CN105826917B - 功率转换系统及其控制方法以及风力涡轮机发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开功率转换系统及其控制方法以及风力涡轮机发电系统。该功率转换系统包括用于电耦合到电源的发电机的源侧转换器(101)、用于耦合到电网的电网侧转换器(103)、耦合于源侧转换器和电网侧转换器之间的直流母线(105)以及控制器(109)。控制器用于当该系统的至少一个检测到的信号不正常时，则基于发电机的电流或转矩以及用于系统阻尼或无功功率补偿的虚拟阻抗信号(137)产生源侧开关信号，从而能够限制或消除转矩暂态以及电网电压或电流振荡，有效降低负荷和应力，进而能够提高机械元件的使用寿命并降低产品总成本。
Description
技术领域
本发明大体涉及用于响应于发电系统的暂态条件的系统及方法，尤其涉及一种功率转换系统、用于控制该功率转换系统的控制方法及风力涡轮机发电系统。
背景技术
风力涡轮机作为一种可再生能源正在被公用事业公司日益广泛的运用。将来自风力涡轮机叶片的机械能转化为供应至电网的电能的其中一种有效转换的方法是使用双馈感应发电机(Doubly Fed Induction Generator，DFIG)并结合功率电子转换器。
DFIG包括连接至电网的定子和连接于风力涡轮机和电网之间的转子。在一些具体实施方式中，变速箱使用于风力涡轮机和DFIG之间以调整转速。功率电子转换器用于将机械能转换为随后提供至电网的电能。在一个具体实施方式中，功率电子转换器包括源侧转换器、电网侧转换器、连接这两个转换器的直流母线以及用于源侧转换器和电网侧转换器的一个或多个控制器。
风力涡轮机通常在施加高机械应力的复杂条件下运行。在风力涡轮机侧，在电网故障或狂风条件下，电磁转矩和机械转矩的不匹配可能会对风力涡轮机的塔架和变速箱产生巨大的机械应力，这可能导致塔架移动，并潜在地遭受损害。此外，电磁转矩振荡会影响机械系统的寿命和成本。在电网侧，当电能被转换并提供至电网时，如果存在阻抗不匹配，则在提供至电网的电压和电流内可能会出现一些次同步振荡(Sub-Sync Oscillation，SSO)或低频振荡(Low Frequency Oscillation，LFO)。这些振荡可能会导致不期望的谐波失真。
因此，有必要提供改进的系统和方法以解决如上所述的至少一个问题。
发明内容
根据本发明的一个具体实施方式，提供了一种功率转换系统。所述功率转换系统包括用于电耦合到电源的发电机的源侧转换器、用于电耦合到电网的电网侧转换器、耦合于所述源侧转换器和所述电网侧转换器之间的直流母线以及控制器。所述控制器用于当所述系统的至少一个检测到的信号不正常时，则基于所述发电机的电流或转矩以及用于系统阻尼或无功功率补偿的虚拟阻抗信号产生源侧开关信号。
根据本发明的另一个具体实施方式，提供了一种用于控制发电系统的方法。所述方法包括检测发电系统的至少一个信号，并确定所述至少一个检测到的信号是否为异常。当所述至少一个检测到的信号中的任何信号被确定异常时，则基于用于系统阻尼或无功功率补偿的虚拟阻抗信号产生功率转换开关信号。
根据本发明的又一个具体实施方式，提供了一种风力涡轮机发电系统。所述风力涡轮机发电系统包括风力涡轮机转子、发电机、转换器、至少一个传感器和控制器。所述风力涡轮机转子用于产生机械能。所述发电机用于将所述机械能转换为电能。所述转换器用于将所述电能转换为用于供应至电网的期望的电能。所述至少一个传感器用于获得所述风力涡轮机发电系统中的至少一个检测到的信号。所述控制器用于当所述风力涡轮机发电系统的所述至少一个检测到的信号不正常时，则基于所述发电机的电流或转矩以及用于系统阻尼或无功功率补偿的虚拟阻抗信号产生转换器开关信号。
本发明能够限制或消除转矩暂态以及电网电压或电流振荡，有效降低负荷和应力，进而能够提高机械元件的使用寿命并降低产品总成本。
附图说明
当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：
图1为根据一个示例性具体实施方式的包括功率转换系统的发电系统的示意图；
图2为根据一个示例性具体实施方式的用于产生源侧开关信号的控制器的框图；
图3为用于将图1的功率转换系统中的常规控制器与包括虚拟阻抗产生器的源侧控制器进行比较的模拟波形图；以及
图4为根据一个示例性具体实施方式的用于控制图1的发电系统的方法的流程图。
具体实施方式
为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本发明的披露。
除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“或者”或者“或”等类似的词语意指包括所列举的元件中的一个、一些或者全部。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“耦合”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接或耦合，而是可以包括电性的连接或耦合，不管是直接的还是间接的。此外，“电路”、“线路”、“控制器”以及“处理器”等词语可以包括单个元件或者多个元件，单个元件或者多个元件可以是主动的和/或被动的，多个元件连接或耦合在一起以提供所述的功能。
现在参照图1所示，示出了根据一个示例性具体实施方式的示例性发电系统10的示意图。为了说明的目的，发电系统10(以风力涡轮机发电系统为例)包括具有风力驱动叶片组件的电源11、变速箱13、发电机15(以双馈感应发电机(DFIG)为例)以及功率转换系统16。尽管作为示例，示出一种风力涡轮机具体实施方式，然而也可以使用其他类型的电源。一个示例是水文海洋动能电源。其他的示例还包括太阳能发电源和电池。这些其他的示例可能不需要机械至电的发电机，但仍可能有振荡，因此，也将从本文所述的虚拟阻抗的具体实施方式中得到受益。
包括风力驱动叶片组件的电源11接收风能并产生机械能。变速箱13是可选的，其中在包括变速箱13的具体实施方式中，变速箱13将机械能转化为更合适的机械力去驱动转子轴14。发电机15将机械能转换为电能。在一个具体实施方式中，发电机15的转子153耦合到转子轴14，并通过转子轴14由机械力旋转，发电机15的定子151耦合到电网18以提供电能，并可由电网18激励。
功率转换系统16包括电源转换器100和控制器109。电源转换器100耦合于发电机15和电网18之间，用于将源侧电能转换为用于提供至电网18的电网侧电能。在图1的具体实施方式中，功率转换器100包括源侧转换器101、电网侧转换器103和直流母线105。源侧转换器101与发电机15的转子153电耦合。电网侧转换器103与电网18电耦合。直流母线105耦合于源侧转换器101和电网侧转换器103之间。在一些具体实施方式中，如有需要，单个功率转换器可以耦合于电源11和电网18之间。
当直流母线105上具有较高的直流电压时，图1的示例中的功率转换器100还包括耦合到直流母线105的斩波电路107用于消耗多余的电能。通过使用斩波电路107，直流电压可以降低到正常水平。在图1的具体实施方式中，斩波电路107包括两个串联耦合的开关Q1、Q2以及与两个开关中的一个(如Q1)并联耦合的电阻R。在一些具体实施方式中，斩波电路107包括两个串联耦合的开关Q1、Q2以及例如电池的能量存储单元(未示出)，能量存储单元与两个开关中的一个并联耦合。
控制器109可以包括一个或多个合适的可编程电路或设备，例如数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑控制器(PLC)以及专用集成电路(ASIC)。控制器109可以硬件、软件或软硬件结合的方式来实现。
在图1的具体实施方式中，控制器109包括源侧控制器111和电网侧控制器113，源侧控制器111和电网侧控制器113可以包括独立的控制单元或被集成在单个的控制单元内。电网侧控制器113用于产生电网侧开关信号147。源侧控制器111包括常规控制器129。当发电系统10正常运行以致于在电网18中没有转矩暂态或电网电压或电流振荡发生时，在源侧控制器111中使用常规控制器129。在一个具体实施方式中，常规控制器129可以调整发电机15的电流反馈信号133以跟踪电流参考值139。发电机电流可以包括定子电流和转子电流。在其他具体实施方式中，常规控制器129作为备选地可以调整发电机15的电磁转矩反馈信号133以跟踪转矩参考值139。
在图1的具体实施方式中，常规控制器129包括调节器125和调制器127。在使用电流控制方法的具体实施方式中，调节器125用于接收发电机15的电流反馈信号133和电流参考值139，并产生控制信号141。调制器127用于接收控制信号141和至少一个载波143，并且，通过将控制信号141与至少一个载波143进行比较来产生功率转换开关信号，具体地说，为源侧开关信号145。在所示的具体实施方式中，载波143包括锯齿波。在其他具体实施方式中，载波143可以包括其他类型的载波，如三角波。
当在电网18中发生如转矩暂态或电网电压或电流振荡等异常运行状态时，使用补偿单元201来代替调节器125，并且，在图1的具体实施方式中进一步使用检测单元121和虚拟阻抗产生器123。检测单元121用于接收发电系统10的至少一个检测到的信号131，并产生异常状态信号135。发电系统10包括用于获得至少一个检测到的信号131的至少一个传感器(未示出)。至少一个检测到的信号131可以包括例如直流母线105上的直流电压、电网电流、电网电压、来自发电机15的电能或者其组合。在一些具体实施方式中，异常状态信号135代表发电系统10的运行状态。例如，当检测到的直流电压信号131超出预定范围或者当检测到的电网电流或电压被确定包括次同步振荡(SSO)或低频振荡(LFO)时，则确定发电系统10运行在异常状态下，并产生异常状态信号135。
响应于异常状态信号135，虚拟阻抗产生器123产生虚拟阻抗信号137。虚拟阻抗信号137可以是根据一定条件的预设值或计算值。虚拟阻抗信号137可以包括电阻、电容和/或电感。例如，在一个具体实施方式中，虚拟阻抗信号137是4欧姆的预设虚拟电阻。在另一个具体实施方式中，虚拟阻抗信号137是带有0.2欧姆串联电阻的100微亨的预设虚拟电感。在又一个具体实施方式中，虚拟阻抗信号137的幅值取决于所需的阻尼或振荡补偿水平，并且通常具有上限，该上限取决于功率转换器100的限度，如开关元件的电压和/或电流的限度。当阻尼转矩或振荡时，虚拟阻抗信号137可以是变化的。
参照图2，示出根据一个示例性具体实施方式的用于产生用于图1的源侧转换器101的源侧开关信号145的控制器109的框图。控制器109包括两个控制回路A和B、第一使能信号205及第二使能信号207。第一使能信号205用于启用或禁用控制回路A，第二使能信号207用于启用或禁用控制回路B。
在正常运行状态下，当检测到的信号131为正常或在正常预定范围内，即不存在异常状态信号135时，则使用控制回路A。如图2所示，在一个具体实施方式中，可以将第一使能信号205设置为1而将第二使能信号207设置为0，这意味着控制回路A工作而控制回路B不工作。控制回路A用于调整发电机15的电流反馈信号133以跟随电流参考值139。例如，在一个具体实施方式中，检测到的发电机15的转子电流信号可以被用作为电流反馈信号133，转子电流参考值可以被用作为电流参考值139。更具体地说，转子电流参考值139和转子电流反馈信号133经过减法器203的相减产生电流差异信号204。然后，电流差异信号204被发送至调节器125用于输出调节信号213，并且调节信号213被输入到加法器215。在一个具体实施方式中，调节信号213包括电压信号。因为在这种情况下控制回路B被禁用而没有信号输出，因此，在调节信号213经过加法器215之后获得控制信号141。控制信号141包括调节信号213。随后，控制信号141被输出至调制器127，在调制器127中，通过将控制信号141与载波143进行比较来产生源侧开关信号145。源侧开关信号145提供给发电系统10，更具体地说，提供给源侧转换器101。因此，转子电流反馈信号133被调整以跟踪转子电流参考值139。
在转矩或振荡暂态的异常运行状态下，当检测到的信号131超出预定的范围时，则检测单元121产生异常状态信号135，并且，异常状态信号135的特征表明了发电系统10处于转矩或振荡暂态的异常运行状态下。继续参照图2所示，虚拟阻抗产生器123响应于异常状态信号135随后产生虚拟阻抗信号137，并使用控制回路B。在图2所示的具体实施方式中，虚拟阻抗信号137是由检测单元121触发的虚拟电阻的具体实施方式。在本示例中，虚拟阻抗产生器123包括可在扰动情况下提供附加阻尼的虚拟电阻。此外，虚拟阻抗产生器123也可以或者作为备选地包括电感或电容元件用于相位校正。在一个具体实施方式中，可以将第一使能信号205设置为0而将第二使能信号207设置为1，这意味着控制回路B工作而控制回路A不工作。在所示的具体实施方式中，控制回路B用于阻尼转矩或阻尼电网电能的振荡。基于由虚拟阻抗产生器123产生的虚拟阻抗信号137，补偿单元201通过将虚拟阻抗信号137与发电机15的电流反馈信号133，如转子电流反馈信号相乘来输出补偿信号211，并且补偿信号211被输入到加法器215中。在一个具体实施方式中，补偿信号211包括电压信号。因为在这种情况下控制回路A被禁用而不输出信号，因此，在补偿信号211通过加法器215后获得控制信号141。控制信号141包括补偿信号211。由于补偿信号211来自于虚拟阻抗信号137，因此，控制信号141包括虚拟阻抗信号137。控制信号141随后被输出到调制器127，在调制器127中，通过将控制信号141和载波143进行比较而产生源侧开关信号145。源侧开关信号145被提供给源侧转换器101，从而转矩或电网电能的振荡得到阻尼。
有时，发电系统10运行在轻微异常状态下，轻微异常状态相对于产生异常运行状态的转矩暂态或电网电压或电流振荡来说不是太重要。轻微异常状态的示例包括弱电网状态，在弱电网状态下，需要更多的电能或更多的无功功率提供给电网18。在这种情况下，检测单元121仍可以产生异常状态信号135，并且异常状态信号135的特征表明发电系统10运行在轻微异常状态下。虚拟阻抗产生器123随后可以产生虚拟阻抗信号137。然而，继续参照图2所示，不是单独使用控制回路B，而是同时使用控制回路A和控制回路B。在图2所示的又一个示例中，虚拟阻抗信号137可以包括虚拟电感或电容以根据有功功率来提供无功功率输入。在一个具体实施方式中，可以将第一使能信号205设置为1而将第二使能信号207也设置为1，这意味着控制回路A和B均工作。调节器125和补偿单元201均被包括在内。基于由虚拟阻抗产生器123产生的虚拟阻抗信号137，补偿单元201通过将虚拟阻抗信号137与转子电流反馈信号133相乘来输出补偿信号211。转子电流参考值139和转子电流反馈信号133经过减法器203的相减产生电流差异信号204。随后电流差异信号204被送往调节器125用于输出调节信号213。补偿信号211和调节信号213均被输入至加法器215。补偿信号211和调节信号213经过加法器215的相加获得控制信号141。控制信号141包括补偿信号211和调节信号213。由于补偿信号211来自于虚拟阻抗信号137，因此，控制信号141包括虚拟阻抗信号137和调节信号213。随后控制信号141被输出至调制器127。通过将控制信号141和载波143进行比较产生源侧开关信号145，并且源侧开关信号145随后被提供至源侧转换器101。在用于弱电网连接的补偿的一个具体实施方式中，虚拟阻抗产生器123包括虚拟电容器，虚拟阻抗信号137包括虚拟电容。由于电网18具有较大阻抗和电感特性，因此，通过提供包括虚拟电容的虚拟阻抗信号137，发电系统10的总阻抗被减小，并且根据有功功率自动提供容性无功功率。在用于轻微异常运行状态的补偿的另一个具体实施方式中，虚拟阻抗产生器123包括虚拟电感器，虚拟阻抗信号137包括虚拟电感。例如，当电网电压稍高时，通过提供包括虚拟电感的虚拟阻抗信号137可以帮助吸收来自电网18的感性无功功率，从而有助于降低电网电压。
如图3所示，示出用于将图1的功率转换系统16中的常规控制器129与包括虚拟阻抗产生器123的源侧控制器111进行比较的模拟波形图。图3(A)示出当如图1所示的常规控制器129单独在源侧控制器111中执行时发电机15的模拟三相电网电流波和电磁转矩。图3(B)示出当如图1所示的常规控制器129和虚拟阻抗产生器123均在源侧控制器111中执行时发电机15的模拟三相电网电流波和电磁转矩。在这种模拟中，均有电网电流振荡和转矩振荡。
通过比较图3(A)所示的包络线601和605及图3(B)所示的包络线611和615可知，在不使用虚拟阻抗产生器123的情况下，振荡电网电流成分具有较慢的衰减。
通过比较图3(A)和图3(B)，在不使用虚拟阻抗产生器123的情况下，电磁转矩具有几个零交叉点，例如图3(A)中的o1、o2、o3，并且例如图3(A)中的A、B、C、D的转矩峰值较大，这将在发电机15和电源11之间产生更多的应力。然而，当使用虚拟阻抗产生器123时，如图3(B)所示，没有零交叉点，并且转矩峰值被阻尼到较小值。因此，电磁转矩和机械转矩之间的机械应力被减轻。
参照图4所示，示出根据一个示例性具体实施方式的用于控制图1的发电系统10的方法的流程图。该方法400开始于步骤401，在步骤401中，检测发电系统10的至少一个信号。在步骤403中，确定该至少一个检测到的信号是否为异常？如果至少一个检测到的信号中没有信号被确定为异常，也就是说，不存在异常状态信号135，则过程前进至步骤407。如果至少一个检测到的信号中的任何信号被确定为异常，此时，产生异常状态信号135，并且过程前进至步骤405。在步骤407中，基于耦合到发电系统10中的电源11的发电机15的电流或转矩产生功率转换开关信号145。产生功率转换开关信号145包括将控制信号141和至少一个载波143进行比较。该控制信号141包括调节信号213。在步骤405中，基于用于系统阻尼或无功功率补偿的虚拟阻抗信号137产生功率转换开关信号145。基于异常状态信号135产生虚拟阻抗信号137。以上已经详细描述了如何操作虚拟阻抗信号去产生功率转换开关信号。产生功率转换开关信号145包括将控制信号141与至少一个载波143进行比较。控制信号141根据异常状态信号135的特征包括虚拟阻抗信号137或虚拟阻抗信号137和调节信号213的组合。在一个具体实施方式中，当异常状态信号135的特征表明阻尼转矩或者电能时，则控制信号141由发电系统10中的虚拟阻抗产生器123产生，控制信号141包括虚拟阻抗信号137。在另一个具体实施方式中，当异常状态信号135的特征表明提供无功功率补偿时，则控制信号141由发电系统10中的虚拟阻抗产生器123和调节器135产生，控制信号141包括虚拟阻抗信号137和调节信号213的组合。
本发明通过增加虚拟阻抗产生器123，并且根据系统的实际运行状态来选择性地产生虚拟阻抗信号137，因此，本发明能够限制或消除转矩暂态以及电网电压或电流振荡，有效降低负荷和应力，进而能够提高机械元件的使用寿命并降低产品总成本。
虽然结合特定的具体实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。
Claims (8)
1.一种功率转换系统，其包括：
源侧转换器（101），其用于电耦合到电源的发电机；
电网侧转换器（103），其用于电耦合到电网；
直流母线（105），其耦合于所述源侧转换器和所述电网侧转换器之间；以及
控制器（109），其用于当所述系统的至少一个检测到的信号不正常时，则基于所述发电机的电流或转矩以及用于系统阻尼或无功功率补偿的虚拟阻抗信号（137）产生用于所述源侧转换器的源侧开关信号，所述控制器包括源侧控制器（111）和电网侧控制器（113），其中所述源侧控制器包括：
检测单元（121），其用于接收所述检测到的信号，并且，当所述至少一个检测到的信号不正常时产生异常状态信号（135）；
虚拟阻抗产生器（123），其用于基于所述异常状态信号产生所述虚拟阻抗信号；
调节器（125），其用于基于电流或转矩参考值以及电流或转矩反馈信号产生调节信号；以及
调制器（127），其用于通过将控制信号与至少一个载波进行比较产生所述源侧开关信号，其中所述控制信号根据所述异常状态信号的存在和特征包括所述虚拟阻抗信号、所述调节信号或者其组合，所述控制信号在无功功率补偿时包括所述虚拟阻抗信号和所述调节信号；所述控制信号在系统阻尼时包括所述虚拟阻抗信号而不包括所述调节信号。
2.如权利要求1所述的功率转换系统，其中，所述控制器被编程用于基于所述异常状态信号产生所述虚拟阻抗信号。
3.如权利要求2所述的功率转换系统，其中，当所述至少一个检测到的信号超出预定范围或者所述检测到的信号包括振荡时，产生所述异常状态信号。
4.如权利要求1所述的功率转换系统，其中，所述电源包括风力涡轮机，所述源侧转换器耦合到所述发电机的转子。
5.一种用于控制发电系统的方法，所述发电系统包括源侧转换器（101）、电网侧转换器（103）、以及耦合于所述源侧转换器和所述电网侧转换器之间的直流母线（105），所述方法包括：检测所述发电系统的至少一个信号；
确定至少一个检测到的信号是否为异常；以及
当所述至少一个检测到的信号中的任何信号被确定异常时，则基于用于系统阻尼或无功功率补偿的虚拟阻抗信号产生用于所述源侧转换器的源侧开关信号，产生所述源侧开关信号包括将控制信号和至少一个载波进行比较，其中，当提供无功功率补偿时，则由虚拟阻抗产生器（123）和调节器（125）产生所述控制信号；当阻尼转矩或电能时，则由虚拟阻抗产生器（123）产生所述控制信号。
6.如权利要求5所述的方法，其还包括：如果所述至少一个检测到的信号中的任何信号被确定异常，则基于异常状态信号产生所述虚拟阻抗信号。
7.一种风力涡轮机发电系统，其包括：
风力涡轮机转子，其用于产生机械能；
发电机（15），其用于将所述机械能转换为电能；
转换器（100），其用于将所述电能转换为用于供应至电网的期望的电能；
至少一个传感器，其用于获得所述风力涡轮机发电系统中的至少一个检测到的信号(131)；以及
控制器（109），其用于当所述风力涡轮机发电系统的所述至少一个检测到的信号不正常时，则基于所述发电机的电流或转矩以及用于系统阻尼或无功功率补偿的虚拟阻抗信号（137）产生转换器开关信号，所述控制器包括源侧控制器（111）和电网侧控制器（113），所述源侧控制器包括：
检测单元（121），其用于当所述至少一个检测到的信号不正常时，则接收所述至少一个检测到的信号并产生异常状态信号（135）；
虚拟阻抗产生器（123），其用于基于所述异常状态信号产生所述虚拟阻抗信号；
调节器（125），其用于基于电流或转矩参考值及电流或转矩反馈信号产生调节信号；以及
调制器（127），其用于通过将控制信号和至少一个载波进行比较产生所述转换器开关信号，其中所述控制信号根据所述异常状态信号的存在和特征包括所述虚拟阻抗信号、所述调节信号或者其组合，所述控制信号在无功功率补偿时包括所述虚拟阻抗信号和所述调节信号，所述控制信号在系统阻尼时包括所述虚拟阻抗信号而不包括所述调节信号。
8.如权利要求7所述的风力涡轮机发电系统，其中，所述转换器包括源侧转换器（101）和电网侧转换器（103）、以及耦合于所述源侧转换器和所述电网侧转换器之间的直流母线（105），所述发电机包括耦合到所述源侧转换器的转子（153）和耦合到电网（18）的定子（151）。
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|---|---|---|---|---|
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| CN106911274B (zh) * | 2017-03-24 | 2021-10-15 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种原动机调速系统附加阻尼器控制方法 |
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| CN108092308B (zh) * | 2017-12-25 | 2021-01-05 | 南昌大学 | 一种分布式虚拟同步发电机低电压穿越控制方法 |
| CN110080944B (zh) * | 2018-01-26 | 2021-09-24 | 通用电气公司 | 风力发电系统及其控制方法 |
| CN108306329B (zh) * | 2018-02-28 | 2020-10-13 | 湖南大学 | 高压直流输电系统的正阻尼重构阻抗稳定控制方法 |
| US10615727B2 (en) * | 2018-08-27 | 2020-04-07 | General Electric Company | Dynamic brake circuit assembly for a wind turbine |
| CN109039184A (zh) * | 2018-09-03 | 2018-12-18 | 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心 | 一种基于虚拟电阻补偿直流供电系统稳定性的装置及方法 |
| CA3119987A1 (en) | 2018-11-14 | 2020-05-22 | Skywave Networks Llc | Low-latency channel equalization using a secondary channel |
| US11293403B2 (en) * | 2019-04-09 | 2022-04-05 | General Electric Company | System and method for preventing catastrophic damage in drivetrain of a wind turbine |
| EP3764503B1 (en) * | 2019-07-09 | 2023-08-30 | General Electric Renovables España S.L. | Power converter control and operation |
| CN111122203B (zh) * | 2020-01-02 | 2021-12-24 | 上海电力大学 | 一种转动惯量虚拟配置装置及对拖实验平台 |
| EP3930173A1 (de) * | 2020-06-26 | 2021-12-29 | Wobben Properties GmbH | Verfahren zum steuern eines umrichters |
| CN111917128B (zh) * | 2020-07-13 | 2021-10-08 | 浙江大学 | 基于虚拟电感的双馈风电系统电压源自同步控制方法 |
| CN112600234B (zh) * | 2020-12-08 | 2021-08-03 | 广东电网有限责任公司阳江供电局 | 一种改善柔性直流换流器等效阻抗的控制方法和装置 |
| CN113162120B (zh) * | 2021-05-31 | 2022-11-01 | 重庆大学 | 一种基于自动虚拟电阻补偿的风电并网系统暂态稳定控制方法 |
| CN114421830B (zh) * | 2022-03-29 | 2022-06-21 | 南京凌博电子科技有限公司 | 一种永磁同步电机的基于虚拟阻尼绕组的电机控制方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102064563A (zh) * | 2009-10-30 | 2011-05-18 | 通用电气公司 | 用于在风力涡轮机中产生功率的方法及设备 |
| CN102570962A (zh) * | 2012-02-03 | 2012-07-11 | 阳光电源股份有限公司 | 双馈风力发电高电压穿越控制结构及其发电机、发电系统 |
| CN102983589A (zh) * | 2012-11-15 | 2013-03-20 | 中国电力科学研究院 | 一种基于混合储能的电网友好型分布式电源的控制方法 |
| CN103050991A (zh) * | 2012-05-30 | 2013-04-17 | 合肥工业大学 | 双馈风力发电机低电压穿越控制系统 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4461957A (en) | 1982-06-17 | 1984-07-24 | Control Data Corporation | Speed tolerant alternator system for wind or hydraulic power generation |
| CN1784823B (zh) | 2003-05-02 | 2010-05-05 | 克桑特雷克斯技术有限公司 | 双馈感应发电机及其控制器和控制方法 |
| ES2341820B1 (es) | 2007-01-31 | 2011-05-13 | GAMESA INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L. | Un metodo para eliminar el impacto de los retrocesos en la multiplicadora de un aerogenerador. |
| DE102007014728A1 (de) | 2007-03-24 | 2008-10-02 | Woodward Seg Gmbh & Co. Kg | Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer doppeltgespeisten Asynchronmaschine bei transienten Netzspannungsänderungen |
| US7936078B2 (en) | 2009-03-11 | 2011-05-03 | Pavlak Alexander J | Variable speed wind turbine having a constant speed generator |
| US7855469B2 (en) | 2009-10-02 | 2010-12-21 | General Electric Company | Condition monitoring system for wind turbine generator and method for operating wind turbine generator |
| DE102010009863A1 (de) | 2010-03-02 | 2011-09-08 | Robert Bosch Gmbh | Einrichtung und Verfahren zur Reduzierung von Lasten |
| US8043048B2 (en) | 2010-04-08 | 2011-10-25 | General Electric Company | Systems and methods for monitoring a structural health of a wind turbine |
| US8295063B2 (en) * | 2011-04-05 | 2012-10-23 | General Electric Company | System and method for damping LC circuits in power conversion systems |
| US9356448B2 (en) * | 2011-07-08 | 2016-05-31 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Electric power converter for combined power generation system |
| CN104104221B (zh) * | 2013-04-11 | 2017-05-17 | 通用电气公司 | 具有有功无功功率解耦补偿机制的能量转换系统和方法 |
| ES2908952T3 (es) | 2013-10-31 | 2022-05-04 | Gen Electric | Sistema y método para controlar sistemas de generación de potencia eólica |
| JP5888318B2 (ja) * | 2013-12-26 | 2016-03-22 | 株式会社安川電機 | マトリクスコンバータ、風力発電システム、および、マトリクスコンバータの制御方法 |
-
2015
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- 2015-12-01 US US14/955,094 patent/US9866160B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102064563A (zh) * | 2009-10-30 | 2011-05-18 | 通用电气公司 | 用于在风力涡轮机中产生功率的方法及设备 |
| CN102570962A (zh) * | 2012-02-03 | 2012-07-11 | 阳光电源股份有限公司 | 双馈风力发电高电压穿越控制结构及其发电机、发电系统 |
| CN103050991A (zh) * | 2012-05-30 | 2013-04-17 | 合肥工业大学 | 双馈风力发电机低电压穿越控制系统 |
| CN102983589A (zh) * | 2012-11-15 | 2013-03-20 | 中国电力科学研究院 | 一种基于混合储能的电网友好型分布式电源的控制方法 |
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