CN114765437A - 用来解决传动系阻尼器振荡的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文中所描述的系统和方法提供具有连接到功率电网的双馈发电机的功率生成资产的电网形成控制。相应地，对于发电机确定定子频率误差。定子频率误差的分量被识别为对应于传动系扭转振动频率的扭转分量以及定子分量。基于该定子分量，确定对于发电机的功率输出要求。将这个功率输出要求与阻尼功率命令进行组合，以便得出对于发电机的合并功率要求。基于该合并功率要求，确定对于发电机的至少一个控制命令，并且变更发电机的操作状态。

Description

用来解决传动系阻尼器振荡的系统和方法
技术领域
本公开一般涉及电网形成（grid-forming）功率生成资产，并且更特别地涉及用于解决（address）电网形成功率生成资产中的传动系阻尼器振荡的系统和方法。
背景技术
如本文中所公开的，功率生成资产可采取各种形式，并且可包括依赖可再生和/或不可再生能量源的功率生成资产。依赖可再生能量源的那些功率生成资产通常可被认为是目前可用的最清洁、环境最友好的能量源之一。例如，风力涡轮在这方面已经获得了越来越多的关注。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。机舱包括耦合到齿轮箱并且耦合到发电机的转子组合件。转子组合件和齿轮箱安装在位于机舱内的底座（bedplate）支持框架上。转子叶片使用已知的翼型件原理捕获风的动能。转子叶片以旋转能的形式传送动能，以便转动轴，该轴将转子叶片耦合到齿轮箱，或者如果不使用齿轮箱，则该轴将转子叶片直接耦合到发电机。发电机然后将机械能转换成电能，并且电能可被传送到容纳在塔架内的转换器和/或变压器，并且随后被部署到公用电网。现代的风功率生成系统通常采取具有多个风力涡轮发电机的风电场（wind farm）的形式，所述风力涡轮发电机可操作以将功率供应到传输系统，所述传输系统将功率提供到功率电网。
风力涡轮可被区分在两种类型中：固定速度涡轮和可变速度涡轮。通常，可变速度风力涡轮作为连接到功率电网的电流源被控制。换言之，可变速度风力涡轮依赖由锁相环（PLL）检测的电网频率以作为参考，并且将指定量的电流注入到电网中。风力涡轮的常规电流源控制基于以下假设：电网电压波形是具有固定频率和幅度的基本电压波形，并且风功率到电网中的渗透（penetration）足够低，以便不引起对电网电压幅度和频率的扰动。因此，风力涡轮基于基本电压波形简单地将指定电流注入到电网中。然而，随着风功率的快速增长，到一些电网中的风功率渗透已经增大到其中风力涡轮发电机对电网电压和频率有显著影响的程度。当风力涡轮位于弱电网中时，风力涡轮功率波动可导致电网电压中的幅度和频率变化中的增大。这些波动可能不利地影响风力涡轮电流控制和PLL的稳定性和性能。
因此，可期望将异步功率生成资产（诸如一些风力涡轮）作为电网形成资产来操作。通常，电网形成型转换器可提供电压源特性，其中电压的幅度和角度被控制以实现由电网所需要的调节功能。利用这个结构，电流将根据电网的需求而流动，同时转换器有助于建立对于电网的电压和频率。这个特性与基于驱动同步机器的涡轮的常规发电机相当。因此，异步功率生成资产可与连接到电网的其它电网形成源（诸如基于化石燃料的发电机）分担电网形成的负担。
除了向功率电网提供电网形成功率之外，功率生成资产通常还必须符合某些电网要求。例如，可要求功率生成资产提供故障穿越（fault-ride through）（例如，低电压穿越）能力。这个要求可授权（mandate）功率生成资产在一个或多个瞬态电网事件（诸如电网故障）期间保持连接到功率电网。如本文中所使用的，术语“电网故障”、“故障”或类似术语旨在涵盖电网电压在某个持续时间内的幅度中的变化。例如，当发生电网故障时，系统的电压可在短的持续时间（例如，通常小于500毫秒）内降低显著部分。另外，可能出于各种原因发生电网故障，包括但不限于相导体连接到地（即，接地故障）、相导体之间短路、闪电和/或风暴和/或偶然发生的传输线路接地。
在过去，风力涡轮可能已经响应于电压降低而立即断开连接，但是随着风力涡轮的功率产生已经增加为功率电网的功率的百分比，对于风力涡轮的用来保持在线并且穿越瞬态电网事件的期望已经增加。然而，瞬态电网事件的电压降低可在转子的旋转速度可基本上保持不变的同时导致发电机的扭矩显著降低。因此，当电网电压返回到故障前的水平时，发电机的扭矩与转子的惯性之间的不匹配可导致风力涡轮的传动系中的不期望的扭转振动（torsional vibration）。扭转振动可表现为由风力涡轮产生的功率中的超出某些功率电网限制的振荡。
通常，功率生成资产可配备有阻尼系统（诸如传动系阻尼器），该阻尼系统可生成发电机设定点，该发电机设定点被配置成迅速地阻尼由瞬态电网事件引起的振荡。然而，当作为电网形成资产操作时，来自阻尼系统的命令可能与试图得出（develop）用来形成电网功率所要求的电网电压和频率的功率生成资产的设定点命令相干扰，或者被其否定。
因此，本公开针对用于在向功率电网提供电网形成控制的同时解决传动系阻尼器振荡以解决上述问题的系统和方法。
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，或可从描述中明白，或可通过本发明的实践来学习。
在一个方面中，本公开针对一种用于提供连接到功率电网的双馈发电机的电网形成控制的方法。该方法可包括经由控制器的频率模块确定对于发电机的定子频率误差。该方法还可包括经由频率模块的控制器整形（shaping）模块确定定子频率误差的定子分量和扭转分量（torsional component）。扭转分量可对应传动系扭转振动频率。另外，该方法可包括经由频率模块至少部分地基于定子频率误差的定子分量来确定对于发电机的功率输出要求。功率输出要求可经由频率模块与阻尼功率命令进行组合，以便得出对于发电机的合并（consolidated）功率要求。阻尼功率命令可响应于扭转振动频率而生成。至少部分地基于合并功率要求，控制器可确定对于发电机的至少一个控制命令。另外，该方法可包括响应于（一个或多个）控制命令而改变发电机的操作状态，以便输出电网形成电压和频率。
在实施例中，定子频率误差可包括参考频率与定子输出频率之间的差。
在附加实施例中，确定对于发电机的（一个或多个）控制命令可包括经由控制器至少部分地基于合并功率要求来确定转子电压设定点。
在另外的实施例中，该方法可包括经由控制器监测发电机的三相定子电压和电流。另外，该方法可包括经由控制器的abc至dq转变模块（transfer module）将三相定子电压和电流变换到d-q参考系，以便确定对于电流和电压的d分量和q分量。该方法还可包括经由控制器的锁相环模块基于定子电压的d分量来确定定子输出频率。
在又一实施例中，定子输出频率的定子分量可包括直流（DC）值，并且定子输出频率的扭转分量可包括正弦频率。
在实施例中，确定定子频率误差的定子分量和扭转分量还可包括经由频率模块在扭转振动频率建立零增益值，以及经由频率模块为不对应扭转振动频率的定子频率误差的值建立非零增益值。
在附加实施例中，非零增益值可在定子频率误差具有最小值时具有最大值，并且可随着定子频率误差中的增大而减小。
在另外的实施例中，该方法可包括经由控制器的电压模块来确定对于发电机的定子电压误差。定子电压误差可包括参考电压与定子输出电压之间的差。定子输出电压可以是定子电压的q分量。另外，该方法可包括经由电压模块至少部分地基于定子电压误差来确定所要求的转子电压d分量。
在又一实施例中，确定对于发电机的（一个或多个）控制命令可包括经由频率模块至少部分地基于合并功率要求来确定所要求的转子电压q分量。另外，该方法可包括经由控制器的dq至abc变换模块将所要求的转子电压d分量与所要求的转子电压q分量进行组合，以便生成转子电压设定点。
在又一实施例中，该方法可包括经由控制器接收参考频率。参考频率可对应发电机的对于支持功率电网的频率所要求的输出频率。另外，该方法可包括经由控制器接收参考电压。参考电压可对应发电机的对于支持功率电网所要求的输出电压幅度。
在实施例中，阻尼功率命令可由传动系阻尼模块生成，该传动系阻尼模块被配置成阻尼由瞬态电网事件引起的扭转振动。
在附加实施例中，该方法可包括经由控制器检测风力涡轮在瞬态电网事件之后的瞬态事件恢复阶段期间的功率输出中的振荡。响应于检测到振荡，该方法可包括将振荡功率的至少一部分存储在可操作地耦合到发电机的能量存储装置中。
在另一方面中，本公开针对一种用于操作功率生成资产以便提供电网形成控制的系统。该系统可包括连接到功率电网的双馈发电机，以及通信地耦合到功率转换器的控制器。控制器可包括被配置成执行多个操作的多个模块和至少一个处理器。多个操作可包括本文中描述的操作和/或特征中的任何操作和/或特征。
本发明提供一组技术方案，如下。
技术方案1. 一种用于提供连接到功率电网的双馈发电机的电网形成控制的方法，所述方法包括：
经由控制器的频率模块确定对于所述发电机的定子频率误差；
经由所述频率模块的控制器整形模块确定所述定子频率误差的定子分量和扭转分量，其中所述扭转分量对应传动系扭转振动频率；
经由所述频率模块至少部分地基于所述定子频率误差的所述定子分量来确定对于所述发电机的功率输出要求；
经由所述频率模块将所述功率输出要求与阻尼功率命令进行组合，以便得出对于所述发电机的合并功率要求，其中所述阻尼功率命令响应于所述传动系扭转振动频率而生成；
经由所述控制器至少部分地基于所述合并功率要求来确定对于所述发电机的至少一个控制命令；以及
响应于所述至少一个控制命令而改变所述发电机的操作状态，以便输出电网形成电压和频率。
技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述定子频率误差包括参考频率与定子输出频率之间的差。
技术方案3. 根据技术方案2所述的方法，其中，确定对于所述发电机的所述至少一个控制命令进一步包括：
经由所述控制器至少部分地基于所述合并功率要求来确定转子电压设定点。
技术方案4. 根据技术方案2所述的方法，进一步包括：
经由所述控制器监测所述发电机的三相定子电压和电流；
经由所述控制器的abc至dq转变模块将所述三相定子电压和电流变换到d-q参考系，以便确定对于电流和电压的d分量和q分量；以及
经由所述控制器的锁相环模块确定所述定子输出频率。
技术方案5. 根据技术方案4所述的方法，其中，所述定子输出频率的所述定子分量包括DC值，并且其中所述定子输出频率的所述扭转分量包括正弦频率。
技术方案6. 根据技术方案5所述的方法，其中，确定所述定子频率误差的所述定子分量和所述扭转分量进一步包括：
经由所述频率模块在所述扭转振动频率建立零增益值；以及
经由所述频率模块为不对应所述扭转振动频率的所述定子频率误差的值建立非零增益值。
技术方案7. 根据技术方案6所述的方法，其中，所述非零增益值在所述定子频率误差具有最小值时具有最大值，并且随着所述定子频率误差中的增大而减小。
技术方案8. 根据技术方案4所述的方法，进一步包括：
经由所述控制器的电压模块确定对于所述发电机的定子电压误差，所述定子电压误差包括参考电压与定子输出电压之间的差，其中所述定子输出电压是所述定子电压的所述q分量；以及
经由所述电压模块至少部分地基于所述定子电压误差来确定所要求的转子电压d分量。
技术方案9. 根据技术方案8所述的方法，其中，确定对于所述发电机的所述至少一个控制命令进一步包括：
经由所述频率模块至少部分地基于所述合并功率要求来确定所要求的转子电压q分量；以及
经由所述控制器的dq至abc变换模块将所要求的转子电压d分量与所要求的转子电压q分量进行组合，以便生成转子电压设定点。
技术方案10. 根据技术方案2所述的方法，进一步包括：
经由所述控制器接收所述参考频率，其中所述参考频率对应所述发电机的对于支持所述功率电网的所述频率所要求的输出频率；以及
经由所述控制器接收所述参考电压，其中所述参考电压对应所述发电机的对于支持所述功率电网所要求的输出电压幅度。
技术方案11. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述阻尼功率命令由传动系阻尼模块生成，所述传动系阻尼模块被配置成阻尼由瞬态电网事件引起的扭转振动。
技术方案12. 根据技术方案11所述的方法，进一步包括：
经由所述控制器检测功率生成资产在所述瞬态电网事件之后的瞬态事件恢复阶段期间的功率输出中的振荡；以及
响应于检测到所述振荡，将振荡功率中的至少一部分存储在可操作地耦合到所述发电机的能量存储装置中。
技术方案13. 一种用于操作功率生成资产以便提供电网形成控制的系统，所述系统包括：
双馈发电机，所述双馈发电机连接到功率电网；以及
控制器，所述控制器通信地耦合到所述发电机，所述控制器包括被配置成执行多个操作的多个模块和至少一个处理器，所述多个操作包括：
经由所述控制器的频率模块确定对于所述发电机的定子频率误差，其中所述定子频率误差包括参考频率与定子输出频率之间的差；
经由所述频率模块的控制器整形模块确定所述定子频率误差的定子分量和扭转分量，其中所述扭转分量对应传动系扭转振动频率；
经由所述频率模块至少部分地基于所述定子频率误差的所述定子分量来确定对于所述发电机的功率输出要求；
经由所述频率模块将所述功率输出要求与阻尼功率命令进行组合，以便得出对于所述发电机的合并功率要求，其中所述阻尼功率命令响应于所述传动系扭转振动频率而生成；
至少部分地基于所述合并功率要求来确定对于所述发电机的至少一个控制命令；以及
响应于所述至少一个控制命令而改变和操作所述发电机的状态，以便输出电网形成电压和频率。
技术方案14. 根据技术方案13所述的系统，其中，确定对于所述发电机的所述至少一个控制命令进一步包括：
至少部分地基于所述合并功率要求来确定转子电压设定点。
技术方案15. 根据技术方案13所述的系统，其中，所述多个操作进一步包括：
监测所述发电机的三相定子电压和电流；
经由所述控制器的abc至dq转变模块将所述三相定子电压和电流变换到d-q参考系，以便确定对于电流和电压的d分量和q分量；以及
经由所述控制器的锁相环模块确定所述定子输出频率。
技术方案16. 根据技术方案15所述的系统，其中，所述定子输出频率的所述定子分量包括DC值，并且其中所述定子输出频率的所述扭转分量包括正弦频率。
技术方案17. 根据技术方案16所述的系统，其中，确定所述定子频率误差的所述定子分量和所述扭转分量进一步包括：
经由所述频率模块在所述扭转振动频率建立零增益值；以及
经由所述频率模块为不对应所述扭转振动频率的所述定子频率误差的值建立非零增益值。
技术方案18. 根据技术方案15所述的系统，其中，所述多个操作进一步包括：
经由所述控制器的电压模块确定对于所述发电机的定子电压误差，所述定子电压误差包括参考电压与定子输出电压之间的差，其中所述定子输出电压是所述定子电压的所述q分量；以及
经由所述电压模块至少部分地基于所述定子电压误差来确定所要求的转子电压d分量。
技术方案19. 根据技术方案18所述的系统，其中，确定对于所述发电机的所述至少一个控制命令进一步包括：
经由所述频率模块至少部分地基于所述合并功率要求来确定所要求的转子电压q分量；以及
经由所述控制器的dq至abc变换模块将所要求的转子电压d分量与所要求的转子电压q分量进行组合，以便生成转子电压设定点。
技术方案20. 根据技术方案18所述的系统，其中，所述多个操作进一步包括：
接收所述参考频率，其中所述参考频率对应所述发电机的对于支持所述功率电网的频率所要求的输出频率；以及
接收参考电压，其中所述参考电压对应所述发电机的对于支持所述功率电网所要求的输出电压幅度。
参考以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书并且构成本说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并且与该描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在参照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，其中：
图1图示根据本公开的被配置为风力涡轮的功率生成资产的一个实施例的透视图；
图2图示根据本公开的供与功率生成资产一起使用的电气系统的一个实施例的示意图；
图3图示根据本公开的供与功率生成资产一起使用的控制器的一个实施例的框图；
图4图示根据本公开的用于操作功率生成资产的控制逻辑的一个实施例的控制架构；以及
图5图示根据本公开的图4的控制逻辑的一个实施例的流程图。
本说明书和附图中的参考字符的重复使用旨在表示本发明的相同或类似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，在附图中示出了其一个或多个示例。每个示例通过解释本发明的方式来提供，而不是通过限制本发明的方式来提供。实际上，对于本领域技术人员将明白的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中作出各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分说明或描述的特征可以与另一个实施例一起使用以产生又一个实施例。因此，旨在的是，本发明覆盖如落入所附权利要求及它们的等同体的范围内的这类修改和变型。
如本文中所使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换地使用，以便将一个组件与另一组件区分开，并且不旨在表示个体组件的位置或重要性。
术语“耦合”、“固定”、“附接到”等指直接耦合、固定或附接以及通过一个或多个中间组件或特征的间接耦合、固定或附接两者，除非本文中另有指示。
如本文中贯穿说明书和权利要求书所使用的，近似语言被应用于修饰可容许地变化的任何定量表示，而不导致与其相关的基本功能中的改变。相应地，由一个或多个术语（诸如“大约”、“近似”和“基本上”）修饰的值不要被限制于所指定的精确值。在至少一些实例中，近似语言可对应用于测量该值的仪器的精度，或者用于构造或制造组件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可指在百分之10的余量内。
在此以及贯穿说明书和权利要求书，范围限制被组合和互换，这样的范围被识别并且包括在其中所包含的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。例如，本文中公开的所有范围包括端点，并且端点彼此独立地可组合。
通常，本公开针对用于提供连接到功率电网的功率生成资产的双馈发电机的电网形成控制的系统和方法。特别地，可采用本文中公开的系统和方法来在仍提供对于电网形成所要求的电网频率和电压的同时解决协调传动系振荡的阻尼。当被配置成支持电网形成时，如与电网跟随（grid-following）相反的，功率生成资产可被提供有对于功率生成资产的功率输出的参考（例如，目标）频率和电压。
为了提供所要求的频率和/或电压，控制器可经由多个模块将定子输出的频率与参考频率进行比较和/或将定子电压与参考电压进行比较。当定子频率和/或定子电压偏离对应的参考值时，控制器可生成设定点命令。设定点命令可影响发电机的转子，由此影响定子的输出，以使输出与参考频率对齐（alignment），以便支持电网形成。
除了支持电网形成之外，当功率生成资产遇到瞬态电网事件时，扭转振动可在恢复阶段期间产生。可期望阻尼扭转振动，以限制传递到电网的功率中的功率波动。为了阻尼扭转振动，功率生成资产可配备有模块（诸如传动系阻尼模块），所述模块可响应于检测到瞬态电网事件而生成对于发电机的扭矩设定点（例如，阻尼功率命令）。
然而，扭转振动可反映在定子输出频率中。由于控制器可被配置成提供电网形成控制（其可基于该频率相对于参考频率的偏差），因此控制器可作为对检测到的频率偏差的反应而建立至少一个控制命令。因此，在不采用本文中公开的系统和方法的情况下，控制器可生成至少一个控制命令，所述至少一个控制命令可能冲突于、超驰（override）和/或否定由传动系阻尼模块生成的扭矩设定点。这样的相互作用可导致扭转振动的不充分的阻尼。
为了促进与扭转振动的阻尼相关的（一个或多个）阻尼功率命令与针对提供电网形成频率的（一个或多个）控制命令的整合（integration），本文中公开的系统和方法可确定对应于参考频率与定子频率之间的差的频率误差。控制器然后可确定频率误差的归因于扭转振动的部分（例如，要由阻尼模块阻尼的扭转分量）以及可归因于定子的部分（例如，要与参考频率对齐的定子分量）。功率输出要求可基于频率误差的定子分量来确定。一旦基于频率误差的定子分量确定功率输出要求，来自阻尼模块的阻尼功率命令就可被添加到功率输出要求，以便产生对于发电机的合并功率要求。控制器然后可利用合并功率要求来确定对于发电机的（一个或多个）控制命令。应当领会的是，基于定子分量将阻尼功率命令与功率输出要求进行组合可排除由（一个或多个）控制命令对阻尼功率命令的任何冲突、超驰和/或否定。
现在参考附图，图1图示根据本公开的功率生成资产100的一个实施例的透视图。如所示出，功率生成资产100可被配置为风力涡轮114。在附加实施例中，功率生成资产100可例如被配置为太阳能功率生成资产、水电厂、化石燃料发电机和/或混合功率生成资产。
当被配置为风力涡轮114时，功率生成资产100通常可包括从支持表面104延伸的塔架102、安装在塔架102上的机舱106以及耦合到机舱106的转子108。转子108包括可旋转的毂110以及耦合到毂110并且从毂110向外延伸的至少一个转子叶片112。例如，在图示的实施例中，转子108包括三个转子叶片112。然而，在备选实施例中，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可围绕毂110间隔开，以促进使转子108旋转，以便使动能能够从风转化成可用的机械能，并且随后转化成电能。例如，毂110可以可旋转地耦合到定位在机舱106内的电气系统400（图2）的发电机118（图2），以允许产生电能。
风力涡轮114还可包括在机舱106内居中的控制器200。然而，在其它实施例中，控制器200可位于风力涡轮114的任何其它组件内或者位于风力涡轮外部的位置处。此外，控制器200可通信地耦合到风力涡轮114的任何数量的组件，以便控制该组件。因此，控制器200可包括计算机或其它适合的处理单元。因此，在若干实施例中，控制器200可包括适合的计算机可读指令，该计算机可读指令当被实现时将控制器200配置成执行各种不同的功能，诸如接收、传送和/或执行风力涡轮控制信号。
现在参考图2，其中图示功率生成资产100的示范电气系统400。如所示的，发电机118可耦合到转子108，以用于从由转子108生成的旋转能产生电功率。相应地，在实施例中，电气系统400可包括各种组件，所述各种组件用于将转子108的动能转换成以可接受的形式到所连接的功率电网179的电输出。例如，在实施例中，发电机118可以是具有定子402和发电机转子404的双馈感应发电机（DFIG）。发电机118可耦合到定子母线406，并且经由转子母线410耦合到功率转换器408。在这样的配置中，定子母线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），并且转子母线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）。另外，发电机118可经由转子母线410耦合到转子侧转换器412。转子侧转换器412可耦合到线路侧转换器414，该线路侧转换器414又可耦合到线路侧母线416。
在实施例中，转子侧转换器412和线路侧转换器414可被配置用于使用绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为开关装置438的三相脉宽调制（PWM）布置中的正常操作模式。可使用其它适合的开关装置，诸如绝缘栅换向晶闸管、MOSFET、双极晶体管、硅控整流器和/或其它适合的开关装置。转子侧转换器412和线路侧转换器414可经由DC链路418跨DC链路电容器420耦合。
在实施例中，功率转换器408可耦合到控制器200，该控制器200被配置为用来控制功率转换器408的操作的转换器控制器202。例如，转换器控制器202可将控制命令发送到转子侧转换器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，以便建立期望的发电机扭矩设定点和/或功率输出。
如图2中进一步描绘的，在实施例中，电气系统400可包括变压器422，该变压器422经由互连点（POI）436将功率生成资产100耦合到功率电网179。在实施例中，变压器422可以是包括高压（例如大于12 KVAC）初级绕组424的3绕组变压器。高压初级绕组424可耦合到功率电网179。变压器422还可包括耦合到定子母线406的中压（例如6 KVAC）次级绕组426以及耦合到线路母线416的低压（例如575 VAC、690 VAC等）辅助绕组428。应当领会的是，变压器422可以是如所描绘的三绕组变压器；或者备选地，可以是仅具有初级绕组424和次级绕组426的双绕组变压器；可以是具有初级绕组424、次级绕组426和辅助绕组428以及附加辅助绕组的四绕组变压器；或者可具有任何其它适合数量的绕组。
在实施例中，电气系统400可包括用来控制和/或保护电气系统400的各种组件的各种保护特征（例如，电路断路器、保险丝、接触器和其它装置）。例如，在实施例中，电气系统400可包括电网电路断路器430、定子母线电路断路器432和/或线路母线电路断路器434。当电气系统400的状况接近电气系统400的阈值（例如，电流阈值和/或操作阈值）时，电气系统400的（一个或多个）电路断路器430、432、434可连接或断开电气系统400的对应组件。
如图1中所描绘的，在实施例中，功率生成资产100可包括至少一个操作传感器156。（一个或多个）操作传感器156可被配置成例如响应于环境状况来检测功率生成资产100的性能。在实施例中，（一个或多个）操作传感器156可被配置成监测功率生成资产的多个电气状况，诸如滑差（slip）、定子电压和电流、转子电压和电流、线路侧电压和电流、DC链路电荷和/或任何其它电气状况。
还应当领会的是，如本文中所使用的，术语“监测器”及其变型指示功率生成资产100的各种传感器可被配置成提供直接测量正被监测的参数或者间接测量这样的参数。因此，本文中描述的传感器可例如用于生成与正被监测的参数相关的信号，然后可由控制器200利用该信号来确定功率生成资产100的状况或响应。
参考图3-5，提出根据本公开的用于提供功率生成资产100的发电机118的电网形成控制的系统300的多个实施例。如图3中特别示出的，图示可被包括在系统300内的适合的组件的一个实施例的示意图。例如，如所示的，系统300可包括通信地耦合到（一个或多个）传感器156的控制器200。此外，如所示的，控制器200包括被配置成执行各种计算机实现的功能（例如，如本文中所公开的，执行方法、步骤、计算等，并且存储相关数据）的一个或多个处理器206和相关联的（一个或多个）存储器装置208。另外，控制器200还可包括用来促进控制器200与功率生成资产100的各种组件之间的通信的通信模块210。此外，通信模块210可包括传感器接口212（例如，一个或多个模数转换器），该传感器接口212用来允许从（一个或多个）传感器156传送的信号被转换为可由处理器206理解和处理的信号。应当领会的是，可使用任何适合的手段将（一个或多个）传感器156通信地耦合到通信模块210。例如，（一个或多个）传感器156可经由有线连接耦合到传感器接口212。然而，在其它实施例中，（一个或多个）传感器156可经由无线连接（诸如通过使用本领域中已知的任何适合的无线通信协议）耦合到传感器接口212。另外，通信模块210还可以可操作地耦合到操作状态控制模块214，该操作状态控制模块214被配置成改变功率生成资产100的至少一个涡轮操作状态，诸如发电机118的操作状态。
如本文中所使用的，术语“处理器”不仅指本领域中被称为被包括在计算机中的集成电路，而且还指控制器、微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器（PLC）、专用集成电路和其它可编程电路。另外，（一个或多个）存储器装置208通常可包括（一个或多个）存储器元件，该存储器元件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、致密盘只读存储器（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。这样的（一个或多个）存储器装置208通常可被配置成存储适合的计算机可读指令，该计算机可读指令当由（一个或多个）处理器206实现时将控制器200配置成执行各种功能，所述各种功能包括但不限于如本文所述的那样基于定子频率误差的定子分量来确定对于发电机118的功率输出要求并且将功率输出要求与阻尼功率命令进行组合以便生成对于发电机118的合并功率要求，以及各种其它适合的计算机实现的功能。
在实施例中，控制器200可采用频率模块216来得出电网形成控制的所要求的频率分量。例如，频率模块216可接收参考频率312和定子输出频率322。参考频率312可对应功率生成资产100的用来提供所要求的电网形成所必需的功率输出的频率（例如，发电机118的对于支持功率电网179的频率所要求的输出频率）。可利用参考频率312与定子输出频率322之间的差来确定对于定子402的所要求的功率输出的定子频率误差302。所要求的功率输出可被转换成电流的分量，并且与对于定子402的对应电流分量进行比较。在实施例中，频率模块216可利用该电流分量与定子402的对应电流分量的比较来得出转子电压q分量324，可利用该转子电压q分量324来生成如对于传递所要求的电网形成控制可能必要的这样的转子电压设定点326。
在附加实施例中，控制器200可采用电压模块222来确定对应于参考电压330与定子输出电压332之间的差的转子电压d分量328。参考电压330可对应功率生成资产100的对于提供所要求的电网形成所必要的功率输出的电压（例如，发电机118的对于支持功率电网179所要求的输出电压幅度）。在实施例中，可利用参考电压330与定子输出电压332之间的差来确定对于发电机118的定子402的参考无功功率。参考无功功率可被转换为电流的分量，并且与对于定子402的对应电流分量进行比较。在实施例中，电压模块222可利用该电流分量的比较来得出转子电压d分量328。在实施例中，转子电压d分量328和转子电压q分量324可被组合以生成对于电网形成控制的传递所必要的转子电压设定点326。
在实施例中，控制器200可采用频率模块216来确定对于发电机118的定子频率误差302。如在304处所描绘的，在实施例中，可由系统300采用频率模块216的控制器整形模块218来确定定子频率误差302的频率分量。相应地，控制器整形模块218可至少确定定子频率误差302的定子分量306。例如，在实施例中，控制器整形模块218可识别和/或滤出定子频率误差302的扭转分量308，从而确定定子分量306。基于定子频率误差302的定子分量306，频率模块216可确定对于发电机118的功率输出要求310。频率模块216可将功率输出要求310与可响应于传动系扭转振动频率344而生成的阻尼功率命令314进行组合，以便得出对于发电机118的合并功率要求316。在实施例中，控制器200可至少部分地基于合并功率要求316来确定对于发电机118的至少一个控制命令318。例如，在实施例中，确定（一个或多个）控制命令318可包括至少部分地基于合并功率要求316来确定转子电压设定点326。响应于（一个或多个）控制命令318（例如，转子电压设定点326），可改变/变更发电机的操作状态320，以便输出电网形成电压和频率。
如先前所提及的，在实施例中，系统300可采用频率模块216来确定对于发电机118的参考频率（例如，对于定子402的期望用于电网形成的参考频率）与实际定子输出频率322之间的差。在实施例中，定子输出频率322可直接从（一个或多个）操作传感器156获得和/或根据功率生成资产100的由（一个或多个）操作传感器156监测的附加参数来计算。
在其中可计算定子输出频率322的实施例中，控制器200可监测三相定子电压334。三相定子电压334可按照abc参考系来表示。如在336处所描绘的，控制器200可采用abc至dq转变模块222来将三相定子电压/电流334从abc参考系变换到dq参考系。步骤336处的变换可确定对于定子电流/电压的d分量338和q分量340。
如本文中所公开的，在实施例中，控制器200可包括锁相环模块224。如在342处所描绘的，系统300因此可采用锁相环模块224来确定定子输出频率322。在这样的实施例中，定子输出频率322可基于三相定子电压334的d分量338。
在实施例中，定子输出频率322的定子分量306可以是DC值。然而，在其中扭转振动354可反映在定子输出频率322中的实施例中，频率误差302的扭转分量308可具有正弦频率。相应地，在实施例中，为了确定定子频率误差302的定子分量306，频率模块216可（经由控制器整形模块218）在扭转振动频率344建立零增益值。类似地，如在346处所描绘的，频率模块216可为不对应扭转振动频率344的定子频率误差的值建立非零增益值。
在实施例中，非零增益值可在定子频率误差302具有最小值时具有最大值，并且可随着定子频率误差302中的增大而减小。例如，在其中参考频率312与定子输出频率322之间的差相对较小的实施例中，可能存在定子输出频率322可能与参考频率312异相的高可能性。在这样的实施例中，可能期望修改转子电压设定点326，以便使发电机118的功率输出与所要求的电网形成参数对齐。然而，频率312、322之间的大的差可指示定子频率误差302的至少一部分应当经由其它控制动作来阻尼或解决的增大的可能性。
应当领会的是，基于功率生成资产100的结构和/或材料特性，扭转振动频率344可以是对于功率生成资产100的已知值。应当进一步领会的是，在扭转振动频率344建立零增益值可排除扭转振动频率344的利用，以用于对于定子402的功率输出要求310的确定。
除了利用频率模块之外，系统300还可包括电压模块220。相应地，在实施例中，可利用电压模块220来确定对于发电机118的定子电压误差348。定子电压误差348可对应参考电压330与定子输出电压332之间的差。在实施例中，定子输出电压可以是三相定子电压334的q分量340。另外，电压模块220可至少部分地基于定子电压误差348来确定所要求的电压d分量328。
如本文中所公开的，为了确定（一个或多个）控制命令318，系统300可经由频率模块216至少部分地基于合并功率要求316来确定转子电压q分量324。在实施例中，由频率模块216确定的转子电压q分量324可与由电压模块220确定的转子电压d分量328进行组合。例如，在实施例中，转子电压q分量324和转子电压d分量328可经由控制器200的dq至abc变换模块226来组合。如在350处所描绘的，dq至abc变换模块226可组合和变换转子电压q分量324和转子电压d分量328，以便生成abc参考系中表示的转子电压设定点326。
在实施例中，系统300可包括传动系阻尼模块228。因此，在其中控制器200检测例如瞬态电网事件352的实施例中，传动系阻尼模块228可被配置成阻尼任何产生的扭转振动354。为了阻尼扭转振动354，传动系阻尼模块228可生成阻尼功率命令314。阻尼功率命令314可例如相对于瞬态电网事件352之前的转矩设定点建立对于发电机118的增加的转矩设定点。应当领会的是，阻尼功率命令314可与频率误差302的扭转分量308成比例关系。
应当进一步领会的是，阻尼功率命令314可针对实现期望的阻尼水平，而不考虑参考频率312。因此，经由添加功率输出要求310（基于频率误差302的定子分量306）和阻尼功率命令314（基于扭转振动354的阻尼要求来确定）的合并功率要求316的得出可促进功率生成资产100的阻尼要求和电网形成控制要求两者的同时解决。
在附加实施例中，控制器200可被配置成接收指示功率生成资产100的功率输出参数356的数据。基于功率输出参数356，控制器200可检测功率生成资产100在瞬态电网事件352之后的瞬态事件恢复阶段期间的功率输出中的功率输出振荡358。如在360处所描绘的，响应于检测到功率输出振荡358，控制器200可被配置成将振荡功率中的至少一部分存储在可操作地耦合到发电机118的能量存储装置440中。例如，在实施例中，控制器200可存储振荡功率的超过瞬态事件前的功率水平的一部分振荡功率，以便防止（preclude）振荡功率传输到功率电网179。
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，可由本领域普通技术人员混合和匹配所描述的各种方法步骤和特征以及对于每个这样的方法和特征的其它已知的等同体，以便根据本公开的原理构造附加的系统和技术。当然，要理解的是，根据任何特定实施例，不一定可以实现上述所有这样的目的或优点。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者一组优点的方式来体现或者执行，而不一定实现如本文中教导或建议的其它目的或优点。
本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开本发明，并且还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合方法。本发明的可取得专利范围由权利要求书来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这类其他示例包括与权利要求书的文字语言完全相同的结构元件，或者如果它们包括具有与权利要求书的文字语言的非实质差异的等效结构元件，则它们意在处于权利要求书的范围之内。
本发明的另外的方面由以下条款的主题来提供：
条款1. 一种用于提供连接到功率电网的双馈发电机的电网形成控制的方法，所述方法包括：经由所述控制器的频率模块确定对于所述发电机的定子频率误差；经由所述频率模块的控制器整形模块确定所述定子频率误差的定子分量和扭转分量，其中所述扭转分量对应传动系扭转振动频率；经由所述频率模块至少部分地基于所述定子频率误差的所述定子分量来确定对于所述发电机的功率输出要求；经由所述频率模块将所述功率输出要求与阻尼功率命令进行组合，以便得出对于所述发电机的合并功率要求，其中所述阻尼功率命令响应于所述传动系扭转振动频率而生成；经由所述控制器至少部分地基于所述合并功率要求来确定对于所述发电机的至少一个控制命令；以及响应于所述至少一个控制命令而改变所述发电机的操作状态，以便输出电网形成电压和频率。
条款2. 如条款1所述的方法，其中，所述定子频率误差包括参考频率与定子输出频率之间的差。
条款3. 如任何前述条款所述的方法，其中，确定对于所述发电机的所述至少一个控制命令进一步包括：经由所述控制器至少部分地基于所述合并功率要求来确定转子电压设定点。
条款4. 如任何前述条款所述的方法，进一步包括：经由所述控制器监测所述发电机的三相定子电压和电流；以及经由所述控制器的abc至dq转变模块将所述三相定子电压和电流变换到d-q参考系，以便确定对于电流和电压的d分量和q分量；以及经由所述控制器的锁相环模块确定所述定子输出频率。
条款5. 如任何前述条款所述的方法，其中，所述定子输出频率的所述定子分量包括DC值，并且其中所述定子输出频率的所述扭转分量包括正弦频率。
条款6. 如任何前述条款所述的方法，其中，确定所述定子频率误差的所述定子分量和所述扭转分量进一步包括：经由所述频率模块在所述扭转振动频率建立零增益值；以及经由所述频率模块为不对应所述扭转振动频率的所述定子频率误差的值建立非零增益值。
条款7. 如任何前述条款所述的方法，其中，所述非零增益值在所述定子频率误差具有最小值时具有最大值，并且随着所述定子频率误差中的增大而减小。
条款8. 如权利要求4所述的方法，进一步包括：经由所述控制器的电压模块确定对于所述发电机的定子电压误差，所述定子电压误差包括参考电压与定子输出电压之间的差，其中所述定子输出电压是所述定子电压的所述q分量；以及经由所述电压模块至少部分地基于所述定子电压误差来确定所要求的转子电压d分量。
条款9. 如任何前述条款所述的方法，其中，确定对于所述发电机的所述至少一个控制命令进一步包括：经由所述频率模块至少部分地基于所述合并功率要求来确定所要求的转子电压q分量；以及经由所述控制器的dq至abc变换模块将所要求的转子电压d分量与所要求的转子电压q分量进行组合，以便生成转子电压设定点。
条款10. 如任何前述条款所述的方法，进一步包括：经由所述控制器接收所述参考频率，其中所述参考频率对应所述发电机的对于支持所述功率电网的频率所要求的输出频率；以及经由所述控制器接收所述参考电压，其中所述参考电压对应所述发电机的对于支持所述功率电网所要求的输出电压幅度。
条款11. 如任何前述条款所述的方法，其中，所述阻尼功率命令由传动系阻尼模块生成，所述传动系阻尼模块被配置成阻尼由瞬态电网事件引起的扭转振动。
条款12. 如任何前述条款所述的方法，进一步包括：经由所述控制器检测功率生成资产在所述瞬态电网事件之后的瞬态事件恢复阶段期间的功率输出中的振荡；以及响应于检测到所述振荡，将所述振荡功率中的至少一部分存储在可操作地耦合到所述发电机的能量存储装置中。
条款13. 一种用于操作功率生成资产以便提供电网形成控制的系统，所述系统包括：双馈发电机，所述双馈发电机连接到功率电网；以及控制器，所述控制器通信地耦合到所述发电机，所述控制器包括被配置成执行多个操作的多个模块和至少一个处理器，所述多个操作包括：经由所述控制器的频率模块确定对于所述发电机的定子频率误差，其中所述定子频率误差包括参考频率与定子输出频率之间的差；经由所述频率模块的控制器整形模块确定所述定子频率误差的定子分量和扭转分量，其中所述扭转分量对应传动系扭转振动频率；经由所述频率模块至少部分地基于所述定子频率误差的所述定子分量来确定对于所述发电机的功率输出要求；经由所述频率模块将所述功率输出要求与阻尼功率命令进行组合，以便得出对于所述发电机的合并功率要求，其中所述阻尼功率命令响应于所述传动系扭转振动频率而生成；至少部分地基于所述合并功率要求来确定对于所述发电机的至少一个控制命令；以及响应于所述至少一个控制命令而改变和操作所述发电机的状态，以便输出电网形成电压和频率。
条款14. 如任何前述条款所述的系统，其中，确定对于所述发电机的所述至少一个控制命令进一步包括：至少部分地基于所述合并功率要求来确定转子电压设定点。
条款15. 如任何前述条款所述的系统，其中，所述多个操作进一步包括：监测所述发电机的三相定子电压和电流；经由所述控制器的abc至dq转变模块将所述三相定子电压和电流变换到d-q参考系，以便确定对于电流和电压的d分量和q分量；以及经由所述控制器的锁相环模块确定所述定子输出频率。
条款16. 如任何前述条款所述的系统，其中，所述定子输出频率的所述定子分量包括DC值，并且其中所述定子输出频率的所述扭转分量包括正弦频率。
条款17. 如任何前述条款所述的系统，其中，确定所述定子频率误差的所述定子分量和所述扭转分量进一步包括：经由所述频率模块在所述扭转振动频率建立零增益值；以及经由所述频率模块为不对应所述扭转振动频率的所述定子频率误差的值建立非零增益值。
条款18. 如任何前述条款所述的系统，其中，所述多个操作进一步包括：经由所述控制器的电压模块确定对于所述发电机的定子电压误差，所述定子电压误差包括参考电压与定子输出电压之间的差，其中所述定子输出电压是所述定子电压的所述q分量；以及经由所述电压模块至少部分地基于所述定子电压误差来确定所要求的转子电压d分量。
条款19. 如任何前述条款所述的系统，其中，确定对于所述发电机的所述至少一个控制命令进一步包括：经由所述频率模块至少部分地基于所述合并功率要求来确定所要求的转子电压q分量；以及经由所述控制器的dq至abc变换模块将所要求的转子电压d分量与所要求的转子电压q分量进行组合，以便生成转子电压设定点。
条款20. 如任何前述条款所述的系统，其中，所述多个操作进一步包括：接收所述参考频率，其中所述参考频率对应所述发电机的对于支持所述功率电网的频率所要求的输出频率；以及接收所述参考电压，其中所述参考电压对应所述发电机的对于支持所述功率电网所要求的输出电压幅度。

Claims (10)

1.一种用于提供连接到功率电网的双馈发电机的电网形成控制的方法，所述方法包括：
经由控制器的频率模块确定对于所述发电机的定子频率误差；
经由所述频率模块的控制器整形模块确定所述定子频率误差的定子分量和扭转分量，其中所述扭转分量对应传动系扭转振动频率；
经由所述频率模块至少部分地基于所述定子频率误差的所述定子分量来确定对于所述发电机的功率输出要求；
经由所述频率模块将所述功率输出要求与阻尼功率命令进行组合，以便得出对于所述发电机的合并功率要求，其中所述阻尼功率命令响应于所述传动系扭转振动频率而生成；
经由所述控制器至少部分地基于所述合并功率要求来确定对于所述发电机的至少一个控制命令；以及
响应于所述至少一个控制命令而改变所述发电机的操作状态，以便输出电网形成电压和频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述定子频率误差包括参考频率与定子输出频率之间的差。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定对于所述发电机的所述至少一个控制命令进一步包括：
经由所述控制器至少部分地基于所述合并功率要求来确定转子电压设定点。
4.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：
经由所述控制器监测所述发电机的三相定子电压和电流；
经由所述控制器的abc至dq转变模块将所述三相定子电压和电流变换到d-q参考系，以便确定对于电流和电压的d分量和q分量；以及
经由所述控制器的锁相环模块确定所述定子输出频率。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述定子输出频率的所述定子分量包括DC值，并且其中所述定子输出频率的所述扭转分量包括正弦频率。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，确定所述定子频率误差的所述定子分量和所述扭转分量进一步包括：
经由所述频率模块在所述扭转振动频率建立零增益值；以及
经由所述频率模块为不对应所述扭转振动频率的所述定子频率误差的值建立非零增益值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述非零增益值在所述定子频率误差具有最小值时具有最大值，并且随着所述定子频率误差中的增大而减小。
8.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：
经由所述控制器的电压模块确定对于所述发电机的定子电压误差，所述定子电压误差包括参考电压与定子输出电压之间的差，其中所述定子输出电压是所述定子电压的所述q分量；以及
经由所述电压模块至少部分地基于所述定子电压误差来确定所要求的转子电压d分量。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，确定对于所述发电机的所述至少一个控制命令进一步包括：
经由所述频率模块至少部分地基于所述合并功率要求来确定所要求的转子电压q分量；以及
经由所述控制器的dq至abc变换模块将所要求的转子电压d分量与所要求的转子电压q分量进行组合，以便生成转子电压设定点。
10.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：
经由所述控制器接收所述参考频率，其中所述参考频率对应所述发电机的对于支持所述功率电网的所述频率所要求的输出频率；以及
经由所述控制器接收所述参考电压，其中所述参考电压对应所述发电机的对于支持所述功率电网所要求的输出电压幅度。
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