CN116025524A - 用于基于逆变器资源的无功功率调节器的自适应增益控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于基于逆变器资源的无功功率调节器的自适应增益控制，具体地一种用于控制连接到电力网的具有功率转换器的基于逆变器的资源的方法包括经由基于逆变器的资源的控制器的调节器接收多个功率信号。该方法还包括经由调节器根据多个功率信号确定功率误差信号。此外，该方法包括经由调节器从监管控制器接收动态乘数因子。再者，该方法包括经由调节器将动态乘数因子应用于调节器的一个或多个增益以确定一个或多个修改增益。另外，该方法包括将一个或多个修改增益应用于功率误差信号以获得中间功率信号。因此，该方法包括经由调节器根据中间功率信号生成用于功率转换器的一个或多个控制命令。

Description

用于基于逆变器资源的无功功率调节器的自适应增益控制
技术领域
本公开总体上涉及基于逆变器的资源，并且更具体地涉及用于基于逆变器的资源的无功功率调节的自适应增益控制。
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得到了越来越多的关注。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。转子叶片是用于将风能转化为电能的主要元件。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，在其侧面之间产生压差。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，主转子轴连接到发电机，以用于产生传递到功率电网的电力。功率电网将电能从发电设施输送到最终用户。
风功率生成典型地由风电场提供，该风电场包含多个风力涡轮发电机(例如，通常100个或更多个风力涡轮)。典型的风电场具有场级控制器，该控制器在风电场互连点(即，本地风力涡轮发电机连接到电网的点；也可称为公共联接点)处调节电压、无功功率和/或功率因数。在这样的风电场中，场级控制器通过向风电场内的各个风力涡轮发电机发送无功功率或无功电流命令来实现其控制目标。然而，本地风力涡轮发电机在风电场内的某些约束可限制供应无功功率的能力。这样的约束可包括例如电压极限、无功功率极限和/或电流极限。
更具体地，当风力涡轮发电机中的一个或多个达到上述约束之一时，本地涡轮级控制器可能无法遵循来自场级控制器的请求的无功功率命令。
再者，许多异步功率生成资产利用连接电网的功率转换器来实现某些动态控制功能，包括调节涡轮构件的速度、功率和机械负载。例如，典型的风力转换器控制策略包括满足从监管控制器接收的无功功率参考。无功功率流和电压稳定性受风力涡轮的功率转换器与功率系统之间联接强度的影响，使得期望在联接弱时减慢调节器响应，并且在联接强时增大调节器响应。然而，此平衡可能难以实现。
因此，本公开针对用于能量生成(例如在双馈感应发电机(DFIG)风力涡轮中)的具有自适应增益控制的无功功率调节方案，其允许在维持稳定操作的同时调节器响应更好地匹配电网特性。
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。
一方面，本公开针对一种用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源的方法。基于逆变器的资源具有功率转换器。该方法包括经由基于逆变器的资源的控制器的调节器接收多个功率信号。该方法还包括经由控制器的调节器根据多个功率信号确定功率误差信号。此外，该方法包括经由控制器的调节器从监管控制器接收动态乘数因子。再者，该方法包括经由控制器的调节器将动态乘数因子应用于调节器的一个或多个增益以确定一个或多个修改增益。另外，该方法包括将一个或多个修改增益应用于功率误差信号以获得中间功率信号。因此，该方法包括经由控制器的调节器根据中间功率信号生成用于功率转换器的一个或多个控制命令。
在实施例中，多个功率信号可包括功率命令信号和功率反馈信号。在此类实施例中，功率命令信号可为无功功率命令信号或有功功率命令信号，而功率反馈信号可为无功功率反馈信号或有功功率反馈信号。
在另一个实施例中，基于逆变器的资源是具有多个基于逆变器的资源的发电厂的一部分。因此，在此类实施例中，发电厂可由监管控制器控制。在特定实施例中，基于逆变器的资源可为风力涡轮并且发电厂可为风电场。
在另外的实施例中，该方法可进一步包括经由监管控制器根据在线的多个基于逆变器的资源的数量动态地确定动态乘数因子。例如，在实施例中，经由监管控制器根据在线的多个基于逆变器的资源的数量动态地确定动态乘数因子可包括确定在线的多个基于逆变器的资源的数量，并且将在线的多个基于逆变器的资源的数量除以发电厂中的多个基于逆变器的资源的总数。
在另外的实施例中，该方法可包括对一个或多个修改增益应用限制以限制在应用动态乘数因子之后一个或多个增益可减少多少。
在另一个实施例中，该方法可包括经由控制器的调节器根据多个功率信号中的一个确定前馈信号，以及经由控制器的调节器根据中间功率信号和前馈信号生成用于功率转换器的一个或多个控制命令。
在实施例中，经由控制器的调节器根据中间功率信号和前馈信号生成用于功率转换器的一个或多个控制命令可包括将中间功率信号和前馈信号相加在一起获得总和，对总和进行积分以确定电压命令，根据电压命令和一个或多个电压反馈信号确定电压误差信号，以及经由控制器的电压调节器调节电压误差信号以生成一个或多个控制命令，一个或多个控制命令至少包括用于功率转换器的无功电流命令。
另一方面中，本公开针对一种用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源的方法。基于逆变器的资源具有功率转换器。该方法包括将动态乘数因子应用于基于逆变器的资源的控制器的功率调节器的一个或多个增益以修改功率调节器的带宽，从而修改功率调节器的响应时间。该方法还包括经由控制器的功率调节器，使用由监管控制器发出的多个功率信号和一个或多个增益来生成用于功率转换器的电压调节器的一个或多个控制命令。应当理解，该方法可进一步包括本文中所述的任何附加步骤、特征和/或实施例。
又一方面中，本公开针对一种用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源的系统。基于逆变器的资源具有功率转换器。该系统包括监管控制器和通信地联接到监管控制器的本地控制器。本地控制器包括功率调节器和电压调节器。功率调节器配置成执行多个操作，包括但不限于接收多个功率信号、根据多个功率信号确定功率误差信号、从监管控制器接收动态乘数因子、将动态乘数因子应用于调节器的一个或多个增益以确定一个或多个修改增益、将一个或多个修改增益应用于功率误差信号以获得中间功率信号，以及根据中间功率信号生成用于功率转换器的一个或多个控制命令。应当理解，该系统可进一步包括本文中所述的任何附加特征和/或实施例。
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。
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，其中：
图1图示了根据本公开的风力涡轮的一个实施例的透视图；
图2图示了根据本公开的机舱的一个实施例的简化内部视图；
图3图示了适合与图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4图示了根据本公开的具有与输送电网联接的多个风力涡轮发电机的风电场的框图；
图5图示了根据本公开的可包括在场级控制器的一个实施例中的合适部件的框图；
图6图示了根据本公开的场级调节器和涡轮级调节器的一个实施例的功能图；
图7示出了根据本公开的方法的一个实施例的流程图，该方法用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源；
图8示出了根据本公开的系统的一个实施例的功能图，该系统用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源；以及
图9示出了根据本公开的方法的另一个实施例的流程图，该方法用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源。
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，意图是，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。
大体上，本公开针对用于能量生成(特别是用于双馈感应发电机(DFIG)风力涡轮系统中)的具有自适应增益控制的无功功率调节方案，其允许在也维持稳定操作的同时调节器响应更好地匹配电网特性。典型的风力转换器控制策略包括满足从涡轮控制实体接收的无功功率参考。无功功率流和电压稳定性受风力涡轮的功率转换器与功率系统之间的联接强度的影响，使得期望在联接弱时减慢调节器响应，并且在联接强时加快调节器响应。因此，本公开提供了一种使用自适应增益控制实现该目标的控制方案。更具体地，本公开针对用于根据发电厂内在线总可用单元的数量计算增益乘数，并且然后在每一个风力涡轮发电机的功率调节器中使用该增益乘数的系统和方法。因而，在单独的功率调节器中的每一个中使用由监管控制供应的增益乘数允许发电厂功率调节的集体闭环响应独立于在线单元的数量。
尽管本文中描述的本技术是参照具有多个风力涡轮发电机的风电场来解释的，但应当理解，本技术也可用于具有快速控制无功功率的能力的任何合适的应用。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或水功率系统。
现在参考附图，图1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能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1)，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，当实现时，所述指令配置控制器26以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2，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生成的旋转能量产生电功率。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又可通过齿轮箱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然后可构造成将低速、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，其中每个桨距调节机构32构造成使变桨轴承40旋转，并且因此使各个转子叶片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构造成改变机舱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。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3，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1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功率生成系统，并且如上所述，本发明不限于风力涡轮系统。
在图3和如上所述的实施例中，风力涡轮10(图4)的转子18能够可选地联接到齿轮箱38，齿轮箱38又联接到发电机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又联接到线路侧总线110。
RSC 112和LSC 114可构造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，熔断器可代替一些或全部电路断路器。
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)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，以DFIG 102的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)功率供应。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节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通过调节电压、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。
现在参考附图，图4图示了具有与输送电网190联接的多个风力涡轮发电机210的风电场200的框图。图4图示了三个风力发电机210；然而，风电场200中可包括任何数量的风力发电机。此外，如图所示，风力涡轮发电机210中的每一个包括响应于被控制的风力涡轮发电机210的条件的本地控制器212。在一个实施例中，针对每个风力涡轮发电机的控制器仅感测终端电压和电流(经由电压互感器和电流互感器)。感测到的电压和电流由本地控制器使用来提供适当的响应，以导致风力涡轮发电机210提供期望的无功功率。
每个风力涡轮发电机210通过发电机连接变压器215联接到集电器总线220，以向集电器总线220提供有功功率和无功功率(分别标记为Pwg和Qwg)。发电机连接变压器和集电器总线是本领域中已知的。
风电场200经由风电场主变压器230提供有功功率输出和无功功率输出(分别标记为Pwf和Qwf)。通信地联接到涡轮级控制器212的场级控制器250感测风电场输出以及在公共联接点(PCC)240处的电压，以提供Q命令信号205(QCMD)，该信号指示在发电机端子处的期望无功功率，以确保无功功率在风力涡轮之间的合理分配。在备选实施例中，Q命令信号(QCMD)205可生成为本地或操作员水平(由图4中的“本地”线指示)，例如在(多个)风力涡轮发电机处于手动模式或以其它方式不与风电场级控制器250通信的情况下。
现在参考图5，图示了根据本公开的方面的可包括在涡轮级控制器212和/或场级控制器250内的合适部件的一个实施例的框图。如图所示，控制器212、250可包括一个或多个处理器252和(多个)相关联的存储器设备254，其配置成执行各种计算机实现的功能(例如，执行如本文中公开的方法、步骤、计算等和存储相关数据)。另外，控制器212、250还可包括通信模块256，以便于控制器212、250和风电场200的各种部件之间的通信。此外，通信模块256可包括传感器接口258(例如，一个或多个模数转换器)，以允许从一个或多个传感器260、262、264传输的信号被转换成可被处理器252理解和处理的信号。应当意识到、传感器260、262、264可使用任何合适的手段通信地联接到通信模块256。例如，如图所示、传感器260、262、264经由有线连接联接到传感器接口258。然而，在其它实施例中、传感器260、262、264可经由无线连接联接到传感器接口258，诸如通过使用本领域已知的任何合适的无线通信协议。
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254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254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252实现时，所述指令配置控制器212、250来执行如本文中描述的各种功能。
传感器260、262、264可包括配置成向场级控制器250提供反馈测量值的任何合适的传感器。在各种实施例中，例如，传感器260、262、264可为以下任何一个或其组合：电压传感器、电流传感器和/或任何其它合适的传感器。
现在参看图6-8，示出了根据本公开的用于控制诸如风电场的发电厂的各种系统和方法的实施例。具体而言，图6示出了根据本公开的具有监管控制器(例如，如场级控制器250)和涡轮级控制器212的系统300的一个实施例的功能图。图7示出了根据本公开的用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源(如风力涡轮)的方法400的一个实施例的流程图。图8示出了根据本公开的涡轮级控制器212的实施例的功能图。
特别参看图6，示出了用于控制风电场200的系统300的实际实施方式。具体而言，如图所示，场级控制器250可包括具有上限和下限(例如，QLIMHI和QLIMLO)的电压-无功调节器302。更确切地说，如图所示，场级控制器250配置成接收风电场200的一个或多个电压命令(例如，Vwf_Cmd304)和风电场200的一个或多个电压反馈(例如，Vwf_Fbk306)，它们可由场级电压-无功调节器302用于确定用于涡轮级控制器212的无功功率命令信号(例如，Q_Cmd308)。再者，如图所示，涡轮级控制器212中的每一个接收无功功率命令信号308(即，经由其相应的涡轮级电压-无功调节器310)。因此，如图所示，涡轮级电压-无功调节器310还接收各种其它参数，如单独的风力涡轮的无功功率反馈(例如，QFbk312)和电压反馈(例如，VFbk314)，以确定用于其相应电流调节器318的电流命令(例如，I_Cmd316)。因此，单独的风力涡轮的电流调节器318配置成用于生成用于功率转换器106的转换器控制器120的转子电流命令(例如，Irq_Cmd)320。
现在参看图7，本文中描述的方法400大体上应用于控制基于逆变器的资源，如风力涡轮10，其可为具有多个基于逆变器的资源的发电厂(如本文中参照图4和6所述的风电场200)的一部分。因此，在此类实施例中，发电厂(例如，风电场200)可由监管控制器(例如，场级控制器250)控制。然而，应当认识到，所公开的方法400可使用配置成供应无功功率的任何其它基于逆变器的资源(如太阳能功率系统、水功率系统、储能功率系统或它们的组合)来实施。此外，图7出于图示和论述的目的绘出了以特定顺序执行的步骤。本领域中的普通技术人员使用本文中提供的公开内容将理解到，本文中公开的任何方法的各种步骤可以以各种方式改变、省略、重新排列和/或扩展，而不脱离本公开容的范围。
如(402)处所示，方法400包括经由基于逆变器的资源的控制器的调节器接收例如由监管控制器发出的多个功率信号。在实施例中，例如，多个功率信号可包括功率命令信号和功率反馈信号。在此类实施例中，功率命令信号可为无功功率命令信号或有功功率命令信号，而功率反馈信号可为无功功率反馈信号或有功功率反馈信号。
如(404)处所示，方法400包括经由控制器的调节器根据多个功率信号确定功率误差信号。如(406)处所示，方法400包括经由控制器的调节器从监管控制器接收动态乘数因子。在实施例中，例如，方法400可包括经由监管控制器根据在线的多个基于逆变器的资源的数量动态地确定动态乘数因子。例如，在特定实施例中，监管控制器配置成确定在线的多个基于逆变器的资源的数量，并且然后将在线的多个基于逆变器的资源的数量除以发电厂中的多个基于逆变器的资源的总数。
无功功率调节器和有功功率调节器的带宽/增益与由发电厂内的基于逆变器的资源的集合所经历的有效电网阻抗成反比。有效电网阻抗基于发电厂内在线的基于逆变器的资源的数量而变化(例如，在线涡轮越少意味着有效阻抗越低，且反之亦然)。因此，通过与在线风力涡轮的数量成比例地自适应调整有功/无功功率调节器的增益，可使有效环路增益独立于在线风力涡轮的数量，从而允许发电厂的控制性能与发电厂内不断变化的在线单元数量一致。
仍然参看图7，如(408)处所示，方法400包括经由控制器的调节器将动态乘数因子应用于调节器的一个或多个增益以确定一个或多个修改增益。另外，在实施例中，方法400可包括对(多个)修改增益应用限制以限制在应用动态乘数因子之后(多个)增益可减少多少。因此，如(410)处所示，方法400包括将(多个)修改增益应用于功率误差信号以获得中间功率信号。如(412)处所示，方法400包括经由控制器的调节器根据中间功率信号生成用于功率转换器的一个或多个控制命令。
可参看图8中所示的系统500更好地理解图7的方法400。如图所示，系统500包括功率调节器502和电压调节器504，它们一起大体上在图6中示为电压/无功调节器310。因此，如图所示，功率调节器502接收无功功率反馈信号312(例如，Q_Fbk)和来自场级控制器250的无功功率命令信号308(例如，Q_Cmd)。再者，如506处所示，功率调节器502确定功率误差信号508。
另外，如图所示，功率调节器502从场级控制器250接收动态乘数因子510。在实施例中，例如，场级控制器250可根据风电场200的在线风力涡轮数量动态地确定动态乘数因子510，其与由在线的风力涡轮集合所经历的电网阻抗成比例。电网阻抗是针对量化电网强度(或短路比)的指标。因此，计算发电厂内在线风力涡轮的比例是用于估计由发电厂内在线风力涡轮所经历的有效电网强度的间接方法。例如，在特定实施例中，场级控制器250配置成确定风电场200的在线的风力涡轮的数量，并且然后将风电场200的在线的风力涡轮的数量除以风电场200中的风力涡轮的总数。因此，通过使动态乘数因子与电网强度或短路比(SCR)的测量值成比例，调节器响应时间变得适合功率转换器在电网连接点处创建稳定无功功率流的能力，具有对电压的稳定作用的好处。
仍参看图8，如(512)处所示，功率调节器502然后配置成将动态乘数因子510应用于功率调节器502的一个或多个增益514以确定一个或多个修改增益516。另外，如图所示，功率调节器502还可将限制器518应用到(多个)修改增益516，以限制在应用动态乘数因子510之后(多个)增益可减少多少。因此，如图所示，功率调节器502配置成将(多个)修改增益516应用于功率误差信号508以获得中间功率信号520。
因此，如(522)处所示，功率调节器502配置成根据中间功率信号520生成用于功率转换器106的一个或多个控制命令538。更确切地说，如图所示，功率调节器502可根据多个功率信号(例如，无功功率命令信号308(例如，Q_Cmd))中的一个确定前馈信号526，并且根据中间功率信号520和前馈信号526生成用于功率转换器106的(多个)控制命令538。更确切地说，在实施例中，如图所示，功率调节器502配置成通过将中间功率信号520和前馈信号526相加在一起获得总和524来生成用于功率转换器106的(多个)控制命令538。此外，如图所示，总和524可经由积分器528积分以确定电压命令530(例如，Vcmd)。在某些实施例中，如图所示，电压命令也可以可选地经由限制器529来限制。因此，如在532处所示，系统500配置成根据电压命令530和一个或多个电压反馈信号314(例如，Vfbk；也参见图6)确定电压误差信号536。因此，如图所示，电压调节器504配置成调节电压误差信号536以生成(多个)控制命令538。更确切地说，如图所示，(多个)控制命令538可为用于功率转换器106的无功电流命令。
现在参看图9，示出了用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源的方法600的另一个实施例的流程图。方法600大体上应用于控制基于逆变器的资源，如风力涡轮10，其可为具有多个基于逆变器的资源的发电厂(如本文中参照图4和6所述的风电场200)的一部分。然而，应当认识到，所公开的方法600可使用配置成供应无功功率以应用到诸如功率电网的负载的任何其它基于逆变器的资源(例如太阳能功率系统、水功率系统、储能功率系统或它们的组合)来实施。此外，图9出于图示和论述的目的绘出了以特定顺序执行的步骤。本领域中的普通技术人员使用本文中提供的公开内容将理解到，本文中公开的任何方法的各种步骤可以以各种方式改变、省略、重新排列和/或扩展，而不脱离本公开容的范围。
如(602)处所示，方法600包括将动态乘数因子应用于基于逆变器的资源的控制器的功率调节器的一个或多个增益以修改功率调节器的带宽，从而修改功率调节器的响应时间。如(604)处所示，方法600包括经由控制器的功率调节器，使用由监管控制器发出的多个功率信号和一个或多个增益来生成用于功率转换器的电压调节器的一个或多个控制命令。
本发明的其它方面由以下条款的主题提供：
条款1.一种用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源的方法，该基于逆变器的资源具有功率转换器，该方法包括：
经由基于逆变器的资源的控制器的调节器接收多个功率信号；
经由控制器的调节器根据多个功率信号确定功率误差信号；
经由控制器的调节器从监管控制器接收动态乘数因子；
经由控制器的调节器将动态乘数因子应用于调节器的一个或多个增益以确定一个或多个修改增益；
将一个或多个修改增益应用于功率误差信号以获得中间功率信号，以及
经由控制器的调节器根据中间功率信号生成用于功率转换器的一个或多个控制命令。
条款2.根据条款1所述的方法，其中多个功率信号包括功率命令信号和功率反馈信号。
条款3.根据条款2所述的方法，其中功率命令信号是无功功率命令信号或有功功率命令信号中的至少一者，并且功率反馈信号是无功功率反馈信号或有功功率反馈信号中的至少一者。
条款4.根据前述条款中任一项所述的方法，其中基于逆变器的资源是具有多个基于逆变器的资源的发电厂的一部分，发电厂由监管控制器控制。
条款5.根据条款4所述的方法，其中基于逆变器的资源包括风力涡轮，并且发电厂包括风电场。
条款6.根据条款4-5所述的方法，进一步包括经由监管控制器根据在线的多个基于逆变器的资源的数量动态地确定动态乘数因子。
条款7.根据条款6所述的方法，其中经由监管控制器根据在线的多个基于逆变器的资源的数量动态地确定动态乘数因子进一步包括：
确定在线的多个基于逆变器的资源的数量；以及
将在线的多个基于逆变器的资源的数量除以发电厂中的多个基于逆变器的资源的总数。
条款8.根据前述条款中任一项所述的方法，进一步包括对一个或多个修改增益应用限制以限制在应用动态乘数因子之后一个或多个增益可减少多少。
条款9.根据前述条款中任一项所述的方法，进一步包括：
经由控制器的调节器根据多个功率信号中的一个确定前馈信号；以及
经由控制器的调节器根据中间功率信号和前馈信号生成用于功率转换器的一个或多个控制命令。
条款10.根据条款9所述的方法，其中经由控制器的调节器根据中间功率信号和前馈信号生成用于功率转换器的一个或多个控制命令进一步包括：
将中间功率信号和前馈信号相加在一起获得总和；
对总和进行积分以确定电压命令；
根据电压命令和一个或多个电压反馈信号确定电压误差信号，以及
经由控制器的电压调节器调节电压误差信号以生成一个或多个控制命令，一个或多个控制命令至少包括用于功率转换器的无功电流命令。
条款11.一种用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源的方法，该基于逆变器的资源具有功率转换器，该方法包括：
将动态乘数因子应用于基于逆变器的资源的控制器的功率调节器的一个或多个增益以修改功率调节器的带宽，从而修改功率调节器的响应时间；以及
经由控制器的功率调节器，使用由监管控制器发出的多个功率信号和一个或多个增益来生成用于功率转换器的电压调节器的一个或多个控制命令。
条款12.一种用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源的系统，该基于逆变器的资源具有功率转换器，该系统包括：
监管控制器；
通信地联接到监管控制器的本地控制器，本地控制器包括功率调节器和电压调节器，功率调节器配置成执行多个操作，多个操作包括：
接收多个功率信号；
根据多个功率信号确定功率误差信号；
从监管控制器接收动态乘数因子；
将动态乘数因子应用于调节器的一个或多个增益以确定一个或多个修改增益；
将一个或多个修改增益应用于功率误差信号以获得中间功率信号，以及
根据中间功率信号生成用于功率转换器的一个或多个控制命令。
条款13.根据条款12所述的系统，其中多个功率信号包括功率命令信号和功率反馈信号。
条款14.根据条款13所述的系统，其中功率命令信号是无功功率命令信号或有功功率命令信号中的至少一者，并且功率反馈信号是无功功率反馈信号或有功功率反馈信号中的至少一者。
条款15.根据条款12-14所述的系统，其中基于逆变器的资源是具有多个基于逆变器的资源的发电厂的一部分，发电厂由监管控制器控制。
条款16.根据条款15所述的系统，其中基于逆变器的资源包括风力涡轮，并且发电厂包括风电场。
条款17.根据条款15-16所述的系统，其中监管控制器根据在线的多个基于逆变器的资源的数量动态地确定动态乘数因子。
条款18.根据条款17所述的系统，其中通过确定在线的多个基于逆变器的资源的数量并且然后将在线的多个基于逆变器的资源的数量除以发电厂中的多个基于逆变器的资源的总数，监管控制器根据在线的多个基于逆变器的资源的数量来动态地确定动态乘数因子。
条款19.根据条款12-18所述的系统，进一步包括对一个或多个修改增益应用限制以限制在应用动态乘数因子之后一个或多个增益可减少多少。
条款20.根据条款12-19所述的系统，进一步包括：
经由控制器的调节器根据多个功率信号中的一个确定前馈信号；以及
经由控制器的调节器根据中间功率信号和前馈信号生成用于功率转换器的一个或多个控制命令。
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)

1.一种用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源的方法，所述基于逆变器的资源具有功率转换器，所述方法包括：
经由所述基于逆变器的资源的控制器的调节器接收多个功率信号；
经由所述控制器的调节器根据所述多个功率信号确定功率误差信号；
经由所述控制器的调节器从监管控制器接收动态乘数因子；
经由所述控制器的调节器将所述动态乘数因子应用于所述调节器的一个或多个增益以确定一个或多个修改增益；
将所述一个或多个修改增益应用于所述功率误差信号以获得中间功率信号，以及
经由所述控制器的调节器根据所述中间功率信号生成用于所述功率转换器的一个或多个控制命令。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个功率信号包括功率命令信号和功率反馈信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述功率命令信号是无功功率命令信号或有功功率命令信号中的至少一者，并且所述功率反馈信号是无功功率反馈信号或有功功率反馈信号中的至少一者。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于逆变器的资源是具有多个基于逆变器的资源的发电厂的一部分，所述发电厂由所述监管控制器控制。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述基于逆变器的资源包括风力涡轮，并且所述发电厂包括风电场。
6.根据权利要求4所述的方法，所述方法进一步包括经由所述监管控制器根据在线的所述多个基于逆变器的资源的数量动态地确定所述动态乘数因子。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，经由所述监管控制器根据在线的所述多个基于逆变器的资源的数量动态地确定所述动态乘数因子进一步包括：
确定在线的所述多个基于逆变器的资源的数量；以及
将在线的所述多个基于逆变器的资源的数量除以所述发电厂中的多个基于逆变器的资源的总数。
8.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括对所述一个或多个修改增益应用限制以限制在应用所述动态乘数因子之后所述一个或多个增益能够减少多少。
9.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：
经由所述控制器的调节器根据所述多个功率信号中的一个确定前馈信号；以及
经由所述控制器的调节器根据所述中间功率信号和所述前馈信号生成用于所述功率转换器的一个或多个控制命令。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，经由所述控制器的调节器根据所述中间功率信号和所述前馈信号生成用于所述功率转换器的一个或多个控制命令进一步包括：
将所述中间功率信号和所述前馈信号相加在一起获得总和；
对所述总和进行积分以确定电压命令；
根据所述电压命令和一个或多个电压反馈信号确定电压误差信号，以及
经由所述控制器的电压调节器调节所述电压误差信号以生成所述一个或多个控制命令，所述一个或多个控制命令至少包括用于所述功率转换器的无功电流命令。
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