥控制。
具体实施方式
图中的图示具有示意的形式。应当注意，在不同图中，类似或相同元件被提供有相同的附图标记。
如上文已经解释的，传统矢量电流控制将3相电流分解为同步旋转的参考系内的D和Q轴分量。在稳态中，电流的这些D和Q轴分量是DC量，并且因此，可以使用比例积分（PI）控制器来实现零稳态状态误差。这一点的扩展包括负序列电流控制，但是二者的原理都是控制电压以实现零稳态电流误差。然而，从中导出电流和电压的DQ轴分量的同步信号是从主导电压获得的，并且由此，此类方案固有地遵循电网电压和频率。
图2的系统200示出哪些参考被传递到网络（202）和发电机（201）控制器，发电机（201）控制器控制频率转换器系统103、104、105、106和107。转换器系统经由发电机102从风力涡轮机101接收输入电力。一个或多个矢量电流控制器201和202控制频率转换器将电力传出到AC公用电网。这是涡轮机内的普通控制布置。转换器部分可以包括可选的PWM滤波器106（F）。此外，线路感应器107可以布置在变压器与网桥之间。
图1示出了根据本发明的系统100。在该系统中，网桥的目的是成为固定电压和频率源，直到达到涡轮机限制为止。网桥在正常稳态条件下与主导电网条件同步，并尝试将母线（PWM滤波器106被连接到该母线）（标记为V_LV）维持在参考电压GridVac*和参考频率GridFreq*处，直到如下这样的时间为止：达到转换器或涡轮机电气系统的额定电流或者达到来自涡轮机的可用功率，在该点处，至网桥的电压和频率参考被修改以遵守转换器的额定电流和涡轮机主导功率能力。这里的原理是：网桥调制器108（至少部分地经由积分器110）从网络电压频率控制器111接收调制深度和角度参考，所述调制深度和角度参考是直接从来自例如风电场控制器112至涡轮机中的参考导出的。还可以传递附加的主时间同步113信号，使得可以同步阵列中的所有涡轮机。调制深度和角度不由矢量电流控制器107定义，因为它们处于图2中示出的涡轮机上。矢量电流接收从杆阻尼（shaft damping）单元109导出的输入信号。下面详细解释此类系统的各种子特征。例如，在图3中示出了网络电压频率（V/f）控制器111。
使用风力涡轮机内的电力转换器来以此类方式操作可以帮助维持孤岛或故障电气系统上的电网电压和频率。如可以在图3的网络电压频率控制300中看到的那样，经由基于可用D轴电流和增益项K1（320）的钳位来从GridVac*导出桥电压或调制深度控制。D轴电流反馈是经由同步旋转的参考系和3相网桥电流反馈导出的。网桥角度参考是从基于可用Iq经由增益项K2（321）钳位的Gridfreq*和经由PI控制器传递的频率误差导出的。可用Iq取决于桥的额定电流和涡轮机的可用功率，因此IqLimitA=sqrt(Irated^2-Id2)（309），并且通过基于主导可用功率的限制对此进一步钳位，IqLimitB=Plimit/(sqrt(3)*Vac)（307）。这里应当考虑Vac还是freq在处于电流限制中时得到优先级，所以可以向321和320的输出添加某种类型的“优先级”块。
如可以在图3中看到的那样，经由块301、302、303、304、305和306来处理GridVac*以得到被转发给网桥调制器的调制深度。块301的输出基于GridVac*和电流限制信号，该电流限制信号在块308和增益单元320中被处理以被转发给块301。在计算IqLimit时使用块311、309、310和增益单元321，IqLimit继而影响网桥的频率。在块312、313、314、315、316和317中将grid freq*处理成信号Q0net θ0。功率前馈信号由块318和319生成并被转发给发电机桥。块314可以是比例增益或死区（deadbanded）比例增益特性。
后文将描述耦合到发电机桥和分别基于Iq和Id的双钳位的目的。
通过经由在DC链路与发电机之间的能量交换来允许传动系阻尼和/或塔阻尼，可以避免对于网桥作为受控电力源的需要。这可以通过调制发电机桥上的Vdc参考而非修改网桥上的电力参考而实现。这意味着：发电机桥可以被启动，并且机械杆可以被阻抑，而无需与外部AC电网的能量交换。因此，网桥可以以“电压”源模式中被启动或运行。
如图4中所示的那样定义“电压砖墙”400可以充当限制由于局部无功功率消耗中的突然改变而施加给外部电气网络的电压的快速方法。这里的原理是：将母线的实际测量电压（V_LV）与图3的GridVac*Clamped（即，301的输出）进行比较，并且如果该电压太高（定义滞后带（hysteresis band）），则阻止上部相位PWM脉冲，或者如果该电压太低（-ve半循环），则阻止下部相位PWM脉冲。这可以被认为是围绕参考电压的一组条痕。至与门402中的阻塞信号是在3相电压反馈与GridVac*Clamped（块403、404、405、406）之间的比较的结果。
对于所有3个相，重复如图4中所示的步骤。所测量的实际电压可以是图2中示出的涡轮机变压器的LV或HV侧。该“电压砖墙”意图作为对网桥电压的快速控制。PI控制器303、314意图在比“电压砖墙”特征更长的时间尺度上调节涡轮机变压器的MV或LV侧的基频和电压。
等同地，可以用固定的上和下电压阈值来替换正弦电压砖墙，由此仅当电压超过固定阈值而不是正弦阈值时才阻止PWM脉冲。除此之外，可以考虑PWM调制方案，由此，如果上部1/2循环中的电压太低，则开启上部PWM脉冲以增加电压，这实际上是滞后或滑动模式类型的控制。
在图5中示出了Vr+（501）、Vr-（503）和Vr（502）的正弦信号。因此，图5参考图4中示出的滞后带。
图6示出了失衡控制600。这里，将定义控制系统，其进行动作以补偿由于例如存在孤岛系统上的单相负载而造成的3相负载中的-ve序列或失衡。这在图6中示出，注意，GridVac*和VacRef-ve二者都将需要以与图3中所示类似的方式基于可用电流而被钳位。600可以实际替换399。600具有附加输入以控制孤岛电网上的负序列电压。如可以在图6中看到的那样，GridVac*neg和GridVac*是输入信号且被处理以便消除实际AC电压中的负序列。这是在所示出的块601-612上完成的，其中信号Vac（作为反馈信号）和VacRef-ve被组合以便补偿-ve序列。
+ve和-ve序列Vac控制器被解耦合，因此它们彼此独立地进行动作以满足它们的参考VacRef+ve和VacRef-ve。
在一个实施例中，块300可以被分割在两个块中，这两个块表示正和负序列电压被控制以遵守主导功率和硬件额定值。
图7示出了谐波补偿方案700。这里，定义反馈机制以尝试补偿由非线性负载引入到孤岛网络的谐波畸变。（在滞后模式中）可以考虑上文描述的“电压砖墙”构思以将电压维持在带内。然而，还存在经由多个同步旋转的参考系实现该特征以补偿谐波电压畸变的可能性。可以使用所有整数谐波频率或选择性谐波频率处的多个同步旋转的参考系来将厂（Park）Tx的LV或MV侧上的谐波电压减小为零。再一次，必须以与图3中所示的方式类似的方式来对参考电压进行钳位以遵守转换器的额定电流。例如，可以用比例谐振控制器来替换PI控制器（705-708）。在该情况下，也可以移除或修改714和715。如可以看到的那样，不同的输入信号（即，电压的谐波）被处理（703、707、710、714、716在该示例中用于五次谐波，并且704、708、711、715、717用于七次谐波）且与经处理（701、705）的Vac Ref相加，VacRef-ve已经在一些处理步骤（702、706、709）之前后与Vac Ref相加。结果被转发给除法器712，且在滤波步骤713之后被输出作为调制深度。在该方案中，意图是，风电厂控制器将向涡轮机发送电压参考。
该控制方案也可以被扩展到除如图7中所示的仅5次和7次谐波外的谐波。
图8示出了用于谐振阻尼的系统800。这里，电气系统谐振可以在孤岛电气系统上被阻抑。如果来自更远程总线的电压反馈可用或者其频谱被实时计算，则对孤岛系统802内的谐振或局部非线性负载（存在于801上）所引起的谐波（和/或谐波间）电压的控制可以被反馈到网桥，以调制包含正确谐波谱的PWM电压，以便对不是如此局部的谐波电压进行阻抑。注意，风电场控制器803可以有可能计算谐波电压参考并将这些传递回到涡轮机，而非将Vac反馈的（可能更高带宽）信号传递回到用于涡轮机控制的涡轮机，以计算所需的补偿电压。使高数据速率计算在风电场控制器处完成可以比尝试将高数据速率电压反馈传递回到涡轮机更好。
图9和10示出了风力涡轮机901内的下垂控制900、1000，其定义了一种方法，通过该方法，孤岛电气系统上的多个风力涡轮机以这样的方式进行动作：共享孤岛系统的负载和/或无功功率要求。场内的多个涡轮机可以通过在它们之间在从风电厂或场控制器902接收的VacRef和Freq ref上具有下垂特性，来在它们之间共享负载和无功功率要求。
上述内容向孤岛HVDC系统的扩展可以是可能的，由此在HVDC连接的风电场的远程（或离岸）电力桥变为阻塞的情况下，风力涡轮机以这样的方式进行动作：维持阻塞的HVDC母线上的电压和频率。所有上面的控制建议对于离岸HVDC连接的风电场来说是相关的。如果场内的N个HVDC方案之一跳闸或被阻塞，则离岸系统上的风力涡轮机需要尝试且维持电压和频率，由此，上面提及的技术可以适用。另外，还可能潜在地存在下述要求：快速减小由风力涡轮机生成的电力以遵守其余N-1个HVDC系统将电力从离岸AC系统传送到HVDC方案的DC链路中的电力传送能力。
在诸如HVDC转换器“阻塞”之类的高度动态事件期间，离岸网络的频率和电压将显著偏离，由此，局部涡轮机电压和频率参考需要快速响应。这是图3中的PI（或可以仅是比例或其他控制）块的目的。基于Iq和Id的对图3的左手侧的钳位要限定稳态局部Vac和Freq参考，以遵守主导功率和转换器额定电流。在高度动态事件的情况下，PI控制通过修改局部频率和/或电压限制来进行响应，但是同样地，这些控制动作受可用功率和额定电流限制，由此，钳位对图3的右手侧阻塞。另外，存在到发电机桥的耦合或快速功率前馈，这被示为图3上的输出。
在图11中示出了发电机桥控制1100，其中，功率前馈是输入。当在电网频率中存在瞬时增加时（这可以是在HVDC阻塞事件期间的情况），该信号进行动作以使电力快速停机来帮助调节DC链路电压。类似地，如果频率突然下降，则网桥将尝试增加频率（受制于电流和功率限制），并且由此，发电机需要将更多电力从发电机递送到DC链路中。这里清楚的是，当网桥正在接近于电流限制运行时，需要在可用额定电流被分配到的网桥上、在无功功率轴上（针对Vac支持）或针对频率支持（由主导功率限制定义）分配某种优先级。
在发电机桥控制1100中，将作为输入的Vdc*与由杆阻尼1101调整的风力涡轮机发电机信号相乘。在PI控制器1102和与Vdc的相乘1103之后，将信号与由功率限制调整1105的功率前馈相乘。在这些处理步骤之后，利用扭矩限制×速度信号来处理信号以生成发电机power*。可以从扭矩*速度钳位向PI积分器添加抗饱和。
已经针对固定切换频率2级电力转换器考虑了本文描述的控制系统。该控制系统将同样适用于多级电力转换器或者基于可变切换频率滞后或滑动模式的控制方案。
应当注意，术语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。此外，可以组合与不同实施例相关联地描述的元件。还应当注意，权利要求中的附图标记不应解释为限制权利要求的范围。

Claims (15)

1.一种用于控制风力涡轮机的电力转换器的控制器，所述电力转换器用于将所述风力涡轮机的电气输入电力转换成电气输出电力，其中，所述电气输出电力被提供给电网，
其中，所述电力转换器包括电网侧转换器部分和涡轮机侧转换器部分，
所述控制器包括：
输入端子，用于接收与预定义电网电压相关联的电压参考信号和与预定义电网频率相关联的频率参考信号；以及
网桥控制器，其被适配为控制所述电网侧转换器部分的电力转换，
其中，所述网桥控制器包括调制器，所述调制器用于基于从所述电压参考信号和所述频率参考信号导出的参考电压和参考角度来调制所述电网侧转换器部分中的门驱动命令信号，
其中，所述调制器被适配为调制所述门驱动命令信号，以便在所述电网内有故障的情况下维持所述电力转换器中的所述预定义电网电压和所述预定义电网频率。
2.如权利要求1所述的控制器，其中，所述预定义电网电压和/或所述预定义电网频率是期望的和/或所需的电网电压和/或电网频率。
3.如前述权利要求中任一项所述的控制器，其中，所述控制器还被适配为接收作为来自所述风力涡轮机的可用功率的代表的风力涡轮机功率信号，并且其中，所述网桥控制器被适配为基于所述风力涡轮机功率信号来调制所述门驱动命令信号。
4.如权利要求3所述的控制器，其中，所述网桥控制器被适配为基于所述风力涡轮机功率信号来调整所述参考电压和所述参考角度。
5.如前述权利要求中任一项所述的控制器，其中，所述控制器还被适配为接收作为来自所述风力涡轮机和/或所述电力转换器的额定电流的代表的额定电流信号，并且其中，所述网桥控制器被适配为基于所述额定电流信号来调制所述门驱动命令信号。
6.如权利要求5所述的控制器，其中，所述网桥控制器被适配为基于所述额定电流信号来调整所述参考电压和所述参考角度。
7.如前述权利要求中任一项所述的控制器，其中，所述电压参考信号和所述频率参考信号是从风电厂控制器或外部源接收的。
8.如前述权利要求中任一项所述的控制器，还包括补偿单元，其被适配为补偿被提供给公用电网的谐波畸变。
9.如前述权利要求中任一项所述的控制器，还包括谐振阻尼单元，其被适配为减小公用电网的谐振。
10.如前述权利要求中任一项所述的控制器，其中，所述网桥控制器还被适配为执行对电力的快速控制。
11.如前述权利要求中任一项所述的控制器，还包括控制单元，其被适配为控制连接的涡轮机来共享孤岛系统上的电力和无功功率负载。
12.如前述权利要求中任一项所述的控制器，还包括重新同步单元，其被适配为当所述电网内的故障结束时重新同步涡轮机，当电网电压确实返回时，应当考虑或寻求关于这一点的意见。
13.一种发电系统，具体是风力涡轮机系统，具体用于向公用电网供应电力，所述发电系统包括：
电源单元，具体是发电机；
电力转换器，用于将来自所述电源单元的输入电力信号转换成输出电力信号；以及
如前述权利要求中任一项所述的控制器，用于控制所述电力转换器。
14.一种用于控制风力涡轮机的电力转换器的方法，所述电力转换器用于将所述风力涡轮机的电气输入电力转换成电气输出电力，其中，所述电气输出电力被提供给电网，其中，所述电力转换器包括电网侧转换器部分和涡轮机侧转换器部分，
所述方法包括：
接收与预定义电网电压相关联的电压参考信号和与预定义电网频率相关联的频率参考信号；以及
通过以下操作来控制所述电网侧转换器部分的电力转换：
基于从所述电压参考信号和所述频率参考信号导出的参考电压和参考角度来调制所述电网侧转换器部分中的门驱动命令信号；以及
调制所述门驱动命令信号，以便在所述电网内有故障的情况下维持所述电力转换器中的所述预定义电网电压和所述预定义电网频率。
15.一种用于控制风力涡轮机的电力转换器的计算机程序，所述计算机程序在由数据处理器执行时被适配为控制如权利要求10所述的方法。
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