CN115681000A - 具有电网形成转换器的基于逆变器资源的功率控制的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制具有连接到电力网的功率转换器的基于逆变器的资源(IBR)的方法包括：从外部控制器接收用于IBR的第一功率限制信号；接收用于IBR的第二功率限制信号；以及基于第一功率限制信号和第二功率限制信号来确定受约束功率限制信号。该方法还包括：将第一频率下垂函数应用于受约束功率限制信号；以及根据第一频率下垂函数和受约束功率限制信号的输出来确定用于IBR的功率参考信号或桨距参考信号中的至少一个。此外，该方法包括：基于功率参考信号或桨距参考信号中的至少一个来确定用于IBR的一个或多个控制命令；以及基于(多个)控制命令来控制IBR，以便在IBR处可用的功率内支持电力网的电网频率。

Description

具有电网形成转换器的基于逆变器资源的功率控制的方法
技术领域
本公开大体上涉及诸如风力涡轮功率系统的基于逆变器的资源，并且更特别地涉及用于具有电网形成转换器的基于逆变器的资源的功率控制的系统和方法。
背景技术
风电被认为是目前可用的最清洁、最环保的能量源之一，并且风力涡轮在这方面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、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片利用已知的翼型件原理捕获风的动能。例如，转子叶片典型地具有翼型件的横截面轮廓，使得在操作期间，空气流过叶片，在侧面之间产生压差。因此，从压力侧朝向吸力侧导向的升力作用在叶片上。升力在主转子轴上生成扭矩，主转子轴典型地齿轮传动到发电机以产生电力。
风力涡轮可分为两种类型：定速涡轮和变速涡轮。常规地，变速风力涡轮被控制为连接到电力网的电流源。换句话说，变速风力涡轮依赖于由锁相环(PLL)检测的电网频率作为参考，并且将指定量的电流注入电网中。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值的基本电压波形，并且风电在电网中的渗透率足够低，从而不会对电网电压幅值和频率造成干扰。因此，风力涡轮简单地基于基本电压波形将指定电流注入电网中。然而，随着风电的快速增长，风电在一些电网中的渗透率已经增加到风力涡轮发电机对电网电压和频率有重大影响的程度。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的幅值和频率变化增加。这些波动可能不利地影响PLL的性能和稳定性以及风力涡轮电流控制。
此外，同步电机相对于基于逆变器的资源的比例(这确定了电网限定参数电压和频率)的减少有助于降低稳定裕度。稳定裕度降低的直接后果是当经受电网中的电压和频率扰动时电网崩溃。
因此，许多现有的基于逆变器的资源(诸如双馈风力涡轮发电机)以“电网跟随”模式操作。电网跟随型设备利用快速电流调节环路来控制与电网交换的有功和无功功率。因此，带有电网跟随转换器的涡轮控制设计成独立于电网中的发电/负载平衡而注入可从风力获得的最大功率。更具体地，图1图示电网跟随双馈风力涡轮发电机的主电路和转换器控制结构的基本元件。如图所示，转换器的有功功率参考由能量源调节器(例如，风力涡轮的涡轮控制部分)产生。这作为扭矩参考来传递，该扭矩参考表示在该时刻从能量源可获得的最大功率或者来自更高级别的电网控制器的削减命令中的较小者。转换器控制器然后确定电流的有功分量的电流参考，以实现期望的扭矩。因此，双馈风力涡轮发电机包括以产生用于电流的无功分量的命令的方式管理电压和无功功率的功能。然后，宽带宽电流调节器开发由转换器将电压施加到系统的命令，使得实际电流紧密跟踪命令。
备选地，电网形成型转换器提供电压源特性，其中电压的角度和幅值被控制以实现电网所需的调节功能。因此，电网形成转换器以类似于基于同步机的常规发电机的方式参与发电-负载平衡。因此，带有电网形成转换器控制的风力涡轮要求涡轮控制管理可用风的功率输出和电网的功率需求两者。对于这种结构，电流将根据电网的需求流动，同时转换器有助于为电网建立电压和频率。这一特性与基于涡轮驱动同步电机的常规发电机相当。因此，电网形成源必须包括以下基本功能：(1)支持针对装备的额定值内任何电流(有功和无功两者)的电网电压和频率；(2)通过允许电网电压或频率改变而不是断开装备来防止超出装备电压或电流能力的操作(仅当电压或频率超出由电网实体建立的边界时才允许断开)；(3)对于任何电网配置或负载特性保持稳定，包括服务于隔离负载或与其它电网形成源连接，以及在这些配置之间切换；(4)在连接到电网的其它电网形成源之间分担电网的总负载；(5)穿越电网扰动(大扰动和小扰动两者)，以及(6)满足要求(1)-(5)，而不需要与电网中存在的其它控制系统的快速通信或与电网配置变化相关的外部创建的逻辑信号。
用于实现上述电网形成目标的基本控制结构是在20世纪90年代初开发出来的，并在电池系统中进行了现场验证(例如，参见名称为“Battery Energy Storage PowerConditioning System”的美国专利No.: 5,798,633)。全转换器风力发电机和太阳能发电机的应用公开于名称为“System and Method for Control of a Grid Connected PowerGenerating System”的美国专利No.: 7,804,184和名称为“Controller for controllinga power converter”的美国专利No.: 9,270,194。名称为“System and Method forProviding Grid-Forming Control for a Double-Feb Wind Turbine Generator”的PCT/US2020/013787中公开了对双馈风力涡轮发电机的电网形成控制的应用。
作为示例，图2图示电网形成系统的主电路的一个实施例的示意图。如图所示，主电路包括具有在DC侧和AC侧上的连接件的功率电子转换器。该转换器接收来自控制器的门命令，该控制器以Thvcnv的角度产生AC电压相量Vcnv。该角度相对于具有固定频率的参考相量。DC侧提供有能够在甚至短的持续时间内生成或吸收功率的设备。这样的设备可包括例如电池、太阳能面板、带有整流器的旋转机器或电容器。此外，如图所示，该电路包括将转换器连接到其互连点的电感阻抗Xcnv，如图2中的电压Vt和角度ThVt所示。在互连点后的电气系统示出为戴维宁等效电路，其具有阻抗Zthev和在角度ThVthev下的电压Vthev。该等效电路可用来表示任何电路，包括带负载的并网电路和孤岛电路。在实际情况下，阻抗Zthev将主要是电感性的。
仍然参考图2，主控制的闭环部分从在互连点处的电压和电流接收反馈信号。从更高级别的控制(未示出)接收附加的输入。虽然图2作为示例图示单个转换器，但是能够在阻抗Xcnv之后产生受控电压Vcnv的电等效物的任何装备分组都可应用所公开的控制方案来实现相同的性能益处。
现在参考图3，图示用于提供根据常规构造的电网形成控制的控制图。如图所示，转换器控制器1从更高级别控制器2接收参考(例如，Vref和Pref)和极限(例如，VcmdLimits和PcmdLimits)。这些高级别极限是关于电压、电流和功率的物理量的。主调节器包括快速电压调节器3和慢速功率调节器4。这些调节器3、4将最终极限应用于电压幅值(例如，VcnvCmd)和角度(例如，θPang和θPLL)的转换器控制命令，以分别实现对电流的无功分量和有功分量的约束。此外，这样的极限基于作为默认值的预定的固定值，如果电流超过极限，则闭环控制降低极限。
因此，本公开涉及用于控制基于逆变器的资源的系统和方法，该资源响应于电网频率漂移，同时还允许在电网频率条件正常时最大限度地发电。
发明内容
本发明的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可从描述中显而易见，或者可通过本发明的实践获知。
在一个方面，本公开涉及一种用于控制具有连接到电力网的功率转换器的基于逆变器的资源的方法。该方法包括经由控制器从外部控制器接收用于基于逆变器的资源的第一功率限制信号。该方法还包括经由控制器的本地功率约束模块接收用于基于逆变器的资源的第二功率限制信号。此外，该方法包括经由控制器基于第一功率限制信号和第二功率限制信号确定受约束功率限制信号。此外，该方法包括经由控制器将第一频率下垂函数(droop function)应用于受约束功率限制信号。该方法还包括经由控制器的最大功率跟踪算法根据第一频率下垂函数和受约束功率限制信号的输出来确定用于基于逆变器的资源的功率参考信号或桨距参考信号中的至少一个。此外，该方法包括经由控制器基于功率参考信号或桨距参考信号中的至少一个来确定用于基于逆变器的资源的一个或多个控制命令。照此，该方法包括经由控制器基于一个或多个控制命令来控制基于逆变器的资源，以便在基于逆变器的资源处可用的功率内支持电力网的电网频率。
在实施例中，该方法还可包括在确定一个或多个控制命令之前经由控制器使用第二频率下垂函数调整功率参考信号。
在另一个实施例中，用于第一频率下垂函数和第二频率下垂函数中的至少一个的频率参考是基于逆变器的资源的频率反馈的滤波版本。在这样的实施例中，第一频率下垂函数的滤波器带宽高于第二频率下垂函数的滤波器带宽。
在另外的实施例中，基于逆变器的资源包括具有至少一个发电机的风力涡轮功率系统。在这样的实施例中，一个或多个控制命令包括用于功率转换器的转换器控制器的功率信号或用于风力涡轮功率系统的变桨系统的变桨命令中的至少一个。
在若干实施例中，控制器是风力涡轮功率系统的涡轮控制器或转换器控制器。
在附加实施例中，该方法可包括：经由控制器的本地功率约束模块，通过以下步骤来确定用于基于逆变器的资源的第二功率限制信号：经由控制器，确定对功率参考信号的补偿以考虑频率下垂操作；经由控制器，基于功率参考信号确定补偿后的输出功率参考信号；以及基于对功率参考信号的补偿和补偿后的输出功率参考信号来确定最终补偿后的功率参考。
在这样的实施例中，确定对功率参考信号的补偿以考虑频率下垂操作可包括：经由控制器接收频率电网参考信号和来自电力网的频率电网反馈信号；确定在频率电网参考信号和频率电网反馈信号之间的差值；以及经由控制器将第二频率下垂函数应用于该差值以确定对功率参考信号的补偿。
在另外的实施例中，确定对功率参考信号的补偿以考虑频率下垂操作可包括经由控制器的第一滤波微分元件补偿第二频率下垂函数的输出以确定补偿后的输出功率参考信号。
在又一个实施例中，基于功率参考信号确定补偿后的输出功率参考信号可包括经由控制器对功率参考信号进行滤波和经由控制器的第二滤波微分元件补偿滤波后的功率参考信号以确定补偿后的输出功率参考信号。
在附加实施例中，该方法可包括将裕度偏移应用于最终补偿后的功率参考。
又在另外的实施例中，该方法可包括：经由控制器基于来自电力网的频率电网反馈信号生成频率参考信号；以及经由控制器将频率参考信号发送到功率转换器的转换器控制器。在这样的实施例中，频率参考信号在稳态期间将转换器下垂驱动到零，并且功率设定点限制将功率设定点约束为更接近于由基于逆变器的资源生成的实际功率，从而允许第一频率下垂函数响应于来自电力网的功率需求。
在特定实施例中，生成频率参考信号可包括经由控制器的一个或多个滤波器对来自电力网的频率电网反馈信号进行滤波。在这样的实施例中，一个或多个滤波器可包括一阶低通滤波器或滚动平均低通滤波器中的至少一个。
在一个方面，本公开涉及一种用于控制风力涡轮功率系统的系统，该风力涡轮功率系统具有连接到电力网的电网形成功率转换器。该系统包括涡轮控制器，该涡轮控制器包括至少一个处理器，该至少一个处理器配置成执行多个操作，包括：从外部控制器接收用于风力涡轮功率系统的第一功率限制信号；接收用于风力涡轮功率系统的第二功率限制信号；基于第一功率限制信号和第二功率限制信号确定受约束功率限制信号；将第一频率下垂函数应用于受约束功率限制信号；根据第一频率下垂函数和受约束功率限制信号的输出来确定用于风力涡轮功率系统的功率参考信号；使用第二频率下垂函数来调整功率参考信号；基于经调整的功率参考信号来确定用于风力涡轮功率系统的一个或多个控制命令；以及基于一个或多个控制命令来控制风力涡轮功率系统，以便在风力涡轮功率系统处可用的功率内支持电力网的电网频率。应当理解，该系统还可包括本文中描述的附加特征和/或步骤中的任何。
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。并入并构成本说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
技术方案1. 一种用于控制具有连接到电力网的功率转换器的基于逆变器的资源的方法，所述方法包括：
经由控制器从外部控制器接收用于所述基于逆变器的资源的第一功率限制信号；
经由所述控制器的本地功率约束模块接收用于所述基于逆变器的资源的第二功率限制信号；
经由所述控制器基于所述第一功率限制信号和第二功率限制信号确定受约束功率限制信号；
经由所述控制器将第一频率下垂函数应用于所述受约束功率限制信号；
经由所述控制器的最大功率跟踪算法根据所述第一频率下垂函数和所述受约束功率限制信号的输出来确定用于所述基于逆变器的资源的功率参考信号或桨距参考信号中的至少一个；
经由所述控制器基于所述功率参考信号或所述桨距参考信号中的至少一个来确定用于所述基于逆变器的资源的一个或多个控制命令；和
经由所述控制器基于所述一个或多个控制命令来控制所述基于逆变器的资源，以便在所述基于逆变器的资源处可用的功率内支持所述电力网的电网频率。
技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，还包括在确定所述一个或多个控制命令之前经由所述控制器使用第二频率下垂函数调整所述功率参考信号。
技术方案3. 根据技术方案2所述的方法，其中，用于所述第一频率下垂函数和第二频率下垂函数中的至少一个的频率参考是所述基于逆变器的资源的频率反馈的滤波版本。
技术方案4. 根据技术方案3所述的方法，其中，所述第一频率下垂函数的滤波器带宽高于所述第二频率下垂函数的滤波器带宽。
技术方案5. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述基于逆变器的资源包括具有至少一个发电机的风力涡轮功率系统。
技术方案6. 根据技术方案5所述的方法，其中，所述一个或多个控制命令包括用于所述功率转换器的转换器控制器的功率信号或用于所述风力涡轮功率系统的变桨系统的变桨命令中的至少一个。
技术方案7. 根据技术方案6所述的方法，其中，所述控制器包括所述风力涡轮功率系统的涡轮控制器或转换器控制器中的至少一个。
技术方案8. 根据技术方案6所述的方法，还包括经由所述控制器的本地功率约束模块通过以下步骤确定用于所述基于逆变器的资源的第二功率限制信号：
经由所述控制器确定对所述功率参考信号的补偿以考虑频率下垂操作；
经由所述控制器基于所述功率参考信号确定补偿后的输出功率参考信号；和
基于对所述功率参考信号的补偿和所述补偿后的输出功率参考信号来确定最终补偿后的功率参考。
技术方案9. 根据技术方案8所述的方法，其中，确定对所述功率参考信号的补偿以考虑频率下垂操作还包括：
经由所述控制器接收频率电网参考信号和来自所述电力网的频率电网反馈信号；
确定在所述频率电网参考信号和所述频率电网反馈信号之间的差值；和
经由所述控制器将第二频率下垂函数应用于所述差值，以确定对所述功率参考信号的补偿。
技术方案10. 根据技术方案9所述的方法，其中，确定对所述功率参考信号的补偿以考虑频率下垂操作还包括：
经由所述控制器的第一滤波微分元件补偿所述第二频率下垂函数的输出，以确定所述补偿后的输出功率参考信号。
技术方案11. 根据技术方案8所述的方法，其中，基于所述功率参考信号确定所述补偿后的输出功率参考信号还包括：
经由所述控制器对所述功率参考信号进行滤波；和
经由所述控制器的第二滤波微分元件对所述滤波后的功率参考信号进行补偿，以确定所述补偿后的输出功率参考信号。
技术方案12. 根据技术方案8所述的方法，还包括将裕度偏移应用于所述最终补偿后的功率参考。
技术方案13. 根据技术方案9所述的方法，还包括：
经由所述控制器基于来自所述电力网的频率电网反馈信号生成频率参考信号；和
经由所述控制器将所述频率参考信号发送到所述功率转换器的转换器控制器，
其中，所述频率参考信号在稳态期间将转换器下垂驱动到零，并且所述功率设定点限制将所述功率设定点约束为更接近于由所述基于逆变器的资源生成的实际功率，从而允许所述第一频率下垂函数响应于来自所述电力网的功率需求。
技术方案14. 根据技术方案13所述的方法，其中，生成所述频率参考信号还包括：
经由所述控制器的一个或多个滤波器对来自所述电力网的频率电网反馈信号进行滤波。
技术方案15. 根据技术方案14所述的方法，其中，所述一个或多个滤波器包括一阶低通滤波器或滚动平均低通滤波器中的至少一个。
技术方案16. 一种用于控制风力涡轮功率系统的系统，所述风力涡轮功率系统具有连接到电力网的电网形成功率转换器，所述系统包括：
涡轮控制器，其包括至少一个处理器，所述至少一个处理器配置成执行多个操作，所述多个操作包括：
从外部控制器接收用于所述风力涡轮功率系统的第一功率限制信号；
接收用于所述风力涡轮功率系统的第二功率限制信号；
基于所述第一功率限制信号和第二功率限制信号确定受约束功率限制信号；
将第一频率下垂函数应用于所述受约束功率限制信号；
根据所述第一频率下垂函数和所述受约束功率限制信号的输出来确定用于所述风力涡轮功率系统的功率参考信号；
使用第二频率下垂函数调整所述功率参考信号；
基于所述经调整的功率参考信号来确定用于所述风力涡轮功率系统的一个或多个控制命令；和
基于所述一个或多个控制命令来控制所述风力涡轮功率系统，以便在所述风力涡轮功率系统处可用的功率内支持所述电力网的电网频率。
技术方案17. 根据技术方案16所述的系统，其中，用于所述第一频率下垂函数和第二频率下垂函数中的至少一个的频率参考是所述风力涡轮功率系统的频率反馈的滤波版本。
技术方案18. 根据技术方案16所述的系统，其中，所述第一频率下垂函数的滤波器带宽高于所述第二频率下垂函数的滤波器带宽。
技术方案19. 根据技术方案18所述的系统，其中，所述一个或多个控制命令包括用于所述功率转换器的转换器控制器的功率信号或用于所述风力涡轮功率系统的变桨系统的变桨命令中的至少一个。
技术方案20. 根据技术方案18所述的系统，还包括通过以下步骤确定所述风力涡轮功率系统的第二功率限制信号：
确定对所述功率参考信号的补偿以考虑频率下垂操作；
基于所述功率参考信号确定补偿后的输出功率参考信号；和
基于对所述功率参考信号的补偿和所述补偿后的输出功率参考信号来确定最终补偿后的功率参考。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且能够实现的公开内容，包括其最佳模式，在附图中：
图1图示具有用于根据常规构造的电网跟随应用的转换器控制器的结构的双馈风力涡轮发电机的单线图；
图2图示根据常规构造的电网形成系统的主电路的一个实施例的示意图；
图3图示用于提供根据常规构造的电网形成控制的控制图；
图4图示根据本公开的风力涡轮的一个实施例的透视图；
图5图示根据本公开的机舱的一个实施例的简化内部视图；
图6图示适合与图1中所示风力涡轮一起使用的风力涡轮电功率系统的一个实施例的示意图；
图7图示根据本公开的具有多个风力涡轮的风电场的一个实施例的示意图；
图8图示根据本公开的控制器的一个实施例的框图；
图9图示根据本公开的用于双馈风力涡轮发电机的电网形成转换器的一个实施例的示意图；
图10图示根据本公开的具有频率下垂的惯性功率调节器的一个实施例的示意图；
图11图示根据本公开的风力涡轮功率系统的涡轮控制器的主输入和输出的一个实施例的示意图；
图12图示根据本公开的用于控制具有连接到电力网的功率转换器的风力涡轮功率系统的方法的一个实施例的流程图；
图13图示根据本公开的用于控制具有连接到电力网的功率转换器的风力涡轮功率系统的系统的一个实施例的示意图；和
图14图示根据本公开的用于控制具有连接到电力网的功率转换器的风力涡轮功率系统的系统的局部功率约束模块的一个实施例的示意图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中被图示。每个示例通过解释本发明的方式而不是限制本发明的方式被提供。事实上，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分被图示或描述的特征可与另一个实施例一起使用，以产生又一另外的实施例。因此，旨在本发明覆盖如归入所附权利要求书的范围内的这种修改和变型及其等同物。
常规的火力发电厂利用频率下垂控制函数在与连接到系统的发电机之间分担系统有功功率负载并支持系统频率。频率下垂控制的特征在于，在支持电网频率的方向上与电网频率中的偏差成比例地改变有功发电量。基于电网跟随转换器技术的现代风力涡轮不利用频率下垂来与其它发电机分担负载，而是依赖其它发电机(典型地是基于同步机的火力发电厂)来管理系统中的发电量/负载中的变化。因此，风力涡轮大体上被允许注入从本地风资源可用的最大功率，而与系统负载无关。这种行为的一些例外包括更大的(异常)频率事件，其中风力涡轮功率输出可被缩减，以减轻系统发电量/负载中的任何大的不平衡。
电网形成转换器技术以与常规(火力)发电相似的方式响应于系统发电量/负载中的变化。与常规的火力发电类似，频率下垂被使用在电网形成转换器中，以在其它并联连接的电网形成资源之间分担负载。然而，与常规发电不同，由于风力上的变化，从风力涡轮可用的功率量是不太可预测的。因此，在有功功率方面对系统频率的支持量受到本地风力条件的约束。因此，本公开针对具有频率下垂的基于电网形成逆变器的资源的功率控制的系统和方法，该系统和方法能够支持电网频率，同时也遵守来自风力的功率可用性方面的限制。
如本文中所用，基于逆变器的资源大体上是指可通过功率电子设备的切换来生成或吸收电功率的电气设备。因此，基于逆变器的资源可包括风力涡轮发电机、太阳能逆变器、能量存储系统、STATCOM或水电系统。例如，在一个实施例中，基于逆变器的资源可为具有连接到电力网的转子侧转换器、线路侧转换器和双馈感应发电机(DFIG)的风力涡轮功率系统。
现在参考附图，图4图示了根据本公开的风力涡轮10的一个实施例的透视图。如图所示，风力涡轮10大体上包括从支撑表面14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16以及联接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转的毂20和至少一个转子叶片22，转子叶片22联接到毂20并从毂20向外延伸。例如，在图示实施例中，转子18包括三个转子叶片22。然而，在备选实施例中，转子18可包括多于或少于三个转子叶片22。每个转子叶片22可围绕毂20间隔开，以便于旋转转子18，从而使动能能够从风转换成可用的机械能，并随后转换成电能。例如，毂20可能够旋转地联接到定位在机舱16内的发电机24(图5)，以允许产生电能。
风力涡轮10还可包括集中在机舱16内的风力涡轮控制器26。然而，在其它实施例中，控制器26可位于风力涡轮10的任何其它部件内或者风力涡轮10外部的位置处。此外，控制器26可通信地联接到风力涡轮10的任意数量的部件，以便控制这样的部件的操作和/或实现校正或控制动作。照此，控制器26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26可包括合适的计算机可读指令，所述指令当实现时将控制器26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。因此，控制器26可大体上配置成控制风力涡轮10的各种操作模式(例如，启动或关闭序列)、风力涡轮的降额或升额和/或风力涡轮10的各个部件。
现在参考图5，图示了图4中所示的风力涡轮10的机舱16的一个实施例的简化内部视图。如图所示，发电机24可设置在机舱16内并支撑在底板46的顶部上。一般来说，发电机24可联接到转子18，用于从由转子18生成的旋转能产生电功率。例如，如图示实施例中所示，转子18可包括联接到毂20的转子轴34，用于与其一起旋转。转子轴34继而可通过齿轮箱38能够旋转地联接到发电机24的发电机轴36。如通常理解的，响应于转子叶片22和毂20的旋转，转子轴34可向齿轮箱38提供低速、高扭矩输入。齿轮箱38然后可配置成将低速、高扭矩输入转换成高速、低扭矩输出，以驱动发电机轴36和因此发电机24。
风力涡轮10还可包括通信地联接到风力涡轮控制器26的一个或多个变桨驱动机构32，其中每个(多个)桨距调整机构32配置成使变桨轴承40旋转，并且因此使各个(多个)转子叶片22围绕其相应的变桨轴线28旋转。此外，如图所示，风力涡轮10可包括一个或多个偏航驱动机构42，偏航驱动机构42配置成改变机舱16相对于风的角度(例如，通过接合布置在风力涡轮10的机舱16和塔架12之间的风力涡轮10的偏航轴承44)。
此外，风力涡轮10还可包括一个或多个传感器66、68，用于监测风力涡轮10的各种风况。例如，可诸如通过使用合适的天气传感器66测量进入的风向52、风速或风力涡轮10附近的任何其它合适的风况。合适的天气传感器可包括，例如，光探测和测距(“LIDAR”)设备、声波探测和测距(“SODAR”)设备、风速计、风向标、气压计、雷达设备(诸如多普勒雷达设备)或本领域现在已知或以后开发的可提供风向信息的任何其它感测设备。还有另外的传感器68可用来测量风力涡轮10的附加的操作参数，诸如电压、电流、振动等，如本文中所述。
现在参考图6，根据本公开的各方面，图示了风力涡轮功率系统100的一个实施例的示意图。尽管本公开将在本文中大体上参照图4所示的风力涡轮10进行描述，但是使用本文提供的公开内容的本领域普通技术人员应该理解，本公开的各方面也可应用于其它发电系统，并且如上所述，本发明不限于风力涡轮系统。
在图6和如上所述的实施例中，风力涡轮10(图4)的转子18可任选地联接到齿轮箱38，齿轮箱38继而联接到发电机102，发电机120可为双馈感应发电机(DFIG)。如图所示，DFIG 102可连接到定子总线104。此外，如图所示，功率转换器106可经由转子总线108连接到DFIG 102，并且经由线路侧总线110连接到定子总线104。照此，定子总线104可从DFIG102的定子提供输出多相功率(例如，三相功率)，并且转子总线108可从DFIG 102的转子提供输出多相功率(例如，三相功率)。功率转换器106还可包括转子侧转换器(RSC) 112和线路侧转换器(LSC) 114。DFIG 102经由转子总线108联接到转子侧转换器112。另外，RSC 112经由DC链路116联接到LSC 114，DC链路电容器118横跨该链路116。LSC 114继而联接到线路侧总线110。
RSC 112和LSC 114可配置用于在使用诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)开关元件的一个或多个开关器件的三相脉宽调制(PWM)布置中的正常操作模式。此外，功率转换器106可联接到转换器控制器120，以便控制转子侧转换器112和线路侧转换器114的操作，如本文中所述。应当注意，转换器控制器120可配置为功率转换器106和涡轮控制器26之间的接口，并且可包括任何数量的控制设备。
在典型的配置中，还可包括各种线路接触器和电路断路器(包括例如电网断路器122)用于在连接到诸如电力网124的负载和从负载断开期间隔离DFIG 102的正常操作所需的各种部件。例如，系统电路断路器126可将系统总线128联接到变压器130，变压器130可经由电网断路器122联接到电力网124。在备选实施例中，熔断器可代替电路断路器中的一些或全部。
在操作中，通过旋转转子18在DFIG 102处生成的交流功率经由由定子总线104和转子总线108限定的双路径提供至电力网124。在转子总线108上，正弦多相(例如，三相)交流(AC)功率被提供至功率转换器106。转子侧转换器112将从转子总线108提供的AC功率转换成直流(DC)功率，并将DC功率提供至DC链路116。如通常所理解的，在转子侧转换器112的桥电路中使用的开关元件(例如，IGBT)可被调制，以将从转子总线108提供的AC功率转换成适合于DC链路116的DC功率。
此外，线路侧转换器114将DC链路116上的DC功率转换成适合于电力网124的AC输出功率。特别地，线路侧转换器114的桥电路中使用的开关元件(例如，IGBT)可被调制，以将DC链路116上的DC功率转换成线路侧总线110上的AC功率。来自功率转换器106的AC功率可用来自DFIG 102的定子的功率约束，以提供具有基本上保持在电力网124的频率(例如，50Hz或60 Hz)下的频率的多相功率(例如，三相功率)。
另外，诸如电网断路器122、系统断路器126、定子同步开关132、转换器断路器134和线路接触器136的各种电路断路器和开关可被包括在风力涡轮功率系统100中，以连接或断开对应的总线，例如，当电流过大并且可能损坏风力涡轮功率系统100的部件或出于其它操作考虑时。在风力涡轮功率系统100中还可包括附加的保护部件。
此外，功率转换器106可经由转换器控制器120从例如本地控制系统176接收控制信号。控制信号尤其可基于风力涡轮功率系统100的感测到的状态或操作特性。典型地，控制信号提供用于控制功率转换器106的操作。例如，DFIG 102的呈感测速度形式的反馈可用于控制来自转子总线108的输出功率的转换，以保持适当且平衡的多相(例如，三相)功率源。来自其它传感器的其它反馈也可由(多个)控制器120、26使用来控制功率转换器106，包括例如定子和转子总线电压和电流反馈。使用各种形式的反馈信息，可生成开关控制信号(例如，用于IGBT的栅极定时命令)、定子同步控制信号和电路断路器信号。
功率转换器106还针对例如在毂20和转子叶片22处的风速中的变化来补偿或调整来自转子的三相功率的频率。因此，机械和电气转子频率被分离，并且电气定子和转子频率匹配基本上独立于机械转子速度而被促进。
在一些状态下，功率转换器106的双向特性以及具体地LSC 114和RSC 112的双向特性有利于将生成的电功率中的至少一些反馈回发电机转子中。更具体地，电功率可从定子总线104传输到线路侧总线110，并且随后通过线路接触器136并进入功率转换器106，具体地LSC 114，其充当整流器并将正弦三相AC功率整流成DC功率。DC功率被传输到DC链路116中。电容器118通过有利于减轻有时与三相AC整流相关联的DC纹波而有利于减轻DC链路电压幅度变化。
DC功率随后被传输到RSC 112，RSC 112通过调整电压、电流和频率将DC电功率转换成三相正弦AC电功率。该转换经由转换器控制器120来监测和控制。转换后的AC功率经由转子总线108从RSC 112传输到发电机转子。以这种方式，通过控制转子电流和电压来有利于发电机无功功率控制。
现在参考图7，本文中描述的风力涡轮功率系统100可为风电场50的一部分。如图所示，风电场50可包括多个风力涡轮52(包括以上描述的风力涡轮10)和总场级控制器56。例如，如在图示实施例中所示，风电场50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50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，多个风力涡轮52的涡轮控制器例如通过有线连接通信地联接到场级控制器56，诸如通过经合适的通信链路54(例如，合适的线缆)连接涡轮控制器26。备选地，涡轮控制器可通过无线连接通信地联接到场级控制器56，诸如通过使用本领域已知的任何合适的无线通信协议。在另外的实施例中，场级控制器56配置成向各种风力涡轮52发送和从各种风力涡轮52接收控制信号，诸如例如在风电场50的风力涡轮52之间分配有功和/或无功功率需求。
现在参考图8，图示根据本公开的示例方面的可包括在控制器(诸如本文描述的转换器控制器120、涡轮控制器26和/或场级控制器56中的任何一个)内的合适部件的一个实施例的框图。如图所示，控制器可包括一个或多个处理器58、计算机或其它合适的处理单元和相关联的(多个)存储器设备60，存储器设备60可包括合适的计算机可读指令，所述指令当实现时将控制器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(例如，执行本文中公开的方法、步骤、计算等)。
如本文中所用，术语“处理器”不仅指在本领域中被称为包含在计算机中的集成电路，还指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路。另外，(多个)存储器设备60大体上可包括(多个)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，闪存存储器)、软盘、致密盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能盘(DVD)和/或其它合适的存储器元件。
(多个)这样的存储器设备60可大体上配置成存储合适的计算机可读指令，当由(多个)处理器58实现时，这些指令配置控制器来执行如本文中描述的各种功能。另外，控制器还可包括通信接口62，以便于控制器和风力涡轮10的各种部件之间的通信。接口可包括一个或多个电路、端子、引脚、触点、导体或用于发送和接收控制信号的其它部件。此外，控制器可包括传感器接口64(例如，一个或多个模数转换器)，以允许从传感器66、68传输的信号被转换成可被(多个)处理器58理解和处理的信号。
现在参考图9，图示了根据本公开的用于提供风力涡轮的双馈发电机的电网形成控制的系统200。特别地，图9图示了根据本公开的系统200的一个实施例的示意图，特别地图示了具有用于电网形成特性的高级控制结构的双馈风力涡轮发电机102的单线图。
如图所示，系统200可包括许多本文中描述的图6的相同特征，其中具有相同附图标记的部件表示相同的部件。此外，如图所示，系统200可包括用于控制线路侧转换器的控制结构，该控制结构类似于图1中所示的控制结构。更特别地，如图所示，线路侧转换器控制结构可包括DC调节器212和线路电流调节器214。DC调节器212配置成为线路电流调节器214生成线路侧电流命令。线路电流调节器214然后为调制器218生成线路侧电压命令。调制器218还接收来自锁相环216的输出(例如，锁相环角度)，以生成用于线路侧转换器114的一个或多个门脉冲。锁相环216典型地使用电压反馈信号生成其输出。
此外，如图所示，系统200还可包括用于使用电网形成特性来控制电网侧转换器112的独特控制结构。特别地，如图9中所示，系统200可包括定子电压调节器206，用于提供这种电网形成特性。此外，如图所示，系统200可包括电网电压/无功伏安调节器202、惯性功率调节器204、转子电流调节器208和调制器210。
更特别地，系统200包括内环电流调节器结构和快速定子电压调节器，以将来自电网形成控制的电压命令转换成转子电流调节器命令。因此，本公开的系统提供双馈风力涡轮发电机102的转子电压的控制，以满足针对定子电压的幅值和角度的更高级别的命令。这种控制必须相对快速，并且对在双馈风力涡轮发电机102的定子中流动的电流不敏感。
此外，在实施例中，该系统200的惯性功率调节器204实现各种功能，包括(1)跟随由涡轮控制供应的有功功率参考，以及(2)在其它并联连接的资源之间分担功率。跟随由涡轮控制供应的有功功率参考实际上通过对定子电压控制的角度命令的修改来实现，而在其它并联连接的资源之间分担功率实际上通过频率下垂来实现。
现在参考图10，提供了具有频率下垂的惯性功率调节器204的扩展框图。如图所示，频率参考信号ωREF和锁相环频率信号ωPLL被约束以生成频率误差信号Eω。如可看出的那样，在求和点222中，从ωREF信号中减去表示逆变器输出的实际频率的ωPLL信号，以生成Eω误差信号。将Eω误差信号提供给频率偏置电路，该频率偏置电路具有包括常规比例加积分调节器224和死区电路226的第一控制环路。死区电路226提供频率误差信号的某个范围的变化，例如，大约1/2 Hz而没有输出信号的任何改变。由于功率系统频率的自然波动，这限制了响应。比例加积分调节器224将误差信号转换为施加到求和点220的常规偏置信号。
第二环路包括比例下垂电路228，该电路可为具有固定增益的放大器，该放大器接收Eω误差信号并向求和点220提供立即补偿信号，补偿信号被添加到来自比例加积分调节器224的输出信号上。求和点230的输出是功率偏移信号，该功率偏移信号耦合到求和点232，求和点232的另一输入是功率参考信号PREF。因此，来自求和点220的频率偏移信号用于修改功率参考信号PREF。这种修改的目的是根据频率偏移调整功率参考信号PREF。更特别地，该系统的目的是试图保持系统输出频率恒定，以便如果在输出频率和参考频率之间存在误差，则调整功率参考信号PREF以补偿频率误差。
因此，如图所示，比例下垂电路228通过添加由在频率参考和实际频率之间的差值确定的下垂项(即，来自230的输出)来修改来自涡轮控制的功率参考PREF。在正常条件下，电网频率接近标称值，并且下垂项为零。当在发电量和负载中存在不平衡时，电网频率可能偏离标称值，并且下垂项将导致功率转换器106生成不同于来自涡轮控制的功率参考PREF的功率。该功率偏差对涡轮控制的影响可能是传动系的速度上的意外变化，潜在地导致风力涡轮10的停机(trip)。
仍然参考图10，功率调节器204还引入惯性调节器234，该惯性调节器234修改功率误差信号以模拟同步电机的惯性。更特别地，惯性调节器204防止突然的频率变化或功率变化，如果经历了逆变器输出中的突然变化，则这些突然的频率变化或功率变化可导致由联接到逆变器输出的马达生成的瞬态扭矩。惯性调节器234可包括具有滤波微分元件的特性的常规电子电路，因为其输出信号响应于输入信号中的增加而逐渐增加。
如果功率参考信号由频率偏置电路修改，则识别为PORD的合成信号在求和点232的输出端子处产生，并被施加到求和电路236，在求和电路236处，将命令功率或有序功率与系统的测量输出功率PB进行比较。这里注意，信号PB表示在逆变器的输出端处产生的有效功率。来自求和电路236的输出信号表示施加到惯性调节器234的功率误差信号。由如上所述的惯性调节器产生的信号表示内部电压E1的期望频率ω1，并且如果频率正确地跟踪，则将与频率ωPLL相同。在这方面，在惯性调节器234的输出端处产生的信号ω1在求和点238中与ωPLL信号求和。在锁相环频率和信号ω1之间的任何差导致误差信号，该误差信号被施加到滤波微分元件240以产生δIT信号。在这样的实施例中，滤波微分元件240可为常规类型的滤波微分元件，其输出信号δIT是可与来自锁相环的输出信号求和以生成输出信号θ1的角度偏移。
现在参考图11，提供了涡轮控制器26的主输入和输出的简化框图。在实施例中，涡轮控制器26的首要目标是基于从风力可用的功率并且在由功率设定点限制PwrSet施加的功率约束内最大化由发电机102生成的功率。典型地，涡轮控制器26通过调节发电机102的速度和有功功率来实现该目的。因此，涡轮控制器26利用最大功率点跟踪算法来确定对于转换器控制器120的功率参考和对于桨距控制的变桨命令，以实现这些控制目标。
在正常电网条件下，功率设定点(PwrSet)被设定为发电机102的标称功率额定值。涡轮控制器26调整桨距和转换器功率参考，以使功率设定点内的功率输出最大化。因此，基于风力条件，实际功率可能显著偏离设定点，但大体上保持在功率设定点以下。在缩减的条件下，功率设定点降低到标称功率额定值以下，但控制继续以相同的方式操作，但被约束到较低的功率。注意，功率设定点也可被解释为功率限制，因为控制器被允许在该约束内产生尽可能多的功率。
变化包括三个主要因素：(1)局部约束与功率设定点限制相结合以获得受约束功率限制，(2)基于滤波的电网频率反馈供应到电网形成转换器的频率参考(ωREF)，以及(3)对受约束功率设定点限制的频率下垂(Pdrp)调整。与在其它类型的发电机中的常规下垂控制函数一样，第一频率下垂函数调整受约束功率设定点限制以支持电网频率。
因此，由本公开提供了对涡轮和转换器控制器26的某些修改以及操作它们的方法。特别地，并且现在参考图12和图13，提供了根据本公开的用于控制基于逆变器的资源的方法300和系统400，该基于逆变器的资源具有连接到电力网的电网形成功率转换器。
特别地参考图12至图14，提供了根据本公开的用于控制基于逆变器的资源的方法300的一个实施例的流程图和系统400的示意图，该基于逆变器的资源具有连接到电力网的电网形成功率转换器。因此，参照图13和图14中图示的系统400，可更好地理解本公开的方法300，图13和图14图示了对用于电网形成应用的基于逆变器的资源控制器26的修改。如所提及，该修改至少包括：(1)局部约束与功率设定点限制相结合以获得受约束功率限制，(2)基于滤波的电网频率反馈供应到电网形成转换器的频率参考(ωREF)，以及(3)对受约束功率设定点限制的频率下垂(Pdrp)调整。
因此，在这样的实施例中，与在其它类型的发电机中的常规下垂控制函数一样，频率下垂函数调整功率设定点限制以支持电网频率。此外，如图所示，供应到转换器控制器120的频率参考基于电网频率反馈的滤波版本。因此，该新供应的频率参考配置成在稳态期间将转换器下垂驱动到零，允许涡轮控制器26中的频率下垂响应于来自电力网的功率需求。此外，新的受约束功率限制跟随更接近于由发电机102生成的实际功率，从而允许下垂函数基于电网频率调整功率远离当前输出。
特别地参考图12，在实施例中，例如，基于逆变器的资源可为具有联接到发电机的至少一个功率转换器的风力涡轮功率系统。一般来说，方法300在此参照图4至图11的风力涡轮功率系统100进行描述。然而，应当意识到，所公开的方法300可用具有任何其它合适配置的任何其它合适的发电系统来实现。此外，方法300可使用涡轮控制器26、转换器控制器120或任何其它合适的控制设备或它们的组合来实现。此外，尽管为了说明和讨论的目的，图12描绘了以特定顺序执行的步骤，但是本文中讨论的方法不限于任何特定顺序或布置。使用本文中提供的公开内容，本领域技术人员将意识到，在不偏离本公开的范围的情况下，本文中公开的方法的各种步骤可各种方式被省略、重新布置、约束和/或修改。
如在(302)处所示，方法300包括从外部控制器接收用于基于逆变器的资源的第一功率限制信号。例如，如图13中所示，涡轮控制器26从场级控制器156接收第一功率限制Power_Limit_1。重新参考图12，如在(304)处所示，方法300包括经由控制器的本地功率约束模块接收用于基于逆变器的资源的第二功率限制信号。例如，如图13中所示，涡轮控制器26可包括本地功率约束模块402，其为涡轮控制器26生成第二功率限制Power_Limit_2。
重新参考图12，如在(306)处所示，方法300包括经由控制器基于第一功率限制信号和第二功率限制信号来确定受约束功率限制信号。例如，如图13中所示，最小模块404配置成根据第一功率限制信号和第二功率限制信号来确定受约束功率限制信号406。
重新参考图12，如在(308)处所示，方法300包括经由控制器将第一频率下垂函数应用于受约束功率限制信号406。例如，如图13中所示，涡轮控制器26可包括可应用于受约束功率限制信号406的第一频率下垂函数408。在这样的实施例中，第一频率下垂函数408大体上包括一个或多个参数设定值，其限定来自电网频率中的偏差的功率变化的量。
重新参考图12，如在(310)处所示，方法300包括经由控制器的最大功率跟踪算法根据第一频率下垂函数408和受约束功率限制信号406的输出来确定用于基于逆变器的资源的功率参考信号或桨距参考信号中的至少一个。例如，如图13中所示，涡轮控制器26可包括最大功率跟踪算法410，其可使用第一频率下垂函数408和受约束功率限制信号406的输出412来确定转换器控制器120的功率参考信号Power_ref。
重新参考图12，如在(312)处所示，方法300包括使用第二频率下垂函数416调整功率参考信号。例如，如图13中所示，转换器控制器120可包括功率调节器模块414，其接收功率参考信号Power_ref和可用来调整功率参考信号的第二频率下垂函数416的输出。
此外，如图13中所示，用于第一频率下垂函数408和第二频率下垂函数416中的至少一个的频率参考(例如，FrqRef1、FrqRef1)可为基于逆变器的资源的频率反馈(例如，FrqFbk1、FrqFbk2)的滤波版本。此外，在实施例中，第一频率下垂函数408的滤波器带宽可低于第二频率下垂函数416的滤波器带宽。
更具体地，如图14中所示，图示了本文中描述的功率调节器模块414的各种部件。如图所示，功率调节器模块414配置成通过确定对功率参考信号Power_Ref的补偿以考虑频率下垂操作和基于功率参考信号Power_Ref确定补偿后的输出功率参考信号PrefCmp0来确定基于逆变器的资源的第二功率限制信号Power_Limit_2。在这样的实施例中，确定对功率参考信号Power_Ref的补偿以考虑频率下垂操作可包括：接收频率电网参考信号ωgridRef和来自电力网的频率电网反馈信号ωgridFbk；经由求和点确定在频率电网参考信号ωgridRef和频率电网反馈信号ωgridFbk之间的差值；以及将频率下垂函数应用于该差值以确定对功率参考信号的补偿Pdrpcmp。
在另一个实施例中，如图所示，确定对功率参考信号的补偿Pdrpcmp以考虑频率下垂操作还可包括经由第一滤波微分元件补偿频率下垂函数的输出。此外，在实施例中，如图所示，通过经由一个或多个滤波器对功率参考信号Power_Ref进行滤波和经由第二滤波微分元件对滤波后的功率参考信号进行补偿以确定补偿后的输出功率参考信号PrefCmp0，可基于功率参考信号Power_Ref来确定补偿后的输出功率参考信号PrefCmp0。
因此，如在求和点处所示，对功率参考信号的补偿Pdrpcmp和补偿后的输出功率参考信号PrefCmp0可相加在一起，以确定最终补偿后的功率参考PrefCmp1。因此，如在求和点处所示，可将裕度偏移PrefMrg添加到最终补偿后的功率参考PrefCmp1，以帮助防止由于风速变化而对功率设定点PwrSet的意外限制。因此，求和点的输出是第二功率限制Power_Limit_2。
重新参考图12，如在(314)处所示，方法300包括基于经调整的功率参考信号或桨距参考信号中的至少一个来确定用于基于逆变器的资源的一个或多个控制命令。例如，在实施例中，如图13中所示，(多个)控制命令可包括用于转换器控制器120的功率调节信号(例如，PregACTUATOR)，或者用于风力涡轮功率系统100的变桨系统的变桨命令。因此，在这样的实施例中，功率调节器模块414的输出418可对应于(多个)控制命令。重新参考图12，如在(316)处所示，方法300包括基于一个或多个控制命令来控制基于逆变器的资源，以便在基于逆变器的资源处可用的功率内支持电力网的电网频率。
本发明的另外的方面由以下条款的主题提供：
条款1. 一种用于控制具有连接到电力网的功率转换器的基于逆变器的资源的方法，所述方法包括：
经由控制器从外部控制器接收用于所述基于逆变器的资源的第一功率限制信号；
经由所述控制器的本地功率约束模块接收用于所述基于逆变器的资源的第二功率限制信号；
经由所述控制器基于所述第一功率限制信号和第二功率限制信号确定受约束功率限制信号；
经由所述控制器将第一频率下垂函数应用于所述受约束功率限制信号；
经由所述控制器的最大功率跟踪算法根据所述第一频率下垂函数和所述受约束功率限制信号的输出来确定用于所述基于逆变器的资源的功率参考信号或桨距参考信号中的至少一个；
经由所述控制器基于所述功率参考信号或所述桨距参考信号中的至少一个来确定用于所述基于逆变器的资源的一个或多个控制命令；和
经由所述控制器基于所述一个或多个控制命令来控制所述基于逆变器的资源，以便在所述基于逆变器的资源处可用的功率内支持所述电力网的电网频率。
条款2. 根据条款1所述的方法，还包括在确定所述一个或多个控制命令之前经由所述控制器使用第二频率下垂函数调整所述功率参考信号。
条款3. 根据条款2所述的方法，其中，用于所述第一频率下垂函数和第二频率下垂函数中的至少一个的频率参考是所述基于逆变器的资源的频率反馈的滤波版本。
条款4. 根据条款3所述的方法，其中，所述第一频率下垂函数的滤波器带宽高于所述第二频率下垂函数的滤波器带宽。
条款5. 根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述基于逆变器的资源包括具有至少一个发电机的风力涡轮功率系统。
条款6. 根据条款5所述的方法，其中，所述一个或多个控制命令包括用于所述功率转换器的转换器控制器的功率信号或用于所述风力涡轮功率系统的变桨系统的变桨命令中的至少一个。
条款7. 根据条款6所述的方法，其中，控制器包括风力涡轮功率系统的涡轮控制器或转换器控制器中的至少一个。
条款8. 根据条款6所述的方法，还包括经由所述控制器的本地功率约束模块通过以下步骤确定用于所述基于逆变器的资源的第二功率限制信号：
经由所述控制器确定对所述功率参考信号的补偿以考虑频率下垂操作；
经由所述控制器基于所述功率参考信号确定补偿后的输出功率参考信号；和
基于对所述功率参考信号的补偿和所述补偿后的输出功率参考信号来确定最终补偿后的功率参考。
条款9. 根据条款8所述的方法，其中，确定对所述功率参考信号的补偿以考虑频率下垂操作还包括：
经由所述控制器接收频率电网参考信号和来自所述电力网的频率电网反馈信号；
确定在所述频率电网参考信号和所述频率电网反馈信号之间的差值；和
经由所述控制器将第二频率下垂函数应用于所述差值，以确定对所述功率参考信号的补偿。
条款10. 根据条款9所述的方法，其中，确定对所述功率参考信号的补偿以考虑频率下垂操作还包括：
经由所述控制器的第一滤波微分元件补偿所述第二频率下垂函数的输出，以确定所述补偿后的输出功率参考信号。
条款11. 根据条款8至10所述的方法，其中，基于所述功率参考信号确定所述补偿后的输出功率参考信号还包括：
经由所述控制器对所述功率参考信号进行滤波；和
经由所述控制器的第二滤波微分元件对所述滤波后的功率参考信号进行补偿，以确定所述补偿后的输出功率参考信号。
条款12. 根据条款8所述的方法，还包括将裕度偏移应用于所述最终补偿后的功率参考。
条款13. 根据前述条款中的任一项所述的方法，还包括：
经由所述控制器基于来自所述电力网的频率电网反馈信号生成频率参考信号；和
经由所述控制器将所述频率参考信号发送到所述功率转换器的转换器控制器，
其中，所述频率参考信号在稳态期间将转换器下垂驱动到零，并且所述功率设定点限制将所述功率设定点约束为更接近于由所述基于逆变器的资源生成的实际功率，从而允许所述第一频率下垂函数响应于来自所述电力网的功率需求。
条款14. 根据条款13所述的方法，其中，生成所述频率参考信号还包括：
经由所述控制器的一个或多个滤波器对来自所述电力网的频率电网反馈信号进行滤波。
条款15. 根据条款14所述的方法，其中，所述一个或多个滤波器包括一阶低通滤波器或滚动平均低通滤波器中的至少一个。
条款16. 一种用于控制风力涡轮功率系统的系统，所述风力涡轮功率系统具有连接到电力网的电网形成功率转换器，所述系统包括：
涡轮控制器，其包括至少一个处理器，所述至少一个处理器配置成执行多个操作，所述多个操作包括：
从外部控制器接收用于所述风力涡轮功率系统的第一功率限制信号；
接收用于所述风力涡轮功率系统的第二功率限制信号；
基于所述第一功率限制信号和第二功率限制信号确定受约束功率限制信号；
将第一频率下垂函数应用于所述受约束功率限制信号；
根据所述第一频率下垂函数和所述受约束功率限制信号的输出来确定用于所述风力涡轮功率系统的功率参考信号；
使用第二频率下垂函数调整所述功率参考信号；
基于所述经调整的功率参考信号来确定用于所述基于逆变器的资源的一个或多个控制命令；和
基于所述一个或多个控制命令来控制所述风力涡轮功率系统，以便在所述风力涡轮功率系统处可用的功率内支持所述电力网的电网频率。
条款17. 根据条款16所述的系统，其中，用于所述第一频率下垂函数和第二频率下垂函数中的至少一个的频率参考是所述基于逆变器的资源的频率反馈的滤波版本。
条款18. 根据条款16至17所述的系统，其中，所述第一频率下垂函数的滤波器带宽高于所述第二频率下垂函数的滤波器带宽。
条款19. 根据条款18所述的系统，其中，所述一个或多个控制命令包括用于所述功率转换器的转换器控制器的功率信号或用于所述风力涡轮功率系统的变桨系统的变桨命令中的至少一个。
条款20. 根据条款18至19所述的系统，还包括通过以下步骤确定用于所述基于逆变器的资源的第二功率限制信号：
确定对所述功率参考信号的补偿以考虑频率下垂操作；
基于所述功率参考信号确定补偿后的输出功率参考信号；和
基于对所述功率参考信号的补偿和所述补偿后的输出功率参考信号来确定最终补偿后的功率参考。
本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造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。如果这些其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有非实质性差异的等效结构要素，则这些其它示例旨在处于权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种用于控制具有连接到电力网的功率转换器的基于逆变器的资源的方法，所述方法包括：
经由控制器从外部控制器接收用于所述基于逆变器的资源的第一功率限制信号；
经由所述控制器的本地功率约束模块接收用于所述基于逆变器的资源的第二功率限制信号；
经由所述控制器基于所述第一功率限制信号和第二功率限制信号确定受约束功率限制信号；
经由所述控制器将第一频率下垂函数应用于所述受约束功率限制信号；
经由所述控制器的最大功率跟踪算法根据所述第一频率下垂函数和所述受约束功率限制信号的输出来确定用于所述基于逆变器的资源的功率参考信号或桨距参考信号中的至少一个；
经由所述控制器基于所述功率参考信号或所述桨距参考信号中的至少一个来确定用于所述基于逆变器的资源的一个或多个控制命令；和
经由所述控制器基于所述一个或多个控制命令来控制所述基于逆变器的资源，以便在所述基于逆变器的资源处可用的功率内支持所述电力网的电网频率。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在确定所述一个或多个控制命令之前经由所述控制器使用第二频率下垂函数调整所述功率参考信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，用于所述第一频率下垂函数和第二频率下垂函数中的至少一个的频率参考是所述基于逆变器的资源的频率反馈的滤波版本。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一频率下垂函数的滤波器带宽高于所述第二频率下垂函数的滤波器带宽。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于逆变器的资源包括具有至少一个发电机的风力涡轮功率系统。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述一个或多个控制命令包括用于所述功率转换器的转换器控制器的功率信号或用于所述风力涡轮功率系统的变桨系统的变桨命令中的至少一个。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述控制器包括所述风力涡轮功率系统的涡轮控制器或转换器控制器中的至少一个。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括经由所述控制器的本地功率约束模块通过以下步骤确定用于所述基于逆变器的资源的第二功率限制信号：
经由所述控制器确定对所述功率参考信号的补偿以考虑频率下垂操作；
经由所述控制器基于所述功率参考信号确定补偿后的输出功率参考信号；和
基于对所述功率参考信号的补偿和所述补偿后的输出功率参考信号来确定最终补偿后的功率参考。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，确定对所述功率参考信号的补偿以考虑频率下垂操作还包括：
经由所述控制器接收频率电网参考信号和来自所述电力网的频率电网反馈信号；
确定在所述频率电网参考信号和所述频率电网反馈信号之间的差值；和
经由所述控制器将第二频率下垂函数应用于所述差值，以确定对所述功率参考信号的补偿。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，确定对所述功率参考信号的补偿以考虑频率下垂操作还包括：
经由所述控制器的第一滤波微分元件补偿所述第二频率下垂函数的输出，以确定所述补偿后的输出功率参考信号。
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