CN115191082A - 具有带阻尼控制的虚拟同步发电机的风力涡轮机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于阻尼VSM配置的风力涡轮机的传动系振荡的方法。该方法包括：基于表示发电机速度的速度信号来确定传动系阻尼功率信号，基于用于期望功率产生的功率参考、传动系阻尼功率信号、由线路侧转换器向电网供应的电网功率以及阻尼功率的组合来确定功率偏差，基于功率偏差来确定虚拟同步机角度，使得虚拟同步机转速的导数指示功率偏差，基于虚拟同步机角度和针对由线路侧转换器要生成的电压幅度的电压参考来确定用于控制线路侧转换器以生成期望的有功功率的转换器参考，以及向线路侧转换器应用转换器参考。
Description
技术领域
本发明涉及风力涡轮机的控制，特别是对被配置为展现虚拟同步发电机响应的风力涡轮机的控制。
背景技术
为了让可再生能源(如风力涡轮机)更高地渗透到电网中，一些国家提出要求为电力转换器配备类似于传统同步发电机的电网形成特性。这些要求可以通过将可再生发电单元配置为虚拟同步机来解决。
传统的风力涡轮机可以被配置为通过调制所生成的有功功率来阻尼传动系或风力涡轮机的其它部分中的机械振荡。这可以通过以下操作来实现：根据表示振荡的信号来修改功率参考，并通过基于修改后的功率参考控制机器侧转换器，来基于修改后的功率参考控制生成的有功功率。
该方法被认为不适用于风力涡轮机配置的虚拟同步机，简称VSM。因此，问题在于VSM配置的风力涡轮机可能不能利用风力涡轮机的现有传动系阻尼方法。因此，需要一种传动系阻尼方法，或通常用于阻尼机械振荡的方法，其适用于控制VSM配置的风力涡轮机。
发明内容
本发明的目的在于改进对诸如风力涡轮机的发电单元的控制以减轻一个或多个上述问题，并且因此提供一种提供改进的虚拟同步机控制方法的方法，特别是用于阻尼机械振荡的基于发电的方法。
在本发明的第一方面，一种用于阻尼诸如风力涡轮机的传动系振荡的机械振荡的方法，所述风力涡轮机包括由转子驱动的传动系、由所述传动系驱动的发电机、机器侧转换器和被布置为向电网供电的线路侧转换器，
所述方法包括：
-获得表示所述发电机的转速的速度信号，
-基于所述速度信号来确定传动系阻尼功率信号，
-基于在针对所述风力涡轮机的期望功率输出的功率参考、阻尼功率和由线路侧转换器提供给所述电网的电网功率之间的差，来确定功率偏差，
-基于所述功率偏差来确定虚拟同步机转速和/或虚拟同步机角度，使得所述虚拟同步机转速的导数指示所述功率偏差,
-提供针对要由所述线路侧转换器生成的电压幅度或无功功率的电压参考，
-基于所述虚拟同步机角度和所述电压参考，来确定用于控制所述线路侧转换器以生成期望有功功率的转换器参考，以及
-基于所述转换器参考来控制所述线路侧转换器。
有利地，通过基于经由所述速度信号来反映机械振荡的所述传动阻尼功率信号来确定虚拟同步机角度，所述线路侧转换器有利地用于基于所述虚拟同步机角度来生成所述有功功率的变化。
根据实施例，确定所述传动系阻尼功率信号，使得所述传动系阻尼功率信号包括取决于所述机械振荡的信号分量。根据另一实施例，确定所述传动系阻尼功率信号包括对所述速度信号应用滤波器，诸如带通滤波器。有利地，所述滤波器被设计成使在包括振荡频率的频率范围内的频率通过。因此，可以根据已知的所述风力涡轮机的本征频率(例如所述传动系或转子叶片的本征频率)来设计所述滤波器。
根据实施例，确定所述传动系阻尼功率信号包括应用带宽修改滤波器，以增加带宽并且调整传递函数的相位，传递函数定义在所述传动系阻尼功率信号和所述电网功率之间的关系。
有利地，通过增加带宽，可以避免对应于所述振荡的频率的所述速度信号的频率分量由于所述传递函数的在其他情况下受限的带宽而被阻尼或相移。
根据实施例，取决于所述电网的短路比来确定所述带宽修改滤波器，其中，所述传递函数的带宽取决于所述短路比。
根据实施例，该方法包括：取决于所述功率参考，来以诸如减小的方式修改所述传动系阻尼功率信号的幅度。
特别地，对于功率参考低的低发电情况，所述传动系阻尼功率信号的幅度可以减小。否则，传动系阻尼功率信号幅度的高幅度会被添加到低功率参考，这将导致功率输出的显著变化。
在另一实施例中，确定对所述幅度的所述修改，使得在所述功率参考低于给定功率阈值的情况下减小所述传动系阻尼功率信号的所述幅度。
根据实施例，该方法还包括：取决于所述功率参考，以诸如增加的方式修改所述阻尼功率。
有利地，可以例如针对所述功率参考的低值来增加所述阻尼功率，以改进所述有功功率的闭环控制的稳定性。
在另一实施例中，确定对所述阻尼功率的所述修改，使得在所述功率参考低于给定功率阈值的情况下增加所述阻尼功率。对于低功率参考，所述阻尼功率的增加可以以固定的增加因数来执行，所述因数与确定的阻尼功率相乘。对于高于该功率阈值的、或高于比所述给定功率阈值更高的另一更高功率阈值的所述功率参考的值，所述阻尼功率可能不受影响。
在另一实施例中，所述阻尼功率的变化率可以通过使用速率限制器来被限制，以避免所述阻尼功率的突然阶跃，并且因此改进有功发电的闭环控制的稳定性。
根据实施例，所述虚拟同步机转速是基于以下各项的组合来确定的：所述阻尼功率的反馈、所述功率参考、所述传动系阻尼功率信号、所述电网功率和惯性积分模型，其中，所述虚拟同步机角度是基于所述虚拟同步机转速的积分来确定的，并且其中，所述阻尼功率是基于所述虚拟同步电机转速来确定的。
根据实施例，所述的方法包括：
-获得在所述线路侧转换器的输出的连接点处的网络电压，
-基于所述网络电压来确定所述电网的转速，以及
-基于所述虚拟同步机转速和所述电网的所述转速来确定所述阻尼功率。
本发明的第二方面涉及一种被配置用于阻尼诸如风力涡轮机的传动系振荡的机械振荡的控制系统，所述风力涡轮机包括由转子驱动的传动系、由所述传动系驱动的发电机、机器侧转换器和被布置为向电网供电的线路侧转换器，其中，所述控制系统被配置为执行根据第一方面的方法。
本发明的第三方面涉及一种风力涡轮机，其包括根据所述第二方面的控制系统。
一般而言，本发明的各个方面和实施例可以在本发明的范围内以任何可能的方式组合和耦合。本发明的这些和其它方面、特征和/或优点将从下文描述的实施例中变得明显并且实施例来阐明。
附图说明
本发明的实施例将仅通过示例的方式参考附图进行描述，其中：
图1示出了风力涡轮机，
图2A示出了风力涡轮机或发电单元的电力系统的示例，
图2B示出了被布置用于控制对在风力涡轮机或发电单元的功率输出处提供给电网的有功功率和无功功率的生成的控制组件，
图3示出了用于被配置为虚拟同步发电机的风力涡轮机的阻尼方法的实施例，
图4A示出了功率控制系统的概述，
图4B示出了功率传递函数Gvsm的幅度和相位的波特图，以及
图5示出了由阻尼控制系统实现的改进阻尼效果。
具体实施方式
图1示出了包括塔架101和转子102的风力涡轮机100(WTG)，转子102具有至少一个转子叶片103，例如三个叶片。转子连接到机舱104，该机舱104安装在塔架101的顶部并且适于经由传动系来驱动位于机舱内的发电机。传动系包括将转子102与齿轮箱或发电机连接的轴。转子102可通过风的作用而旋转。转子叶片103的被风引起的旋转能量经由轴传递到发电机。因此，风力涡轮机100能够通过转子叶片将风的动能转换成机械能，随后通过发电机转换成电能。发电机与功率转换器连接，该功率转换器包括发电机侧转换器和线路侧转换器。发电机侧转换器将发电机AC电力转换为DC电力，且线路侧转换器将DC电力转换为AC电力以注入公用电网。
图2A示出了根据实施例的风力涡轮机100的电力系统200的示例。电力系统包括发电机或电源201和功率转换器202。
功率转换器202包括机器侧转换器203和线路侧转换器204。功率转换器202还可以包括与可控开关206连接的DC链路205和电阻器207。电阻器和开关形成功率耗散设备，也称为斩波器209，以用于消耗有功功率。DC链路205包括一个或多个DC链路电容器，其由来自发电机侧转换器203的DC输出电流充电并向线路侧转换器204提供DC电力。替代地，功率转换器202可以被配置为多电平转换器，其中DC电容分布在转换器的臂中。在这种情况下，图2A中的DC链路电容器以及可能还有开关206可能不存在。然而，通常功率转换器202包括机器侧转换器203和线路侧转换器204。
功率转换器202可以是根据不同原理配置的满量程转换器，包括强制换向和线路换向转换器。来自线路侧转换器204的输出AC电流可以经由输出电感器215并且可能经由风力涡轮机变压器208供应到电力线220。在该示例中，输出AC电流是三相电流输出。谐波滤波电容器216可以布置在输出的导体之间，其与电感器206一起形成用于将来自线路侧转换器204的方波电压信号转换为电压正弦信号的谐波滤波器。
电力线220可以是从其它风力涡轮机100接收电力的中压电力总线。电力线220可以例如经由其它变压器与高压网络连接。因此，电力线220和对应风力涡轮机的一个或多个电力系统200构成风力发电厂或风电场，其被布置为向公用电网供电以分配电力。
电力系统200主要被示出并因此没有明确地揭示该系统可以是三相系统。然而，所描述的实施例的原理适用于单相和多相系统。线路侧转换器204使用脉宽调制(PWM)的一些变体来将DC电力转换成AC电力。控制系统250用于控制对线路侧转换器204的调制并用于控制由线路侧转换器204生成的有功功率P和无功功率Q。
图2A示出了可以测量电网电压Ugrid，这里是变压器208的低压LV侧的电压。基于从电网电压Ugrid和电网电流Igrid确定有功功率Pgrid，电网电压Ugrid可用于确定虚拟同步机角度θVSM(如别处所述)并用于控制转换器的功率输出。无功功率Qgrid可以类似地根据Ugrid和Igrid确定。替代地，电网电压Ugrid可以在变压器的高压HV侧上被测量，并基于变压器的匝数比来进行校正，或者使用内部电压幅度参考Vqref，而不是测量的电压Ugrid。因此，在替代方案中，诸如Vqref、Vdqref或Vαβref的内部电压幅值参考可用于确定Pgrid并因此确定同步机角度θVSM。还可以测量用于提供给电网的电网电流Igrid。
图2B示出了控制组件260的示例，控制组件260被布置用于控制对在来自风力涡轮机100或发电单元199的功率输出270处供应到电网的有功功率Pgrid和无功功率Qgrid的生成。也就是说，控制组件260可以被布置用于控制低压侧LV的输出有功功率Pgrid和输出电压幅度，替代地用于控制低压侧LV的输出有功功率Pgrid和输出无功功率Qgrid。控制系统250可以包括一个或多个控制组件260，例如帧转换单元266。例如，控制系统250可以包括帧转换单元266，该控制系统250提供确定出的转换器参考Vabc，以用于线路侧转换器204或用于线路侧转换器204可以包括的PWM调制器265。以这种方式，基于转换器参考Vabc来控制线路侧转换器204。
针对有功和无功功率的参考可以从发电厂控制器PPC或电网运营商TSO接收，或根据例如来自电网运营商的有功和无功功率参考进行确定。
经由虚拟同步机角度θVSM来控制有功功率Pgrid。简言之，同步机角加速度(θVSM的二倍时间导数)指示在用于风力涡轮机的期望功率输出的功率参考Pref与由风力涡轮机提供给电网的电网功率Pgrid之间的差异。用于确定同步机角度θVSM的示例在别处给出。
同步机角度θVSM可用于将信号从旋转DQ帧转换为非旋转帧，例如αβ或abc帧，反之亦然。基于同步机角度θVSM和电压幅度参考Vqref，来确定针对期望的有功功率和无功功率的控制信号。
因此，可以在由角位置θVSM定义的旋转DQ帧中定义同步机角度θVSM。基于同步机角度θVSM，来确定控制信号(即，针对脉宽调制器PWM 265的调制电压信号的角度)，并将所述控制信号转换为非旋转帧，例如αβ帧或abc帧。所产生的转换器参考信号Vabc控制有功功率Pgrid和无功功率Qgrid。
帧转换单元266将来自DQ帧的控制信号转换为αβ或abc帧，并确定用于PWM 265的正弦转换器参考信号Vabc。来自帧转换单元266的帧转换输出信号被脉宽调制器PWM 265转换成用于电网侧转换器204的调制信号，以便生成期望的有功功率Pgrid和无功功率Qgrid和/或电压幅度Ugrid。
由线路侧转换器204生成的无功功率Qgrid可以基于电压幅度参考Vqref进行控制。
一般来说，电压参考Vqref可以是要由线路侧204生成的、针对电压幅度Ugrid或无功功率Qgrid的参考。这样，基于电压参考Vqref和同步机角度θVSM，转换器参考Vabc被确定用于控制线路侧转换器204，以生成期望的有功功率Pgrid，并因此生成无功功率Qgrid。
可以在DQ帧中定义电压幅度参考Vqref，所述电压幅度参考Vqref以虚拟同步机的转速ωVSM进行旋转，即在基频的稳态条件下，例如AC电网电压的50Hz。电压幅度参考Vqref可以从DQ帧转换为αβ或abc帧，并从帧转换单元266作为转换器参考Vabc来输出到脉宽调制器PWM 265，该脉宽调制器PWM 265确定针对电网侧转换器204的调制信号。
图3示出了以用于阻尼机械振荡的传动阻尼方法来实现虚拟同步发电机的阻尼控制系统300的示例。阻尼控制系统300可以例如包括在控制系统250中，从而阻尼控制系统将同步机角度θVSM提供给帧转换单元266。
阻尼方法的思想是使用调制的有功功率来阻尼在传动系、转子叶片103、塔架101或其它组件中的机械振荡。阻尼基于代表发电机转速的速度信号Wgen。当诸如叶片或塔架振荡的机械振荡影响发电机速度Wgen时，发电机速度的对应变化代表机械振荡。通过基于发电机速度变化来确定和生成有功功率产生的变化，可能实现对机械振荡的阻尼。
传统上，通过基于发电机速度信号Wgen，经由通过滤波器组件确定的调制信号来调制机器侧转换器203的功率转换，从而执行对机械振荡的这种阻尼。该滤波器组件可以对应于或等同于图3中的滤波器组件DTD。
速度信号Wgen可以是传动系的轴的测量出或估计出的旋转速度。
滤波器组件DTD通常被配置为使响应于机械振荡而生成的发电机速度信号Wgen的变化通过。例如，滤波器组件DTD可以是带通滤波器，其中带通频率范围被配置为使机械振荡的期望阻尼的频率通过。因此，可以根据机械组件的本征频率来设计滤波器组件DTD。
因此，由滤波器组件DTD提供的传动系阻尼功率信号Pdtd被确定为使得其包括取决于期望阻尼的机械振荡的信号分量。
传动系阻尼功率信号Pdtd被提供给传递函数Gff，该传递函数被配置为带宽修改滤波器Gff，其被布置为增加带宽并调整虚拟同步发电机的有功功率控制回路的功率传递函数Gvsm的相位。功率传递函数Gvsm定义了在传动系阻尼功率信号Pdtd与被提供给电网的有功电网功率Pgrid或由线路侧转换器204产生的有功功率之间的关系。
图4B示出了没有带宽修改滤波器Gff的功率传递函数Gvsm的幅度451和相位452的波特图，以及具有带宽修改滤波器Gff的功率传递函数Gvsm的幅度453和相位454的波特图。
如图4B所示，由于带宽的加宽，响应于指示频率范围460中的机械振荡而生成的传动阻尼功率信号Pdtd的频率分量在应用带宽修改滤波器Gff时，将较少受到功率传递函数Gvsm的相位变化和衰减的影响。
带宽修改滤波器Gff是可选的，因为在没有带宽修改滤波器Gff的情况下也可以实现阻尼控制系统300的阻尼效果，可能具有效率较低的阻尼效果。
由于功率传递函数Gvsm的带宽取决于电网的短路比SCR，因此可以取决于电网的短路比SCR来确定带宽修改滤波器Gff。
短路比可以在涡轮机处测量，例如，在线路侧转换器的输出处，在多个风力涡轮机电连接的共同耦合点处。替代地，可以基于其它估计出或测量出的电参数来估计短路比，或者例如从服务提供商处接收短路比。
在传动系阻尼功率信号Pdtd和包括带宽修改滤波器Gff的有功电网功率Pgrid之间的功率传递函数可以表示为：
其中Gvsm是没有带宽修改滤波器Gff的传递函数，并且其中Xr是输出电感器215的电抗。
带宽修改滤波器Gff可以被设计为使Pgrid/Pdtd的带宽增加期望的频谱范围，以便在预期Pdtd信号的振荡频率的低频范围内不发生相移或幅度变化。例如，可以根据Gff≈Gp/Gvsm来将带宽修改滤波器Gff设计为前置滤波器，其中Gp是期望的低通滤波器响应，例如，如幅度波特图453所述。
来自带宽修改滤波器Gff的输出Pdtd-ff与功率参考Pref组合，以生成用于虚拟同步发电机实现的功率参考Pref_vsm。输出Pdtd-ff与增益因数Am的乘积是可选的，并在别处进行了描述。
图3示出了基于虚拟同步发电机的摆动方程的实现，来确定虚拟同步发电机的同步机角度θVSM的原理。
同步电机角度θVSM是基于虚拟同步机控制概念来确定的，所述虚拟同步机控制概念旨在生成与来自真实同步发电机的功率响应相对应的功率响应，包括同步发电机的惯性。
功率偏差ΔP被确定为差Pref_vsm-Pd-Pgrid，其中Pd是根据虚拟同步模型301确定的阻尼功率，并且Pgrid是生成的有功功率。在稳态条件下，功率误差ΔP的值为零。
响应于由于传动系阻尼功率信号Pdtd的变化而引起的功率参考Pref_vsm的变化，功率偏差ΔP变为非零。这使得虚拟同步角θVSM增大或减小，以减小功率误差ΔP。例如，如果传动系阻尼功率信号Pdtd的变化导致正的功率偏差ΔP，则同步机速度ωVSM将增加。
因此，响应于传动系阻尼功率信号Pdtd的波动，合成惯性响应值变为非零，这导致虚拟机加速或减速，以达到新的平衡条件。加速度的变化经由虚拟同步角度θVSM来引起发电功率的变化，这将减少传动系阻尼功率信号Pdtd的变化，并由此阻尼机械振荡。
使用摆动方程，在线侧转换器204上使用虚拟同步机控制概念来计算θVSM。
虚拟同步模型301包括其中基于功率偏差ΔP和惯性积分模型311来确定虚拟同步机转速ωVSM的闭环。惯性积分模型311实现为1/(2Hs)，其中H是惯性时间常数，以及1/s是s域中的积分。因此，功率偏差ΔP用作针对惯性积分模型311的输入。
由于同步机转速ωVSM的导数与在功率参考Pref_vsm和电网功率Pgrid之间的偏差成比例，因此差ΔP的积分给出同步机转速ωVSM。
可以基于测量出的电网电压Ugrid或内部电压参考(例如幅度参考Vqref)或其变换，以及测量出的电网电流Igrid，来确定电网功率Pgrid。
阻尼功率Pd被确定为在电网的转速ωL和同步机转速ωVSM之间的差乘以阻尼因数Dp。电网的转速ωL(即，电网频率)是从测量出的电网电压Ugrid确定的。
同步机角度θVSM是基于同步机转速ωVSM根据ωr/s的积分确定的，其中ωr是额定的同步发电机速度。
替代地，可以基于确定出的同步机转速ωVSM的高通滤波来确定电网的转速ωL，即，通过将电网的转速ωL确定为高通滤波器的输出，该高通滤波器被布置为对输入的同步机转速ωVSM进行滤波。在该替代方案中，基于同步机转速ωVSM的高通滤波来确定阻尼功率Pd。
一般来说，虚拟同步模型301基于功率偏差ΔP、惯性积分模型311(例如，其实现为1/(2Hs))，以及基于ωVSM和ωVSM的积分确定的阻尼功率Pd的反馈，来确定虚拟机的角度θVSM。换句话说，同步机转速ωVSM和同步机角度θVSM被确定为使得它们指示在用于风力涡轮机的期望功率输出的功率参考Pref与虚拟电网功率Pvsm之间的积分偏差。
控制系统250和阻尼控制系统300可以基于功率值Pref、Pdtd、Pd、Pgrid来实现，但是可以等效地基于功率等于扭矩乘以旋转频率(例如，同步机转速ωVSM)的关系，基于对应的扭矩值Tref、Tdtd、Td、Tgrid来实现。
在功率参考Pref较低的情况下，如果将传动系阻尼功率信号Pdtd或滤波后的传动系阻尼功率信号Pdtd-ff的较大变化添加到功率参考Pref，并由此被提供作为用于虚拟同步模型301的虚拟同步功率参考Pref_vsm，则可能是有问题的。此外，在另一示例中，当响应于功率参考Pref的减小，涡轮机有功功率输出接近零时，传动系中的控制振荡可能改变频率，例如，因为与由于转子叶片103的背风副作用而生成的3P振荡的振荡相比，第一传动系模式的振荡减小。
因此，减小或限制转子速度信号Wgen或滤波器组件DTD的输出的变化幅度可能是有益的。
例如，传动系阻尼功率信号Pdtd的幅度可以取决于功率参考Pref来减小，例如，使得当功率参考Pref低于给定的功率阈值Plim时幅度会减小。
图3示出了一个示例，用于通过将传动系阻尼功率信号Pdtd或滤波后的传动系阻尼功率信号Pdtd-ff与增益因数Am相乘，来减小转子速度变化的幅度。增益因数Am可以由增益因数函数321根据功率参考Pref来确定。对于Pref>Plim，增益因数Am因数可以被设置为1；以及对于Pref<Plim，增益因数Am可以被设置为小于1的值，或者被设置为小于1Pref<Plim的变量值，其中变量值是功率参考Pref的函数。
例如，如图3所示，针对Pref<Plim，增益因数Am可以是Pref-lpf/Plim或Pref/Plim，并且针对Pref>Plim，增益因数Am可以被设置为1。Pref-lpf是功率参考的低通滤波版本，其中低通滤波器LPF用于确保增益因数Am平滑且稳健地变化。
作为示例，功率阈值Plim可以被设置为0.05PU(对应于风力涡轮机的额定功率的5％)，使得增益因数Am在功率阈值Plim处从0线性增加到1。显然，可以使用诸如非线性函数、阶梯函数或查找表的其它函数321来代替线性函数Am＝Pref-lpf/Plim。
在另一示例中，与速率限制器组合的滞后函数用于根据功率参考Pref来确定增益因数Am。
作为修改增益因数Am的补充或替代，可以根据功率参考Pref来确定阻尼功率Pd，例如，使得根据功率参考来增加阻尼功率Pd，或者使得在功率参考Pref低于给定功率阈值Plow的情况下增加阻尼功率Pd。对于功率参考Pref的低值，阻尼功率的增加提供了阻尼控制系统300的稳定性的增加。
如图3所示，对阻尼功率Pd的调整可以通过应用滞后函数322来实现，该滞后函数322取决于功率参考Pref来确定阻尼因数Dp，使得针对Pref<Plow，将阻尼因数Dp设置为DpH，并且针对Pref>Plow，将阻尼因数Dp设置为DpL，其中DpH大于DpL。为了保证阻尼因数Dp值的变化没有阶跃变化，将阻尼因数通过速率限制器323以生成阻尼因数Dp的平滑变化。确定出的阻尼因数被输入到虚拟同步模型301，使得通过将阻尼功率Pd乘以阻尼因数Dp，来根据阻尼因数Dp调整阻尼功率Pd。
在另一示例中，使用与函数321等效的函数和用于确定增益因数Am的方法来确定阻尼因数Dp。
在示例中，针对功率参考Plow和Plim的功率阈值相等。
图4A示出了图2B和图3的意图的概览，其中潜在受限的传动系阻尼信号Pdtd-ff-lim与功率参考Pref组合，以向虚拟同步发电机模型301提供输入以提供机械振荡的阻尼。
图5示出了当阻尼控制系统300用于阻尼机械振荡时，发电机扭矩的变化501，以及当在阻尼控制系统300中应用带宽修改滤波器Gff时，发电机扭矩的变化502。因此，将带宽修改滤波器Gff应用于阻尼控制系统300的效果提供了对由机械振荡引起的发电机扭矩振荡的改进阻尼。
虽然本发明已结合特定实施例进行了描述，但不应将其解释为以任何方式限制于所呈现的示例。本发明的范围应根据所附权利要求来解释。在权利要求的上下文中，术语“包括(comprising)”或“包括(comprises)”不排除其它可能的元件或步骤。此外，提及诸如“一(a)”或“一(an)”等引用不应被解释为排除复数。权利要求中关于附图中指示的元件的参考标记的使用也不应被解释为限制本发明的范围。此外，在不同权利要求中提及的各个特征可以有利地组合，并且在不同权利要求中提及这些特征不排除特征的组合是不可能的和有利的。
Claims (14)
1.一种用于阻尼诸如风力涡轮机(100)的传动系振荡的机械振荡的方法，所述风力涡轮机(100)包括由转子驱动的传动系、由所述传动系驱动的发电机(201)、机器侧转换器(203)和被布置为向电网供电的线路侧转换器(204)，
所述方法包括：
-获得表示所述发电机的转速的速度信号(Wgen)，
-基于所述速度信号来确定传动系阻尼功率信号(Pdtd)，
-基于在针对所述风力涡轮机的期望功率输出的功率参考(Pref)、阻尼功率(Pd)和由线路侧转换器(204)提供给所述电网的电网功率(Pgrid)之间的差，来确定功率偏差(ΔP)，
-基于所述功率偏差(ΔP)来确定虚拟同步机转速(ωVSM)和/或虚拟同步机角度(θVSM)，使得所述虚拟同步机转速(ωVSM)的导数指示所述功率偏差(ΔP),
-提供针对要由所述线路侧转换器(204)生成的电压幅度(Ugrid)或无功功率(Qgrid)的电压参考(Vqref)，
-基于所述虚拟同步机角度(θVSM)和所述电压参考(Vqref)，来确定用于控制所述线路侧转换器(204)以生成期望有功功率(Pgrid)的转换器参考(Vabc)，以及
-基于所述转换器参考(Vabc)来控制所述线路侧转换器(204)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述传动系阻尼功率信号(Pdtd)，使得所述传动系阻尼功率信号(Pdtd)包括取决于所述机械振荡的信号分量。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定所述传动系阻尼功率信号(Pdtd)包括对所述速度信号(Wgen)应用带通滤波器(DTD)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定所述传动系阻尼功率信号(Pdtd)包括应用带宽修改滤波器(Gff)，以增加带宽并且调整传递函数(Gvsm)的相位，所述传递函数(Gvsm)定义在所述传动系阻尼功率信号(Pdtd)和所述电网功率(Pgrid)之间的关系。
5.根据权利要求4所述的方法，包括：取决于所述电网的短路比(SCR)来确定所述带宽修改滤波器(Gff)，其中，所述传递函数(Gvsm)的带宽取决于所述短路比(SCR)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：取决于所述功率参考(Pref)，来以诸如减小的方式修改所述传动系阻尼功率信号(Pdtd)的幅度。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，确定对所述幅度的所述修改，使得在所述功率参考(Pref)低于给定功率阈值(Plim)的情况下减小所述幅度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：取决于所述功率参考(Pref)，以诸如增加的方式修改所述阻尼功率(Pd)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，确定对所述阻尼功率(Pd)的所述修改，使得在所述功率参考(Pref)低于给定功率阈值(Plow)的情况下增加所述阻尼功率。
10.根据权利要求9所述的方法，包括：限制所述阻尼功率的变化率。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述虚拟同步机转速(ωVSM)是基于以下各项的组合来确定的：所述阻尼功率(Pd)的反馈、所述功率参考(Pref)、所述传动系阻尼功率信号(Pdtd)、所述电网功率(Pgrid)和惯性积分模型(311)，其中，所述虚拟同步机角度(θVSM)是基于所述虚拟同步机转速(ωVSM)的积分来确定的，并且其中，所述阻尼功率(Pd)是基于所述虚拟同步电机转速(ωVSM)来确定的。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：
-获得在所述线路侧转换器(204)的输出的连接点处的网络电压(Ugrid)，
-基于所述网络电压(Ugrid)来确定所述电网的转速(ωL)，以及
-基于所述虚拟同步机转速(ωVSM)和所述电网的所述转速(ωL)来确定所述阻尼功率(Pd)。
13.一种被配置用于阻尼诸如风力涡轮机(100)的传动系振荡的机械振荡的控制系统(250)，所述风力涡轮机(100)包括由转子驱动的传动系、由所述传动系驱动的发电机(201)、机器侧转换器(203)和被布置为向电网供电的线路侧转换器(204)，其中，所述控制系统被配置为执行根据权利要求1-12中任一项所述的方法。
14.一种风力涡轮机(100)，其包括根据权利要求13所述的控制系统(250)。
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