CN113728529A

CN113728529A - 选择性地采用电网形成操作模式

Info

Publication number: CN113728529A
Application number: CN202080032986.4A
Authority: CN
Inventors: P·B·布罗甘
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2019-05-02
Filing date: 2020-04-02
Publication date: 2021-11-30
Also published as: WO2020221546A1; EP3935711A1; BR112021020998A2; EP3734799A1; US20220200288A1

Abstract

描述了一种控制风力涡轮机（3）或风力发电场（1）的方法，所述风力发电场（1）包括连接到公用电网（7）用于公用电网支持的至少一个风力涡轮机，所述方法包括：从公用电网管理器（19）接收控制命令（17）；在电网形成模式下根据控制命令（17）控制（15）风力涡轮机（3），该电网形成模式包括测量电网侧功率转换器的输出端处的电压（71）和电流（73），从测量导出频率偏差，以及基于频率偏差控制电网侧功率转换器。

Description

选择性地采用电网形成操作模式

技术领域

本发明涉及一种控制风力涡轮机或风力发电场的方法，所述风力涡轮机或风力发电场包括连接到公用电网用于公用电网支持的至少一个风力涡轮机，本发明进一步涉及一种用于控制风力涡轮机或的布置。此外，本发明涉及包括该布置的风力涡轮机或风力发电场。

背景技术

常规地，风力发电场连接到公用电网，以向多个消费者提供电能。偶尔发生公用电网扰动，例如涉及电压改变和/或频率改变。特别是，当产生的电力和消耗的电力之间存在不平衡时，公用电网的频率可能改变。此外，例如在诸如短路或雷击之类的故障的情况下，公用电网中的电压可能下降。在这样的电网扰动的情况下，常规地，风力涡轮机可以提供涉及注入附加有功功率或附加无功功率的公用电网支持。

迄今为止，风力发电场的操作模式未因来自TSO的命令而改变。可以设置电压需求、无功功率参考/限制或功率因数参考/限制或功率限制，但是风力发电场和风力涡轮机控制的基本操作模式保持固定，并且因此提供给电力系统的对不合期望事件（如故障）的响应通常通过预编程参数来固定。

许多国家的TSO面临的问题是，随着非同步发电水平增加，例如像风力、光伏、波浪之类的转换器连接发电增加，然后具有大型同步旋转机器的同步发电站（如燃煤发电站）正在关闭。这引起系统惯性和故障电流降低到被认为不提供整个电力系统稳定操作的水平。

因此，可能需要一种控制用于公用电网支持的风力涡轮机或风力发电场的方法和布置，其例如在恢复电压和/或频率的标称值方面更可靠地支持公用电网。

发明内容

根据独立权利要求的主题可以满足这一需求。从属权利要求描述了本发明的有利实施例。

根据本发明的实施例，提供了一种控制风力涡轮机或风力发电场的方法，该风力涡轮机或风力发电场包括连接到公用电网以用于公用电网支持的至少一个风力涡轮机，该方法包括：从公用电网管理器接收（公用电网支持）控制命令；根据由控制命令选择的模式控制风力涡轮机。

控制命令可能与电网扰动事件不同步，电网扰动事件可能发生在电力系统上，例如在稍后的时间点。控制命令可以将风力涡轮机设置在一种模式下，在该模式下，如果且当电力系统上发生事件（例如频率下降或增加）时，风力涡轮机将做出响应。

该方法例如可以由根据本发明实施例的用于控制风力涡轮机或风力发电场的布置来执行。因此，该方法特别地可以由风力涡轮机控制器或风力发电场控制器来执行。像VSM这样的快速响应可以由风力涡轮机控制器提供。

公用电网可以是区域电网或国家电网或国际电力网。在公用电网的电气特性（例如关于电压和/或频率）不满足标称特性、例如不符合标称频率和标称电压的情况下，则可能需要公用电网支持。公用电网支持可以涉及从风力涡轮机或从整个风力发电场向公用电网注入附加的有功功率和/或附加的无功功率。然而，公用电网支持也可以包括为附加注入有功功率和/或附加注入无功功率做准备。因此，公用电网支持还可以涉及减少例如风力涡轮机的有功功率输出，以便使得能够在需要附加注入有功功率的稍后情形下增加风力涡轮机的有功功率输出，特别是在公用电网频率下降到标称频率以下的情况下。

公用电网管理器是管理诸如区域、国家或国际电力公用电网之类的电力公用电网的一方。公用电网管理器可以不同于风力涡轮机运营商或风力发电场运营商。常规地，公用电网管理器可能无法通过与公用电网支持相关的控制命令来选择性地控制风力发电场或风力涡轮机，从而例如控制风力涡轮机操作模式。常规地，风力涡轮机或风力发电场可以由相应的风力涡轮机控制器或风力发电场控制器控制。然而，根据本发明的该实施例，至少在需要公用电网支持的情形下或者在可以预料公用电网支持的要求的情形下，公用电网管理器具有向风力涡轮机或整个风力发电场派遣控制命令的能力，特别是引起操作模式的改变。

风力涡轮机和风力发电场分别被配置为接收来自公用电网管理器的控制命令，需要与公用电网管理器通信连接的相应通信模块。根据由控制命令选择的模式控制风力涡轮机或风力发电场可以涉及风力涡轮机控制器例如基于关于电压和/或电流和/或频率的电网测量信号自主地控制风力涡轮机的组件。

来自公用电网管理器的控制命令可能涉及切换操作模式的指示。控制命令可以例如指示风力涡轮机切换到公用电网扰动预料模式或公用电网稳定性支持模式。公用电网扰动预料模式或公用电网稳定性支持模式可以例如引起风力涡轮机减少功率输出（例如在特定时间或特定时间间隔），从而使得风力涡轮机能够在实际发生公用电网扰动的稍后时间点增加（特别是有功的）功率输出，并且这对于公用电网是有益的，它可以提供惯性或合成惯性。公用电网稳定性支持操作模式可以涉及操作风力涡轮机，诸如输出例如附加的有功功率和/或附加的无功功率，以便恢复例如公用电网的标称频率和/或标称电压。

根据本发明的实施例，公用电网管理器根据和/或取决于当前和/或即将到来的公用电网扰动，选择性地派遣控制命令。因此，仅在公用电网扰动是预料到的或预测到的或预期到的或实际存在的情况下，控制命令才可以由公用电网管理器派遣。在所有其他情况下，公用电网管理器不可以向风力涡轮机或风力发电场派遣或供应任何控制命令。由此，可以改进公用电网支持。

根据本发明的实施例，控制命令指示立即或将来提供有功功率能力（例如，系统惯性）和/或无功功率能力和/或功率振荡阻尼能力和/或故障电流能力。

有功功率能力可以涉及提供比标称输出更多的有功功率输出。附加有功功率输出可以例如取自风力涡轮机转子的旋转能量。当输出比标称更多的有功功率时，转子的旋转速度可能降低。无功功率能力可以涉及输出与标称输出无功功率相比增加量的无功功率。向公用电网供应增加量的无功功率输出可以恢复公用电网的标称电压。功率振荡阻尼能力可以涉及注入振荡量的有功功率和/或无功功率，用于阻尼电网内的功率振荡。

根据本发明的实施例，控制命令指示有功功率能力的水平和/或无功功率能力的水平和/或功率振荡阻尼能力的水平和/或故障电流能力的水平和/或这些能力中的至少一个应该可用的时间间隔。当这些能力的水平也在控制命令内被指定时，相应的电网电扰动可以以改进的方式被抵消。更进一步地，当这些能力中的至少一个应该可用的时间间隔在控制命令内被指定时，风力涡轮机可以以改进的方式准备以在指示的时间间隔处实际提供所需的能力。

为了使风力涡轮机准备好实际上能够在未来或特别是在相应的时间间隔内提供所需的能力，风力涡轮机可以例如在时间间隔或未来时间点之前操作以降低有功功率输出，低于风力涡轮机对于给定风力条件可以标称产生的功率输出，或者例如可以在能量存储装置中存储附加的能量。这是在“缩减”操作风力涡轮机，因此风力涡轮机操作时输出的功率比它能够输出的功率更少，这样，如果系统事件发生，则它可以以对电力系统有益的方式增加其功率输出。

因此，在该命令操作模式期间，风力涡轮机提供的惯性增加。

根据本发明的实施例，惯性常数在2秒和7秒之间，并且当风力涡轮机运行缩减时，提供有功功率能力的能力大于当前的风力涡轮机操作功率。

根据本发明的实施例，根据控制命令导出（例如，公用电网电力）转换器控制命令，并将其供应到风力涡轮机的功率转换器，特别是公用电网功率转换器。特别地，来自公用电网管理器的控制命令可以被供应或发送到风力涡轮机控制器或相应的风力发电场控制器。相应的风力涡轮机控制器或风力发电场控制器可以从公用电网管理器接收控制命令，并且可以处理该控制命令以导出例如公用电网功率转换器控制命令，该公用电网功率转换器控制命令可以适于考虑公用电网功率转换器的特定实现或结构构造的特殊性来适当地控制公用电网功率转换器。（风力涡轮机的）公用电网侧功率转换器可以例如是或包括DC-AC转换器，该DC-AC转换器包括多个可控开关，所述多个可控开关可以在其栅极被控制（例如经由相应的栅极控制信号），用于将基本上为DC电流的功率流转换成固定频率的AC功率流。在公用电网扰动的情况下，或者在预料或立即响应公用电网扰动的情况下，控制公用电网功率转换器可以高效且可靠地改变整个风力涡轮机或风力发电场的输出。在公用电网功率转换器的下游，可以存在风力涡轮机变压器，其可以经由例如公共耦合点连接到公用电网，特别是经由一个或多个风力发电场变压器。

根据本发明的实施例，控制命令指示风力涡轮机、特别是电网侧功率转换器，立即或在未来时间间隔或未来时间点特别是从电流控制模式切换到电网形成操作模式。

常规地，风力涡轮机可以在电流控制模式下操作，其中输出电流被控制以遵守标称值。然而，电网形成操作模式可以不同于电流控制模式。电网形成操作模式可以是在公用电网扰动——特别是电压下降和/或频率下降或者功率振荡——的情况下提供公用电网支持的操作模式。

在本发明的上下文中，公用电网功率转换器也可以被称为网桥功率转换器。

针对系统惯性和故障电流问题提出的解决方案之一是“电网形成”网桥功率转换器控制算法。形成电网的功率转换器的属性之一是，它以类似于同步发电机的方式，用于在AC系统负载和发电机之间提供更大的动态能量交换。这与当前的DQ电流控制形成对比，当前的DQ电流控制用于拒绝来自AC系统的任何扰动，并用于跟踪其内部有功/无功功率参考。该常规控制可以有益于转换器连接的设备，并允许转换器硬件的高效使用，但对AC系统的益处较小，因为它有效地将“其他”AC发电机留在系统上，以在主要负载和连接的发电之间提供动态能量缓冲（有功和无功功率二者）。

电网形成控制可以具有一系列期望的特性：

● 故障电流递送的速度和相位

● 系统惯性

● 改进的故障水平

● 每个转换器应当表现得像电感后面的3相平衡的电压源

● 每个转换器可以具有几秒钟的惯性常数

● 相电压、频率和相位角的快速改变将导致瞬时动态功率流。

● 每个转换器都应当具有过载能力，以承受在具有最大预期RoCoF的频率事件期间汲取的峰值功率。

电网形成操作模式可以以几种不同的方式实现。在下文中，特定的实现和配置被描述为示例性实施例。

根据本发明的实施例，电网形成操作模式包括：导出实际电网频率和标称电网频率之间的频率误差；基于频率误差导出电网侧功率转换器控制信号；以及基于电网侧功率转换器控制信号控制电网侧功率转换器。

根据本发明的实施例，电网形成操作模式涉及：测量在电网侧功率转换器的输出端的电压和电流；基于测量的电压和电流计算来自电网侧功率转换器的功率输出；基于所计算的功率输出，特别是由功率控制器导出（功率转换器和/或公用电网）频率的表示/视图；导出所导出的频率表示和标称频率之间的频率误差；基于频率误差导出电网侧功率转换器控制信号；基于所述电网侧功率转换器控制信号控制所述电网侧功率转换器。

根据该实施例，可以不需要公用电网频率的测量。特别是，可以测量在电网侧功率转换器输出端处、特别是在可以连接到电网侧功率转换器输出端的风力涡轮机变压器的低电压侧处的电压和/或电流的所有三相。特别地，根据三相电流和电压测量，功率和AC电压被计算，并且该功率被用于确定控制器对AC电网频率的表示或“视图”。控制器可能看起来像阻抗后面的电压源。它典型地可以是低带宽控制，并且在系统频率改变（例如公用电网频率改变）的事件中，可以产生动态功率流，直到功率控制器有时间响应和跟踪系统频率。根据本发明的实施例，正是这一点赋予网桥其惯性特性。

如前所述，电网形成操作模式的其他实现是可能的。

电网侧功率转换器控制信号可以是供应到电网侧功率转换器的信号，基于该信号，电网侧功率转换器控制其相应的可控开关，特别是通过向可控开关的栅极供应相应的脉宽调制信号。电网侧功率转换器控制信号可以取决于除频率误差之外的其他量。

根据本发明的实施例，电网形成操作模式进一步包括：特别是通过电压控制器，基于电网侧功率转换器的输出端的测量电压和标称电压之间的差，导出第一电压信号（例如，Vq）；特别是通过电压前馈控制器，基于电网侧功率转换器的输出电流（例如，Id）并且特别是标称功率输出，导出第二电压信号（例如，Vd）；基于频率误差、第一电压信号（例如Vq）和第二电压信号（例如Vd）导出电网侧功率转换器控制信号。

第一电压信号可以是与风力涡轮机的发电机的电频率一起旋转的d-q坐标系中的电压的q分量。电网侧功率转换器的输出端的测量电压和标称电压之间的差可以被确定，其涉及在测量电压和标称电压的所有三个相位之间形成差，并且将相位差的平方相加，并取相位差的平方差之和的平方根。其他计算也是可能的。

为了导出第一电压信号，电压控制器可以包括Pi控制器，测量电压和标称电压之间的差被供应给该Pi控制器。功率控制器还可以包括Pi控制器，计算的功率输出和标称功率输出之差被供应给该Pi控制器。第二电压控制信号例如可以是d-q坐标系中电压的d分量。

根据本发明的实施例，电网形成操作模式涉及电网侧功率转换器表现得类似于阻抗后面的电压源，特别是执行低带宽控制，典型地是在低于5 Hz的控制。

常规地，风力涡轮机可以根据电流控制模式来控制。操作风力涡轮机以使其表现得类似于电压源可以改进公用电网支持。

根据本发明的实施例，公用电网管理器是以下各项中的至少一项：公用电网运营商；输电系统运营商；负责管理连接到电力系统或公用电网的发电和/或负载混合的一方；操作国家或国际电网的一方。

公用电网管理器可能具有公用电网（例如使用适当的测量装备）的电气特性的知识。此外，公用电网管理器可以具有手边的预测工具或其他信息源，其可以提供关于可能影响公用电网电气行为的即将发生的事件的信息。这些种类的信息源在风力涡轮机或风力发电场级别可能不可用。

根据本发明的实施例，公用电网管理器负责补偿风力涡轮机运营商由于遵守来自公用电网管理器的控制命令而造成的任何利润损失。由公用电网管理器发出或派遣的控制命令的效果可以例如通过测量或估计由于公用电网管理器的控制命令而没有供应给电网的有功功率和/或无功功率来监视。基于该监测，可以计算风力涡轮机运营商的补偿。

应当理解，单独地或以任何组合方式公开、描述、解释或应用于控制风力涡轮机或风力发电场的方法的特征也可以单独地或以任何组合方式应用于根据本发明实施例的用于控制风力涡轮机或风力发电场的布置，并且反之亦然。

根据本发明的实施例，提供了一种用于控制风力涡轮机或风力发电场的布置，风力发电场包括连接到公用电网以用于公用电网支持的至少一个风力涡轮机，该布置包括：输入区段，适于接收来自公用电网管理器的控制命令；处理器，适于根据控制命令选择性地控制风力涡轮机，该布置特别地适于实行根据前述实施例之一的方法。

该布置例如可以是风力涡轮机控制器或风力发电场控制器的一部分或模块（软件和/或硬件）。

根据本发明的实施例，提供了一种风力涡轮机，包括：发电机；发电机侧功率转换器，电耦合到发电机；电网侧功率转换器，特别是经由DC链路电耦合到发电机侧功率转换器；以及根据前述实施例的布置，特别是作为风力涡轮机控制器或风力发电场控制器的一部分。

根据本发明的实施例，提供了一种风力发电场，包括：多个风力涡轮机；根据上述实施例的布置；以及分配模块，用于基于控制命令将单独的风力涡轮机控制信号分配给风力涡轮机。

更进一步地，根据本发明的实施例，提供了一种发电系统，包括公用电网、公用电网管理器和一个或多个风力发电场。公用电网管理器通信连接到风力发电场控制器或相应的风力涡轮机控制器，从而使得能够向相应的风力涡轮机或风力发电场供应控制命令。

必须注意，已经参考不同的主题描述了本发明的实施例。特别地，已经参考方法类型权利要求描述了一些实施例，而已经参考设备类型权利要求描述了其他实施例。然而，本领域技术人员应当从上面和下面的描述中得知，除非另有说明，否则除了属于一种主题的特征的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间的任何组合，特别是方法类型权利要求的特征和设备类型权利要求的特征之间的任何组合也都被认为是与本文件一起公开的。

在某些条件下，电网运营商或输电系统运营商（TSO）可能意识到电气系统可能因此并且被预期置于压力之下的条件。此类条件可能是由于同步发电机停机、恶劣天气、HVDC互连故障、功率因数校正设备不可用。当可以预见到这样的事件时，根据本发明的实施例，TSO可以能够以这样一种方式来配置风力发电场，使得它以一种不是其正常稳态操作模式的方式来提供“系统支持”。附加地，TSO可以能够增加风力发电站（或更一般的转换器连接发电）向AC电力系统提供的某些服务，并且考虑到哪些其他发电源（例如同步发电机）处于操作中，他们可以能够由于电力系统的状态而选择这样做。如果您愿意，TSO还可以在TSO的判断下选择在以及当他们需要时支付这些服务的费用。

从下文将要描述的实施例的示例中，本发明的以上限定的方面和另外的方面是清楚的，并且参考实施例的示例进行解释。下文将参考实施例的示例更详细地描述本发明，但是本发明不限于此。

附图说明

图1示意性地图示了根据本发明实施例的包括根据本发明实施例的风力涡轮机的风力发电场；

图2示意性地图示了根据本发明实施例的电网形成操作模式的实现，其例如可以被包括在根据本发明实施例的用于控制风力涡轮机或风力发电场的布置中；和

图3图示了根据本发明实施例的如由来自电网管理器的控制命令选择的风力涡轮机控制模式。

具体实施方式

图1中示意性图示的风力发电场1包括多个风力涡轮机3，所述多个风力涡轮机3连接到公共耦合点5，公共耦合点5连接到公用电网7（特别是经由一个或多个风力发电场变压器）。根据本发明的实施例，风力发电场1（或每个风力涡轮机3）包括用于控制风力发电场或风力涡轮机的布置9。布置9是风力发电场（或风力涡轮机）控制器11的一部分，该风力发电场（或风力涡轮机）控制器11进一步包括分配模块13，用于基于从公用电网管理器19接收的控制命令17将单独的风力涡轮机控制信号15分配给风力涡轮机3。公用电网管理器19接收如由公用电网7的监视装备测量或估计的测量值21。更进一步地，例如，公用电网管理器19接收关于公用电网的潜在即将到来的扰动的附加信息23。比如天气、风暴、异常负载条件、电站问题/关闭。

每个风力涡轮机3包括风力涡轮机控制器25，风力涡轮机控制器25接收如从风力发电场控制器11供应的相应单独的风力涡轮机控制信号15。

风力涡轮机3包括轮毂27，多个转子叶片29连接在轮毂27上。轮毂27连接到转子31，转子31连接到发电机33，发电机33包括发电机转子35和发电机定子37。发电机33向发电机侧转换器39输出功率流，该发电机侧转换器39生成基本上为DC的功率流，该功率流被输出到DC链路41。DC链路41连接到电网侧功率转换器43，该电网侧功率转换器43（在输出端44）输出电网侧功率转换器输出功率45，该电网侧功率转换器输出功率45经由电感器47供应给耦合到公共耦合点5的风力涡轮机变压器49。风力涡轮机进一步包括过滤器51。通常存在连接在感应器和涡轮变压器之间的断路器，以及并联滤波器。

发电机侧功率转换器39由相应的发电机侧转换器控制器53和脉冲宽度生成模块55控制。电网侧功率转换器43由相应的电网侧功率转换器控制器57和连接的脉宽生成模块58控制。风力涡轮机控制器25通过电网侧功率转换器控制信号59来控制公用电网转换器控制器57，该电网侧功率转换器控制信号59是由风力涡轮机控制器25基于从风力发电场控制器11接收的单独的风力涡轮机控制信号15导出的。风力涡轮机控制器25（和/或发电机侧转换器控制器53）可以例如由单独的风力涡轮机控制信号15（或电网侧转换器控制信号59）指示来执行电网形成操作模式。

风力涡轮机3的桨距控制器26也由风力涡轮机控制器25控制。桨距控制器26控制桨距调整系统28的操作，桨距调整系统28负责取决于风力涡轮机3的实际操作状态设置每个转子叶片29的叶片桨距角。

图2示意性地图示了如例如可以由图1中图示的风力涡轮机控制器25和/或电网侧转换器控制器57执行的电网形成控制算法61的实现的示例。电网形成算法的实现61包括电压控制器63、电压前馈控制器65和功率控制器67。

电压测量装备69（见图1）测量在风力涡轮机3的电网侧功率转换器43的输出端44处的电压Va、Vb、Vc（统称为电压测量信号71）和电流Ia、Ib、Ic（统称为电流测量信号73），并将这些测量信号供应给电网侧转换器控制器57或风力涡轮机控制器25。

图2中图示的电压控制器63接收电压测量信号71（Vac）并且还接收标称电压75（Vac*）。使用差分元件77，计算差值79并供应给乘法元件81、83。乘法元件83的输出被供应给积分器85。乘法元件81的输出和积分元件85的输出被加法元件87相加，以提供表示第一电压信号V_q的电压控制器输出89。

功率控制器67接收指示输出功率45的功率信号91，该功率信号91是基于测量的电压71和测量的电流73计算的。从标称功率93（P*）减去功率输出45。减法元件95从标称功率93减去功率45。乘法元件97、99以及积分元件101和加法元件103实现PI控制器。功率控制器输出103表示功率控制器67的频率

的表示/视图。通过差分元件105，频率误差107（

）被导出，并由积分元件109积分，从而产生电角度111（

）。

前馈模块65接收电流73（Id）的d分量，并进一步接收标称功率93（P*）。使用相应的乘法113和差分元件115以及乘法元件117，输出第二电压信号119 （Vd）。

脉宽生成模块121接收第一电压信号89、第二电压信号119以及角度信号111，并导出脉宽调制信号123，该脉宽调制信号123被供应给也在图1中图示的电网侧功率转换器43。

本发明的实施例可以提供以下特征：

在来自TSO或外部系统运营商的命令下，风力发电场和WTG正在改变其操作模式。该命令可以经由通信信道、以太网或类似方式发送，或者可能是市场机制的一部分。风力涡轮机的常规稳态操作模式是网桥在电流控制下操作，并且这是“电压跟随器”，它不以为了“加强”AC系统的方式表现。随着非同步发电水平提高，系统的稳定性和鲁棒性劣化，更进一步地，同步发电的中断加剧了该问题。

存在WTG以这样的“电网形成”方式操作并提供系统惯性或增强的无功功率能力或附加的功率振荡阻尼能力的可能性。可能的是在提供该能力时，WTG将不再以其“最佳能源生产”操作，并且可能的是没有必要以该模式在持续基础上操作该风力发电场。

可能的是选择风力发电场和WTG可以在来自公用系统运营商的指示下改变操作模式，以及也许是自动地改变操作模式。

可以提供的附加能力是：

●由TSO增加惯性或可选惯性常数，以匹配系统需求

●附加的无功功率

●可能有附加的故障电流，其取决于装备的额定值和缩减的功率水平

●作用于积极改进电压不平衡。

后果可能涉及：

也许电力缩减地运行WTG或风力发电场，以维持按预先选择百分比按需求增加电力生产的能力。

改变网桥控制算法实现以上内容。保留DC链路电压裕量以使能实现以上内容。关键点可以是这些模式可以由TSO选择，诸如响应于他们对系统操作的观察的“电网形成模式”。

风力涡轮机可以在电流控制模式下操作，并且然后在不停止的情况下恢复到电网形成模式，或者，风力涡轮机一直在电网形成模式下操作，但是可以改变它们的增益以在需要时提供附加的系统惯性，和/或提供附加的针对电压不平衡的校正。取决于操作功率，可能可以使一些附加的故障电流可用。

电网形成算法例如可以如上所述实现或执行。其他实现也是可能的。

图3图示了根据本发明实施例的如由来自电网管理器的控制命令选择的风力涡轮机控制模式。横坐标101指示时间，纵坐标103指示风力涡轮机的有功输出功率。根据本发明的实施例，曲线105指示从电网管理器传输到风力涡轮机的控制命令。在时间点t1和t4之间，控制命令指示风力涡轮机切换到电网形成操作模式。根据所指示的示例，风力涡轮机的输出功率107在t1从最大值Pmax下降到低于可用（根据风力条件）功率109的值Pc，以允许在发生公用电网频率下降的时间t2增加功率。由于在t2附近功率输出增加，因此电网从扰动中恢复。在t3，风力涡轮机的输出功率甚至进一步降低到Pc以下，以抵消公用电网的频率增加。在t1之前和t4之后，控制命令105指示风力涡轮机采用正常操作，其中功率输出基本上保持在Pmax，等于或接近可用功率109。也可以为无功功率生成类似于命令105的控制命令。

应当注意，术语“包括”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当被解释为限制权利要求的范围。

Claims

1.一种控制风力涡轮机（3）或风力发电场（1）的方法，所述风力发电场（1）包括连接到公用电网（7）以用于公用电网支持的至少一个风力涡轮机，所述方法包括：

从公用电网管理器（19）接收控制命令（17）；

根据由控制命令（17）选择的模式控制（15）风力涡轮机（3），

其中控制命令（17）指示风力涡轮机、特别是电网侧功率转换器，立即或在未来时间间隔或未来时间点切换到电网形成操作模式（61），

其中电网形成操作模式（61）涉及：

测量在电网侧功率转换器（43）的输出端（44）的电压（71）和电流（73）；

基于测量的电压（71）和电流（73）计算来自电网侧功率转换器（43）的功率输出（45）；

基于计算的功率输出（45）导出频率的表示（103）；

导出所导出的频率表示（103，

）和标称频率（

）之间的频率误差（107，

）；

基于频率误差（107，

）导出电网侧功率转换器控制信号（123）；和

基于电网侧功率转换器控制信号（123）控制电网侧功率转换器（43）。

2.根据前述权利要求所述的方法，其中，由公用电网管理器（19）根据和/或取决于当前和/或即将到来的公用电网扰动，选择性地派遣控制命令（17）。

3.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，控制命令（17）指示立即或将来提供有功功率能力和/或无功功率能力和/或功率振荡阻尼能力和/或故障电流能力。

4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，控制命令（17）指示有功功率能力的水平和/或无功功率能力的水平和/或功率振荡阻尼能力的水平和/或故障电流能力的水平和/或这些能力中的至少一个应当可用的时间间隔。

5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中根据控制命令（17）导出转换器控制命令（59）并将其供应给风力涡轮机的功率转换器，特别是公用电网功率转换器（57）。

6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中控制命令（17）指示风力涡轮机从电流控制模式切换到电网形成操作模式（61）。

7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中频率的表示（103）由功率控制器（67）导出。

8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中电网形成操作模式（61）进一步涉及：

特别是通过电压控制器（63），基于电网侧功率转换器（43）的输出端（44）处的测量电压（71）和标称电压（75）之间的差（79），导出第一电压信号（89，Vq）；

特别是通过电压前馈控制器（65），基于电网侧功率转换器（43）的输出电流（Id）并且特别是标称功率输出（93，P*）导出第二电压信号（119，Vd）；

基于频率误差（107）、第一电压信号（89，Vq）和第二电压信号（119，Vd）导出电网侧功率转换器控制信号（123）。

9.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中电网形成操作模式（61）涉及电网侧功率转换器（43）表现得类似于阻抗后面的电压源，特别是执行低带宽控制，特别是低于5 Hz或在5 Hz和1 kHz之间的控制。

10.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中公用电网管理器（19）是或包括以下各项中的至少一项：

公用电网运营商；

输电系统运营商；

负责管理连接到电力系统或公用电网的发电和/或负载混合的一方；

操作国家或国际电网的一方。

11.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，公用电网管理器（19）负责补偿风力涡轮机运营商由于遵守来自公用电网管理器（19）的控制命令（17）而造成的任何利润损失。

12.用于控制风力涡轮机（3）或风力发电场（1）的布置（9），所述风力涡轮机（3）或风力发电场（1）包括连接到公用电网（7）用于公用电网支持的至少一个风力涡轮机，所述布置包括：

输入区段（8），适于从公用电网管理器（19）接收控制命令（17）；

处理器，适于根据由控制命令（17）选择的模式控制风力涡轮机（3），其中所述布置适于实行根据前述权利要求中的一项的方法。

13.风力涡轮机（3），包括：

发电机（33）；

发电机侧功率转换器（39），电耦合到发电机；

电网侧功率转换器（43），特别地经由DC链路（41）电耦合到发电机侧功率转换器；和

根据前述权利要求的布置（9），特别是作为风力涡轮机控制器或风力发电场控制器的一部分。

14.风力发电场（1），包括：

多个风力涡轮机（3）；

根据权利要求13的布置（9）；和

分配模块（13），用于基于控制命令（17）将单独的风力涡轮机控制信号（15）分配给风力涡轮机（3）。