CN110741523B - 电功率子系统和用于控制其的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制电功率子系统的方法包括基于低压配电板的测量电压来确定辅助电压误差值。方法还包括接收有功电流命令。方法还包括基于辅助电压误差值和有功电流命令来计算用于功率转换器的线路侧转换器的开关模式。由线路侧转换器产生的电流水平控制到低压配电板的电压。

Description

电功率子系统和用于控制其的方法
技术领域
本公开内容大体上涉及用于从例如风力涡轮向电网提供功率的电功率系统。
背景技术
风力被认为是目前可获得的最清洁、最环境友好的能源中的一种，且风力涡轮在该方面获得了增加的关注。现代的风力涡轮典型地包括塔筒、发电机、齿轮箱、机舱以及一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型原理来获取风的动能。例如，转子叶片典型地具有翼型的截面轮廓，使得在操作期间空气流过叶片，在侧部之间产生压力差。因此，从压力侧朝吸力侧引导的升力作用在叶片上。升力在主转子轴上生成转矩，该主转子轴用齿轮连到用于产生电力的发电机。
例如，图1和图2示出根据常规构造的风力涡轮10以及适合于与风力涡轮10使用的相关联的功率系统。如示出的那样，风力涡轮10包括机舱14，该机舱14典型地容纳发电机28(图2)。机舱14安装在从支承表面(未示出)延伸的塔筒12上。风力涡轮10还包括转子16，该转子16包括附接到旋转毂18的多个转子叶片20。在风冲击转子叶片20时，叶片20将风能变换成机械旋转转矩，该机械旋转转矩可旋转地驱动低速轴22。低速轴22配置成驱动齿轮箱24(在存在的情况下)，该齿轮箱24随后使低速轴22的低转速逐步提高以在增加的转速下驱动高速轴26。高速轴26大体上可旋转地联接到发电机28(诸如双馈感应发电机或DFIG)，以便可旋转地驱动发电机转子30。因而，可由发电机转子30感应出旋转磁场，且可在磁耦合到发电机转子30的发电机定子32内感应出电压。相关联的电功率可从发电机定子32传送到主三绕组变压器34，该变压器34典型地经由电网断路器36连接到电网。因此，主变压器34逐步提高电功率的电压幅度，使得变换的电功率可进一步传送到电网。
另外，如示出的那样，发电机28典型地电耦合到双向功率转换器38，该双向功率转换器38包括经由调节的DC链路44连结至线路侧转换器42的转子侧转换器40。转子侧转换器40将从转子30提供的AC功率转换成DC功率且向DC链路44提供DC功率。线路侧转换器42将DC链路44上的DC功率转换成适合于电网的AC输出功率。因此，来自功率转换器38的AC功率可与来自定子32的功率组合来提供具有基本上保持在电网频率(例如50Hz/60Hz)的频率的多相功率(例如三相功率)。
如图2中示出的那样，示出的三绕组变压器34典型地具有(1)连接到电网的33千伏(kV)中压(MV)初级绕组33、(2)连接到发电机定子32的6至13.8kV MV次级绕组35，以及(3)连接到线路侧功率转换器42的690至900伏(V)低压(LV)三级绕组37。
现在参照图3，多个风力涡轮10的各个功率系统可布置在预定的地理位置且电连接在一起以形成风电场46。更特别地，如示出的那样，风力涡轮10可布置成多个组48，其中每个组分别经由开关51、52、53单独地连接到主线路50。另外，如示出的那样，主线路50可电耦合到另一较大的变压器54，以用于进一步逐步提高来自风力涡轮10的组48的电功率的电压幅度，之后将功率发送到电网。
然而，关于此类系统的一个问题是，与每个涡轮10相关联的三绕组变压器34是昂贵的。特别地，连接到发电机定子32的变压器34的次级绕组35可为昂贵的。因此，从风力涡轮功率系统除去此类三绕组变压器将为有利的。
然而，每个风力涡轮10的三绕组变压器34提供一定的阻抗，该阻抗允许风电场46中的风力涡轮10调节三绕组变压器的次级绕组处的电压。如果移除三绕组变压器34，该阻抗以及定子32处相关联的电压控制丢失。无功功率流因此不被推到电网。此外，可丢失由每个系统馈给的用于辅助负载的电压控制，因此需要带有较高额定电压的辅助构件来补偿潜在的增加的电压。由于较高的相关联成本和额外的资格需要，使用此类构件是不期望的。
因此，改进的电功率系统和用于操作此类系统的方法是期望的。特别地，使上文论述的三绕组变压器34移除且另外能够进行无功功率生成和辅助负载电压控制的电功率系统将是有利的。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明来获悉。
根据一个实施例，提供一种用于控制电功率子系统的方法。电功率子系统包括功率转换器，该功率转换器电耦合到具有发电机转子和发电机定子的发电机。电功率子系统限定用于向电网提供功率的转换器功率路径和定子功率路径，该转换器功率路径包括局部功率变压器。电功率子系统还包括电耦合到转换器功率路径的低压配电板。该方法包括基于低压配电板的测量电压来确定辅助电压误差值。该方法还包括接收有功(active)电流命令。该方法还包括基于辅助电压误差值和有功电流命令来计算用于功率转换器的线路侧转换器的开关模式。由线路侧转换器产生的电流水平控制到低压配电板的电压。
根据另一实施例，提供一种用于连接到电网的电功率子系统。电功率子系统包括发电机，该发电机包括发电机定子和发电机转子。电功率子系统还包括电耦合到发电机的功率转换器，该功率转换器包括转子侧转换器、线路侧转换器以及电耦合转子侧转换器和线路侧转换器的调节的DC链路。电功率子系统还包括用于从发电机定子向电网提供功率的定子功率路径、用于从发电机转子通过功率转换器向电网提供功率的转换器功率路径、设在转换器功率路径上的局部功率变压器，以及电耦合到转换器功率路径的低压配电板。电功率子系统还包括通信地耦合到功率转换器的控制器，该控制器配置成执行一个或多个操作。该一个或多个操作包括基于低压配电板的测量电压来确定辅助电压误差值。该一个或多个操作还包括接收有功电流命令。该一个或多个操作还包括基于辅助电压误差值和有功电流命令来计算用于功率转换器的线路侧转换器的开关模式。由线路侧转换器产生的电流水平控制到低压配电板的电压。
参照以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。结合在该说明书中且构成该说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，且连同描述用来解释本发明的原理。
附图说明
针对本领域普通技术人员的本发明的完整且开放的公开内容(包括其最佳模式)在参照附图的说明书中阐述，在附图中：
图1示出根据常规构造的风力涡轮的一个实施例的一部分的透视图；
图2示出适合于与图1中示出的风力涡轮一起使用的常规电功率系统的示意图；
图3示出根据常规构造的常规风电场的一个实施例的示意图，特别地示出多个风力涡轮功率系统，诸如连接到单个变电站变压器的图2中示出的那些；
图4示出根据本公开内容的用于风力涡轮的电功率系统的一个实施例的示意图；
图5示出根据本公开内容的用于风力涡轮的电功率系统的另一实施例的示意图；
图6示出根据本公开内容的风电场的一个实施例的示意图，特别地示出各自经由集群变压器连接到电网的多个风力涡轮集群；
图7示出根据本公开内容的风力涡轮控制器的一个实施例的框图；
图8示出根据本公开内容的用于操作电功率系统的方法的一个实施例的流程图；
图9示出根据本公开内容的用于操作电功率系统的方法的另一实施例的流程图；以及
图10示出根据本公开内容的用于操作电功率系统的方法的另一实施例的流程图。
具体实施方式
现在将详细地参照本发明的实施例，其一个或多个示例在图中示出。每个示例提供作为本发明的解释，不是本发明的限制。实际上，对本领域技术人员将显而易见的是，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修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的部分的特征可与另一实施例使用，以产生又一实施例。因此，意图的是，本发明覆盖如落入所附权利要求书和其等同物的范围内的此类修改和变型。
现在参照图4和图5，示出根据本公开内容的电功率子系统102的一个实施例的示意图。应理解的是，用语“子系统”在本文中用于在独立功率系统(例如，如图4和图5或图2中所示)与包括多个电功率子系统102的图6或图3的整体电功率系统105之间进行区分。然而，本领域普通技术人员将认识到，图4和图5(或图2)的电功率子系统102也可更一般地(诸如简单地)称为系统(而不是子系统)。因此，此类用语可互换地使用且不意在限制。
此外，如示出的那样，电功率子系统102可对应于风力涡轮功率系统100。更特别地，如示出的那样，风力涡轮功率系统100包括转子104，该转子104包括附接到旋转毂108的多个转子叶片106。在风冲击转子叶片106时，叶片106将风能变换成机械旋转转矩，该机械旋转转矩可旋转地驱动低速轴110。低速轴110配置成驱动齿轮箱112，齿轮箱112随后逐步提高低速轴110的低转速，以在增加的转速下驱动高速轴114。高速轴114大体上可旋转地联接到双馈感应发电机116(在下文称为DFIG 116)，以便可旋转地驱动发电机转子118。因而，可由发电机转子118感应出旋转磁场，且可在磁耦合到发电机转子118的发电机定子120内感应出电压。在一个实施例中，例如，发电机116配置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。因此，如示出的那样，相关联的电功率可从发电机定子120直接地传送到电网。
另外，如示出的那样，发电机116电耦合到双向功率转换器122，该双向功率转换器122包括经由调节的DC链路128连结到线路侧转换器126的转子侧转换器124。因此，转子侧转换器124将从发电机转子118提供的AC功率转换成DC功率且向DC链路128提供DC功率。线路侧转换器126将DC链路128上的DC功率转换成适合于电网的AC输出功率。更特别地，如示出的那样，来自功率转换器122的AC功率可分别经由转换器功率路径127和定子功率路径125与来自发电机定子120的功率组合。例如，如示出的那样，且与常规系统(诸如图1-3中示出的那些)对比，转换器功率路径127可包括局部功率变压器130，该局部功率变压器130用于逐步提高来自功率转换器122的电功率的电压幅度，使得变换的电功率可进一步传送到电网。因此，如示出的那样，图4和图5的示出的系统102不包括上文描述的常规三绕组主变压器。相反地，如图4的示出的实施例中示出的那样，局部功率变压器130可对应于具有连接到电网的初级绕组132和连接到线路侧转换器126的次级绕组134的二绕组变压器。值得注意的是，在如图5的示出的实施例中示出的一些实施例中，如本文中论述的那样，局部功率变压器可在一些实施例中包括用于辅助负载的第三辅助绕组。
另外，电功率子系统102可包括控制器136，该控制器136配置成控制风力涡轮100的构件中的任一个和/或实施如本文中描述的方法步骤。例如，如图7中特别示出的那样，控制器136可包括一个或多个处理器138以及相关联的存储器装置140，其配置成执行多种计算机实现的功能(例如，执行方法、步骤、计算等以及储存如本文中公开的相关数据)。另外，控制器136还可包括通信模块142，以便于控制器136与风力涡轮100的各种构件(例如图4到图6的构件中的任一个)之间的通信。此外，通信模块142可包括传感器接口144(例如，一个或多个模数转换器)，以允许从一个或多个传感器139、141、143传送的信号转换成可由处理器138理解和处理的信号。应了解的是，传感器139、141、143可使用任何适合的器件通信地耦合到通信模块142。例如，如图7中示出的那样，传感器139、141、143可经由有线连接来耦合到传感器接口144。然而，在其他实施例中，传感器139、141、143可经由无线连接来耦合到传感器接口144，诸如通过使用本领域中已知的任何适合的无线通信协议。因而，处理器138可配置成从传感器139、141、143接收一个或多个信号。
如本文中使用的用语“处理器”不仅是指本领域中被认为是包括于计算机中的集成电路，而且是指控制器、微型控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路，以及其他可编程电路。处理器138还配置成计算先进控制算法和按多种Ethernet或基于串行的协议(Modbus、OPC、CAN等)通信。另外，存储器装置140可大体上包括存储器元件，其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、光盘-只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能盘(DVD)和/或其他适合的存储器元件。此类存储器装置140可大体上配置成储存适合的计算机可读指令，这些计算机可读指令在由处理器138实施时将控制器136配置成执行如本文中描述的各种功能。
在操作中，由转子104的旋转在发电机定子120处生成的交变电流(AC)功率经由双路径(即，经由定子功率路径125和转换器功率路径127)向电网提供。更特别地，转子侧转换器124将从发电机转子118提供的AC功率转换成DC功率且向DC链路128提供DC功率。用于转子侧转换器124的桥接电路中的开关元件(例如IGBT)可调制成将从发电机转子118提供的AC功率转换成适合于DC链路128的DC功率。线路侧转换器126将DC链路128上的DC功率转换成适合于电网的AC输出功率。特别地，用于线路侧转换器126的桥接电路中的开关元件(例如IGBT)可调制成将DC链路128上的DC功率转换成AC功率。因而，来自功率转换器122的AC功率可与来自发电机定子120的功率组合来提供具有基本上保持在电网频率处的频率的多相功率。应理解的是，转子侧转换器124和线路侧转换器126可具有使用便于如本文中描述的电功率系统的操作的任何开关装置的任何配置。
此外，功率转换器122可与涡轮控制器136和/或单独或集成的转换器控制器154电子数据通信地耦合，以控制转子侧转换器124和线路侧转换器126的操作。例如，在操作期间，控制器136可配置成从第一组电压和电流传感器139、141、143接收一个或多个电压和/或电流测量信号。因此，控制器136可配置成经由传感器139、141、143监测和控制与风力涡轮100相关联的操作变量中的至少一些。在示出的实施例中，传感器139、141、143可电耦合到便于如本文中描述的电功率子系统102的操作的电功率子系统102的任何部分。
还应理解的是，任何数量或类型的电压和/或电流传感器可在风力涡轮100内和任何位置处采用。例如，传感器可为电流变压器、分流传感器、罗柯夫斯基(rogowski)线圈、霍尔效应电流传感器、微惯性测量单元(MIMU)或类似物，和/或本领域中现在已知或以后开发的任何其他适合的电压或电流传感器。因此，转换器控制器154配置成从传感器139、141、143接收一个或多个电压和/或电流反馈信号。更特别地，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。
特别地参照图6，独立的功率系统(诸如图4和图5中示出的功率子系统102)可布置在至少两个集群137中，以形成电功率系统105。更特别地，如示出的那样，风力涡轮功率系统100可布置成多个集群137以便形成风电场。因此，如示出的那样，每个集群137可分别经由开关151、152、153连接到单独的集群变压器145、146、147，以用于提高来自每个集群137的电功率的电压幅度，使得变换的电功率可进一步传送到电网。另外，如示出的那样，变压器145、146、147连接到主线路148(经由如本文中论述的变电站变压器)，该主线路148组合来自每个集群137的功率，之后将功率发送到电网。换句话说，如示出的那样，所有风力涡轮100的定子功率电路共用由集群变压器145、146、147的次级绕组124的中性点或由单独的中性接地变压器提供的公共接地参考。如示出的那样，每个子系统102可经由子系统断路器135连接到集群137。
仍参照图6，且如论述的那样，集群137包括将电功率子系统102的每个集群137连接到电网的集群变压器145、146、147。因此，集群137包括配置有集群变压器145、146、147的集群开关151、152、153。集群功率路径170可将集群137(诸如经由集群开关151、152、153)电连接到集群变压器145、146、147。集群功率路径170可例如从每个子系统102(诸如其转换器功率路径127和定子功率路径125)延伸到集群变压器145、146、147，诸如延伸到子系统102所连接到的集群变压器的绕组。
集群变压器145、146、147在示例性实施例中为二绕组变压器145、146、147。此外，在示例性实施例中，集群变压器145、146、147将电压从变电站水平处的低压水平提高到集群水平处的中压。
例如，每个子系统102的定子功率路径125上的电压可为中压，诸如在6与14kV之间，或在12与14kV之间。在功率转换器122之后的转换器功率路径127上的电压可为低压，诸如在600与900V之间。该电压可由局部功率变压器130逐步提高到6与14kV或12与14kV之间的中压水平。局部功率变压器130可因此包括具有6与14kV之间或12与14kV之间的电压的初级绕组132，以及具有600与900V之间的电压的次级绕组134。
每个集群变压器145、146、147可包括初级绕组和次级绕组。次级绕组可连接到集群功率路径170，且初级绕组可连接到通向电网的功率路径。
再次参照图4和图5，每个子系统102可包括低压配电板220，该低压配电板220电耦合到转换器功率路径127，诸如，如示出的其线路侧。低压配电板220可向辅助负载(诸如子系统102的风力涡轮内的照明和其他相对小的负载)提供功率。
在一些实施例中，如图5中示出的那样，局部功率变压器130为三绕组变压器，该三绕组变压器包括除了初级绕组132和次级绕组134之外的辅助绕组133。辅助绕组133可为低压(300-900V)绕组。功率可通过辅助绕组133向低压配电板220提供。辅助功率路径222因此在板220与辅助绕组133之间延伸且电耦合板220和辅助绕组133。
在其他实施例中，如图4中示出的那样，局部功率变压器130为仅包括初级绕组132和次级绕组134的二绕组变压器。在这些实施例中，功率可经由使低压配电板220电耦合到转换器功率路径127的次级绕组134侧(诸如，经由辅助功率路径222，到变压器130与功率转换器122之间的转换器功率路径127)来向低压配电板220提供。在这些实施例中，辅助功率变压器230可设在辅助功率路径222上，且可提供此类电耦合。辅助功率变压器230在示例性实施例中可为带有低压(600-900V)初级绕组和中压(6-14或12-14mV)次级绕组的二绕组变压器。
现在参照图8-10，本公开内容还涉及用于控制电功率子系统102的方法和控制方案。特别地，此类方法和控制方案有利地提供功率转换器122和其线路侧转换器124的电压控制，以便经由低压配电板220来控制到辅助负载的电压。另外，此类方法和控制方案有利地导致无功功率的产生。
应注意的是，在示例性实施例中，如本文中论述的此类方法可由如本文中论述的控制器136和/或154来执行。因此，此类控制器136、154能够执行如本文中论述的各种操作(即，方法步骤)。
大体上，此类方法和控制方案可包括基于低压配电板的测量电压来确定辅助电压误差值(诸如本文中论述的那样)。此类方法和控制方案还可包括接收有功电流命令(诸如本文中论述的那样)。此类方法和控制方案还可包括基于辅助电压误差值和有功电流命令来计算用于功率转换器的线路侧转换器的开关模式。由线路侧转换器产生的电流水平可控制到低压配电板的电压。
方法300可包括例如确定辅助电压误差值312的步骤310。此类值312可至少部分地基于低压配电板220的测量电压314。此类电压可例如由电耦合到板220(诸如在路径222上)且与控制器136和/或154通信的传感器来测量。
例如，在一些实施例中，如图8中示出的那样，辅助电压误差值312可基于测量电压314和预定电压设定点316来确定。此类预定电压设定点316可为由工程师、开发者等为特定的子系统102所预定的(例如考虑到其中子系统102使用的条件和对于子系统102的期望输出)且编程到控制器136和/或154中的设定点316。在这些实施例中，可比较测量电压314和预定电压设定点316，其中值之间的差异为辅助电压误差值312。
在一些实施例中，方法300还可包括使用预定电压设定点限制器318来调整预定电压设定点316的步骤315。此类限制器318可将预定电压设定点316调整到预定的限制范围内，诸如在0.85每单位(“pu”)电压与1.15pu电压之间，或诸如在0.9pu电压与1.1pu电压之间。
值得注意的是，在其中预定电压设定点316受限制(诸如经由步骤315)的实施例中，步骤310可在此类限制之后发生。
在其他实施例中，如图9中示出的那样，方法300还可包括使用电压限制器322来调整测量电压314的步骤320。此类限制器322可将测量电压314调整到预定的限制范围内，诸如在0.85每单位(“pu”)电压与1.15pu电压之间，或诸如在0.9pu电压与1.1pu电压之间。在这些实施例中，辅助电压误差值312可基于测量电压314(即，在由限制器322调整之前的实际测量电压314)和调整的测量电压314’(即，在由限制器调整之后)来确定。例如，可比较实际测量电压314和调整的测量电压314’，其中值之间的差异为辅助电压误差值312。
在其他实施例中，如图10中示出的那样，辅助电压误差值312可基于测量电压314和计算的电压设定点326来确定。如上文论述的那样，计算的电压设定点326可基于系统102的操作期间的一个或多个输入(诸如接收的无功功率命令332)来计算，而不是预定的。接收的无功功率命令332可为经由用户输入、场级或集群级控制器或者转子侧转换器124来接收的命令，且可对应于由子系统102生成的期望无功功率。
例如，方法300还可包括接收无功功率命令332的步骤330。在一些实施例中，方法330还可包括使用转换速率限制器336来调整无功功率命令332的步骤335。此类限制器336可将无功功率命令332的转换速率调整到预定的限制范围内。另外或备选地，在一些实施例中，方法330还可包括使用无功功率范围限制器338来调整无功功率命令332的步骤337。此类限制器336可将无功功率命令332的大小调整到预定的限制范围内。
步骤330还可包括接收转换器功率路径127无功功率值334。此类无功功率值可例如通过电耦合到转换器功率路径127且与控制器136和/或154通信的传感器来测量。
在这些实施例中，方法300还可包括例如基于无功功率命令332和转换器功率路径127无功功率值334来确定无功功率误差值342的步骤340。例如，可比较无功功率命令332和转换器功率路径127无功功率值334，其中值之间的差异为无功功率误差值342。值得注意的是，在其中无功功率命令332受限制(诸如经由步骤335或步骤337)的实施例中，步骤340可在此类限制之后发生。
在这些实施例中，方法300还可包括例如使用伏安无功(“VAR”)调节器347基于无功功率误差值342来生成计算的电压设定点326的步骤345。VAR调节器可例如包括比例积分(PI)控制器、比例微分(PD)控制器、比例积分微分(PID)控制器、状态空间控制器，或另一其他适合的控制器。无功功率误差值342可为对VAR调节器347的输入，且计算的电压设定点326可为输出。
如论述的那样，辅助电压误差值312可基于测量电压314和计算的电压设定点326来确定。例如可比较测量电压314和计算的电压设定点326，其中值之间的差异为辅助电压误差值312。
在一些实施例中，方法300还可包括使用计算的电压设定点限制器352来调整计算的电压设定点326的步骤350。此类限制器352可将计算的电压设定点326调整到预定的限制范围内，诸如在0.85每单位(“pu”)电压与1.15pu电压之间，或诸如在0.9pu电压与1.1pu电压之间。
值得注意的是，在其中计算的电压设定点326受限制(诸如经由步骤350)的实施例中，步骤310可在此类限制之后发生。
再次参照图8-图10，一旦确定辅助电压误差值312，此类值可用来确定来自功率转换器122的期望电流值，其将到低压配电板220的电压控制到期望范围内。另外，此类值可由功率转换器122用来产生期望的无功功率。
在一些实施例中，如图8中示出的那样，方法300可包括将辅助电压误差值312与电压值死区范围362比较的步骤360。死区范围362可例如在0.90每单位(“pu”)电压与1.1pu电压之间，或诸如在0.95pu电压与1.05pu电压之间。在这些实施例中，如本文中论述的那样，随后的步骤370、375、380和/或390可仅在辅助电压误差值312在电压值死区范围362之外时发生和执行。在其他实施例中，步骤360不是必要的，且随后的步骤370、375、380和/或390可始终发生。
方法300还可包括例如使用电压调节器372来生成无功电流命令374的步骤370。无功电流命令374可基于输入到电压调节器372中的辅助电压误差值312。电压调节器372可例如包括比例积分(PI)控制器、比例微分(PD)控制器、比例积分微分(PID)控制器、状态空间控制器，或另一其他适合的控制器。
方法300还可包括接收有功电流命令377的步骤375。有功电流命令377可例如从DC链路128(诸如经由电耦合到DC链路128且与控制器136和/或控制器154通信的传感器)接收。例如，来自DC链路128的电压水平可输入到电压调节器379，该电压调节器379可输出有功电流命令377。电压调节器379可例如包括比例积分(PI)控制器、比例微分(PD)控制器、比例积分微分(PID)控制器、状态空间控制器，或另一其他适合的控制器。
方法300还可包括使用电流调节器382来生成电压输入命令384的步骤380。电压输入命令384可基于无功电流命令374和有功电流命令377，无功电流命令374和有功电流命令377两者输入到电流调节器382中。电流调节器382可例如包括比例积分(PI)控制器、比例微分(PD)控制器、比例积分微分(PID)控制器、状态空间控制器，或另一其他适合的控制器。
方法300还可包括计算用于线路侧转换器126的开关模式的步骤390。此类计算可基于电压输入命令384。在示例性实施例中，此类计算可使用和基于脉冲宽度调制来执行。由步骤390产生的开关模式可有利地从线路侧转换器126产生电流水平，其包括期望的无功功率分量且控制到低压配电板220的电压(如本文中论述的那样)。
该书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，且还使本领域的任何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书限定，且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括带有与权利要求书的字面语言无实质的差异的等同结构元件，此类其他示例意在处于权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种用于控制电功率子系统的方法，所述电功率子系统包括功率转换器，所述功率转换器电耦合到具有发电机转子和发电机定子的发电机，所述电功率子系统限定用于向电网提供功率的转换器功率路径和定子功率路径，所述转换器功率路径包括局部功率变压器，所述定子功率路径绕过所述局部功率变压器，所述电功率子系统还包括电耦合到所述转换器功率路径的低压配电板，所述方法包括：
基于所述低压配电板的测量电压来确定辅助电压误差值；
接收有功电流命令；以及
基于所述辅助电压误差值和所述有功电流命令来计算用于所述功率转换器的线路侧转换器的开关模式，其中由所述线路侧转换器产生的电流水平控制到所述低压配电板的电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用电压调节器基于所述辅助电压误差值来生成无功电流命令；以及
使用电流调节器基于所述无功电流命令和所述有功电流命令来生成电压输入命令，
其中所述开关模式基于所述电压输入命令来计算。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辅助电压误差值基于所述测量电压和预定电压设定点来确定。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使用预定电压设定点限制器来调整所述预定电压设定点的步骤。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使用电压限制器来调整所述测量电压的步骤，且其中所述辅助电压误差值基于所述测量电压和调整的测量电压来确定。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辅助电压误差值基于所述测量电压和计算的电压设定点来确定，所述计算的电压设定点基于接收的无功功率命令。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收无功功率命令和转换器功率路径无功功率值；
基于所述无功功率命令和所述转换器功率路径无功功率值来确定无功功率误差值；
使用VAR调节器基于所述无功功率误差值来生成所述计算的电压设定点。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使用转换速率限制器来调整所述无功功率命令的步骤。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使用无功功率范围限制器来调整所述无功功率命令的步骤。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述辅助电压误差值与电压值死区范围比较的步骤，且其中计算所述开关模式仅在所述辅助电压误差值在所述电压值死区范围之外时发生。
11.一种用于连接到电网的电功率子系统，所述电功率子系统包括：
发电机，所述发电机包括发电机定子和发电机转子；
功率转换器，所述功率转换器电耦合到所述发电机，所述功率转换器包括：
转子侧转换器；
线路侧转换器；以及
调节的DC链路，所述调节的DC链路电耦合所述转子侧转换器和所述线路侧转换器；定子功率路径，所述定子功率路径用于从所述发电机定子向所述电网提供功率；
转换器功率路径，所述转换器功率路径用于从所述发电机转子通过所述功率转换器向所述电网提供功率；
局部功率变压器，所述局部功率变压器设在所述转换器功率路径上，所述定子功率路径绕过所述局部功率变压器；
低压配电板，所述低压配电板电耦合到所述转换器功率路径；以及
控制器，所述控制器通信地耦合到所述功率转换器，所述控制器配置成执行一个或多个操作，所述一个或多个操作包括：
基于所述低压配电板的测量电压来确定辅助电压误差值；
接收有功电流命令；以及
基于所述辅助电压误差值和所述有功电流命令来计算用于所述功率转换器的线路侧转换器的开关模式，其中由所述线路侧转换器产生的电流水平控制到所述低压配电板的电压。
12.根据权利要求11所述的电功率子系统，其特征在于，所述一个或多个操作还包括：
使用电压调节器基于所述辅助电压误差值来生成无功电流命令；以及
使用电流调节器基于所述无功电流命令和所述有功电流命令来生成电压输入命令，
其中所述开关模式基于所述电压输入命令来计算。
13.根据权利要求11所述的电功率子系统，其特征在于，所述辅助电压误差值基于所述测量电压和预定电压设定点来确定。
14.根据权利要求13所述的电功率子系统，其特征在于，所述一个或多个操作还包括使用预定电压设定点限制器来调整所述预定电压设定点的步骤。
15.根据权利要求11所述的电功率子系统，其特征在于，所述一个或多个操作还包括使用电压限制器来调整所述测量电压的步骤，且其中所述辅助电压误差值基于所述测量电压和调整的测量电压来确定。
16.根据权利要求11所述的电功率子系统，其特征在于，所述辅助电压误差值基于所述测量电压和计算的电压设定点来确定，所述计算的电压设定点基于接收的无功功率命令。
17.根据权利要求16所述的电功率子系统，其特征在于，所述一个或多个操作还包括：
接收无功功率命令和转换器功率路径无功功率值；
基于所述无功功率命令和所述转换器功率路径无功功率值来确定无功功率误差值；
使用VAR调节器基于所述无功功率误差值来生成所述计算的电压设定点。
18.根据权利要求17所述的电功率子系统，其特征在于，所述一个或多个操作还包括使用转换速率限制器来调整所述无功功率命令的步骤。
19.根据权利要求17所述的电功率子系统，其特征在于，所述一个或多个操作还包括使用无功功率范围限制器来调整所述无功功率命令的步骤。
20.根据权利要求11所述的电功率子系统，其特征在于，所述一个或多个操作还包括将所述辅助电压误差值与电压值死区范围比较的步骤，且其中计算所述开关模式仅在所述辅助电压误差值在所述电压值死区范围之外时发生。
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