CN114593013A - 用于控制风力涡轮的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于控制风力涡轮的系统和方法。因此，风力涡轮的控制器在从瞬态事件的恢复期间检测风力涡轮的功率输出中的振荡。响应于检测振荡，在振荡的峰值阶段期间的功率输出的部分储存在能量存储装置中。储存的功率的部分接着在振荡的谷值阶段期间放出，以便减小输送至功率电网的功率输出的振荡的振幅。

Description

用于控制风力涡轮的系统和方法
技术领域
本公开大体上涉及风力涡轮，并且更具体而言，涉及用于响应于瞬态电网事件来控制风力涡轮的系统和方法。
背景技术
风力发电被认为是目前可用的最清洁、最环保的能源之一，并且风力涡轮在这方面获得越来越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱，以及一个或多个转子叶片。机舱包括联接于齿轮箱和发电机的转子组件。转子组件和齿轮箱安装在底板支承框架上，该底板支承框架位于机舱内。一个或多个转子叶片使用已知的翼型原理来捕获风的动能。转子叶片传递以旋转能的形式的动能，以便转动轴，该轴将转子叶片联接于齿轮箱，或者如果不使用齿轮箱，则直接地联接于发电机。发电机接着将机械能转换为电能，并且电能可传递至收纳在塔架内的转换器和/或变压器并随后部署到公用电网。现代风力发电系统典型地采用具有多个此类风力涡轮发电机的风场的形式，该多个此类风力涡轮发电机能够操作成将功率供应至传输系统，该传输系统将功率提供至功率电网。
为了将功率供应至功率电网，风力涡轮大体上需要符合某些电网需求。例如，可需要风力涡轮来提供故障穿越(例如，低电压穿越)能力。该需求可要求风力涡轮在一个或多个瞬态电网事件(诸如电网故障)期间保持连接于功率电网。如本文中使用的，用语“电网故障”、“故障”或类似物旨在覆盖针对某一时间段的电网电压的量值方面的变化。例如，当电网故障发生时，对于短时段(例如，典型地小于500毫秒)而言，系统的电压可下降相当大的部分。此外，电网故障可出于多种原因而发生，包括但不限于相导体连接于地面(即，地面故障)、相导体之间短路、闪电和/或暴风，以及/或者意外的输电线路接地。
在过去，风力涡轮可响应于电压降低而立即断开连接，但是随着作为功率电网的功率的百分比风力涡轮的功率生产量增加，使风力涡轮保持在线并穿越瞬态电网事件的合乎需要性增加。然而，瞬态电网事件的电压降低可导致发电机的扭矩显著降低，而转子的旋转速度可基本保持不变。就此而言，当电网电压复原至故障前的水平时，发电机的扭矩与转子的惯性之间的失配可导致风力涡轮的动力传动系统中的非合乎需要的扭转振动。扭转振动可表现为超过某些功率电网限制的、由风力涡轮产生的功率中的振荡。
因此，本领域不断地寻求解决上述问题的新且改进的系统和方法。就此而言，本公开涉及用于控制风力涡轮的系统和方法，以响应于瞬态电网事件来管理风力涡轮的功率输出中的振荡。
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，或者可从描述为明显的，或者可通过本发明的实践学习。
在一个方面中，本公开涉及一种用于控制风力涡轮的方法，该风力涡轮连接于功率电网并且包括发电机。方法可包括经由控制器接收功率电网中发生的瞬态事件的指示。此外，方法可包括在瞬态事件之后的瞬态事件恢复阶段期间，经由控制器检测风力涡轮的功率输出中的振荡。振荡可包括后接有谷值阶段的峰值阶段，谷值阶段中的峰值阶段相对于瞬态事件之前的功率输出确定。响应于检测振荡，方法可包括将峰值阶段功率的至少部分储存在能量存储装置中，该能量存储装置可操作地耦合于发电机，以建立存储电荷。峰值阶段功率可对应于峰值阶段期间的功率输出。此外，方法可包括在振荡的谷值阶段期间，将存储电荷的至少部分放出至功率电网，以便减小输送至功率电网的功率输出的振荡的振幅。
在实施例中，使存储电荷的至少部分放出还可包括经由控制器确定谷值阶段的持续时间。方法还可包括将存储电荷的部分的放出的持续时间与谷值阶段的持续时间同步。
在附加的实施例中，方法还可包括经由控制器确定谷值阶段期间的振荡的斜坡率和振幅。此外，方法可包括使存储电荷的部分的放出与谷值阶段期间的振荡的斜坡率和振幅同步。
在又一实施例中，方法可包括确定针对风力涡轮的功率输出相对于瞬态事件之前的风力涡轮的功率输出的偏差的上阈值和下阈值。上阈值和下阈值可限定振荡容限带。经由能量存储装置储存的峰值阶段功率的部分可为超过上阈值的峰值阶段功率的部分。此外，方法可包括经由控制器确定低于下阈值的谷值阶段功率的部分。放出的存储电荷的部分可对应于低于下阈值的谷值阶段功率的部分。谷值阶段功率可对应于谷值阶段期间的功率输出部分。方法可还包括针对随后的振荡而重复储存和放出步骤，直到风力涡轮的功率输出的偏差保持在振荡容限带内。
在再一实施例中，阈值可为第一上阈值和第一下阈值，它们在瞬态事件之后的第一间隔处应用。因此，方法还可包括确定针对风力涡轮的功率输出相对于瞬态事件之前的功率输出的第二上阈值和第二下阈值。第二上阈值和第二下阈值可在第一间隔之后的第二间隔处应用，并且相比较于第一上阈值和第一下阈值，可具有与瞬态事件之前的功率输出的较小的偏差。
在实施例中，方法可包括当风力涡轮的功率输出的偏差保持在振荡容限带内时，以剩余放出率将存储电荷的剩余部分放出至功率电网。
在附加的实施例中，方法可包括经由控制器的振荡补偿控制模块来确定，响应于振荡的检测由能量存储装置储存的峰值阶段功率的部分的量值。此外，方法可包括经由振荡补偿控制模块，确定在谷值阶段的检测时放出的存储电荷的部分的量值。此外，方法可包括经由振荡补偿控制模块，生成用于风力涡轮的功率转换器的线路侧转换器的设定点命令，以便获得确定的存储电荷和放出。
在又一实施例中，方法可包括经由振荡补偿控制模块来接收多个操作参数。振荡补偿控制模块还可接收来自风力涡轮的动力传动系统阻尼系统的阻尼扭矩命令。方法还可包括经由振荡补偿控制模块，基于操作参数和阻尼扭矩命令中的一个或多个来确定用于风力涡轮的功率输出的多个振荡参数。此外，方法可包括经由振荡补偿控制模块，对多个振荡参数进行滤波，以获得多个振荡功率分量。多个振荡分量可包括定子振荡功率、转子振荡功率和/或线路侧振荡功率。方法还可包括经由振荡补偿控制模块，至少部分地基于多个振荡功率分量中的至少一个来确定由能量存储装置储存的峰值阶段功率的部分的量值。
在再一实施例中，方法可包括经由控制模块，基于多个操作参数来确定瞬态事件的量值。方法还可包括经由控制模块，基于瞬态事件的量值来启动第一操作模式和/或第二操作模式。第一操作模式可包括储存和放出转子振荡功率。第二操作模式可包括储存和放出转子振荡功率和定子振荡功率两者。
在实施例中，多个操作参数可指示滑差(slip)量值、发电机速度，以及多个电压和电流。多个电压和电流可包括定子电压和电流、转子电压和电流，以及三相功率中的每个处的线路侧电压和电流。确定用于风力涡轮的功率输出的多个振荡参数可基于滑差量值、发电机速度以及阻尼扭矩命令。
在附加的实施例中，能量存储装置可为电池和/或超级电容器。
在又一实施例中，接收功率电网中发生的瞬态事件的指示可包括经由控制器从传感器接收指示变化事件的数据，该传感器可操作地耦合在风力涡轮的功率转换器的线路侧和与功率电网互连的点之间。
在再一实施例中，瞬态事件可为零电压穿越事件、低电压穿越事件，和/或高电压穿越事件。
在另一方面中，本公开涉及一种用于控制连接于功率电网的风力涡轮的系统。系统可包括可操作地耦合于能量存储装置的发电机，和通信地耦合于发电机的控制器。控制器可包括配置成执行多个操作的至少一个处理器。多个操作可包括本文中描述的任何操作和/或特征。
本发明的这些及其它的特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求书变得更好理解。并入在本说明书中并且构成本说明书的部分的附图示出本发明的实施例，并且连同描述用于阐释本发明的原理。
技术方案1. 一种用于控制连接于功率电网的风力涡轮的方法，所述风力涡轮包括发电机，所述方法包括：
经由控制器接收所述功率电网中发生的瞬态事件的指示；
在所述瞬态事件之后的瞬态事件恢复阶段期间，经由所述控制器检测所述风力涡轮的功率输出中的振荡，所述振荡包括关于所述瞬态事件之前的所述功率输出的、后接有谷值阶段的峰值阶段；
响应于检测所述振荡，将峰值阶段功率的至少部分储存在能量存储装置中，所述能量存储装置可操作地耦合于所述发电机，以建立存储电荷，其中，所述峰值阶段功率对应于所述峰值阶段期间的功率输出；以及
在所述振荡的所述谷值阶段期间，将所述存储电荷的至少部分放出至所述功率电网，以便减小输送至所述功率电网的所述功率输出的所述振荡的振幅。
技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其中，使所述存储电荷的至少所述部分放出还包括：
经由所述控制器确定所述谷值阶段的持续时间；以及
将所述存储电荷的所述部分的所述放出的持续时间与所述谷值阶段的所述持续时间同步。
技术方案3. 根据技术方案2所述的方法，所述方法还包括：
经由所述控制器确定所述谷值阶段期间的所述振荡的斜坡率和振幅；以及
使所述存储电荷的所述部分的所述放出与所述谷值阶段期间的所述振荡的所述斜坡率和所述振幅同步。
技术方案4. 根据技术方案1所述的方法，所述方法还包括：
确定针对所述风力涡轮的所述功率输出相对于所述瞬态事件之前的所述风力涡轮的所述功率输出的偏差的上阈值和下阈值，所述上阈值和所述下阈值限定振荡容限带，并且其中经由所述能量存储装置储存的所述峰值阶段功率的所述部分为超过所述上阈值的所述峰值阶段功率的部分；
经由所述控制器确定低于所述下阈值的谷值阶段功率的部分，其中，放出的所述存储电荷的所述部分对应于低于所述下阈值的所述谷值阶段功率的所述部分，其中，所述谷值阶段功率对应于所述谷值阶段期间的功率输出部分；以及
针对随后的振荡而重复所述储存和放出步骤，直到所述风力涡轮的所述功率输出的所述偏差保持在所述振荡容限带内。
技术方案5. 根据技术方案4所述的方法，其中，所述上阈值和下阈值为第一上阈值和第一下阈值，它们在所述瞬态事件之后的第一间隔处应用，所述方法还包括：
确定针对所述风力涡轮的所述功率输出相对于所述瞬态事件之前的所述功率输出的第二上阈值和第二下阈值，其中所述第二上阈值和第二下阈值在所述第一间隔之后的第二间隔处应用，并且相比较于所述第一上阈值和所述第一下阈值，具有与所述瞬态事件之前的所述功率输出的较小的偏差。
技术方案6. 根据技术方案4所述的方法，所述方法还包括：
当所述风力涡轮的所述功率输出的所述偏差保持在所述振荡容限带内时，以剩余放出率将所述存储电荷的剩余部分放出至所述功率电网。
技术方案7. 根据技术方案1所述的方法，所述方法还包括：
响应于所述振荡的所述检测，经由所述控制器的振荡补偿控制模块来确定由所述能量存储装置储存的所述峰值阶段功率的所述部分的量值；
经由所述振荡补偿控制模块，确定在所述谷值阶段的所述检测时放出的所述存储电荷的所述部分的量值；以及
经由所述振荡补偿控制模块，生成用于所述风力涡轮的功率转换器的线路侧转换器的设定点命令，以便获得所确定的存储电荷和放出。
技术方案8. 根据技术方案7所述的方法，所述方法还包括：
经由所述振荡补偿控制模块来接收多个操作参数；
经由所述振荡补偿控制模块，接收来自所述风力涡轮的动力传动系统阻尼系统的阻尼扭矩命令；
经由所述振荡补偿控制模块，基于所述操作参数和所述阻尼扭矩命令中的一个或多个来确定用于所述风力涡轮的所述功率输出的多个振荡参数；
经由所述振荡补偿控制模块，对所述多个振荡参数进行滤波，以获得多个振荡功率分量，所述多个振荡功率分量包括定子振荡功率、转子振荡功率以及线路侧振荡功率中的至少一个；以及
经由所述振荡补偿控制模块，至少部分地基于所述多个振荡功率分量中的至少一个来确定由所述能量存储装置储存的所述峰值阶段功率的所述部分的量值。
技术方案9. 根据技术方案8所述的方法，所述方法还包括：
经由所述振荡补偿控制模块，基于所述多个操作参数来确定所述瞬态事件的量值；以及
经由所述振荡补偿控制模块，基于所述瞬态事件的所述量值来启动第一操作模式或第二操作模式中的一个，其中，所述第一操作模式包括储存和放出所述转子振荡功率，并且其中，所述第二操作模式包括储存和放出所述转子振荡功率和所述定子振荡功率两者。
技术方案10. 根据技术方案8所述的方法，其中，所述多个操作参数指示滑差量值、发电机速度以及多个电压和电流，所述多个电压和电流包括定子电压和电流、转子电压和电流以及三相功率中的每个处的线路侧电压和电流，并且其中，确定用于所述风力涡轮的所述功率输出的所述多个振荡参数是基于所述滑差量值、所述发电机速度以及所述阻尼扭矩命令。
技术方案11. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述能量存储装置包括电池和超级电容器中的至少一个。
技术方案12. 根据技术方案1所述的方法，其中，接收所述功率电网中发生的所述瞬态事件的所述指示还包括：
经由所述控制器从传感器接收指示所述瞬态事件的数据，所述传感器可操作地耦合在所述风力涡轮的功率转换器的线路侧和与所述功率电网互连的点之间。
技术方案13. 根据技术方案12所述的方法，其中，所述瞬态事件包括零电压穿越事件、低电压穿越事件，以及高电压穿越事件中的一个。
技术方案14. 根据技术方案1所述的方法，其中，接收所述瞬态事件的所述指示还包括：
经由所述控制器来检测指示所述瞬态事件的所述风力涡轮的动力传动系统扭矩方面的变化。
技术方案15. 一种用于控制连接于功率电网的风力涡轮的系统，所述系统包括：
发电机，其可操作地耦合于能量存储装置；以及
控制器，其通信地耦合于所述发电机，所述控制器包括配置成执行多个操作的至少一个处理器，所述多个操作包括：
接收所述功率电网中发生的瞬态事件的指示，
在所述瞬态事件之后的瞬态事件恢复阶段期间，检测所述风力涡轮的功率输出中的振荡，所述振荡包括关于所述瞬态事件之前的所述功率输出的后接有谷值阶段的峰值阶段，
响应于检测所述振荡，将峰值阶段功率的至少部分储存在能量存储装置中，所述能量存储装置可操作地耦合于所述发电机，以建立存储电荷，其中，所述峰值阶段功率对应于所述峰值阶段期间的功率输出，以及
在所述振荡的所述谷值阶段期间，将所述存储电荷的至少部分放出至所述功率电网，以便减小输送至所述功率电网的所述功率输出的所述振荡的振幅。
技术方案16. 根据技术方案15所述的系统，其中，使所述存储电荷的至少所述部分放出还包括：
确定所述谷值阶段的持续时间；以及
将所述存储电荷的所述部分的所述放出的持续时间与所述谷值阶段的所述持续时间同步。
技术方案17. 根据技术方案15所述的系统，其中，所述多个操作还包括：
确定针对所述风力涡轮的所述功率输出相对于所述瞬态事件之前的所述风力涡轮的所述功率输出的偏差的上阈值和下阈值，所述上阈值和所述下阈值限定振荡容限带，其中，经由所述能量存储装置储存的所述峰值阶段功率的所述部分为超过所述上阈值的所述峰值阶段功率的部分；
确定低于所述下阈值的谷值阶段功率的部分，其中，放出的所述存储电荷的所述部分对应于低于所述下阈值的所述谷值阶段功率的所述部分，其中，所述谷值阶段功率对应于所述谷值阶段期间的功率输出部分；以及
针对随后的振荡而重复所述储存和放出步骤，直到所述风力涡轮的所述功率输出的所述偏差保持在所述振荡容限带内。
技术方案18. 根据技术方案15所述的系统，其中，所述多个操作还包括：
确定由所述能量存储装置储存的所述峰值阶段功率的所述部分的量值；
确定在所述谷值阶段的所述检测时放出的所述存储电荷量；以及
生成用于所述风力涡轮的功率转换器的线路侧转换器的设定点命令，以便获得所确定的存储电荷和放出。
技术方案19. 根据技术方案18所述的系统，其中，所述多个操作还包括：
接收指示滑差量值、发电机速度以及多个电压和电流的多个操作参数，所述多个电压和电流包括定子电压和电流、转子电压和电流以及三相功率中的每个处的线路侧电压和电流；
接收来自所述风力涡轮的动力传动系统阻尼系统的阻尼扭矩命令；
基于所述滑差量值、所述发电机速度以及所述阻尼扭矩命令来确定用于所述风力涡轮的所述功率输出的多个振荡参数；
经由振荡补偿控制模块，对所述多个振荡参数进行滤波，以获得多个振荡功率分量，所述多个振荡功率分量包括定子振荡功率、转子振荡功率以及线路侧振荡功率中的至少一个；以及
经由所述振荡补偿控制模块，至少部分地基于所述多个振荡功率分量中的至少一个来确定由所述能量存储装置储存的所述峰值阶段功率的所述部分的量值。
技术方案20. 根据技术方案19所述的系统，其中，所述多个操作还包括：
经由所述振荡补偿控制模块，基于所述多个操作参数来确定所述瞬态事件的量值；以及
经由所述振荡补偿控制模块，基于所述瞬态事件的所述量值来启动第一操作模式或第二操作模式中的一个，其中所述第一操作模式包括储存和放出所述转子振荡功率，并且其中所述第二操作模式包括储存和放出所述转子振荡功率和所述定子振荡功率两者。
附图说明
包括针对本领域普通技术人员的其最佳模式的本发明的完整且能实现的公开在参照附图的说明书中阐述，在该附图中：
图1示出根据本公开的风力涡轮的一个实施例的透视图；
图2示出根据本公开的风力涡轮的机舱的一个实施例的透视内部视图；
图3示出根据本公开的风力涡轮的动力传动系统的一个实施例的示意图；
图4示出根据本公开的用于与风力涡轮一起使用的电气系统的一个实施例的示意图；
图5示出根据本公开的用于与风力涡轮一起使用的控制器的一个实施例的框图；
图6示出根据本公开的用于控制风力涡轮的系统的控制逻辑的一个实施例的流程图；
图7示出根据本公开的图6的控制逻辑的扩展部分的一个实施例的流程图；
图8示出根据本公开的风力涡轮的功率输出的一个实施例的图示；
图9A示出根据本公开的在瞬态电网事件之后风力涡轮的功率输出的一个实施例的图示；
图9B示出根据本公开的风力涡轮的功率输出的一个实施例的图示，特别地示出峰值阶段功率的部分和存储电荷的部分；以及
图9C示出根据本公开的在输送至功率电网时风力涡轮的功率输出的一个实施例的图示。
引用字符在本说明书和附图中的重复使用旨在表示本发明的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细地参照本发明的实施例，其一个或多个实例在附图中示出。每个实例经由阐释本发明提供，而不限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，可在本发明中作出各种改型和变型，而不脱离本发明的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的部分的特征可与另一个实施例一起使用以产生又一个实施例。因此，意图是，本发明覆盖归入所附权利要求书和它们的等同物的范围内的此类改型和变型。
如本文中使用的，用语“第一”、“第二”和“第三”可以可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，并且不旨在表示独立构件的位置或重要性。
用语“联接”、“固定”、“附接于”等是指直接联接、固定或附接，以及通过一个或多个中间构件或特征而间接联接、固定或附接两者，除非在本文中另外规定。
如本文中遍及说明书和权利要求书使用的近似语言应用成修饰可在不导致其涉及的基本功能方面的变化的情况下可容许地改变的任何数量表达。因此，由一个或多个用语(诸如“大约”、“近似”和“大致”)修饰的值将不限于指定的精确值。在至少一些情况中，近似语言可对应于用于测量值的器具的精度，或者用于构成或制造构件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可是指在10％的范围内。
此处和遍及说明书和权利要求书，范围限制被组合和互换，此类范围被识别并且包括包含在其中的所有子范围，除非上下文或语言另外指出。例如，本文中公开的所有范围包括端点，并且端点能够彼此独立地组合。
大体上，本公开涉及用于控制风力涡轮的系统和方法，以便在瞬态电网事件之后减少由风力涡轮输送至功率电网的电功率中的振荡。典型地，风力涡轮利用由发电机生成的扭矩来抵消由转子响应于风而生成的扭矩。许多现代风力涡轮采用发电机(诸如双馈感应发电机(DFIG))，其利用电网功率，用于发电机扭矩的生成。在瞬态电网事件(诸如低电压穿越(LVRT)事件)开始时，电网功率可突然降低，从而导致发电机扭矩的对应降低。然而，由于惯性和/或风的影响，转子可继续以相同的速度旋转，并且在一些情况下，可在旋转没有由发电机扭矩显著抵抗时加速。当瞬态电网事件结束并且电网功率复原时，发电机可快速地重返产生的发电机扭矩，以便将风力涡轮复原至功率产生状态。然而，在风力涡轮的动力传动系统内，发电机扭矩可遇到由转子的旋转引起的扭矩。该相遇可在动力传动系统内产生扭转振动。可采用动力传动系统阻尼器(DTD)控制系统来快速地阻尼所产生的扭转振动。然而，直至扭转振动被阻尼之时为止，扭转振动可导致输送至功率电网的风力涡轮的功率输出中的振荡。因此，可采用本公开的系统和方法来使风力涡轮的功率输出成形，直至扭转振动被阻尼并且稳定的功率生产在瞬态事件之后重新建立之时为止。
具体而言，本公开包括系统和方法，该系统和方法可在瞬态事件之后的瞬态事件恢复阶段期间检测风力涡轮的功率输出中的振荡。功率输出中的振荡可以以至少一个峰值阶段(例如，波峰阶段)为特征，在所述至少一个峰值阶段(例如，波峰阶段)期间，风力涡轮的功率输出可在瞬态事件之前大于风力涡轮的功率输出。每个峰值阶段可后接有谷值阶段(例如，波谷阶段)，在该谷值阶段(例如，波谷阶段)期间，风力涡轮的功率输出可在瞬态事件之前降至风力涡轮的功率输出以下。
因为功率输出中的振荡可超过与输送至电网的功率的稳定性有关的某些电网需求，所以控制器可将峰值阶段功率的至少部分储存在能量存储装置中。储存的功率的至少部分可接着在谷值阶段期间放出至功率电网。换句话说，在峰值阶段期间生成的超过阈值的功率的部分可转移至能量存储装置，而不是输送至功率电网。类似地，一旦功率输出降至最小阈值以下，从峰值阶段储存的额外功率就可放出至电网，以便在谷值阶段期间弥补最小阈值与实际功率生产之间的差异。因此，如由功率电网所经历的，功率输出可不超过上偏差阈值，并且可保持在最小偏差阈值以上。因此，即使扭转振动可在瞬态事件恢复阶段期间存在，由于扭转振动而产生的功率振荡可不输送至功率电网。实际上，通过选择性地转移并接着放出发电机的功率输出的部分，扭转振动对风力涡轮的功率输出的影响可基本上对功率电网隐藏。这继而可提高风力涡轮满足电网规范需求的能力，该电网规范需求与电网事件之后的功率振荡有关，诸如控制上升时间、过冲/下冲、稳定时间，和/或阻尼振荡响应的需求。
现在参照附图，图1示出根据本公开的风力涡轮100的一个实施例的透视图。如示出的，风力涡轮100大体上包括从支承表面104延伸的塔架102、安装在塔架102上的机舱106，以及联接于机舱106的转子108。转子108包括可旋转毂110和至少一个转子叶片112，所述至少一个转子叶片112联接于毂110并从毂110向外延伸。例如，在示出的实施例中，转子108包括三个转子叶片112。然而，在备选的实施例中，转子108可包括多于或少于三个转子叶片112。每个转子叶片112可绕着毂110隔开，以促进旋转转子108，以使得动能能够从风转化成可使用的机械能，并且随后转化成电能。例如，毂110可以可旋转地联接于定位在机舱106内的电气系统400(图2)的发电机118(图2)，以容许电能产生。
风力涡轮100还可包括集中在机舱106内的控制器200。然而，在其它实施例中，控制器200可位于风力涡轮100的任何其它构件内，或者位于风力涡轮外部的地点处。此外，控制器200可通信地耦合于风力涡轮100的任何数量的构件，以便控制构件。就此而言，控制器200可包括计算机或其它合适的处理单元。因此，在若干实施例中，控制器200可包括合适的计算机可读指令，当实施时，该合适的计算机可读指令将控制器200配置成执行各种不同的功能，诸如接收、发送和/或执行风力涡轮控制信号。
现在参照图2-4，示出机舱106的一个实施例的简化内部视图、动力传动系统146的一个实施例的示意图，以及图1中示出的风力涡轮100的示例性电气系统400。如示出的，发电机118可联接于转子108，用于从旋转能产生电功率，该旋转能由转子108生成。例如，如在示出的实施例中示出的，转子108可包括联接于毂110的转子轴122，用于随其旋转。转子轴122可由主轴承144可旋转地支承。转子轴122可继而通过可选的齿轮箱126可旋转地联接于发电机118的高速轴124，可选的齿轮箱126由一个或多个扭矩臂142连接于底板支承框架136。如大体上理解的，转子轴122可响应于转子叶片112和毂110的旋转而将低速、高扭矩输入提供至齿轮箱126。齿轮箱126可接着构造有多个齿轮148，以将低速、高扭矩输入转换为高速、低扭矩输出，以驱动高速轴124并因此驱动发电机118。在实施例中，齿轮箱126可构造有多个齿轮比，以便针对给定的低速输入产生高速轴的变化的旋转速度，或者反之亦然。
在实施例中，转子108可经由扭矩减慢，该扭矩由发电机118生成。因为发电机118可生成与转子108的旋转相反的扭矩，所以高速轴124可配备有滑动联接器154。滑动联接器154可防止由于动力传动系统146的过载而产生的对动力传动系统146的构件的损坏。就此而言，滑动联接器154可具有释放阈值或牵引力，在该释放阈值或牵引力以上，滑动联接器154可容许高速轴124的第一部分162和第二部分164具有不同的旋转速度。应当认识到的是，如果滑动联接器154处的扭转力矩超过释放/牵引阈值，则发电机118可与转子108通信地去耦合。在此类情况下，由发电机118产生的扭矩可对减慢转子108而言为不可获得的，或者转子108的增加的旋转速度可对于增加功率生产而言为不可获得的。
每个转子叶片112还可包括桨距控制机构120，桨距控制机构120构造成使转子叶片112绕着其桨距轴线116旋转。每个桨距控制机构120可包括桨距驱动马达128(例如，任何合适的电动、液压或气动马达)、桨距驱动齿轮箱130，以及桨距驱动小齿轮132。在此类实施例中，桨距驱动马达128可联接于桨距驱动齿轮箱130，以使桨距驱动马达128将机械力给予至桨距驱动齿轮箱130。类似地，桨距驱动齿轮箱130可联接于桨距驱动小齿轮132，用于随其旋转。桨距驱动小齿轮132可继而与桨距轴承134旋转接合，桨距轴承134在毂110与对应的转子叶片112之间联接，使得桨距驱动小齿轮132的旋转引起桨距轴承134的旋转。因此，在此类实施例中，桨距驱动马达128的旋转驱动桨距驱动齿轮箱130和桨距驱动小齿轮132，由此使桨距轴承134和(多个)转子叶片112绕着桨距轴线116旋转。类似地，风力涡轮100可包括一个或多个偏航驱动机构138，一个或多个偏航驱动机构138通信地耦合于控制器200，其中每个(多个)偏航驱动机构138构造成改变机舱106相对于风的角度(例如，通过接合风力涡轮100的偏航轴承140)。
特别地参照图2，在实施例中，风力涡轮100可包括至少一个操作传感器158。(多个)操作传感器158可配置成例如响应于环境条件来检测风力涡轮100的性能。例如，(多个)操作传感器158可为旋转速度传感器，该旋转速度传感器可操作地耦合于控制器200。(多个)操作传感器158可指向风力涡轮100和/或发电机118的转子轴122。(多个)操作传感器158可收集指示转子轴122的旋转速度和/或旋转位置的数据，以及因此指示呈转子速度和/或转子方位角的形式的转子108的数据。在实施例中，(多个)操作传感器158可为模拟转速计、DC转速计、AC转速计、数字转速计、接触式转速计、非接触式转速计，或时间和频率转速计。在实施例中，(多个)操作传感器158可例如为编码器，诸如光学编码器。此外，(多个)操作传感器158可配置成监测多个电气状况，诸如滑差、定子电压和电流、转子电压和电流，以及三相功率中的每个处的线路侧电压和电流。因此，在实施例中，(多个)操作传感器158可配置成监测风力涡轮100的操作参数301(图6)。
此外，在实施例中，风力涡轮100可包括至少一个电网传感器156或者可操作地耦合于至少一个电网传感器156，所述至少一个电网传感器156配置成监测功率电网179的功率和/或输送至功率电网179的风力涡轮100的功率输出的至少一个参数。例如，(多个)电网传感器156可配置成连续地监测如由风力涡轮100所经历的功率电网179的电压，并且反之亦然。因此，在实施例中，(多个)电网传感器156可为电流表、电压表、欧姆表和/或任何其它合适的传感器，用于监测功率电网179的功率和/或风力涡轮100的功率输出。
还应当认识到的是，如本文中使用的，用语“监测器”及其变体指示风力涡轮100的各种传感器可配置成提供对被监测的参数的直接测量或对此类参数的间接测量。因此，本文中描述的传感器可例如用于生成与被监测的参数有关的信号，该信号可接着由控制器200利用，以确定风力涡轮100的状况或响应。
特别地参照图4，在实施例中，电气系统400可包括各种构件，用于将转子108的动能转换成至连接的功率电网179的呈可接受形式的电输出。例如，在实施例中，发电机118可为双馈感应发电机(DFIG)，其具有定子402和发电机转子404。发电机118可经由转子总线410耦合于定子总线406和功率转换器408。在此类构造中，定子总线406可提供来自发电机118的定子的输出多相功率(例如，三相功率)，并且转子总线410可提供发电机118的发电机转子404的输出多相功率(例如，三相功率)。此外，发电机118可经由转子总线410耦合于转子侧转换器412。转子侧转换器412可耦合于线路侧转换器414，线路侧转换器414可继而耦合于线路侧总线416。
在实施例中，转子侧转换器412和线路侧转换器414可配置成用于三相脉宽调制(PWM)布置中的正常操作模式，该三相脉宽调制(PWM)布置使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为开关装置。可使用其它合适的开关装置，诸如绝缘栅换向晶闸管、MOSFET、双极晶体管、硅可控整流器，和/或其它合适的开关装置。转子侧转换器412和线路侧转换器414可经由DC链路418横跨DC链路电容器420耦合。
在实施例中，功率转换器408可耦合于控制器200，控制器200配置为转换器控制器202，以控制功率转换器408的操作。例如，转换器控制器202可将控制命令发送至转子侧转换器412和线路侧转换器414，以控制功率转换器408中使用的开关元件的调制，以建立期望的发电机扭矩设定点和/或功率输出。
如图4中进一步描绘的，在实施例中，电气系统400可包括变压器422，变压器422将风力涡轮100耦合于功率电网179。在实施例中，变压器422可为3绕组变压器，其包括高压(例如，大于12 KVAC)初级绕组424。高压初级绕组424可耦合于功率电网179。变压器422还可包括耦合于定子总线406的中压(例如，6 KVAC)次级绕组426，和耦合于线路总线416的低压(例如，575 VAC、690 VAC等)辅助绕组428。应当认识到的是，变压器422可为如描绘的三绕组变压器，或者作为备选，可为仅具有初级绕组424和次级绕组426的双绕组变压器；可为具有初级绕组424、次级绕组426、和辅助绕组428以及附加的辅助绕组的四绕组变压器；或者可具有任何其它合适数量的绕组。
在实施例中，电气系统400还可包括各种断路器、熔断器、接触器以及其它装置，以控制和/或保护电气系统400的各种构件。例如，在实施例中，电气系统400可包括电网断路器430、定子总线断路器432，和/或线路总线断路器434。当电气系统400的状况接近电气系统400的操作阈值时，电气系统400的(多个)断路器430,432,434可连接电气系统400的对应构件或者使其断开连接。
根据本公开，在实施例中，电气系统400可包括能量存储装置436，能量存储装置436可操作地耦合于发电机118。在实施例中，能量存储装置436可为电池和/或超级电容器，其配置成从发电机118接收电荷并将电荷放出至功率电网179。因此，能量存储装置436可经由双向转换器438耦合于功率转换器408。例如，在实施例中，双向转换器438可以可操作地耦合于DC链路418。在实施例中，能量存储装置436可经由双向转换器438通信地耦合于控制器200，使得控制器200可指导能量存储装置436的操作，如本文中公开的。应当认识到的是，能量存储装置436可为预先存在的构件，其可操作地联接于风力涡轮100，诸如在其中风力涡轮100为混合发电设施的发电器材的实施例中。
仍然参照图4，并且还参照图5-9，呈现根据本公开的用于控制风力涡轮100的系统300的多个实施例。如图5中特别地示出的，示出可包括在系统300内的合适构件的一个实施例的示意图。例如，如示出的，系统300可包括控制器200，控制器200通信地耦合于(多个)操作传感器158和(多个)电网传感器156。此外，如示出的，控制器200包括一个或多个处理器206和相关联的(多个)存储装置208，其配置成执行各种计算机实施的功能(例如，执行方法、步骤、计算等，并且储存相关的数据，如本文中公开的)。此外，控制器200还可包括通信模块210，以促进控制器200与风力涡轮100的各种构件之间的通信。此外，通信模块210可包括传感器接口212(例如，一个或多个模拟-至-数字转换器)，以容许从(多个)传感器158,156传输的信号转换成可由处理器206理解和处理的信号。应当认识到的是，(多个)传感器158,156可使用任何合适的手段通信地耦合于通信模块210。例如，(多个)传感器158,156可经由有线连接耦合于传感器接口212。然而，在其它实施例中，(多个)传感器158,156可经由无线连接耦合于传感器接口212，诸如通过使用本领域已知的任何合适的无线通信协议。此外，通信模块210还可以可操作地耦合于操作状态控制模块214，其配置成改变至少一种风力涡轮操作状态。
如本文中使用的，用语“处理器”不仅是指本领域中被称为包括在计算机中的集成电路，而且还指控制器、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。此外，(多个)存储装置208可大体上包括(多个)存储元件，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，闪存)、软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能光盘(DVD)，和/或其它合适的存储元件。此类(多个)存储装置208可大体上配置成储存合适的计算机可读指令，该合适的计算机可读指令在由(多个)处理器206实施时将控制器200配置成执行各种功能(包括但不限于储存在振荡的峰值阶段期间由发电机118响应于瞬态事件产生的峰值阶段功率的至少部分，并且在如本文中描述的振荡的谷值阶段期间放出储存的电荷的至少部分)，以及各种其它合适的计算机实施的功能。
特别地参照图6-9，在实施例中，系统300的控制器200可接收功率电网179中发生的瞬态事件302的指示。瞬态电网事件302可导致扭转振动在风力涡轮100的动力传动系统146内的产生。就此而言，控制器200可配置成在瞬态事件302之后的瞬态电网事件恢复阶段(RGE)期间检测风力涡轮100的功率输出306中的振荡304。振荡304可包括至少一个峰值阶段308，其后接有谷值阶段310。(多个)峰值阶段308可被认为是大于瞬态事件302之前的功率输出的功率输出306的部分(例如，预瞬态电网事件(PGE)电压312)，而(多个)谷值阶段310可被认为是小于瞬态事件302之前的功率输出的功率输出306的部分。响应于检测振荡304，控制器200可将峰值阶段功率314的至少部分(例如，在(多个)峰值阶段308期间产生的发电机118的功率输出306的部分)储存在能量存储装置436中，能量存储装置436可操作地耦合于发电机118。使峰值阶段功率314的部分储存在能量存储装置436中可在能量存储装置436中建立存储电荷316。系统300可在振荡304的(多个)谷值阶段310期间将存储电荷316的至少部分318放出至功率电网179。使存储电荷316的部分318放出可减小输送至功率电网179的功率输出306(例如，输送功率322)的振荡304的振幅320。
在实施例中，瞬态电网事件302可为零电压穿越(ZVRT)事件、低电压穿越(LVRT)事件和/或高电压穿越(HVRT)事件，其中功率电网179的电压方面的快速变化或其影响诸如通过(多个)电网传感器156来检测。例如，在实施例中，LVRT事件可以以电压降低为特征，该电压降低为预瞬态电网事件(PGE)电压的至少50%。在附加的实施例中，电压降低可小于或等于预瞬态电网事件(PGE)电压的70%。应当认识到的是，在实施例中，遍及瞬态电网事件302维持预瞬态电网事件(PGE)电压312的至少30%可促进风力涡轮100从瞬态电网事件302中的恢复，因为维持的电压可提供初始阻力，对抗该初始阻力可产生和增加发电机扭矩。
在实施例中，瞬态事件302可由控制器200基于指示瞬态事件302的从传感器(例如，电网传感器156)接收的数据来检测。在此类实施例中，电网传感器156可以可操作地耦合在功率转换器408的线路侧和与功率电网179互连的点之间。例如，由控制器200接收的数据可指示功率电网179的电压方面的快速变化。
在实施例中，瞬态事件302可由控制器200基于风力涡轮100的动力传动系统扭矩303方面的变化来检测。例如，在实施例中，控制器200可从(多个)操作传感器158接收指示多个操作参数301的数据。在实施例中，多个操作参数301可对应于转子108和/或发电机118的操作参数。例如，多个操作参数301可指示转子速度、转子角位移、转子角加速度、发电机速度、发电机角位移，和/或发电机角加速度。因此，控制器200可利用多个操作参数301来确定动力传动系统扭矩303方面的变化，其可指示瞬态事件302。
响应于瞬态电网事件302，在实施例中，控制器200可经由动力传动系统阻尼器控制模块216生成阻尼扭矩命令324。阻尼扭矩命令324可建立由瞬态电网事件302引起的扭转振动的默认阻尼水平326。可计算阻尼扭矩命令324，以增加动力传动系统146的自然阻尼，由此降低扭转振动的量值、频率和/或持续时间。然而，应当认识到的是，功率输出306中的振荡304可持续，直到扭转振动减小至预瞬态电网事件(PGE)振动水平。
为了减小输送功率322的振荡304的振幅320，在实施例中，控制器200可确定针对风力涡轮100的功率输出306相对于瞬态事件302之前的风力涡轮100的功率输出/功率水平的偏差的上阈值328。在实施例中，控制器200还可确定针对功率输出306相对于瞬态事件302之前的功率输出的偏差的下阈值330。上阈值328和下阈值330可限定振荡容限带332。
如329处描绘的，在实施例中，控制器200可确定超过上阈值328的峰值阶段功率314的部分。在实施例中，经由能量存储装置436储存的峰值阶段功率314的部分可为超过上阈值328的峰值阶段功率314的部分，如图8和图9中特别地描绘的。换句话说，在(多个)峰值阶段308期间由发电机118生成的功率的量(如果输送至电网，则将超过电网限制(例如，上阈值328))可转移至能量存储装置436，而在(多个)峰值阶段308期间生成的功率的其余部分输送至电网179。
如331处描绘的，在实施例中，控制器200可确定低于下阈值330的谷值阶段功率334的部分。在实施例中，放出的存储电荷316的部分318可对应于低于下阈值330的谷值阶段功率334的部分。在此类实施例中，谷值阶段功率334可对应于在振荡304的(多个)谷值阶段310期间生成的功率输出306的部分。换句话说，通过当由发电机118生成的功率低于最低需求(例如，下阈值330)时放出存储电荷316的部分318，系统300可阻止功率电网179检测(例如，查看)功率输出306的不可接受的下降。
在实施例中，上阈值328和下阈值330可为第一上阈值和第一下阈值，它们在瞬态事件302之后的第一间隔336处应用。在此类实施例中，系统300可确定针对功率输出306相对于瞬态事件302之前的风力涡轮100的功率输出的第二上阈值338和第二下阈值340。在实施例中，第二上阈值338和第二下阈值340可在第一间隔336之后的第二间隔342处应用。相比较于第一上阈值328和第一下阈值330，第二上阈值338和第二下阈值340可具有与瞬态事件302之前的功率输出的较小偏差。应当认识到的是，第二上阈值338和第二下阈值340可促进符合功率电网179需求，从而随着从瞬态事件302起经过的时间增加，使越来越稳定的功率输出306成为必要。
还应当认识到的是，第一组阈值328,330和第二组阈值338,340的利用可促进更加定制的控制方案于是可在仅利用单组阈值的情况下为可用的。例如，在实施例中，如果更具限制性的第二上阈值330和第二下阈值340在瞬态电网事件恢复阶段(RGE)开始时实施，则将转移至能量存储装置436的峰值阶段功率314的部分的量值可超过风力涡轮100的构件的容量。
如344处描绘的，控制器200可配置成确定振荡304的振幅320的量值(例如，功率输出306与预瞬态电网事件(PGE)电压312的偏差)是否在振荡容限带332内。在其中振荡304超过振荡容限带332的实施例中，控制器200可针对随后的振荡而重复系统300的储存和放出步骤，直到功率输出306的偏差保持在振荡容限带332内。然而，在其中风力涡轮100的功率输出306的偏差保持在振荡容限带332内的实施例中，控制器可将存储电荷316的剩余部分346放出至功率电网179。
系统300的实施例的示例性操作在图9中描绘。如描绘的，在其中不省略系统300的控制的实施例中，图9A表示功率输出306的振荡304。就此而言，图9A可表示响应于瞬态事件302的风力涡轮100的自然功率输出306。相比之下，图9B描绘可在峰值阶段308期间经由能量存储装置436储存的峰值阶段功率314的部分，和可在相应的谷值阶段310期间放出的存储电荷316的对应部分318。如图9B中描绘的，在实施例中，系统300的储存和放出步骤可针对随后的振荡而重复，直到风力涡轮100的功率输出306的偏差保持在振荡容限带332内。在实施例中，图9C可表示系统300对输送功率322的影响。如图9C中描绘的，在实施例中，可超过上阈值328的峰值阶段功率314的任何部分可不输送至功率电网179，而功率输出306可通过存储电荷316增加，以使输送功率322保持在下阈值330以上。因此，输送功率322可符合控制风力涡轮100的功率输出306中的偏差的电网需求。应当认识到的是，图9C中描绘的波形不旨在将输送功率322限制为特定波形。相反，图9C指示输送功率322(如由功率电网179所经历的)可保持在上阈值328与下阈值330之间。例如，在实施例中，输送功率322(如由功率电网179所经历的)可具有正弦或其它合适的波形，其具有减小的振幅320。
再次特别地参照图6，在实施例中，使存储电荷316的部分318放出可包括确定(多个)谷值阶段310的持续时间348。基于该确定，控制器200可使存储电荷316的部分318的放出持续时间350与(多个)谷值阶段310的持续时间348同步。应当认识到的是，使放出持续时间350与(多个)谷值阶段310的持续时间348同步可将输出功率306的增加限制至其中功率输出306低于预瞬态电网事件(PGE)电压312的时期，并且因此限制至其中增加可为有益的时期。
在实施例中，控制器200可确定在(多个)谷值阶段310期间的振荡304的斜坡率352和振幅320。如354处描绘的，在实施例中，控制器200可使存储电荷316的部分318的放出与(多个)谷值阶段310期间的振荡304的斜坡率352和振幅320同步。例如，在实施例中，存储电荷316的部分318的放出可确定形状成与(多个)谷值阶段310期间的振荡304的形状一致。换句话说，以描述的方式使放出同步可有助于仅提供与可在(多个)谷值阶段310的每个时刻增加功率输出306所需的功率一样多的功率。还应当认识到的是，在没有使放出与振荡304同步的情况下放出存储电荷316的部分318可导致放出存储电荷316的过量或不足部分，相对于增加功率输出306以便满足功率电网179的需求所需的附加功率量。
如图7中示出的，系统300的附加方面可并入在如由图6描绘的框B1内。就此而言，如356处描绘的，在实施例中，系统300可包括经由控制器200的振荡补偿控制模块218来确定响应于振荡304的检测由能量存储装置436储存的峰值阶段功率314的部分的量值。如358处描绘的，在实施例中，振荡补偿控制模块218还可确定在(多个)谷值阶段310的检测时放出的存储电荷316的部分318的量值。基于存储电荷316和放出部分318的确定的量值，振荡补偿控制模块218可生成用于风力涡轮100的功率转换器408的线路侧转换器414的设定点命令，其被计算以实现确定的量值。
在实施例中，振荡补偿控制模块218可接收来自(多个)操作传感器158的多个操作参数301，和来自动力传动系统阻尼器控制模块216的阻尼扭矩命令324。在实施例中，多个操作参数301可指示滑差量值、发电机速度，以及多个电压和电流。多个电压和电流可包括定子电压和电流、转子电压和电流，以及三相功率中的每个处的线路侧电压和电流。
基于操作参数301和阻尼扭矩命令324中的一个或多个，振荡补偿控制模块218可在实施例中确定用于功率输出306的多个振荡参数362。多个振荡参数362可描述振荡304的特性。用于风力涡轮100的功率输出306的多个振荡参数362可基于滑差量值、发电机速度以及阻尼扭矩命令324来确定。
如364处描绘的，在实施例中，振荡补偿控制模块218可对多个振荡参数362进行滤波，以便获得多个振荡功率分量366。多个振荡分量366可包括定子振荡功率368、转子振荡功率370，以及线路侧振荡功率372。因此，在实施例中，振荡补偿控制模块218可至少部分地基于多个振荡功率分量366中的至少一个来确定由能量存储装置436储存的峰值阶段功率314的部分的量值。
如374处描绘的，在实施例中，振荡补偿控制模块218可基于多个操作参数301来确定瞬态事件302的量值。在实施例中，瞬态事件302的量值可在376处与量值阈值378比较。在其中瞬态事件302的量值不超过量值阈值378的实施例中，振荡补偿控制模块218可启动第一操作模式380。如382处描绘的，第一操作模式380可包括储存和放出转子振荡功率370。在其中瞬态事件302的量值超过量值阈值378的实施例中，振荡补偿控制模块218可启动第二操作模式384。如386处描绘的，第二操作模式384可包括储存和放出转子振荡功率370和定子振荡功率368两者。应当认识到的是，第一操作模式380和第二操作模式384的采用可促进储存和放出步骤针对瞬态事件374的量值以及因此至所产生振荡304的定制。
此外，技术人员将认识到来自不同实施例的各种特征的可互换性。类似地，根据本公开的原理，描述的各种方法步骤和特征以及针对每个此类方法和特征的其它已知等同物可由本领域普通技术人员来混合和匹配，以构建附加的系统和技术。当然，将理解的是，不一定可根据任何特定的实施例来实现以上描述的所有此类目的或优点。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本文中描述的系统和技术可以以实现或优化如本文中教导的一个优点或一组优点的方式来实施或实行，而不必实现如可在本文中教导或建议的其它目的或优点。
该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使任何本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可授予专利权的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实例。如果这些其它实例包括不与权利要求书的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求书的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求书的范围内。
本发明的另外的方面由以下条款的主题提供：
条款1.一种用于控制连接于功率电网的风力涡轮的方法，所述风力涡轮包括发电机，所述方法包括：经由控制器接收所述功率电网中发生的瞬态事件的指示；在所述瞬态事件之后的瞬态事件恢复阶段期间，经由所述控制器检测所述风力涡轮的功率输出中的振荡，所述振荡包括关于所述瞬态事件之前的所述功率输出的、后接有谷值阶段的峰值阶段；响应于检测所述振荡，将峰值阶段功率的至少部分储存在能量存储装置中，所述能量存储装置可操作地耦合于所述发电机，以建立存储电荷，其中所述峰值阶段功率对应于所述峰值阶段期间的功率输出；以及在所述振荡的所述谷值阶段期间，将所述存储电荷的至少部分放出至所述功率电网，以便减小输送至所述功率电网的所述功率输出的所述振荡的振幅。
条款2.根据条款1所述的方法，其中使所述存储电荷的所述至少部分放出还包括：经由所述控制器确定所述谷值阶段的持续时间；以及将所述存储电荷的所述部分的所述放出的持续时间与所述谷值阶段的所述持续时间同步。
条款3.根据任何前述条款所述的方法，还包括：经由所述控制器确定所述谷值阶段期间的所述振荡的斜坡率和振幅；以及使所述存储电荷的所述部分的所述放出与所述谷值阶段期间的所述振荡的所述斜坡率和所述振幅同步。
条款4.根据任何前述条款所述的方法，还包括：确定针对所述风力涡轮的所述功率输出相对于所述瞬态事件之前的所述风力涡轮的所述功率输出的偏差的上阈值和下阈值，所述上阈值和所述下阈值限定振荡容限带，并且其中经由所述能量存储装置储存的所述峰值阶段功率的所述部分为超过所述上阈值的所述峰值阶段功率的部分；经由所述控制器确定低于所述下阈值的所述谷值阶段功率的部分，其中放出的所述存储电荷的所述部分对应于低于所述下阈值的所述谷值阶段功率的所述部分，其中所述谷值阶段功率对应于所述谷值阶段期间的功率输出部分；以及针对随后的振荡而重复所述储存和放出步骤，直到所述风力涡轮的所述功率输出的所述偏差保持在所述振荡容限带内。
条款5.根据任何前述条款所述的方法，其中所述上阈值和所述下阈值为第一上阈值和第一下阈值，它们在所述瞬态事件之后的第一间隔处应用，所述方法还包括：确定针对所述风力涡轮的所述功率输出相对于所述瞬态事件之前的所述功率输出的第二上阈值和第二下阈值，其中所述第二上阈值和所述第二下阈值在所述第一间隔之后的第二间隔处应用，并且相比较于所述第一上阈值和所述第一下阈值，具有与所述瞬态事件之前的所述功率输出的较小的偏差。
条款6.根据任何前述条款所述的方法，还包括：当所述风力涡轮的所述功率输出的所述偏差保持在所述振荡容限带内时，以剩余放出率将所述存储电荷的剩余部分放出至所述功率电网。
条款7.根据任何前述条款所述的方法，还包括：响应于所述振荡的所述检测，经由所述控制器的振荡补偿控制模块来确定由所述能量存储装置储存的所述峰值阶段功率的所述部分的量值；经由所述振荡补偿控制模块，确定在所述谷值阶段的所述检测时放出的所述存储电荷的所述部分的量值；以及经由所述振荡补偿控制模块，生成用于所述风力涡轮的功率转换器的线路侧转换器的设定点命令，以便获得所确定的存储电荷和放出。
条款8.根据任何前述条款所述的方法，还包括：经由所述振荡补偿控制模块来接收多个操作参数；经由所述振荡补偿控制模块，接收来自所述风力涡轮的动力传动系统阻尼系统的阻尼扭矩命令；经由所述振荡补偿控制模块，基于所述操作参数和所述阻尼扭矩命令中的一个或多个来确定用于所述风力涡轮的所述功率输出的多个振荡参数；经由所述振荡补偿控制模块，对所述多个振荡参数进行滤波，以获得多个振荡功率分量，所述多个振荡功率分量包括定子振荡功率、转子振荡功率以及线路侧振荡功率中的至少一个；以及经由所述振荡补偿控制模块，至少部分地基于所述多个振荡功率分量中的至少一个来确定由所述能量存储装置储存的所述峰值阶段功率的所述部分的量值。
条款9.根据权利要求8所述的方法，还包括：经由所述振荡补偿控制模块，基于所述多个操作参数来确定所述瞬态事件的量值；以及经由所述振荡补偿控制模块，基于所述瞬态事件的所述量值来启动第一操作模式或第二操作模式中的一个，其中所述第一操作模式包括储存和放出所述转子振荡功率，并且其中所述第二操作模式包括储存和放出所述转子振荡功率和所述定子振荡功率两者。
条款10.根据任何前述条款所述的方法，其中所述多个操作参数指示滑差量值、发电机速度以及多个电压和电流，所述多个电压和电流包括定子电压和电流、转子电压和电流以及三相功率中的每个处的线路侧电压和电流，并且其中确定用于所述风力涡轮的所述功率输出的所述多个振荡参数是基于所述滑差量值、所述发电机速度以及所述阻尼扭矩命令。
条款11.根据任何前述条款所述的方法，其中所述能量存储装置包括电池和超级电容器中的至少一个。
条款12.根据任何前述条款所述的方法，其中接收所述功率电网中发生的所述瞬态事件的所述指示还包括：经由所述控制器从传感器接收指示所述瞬态事件的数据，所述传感器可操作地耦合在所述风力涡轮的功率转换器的线路侧和与所述功率电网互连的点之间。
条款13.根据任何前述条款所述的方法，其中所述瞬态事件包括零电压穿越事件、低电压穿越事件，以及高电压穿越事件中的一个。
条款14.根据任何前述条款所述的方法，其中接收所述瞬态事件的所述指示还包括：经由所述控制器来检测指示所述瞬态事件的所述风力涡轮的动力传动系统扭矩方面的变化。
条款15.一种用于控制连接于功率电网的风力涡轮的系统，所述系统包括：发电机，其可操作地耦合于能量存储装置；以及控制器，其通信地耦合于所述发电机，所述控制器包括配置成执行多个操作的至少一个处理器，所述多个操作包括：接收所述功率电网中发生的瞬态事件的指示、在所述瞬态事件之后的瞬态事件恢复阶段期间，检测所述风力涡轮的功率输出中的振荡，所述振荡包括关于所述瞬态事件之前的所述功率输出的后接有谷值阶段的峰值阶段、响应于检测所述振荡，将所述峰值阶段期间的所述功率输出的至少部分储存在能量存储装置中，所述能量存储装置可操作地耦合于所述发电机，以建立存储电荷，以及在所述振荡的所述谷值阶段期间，将所述存储电荷的至少部分放出至所述功率电网，以便减小输送至所述功率电网的所述功率输出的所述振荡的振幅。
条款16.根据任何前述条款所述的系统，其中使所述存储电荷的至少部分放出还包括：确定所述谷值阶段的持续时间；以及将所述存储电荷的所述部分的所述放出的持续时间与所述谷值阶段的所述持续时间同步。
条款17.根据任何前述条款所述的系统，其中所述多个操作还包括：确定针对所述风力涡轮的所述功率输出相对于所述瞬态事件之前的所述风力涡轮的所述功率输出的偏差的上阈值和下阈值，所述上阈值和所述下阈值限定振荡容限带，其中经由所述能量存储装置储存的所述峰值阶段功率的所述部分为超过所述上阈值的所述峰值阶段功率的部分；确定低于所述下阈值的所述谷值阶段功率的部分，其中放出的所述存储电荷的所述部分对应于低于所述下阈值的所述谷值阶段功率的所述部分；以及针对随后的振荡而重复所述储存和放出步骤，直到所述风力涡轮的所述功率输出的所述偏差保持在所述振荡容限带内。
条款18.根据任何前述条款所述的系统，其中所述多个操作还包括：确定由所述能量存储装置储存的所述峰值阶段功率的所述部分的量值；确定在所述谷值阶段的所述检测时放出的所述存储电荷量；以及生成用于所述风力涡轮的功率转换器的线路侧转换器的设定点命令，以便获得所确定的存储电荷和放出。
条款19.根据任何前述条款所述的系统，其中所述多个操作还包括：接收指示滑差量值、发电机速度以及多个电压和电流的多个操作参数，所述多个电压和电流包括定子电压和电流、转子电压和电流以及三相功率中的每个处的线路侧电压和电流；接收来自所述风力涡轮的动力传动系统阻尼系统的阻尼扭矩命令；基于所述滑差量值、所述发电机速度以及所述阻尼扭矩命令来确定用于所述风力涡轮的所述功率输出的多个振荡参数；经由所述振荡补偿控制模块，对所述多个振荡参数进行滤波，以获得多个振荡功率分量，所述多个振荡功率分量包括定子振荡功率、转子振荡功率以及线路侧振荡功率中的至少一个；以及经由所述振荡补偿控制模块，至少部分地基于所述多个振荡功率分量中的至少一个来确定由所述能量存储装置储存的所述峰值阶段功率的所述部分的量值。
条款20.根据任何前述条款所述的系统，其中所述多个操作还包括：经由所述控制模块，基于所述多个操作参数来确定所述瞬态事件的量值；以及经由所述控制模块，基于所述瞬态事件的所述量值来启动第一操作模式或第二操作模式中的一个，其中所述第一操作模式包括储存和放出所述转子振荡功率，并且其中所述第二操作模式包括储存和放出所述转子振荡功率和所述定子振荡功率两者。

Claims (10)

1.一种用于控制连接于功率电网的风力涡轮的方法，所述风力涡轮包括发电机，所述方法包括：
经由控制器接收所述功率电网中发生的瞬态事件的指示；
在所述瞬态事件之后的瞬态事件恢复阶段期间，经由所述控制器检测所述风力涡轮的功率输出中的振荡，所述振荡包括关于所述瞬态事件之前的所述功率输出的、后接有谷值阶段的峰值阶段；
响应于检测所述振荡，将峰值阶段功率的至少部分储存在能量存储装置中，所述能量存储装置可操作地耦合于所述发电机，以建立存储电荷，其中，所述峰值阶段功率对应于所述峰值阶段期间的功率输出；以及
在所述振荡的所述谷值阶段期间，将所述存储电荷的至少部分放出至所述功率电网，以便减小输送至所述功率电网的所述功率输出的所述振荡的振幅。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，使所述存储电荷的至少所述部分放出还包括：
经由所述控制器确定所述谷值阶段的持续时间；以及
将所述存储电荷的所述部分的所述放出的持续时间与所述谷值阶段的所述持续时间同步。
3. 根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括：
经由所述控制器确定所述谷值阶段期间的所述振荡的斜坡率和振幅；以及
使所述存储电荷的所述部分的所述放出与所述谷值阶段期间的所述振荡的所述斜坡率和所述振幅同步。
4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
确定针对所述风力涡轮的所述功率输出相对于所述瞬态事件之前的所述风力涡轮的所述功率输出的偏差的上阈值和下阈值，所述上阈值和所述下阈值限定振荡容限带，并且其中经由所述能量存储装置储存的所述峰值阶段功率的所述部分为超过所述上阈值的所述峰值阶段功率的部分；
经由所述控制器确定低于所述下阈值的谷值阶段功率的部分，其中，放出的所述存储电荷的所述部分对应于低于所述下阈值的所述谷值阶段功率的所述部分，其中，所述谷值阶段功率对应于所述谷值阶段期间的功率输出部分；以及
针对随后的振荡而重复所述储存和放出步骤，直到所述风力涡轮的所述功率输出的所述偏差保持在所述振荡容限带内。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述上阈值和下阈值为第一上阈值和第一下阈值，它们在所述瞬态事件之后的第一间隔处应用，所述方法还包括：
确定针对所述风力涡轮的所述功率输出相对于所述瞬态事件之前的所述功率输出的第二上阈值和第二下阈值，其中所述第二上阈值和第二下阈值在所述第一间隔之后的第二间隔处应用，并且相比较于所述第一上阈值和所述第一下阈值，具有与所述瞬态事件之前的所述功率输出的较小的偏差。
6.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括：
当所述风力涡轮的所述功率输出的所述偏差保持在所述振荡容限带内时，以剩余放出率将所述存储电荷的剩余部分放出至所述功率电网。
7.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
响应于所述振荡的所述检测，经由所述控制器的振荡补偿控制模块来确定由所述能量存储装置储存的所述峰值阶段功率的所述部分的量值；
经由所述振荡补偿控制模块，确定在所述谷值阶段的所述检测时放出的所述存储电荷的所述部分的量值；以及
经由所述振荡补偿控制模块，生成用于所述风力涡轮的功率转换器的线路侧转换器的设定点命令，以便获得所确定的存储电荷和放出。
8.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括：
经由所述振荡补偿控制模块来接收多个操作参数；
经由所述振荡补偿控制模块，接收来自所述风力涡轮的动力传动系统阻尼系统的阻尼扭矩命令；
经由所述振荡补偿控制模块，基于所述操作参数和所述阻尼扭矩命令中的一个或多个来确定用于所述风力涡轮的所述功率输出的多个振荡参数；
经由所述振荡补偿控制模块，对所述多个振荡参数进行滤波，以获得多个振荡功率分量，所述多个振荡功率分量包括定子振荡功率、转子振荡功率以及线路侧振荡功率中的至少一个；以及
经由所述振荡补偿控制模块，至少部分地基于所述多个振荡功率分量中的至少一个来确定由所述能量存储装置储存的所述峰值阶段功率的所述部分的量值。
9. 根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括：
经由所述振荡补偿控制模块，基于所述多个操作参数来确定所述瞬态事件的量值；以及
经由所述振荡补偿控制模块，基于所述瞬态事件的所述量值来启动第一操作模式或第二操作模式中的一个，其中，所述第一操作模式包括储存和放出所述转子振荡功率，并且其中，所述第二操作模式包括储存和放出所述转子振荡功率和所述定子振荡功率两者。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述多个操作参数指示滑差量值、发电机速度以及多个电压和电流，所述多个电压和电流包括定子电压和电流、转子电压和电流以及三相功率中的每个处的线路侧电压和电流，并且其中，确定用于所述风力涡轮的所述功率输出的所述多个振荡参数是基于所述滑差量值、所述发电机速度以及所述阻尼扭矩命令。
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