CN109424502B - 用于防止风力涡轮电力系统的电压骤降的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于防止风力涡轮电力系统(200)的电压骤降的系统和方法(300)包括从风力涡轮电力系统(200)的公共联接点接收功率输入值和电压输入值。该方法(300)还包括将风力涡轮电力系统(200)的极限循环基准点确定为输入值的函数。该方法(300)还包括将极限循环基准点与至少一个预定阈值相比较。如果极限循环基准点大于至少一个预定阈值，则该方法(300)包括确定用于风力涡轮电力系统(200)的真实和无功电压命令的delta值。此外，该方法(300)包括基于delta值确定更新的真实和无功电压命令。因此，该方法(300)还包括基于更新的真实和无功电压命令操作风力涡轮电力系统(200)。

Description

用于防止风力涡轮电力系统的电压骤降的系统及方法
技术领域
本公开内容大体上涉及风力涡轮，并且更具体地涉及用于防止连接到电网上的风力涡轮电力系统的电压骤降的系统及方法。
背景技术
风力认作是目前可用的最清洁、最环境友好的能源中的一种，且风力涡轮在此方面得到增大的关注。现代风力涡轮通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型件原理获得风的动能。例如，转子叶片通常具有翼型件的截面轮廓，使得在操作期间，空气在叶片上流动，从而在侧部之间产生压差。因此，从压力侧朝吸入侧引导的升力作用于叶片上。升力在主转子轴上生成转矩，主转子轴啮合至发电机以用于发电。
在操作期间，风冲击风力涡轮的转子叶片，且叶片将风能转换成旋转地驱动低速轴的机械旋转转矩。低速轴构造成驱动齿轮箱，齿轮箱随后逐步升高低速轴的低转速以在增大的转速下驱动高速轴。高速轴大体上可旋转地联接到发电机上，以便旋转地驱动发电机转子。因此，旋转磁场可由发电机转子感生，且电压可在发电机定子内感生，发电机定子磁性地联接到发电机转子上。在某些实施例中，相关联的电力可传输至涡轮变压器，涡轮变压器通常经由电网断路器连接到电网上。因此，涡轮变压器逐步提升电力的电压振幅，使得变压的电力可进一步传输至电网。
在许多风力涡轮中，发电机转子可电联接到双向功率转换器上，功率转换器包括经由调节的DC链路连结到线路侧转换器上的转子侧转换器。更具体而言，一些风力涡轮(诸如风驱动的双馈感应发电机(DFIG)系统或全功率转换系统)可包括带有AC-DC-AC拓扑的功率转换器。
此外，多个风力涡轮可布置在预定地理位置，且电连接在一起以形成风电场。在一些情况下，风电场的各个独立风力涡轮可经由电网隔离变压器独立地连接到电网上。此外，风电场可经由配电变压器连接到电网上。此外，风力涡轮可布置成一个或多个群集，其中各个群集经由共同的群集变压器连接到电网上。
对于前述风力涡轮布置中的任一种，弱电网可在故障恢复期间产生功率和/或电压振荡以及瞬变电压不稳定的风险。因此，用于防止此风力涡轮电力系统的电压骤降的控制方法将是本领域中受欢迎的。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中阐述，或可从该描述中清楚，或可通过实施本发明认识到。
在一个方面，本主题针对一种用于防止连接到电网上的风力涡轮电力系统的电压骤降的方法。该方法包括经由风力涡轮电力系统的控制器从风力涡轮电力系统的公共联接点接收至少一个输入值。该方法还包括经由控制器将风力涡轮电力系统的极限循环基准点确定为输入值的函数。如本文使用的极限循环基准点代表该至少一个输入值与发生电压骤降处的操作点的接近。该方法还包括将极限循环基准点与至少一个预定阈值相比较。如果极限循环基准点大于该至少一个预定阈值，则该方法包括确定用于风力涡轮电力系统的至少一个命令的delta值。此外，该方法包括基于delta值和该至少一个命令确定至少一个更新的命令。因此，该方法还包括基于该至少一个更新的命令操作风力涡轮电力系统。
在一个实施例中，输入值可包括公共联接点处的功率值和/或公共联接点处的电压值。因此，在另一个实施例中，该方法可包括将风力涡轮电力系统的极限循环基准点计算为功率值和电压值的函数。
在进一步的实施例中，预定阈值可包括第一预定阈值和/或第二预定阈值。在这样的实施例中，该方法可包括如果极限循环基准点大于第一预定阈值，则将delta功率值加至风力涡轮电力系统的功率命令或功率限制器中的至少一者。此外，该方法可包括如果极限循环基准点小于第一预定阈值且大于第二预定阈值，则将delta功率值加至风力涡轮电力系统的电压调节器的一个或多个增益系数。
在额外的实施例中，该方法可包括如果极限循环基准点大于破坏阈值，则实施校正动作。
在若干实施例中，操作点可对应于电压值对功率值的曲线上的曲线的斜率大致垂直处的值。在这样的实施例中，基于更新的命令操作风力涡轮电力系统的步骤可包括最小化曲线的代表极限循环的的区域，以便最大化功率，同时防止电压骤降。
在某些实施例中，电网可为弱电网，其特征为短路电流在风力涡轮电力系统的短路电流的预定范围内。例如，在一个实施例中，预定范围可包括从大约0.8到大约1.2的电网的短路电流与风力涡轮电力系统的短路电流之比。
在另一方面，本公开内容针对一种用于防止连接到电网上的风力涡轮电力系统的电压骤降的系统。该系统包括用于监测来自风力涡轮电力系统的公共联接点的至少一个输入值的一个或多个传感器，以及通信地联接到该一个或多个传感器上的控制器。控制器构造成执行一个或多个操作，包括但不限于将风力涡轮电力系统的极限循环基准点确定为输入值的函数，极限循环基准点代表该至少一个输入值与发生电压骤降处的操作点的接近，将极限循环基准点与至少一个预定阈值相比较，如果极限循环基准点大于该至少一个预定阈值，则确定用于风力涡轮电力系统的至少一个命令的delta值，基于delta值和该至少一个命令确定至少一个更新的命令，以及基于该至少一个更新的命令操作风力涡轮电力系统。
应当理解的是，系统还可包括如本文所述的任何额外特征。此外，风力涡轮电力系统可包括具有连接到电网上的一个或多个风力涡轮的风电场。因此，各个风力涡轮均可经由涡轮变压器连接到电网上。此外，风电场可经由配电变压器连接到电网上。此外，风力涡轮可布置成一个或多个群集或组，其经由共同的群集变压器连接到电网上。
在还有另一方面，本公开内容针对一种用于防止连接到电网上的风力涡轮电力系统的电压骤降的方法。该方法包括经由控制器将风力涡轮电力系统的极限循环基准点确定为来自风力涡轮电力系统的公共联接点的至少一个输入值的函数。如本文使用的极限循环基准点代表至少一个输入值与发生电压骤降的操作点的接近。该方法还包括将极限循环基准点与至少一个预定阈值相比较。如果极限循环基准点大于该至少一个预定阈值，则该方法还包括确定风力涡轮电力系统的至少一个更新的命令。应当理解的是，该方法还可包括如本文所述的任何额外步骤和/或特征。
本发明的这些及其它特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且连同描述用于阐释本发明的原理。
附图说明
针对本领域的普通技术人员的包括其最佳模式的本发明的完整且开放的公开内容在参照附图的说明书中阐述，在附图中：
图1示出了根据本公开内容的风力涡轮的一个实施例的一部分的透视图；
图2示出了适于结合图1中所示的风力涡轮使用的电气和控制系统的一个实施例的示意图；
图3示出了适于结合图1中所示的风力涡轮使用的控制器的一个实施例的框图；
图4示出了根据本公开内容的经由配电变压器连接到电网上的风电场的一个实施例的示意图；
图5示出了根据本公开内容的经由群集变压器连接到电网上的风力涡轮群集的一个实施例的示意图；
图6示出了根据本公开内容的用于防止连接到电网上的风力涡轮电力系统的电压骤降的方法的一个实施例的流程图；
图7示出了根据本公开内容的部分地示出电压骤降的某一功率因数下的电压对功率的图表；
图8示出了根据本公开内容的用于防止连接到电网上的风力涡轮电力系统的电压骤降的系统的一个实施例的示意图；以及
图9示出了根据本公开内容的用于防止连接到电网上的风力涡轮电力系统的电压骤降的系统的电压骤降管理器的一个实施例的示意图。
构件清单
100 风力涡轮
102 机舱
104 塔架
106 转子
108 转子叶片
110 毂
112 低速轴
114 齿轮箱
116 高速轴
118 发电机
120 发电机定子
122 发电机转子
200 电气和控制系统
202 涡轮控制器
204 处理器
206 同步开关
207 存储器装置
208 定子总线
209 通信模块
210 功率转换组件
211 传感器接口
212 转子总线
214 主变压器电路断路器
216 系统总线
218 转子滤波器
219 转子滤波器总线
220 转子侧功率转换器
222 线路侧功率转换器
223 线路侧功率转换器总线
224 线路滤波器
225 线路总线
226 线路接触器
228 电路断路器
230 转换电路断路器总线
232 连接总线
234 电力主变压器
236 发电机侧总线
238 电网电路断路器
240 断路器侧总线
242 电网总线
244 DC链路
246 正轨
248 负轨
250 电容器
252 传感器
254 传感器
256 传感器
258 传感器
262 转换器控制器
265 电网
270 风电场
272 配电变压器
274 群集
276 群集变压器
300 方法
302 方法步骤
304 方法步骤
306 方法步骤
308 方法步骤
310 方法步骤
312 方法步骤
314 方法步骤
350 示图
352 曲线
354 阈值
356 平滑曲线
360 电压骤降模块
362 振荡/极限循环探测模块
364 电压骤降事件管理模块
366 电压调节器
368 电网相关功率限制器
370 保护模块
372 DFIG模型
374 求和模块
375 求和模块
376 第一PI调节器
377 无功功率调节器
378 求和模块
379 求和模块
380 第二PI调节器。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。各个示例通过阐释本发明的方式提供，而不限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出各种改型和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可结合另一个实施例使用以产生又一个实施例。因此，期望本发明覆盖归入所附权利要求和其等同物的范围内的此类改型和变型。
大体上，本公开内容提供了一种具有电压骤降管理器的更新的控制方案，其生成真实和无功电压命令。因此，真实和无功电压命令构造成防止连接到电网上的风力涡轮电力系统的电压骤降。在一个实施例中，该方法包括从风力涡轮电力系统的公共联接点接收功率输入值和电压输入值。该方法还包括将风力涡轮电力系统的极限循环基准点确定为输入值的函数。该方法还包括将极限循环基准点与至少一个预定阈值相比较。如果极限循环基准点大于该至少一个预定阈值，则该方法包括确定用于风力涡轮电力系统的真实和无功电压命令的delta值。此外，该方法包括基于delta值确定更新的真实和无功电压命令。因此，该方法还包括基于更新的真实和无功电压命令来操作风力涡轮电力系统。
本公开内容提供了现有技术中不存在的许多优点。例如，本公开内容的系统及方法提供了基于极限循环的振荡探测。此外，本公开内容构造成基于极限循环指数来确定电压/电流环路的动态增益。因此，本公开内容可基于极限循环指数提供动态功率极限和恢复率。此外，本公开内容防止电网故障恢复期间的多个电压骤降(极滑动)，且避免弱电网的功率/电压振荡或瞬变电压稳定性。
现在参看附图，图1示出了根据本公开内容的示例性风力涡轮100的一部分的透视图，其构造成实施如本文所述的方法和设备。风力涡轮100包括通常容纳发电机(未示出)的机舱102。机舱102安装在塔架104上，塔架104具有便于风力涡轮100如本文所述那样操作的任何适合的高度。风力涡轮100还包括转子106，其包括附接到旋转毂110上的三个叶片108。作为备选，风力涡轮100可包括便于风力涡轮100如本文所述那样操作的任何数目的叶片108。
参看图2，示出了可结合风力涡轮100使用的示例性电气和控制系统200的示意图。在操作期间，风冲击叶片108，且叶片108将风能转换成经由毂110旋转地驱动低速轴112的机械转矩。低速轴112构造成驱动齿轮箱114，齿轮箱继而逐步提升低速轴112的低转速以在增大的转速下驱动高速轴116。高速轴116大体上可旋转地联接到发电机118上，以便可旋转地驱动发电机转子122。在一个实施例中，发电机118可为卷绕转子、三相、双馈感应(异步)发电机(DFIG)，其包括磁性地联接到发电机转子122上的发电机定子120。因此，旋转磁场可由发电机转子122感生，且电压可在发电机定子120内感生，发电机定子120磁性地联接到发电机转子122上。在一个实施例中，发电机118构造成将旋转机械能转换成发电机定子120中的正弦、三相交变电流(AC)电能信号。相关联的电力可经由定子总线208、定子同步开关206、系统总线216、主变压器电路断路器214和发电机侧总线236传输至主变压器234。主变压器234逐步升高电力的电压幅度，使得变压的电力可经由电网电路断路器238、断路器侧总线240和电网总线242进一步传输至电网。
此外，电气和控制系统200可包括构造成控制风力涡轮100的任何构件和/或实施如本文所述的方法步骤的风力涡轮控制器202。例如，如图3中特别示出的那样，控制器202可包括一个或多个处理器204和相关联的存储器装置207，其构造成执行多种计算机可执行的功能(例如，执行方法、步骤、计算等，以及储存如本文公开的相关数据)。此外，控制器202还可包括通信模块209以便于控制器202与风力涡轮100的各种构件(例如，图2中的任何构件)之间的通信。此外，通信模块209可包括传感器接口211(例如，一个或多个模数转换器)，以允许从一个或多个传感器传输的信号转换成可由处理器204理解和处理的信号。应当认识到的是，传感器(例如，传感器252,254,256,258)可使用任何适合的手段可通信地联接到通信模块209上。例如，如图3中所示，传感器252, 254, 256, 258可经由有线连接联接到传感器接口211上。然而，在其它实施例中，传感器252, 254, 256, 258可经由无线连接联接到传感器接口211上，诸如通过使用本领域中已知的任何适合的无线通信协议。因此，处理器204可构造成从传感器接收一个或多个信号。
如本文使用的用语"处理器"不仅是指本领域中称为包括在计算机中的集成电路，而且是指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路，以及其它可编程电路。处理器204还构造成计算先进控制算法，且与多种基于以太网或串行的协议(Modbus, OPC, CAN等)通信。此外，存储器装置207可大体上包括存储器元件，包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存储存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如，闪速存储器)、软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能盘(DVD)和/或其它适合的存储器元件。此存储器装置207可大体上构造成储存适合的计算机可读指令，其在由处理器204实施时，将控制器202构造成执行如本文所述的各种功能。
往回参看图2，发电机定子120可经由定子总线208电联接到定子同步开关206上。在一个实施例中，为了便于DFIG构造，发电机转子122经由转子总线212电联接到双向功率转换组件210或功率转换器上。作为备选，发电机转子122可经由便于如本文所述的电气和控制系统200的操作的任何其它装置电联接到转子总线212上。在另一个实施例中，定子同步开关206可经由系统总线216电联接到主变压器电路断路器214上。
功率转换组件210可包括转子滤波器218，其经由转子总线212电联接到发电机转子122上。此外，转子滤波器218可包括转子侧反应器。转子滤波器总线219将转子滤波器218电联接到转子侧功率转换器220上。此外，转子侧功率转换器220可经由单个直流(DC)链路244电联接到线路侧功率转换器222上。作为备选，转子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222可经由独立和单独的DC电路电联接。此外，如图所示，DC链路244可包括正轨246、负轨248，以及联接在其间的至少一个电容器250。
此外，线路侧功率转换器总线223可将线路侧功率转换器222电联接到线路滤波器224上。另外，线路总线225可将线路滤波器224电联接到线路接触器226上。此外，线路滤波器224可包括线路侧反应器。此外，线路接触器226可经由转换电路断路器总线230电联接到转换电路断路器228上。此外，转换电路断路器228可经由系统总线216和连接总线232电联接到主变压器电路断路器214上。主变压器电路断路器214可经由发电机侧总线236电联接到电力主变压器234上。主变压器234可经由断路器侧总线240电联接到电网电路断路器238上。电网电路断路器238可经由电网总线242连接到电力传输和配电网上。
在操作中，在发电机定子120处由转子106的旋转生成的交流(AC)功率经由双通路提供至电网总线242。双通路由定子总线208和转子总线212限定。在转子总线侧212上，正弦多相(例如，三相)AC功率提供至功率转换组件210。转子侧功率转换器220从转子总线212提供的AC功率转换成DC功率，且将DC功率提供至DC链路244。用于转子侧功率转换器220的桥接电路中的切换元件(即，IGBT)可调节成将从转子总线212提供的AC功率转换成适用于DC链路244的DC功率。
线路侧转换器222将DC链路244上的DC功率转换成适用于电网总线242的AC输出功率。具体而言，用于线路侧功率转换器222的桥接电路中的切换元件(例如，IGBT)可调节成将DC链路244上的DC功率转换成线路侧总线225上的AC功率。来自功率转换组件210的AC功率可与来自定子120的功率组合，以提供多相功率(例如，三相功率)，其具有大致保持在电网总线242下的频率(例如，50Hz/60Hz)的频率。应当理解的是，转子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222可具有使用便于如本文所述的电气和控制系统200的操作的任何切换装置的任何构造。
此外，功率转换组件210可与涡轮控制器202和/或单独或集成的转换器控制器262电子数据通信地联接，以控制转子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222的操作。例如，在操作期间，控制器202可构造成从第一组传感器252接收一个或多个电压和/或电流测量信号。因此，控制器202可构造成经由传感器252监测和控制与风力涡轮100相关联的至少一些操作变量。在所示实施例中，各个传感器252均可电联接到电网总线242的三相中的各个上。作为备选，传感器252可电联接到便于如本文所述的电气和控制系统200的操作的电气和控制系统200的任何部分上。除上文所述的传感器之外，传感器还可包括第二组传感器254、第三组传感器256、第四组传感器258(全部在图2中示出)，和/或任何其它适合的传感器。
还应当理解的是，任何数目或类型的电压和/或电流传感器都可在风力涡轮100内且在任何位置使用。例如，传感器可为电流变压器、分流器传感器、罗戈夫斯基线圈、霍尔效应电流传感器、微惯性测量单元(MIMU)或类似的，和/或本领域中现在已知或以后开发的任何其它适合的电压或电流传感器。
因此，转换器控制器262构造成从传感器252, 254, 256, 258接收一个或多个反馈信号(例如，代表电压、电流、温度、光、电弧闪光等)。更具体而言，在某些实施例中，电流或电压反馈信号可包括线路反馈信号、线路侧转换器反馈信号、转子侧转换器反馈信号或定子反馈信号中的至少一个。例如，如所示实施例中所示，转换器控制器262从与定子总线208电子数据通信地联接的第二组电压和电流传感器254接收电压和电流测量信号。转换器控制器262还可从第三组和第四组电压和电流传感器256,258接收第三组和第四组电压和电流测量信号。此外，转换器控制器262可构造成带有本文关于主控制器202描述的任何特征。此外，转换器控制器262可与主控制器202分开或与主控制器202集成。因此，转换器控制器262构造成实施如本文所述的各种方法步骤，且可构造得类似于涡轮控制器202。
现在参看图4，风力涡轮100可为风电场270的一部分，风电场270具有地理上布置在一起且连接到电网265上的一个或多个风力涡轮100。更具体而言，如图所示，各个风力涡轮100均可经由主变压器234连接到电网265上。此外，如图所示，风电场270可经由配电变压器272连接到电网265上。此外，如图5中所示，风力涡轮100(或风电场270)可布置成经由公共群集变压器276连接到电网265上的一个或多个群集274或组。
现在参看图6和8，示出了用于防止连接到电网265上的风力涡轮电力系统(诸如图1、图4和图5中的任何风力涡轮布置)的电压骤降的方法300及系统。更具体而言，图6示出了用于防止风力涡轮电力系统100的电压骤降的方法300的一个实施例的流程图，而图8示出了对应系统的各种构件的示意图。尽管将特别参照图1的风力涡轮100来阐释系统和方法300，但应当理解的是，本文所述的任何额外风力涡轮布置也可受益于本公开内容的系统和方法。此外，在某些实施例中，电网265可为弱电网，其特征为短路电流在风力涡轮电力系统的短路电流的预定范围内。例如，在一个实施例中，预定范围可包括从大约0.8到大约1.2的电网的短路电流与风力涡轮电力系统的短路电流之比。
如本文使用的电压骤降大体上是指涉及任何电力系统构件和整个电力系统的系统不稳定性。此外，电压骤降通常与无功功率产生和传输中的不足引起的未满足的负载的无功功率需要相关联。因此，电压骤降通常在系统服务于相比系统可供应的具有更高的无功功率需求的负载时发生。例如，如图7中所示，提供弱电网的电压对功率的图表以进一步示出电压骤降。如图所示，期望风力涡轮电力系统在最大功率下操作，即，接近点A。然而，当功率送入电网265时，达到阻抗极限(如A-B-C处所示)。因此，如图所示，如果超过阻抗极限，则电压骤降(即，电压降到零)。在某些实施例中，阻抗极限不是固定值；相反，极限根据电网电压、频率和/或涡轮端电压改变。此外，在一个示例中，当阻抗极限高于超过风力涡轮100的阻抗基础值的预定阈值或短路比率低于某一值时，风力涡轮100可在电压骤降的风险下。
因此，本公开内容的方法300通过准确地确定阻抗极限A-B-C且操作为尽可能接近点A(例如，理想的是点A的上方和左侧)来防止风力涡轮电力系统的电压骤降，而不超过极限。更具体而言，控制器202可大体上防止风力涡轮100免于越过点A(即，鼻点)操作。然而，如果风力涡轮100的操作经过点A，则控制器202也构造成通过确定极限循环指数(本文中也称为LC_INDEX)来检测极限循环现象(即，功率/电压轨迹的振荡)。
因此，只要控制器202在点A上方和左侧(即，高于阈值354)操作，则控制器202遵循平滑曲线356。然而，如果控制器202在A和B之间操作，则风力涡轮100的操作存在于A-B-C的三角形中，且控制器202不再遵循点A上方和左侧的平滑曲线356。相反，风力涡轮100的操作从点B移动到点C，而不会通过点A返回(其不是平滑曲线356的一部分)。此类操作在本文中称为极限循环现象。此外，由于在控制器202越过点A操作时发生的控制中的干扰，故返回点C不见得回到平滑曲线。
如图8中所示，系统大体上包括用于防止风力涡轮电力系统100的电压骤降的电压骤降模块360，这将参照图6和9更详细阐释。此外，如图所示，系统基于真实功率命令PwrCmd和无功功率命令VarCmd来生成真实和无功电压命令Vxcmd和Vycmd。真实功率命令PwrCmd经由电网相关功率限制器368限制。来自电网相关功率限制器368的输出输入到DFIG模型372中，其生成电流命令Ixcmd。电流命令Ixcmd然后在374处与电流反馈信号Ixfbk相比较。第一PI调节器376然后使用电流命令Ixcmd来生成真实电压命令Vxcmd。此外，如图所示，在375处，系统将无功功率命令VarCmd与无功功率反馈VarFbk相比较。该差异然后由无功功率调节器377使用来生成电压命令Vcmd。在379处，电压反馈VmagFbk从电压命令Vcmd减去。该差异由电压调节器366接收，其生成电流命令IyCmd。在378处，电流反馈IyFbk从电流命令IyCmd减去。第二PI调节器380然后使用电流命令Iycmd生成真实电压命令Vycmd。
特别参看图6，流程图示出了可由本公开内容的电压骤降模块360实施的各种方法步骤。例如，如302处所示，方法300包括从风力涡轮电力系统100的公共联接点接收至少一个输入值。例如，如图8和9中所示，输入值可包括公共联接点处的功率值P和/或公共联接点处的电压值V。此外，如图所示，电压骤降模块360可包括振荡/极限循环探测模块362，其接收公共联接点处的功率值P和/或公共联接点处的电压值V。往回参看图6，如304处所示，方法300还将风力涡轮功率系统100的极限循环基准点确定为输入值的函数。例如，如图9中所示，振荡/极限循环探测模块362可构造成将极限循环基准点(例如，LC_INDEX)计算为功率值P和电压值V的函数。更具体而言，如图9中所示，振荡/极限循环探测模块362可使用以下方程(1)来计算LC_INDEX：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中i表示在时间i处，
i+1是离散时间周期中的下一时刻，
P是输出功率，
V是电压，以及
c是慢放系数(slow bleeding coefficient)。
因此，LC_INDEX通过累积离散时间周期中的功率/电压矢量的叉积来确定，且提供慢"放"功能。如本文使用的极限循环基准点代表输入值与发生电压骤降处的操作点的接近。更具体而言，如图7中所示，操作点可对应于曲线的斜率大致垂直处的曲线352上的值。
往回参看图6，如306处所示，方法300还包括将极限循环基准点与至少一个预定阈值相比较。例如，如图9中所示，电压骤降模块360可包括电压骤降事件管理模块364，其接收极限循环基准点(即，LC_index)，且将指数与预定阈值相比较。在一个实施例中，预定阈值可包括第一预定阈值和/或第二预定阈值。如308处所示，如果极限循环基准点大于至少一个预定阈值，则方法300进行至310。如果极限循环基准点小于预定阈值，则方法300回到302。
如310处所示，方法300包括确定用于风力涡轮电力系统100的至少一个命令的delta值。如312处所示，方法300包括基于delta值和命令确定至少一个更新的命令。例如，如图8和9中所示，电压骤降模块360可包括电压骤降事件管理模块364，其构造成如果极限循环基准点大于第一预定阈值，则将delta功率值ΔP加至风力涡轮电力系统100的功率命令或功率限制器。此外，如图所示，电压骤降事件管理模块364还可构造成如果极限循环基准点小于第一预定阈值且大于第二预定阈值，则更新风力涡轮电力系统100的电压调节器366的一个或多个增益系数(例如，Kp0、Ki0到Kp1、Ki1)。在额外的实施例中，该方法300可包括如果极限循环基准点大于破坏阈值，则实施校正动作。例如，如图9中所示，如果超过破坏阈值，则电压骤降事件管理模块364可将信号发送至保护模块370。
往回参看图6，如314处所示，方法300包括基于至少一个更新的命令来操作风力涡轮电力系统100。例如，在一个实施例中，控制器202可构造成最小化代表极限循环的曲线352的区域，以便最大化功率，同时防止电压骤降。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，则意在使这些其它示例处于权利要求的范围内。

Claims (17)

1.一种用于防止连接到电网上的风力涡轮电力系统的电压骤降的方法，所述方法包括：
经由所述风力涡轮电力系统的控制器从所述风力涡轮电力系统的公共联接点接收至少一个功率值和至少一个电压值；
经由所述控制器将所述风力涡轮电力系统的极限循环基准点确定为所述至少一个功率值和至少一个电压值的叉积的函数，所述极限循环基准点代表所述至少一个功率值或所述至少一个电压值与发生电压骤降处的操作点的接近，其中所述电压骤降在所述风力涡轮电力系统服务于相比所述风力涡轮电力系统可供应的具有更高的无功功率需求的负载时发生；
将所述极限循环基准点与至少一个阈值相比较；
如果所述极限循环基准点大于所述至少一个阈值，则确定用于所述风力涡轮电力系统的至少一个命令的delta值；
基于所述delta值和所述至少一个命令确定至少一个更新的命令；以及，
基于所述至少一个更新的命令操作所述风力涡轮电力系统。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个阈值包括第一阈值，所述方法还包括：
如果所述极限循环基准点大于所述第一阈值，则将所述delta值加至所述风力涡轮电力系统的功率命令或功率限制器中的至少一者。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少一个阈值包括第二阈值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如果所述极限循环基准点小于所述第一阈值且大于所述第二阈值，则将所述delta值加至所述风力涡轮电力系统的电压调节器的一个或多个增益系数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如果所述极限循环基准点大于破坏阈值，则实施校正动作。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述操作点对应于所述电压值对所述功率值的曲线上的所述曲线的斜率大致垂直处的值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于所述至少一个更新的命令操作所述风力涡轮电力系统还包括最小化所述曲线的代表极限循环的区域，以便最大化功率，同时防止电压骤降。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电网包括弱电网，所述弱电网特征为短路电流在所述风力涡轮电力系统的短路电流的预定范围内。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预定范围包括从0.8到1.2的所述电网的短路电流与所述风力涡轮电力系统的短路电流之比。
10.一种用于防止连接到电网上的风力涡轮电力系统的电压骤降的系统，所述系统包括：
用于监测来自所述风力涡轮电力系统的公共联接点的至少一个功率值和至少一个电压值的一个或多个传感器；
通信地联接到所述一个或多个传感器上的控制器，所述控制器构造成执行一个或多个操作，所述一个或多个操作包括：
将所述风力涡轮电力系统的极限循环基准点确定为所述至少一个功率值和至少一个电压值的叉积的函数，所述极限循环基准点代表所述至少一个功率值和所述至少一个电压值与发生电压骤降处的操作点的接近，其中所述电压骤降在所述风力涡轮电力系统服务于相比所述风力涡轮电力系统可供应的具有更高的无功功率需求的负载时发生；
将所述极限循环基准点与至少一个阈值相比较；
如果所述极限循环基准点大于所述至少一个阈值，则确定用于所述风力涡轮电力系统的至少一个命令的delta值；
基于所述delta值和所述至少一个命令确定至少一个更新的命令；以及，
基于所述至少一个更新的命令操作所述风力涡轮电力系统。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述至少一个阈值包括第一阈值和第二阈值。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述一个或多个操作还包括：
如果所述极限循环基准点大于所述第一阈值，则将所述delta值加至所述风力涡轮电力系统的功率命令或功率限制器中的至少一者，以及，
如果所述极限循环基准点小于所述第一阈值且大于所述第二阈值，则将所述delta值加至所述风力涡轮电力系统的电压调节器的一个或多个增益系数。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述系统还包括如果所述极限循环基准点大于破坏阈值，则实施校正动作。
14.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述操作点对应于所述电压值对所述功率值的曲线上的所述曲线的斜率大致垂直处的值，且其中基于所述至少一个更新的命令操作所述风力涡轮电力系统还包括最小化所述曲线的代表极限循环的区域，以便最大化功率，同时防止电压骤降。
15.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述电网包括弱电网，所述弱电网特征为短路电流在所述风力涡轮电力系统的短路电流的预定范围内，其中所述预定范围包括从0.8到1.2的所述电网的短路电流与所述风力涡轮电力系统的短路电流之比。
16.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述风力涡轮电力系统包括风电场，所述风电场包括经由涡轮变压器、场变压器或群集变压器中的至少一者连接到所述电网上的一个或多个风力涡轮。
17.一种用于最小化连接到电网上的风力涡轮电力系统的电压不稳定的方法，所述方法包括：
经由控制器将所述风力涡轮电力系统的极限循环基准点确定为来自所述风力涡轮电力系统的公共联接点的至少一个功率值和至少一个电压值的叉积的函数，所述极限循环基准点代表所述至少一个功率值和所述至少一个电压值与发生电压骤降处的操作点的接近；
将所述极限循环基准点与至少一个阈值相比较，其中所述电压骤降在所述风力涡轮电力系统服务于相比所述风力涡轮电力系统可供应的具有更高的无功功率需求的负载时发生；以及，
如果所述极限循环基准点大于所述至少一个阈值，则确定所述风力涡轮电力系统的至少一个更新的命令。
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