CN116207792A - 用于阻尼基于逆变器的电网形成资源中的次同步控制相互作用的系统和方法 - Google Patents

用于阻尼基于逆变器的电网形成资源中的次同步控制相互作用的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于阻尼连接到电力网的基于逆变器的电网形成资源中的次同步控制相互作用（SSCI）的方法包括经由控制器接收同步参考坐标系中的电流反馈信号。该方法还包括经由控制器将电流反馈信号旋转到与次同步频率范围相关联的新参考坐标系。另外，该方法包括经由控制器确定电流反馈信号的次同步分量。此外，该方法包括经由控制器将电流反馈信号的次同步分量旋转回同步参考坐标系。此外，该方法包括经由控制器根据次同步分量和虚拟电阻设置来确定与基于逆变器的资源的次同步阻尼相关联的电压命令。因此，该方法包括经由控制器，至少部分地基于与次同步阻尼相关联的电压命令来控制基于逆变器的资源。

Description

用于阻尼基于逆变器的电网形成资源中的次同步控制相互作 用的系统和方法
技术领域
本公开总体上涉及基于逆变器的资源，诸如风力涡轮功率系统，并且更特别地，涉及用于阻尼基于逆变器的电网形成资源中的次同步控制相互作用（SSCI）的系统和方法。
背景技术
风电被认为是目前可用的最清洁、最环境友好的能量源之一，并且风力涡轮在这方面得到了越来越多的关注。现代风力涡轮通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型件原理来捕获风的动能。例如，转子叶片通常具有翼型件的横截面轮廓，以使得在操作过程中，空气流过叶片上方，以在侧边之间产生压差。因此，从压力侧指向吸力侧的升力作用在叶片上。升力在主转子轴上生成扭矩，主转子轴通常与发电机啮合以产生电力。
风力涡轮可以区分为两种类型：定速涡轮和变速涡轮。常规地，变速风力涡轮作为连接到功率电网的电流源进行控制。换句话说，所述变速风力涡轮依靠由锁相环（PLL）所检测的电网频率作为参考，并向电网注入规定量的电流。风力涡轮的常规电流源控制基于以下假设，即，电网电压波形是具有固定频率和幅值的基本电压波形，并且风电对电网的渗透足够低以便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规定的电流注入到电网中。然而，随着风电的快速增长，风电对一些电网的渗透也已增大到风力涡轮发电机对电网电压和频率具有显著影响的程度。当风力涡轮位于弱电网中时，风力涡轮功率波动可能导致电网电压中的幅度和频率变化的增大。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。
许多现有的可再生发电转换器（诸如双馈风力涡轮发电机）以“电网跟随”模式操作。电网跟随型装置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。更具体地，图1图示用于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。如所示的，对于转换器的有功功率基准由能量源调节器（例如，风力涡轮的涡轮控制部分）开发。这作为扭矩基准来传递，该扭矩基准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针对电流的有功分量的电流基准，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针对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要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由电网所需的调节功能。利用这种结构，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。这一特性与基于驱动同步机器的涡轮的常规发电机相当。因此，电网形成源必须包括以下基本功能：（1）支持装备的额定值内针对任何电流（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容量的操作（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。
实现上述电网形成目标的基本控制结构是在20世纪90年代早期为电池系统开发并经过现场验证的（例如，参见名称为“Battery Energy Storage Power ConditioningSystem”的美国专利No. 5，798，633）。对于全转换器风力发电机和太阳能发电机的应用公开在名称为“System and Method for Control of a Grid Connected Power GeneratingSystem”的美国专利No. 7，804，184和名称为“Controller for controlling a powerconverter”的美国专利No. 9，270，194中。针对双馈风力涡轮发电机的电网形成控制的应用公开在名称为“System and Method for Providing Grid-Forming Control for aDoubly-Feb Wind Turbine Generator”的PCT/US2020/013787中。
为了变得有效，基于逆变器的电网形成（GFM）资源（IBR）必须能够维持如下的内部电压相量：在存在电网条件方面的改变（例如，突然添加/移除负载、使导致相位跳跃和/或频率迅速改变的电网连接断开或闭合）时，该内部电压相量不快速移动。换而言之，来自电网形成资源的功率必须能够突然改变以使电网稳定，其中随后缓慢地复位到从更高级别控制功能命令的功率。另外，电网形成资源必须能够迅速地强制实施由于对该装置的功率操纵部分（例如，电池、太阳能电池阵列和/或风力发电系统中的DC电压/电流）的约束而存在的功率限制。对于电网上的严重扰动，例如，其中功率限制将被动态地调整成与电网条件协调以便从故障安全地恢复的故障，需要这样的响应。另外，电网形成资源应当能够迅速地跟随在来自更高级别控制部的命令方面的改变，例如，以便对风力涡轮中的机械振动进行阻尼。然而，可能难以达到这样的要求。
此外，至少一些已知的公用电网包括一条或多条串联补偿传输线路。次同步控制相互作用（SSCI）是当功率电子转换器控制与这样的串联补偿传输线路相互作用时发生的一种现象。如果控制系统没有被适当地调谐，或者如果适当调谐的控制系统中的功率转换器的控制裕度没有被维持，这些相互作用有时可能导致控制不稳定。此外，串联电容器往往安装在长距离AC传输线路中，以提高线路的功率转移能力。（一个或多个）串联电容器创建谐振电路，该谐振电路可以与功率电子装置（power electronics）的转换器控制相互作用。双馈风力涡轮尤其容易受到这种类型的相互作用的影响。如果没有适当的阻尼，振荡可能是不稳定的，并且可能导致风力涡轮或整个风电场跳闸（trips）。
鉴于前文，解决前面提到的问题的改进的系统和方法将在本领域中受欢迎。因此，本公开针对阻尼GFM IBR中的SSCI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，或者可从描述中显而易见，或者可通过本发明的实践而获知。
在一个方面，本公开针对一种用于阻尼连接到电力网的基于逆变器的电网形成资源中的次同步控制相互作用（SSCI）的方法。该方法包括：经由控制器接收同步参考坐标系中的电流反馈信号。该方法还包括：经由控制器将电流反馈信号旋转到与次同步频率范围相关联的新参考坐标系。另外，该方法包括：经由控制器确定电流反馈信号的次同步分量。此外，该方法包括：经由控制器将电流反馈信号的次同步分量旋转回同步参考坐标系。此外，该方法包括：经由控制器根据次同步分量和虚拟电阻设置来确定与基于逆变器的资源的次同步阻尼相关联的电压命令。因此，该方法包括：至少部分地基于与次同步阻尼相关联的电压命令，经由控制器控制基于逆变器的资源。应当理解到，该方法可以进一步包括本文中描述的任何附加特征和/或步骤。
在另一个方面，本公开针对一种用于阻尼连接到电力网的基于逆变器的电网形成资源中的次同步控制交互作用（SSCI）的转换器控制器。该转换器控制器包括：至少一个具有至少一个处理器的控制器。（一个或多个）处理器被配置成执行多个操作，包括但不限于接收同步参考坐标系中的电流反馈信号，将该电流反馈信号旋转到与次同步频率范围相关联的新参考坐标系，确定电流反馈信号的次同步分量，将电流反馈信号的次同步分量旋转回同步参考坐标系，根据次同步分量和虚拟电阻设置来确定与基于逆变器的资源的次同步阻尼相关联的电压命令，以及至少部分地基于与次同步阻尼相关联的电压命令来控制基于逆变器的资源。应当理解到，该转换器控制器可以进一步包括本文中描述的任何附加特征和/或步骤。
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。并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并且连同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图示了根据常规配置的双馈风力涡轮发电机的单线图，该双馈风力涡轮发电机具有用于电网跟踪应用的转换器控制的结构；
图2图示了根据本公开的风力涡轮的一个实施例的透视图；
图3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4图示了适合供图1中所示的风力涡轮使用的风力涡轮电功率系统的一个实施例的示意图；
图5图示了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6图示了根据本公开的控制器的一个实施例的框图；
图7图示了根据本公开的具有用于电网形成应用的转换器控制的双馈风力涡轮发电机的单线图；
图8图示了根据本公开的用于阻尼连接到电力网的基于逆变器的电网形成资源中的次同步控制相互作用（SSCI）的方法的一个实施例的流程图；
图9图示了根据本公开的双馈风力涡轮发电机的电网形成控制结构的一个实施例的示意图；以及
图10图示了根据本公开的创建用于定子电压调节的转子电流命令的逻辑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，在附图中图示了其一个或多个示例。每个示例作为本发明的解释而不是本发明的限制而提供。实际上，对于本领域技术人员将显而易见的是，在不背离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中做出各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分图示或描述的特征可与另一实施例一起使用，以产生又进一步实施例。因此，意图的是本发明覆盖如落入所附权利要求书及其等效物的范围内的此类修改和变型。
串联电容器往往安装在长距离AC传输线路中，以提高线路的功率转移能力。串联电容器产生谐振电路，该电路可能与功率电子装置的转换器控制相互作用。3型（双馈）风力涡轮尤其容易受到这种类型的相互作用的影响。如果没有适当的阻尼，振荡可能是不稳定的，并且可能导致风电厂跳闸。因此，本公开针对一种用于提供次同步谐振电网形成控制结构的阻尼的方法。特别地，本公开涉及添加与由电网形成控制产生的电压源串联的“虚拟电阻”。
现在参考附图，图2示出了根据本公开的风力涡轮10的一个实施例的透视图。如所示的，风力涡轮10一般包括从支撑表面14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16、以及耦合到机舱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，所述至少一个转子叶片22耦合到毂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可包括多于三个或少于三个转子叶片22。每个转子叶片22可围绕毂20间隔，以促进旋转转子18，从而使得能够要将动能从风转化为可用的机械能，并且随后转化为电能。例如，毂20可以可旋转地耦合到定位于机舱16内的发电机24（图3）以容许要产生电能。
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。但是，在其它实施例中，控制器26可位于风力涡轮10的任何其它组件内或位于风力涡轮10外部的位置处。此外，控制器26可在通信上耦合到风力涡轮10的任何数量的组件，以控制此类组件的操作和/或实现校正或控制动作。因此，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，这些指令在实现时将控制器26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。因此，控制器26一般可配置成控制各种操作模式（例如，启动或关闭序列）、风力涡轮的降级或升级、和/或风力涡轮10的各个组件的额定值。
现在参考图2，图示了图1中所示的风力涡轮10的机舱16的一个实施例的简化的内部视图。如所示的，发电机24可设置在机舱16内并支撑在台板46的顶部上。一般来说，发电机24可耦合到转子18，用于从由转子18生成的旋转能产生电功率。例如，如在图示实施例中所示，转子18可包括耦合到毂20以随之旋转的转子轴34。转子轴34继而可通过齿轮箱38可旋转地耦合到发电机24的发电机轴36。如一般所理解的，转子轴34可响应于转子叶片22和毂20的旋转为齿轮箱38提供低速、高扭矩输入。然后，齿轮箱38可配置成将低速、高扭矩输入转换为高速、低扭矩输出，以驱动发电机轴36，并且从而驱动发电机24。
风力涡轮10还可具有在通信上耦合到风力涡轮控制器26的一个或多个俯仰驱动机构32，每个俯仰调整机构32配置成围绕其相应的俯仰轴28旋转俯仰轴承40并且因此旋转各个（多个）转子叶片22。另外，如所示的，风力涡轮10可包括一个或多个偏航驱动机构42，每个偏航驱动机构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）。
另外，风力涡轮10还可包括用于监测风力涡轮10的各种风况的一个或多个传感器66、68。例如，可通过诸如使用合适的天气传感器66来测量来风方向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”）装置、声波探测和测距（“SODAR”）装置、风速计、风向标、气压计、雷达装置（诸如多普勒雷达装置）或本领域中现在已知或稍后开发的可以提供风向信息的任何其它感测装置。还可利用另外的传感器68来测量风力涡轮10的附加操作参数，诸如本文所描述的电压、电流、振动等。
现在参考图4，根据本公开的方面图示了风力涡轮功率系统100的一个实施例的示意图。虽然本文中一般将参考如图4所示的系统100来描述本公开，但是本领域普通技术人员使用本文所提供的公开内容应该理解，本公开的方面也可能可适用于其它功率生成系统，并且如上文所提及，本发明不限于风力涡轮系统。
在图4的实施例中，并且如上所述，风力涡轮10（图2）的转子18可以可选地耦合到齿轮箱38，而齿轮箱38继而耦合到发电机102，发电机102可以是双馈感应发电机（DFIG）。如所示的，DFIG 102可连接到定子总线104。此外，如所示的，功率转换器106可经由转子总线108连接到DFIG 102，并经由线路侧总线110连接到定子总线104。因此，定子总线104可从DFIG 102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耦合到转子侧转换器112。另外，RSC112经由DC链路116耦合到LSC 114，DC链路电容器118跨越DC链路116。而LSC 114继而耦合到线路侧总线110。
RSC 112和LSC 114可配置用于使用一个或多个开关装置（诸如绝缘栅双极晶体管（IGBT）开关元件）的三相脉宽调制（PWM）布置中的正常操作模式。另外，功率转换器106可耦合到转换器控制器120，以便如本文中所描述控制转子侧转换器112和/或线路侧转换器114的操作。应该注意，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装置。
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），以用于在连接到负载（诸如电力网124）和从负载断开连接期间针对DFIG 102的正常操作而必要的那样使各种组件隔离。例如，系统电路断路器126可将系统总线128耦合到变压器130，变压器130可经由电网断路器122耦合到电力网124。在备选实施例中，保险丝可取代电路断路器中的一些或所有。
在操作中，经由通过定子总线104和转子总线108所定义的双路径将通过旋转转子18在DFIG 102处所生成的交流功率提供给电力网124。在转子总线侧108上，将正弦多相（例如，三相）交流电（AC）功率提供给功率转换器106。转子侧转换器112将从转子总线108提供的AC功率转换为直流（DC）功率，并将DC功率提供给DC链路116。如一般所理解的，可对在转子侧转换器112的桥式电路中所使用的开关元件（例如，IGBT）进行调制，以将从转子总线108提供的AC功率转换为适合于DC链路116的DC功率。
另外，线路侧转换器114将DC链路116上的DC功率转换为适合于电力网124的AC输出功率。特别地，可以对在线路侧转换器114的桥式电路中所使用的开关元件（例如，IGBT）进行调制，以将DC链路116上的DC功率转换为线路侧总线110上的AC功率。来自功率转换器106的AC功率可以与来自DFIG 102的定子的功率组合，以提供具有大体上维持在电力网124的频率（例如，50 Hz或60 Hz）的频率的多相功率（例如，三相功率）。
另外，可在风力涡轮功率系统100中包括各种电路断路器和开关，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，以在例如电流过大并且可能损坏风力涡轮功率系统100的组件时或出于其它操作考虑而连接或断开对应的总线。在风力涡轮功率系统100中也可包括附加的保护组件。
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的感应的状态或操作特性。通常，控制信号对功率转换器106的操作提供控制。例如，可使用DFIG 102的感应速度形式的反馈来控制来自转子总线108的输出功率的转换，以维持适当的平衡的多相（例如，三相）功率供应。控制器120、26也可使用来自其它传感器的其它反馈来控制功率转换器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，IGBT的栅极计时命令）、定子同步控制信号和电路断路器信号。
功率转换器106还针对例如毂20和转子叶片22处的风速中的改变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是解耦的，并且大体上独立于机械转子速度促进电气定子和转子频率匹配。
在一些状态下，功率转换器106的双向特性、并且特别地LSC 114和RSC 112的双向特性促进将所生成的电功率的至少一部分反馈到发电机转子中。更具体来说，可将电功率从定子总线104传送到线路侧总线110，并且随后通过线路接触器136而进入到功率转换器106，具体来说进入到LSC 114，LSC 114充当整流器，并将正弦三相AC功率整流为DC功率。DC功率传送到DC链路116。电容器118通过促进缓解有时与三相AC整流相关联的DC纹波而促进缓解DC链路电压幅度变化。
DC功率随后传送到RSC 112，RSC 112通过调整电压、电流和频率来将DC电功率转换为三相正弦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传送到发电机转子。以这种方式，通过控制转子电流和电压来促进发电机无功功率控制。
现在参考图5，本文所描述的风力涡轮功率系统100可以是风电场50的一部分。如所示的，风电场50可包括多个风力涡轮52（其中包括上文所描述的风力涡轮10）以及总场级控制器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，其中包括风力涡轮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大于十二个风力涡轮。在一个实施例中，所述多个风力涡轮52的涡轮控制器例如通过有线连接在通信上耦合到场级控制器56，诸如通过经过合适的通信链路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在通信上耦合到场级控制器56，诸如通过使用本领域中已知的任何合适的无线通信协议。在进一步的实施例中，场级控制器56配置成向各种风力涡轮52发送以及从各种风力涡轮52接收控制信号，诸如例如跨越风电场50的风力涡轮52分配有功和/或无功功率需求。
现在参考图6，图示了根据本公开的示例方面可包括在控制器（诸如本文所描述的转换器控制器120、涡轮控制器26和/或场级控制器56中的任一个）内的合适组件的一个实施例的框图。如所示的，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（一个或多个）相关联的存储器装置60，存储器装置60可包括合适的计算机可读指令，所述指令当被实现时配置控制器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（例如，执行本文所公开的方法、步骤、计算等）。
如本文中所使用，术语“处理器”不仅指在本领域中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）、专用集成电路和其它可编程电路。另外，（这个或这些）存储器装置60一般可包括（一个或多个）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。
此类（一个或多个）存储器装置60一般可配置成存储合适的计算机可读指令，所述指令当由（这个或这些）处理器58实现时配置控制器执行本文所描述的各种功能。另外，控制器还可包括通信接口62，以促进在控制器与风力涡轮10的各种组件之间通信。接口可以包括用于发送和接收控制信号的一个或多个电路、端子、引脚、触点、导体或其它组件。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），以容许要将从传感器66、68传送的信号转换为可以通过（这个或这些）处理器58理解和处理的信号。
现在参考图7和图8，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和方法250。图7图示了根据本公开的系统200的一个实施例的示意图，特别图示了DFIG 102的单线图，该DFIG 102具有用于电网形成特性的高级控制结构。图8图示了用于提供DFIG 102的电网形成控制的方法250的一个实施例的流程图。
特别参考图7，系统200可包括本文中描述的图4的相同特征中的许多特征，其中具有相同附图标记的部件表示相同的部件。此外，如所示的，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，如所示的，线路侧转换器控制结构可以包括DC电压调节器212和线路电流调节器214。这样，DC电压调节器212被配置成生成用于线路电流调节器214的线路侧电流命令（例如，ILCmdx）。线路电流调节器214然后为调制器218生成线路侧电压命令（例如，VLCmdx、VLCmdy）。调制器218还接收来自锁相环216的输出（例如，锁相环角度θPLL），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通常使用电压反馈信号生成其输出。
此外，如所示的，系统200还可包括用于使用电网形成特性来控制转子侧转换器112的独特的控制结构。特别地，如图7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，如所示的，系统200可包括电网电压/VAR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。因此，在实施例中，如所示的，系统200被配置成经由电压/VAR调节器202和/或惯性功率调节器204、使用例如来自外部控制器的一个或多个参考命令来确定（一个或多个）电压命令（例如，VS_MAG_Cmd、VS_ANGLE_Cmd）。在这样的实施例中，外部控制器可以包括例如风力涡轮10的涡轮控制器26或风电场50的场级控制器56。此外，如所示的，（一个或多个）参考命令可以包括来自场级控制器56的电压基准（例如，VT_Ref）或VAR参考和/或来自涡轮控制器26的功率基准（例如，Power_Ref）中的至少一个。
仍然参考图7，系统200的定子电压调节器206被配置成根据DFIG 102的磁化电流命令238和/或定子电流反馈信号240来确定一个或多个转子电流命令（例如，IRCmdy和IRCmdx）。应当理解，定子反馈电流240是外部连接的功率系统（即电网）的特性的强指标。因此，定子反馈电流240可以用作反馈信号，以将定子电压对变化的响应与电网的性质解耦。参考图9和图10可以更好地理解定子电压调节器206的进一步的细节。因此，来自定子电压调节器206的（一个或多个）输出（例如，转子电流命令IRCmdy、IPCmdx）可以通过为调制器210生成转子电压命令（例如，VRCmdx和VRCmdy）而在转子电流调节器208中实现。调制器210还从锁相环216接收锁相环角度和参考角度（例如，θFFBK），以生成用于转子侧转换器112的一个或多个门脉冲。
串联电容器往往安装在长距离AC传输线路中，以提高线路的功率转移能力。串联电容器产生谐振电路，该电路可能与功率电子装置的转换器控制相互作用。诸如图7图示的双馈风力涡轮可能容易受到这种类型的相互作用的影响。如果没有适当的阻尼，振荡可能是不稳定的，并且导致风电场50跳闸。因此，本公开的系统和方法针对提供次同步谐振电网形成控制结构的阻尼，诸如图7图示的结构。
特别地，并且现在参考图8，提供了用于阻尼连接到电力网的基于逆变器的电网形成资源中的次同步控制相互作用（SSCI）的方法250的一个实施例的流程图。一般而言，本文中参考图2-7的风力涡轮10描述了方法250。然而，应当领会到，所公开的方法250可以用具有任何其它合适配置的风力涡轮来实现。另外，虽然图8出于说明和讨论的目的描绘了按特定顺序执行的步骤，但是本文所讨论的方法不限于任何特定的顺序或布置。本领域技术人员使用本文所提供的公开内容将领会，在不偏离本公开的范围的情况下，可以省略、重新排列、组合和/或以各种方式适配本文所公开的方法的各个步骤。
如（252）处所示，方法250包括：经由控制器接收同步参考坐标系中的电流反馈信号。如（254）处所示，方法250包括：经由控制器将电流反馈信号旋转到与次同步频率范围相关联的新参考坐标系。如（256）处所示，方法250包括：经由控制器确定电流反馈信号的次同步分量。如（258）处所示，方法250包括：经由控制器将电流反馈信号的次同步分量旋转回同步参考坐标系。如（260）处所示，方法250包括：经由控制器根据次同步分量和虚拟电阻设置来确定与基于逆变器的资源的次同步阻尼相关联的电压命令。如（262）处所示，方法250包括：至少部分基于与次同步阻尼相关联的电压命令，经由控制器控制基于逆变器的资源。
例如，现在参考图9，图示了根据本公开的电网形成控制结构300的实施例的示意图。特别地，如所示的，控制结构300接收同步参考坐标系中的电流反馈信号302（例如，IS_Fbk_xy）。该电流反馈信号可以包括两个分量（x和y分量两者），其中一个分量与本地电压基准同相，以及一个分量与本地电压基准正交。进一步，如304处所示，电流反馈信号302可以被滤波以去除一个或多个基频分量。特别地，如所示的，控制结构可以包括高通滤波器304（或任何其它合适的滤波器或滤波器组合），用于对电流反馈信号302进行滤波。因此，如308处所示，控制结构300进一步被配置成将滤波后的电流反馈信号302旋转到与次同步频率范围相关联的新参考坐标系。例如，如所示的，滤波后的电流反馈信号302可以旋转锁相环角度306。
此外，如310、312和314处所示，控制结构300可以进一步确定电流反馈信号302的次同步分量315。更具体地，如所示的，控制结构300可以通过对电流反馈信号302应用低通滤波器310和相位补偿312、314来获得次同步分量315，从而进一步确定电流反馈信号302的次同步分量。因此，如316处所示，控制结构300然后可以例如使用负锁相环角度306将电流反馈信号302的次同步分量315旋转回同步参考坐标系。
因此，输出318（例如，IS_Dc_xy）然后可以被控制结构300用来根据次同步分量315和虚拟电阻设置320来确定与基于逆变器的资源的次同步阻尼相关联的电压命令322（例如，VCmd_dc_xy）。在这样的实施例中，虚拟电阻设置320可以是作为正常控制设计过程的一部分而调谐的固定值。更特别地，在实施例中，虚拟电阻设置320（或相位补偿312）可以被调谐以在特定频率范围（诸如从大约5 Hz到大约30 Hz的次同步频率范围）之内提供正阻尼效果。进一步，在实施例中，控制结构300被配置成通过将输出318乘以虚拟电阻设置320以获得电压命令322来确定与次同步阻尼相关联的电压命令322。
因此，如参考图10更详细地示出和解释的，电压命令322可以被定子电压调节器206用来控制基于逆变器的资源。特别地，如图10所示，图示了定子电压调节器206的示例部件的实施例的示意图。在图示的实施例中，信号在参考端电压相位角的x和y坐标中。为了清楚起见，使用了复变量符号。进一步，如所示的，定子电压调节器206可以包括预测路径220和校正器路径222。因此，如预测路径220的开始处所示，定子电压调节器206被配置成接收针对定子电压量值的较高级命令（例如，EI）和针对定子电压相对于锁相环角度的角度的较高级命令（例如δIT）。进一步，继续沿着预测路径220，定子电压调节器206然后可以将（一个或多个）电压命令转换成定子电压命令231（例如，VS_Cmd_xy ），如224处所示。如233处所示，定子电压调节器206被配置成确定定子电压命令231和与次同步阻尼相关联的电压命令322的总和235（或总电压命令）（来自图9）。如226处所示，定子电压调节器206然后可以根据总和235和磁化导纳237（例如，jBmag 226）来确定磁化电流前馈信号239（例如，IM_FF_xy）。例如，在一个实施例中，磁化导纳237可以对应于磁化电纳。这样，磁化电流前馈信号239被配置成促进定子电压对定子电压命令的快速响应。
特别参考校正路径222，定子电压调节器206还可以接收定子电压反馈信号225（例如，VS_Fbk_xy）和定子电流反馈信号227（例如，IS_Fbk_xy）。因此，如230处所示，定子电压调节器206被配置成对定子电压反馈信号225和定子电流反馈信号227求和，以确定电压量值反馈信号229（例如，VM_Fbk_xy）。此外，如231处所示，定子电压调节器206被配置成确定电压量值反馈信号229与来自预测路径220的总电压命令235之间的差。
因此，在实施例中，如所示的，定子电压调节器206也可以经由比例积分调节器232确定磁化电流校正信号241（例如，IM_Corr_xy）。因此，如预测路径220中的228处所示，定子电压调节器206然后可以将磁化电流前馈信号239添加到磁化电流校正信号241，以确定磁化电流命令238（例如，IM_Cmd_xy）。在备选实施例中，磁化电流命令238可以是恒定值。
另外，如234处所示，定子电压调节器206可以根据DFIG 102的磁化电流命令238（例如，IS_Fbk_xy）和定子电流反馈信号240（例如，IS_Fbk_xy）来确定（一个或多个）转子电流命令242（例如，IR_Cmd_xy）。例如，在实施例中，可以测量DFIG 102的定子电流反馈信号240。因此，在实施例中，所测量的DFIG 102的定子电流信号240可以被馈入DFIG 102的转子电流命令，如234处所示，以便将定子响应定子电压与一个或多个电网特性实质上解耦。更具体地，在特定实施例中，如所示的，定子电压调节器206可以通过将磁化电流命令238添加到所测量的定子电流反馈信号240来确定（一个或多个）转子电流命令242。此外，如所示的，限制器236可以适当地对转子电流命令242进行限制，以尊重（一个或多个）装备额定值。
本发明的进一步的方面由以下条款的主题提供：
条款1. 一种用于阻尼连接到电力网的基于逆变器的电网形成资源中的次同步控制相互作用（SSCI）的方法，所述方法包括：
经由控制器接收同步参考坐标系中的电流反馈信号；
经由所述控制器将所述电流反馈信号旋转到与次同步频率范围相关联的新参考坐标系；
经由所述控制器确定所述电流反馈信号的次同步分量；
经由所述控制器将所述电流反馈信号的次同步分量旋转回所述同步参考坐标系；
经由所述控制器根据所述次同步分量和虚拟电阻设置来确定与所述基于逆变器的资源的次同步阻尼相关联的电压命令；以及
经由所述控制器，至少部分地基于与所述次同步阻尼相关联的电压命令来控制所述基于逆变器的资源。
条款2. 根据条款1所述的方法，进一步包括在将所述电流反馈信号旋转到所述新参考坐标系之前，对所述电流反馈信号进行滤波，以移除一个或多个基频分量。
条款3. 根据条款2所述的方法，进一步包括经由高通滤波器完成对所述电流反馈信号的滤波。
条款4. 根据前述条款中任一条款所述的方法，其中，确定所述电流反馈信号的次同步分量进一步包括：
对所述电流反馈信号应用低通滤波器和相位补偿，以获得所述次同步分量。
条款5. 根据前述条款中任一条款所述的方法，其中，根据所述次同步分量和所述虚拟电阻设置来确定与所述基于逆变器的资源的次同步阻尼相关联的电压命令进一步包括：
将所述次同步分量乘以所述虚拟电阻设置，以获得与所述次同步阻尼相关联的电压命令。
条款6. 根据条款4所述的方法，进一步包括调谐虚拟电阻设置或相位补偿中的至少一个，以在特定频率范围之内提供正阻尼效果。
条款7. 根据前述条款中任一条款所述的方法，其中，至少部分基于与所述次同步阻尼相关联的电压命令来控制基于逆变器的资源进一步包括：
将与所述次同步阻尼相关联的电压命令添加到来自基于逆变器的资源的电网形成控制的基频电压命令，以获得总电压命令；
根据所述总电压命令确定转子电流命令；以及
基于所述转子电流命令来控制所述基于逆变器的资源。
条款8. 根据前述条款中任一条款所述的方法，其中，所述基于逆变器的资源包括以下各项中的至少一个：风力涡轮功率系统、太阳能功率系统、储能功率系统或其组合。
条款9. 根据条款9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。
条款10. 一种用于阻尼连接到电力网的基于逆变器的电网形成资源中的次同步控制相互作用（SSCI）的方法，所述方法包括：
经由控制器接收同步参考坐标系中的反馈信号；
经由所述控制器确定所述反馈信号的次同步分量；
经由所述控制器将虚拟电阻设置应用于所述次同步组件，以获得与所述基于逆变器的资源的次同步阻尼相关联的电压命令；以及
经由所述控制器，至少部分地基于与所述次同步阻尼相关联的电压命令来控制所述基于逆变器的资源。
条款11. 一种用于阻尼连接到电力网的基于逆变器的电网形成资源中的次同步控制相互作用（SSCI）的转换器控制器，所述转换器控制器包括：
包括至少一个处理器的至少一个控制器，所述至少一个处理器被配置成执行多个操作，所述多个操作包括：
在同步参考坐标系中接收电流反馈信号；
将所述电流反馈信号旋转到与次同步频率范围相关联的新参考坐标系；
确定所述电流反馈信号的次同步分量；
将所述电流反馈信号的次同步分量旋转回所述同步参考坐标系；
根据所述次同步分量和虚拟电阻设置来确定与基于逆变器的资源的次同步阻尼相关联的电压命令；以及
至少部分地基于与所述次同步阻尼相关联的电压命令来控制所述基于逆变器的资源。
条款12. 根据条款11所述的转换器控制器，其中，所述多个操作进一步包括：
在将所述电流反馈信号旋转到所述新参考坐标系之前，对所述电流反馈信号进行滤波以移除一个或多个基频分量。
条款13. 根据条款12所述的转换器控制器，其中，所述多个操作进一步包括：
经由高通滤波器完成对所述电流反馈信号的滤波。
条款14. 根据条款11-13中任一条款所述的转换器控制器，其中，确定所述电流反馈信号的次同步分量进一步包括：
对所述电流反馈信号应用低通滤波器和相位补偿，以获得所述次同步分量。
条款15. 根据条款11-14中任一条款所述的转换器控制器，其中，根据所述次同步分量和所述虚拟电阻设置来确定与基于逆变器的资源的次同步阻尼相关联的电压命令进一步包括：
将所述次同步分量乘以所述虚拟电阻设置，以获得与所述次同步阻尼相关联的电压命令。
条款16. 根据条款14所述的转换器控制器，其中，所述多个操作进一步包括：
调谐所述虚拟电阻设置或所述相位补偿中的至少一个，以在特定频率范围之内提供正阻尼效果。
条款17. 根据条款11-16中任一条款所述的转换器控制器，其中，至少部分地基于与所述次同步阻尼相关联的电压命令来控制基于逆变器的资源进一步包括：
将与所述次同步阻尼相关联的电压命令添加到来自所述基于逆变器的资源的电网形成控制的基频电压命令，以获得总电压命令；
根据所述总电压命令确定转子电流命令；以及
基于所述转子电流命令来控制所述基于逆变器的资源。
条款18. 根据条款11-17中任一条款所述的转换器控制器，其中，所述基于逆变器的资源包括以下各项中的至少一个：风力涡轮功率系统、太阳能功率系统、储能功率系统或其组合。
条款19. 根据条款18所述的转换器控制器，其中，所述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。
本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开本发明，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可取得专利范围由权利要求书定义，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果它们包括具有与权利要求的字面语言无实质差异的等效结构元件，则此类其它示例意在处于权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种用于阻尼连接到电力网的基于逆变器的电网形成资源中的次同步控制相互作用（SSCI）的方法，所述方法包括：
经由控制器接收同步参考坐标系中的电流反馈信号；
经由所述控制器将所述电流反馈信号旋转到与次同步频率范围相关联的新参考坐标系；
经由所述控制器确定所述电流反馈信号的次同步分量；
经由所述控制器将所述电流反馈信号的次同步分量旋转回所述同步参考坐标系；
经由所述控制器根据所述次同步分量和虚拟电阻设置来确定与所述基于逆变器的资源的次同步阻尼相关联的电压命令；以及
经由所述控制器，至少部分地基于与所述次同步阻尼相关联的电压命令来控制所述基于逆变器的资源。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括在将所述电流反馈信号旋转到所述新参考坐标系之前，对所述电流反馈信号进行滤波，以移除一个或多个基频分量。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包括经由高通滤波器完成对所述电流反馈信号的滤波。
4.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述电流反馈信号的次同步分量进一步包括：
对所述电流反馈信号应用低通滤波器和相位补偿，以获得所述次同步分量。
5.如权利要求1所述的方法，其中，根据所述次同步分量和所述虚拟电阻设置来确定与所述基于逆变器的资源的次同步阻尼相关联的电压命令进一步包括：
将所述次同步分量乘以所述虚拟电阻设置，以获得与所述次同步阻尼相关联的电压命令。
6.如权利要求4所述的方法，进一步包括调谐虚拟电阻设置或相位补偿中的至少一个，以在特定频率范围之内提供正阻尼效果。
7.如权利要求1所述的方法，其中，至少部分基于与所述次同步阻尼相关联的电压命令来控制基于逆变器的资源进一步包括：
将与所述次同步阻尼相关联的电压命令添加到来自基于逆变器的资源的电网形成控制的基频电压命令，以获得总电压命令；
根据所述总电压命令确定转子电流命令；以及
基于所述转子电流命令来控制所述基于逆变器的资源。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述基于逆变器的资源包括以下各项中的至少一个：风力涡轮功率系统、太阳能功率系统、储能功率系统或其组合。
9.如权利要求8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。
10.一种用于阻尼连接到电力网的基于逆变器的电网形成资源中的次同步控制相互作用（SSCI）的方法，所述方法包括：
经由控制器接收同步参考坐标系中的反馈信号；
经由所述控制器确定所述反馈信号的次同步分量；
经由所述控制器将虚拟电阻设置应用于所述次同步组件，以获得与所述基于逆变器的资源的次同步阻尼相关联的电压命令；以及
经由所述控制器，至少部分地基于与所述次同步阻尼相关联的电压命令来控制所述基于逆变器的资源。
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