CN111936740A - 用于功率系统的无功电流裕度调节器 - Google Patents

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Abstract

一种用于在连接到电网的功率系统中维持足够的无功电流裕度的方法包括经由功率限制器系统接收针对功率系统的无功电流命令和无功电流上限。该方法还包括经由功率限制器系统确定作为无功电流命令和无功电流上限的函数的无功电流裕度信号。此外，该方法包括经由功率限制器系统基于无功电流裕度信号来产生功率命令信号。此外，该方法包括经由系统控制器至少部分地基于功率命令信号来控制功率系统的操作。

Description

用于功率系统的无功电流裕度调节器
技术领域
本公开大体上涉及功率系统，并且更具体地涉及用于在连接到电网的功率系统中维持足够的无功电流裕度的系统和方法。
背景技术
风力被认为是目前可用的最清洁、最环保的能源中的一种，且在这点上，风力涡轮已得到越来越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和转子。转子典型地包括可旋转的毂，该毂具有附接到其的一个或多个转子叶片。变桨轴承典型地可操作地配置在毂和转子叶片之间，以允许围绕变桨轴线旋转。转子叶片使用已知的翼型件原理来捕获风的动能。转子叶片传输呈旋转能的形式的动能，以便转动使转子叶片联接到齿轮箱或直接联接到发电机(如果未使用齿轮箱)的轴。发电机然后将机械能转换成可部署到公用电网的电能。
发电机的功率输出随着风速增加，直到风速达到针对风力涡轮的额定风速。在处于和高于额定风速的情况下，发电机以额定功率操作。额定功率是如下的输出功率：在该输出功率下，发电机可在预确定为可接受的针对涡轮构件的疲劳水平的情况下操作。在高于某个速度的风速下，或者在超过典型地被称为“脱扣(trip)极限”或“监测设定点极限”的预确定量值的风湍流水平下，风力涡轮可关闭，或者可通过调节转子叶片的桨距或制动转子来减小负载，以便保护风力涡轮构件免受损坏。
当与风力涡轮发电机的恒速操作相比时，发电机的变速操作有利于增强由发电机进行的能量捕获；然而，发电机的变速操作产生具有变化的电压和/或频率的电。更具体地，由变速发电机产生的电的频率与转子的旋转速度成比例。因此，功率转换器可联接在发电机和公用电网之间。功率转换器输出具有固定的电压和频率的电，以用于在电网上输送。
在弱AC功率系统中，为了稳定，最大功率传输需要主动电压调节。电压稳定的重要方面是在电压调节器的无功电流输出中具有裕度。如果无功电流裕度丧失，则如果功率继续被推入传输系统，将发生电压崩溃。功率转换器控制件具有快速终端电压调节，以有利于弱系统中的电压稳定。在这样的系统中，电压调节器在可用极限内命令无功电流。如果无功电流命令达到可用极限，则电压调节不足，并且存在电压崩溃的显著风险。
因此，本公开涉及一种系统和方法，其用于通过在系统故障之后限制有功电流恢复而在功率系统中维持足够的无功电流裕度以确保电压调节是可能的。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而为显然的，或可通过实践本发明而了解。
在一个方面，本公开涉及一种用于在连接到电网的功率系统中维持足够的无功电流裕度的方法。该方法包括经由功率限制器系统接收针对功率系统的无功电流命令和无功电流上限。该方法还包括经由功率限制器系统确定作为无功电流命令和无功电流上限的函数的无功电流裕度信号。此外，该方法包括经由功率限制器系统基于无功电流裕度信号来产生功率命令信号。此外，该方法包括经由控制器至少部分地基于功率命令信号来控制功率系统的操作。
在一个实施例中，确定作为无功电流命令和无功电流上限的函数的无功电流裕度信号的步骤可进一步包括计算无功电流命令和无功电流上限之间的差值。在另一个实施例中，该方法可包括经由比例-积分调节器处理无功电流裕度信号。
在另外的实施例中，控制功率系统的操作的步骤可包括至少部分地基于功率命令来限制功率系统的操作。更具体地，在某些实施例中，该方法可包括经由转换器控制器向系统控制器发送指示功率命令极限值的信号。该方法然后包括经由系统控制器接收来自转换器控制器的信号以及基于功率命令极限值来修改在预确定持续时间内的扭矩和/或速度命令中的至少一个。备选地，该方法可包括经由系统控制器接收来自转换器控制器的信号以及实施功率系统关闭。
在额外的实施例中，基于无功电流裕度信号来产生功率命令信号的步骤可从工厂级控制器基于例如工厂级有功功率产生来启用或禁用。
在额外的实施例中，该方法可包括经由转换器控制器向工厂级控制器发送信号，该信号指示针对功率系统集合中的至少一个功率系统的功率命令极限值。在这样的实施例中，该方法可进一步包括：经由工厂级控制器接收来自功率系统集合中的所有功率系统的信号；经由工厂级控制器确定功率系统集合的稳定操作所需的功率削减命令；以及向功率系统中的每个发送功率削减命令。
在若干实施例中，功率系统可对应于风力涡轮功率系统、太阳能功率系统、能量存储系统或任何其它合适的功率系统。
在另一个方面，本公开涉及一种连接到电网的电功率系统。电功率系统包括发电机、联接到发电机的功率转换组件、通信地联接到功率转换组件的功率限制器系统以及联接到功率限制器系统的控制器。功率转换组件配置成接收由发电机产生的功率并将接收的功率转换成适合于传输到电网的功率。功率限制器系统配置成：接收针对电功率系统的无功电流命令和无功电流上限；确定作为无功电流命令和无功电流上限的函数的无功电流裕度信号；并且基于无功电流裕度信号来产生功率命令信号。照此，控制器配置成至少部分地基于功率命令信号来控制电功率系统的操作。应当理解，电功率系统可进一步包括如本文中所描述的额外的特征中的任何特征。
在又一个方面，本公开涉及一种用于控制连接到电网的风力涡轮功率系统的操作的方法。该方法包括：经由功率限制器系统接收针对风力涡轮功率系统的无功电流命令和无功电流上限；经由功率限制器系统确定作为无功电流命令和无功电流上限的函数的无功电流裕度信号；测量风力涡轮功率系统的至少一个操作条件，操作条件包括取决于电网应急事件的发生的锁相环路(PLL)误差；经由功率限制器系统分析操作条件，以响应于PLL误差高于预限定水平来识别电网应急事件的发生；经由功率限制器系统至少部分地基于无功电流裕度信号来响应于电网应急事件产生功率命令信号；以及经由控制器至少部分地基于功率命令信号来控制风力涡轮功率系统的操作。应当理解，该方法可进一步包括如本文中所描述的额外的特征和/或步骤中的任何特征和/或步骤。
参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书中并构成其部分的附图图示了本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了本发明(包括其最佳模式)的针对本领域普通技术人员的完整且能够实现的公开，在附图中：
图1图示了根据本公开的风力涡轮的部分的一个实施例的透视图；
图2图示了根据本公开的风力涡轮的机舱的一个实施例的内部透视图；
图3图示了根据本公开的风力涡轮的多种电气构件的一个实施例的框图；
图4图示了根据本公开的风电场的一个实施例的示意图；
图5图示了可包括图1中所示出的风力涡轮的功率产生和输送系统的一个实施例的框图；
图6图示了可被包括在图4中所示出的功率产生和输送系统内的功率限制器系统的一个实施例的框图；
图7图示了可被包括在图5中所示出的功率限制器系统中的依赖于电网的功率限制器的一个实施例的框图；
图8图示了根据本公开的用于控制连接到电网的功率系统的操作的方法的一个实施例的流程图；
图9图示了根据本公开的操作风力涡轮功率系统的模拟结果；以及
图10图示了根据本公开的用于控制连接到电网的功率系统的操作的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中图示。每个示例通过本发明的解释而非本发明的限制的方式来提供。实际上，对于本领域技术人员来说将为明显的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出多种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分而图示或描述的特征可与另一个实施例一起使用以产生再一个另外的实施例。因此，意图的是，本发明涵盖如归入所附权利要求书及其等同体的范围内的这样的修改和变型。
大体上，本公开涉及用于在功率系统中维持足够的无功电流裕度的系统和方法。例如，这样的功率系统可包括风力涡轮功率系统、太阳能功率系统、能量存储系统或任何其它功率系统。在弱AC功率系统中，为了稳定，最大功率传输需要主动电压调节。因此，这样的系统在电压调节器的无功电流输出中包括用于电压稳定的裕度。如果该裕度丧失，则如果功率继续被推入传输系统，将发生电压崩溃。照此，本公开的系统包括功率限制器系统，其接收针对功率系统的无功电流命令和无功电流上限。然后，功率限制器系统确定作为无功电流命令和无功电流上限的函数的无功电流裕度信号。此外，功率限制器系统基于无功电流裕度信号来产生功率命令信号，并且控制器至少部分地基于功率命令信号来控制功率系统的操作。该控制特征使得在具有较小涡轮构件额定值的弱功率系统中能够稳定操作，并且避免了昂贵的动态补偿设备。
现在参考附图，图1图示了根据本公开的风力涡轮功率系统10(在本文中也被简称为风力涡轮10)的一个实施例的透视图。如所示出的，本文中所描述的风力涡轮10包括水平轴线配置，然而，在一些实施例中，除了水平轴线配置之外或作为其备选方案，风力涡轮10可包括竖直轴线配置(未示出)。风力涡轮10可联接到电气负载(图1中未示出)，诸如但不限于电网，以用于从电气负载接收电功率以驱动风力涡轮10和/或其相关联的构件的操作和/或用于向电气负载供应由风力涡轮10产生的电功率。
风力涡轮10可包括机舱12和转子(大体上由14表示)，转子联接到机舱12以用于相对于机舱12围绕旋转轴线20旋转。在一个实施例中，机舱12安装在塔架16上，然而，在一些实施例中，除了塔架安装式机舱12之外或作为其备选方案，机舱12可邻近地面和/或水表面而定位。转子14包括毂22和从毂22径向地向外延伸的多个转子叶片24，以用于将风能转换成旋转能。尽管转子14在本文中被描述并图示为具有三个转子叶片24，但是转子14可具有任何数量的转子叶片24。此外，转子叶片24可各自具有允许风力涡轮10如本文中所描述的那样起作用的任何长度。
现在参考图2，风力涡轮10还包括发电机26，其联接到转子14以用于从由转子14产生的旋转能产生电功率。发电机26可为任何合适类型的发电机，诸如但不限于绕线转子感应发电机、双馈感应发电机(DFIG，也被称为双馈异步发电机)、永磁体(PM)同步发电机、电励磁同步发电机和开关磁阻发电机。发电机26包括定子(未示出)和转子(未示出)，其中在它们之间包括空气间隙。转子14包括转子轴28，转子轴28联接到转子毂22，以用于与其一起旋转。此外，发电机26联接到转子轴28，使得转子轴28的旋转驱动发电机转子的旋转和因此发电机26的操作。在一个实施例中，发电机转子具有联接到其并联接到转子轴28的发电机轴30，使得转子轴28的旋转驱动发电机转子的旋转。在其它实施例中，发电机转子直接联接到转子轴28，有时被称为“直接驱动式风力涡轮”。在一个实施例中，发电机轴30通过齿轮箱32联接到转子轴28，然而在其它实施例中，发电机轴30直接联接到转子轴28。
转子14的扭矩驱动发电机转子，以由此从转子14的旋转产生可变频率AC电功率。发电机26在发电机转子和定子之间具有与转子14的扭矩相反的空气间隙扭矩。功率转换组件34联接到发电机26，以用于将可变频率AC转换成固定频率AC，以用于输送到联接到发电机26的电气负载(图2中未示出)，诸如但不限于电网(图2中未示出)。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，其配置成将由发电机26产生的电转换成适合于通过电网输送的电。功率转换组件34在本文中也可被称为功率转换器。功率转换组件34可位于风力涡轮10内或远离风力涡轮10的任何地方。例如，功率转换组件34可位于塔架16的基座(未示出)内。
在某些实施例中，风力涡轮10可包括转子速度限制器，例如但不限于盘式制动器36。盘式制动器36制动转子14的旋转，以例如减缓转子14的旋转，制动转子14抵抗全部风力扭矩，和/或减少来自发电机26的电功率的产生。此外，在一些实施例中，风力涡轮10可包括偏航系统38，其用于使机舱12围绕旋转轴线40旋转以用于改变转子14的偏航，并且更具体地用于改变由转子14面对的方向，以例如调节由转子14面对的方向与风向之间的角度。
在一个实施例中，风力涡轮10包括可变叶片桨距系统42，其用于控制(包括但不限于改变)叶片24(图1至图2中示出)相对于风向的桨距角。变桨系统42可联接到控制器44，以用于由控制器44进行控制。变桨系统42联接到毂22和转子叶片24，以用于通过相对于毂22旋转转子叶片24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、装置和/或构件，无论是否在本文中描述和/或示出，诸如但不限于电动马达、液压缸、弹簧和/或伺服机构。此外，变桨致动器可通过任何合适的手段(无论是否在本文中描述和/或示出，诸如但不限于液压流体、电功率、电化学功率和/或机械功率(诸如但不限于弹簧力))驱动。
现在参考图3，图示了根据本公开的风力涡轮10的多种电气构件的一个实施例的框图。如所示出的，风力涡轮10包括一个或多个控制器44，其联接到风力涡轮10的至少一个构件，以用于大体上控制风力涡轮10的操作和/或控制风力涡轮10的构件的操作，而不管这样的构件是否在本文中描述和/或示出。例如，在一个实施例中，控制器44联接到变桨系统42，以用于大体上控制转子14。另外，控制器44可安装在机舱12内(如图2中所示出的)，然而，另外或备选地，一个或多个控制器44可远离机舱12和/或风力涡轮10的其它构件。(一个或多个)控制器44可用于总体系统监测和控制，包括但不限于桨距和速度调节、高速轴和偏航制动应用、偏航和泵马达应用和/或故障监测。在一些实施例中，可使用备选的分布式或集中式控制架构。
在一个实施例中，风力涡轮10包括多个传感器，例如，如图1、图2和图4中所示出的传感器50、52、54、56、58。照此，传感器50、52、54、56、58配置成测量多种参数，包括但不限于操作条件和大气条件。例如，如所示出的，风力涡轮10包括风传感器56，诸如风速计或任何其它合适的设备，其配置成用于测量风速或任何其它风参数。风参数包括关于下者中的至少一个或下者的组合的信息：阵风、风速、风向、风加速度、风湍流、风切变、风顺转、尾流、SCADA信息或类似信息。此外，风力涡轮10还可包括一个或多个额外的传感器，其用于监测风力涡轮10的额外的操作参数。此外，每个传感器50、52、54、56、58可为单独的传感器或者可包括多个传感器。传感器50、52、54、56、58可为具有在风力涡轮10内或远离风力涡轮10的任何合适的位置的任何合适的传感器，其允许风力涡轮10如本文中所描述的那样起作用。在一些实施例中，传感器50、52、54、56、58联接到本文中所描述的控制器44、94、156中的一个，以用于将测量值传输到控制器44、94、156以用于对测量值进行处理。
仍然参考图3，控制器44可包括总线62或其它通信设备以对信息进行通信。此外，一个或多个处理器64可联接到总线62以处理信息，包括来自传感器50、52、54、56、58和/或(一个或多个)其它传感器的信息。(一个或多个)处理器64可包括至少一个计算机。如本文中所使用的，用语计算机不限于在本领域中被称为计算机的集成电路，而是广义地指代处理器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路，并且这些用语在本文中可互换地使用。
控制器44还可包括一个或多个随机存取存储器(RAM) 66和/或(一个或多个)其它存储设备68。因此，如所示出的，(一个或多个)RAM 66和(一个或多个)存储设备68可联接到总线62，以存储和传送将由(一个或多个)处理器64执行的信息和指令。(一个或多个)RAM66(和/或(一个或多个)存储设备68，如果包括的话)还可用于在由(一个或多个)处理器64执行指令期间存储临时变量或其它中间信息。控制器44还可包括一个或多个只读存储器(ROM) 70和/或其它静态存储设备，其联接到总线62以存储静态(即，不改变的)信息和指令并将静态信息和指令提供给(一个或多个)处理器64。(一个或多个)处理器64处理从多个电气设备和电子设备传输的信息，这些设备可包括但不限于速度和功率换能器。执行的指令包括但不限于驻留转换和/或比较器算法。指令序列的执行不限于硬件电路和软件指令的任何具体组合。
控制器44还可包括或者可联接到(一个或多个)输入/输出设备72。(一个或多个)输入/输出设备72可包括本领域中已知的任何设备，以将输入数据提供给控制器44和/或提供输出，诸如但不限于偏航控制和/或变桨控制输出。指令可经由远程连接从存储设备68提供给RAM 66，存储设备68包括例如磁盘、只读存储器(ROM)集成电路、CD-ROM和/或DVD，远程连接为有线或无线的，从而提供对一个或多个可电子访问介质的访问。在一些实施例中，硬连线电路可代替软件指令或者与软件指令组合来使用。因此，指令序列的执行不限于硬件电路和软件指令的任何具体组合，无论是否在本文中描述和/或示出。并且，在一个实施例中，(一个或多个)输入/输出设备72可包括但不限于与操作者接口相关联的计算机外围设备，诸如鼠标和键盘(均未在图3中示出)。备选地，也可使用其它计算机外围设备，其可包括例如扫描仪(图3中未示出)。此外，在一个实施例中，额外的输出通道可包括例如操作者接口监视器(图3中未示出)。控制器44还可包括传感器接口74，其允许控制器44与传感器50、52、54、56、58和/或(一个或多个)其它传感器通信。传感器接口74可包括一个或多个模数转换器，其将模拟信号转换成可由(一个或多个)处理器64使用的数字信号。
在另一个实施例中，风力涡轮10还包括锁相环路(PLL)调节器80。例如，如所示出的，PLL调节器80联接到传感器54。在一个实施例中，如所示出的，传感器54是电压换能器，其配置成测量由频率转换器34输出的终端电网电压。备选地，PLL调节器80配置成从多个电压换能器接收多个电压测量信号。在三相发电机的示例中，三个电压换能器中的每个电联接到电网总线的三相中的每一相。PLL调节器80可配置成从任何数量的电压换能器接收任何数量的电压测量信号，这些电压换能器允许PLL调节器80如本文中所描述的那样起作用。
现在参考图4，图示了本文中所描述的风力涡轮10，其可为风电场90的部分，风电场90根据本公开的系统和方法来控制。如所示出的，风电场90可包括多个风力涡轮92(包括上文所描述的风力涡轮10)和场控制器94。例如，如在所图示的实施例中示出的，风电场90包括十二个风力涡轮，包括风力涡轮10。然而，在其它实施例中，风电场90可包括任何其它数量的风力涡轮，诸如少于十二个风力涡轮或多于十二个风力涡轮。在一个实施例中，风力涡轮10的控制器44可通过有线连接通信地联接到场控制器94(诸如通过将控制器44通过合适的通信链路96或网络(例如，合适的线缆)连接)。备选地，控制器44可通过无线连接通信地联接到场控制器94(诸如通过使用本领域中已知的任何合适的无线通信协议)。另外，场控制器94可大体上配置成类似于用于风电场90内的单独的风力涡轮92中的每个的控制器44。
现在参考图5，图示了风力涡轮10的功率产生和输送系统150的一个实施例的框图。如所示出的，功率产生和输送系统150包括能量源，例如发电机26。尽管在本文中描述为风力涡轮发电机26，但是能量源可包括允许系统150如本文中所描述的那样起作用的任何类型的发电机。系统150还包括功率转换器，诸如功率转换器34。因此，如所示出的，功率转换器34接收由发电机26产生的可变频率电功率132，并将电功率132转换成适合于通过电功率传输和分配电网136(在本文中被称为公用电网136)传输的电功率134(在本文中被称为终端功率134)。终端电压(Vt) 138被限定在功率转换器34和公用电网136之间的节点处。负载140在限定Thevenin电压的位置处联接到公用电网136。如上文所描述的，当与风力涡轮10的恒速操作相比时，风力涡轮10的变速操作有利于增强能量的捕获，然而，风力涡轮10的变速操作产生具有变化的电压和/或频率的电功率132。更具体地，由变速发电机26产生的电功率132的频率与转子14(图1中示出)的旋转速度成比例。在一个实施例中，功率转换器34输出具有基本上固定的电压和频率的终端功率134，以用于在公用电网136上输送。
功率转换器34还控制发电机26的空气间隙扭矩。空气间隙扭矩存在于发电机转子(图3中未示出)和发电机定子(图3中未示出)之间，并且与由转子14施加到发电机26的扭矩相反。由转子叶片24和风的相互作用产生的在转子14上的扭矩与空气间隙扭矩之间的平衡有利于风力涡轮10的稳定操作。风力涡轮调节(例如，叶片桨距调节)或电网事件(例如，公用电网136上的低电压瞬变或零电压瞬变)可引起由风引起的在转子14上的扭矩和空气间隙扭矩之间的不平衡。功率转换器34控制空气间隙扭矩，这有利于控制发电机26的功率输出，然而，由于在检测到电网事件之后对风力涡轮操作的调节生效所需的时间段，风力涡轮10可能不能够通过某些电网事件操作，或者可能由于某些电网事件而承受磨损和/或损坏。
仍然参考图5，系统150包括依赖于电网的功率限制器系统152。在这样的实施例中，控制器(例如但不限于控制器44(图3中示出))可被编程为执行依赖于电网的功率限制器系统152的功能。然而，在备选实施例中，依赖于电网的功率限制器系统152的功能可由配置成允许系统150如本文中所描述的那样起作用的任何电路执行。功率限制器系统152配置成识别电网应急事件的发生，并向功率转换器34提供有利于提供从电网事件进行的稳定恢复的信号。
功率转换组件34配置成从转换器接口控制器156接收控制信号154。控制信号154基于如本文中所描述的风力涡轮10的感测到的操作条件或操作特性，并用于控制功率转换组件34的操作。测量的操作条件的示例可包括但不限于终端电网电压、PLL误差、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，并将终端电网电压反馈信号160传输到功率限制器系统152。功率限制器系统152至少部分地基于反馈信号160来产生功率命令信号162，并将功率命令信号162传输到转换器接口控制器156。在备选实施例中，转换器接口控制器156被包括在系统控制器44内。来自其它传感器的其它操作条件反馈也可由控制器44和/或转换器接口控制器156使用来控制功率转换组件34。
如本文中所使用的电压稳定性大体上指代系统150在受到来自给定初始操作点的干扰之后在系统150中的所有总线处维持平稳电压的能力。照此，当干扰或负载需求的增加或系统状态的改变造成系统电压的不可控且连续的下降(即电压崩溃)时，系统状态进入电压不稳定区域。当系统150负载过重或出现故障或无功功率不足时，在系统150中通常发生电压崩溃。在许多实例中，电压崩溃典型地与由于无功功率产生和传输不足而导致负载的无功功率需求未被满足相关联。因此，电压崩溃是系统150中的电压不稳定的表现。
电网事件(在本文中也被称为电网应急事件)可使公用电网136处于降级模式，在降级模式下，电网阻抗太高而不能适应由发电机26产生的功率，由此引起不稳定的系统。电网事件的示例包括公用电网136内的传输线路中的一条上的短路故障。输电保护动作移除公用电网136的故障部分，以允许公用电网136的剩余无故障部分的操作。然而，传输路径仍然存在，其从系统150向负载140传输功率的能力降级。在清除公用电网136的故障部分之前，这样的电网事件在公用电网136上引起短暂的低电压时段。典型地，在电网事件发生时，终端电压138将接近零伏。通常，低电压瞬变和/或零电压瞬变将引起发电机脱扣以及对半导体设备的相关联的后果(例如，对风力涡轮10的构件的潜在损坏)。系统150有利于针对风力涡轮10的低电压穿越能力(LVRT)以及零电压穿越(ZVRT)能力，使得在低电压瞬变和/或零电压瞬变期间减轻风力涡轮发电机脱扣以及对半导体设备的相关联的后果的可能性。
本文中所描述的方法和系统有利于在功率系统150中维持足够的无功电流裕度，以维持电压稳定，由此防止电压崩溃。因此，如图6中所示出的，图示了维持足够的无功电流裕度的风力涡轮10的功率限制器系统152的一个实施例的框图。如所示出的，功率限制器系统152配置成输出功率命令信号162(图5中示出)，在一个实施例中，功率命令信号162是有功电流命令信号166和无功电流命令信号168中的至少一个。在一个实施例中，功率限制器系统152包括功率限制器180、功率调节器182和电压调节器184。在一个实例中，功率限制器180接收系统150的至少一个测量的操作条件。(一个或多个)测量的操作条件可包括但不限于来自PLL调节器80的PLL误差信号190(例如，PLLERR)和来自传感器54的终端电网电压反馈信号160(例如，VT_FBK)。测量的操作条件还可利用来自传感器226的负序电压(VNEG)的量度。
功率限制器180还从例如控制器44(图3)接收存储的参考功率控制信号194(例如，PREF)。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、存储的参考功率控制信号194、无功电流裕度192(例如，IY_MARGIN)和/或PLL误差信号190。因此，如所示出的，功率限制器180产生功率命令信号198(例如，PCMD)并将功率命令信号198传输到功率调节器182。另外，如所示出的，功率限制器180还可产生电压降低信号204，并将电压降低信号204传输到电压调节器184。尽管当在功率传送能力的极限附近操作时肯定需要降低功率以保持无功功率裕度，但是在某些实例中，这可能不是期望的方法。例如，在一些情况(例如，较低的功率或较强的传输)下，将为优选的是降低对电压调节器184的电压命令，而不是有功功率。因此，电压降低信号204提供了这样的能力。更具体地，如图7中所示出的，功率限制器180可包括施加到比例-积分调节器块188的输出203的电压增益208或乘数。在功能块205处，示出为电压增益208的输出的电压降低信号204然后可与电压参考信号201(例如，V_REF)进行比较。因此，如所示出的，功能块205产生针对电压调节器184的电压命令200(例如，V_CMD)。
功率调节器182产生有功电流命令信号166，并将信号166传输到转换器接口控制器156。有功电流命令信号166指示转换器接口控制器156减小转换组件34试图将其注入到公用电网136上的电流的有功分量。在一个实施例中，功率命令信号198为功率调节器182提供对应于电网应急事件的发生的信号。
为了支持终端电压，在由电压调节器184基于终端电压反馈信号160识别的终端电压下降时，电压调节器184产生无功电流命令信号168(例如，IY_CMD)，并将命令信号168发送到转换器接口控制器156。电流命令信号168指示转换器接口控制器156在电网应急事件发生时增加注入到公用电网136上的电流的无功分量。如所示出的，转换器接口控制器156在本文中也可被称为转换器触发(firing)控制件。如上文所描述的，PLL调节器80可被包括在控制器44内，或者可联接到控制器44但与控制器44分开。
仍然参考图6，PLL调节器80还接收终端电压反馈信号160。例如，PLL调节器80可接收由传感器54(图3中示出)提供的终端电压反馈信号160(图3中示出为Vt)。如上文所描述的，PLL调节器80产生PLL误差信号190(例如，PLLERR)和PLL相位角信号202(例如，TH_PLL)。PLL相位角信号202传输到转换器接口控制器156，以用于控制组件34且用于随后控制注入到公用电网136(图5中示出)上的电流。
现在参考图7，图示了依赖于电网的功率限制器(例如功率限制器180(图6中示出))的一个实施例的框图。如上文所描述的，在弱AC功率系统中，为了稳定和防止电压崩溃，最大功率传输需要主动电压调节。因此，如所示出的，功率限制器180可包括无功电流裕度输入192，其用于维持足够的无功电流裕度。如所示出的，功率限制器180内的功能块220接收终端电压反馈信号160(例如，VT_FBK)和/或PLL误差信号190(例如，PLLERR)。功能块220的输出224被发送到功能块228。
在电网应急事件发生时，终端电压反馈信号160指示终端电压的突然降低。因此，功率限制功能块222产生快速降低的功率限制控制信号224，以有利于稳定系统150。在终端电压反馈信号160指示电网应急事件已结束(例如，终端电压增加)之后，功率限制功能块222产生缓慢上升的功率限制控制信号224。注入到公用电网136上的有功电流根据功率限制控制信号224上升。缓慢增加注入到公用电网136上的功率有利于防止功率振荡。此外，缓慢增加注入到公用电网136上的功率为系统150的操作中的更高水平的改变提供了时间，这些改变允许系统150适于电网应急事件。
如上文所描述的，PLL误差信号190和终端电压反馈信号160两者都是电网应急事件发生的指示物。例如，对应于高PLL误差的PLL误差信号190和对应于终端电压138的降低的终端电压反馈信号160是电网应急事件已发生的指示。响应于高PLL误差信号190和/或低终端电压反馈信号160，功率限制功能块222产生快速降低的功率限制控制信号224。在PLL误差信号190和/或终端电压反馈信号160指示电网应急事件已结束(例如，PLL误差和/或终端电压返回到预限定水平)之后，功率限制功能块222产生缓慢上升的功率限制控制信号224。注入到公用电网136上的功率根据功率限制控制信号224上升。如上文所描述的，缓慢增加注入到公用电网136上的功率有利于防止功率振荡。
为了防止系统150中的电压崩溃，功率限制器180的另一个功能块210基于风力涡轮10的无功电流命令166(例如，IY_CMD)和针对风力涡轮10的无功电流上限186(例如，IY_LIMIT)之间的差值来产生无功电流裕度信号192(例如，IY_MARGIN)。在某些实施例中，如所示出的，在功能块212处，无功电流裕度信号192然后可与无功电流裕度参考214(例如，IY_MARGIN_REF)进行比较。功能块212的输出216然后可经由比例-积分调节器块188被进一步处理。功率增益206然后可施加到比例-积分调节器块188的输出203，以产生经处理的无功电流裕度信号218。然后，经处理的无功电流裕度信号218经由功能块228与功能块220的输出224进行比较，并且两者的差值被发送到快速衰减缓慢上升块222，快速衰减缓慢上升块222产生输出信号238。
本文中所描述的两个增益P_GAIN 206和V_GAIN 208提供了用以使无功裕度调节器的动作倾向于电压降低或功率降低或者两者中间的任何比率的手段。照此，增益206、208可基于功率系统的强度和在某个时刻产生的有功功率的知识来选择。在某些实施例中，还可存在增益206、208的时间依赖性特性，使得在电网瞬态条件期间，该动作可更倾向于功率，而在平稳操作期间，该动作更倾向于电压。
在某些实施例中，如所示出的，增益206和208可根据使能函数225估计，使能函数225至少部分地基于来自涡轮控制的参考功率(例如，PREF 194)和工厂使能信号227来实现电压降低或功率降低。例如，在一个实施例中，可使用互连点信息和来自传输系统拓扑的信息来从工厂级控制器产生工厂使能信号227。
在另一个实施例中，电压降低信号204可用于产生V_REF 201的极限，而不是作为从V_REF 201减去以产生电压命令V_CMD 200的信号。另外，系统可使用负序电压VNEG 226的量度来修改功率参考。更具体地，如图7中所示出的，这可作为与其它信号的求和来引入。在另一个实施例中，可利用VNEG 226信号来产生功率参考的单独极限，由此最终功率命令198将是由VNEG 226产生的极限或由其它反馈信号产生的信号238中的较小者。
仍然参考图7，在风力涡轮功率系统10是风电场90的部分的实施例中，功率限制器180还可包括更高级别的控制件232，例如场级控制器94。尽管描述为被包括在功率限制器180内，但是更高级别的控制件232也可远离功率限制器180定位。如上文所描述的，缓慢增加注入到公用电网136上的功率有利于防止功率振荡。缓慢增加注入到公用电网136上的功率还为系统150的操作中的更高水平的改变提供了时间，这些改变允许系统150适于电网应急事件。更高级别的控制件232从风电场90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可对应于公用电网136中的改变，例如但不限于断路器接触信号或来自远程变电站的通信信号。输入信号234还可对应于在用于风电场90内的多个风力涡轮92的公共联接点处的电压测量值。因此，在一个实施例中，转换器控制器156可向更高级别的控制件232发送信号，该信号指示针对风电场90中的风力涡轮92中的至少一个的功率命令极限值。在额外的实施例中，更高级别的控制件232还可从风电场90中的所有风力涡轮92接收信号。照此，更高级别的控制件232至少部分地基于(一个或多个)输入信号234来产生或确定功率削减信号236，并提供削减信号236以选择风电场90中的风力涡轮92。
更具体地，如所示出的，削减信号236被提供给比较器功能块230，在比较器功能块230处产生功率命令信号198。例如，如果由更高级别的控制件232接收的输入信号234对应于不能承载当前接收的功率水平的超过预限定数量的远程变电站，则更高级别的控制件232将产生削减信号236，削减信号236在接收时指示比较器功能块230产生功率命令信号198，功率命令信号198将风力涡轮的输出削减到低于原本将从盛行风条件可获得的输出。在另一个示例中，如果更高级别的控制件232确定用于多个风力涡轮的公共联接点处的电压已保持低于预限定水平超过预限定时间段，则更高级别的控制件232将产生削减信号236，削减信号236在接收时指示比较器功能块230产生功率命令信号198，功率命令信号198将风力涡轮的输出削减到低于原本将从盛行风条件可获得的输出。因此，如所示出的，比较器块230选择信号238、参考功率控制信号194和削减信号236中的较小者，并基于该较小者产生功率命令信号198(例如，PCMD)。
功率限制器系统152还包括存储器，例如存储器66(图3中示出)。存储器66配置成存储与风力涡轮10的操作相关的数据。例如，存储器66可存储对应于例如但不限于PLL误差190和电压反馈160的至少一个变量。更具体地，控制器44配置成在事件发生时对预限定变量的当前值进行采样并将当前值存储在存储器66中。例如，在电网应急事件发生时，针对PLL误差190和电压反馈160的当前值存储在存储器66中。存储器66可由用户访问，以例如监测风力涡轮10的操作。
现在参考图8，图示了用于控制风力涡轮10的操作的方法的一个实施例的流程图。如102处所示出的，方法100包括经由功率限制器系统152接收针对风力涡轮10的无功电流命令IY_CMD和无功电流上限IY_LIMIT。如104处所示出的，方法100包括经由功率限制器系统152确定作为无功电流命令IY_CMD和无功电流上限IY_LIMIT的函数的无功电流裕度信号IY_MARGIN 192。如106处所示出的，方法100包括测量风力涡轮10的至少一个操作条件。例如，如图6中所示出的，操作条件可包括锁相环路(PLL)误差190，其取决于电网应急事件的发生。因此，如108处所示出的，方法100包括经由功率限制器系统152分析操作条件，以响应于PLL误差190高于预限定水平来识别电网应急事件的发生。如110处所示出的，方法100包括经由功率限制器系统152至少部分地基于无功电流裕度信号192来响应于电网应急事件产生功率命令信号198 PCMD。如112处所示出的，方法100进一步包括经由控制器44至少部分地基于功率命令信号198来控制功率系统的操作。更具体地，在一个实施例中，控制器44可通过至少部分地基于功率命令信号198限制功率系统的操作来控制功率系统的操作。更具体地，在某些实施例中，方法100可包括经由转换器控制器156向控制器44发送指示功率命令极限值的信号。系统控制器44从转换器控制器156接收信号，并且然后基于功率命令极限值来修改在预确定持续时间内的扭矩和/或速度命令。备选地，控制器44可从转换器控制器156接收信号并实施功率系统关闭。
现在参考图9，图示了本公开的模拟结果。如所示出的，所图示的曲线图表示操作在具有非常高的阻抗(例如长距离)的传输电网中的风电场。电网中的干扰造成需要更多来自风力涡轮发电机的无功电流来支持期望的功率传送。出于图示本公开的目的，从结构中移除电压和相位误差的影响，从而仅留下无功电流裕度特征。因此，如所示出的，列(a)图示了当无功电流IY不受约束或不受限制时功率、电压、-IY、IYLIM和IYMARGIN的稳定响应，其中在整个瞬态期间存在正的裕度。列(b)图示了在无功电流IY被功率限制器180约束至小于支持功率传送所需的无功电流的情况下的不稳定的崩溃。相比之下，列(c)图示了利用本公开实现的稳定响应。更具体地，如所示出的，功率被约束在平稳状态下，同时保持无功裕度以用于稳定系统。
现在参考图10，图示了用于控制风力涡轮10的操作的方法300的另一个实施例的流程图。如302处所示出的，方法300包括经由功率限制器系统152接收针对风力涡轮10的无功电流命令IY_CMD和无功电流上限IY_LIMIT。如304处所示出的，方法300包括经由功率限制器系统152确定作为无功电流命令IY_CMD和无功电流上限IY_LIMIT的函数的无功电流裕度信号IY_MARGIN 192。如306处所示出的，方法300包括确定作为无功电流裕度和最小期望无功电流裕度之间的差值的无功电流误差。如308处所示出的，方法300包括使用无功电流误差作为比例-积分调节器的输入来确定功率限制信号。如310处所示出的，方法300包括使用功率限制信号来约束功率命令信号。如312处所示出的，方法300进一步包括至少部分地基于功率命令信号来控制风力涡轮功率系统的操作。
上文详细描述了风力涡轮、功率限制器系统以及用于响应于电网应急事件的发生来操作风力涡轮的方法的示例性实施例。方法、风力涡轮和功率限制器系统不限于本文中所描述的具体实施例，而是，风力涡轮的构件、功率限制器系统的构件和/或方法的步骤可相对于本文中所描述的其它构件和/或步骤独立地且单独地利用。例如，功率限制器系统和方法还可与其它风力涡轮功率系统和方法组合使用，并且不限于仅利用如本文中所描述的功率系统来实践。相反，一个实施例可与许多其它风力涡轮或功率系统应用结合来实施和利用。
尽管本发明的多种实施例的具体特征可在一些附图中示出，而在其它附图中没有示出，但这仅仅是为了方便。根据本发明的原理，附图的任何特征可与任何其它附图的任何特征组合来引用和/或要求保护。
本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域中的任何技术人员能够实践本发明(包括制作和使用任何设备或系统，以及执行任何并入的方法)。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等同结构元件，则这样的其它示例旨在处于权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种用于在连接到电网的功率系统中维持足够的无功电流裕度的方法，所述方法包括：
经由功率限制器系统接收针对所述功率系统的无功电流命令和无功电流上限；
经由所述功率限制器系统确定作为所述无功电流命令和所述无功电流上限的函数的无功电流裕度信号；
经由所述功率限制器系统基于所述无功电流裕度信号来产生功率命令信号；以及
经由控制器至少部分地基于所述功率命令信号来控制所述功率系统的操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定作为所述无功电流命令和所述无功电流上限的函数的所述无功电流裕度信号进一步包括计算所述无功电流命令和所述无功电流上限之间的差值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括经由比例-积分调节器处理所述无功电流裕度信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述功率系统的操作进一步包括至少部分地基于所述功率命令来限制所述功率系统的操作。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括经由转换器控制器向系统控制器发送指示功率命令极限值的信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括经由所述系统控制器接收来自所述转换器控制器的所述信号以及基于所述功率命令极限值来修改在预确定持续时间内的扭矩和/或速度命令中的至少一个。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括经由所述系统控制器接收来自所述转换器控制器的所述信号以及实施功率系统关闭。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括经由转换器控制器向工厂级控制器发送指示针对功率系统集合中的至少一个功率系统的功率命令极限值的信号。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括：
经由所述工厂级控制器接收来自所述功率系统集合中的所有功率系统的信号；
经由所述工厂级控制器确定所述功率系统集合的稳定操作所需的功率削减命令；以及
向所述功率系统中的每个发送所述功率削减命令。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率系统包括风力涡轮功率系统、太阳能功率系统或能量存储系统中的至少一个。
11.一种连接到电网的电功率系统，包括：
发电机；
功率转换组件，其联接到所述发电机，所述功率转换组件配置成接收由所述发电机产生的功率并将接收的所述功率转换成适合于传输到所述电网的功率；
功率限制器系统，其通信地联接到所述功率转换组件，所述功率限制器系统配置成：
接收针对所述电功率系统的无功电流命令和无功电流上限；
确定作为所述无功电流命令和所述无功电流上限的函数的无功电流裕度信号；并且
基于所述无功电流裕度信号来产生功率命令信号；以及
控制器，其联接到所述功率限制器系统，所述控制器配置成至少部分地基于所述功率命令信号来控制所述电功率系统的操作。
12.根据权利要求11所述的电功率系统，其特征在于，所述功率限制器系统进一步配置成经由比例-积分调节器处理所述无功电流裕度信号。
13.根据权利要求11所述的电功率系统，其特征在于，所述电功率系统包括风力涡轮功率系统、太阳能功率系统或能量存储系统中的至少一个。
14.一种用于控制连接到电网的风力涡轮功率系统的操作的方法，所述方法包括：
经由功率限制器系统接收针对所述风力涡轮功率系统的无功电流命令和无功电流上限；
经由所述功率限制器系统确定作为所述无功电流命令和所述无功电流上限的函数的无功电流裕度信号；
测量所述风力涡轮功率系统的至少一个操作条件，所述操作条件包括取决于电网应急事件的发生的锁相环路(PLL)误差；
经由所述功率限制器系统分析所述操作条件，以响应于所述PLL误差高于预限定水平来识别电网应急事件的发生；
经由所述功率限制器系统至少部分地基于所述无功电流裕度信号来响应于所述电网应急事件产生功率命令信号；以及
经由控制器至少部分地基于所述功率命令信号来控制所述风力涡轮功率系统的操作。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，确定作为所述无功电流命令和所述无功电流上限的函数的所述无功电流裕度信号进一步包括计算所述无功电流命令和所述无功电流上限之间的差值。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，进一步包括经由比例-积分调节器处理所述无功电流裕度信号。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，测量所述至少一个操作条件进一步包括测量终端电网电压。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，控制所述功率系统的操作进一步包括至少部分地基于所述功率命令来限制所述功率系统的操作。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，至少部分地基于所述功率命令来限制所述功率系统的操作进一步包括：
经由转换器控制器向系统控制器发送指示功率命令极限值的信号；
经由所述系统控制器接收来自所述转换器控制器的所述信号；以及
基于所述功率命令极限值来修改在预确定持续时间内的扭矩和/或速度命令中的至少一个。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，至少部分地基于所述功率命令来限制所述功率系统的操作进一步包括：
经由转换器控制器向系统控制器发送指示功率命令极限值的信号；
经由所述系统控制器接收来自所述转换器控制器的所述信号；以及
响应于所述信号来实施功率系统关闭。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2019284124A1 (en) * 2018-12-31 2020-07-16 Nordex Energy Spain, S.A.U. Wind Farm Control System and Associated Method, Wind Turbine Control System and Associated Method
US10868482B1 (en) * 2019-05-28 2020-12-15 General Electric Company Dual-frequency filter for distinguishing between different types of grid events
CN110649647B (zh) * 2019-08-23 2020-12-29 广东电网有限责任公司 基于配网对称故障下无功电流边界条件的光伏逆变器低电压穿越控制
EP3890136A1 (de) * 2020-03-30 2021-10-06 Wobben Properties GmbH Verfahren zum betreiben eines umrichters, insbesondere einer windenergieanlage

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070108771A1 (en) * 2005-11-11 2007-05-17 Rodney Jones Power converters
US20080150283A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-26 Ingeteam, S.A. Reactive power control for operating a wind farm
CN102104256A (zh) * 2009-12-16 2011-06-22 通用电气公司 用于操作风力涡轮机的方法和系统
CN203456878U (zh) * 2012-04-24 2014-02-26 通用电气公司 稳定器系统和转换器控制器
EP2876768A1 (en) * 2013-11-20 2015-05-27 Siemens Aktiengesellschaft Method of operating a wind park

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4994684A (en) 1989-01-30 1991-02-19 The State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Doubly fed generator variable speed generation control system
US5798633A (en) 1996-07-26 1998-08-25 General Electric Company Battery energy storage power conditioning system
US7119452B2 (en) 2003-09-03 2006-10-10 General Electric Company Voltage control for wind generators
DE10344392A1 (de) * 2003-09-25 2005-06-02 Repower Systems Ag Windenergieanlage mit einem Blindleistungsmodul zur Netzstützung und Verfahren dazu
JP4269941B2 (ja) 2004-01-08 2009-05-27 株式会社日立製作所 風力発電装置およびその制御方法
US7312537B1 (en) 2006-06-19 2007-12-25 General Electric Company Methods and apparatus for supplying and/or absorbing reactive power
DK1914419T3 (en) 2006-10-19 2015-12-21 Siemens Ag Wind energy installation and method for controlling the output power from a wind power installation
US7629705B2 (en) 2006-10-20 2009-12-08 General Electric Company Method and apparatus for operating electrical machines
US7642666B2 (en) 2006-11-02 2010-01-05 Hitachi, Ltd. Wind power generation apparatus, wind power generation system and power system control apparatus
US7855539B1 (en) 2007-05-14 2010-12-21 National Semiconductor Corporation Circuit and method for adaptive current limit control in a power converter
DE102008034532A1 (de) * 2008-02-20 2009-08-27 Repower Systems Ag Windkraftanlage mit Umrichterregelung
DE102009017939A1 (de) 2009-04-17 2010-11-11 Nordex Energy Gmbh Windpark mit mehreren Windenergieanlagen sowie Verfahren zur Regelung der Einspeisung von einem Windpark
BRPI0909215A2 (pt) 2009-05-01 2015-08-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Aparelho de geração e método de controle do mesmo
US8328514B2 (en) 2009-09-11 2012-12-11 General Electric Company System and methods for determining a monitor set point limit for a wind turbine
US8025476B2 (en) 2009-09-30 2011-09-27 General Electric Company System and methods for controlling a wind turbine
US8860236B2 (en) 2009-10-19 2014-10-14 Uwm Research Foundation, Inc. Wind energy power conversion system reducing gearbox stress and improving power stability
WO2011050807A2 (en) 2009-10-27 2011-05-05 Vestas Wind Systems A/S Wind power plant with optimal power output
CN101924371B (zh) 2010-09-08 2012-07-25 株洲变流技术国家工程研究中心有限公司 一种混合型电能质量治理方法
US8957535B2 (en) 2011-01-17 2015-02-17 Vestas Wind Systems A/S Fault tolerant wind turbine converter
US9711964B2 (en) 2011-09-26 2017-07-18 General Electric Corporation Method and system for operating a power generation and delivery system
US20130138257A1 (en) 2011-11-30 2013-05-30 Thomas Edenfeld System for operating an electric power system and method of operating the same
US9631608B2 (en) * 2012-06-12 2017-04-25 Vestas Wind Systems A/S Wind-power-plant control upon low-voltage grid faults
WO2015086022A1 (en) * 2013-12-11 2015-06-18 Vestas Wind Systems A/S A wind power plant, and a method for controlling a reactive current injection in a wind power plant
US9641113B2 (en) * 2014-02-28 2017-05-02 General Electric Company System and method for controlling a power generation system based on PLL errors

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070108771A1 (en) * 2005-11-11 2007-05-17 Rodney Jones Power converters
US20080150283A1 (en) * 2006-12-22 2008-06-26 Ingeteam, S.A. Reactive power control for operating a wind farm
CN102104256A (zh) * 2009-12-16 2011-06-22 通用电气公司 用于操作风力涡轮机的方法和系统
CN203456878U (zh) * 2012-04-24 2014-02-26 通用电气公司 稳定器系统和转换器控制器
EP2876768A1 (en) * 2013-11-20 2015-05-27 Siemens Aktiengesellschaft Method of operating a wind park

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Publication number Publication date
US11031784B2 (en) 2021-06-08
EP3752735A1 (en) 2020-12-23
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US20190252884A1 (en) 2019-08-15

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