TWI500231B - 發電系統及方法 - Google Patents

Description

發電系統及方法

本揭露是關於發電系統及方法，且特別是關於具有多個發電模式的發電系統及方法。

請參閱第1圖，其為在先前技術中一發電系統10的單線示意圖。發電系統10包含一風力渦輪機(wind turbine)11、一增速齒輪箱(gearbox)12、一雙饋式感應發電機(doubly-fed induction generator)13、一功率轉換器14和一電網16。風力渦輪機11接收具有一風速V_W1 的一風H1，響應風H1而產生具有一角速度ω_rT1 的一軸轉動(shaft rotation)M11。風力渦輪機11具有額定容量3MW，且包含一輸出轉軸(output shaft)111；輸出轉軸111以角速度ω_rT1 旋轉，且將軸轉動M11傳輸到齒輪箱12。齒輪箱12是一增速齒輪箱，耦合到風力渦輪機11，響應軸轉動M11而產生具有一角速度ω_rD1 的一軸轉動M12。雙饋式感應發電機13是耦合到齒輪箱12，響應軸轉動M12而產生一電功率p_D1 。雙饋式感應發電機13具有額定容量3MW，且包含一定子131和匹配於定子131的一轉子132。電功率p_D1 包含一電功率分量p_sD1 和一電功率分量p_rD1 。定子 131產生具有一電流i_sD1 的電功率分量p_sD1 。轉子132響應軸轉動M12，且產生具有一電流i_rD1 的電功率分量p_rD1 。

功率轉換器14是耦合到雙饋式感應發電機13，將電功率p_D1 轉換為一電功率p_B1 ，且將電功率p_B1 提供到具有一電壓v_inf1 的電網16。功率轉換器14包含一交流直流轉換器141、一並聯電容器142、一直流交流轉換器143、一變壓器144、一匯流排145和一變壓器146。定子131的輸出端是電連接到具有一電壓v_sD1 的匯流排145。並聯電容器142是設置在交流直流轉換器141和直流交流轉換器143之間。變壓器144是設置在直流交流轉換器143和匯流排145之間。變壓器146是設置在匯流排145和電網16之間。交流直流轉換器141將電功率分量p_rD1 轉換為在並聯電容器142上的一電壓v_DCD1 。直流交流轉換器143將電壓v_DCD1 轉換為一電壓v_gscD1 或一電流i_gscD1 。變壓器144將電壓v_gscD1 轉換為在匯流排145上的電壓v_sD1 。變壓器146從匯流排145接收具有一電流i_bus1 的一電功率，且將具有電流i_bus1 的該電功率轉換為電功率p_B1 。

為了使轉子132的輸出功率(比如電功率分量p_rD1 )能夠饋送至電網16的一終端，發電系統10包含功率轉換器14，其中電網16的該終端具有電壓v_inf1 。轉子132的輸出端是連接至交流直流轉換器141(或稱為雙饋式感應發電機轉子側轉換器)，且交流直流轉換器141產生一直流電壓(比如電壓v_DCD1 )。直流交流轉換器143(或稱為雙饋式感應發電機電網側轉換器)將該直流電壓轉換 為一交流電壓(比如電壓v_gscD1 )。變壓器144的輸出端經由匯流排145而電連接到定子131的輸出端。變壓器146(比如0.69/23kV的升壓變壓器)將匯流排145的電壓v_sD1 轉換為一特定電壓，且通過高壓交流(high-voltage alternating current,HVAC)傳輸技術而併聯至電網16的一終端。

發電系統10的效率隨著風速V_W1 的變化而變化。由於在風速V_W1 的變化範圍內該效率的變化相對地大而影響到發電系統10的效能。

本揭露的一目的在於有效地增加發電效率及/或改善系統穩定度。

本揭露的一實施例在於提供一種發電系統。該發電系統包含一轉換裝置、一同步發電裝置以及一感應發電裝置。該轉換裝置響應一流體運動而產生一特定軸轉動。該同步發電裝置響應該特定軸轉動而產生一第一電功率。該感應發電裝置在產生該第一電功率之同時，響應該特定軸轉動而產生一第二電功率。

本揭露的另一實施例在於提供一種發電系統。該發電系統包含一轉換裝置、一第一發電裝置以及一第二發電裝置。該轉換裝置響應一流體運動而產生一特定旋轉動作。該第一發電裝置操作在一第一發電模式中，且響應該特定旋轉動作而產生一第一電功率。該第二發電裝置操作在與該第一發電模式不同的一第二發電模式中，且 在產生該第一電功率之同時，響應該特定旋轉動作而產生一第二電功率。

本揭露的又另一實施例在於提供一種發電方法。該方法包含下列步驟：響應一流體運動而產生一特定旋轉動作；在一第一發電模式中響應該特定旋轉動作而產生一第一電功率；以及在產生該第一電功率之同時，在與該第一發電模式不同的一第二發電模式中響應該特定旋轉動作而產生一第二電功率。

10、20、30、40‧‧‧發電系統

11‧‧‧風力渦輪機

111、2111‧‧‧輸出轉軸

12、3322、4322‧‧‧齒輪箱

13、331、431、51‧‧‧雙饋式感應發電機

131、3211、3311、4211、4311‧‧‧定子

132、3212、3312、4212、4312‧‧‧轉子

14‧‧‧功率轉換器

141、3421、3431、4421、4422、52、72‧‧‧交流直流轉換器

142、3423、3433、4424‧‧‧並聯電容器

143、3422、3432、4423、62‧‧‧直流交流轉換器

144、146、344、345、444、445‧‧‧變壓器

145、341、441‧‧‧匯流排

16、36、46‧‧‧電網

21、34、44‧‧‧轉換裝置

211‧‧‧渦輪機

22、23、32、33、42、43‧‧‧發電裝置

321、421、71‧‧‧永磁同步發電機

322、332、432‧‧‧傳動裝置

3321‧‧‧傳動單元

342、343、442‧‧‧交流直流交流轉換器

342A、342P、343A、343P、442A、442E、442P‧‧‧交流傳輸端

342B、342Q、343B、343Q、442B、442F、442Q‧‧‧直流 傳輸端

342C、342R、343C、343R、442C、442G、442R‧‧‧控制端

35、45‧‧‧控制裝置

351、352、353、354、451、452、453、53、63、73‧‧‧控制單元

39‧‧‧機械轉向裝置

50、60、70、80‧‧‧控制系統

5311、6311、7311、8311‧‧‧轉換單元

5321、5322、5323、5324、5325、5326、6321、6322、6323、6324、6325、6326、5321、5322、5323、5324、5325、8321、8322、8323、8324、8325、8326‧‧‧加法器

5331、5332、5333、5334、6331、6332、6333、6334、7331、7332、7333、8331、8332、8333、8334‧‧‧一階落後控制器

AX1‧‧‧參考軸

EM1、EM2‧‧‧發電模式

FM1‧‧‧流體運動

H1‧‧‧風

i_bus1 、i_bus2 、i_bus3 、i_gscD 、i_gscD1 、i_gscD2 、i_gscD3 、i_gscP2 、i_sD1 、i_rD 、i_rD1 、i_rD2 、i_rD3 、i_sP 、i_sP2 、i_sP3 ‧‧‧電流

i_dgscD 、i_dgscP ‧‧‧電網側d軸測量電流值

i_{dgscD_ref} 、i_{dgscP_ref} ‧‧‧電網側d軸參考電流值

i_drD ‧‧‧轉子側d軸測量電流值

i_{drD_ref} ‧‧‧轉子側d軸參考電流值

i_qgscD 、i_qgscP ‧‧‧電網側q軸測量電流值

i_{qgscD_ref} 、i_{qgscP_ref} ‧‧‧電網側q軸電流命令值

i_qrD ‧‧‧轉子側q軸測量電流值

i_{qrD_ref} ‧‧‧轉子側q軸電流命令值

i_dsP ‧‧‧定子側d軸測量電流值

i_{dsP_ref} ‧‧‧定子側d軸參考電流值

i_qsP ‧‧‧定子側q軸測量電流值

i_{qsP_ref} ‧‧‧定子側q軸電流命令值

M11、M12‧‧‧軸轉動

M21‧‧‧特定軸轉動

MA1‧‧‧特定旋轉動作

P_gscD3 、P_rD3 、P_sP3 ‧‧‧實功率

p₂ ‧‧‧機械功率

p₂₁ 、p₂₂ ‧‧‧機械功率分量

p_B1 、p_B2 、p_B3 、p_D 、p_D1 、p_D2 、p_D3 、p_gscP2 、p_sP 、p_sP2 、p_sP3 ‧‧‧電功率

p_rD1 、p_rD2 、p_rD3 、p_sD1 、p_sD2 、p_sD3 ‧‧‧電功率分量

Q_gscP2 、Q_sD2 、Q_sD3 ‧‧‧虛功率

Q_{gscP_ref} ‧‧‧電網側參考虛功率值

Q_{sD_ref} ‧‧‧定子側參考虛功率值

QH_gscP2 、QH_sD2 、QH_sD3 、QH_sD ‧‧‧所感測虛功率

SA1、SA2、SA3、SA4、SB1、SB2、SB3‧‧‧信號

SE50、SE60、SE70‧‧‧控制信號

ST1‧‧‧第一狀態

ST2‧‧‧第二狀態

T_D2 、T_D3 、T_P2 、T_P3 ‧‧‧電磁轉矩

T_{D_ref} 、T_{P_ref} ‧‧‧參考電磁轉矩值

TH_D 、TH_D2 、TH_D3 、TH_P 、TH_P2 、TH_P3 ‧‧‧所感測電磁轉矩

V_W1 、V_W2 ‧‧‧風速

v_DCD1 、v_DCD2 、v_DCD3 、v_DCP2 、v_gscD1 、v_inf1 、v_inf2 、v_inf3 、v_sD1 、v_sD2 、v_sD3 ‧‧‧電壓

v_{DCD_ref} 、v_{DCP_ref} ‧‧‧參考直流電壓值

v_dgscD 、v_dgscP ‧‧‧電網側d軸輸出電壓值

v_dgscD0 、v_dgscP0 ‧‧‧電網側d軸電壓初始工作值

v_drD ‧‧‧轉子側d軸輸出電壓值

v_drD0 ‧‧‧轉子側d軸電壓初始工作值

v_dsP ‧‧‧定子側d軸輸出電壓值

v_dsP0 ‧‧‧定子側d軸電壓初始工作值

v_qgscD 、v_qgscP ‧‧‧電網側q軸輸出電壓值

v_qgscD0 、v_qgscP0 ‧‧‧電網側q軸電壓初始工作值

v_qrD ‧‧‧轉子側q軸輸出電壓值

v_qrD0 ‧‧‧轉子側q軸電壓初始工作值

v_qsP ‧‧‧定子側q軸輸出電壓值

v_qsP0 ‧‧‧定子側q軸電壓初始工作值

v_{sD_ref} ‧‧‧定子側參考電壓值

vH_DCD 、vH_DCD2 、vH_DCD3 、vH_DCP2 、vH_sD 、vH_sD2 、vH_sD3 ‧‧‧所感測電壓

ω_rD1 、ω_rD2 、ω_rD3 、ω_rP2 、ω_rP3 、ω_rT1 、ω_rT2 、ω_rT3 ‧‧‧角速度

△v_dgscD 、△v_dgscP ‧‧‧電網側d軸電壓修正量

△v_drD ‧‧‧轉子側d軸電壓修正量

△v_dsP ‧‧‧定子側d軸電壓修正量

△v_qgscD 、△v_qgscP ‧‧‧電網側q軸電壓修正量

△v_qrD ‧‧‧轉子側q軸電壓修正量

△v_qsP ‧‧‧定子側q軸電壓修正量

本揭露得藉由下列圖式之詳細說明，俾得更深入之瞭解：第1圖：為在先前技術中一發電系統的單線示意圖。

第2圖：為在本揭露各式各樣實施例中一發電系統的單線示意圖。

第3圖：為在本揭露各式各樣實施例中一發電系統的示意圖。

第4圖：為在本揭露各式各樣實施例中一發電系統的單線示意圖。

第5圖：為在本揭露各式各樣實施例中一控制系統的示意圖。

第6圖：為在本揭露各式各樣實施例中一控制系統的示意圖。

第7圖：為在本揭露各式各樣實施例中一控制系統的示意圖。

第8圖：為在本揭露各式各樣實施例中一控制系統的示意圖。

第9圖：為在本揭露各式各樣實施例中在多個發電機輸入實功率參考值與一風速之間關係的示意圖。

第10圖：為在本揭露各式各樣實施例中在多個發電機輸入轉矩參考值與一風速之間關係的示意圖。

第11圖：為在本揭露各式各樣實施例中在多個電網端吸收實功率與一風速之間關係的示意圖。

第12圖：為在本揭露各式各樣實施例中在多個發電效率與一風速之間關係的示意圖。

請參閱第2圖，其為在本揭露各式各樣實施例中一發電系統20的單線示意圖。發電系統20包含一轉換裝置21、一發電裝置22和一發電裝置23。轉換裝置21響應一流體運動FM1而產生一特定旋轉動作MA1。發電裝置22操作在一發電模式EM1中，且響應特定旋轉動作MA1而產生一電功率p_sP 。發電裝置23操作在與發電模式EM1不同的一發電模式EM2中，且在產生電功率p_sP 之同時，響應特定旋轉動作MA1而產生一電功率p_D 。

在一些實施例中，發電模式EM1是一永磁同步發電模式，且發電模式EM2是一雙饋式感應發電模式。特定旋轉動作MA1是一特定軸轉動(shaft rotation)M21且造成包含一機械功率分量p₂₁ 和一機械功率分量p₂₂ 的一機械功率p₂ 。轉換裝置21是一機械功率轉換裝置或一 渦輪機211。渦輪機211包含一輸出轉軸2111，輸出轉軸2111藉由特定軸轉動M21而傳輸機械功率p₂ 。發電裝置22將機械功率分量p₂₁ 轉換為電功率p_sP ，且發電裝置23將機械功率分量p₂₂ 轉換為電功率p_D 。例如，流體運動FM1是一風，且具有一速度(比如一風速)。轉換裝置21直接機械地耦合到發電裝置22；且轉換裝置21直接機械地耦合到發電裝置23，或經由發電裝置22而間接機械地耦合到發電裝置23。

在一些實施例中，發電系統20操作在一第一狀態ST1和一第二狀態ST2的其中之一中。在第一狀態ST1中，發電裝置22和發電裝置23同時從輸出轉軸2111分別接收機械功率分量p₂₁ 和機械功率分量p₂₂ 。另外，在第一狀態ST1中，輸出轉軸2111機械地耦合到發電裝置22和發電裝置23。在第二狀態ST2中，發電裝置22同時從輸出轉軸2111接收機械功率分量p₂₁ 和機械功率分量p₂₂ ，且發電裝置23經由發電裝置22接收機械功率分量p₂₂ 。另外，在第二狀態ST2中，輸出轉軸2111機械地耦合到發電裝置22，且經由發電裝置22而機械地耦合到發電裝置23。在一些實施例中，機械功率分量p₂₁ 和機械功率分量p₂₂ 具有在其間的一比率；發電系統20根據該速度而分配機械功率p₂ ，或根據該速度而調整該比率。例如，機械功率分量p₂₂ 在流體運動FM1的特定速度下可以為零。

請參閱第3圖，其為在本揭露各式各樣實施例中一發電系統30的示意圖。發電系統30包含一轉換裝 置21、一發電裝置32和一發電裝置33。轉換裝置21響應一流體運動FM1而產生一特定軸轉動M21。發電裝置32是一同步發電裝置，且響應特定軸轉動M21而產生一電功率p_sP2 。發電裝置33是一感應發電裝置，且在產生電功率p_sP2 之同時，響應特定軸轉動M21而產生一電功率p_D2 。

在一些實施例中，特定軸轉動M21造成包含一機械功率分量p₂₁ 和一機械功率分量p₂₂ 的一機械功率p₂ 。發電裝置32將機械功率分量p₂₁ 轉換為電功率p_sP2 ；且發電裝置33將機械功率分量p₂₂ 轉換為包含一電功率分量p_sD2 和一電功率分量p_rD2 的電功率p_D2 。轉換裝置21是一渦輪機211，渦輪機211包含一輸出轉軸2111，且輸出轉軸2111藉由特定軸轉動M21而傳輸機械功率p₂ 。例如，流體運動FM1是一風；轉換裝置21直接機械地耦合到發電裝置32和發電裝置33。

在一些實施例中，發電裝置32包含一永磁同步發電機(permanent-magnet synchronous generator)321和耦合到永磁同步發電機321的一傳動裝置322。永磁同步發電機321包含一定子3211和匹配於定子3211的一轉子3212；例如，轉子3212是一永磁式轉子。轉子3212響應機械功率分量p₂₁ 而使定子3211產生具有一電流i_sP2 的電功率p_sP2 。傳動裝置322耦合在輸出轉軸2111和轉子3212之間，且從輸出轉軸2111傳輸機械功率分量p₂₁ 到轉子3212。

在一些實施例中，發電裝置33包含一雙饋式感應發電機331和耦合到雙饋式感應發電機331的一傳 動裝置332。雙饋式感應發電機331包含一定子3311和匹配於定子3311的一轉子3312；例如，轉子3312是一繞線式轉子。轉子3312響應機械功率分量p₂₂ 而產生具有一電流i_rD2 的電功率分量p_rD2 、且使定子3311產生具有一電壓v_sD2 的電功率分量p_sD2 。傳動裝置332耦合在輸出轉軸2111和轉子3312之間，且從輸出轉軸2111傳輸機械功率分量p₂₂ 到轉子3312。例如，傳動裝置332包含一傳動單元3321和耦合到傳動單元3321的一齒輪箱3322。傳動單元3321耦合在輸出轉軸2111和齒輪箱3322之間，且齒輪箱3322耦合在傳動單元3321和轉子3312之間。例如，齒輪箱3322是一增速齒輪箱。

在一些實施例中，發電系統30更包含一控制裝置35和耦合到控制裝置35的一轉換裝置34。轉換裝置34是一電功率轉換裝置，且耦合到永磁同步發電機321和雙饋式感應發電機331。轉換裝置34在控制裝置35的控制下轉換電功率p_sP2 和電功率p_D2 以提供一電功率p_B2 到具有一電壓v_inf2 的一電網36。轉換裝置34包含一匯流排341、一交流直流交流轉換器342、一交流直流交流轉換器343、一變壓器344和一變壓器345。匯流排341具有電壓v_sD2 ，且耦合到定子3311。交流直流交流轉換器342耦合在定子3211和匯流排341之間，且將電功率p_sP2 轉換為具有一電流i_gscP2 的一電功率p_gscP2 。交流直流交流轉換器343具有一交流傳輸端343A和一交流傳輸端343P，交流傳輸端343A耦合到轉子3312。變壓器344耦合在交流傳輸端343P和匯流排 341之間。變壓器345耦合在匯流排341和電網36之間。變壓器345從匯流排341接收具有一電流i_bus2 的一電功率，且將具有電流i_bus2 的該電功率轉換為電功率p_B2 。

在一些實施例中，交流直流交流轉換器342包含一交流直流轉換器3421、一直流交流轉換器3422和一並聯電容器3423。交流直流轉換器3421作為一定子側轉換器(SSC)，且具有一交流傳輸端342A、一直流傳輸端342B和一控制端342C。直流交流轉換器3422作為一電網側轉換器(GSC)，且具有一直流傳輸端342Q、一交流傳輸端342P和一控制端342R，交流傳輸端342P傳輸電流i_gscP2 。並聯電容器3423電連接到直流傳輸端342B和直流傳輸端342Q。

在一些實施例中，交流直流交流轉換器343包含一交流直流轉換器3431、一直流交流轉換器3432和一並聯電容器3433。交流直流轉換器3431作為一轉子側轉換器(RSC)，且具有交流傳輸端343A、一直流傳輸端343B和一控制端343C。直流交流轉換器3432作為一電網側轉換器(GSC)，且具有一直流傳輸端343Q、交流傳輸端343P和一控制端343R。並聯電容器3433電連接到直流傳輸端343B和直流傳輸端343Q。

電功率p_gscP2 具有一虛功率Q_gscP2 ，永磁同步發電機321具有一電磁轉矩T_P2 ，並聯電容器3423具有一電壓v_DCP2 (是一直流電壓)，電功率分量p_sD2 具有一虛功率Q_sD2 ，雙饋式感應發電機331具有一電磁轉矩T_D2 ，交流傳輸端343P傳輸一電流i_gscD2 ，且並聯電容器3433具有一電 壓v_DCD2 (是一直流電壓)。發電系統30感測虛功率Q_gscP2 、虛功率Q_sD2 、電磁轉矩T_P2 、電磁轉矩T_D2 、電壓v_sD2 、電壓v_DCP2 和電壓v_DCD2 以分別產生一所感測虛功率QH_gscP2 、一所感測虛功率QH_sD2 、一所感測電磁轉矩TH_P2 、一所感測電磁轉矩TH_D2 、一所感測電壓vH_sD2 、一所感測電壓vH_DCP2 和一所感測電壓vH_DCD2 。

在一些實施例中，控制裝置35包含一控制單元351、一控制單元352、一控制單元353和一控制單元354。控制單元351根據電流i_sP2 和所感測電磁轉矩TH_P2 而執行一第一轉換操作以提供用於控制交流直流轉換器3421的一信號SA1到控制端342C。控制單元352根據所感測虛功率QH_gscP2 、電流i_gscP2 和所感測電壓vH_DCP2 而執行一第二轉換操作以提供用於控制直流交流轉換器3422的一信號SA2到控制端342R。控制單元353根據所感測電壓vH_sD2 、電流i_rD2 和所感測電磁轉矩TH_D2 而執行一第三轉換操作以提供用於控制交流直流轉換器3431的一信號SA3到控制端343C。控制單元354根據所感測虛功率QH_sD2 、電流i_gscD2 和所感測電壓vH_DCD2 而執行一第四轉換操作以提供用於控制直流交流轉換器3432的一信號SA4到控制端343R。

在一些實施例中，渦輪機211是具有額定容量3MW的一風力渦輪機。永磁同步發電機321具有額定容量1MW，且雙饋式感應發電機331具有額定容量2MW。例如，發電系統30包含一機械轉向裝置39。機械轉向裝置39設置於輸出轉軸2111、永磁同步發電機321和雙饋式感 應發電機331之間，且包含傳動裝置322和傳動裝置332。輸出轉軸2111通過機械轉向裝置39而分開地耦合到永磁同步發電機321和雙饋式感應發電機331。在一些實施例中，流體運動FM1具有一風速V_W2 ；輸出轉軸2111、轉子3212和轉子3312分別具有角速度ω_rT2 、ω_rP2 和ω_rD2 。在一些實施例中，發電系統30根據風速V_W2 而調整在機械功率分量p₂₁ 和機械功率分量p₂₂ 之間的一比率。

在一些實施例中，交流直流轉換器3431、直流交流轉換器3432、並聯電容器3433和變壓器344在功能上分別相似於在第1圖中的交流直流轉換器141、直流交流轉換器143、並聯電容器142和變壓器144。在一些實施例中，定子3211產生電流i_sP2 (為一交流電流)。交流直流轉換器3421(或稱為永磁同步發電機321的定子側轉換器)將電流i_sP2 整流以使並聯電容器3423具有電壓v_DCP2 (為一穩定的直流電壓)。直流交流轉換器3422(或稱為永磁同步發電機321的電網側轉換器)將電壓v_DCP2 轉換為電功率p_gscP2 (為一交流功率)，且將電功率p_gscP2 注入匯流排341(或稱為雙饋式感應發電機331的定子側匯流排)。

請參閱第4圖，其為在本揭露各式各樣實施例中一發電系統40的單線示意圖。發電系統40包含一轉換裝置21、一發電裝置42和一發電裝置43。轉換裝置21響應一流體運動FM1而產生一特定軸轉動M21。發電裝置42是一同步發電裝置，且響應特定軸轉動M21而產生一電功率p_sP3 。發電裝置43是一感應發電裝置，且在產生電功 率p_sP3 之同時，響應特定軸轉動M21而產生一電功率p_D3 。

在一些實施例中，特定軸轉動M21造成包含一機械功率分量p₂₁ 和一機械功率分量p₂₂ 的一機械功率p₂ 。發電裝置42將機械功率分量p₂₁ 轉換為電功率p_sP3 ；且發電裝置43將機械功率分量p₂₂ 轉換為包含一電功率分量p_sD3 和一電功率分量p_rD3 的電功率p_D3 。轉換裝置21是一渦輪機211，渦輪機211包含一輸出轉軸2111。輸出轉軸2111具有一參考軸AX1，且藉由特定軸轉動M21而傳輸機械功率p₂ 。例如，流體運動FM1是一風；轉換裝置21直接機械地耦合到發電裝置42，且轉換裝置21經由發電裝置42而間接機械地耦合到發電裝置43。

在一些實施例中，發電裝置42包含一永磁同步發電機421。永磁同步發電機421包含一定子4211和匹配於定子4211的一轉子4212；例如，轉子4212是一永磁式轉子，且直接耦合到輸出轉軸2111。轉子4212響應機械功率p₂ 而將機械功率分量p₂₂ 傳輸到發電裝置43、且使定子4211將機械功率分量p₂₁ 轉換為具有一電流i_sP3 的電功率p_sP3 。

在一些實施例中，發電裝置43包含一雙饋式感應發電機431和耦合到雙饋式感應發電機431的一傳動裝置432。雙饋式感應發電機431包含一定子4311和匹配於定子4311的一轉子4312；例如，轉子4312是一繞線式轉子。轉子4312響應機械功率分量p₂₂ 而產生具有一電流i_rD3 的電功率分量p_rD3 、且使定子4311產生具有一電壓v_sD3 的電功率分量p_sD3 。傳動裝置432直接耦合在轉子4212和轉子4312之間，且從轉子4212傳輸機械功率分量p₂₂ 到轉子4312，其中輸出轉軸2111和永磁式轉子4212共用參考軸AX1(或是共軸的)，且一起以特定軸轉動M21而旋轉。例如，傳動裝置432包含一齒輪箱4322，齒輪箱4322直接耦合在轉子4212和轉子4312之間。

在一些實施例中，發電系統40更包含一控制裝置45和耦合到控制裝置45的一轉換裝置44。轉換裝置44是一電功率轉換裝置，且耦合到永磁同步發電機421和雙饋式感應發電機431。轉換裝置44在控制裝置45的控制下轉換電功率p_sP3 和電功率p_D3 以提供一電功率p_B3 到具有一電壓v_inf3 的一電網46。轉換裝置44包含一匯流排441、一交流直流交流轉換器442、一變壓器444和一變壓器445。匯流排441具有電壓v_sD3 ，且耦合到定子4311。交流直流交流轉換器442具有一交流傳輸端442A、一交流傳輸端442E和一交流傳輸端442P，交流傳輸端442A耦合到永磁式轉子4212，交流傳輸端442E耦合到繞線式轉子4312。變壓器444耦合在交流傳輸端442P和匯流排441之間。變壓器445耦合在匯流排441和電網46之間。變壓器445從匯流排441接收具有一電流i_bus3 的一電功率，且將具有電流i_bus3 的該電功率轉換為電功率p_B3 。

在一些實施例中，交流直流交流轉換器442包含一交流直流轉換器4421、一交流直流轉換器4422、一直流交流轉換器4423和一並聯電容器4424。交流直流轉換 器4421(或稱為永磁同步發電機421的定子側轉換器(SSC))具有交流傳輸端442A、一直流傳輸端442B和一控制端442C。交流直流轉換器4422(或稱為雙饋式感應發電機431的轉子側轉換器(RSC))具有交流傳輸端442E、一直流傳輸端442F和一控制端442G，直流傳輸端442F電連接到直流傳輸端442B。直流交流轉換器4423(或稱為雙饋式感應發電機431的電網側轉換器(GSC))具有一直流傳輸端442Q、交流傳輸端442P和一控制端442R。並聯電容器4424電連接到直流傳輸端442B、直流傳輸端442F和直流傳輸端442Q。

永磁同步發電機421具有一電磁轉矩T_P3 ，交流傳輸端442P傳輸一電流i_gscD3 ，並聯電容器4424具有一電壓v_DCD3 (是一直流電壓)，電功率分量p_sD3 具有一虛功率Q_sD3 ，雙饋式感應發電機431具有一電磁轉矩T_D3 。發電系統40感測虛功率Q_sD3 、電磁轉矩T_P3 、電磁轉矩T_D3 、電壓v_sD3 和電壓v_DCD3 以分別產生一所感測虛功率QH_sD3 、一所感測電磁轉矩TH_P3 、一所感測電磁轉矩TH_D3 、一所感測電壓vH_sD3 和一所感測電壓vH_DCD3 。

在一些實施例中，控制裝置45包含一控制單元451、一控制單元452和一控制單元453。控制單元451根據電流i_sP3 和所感測電磁轉矩TH_P3 而執行一第一轉換操作以提供用於控制交流直流轉換器4421的一信號SB1到控制端442C。控制單元452根據所感測電壓vH_sD3 、電流i_rD3 和所感測電磁轉矩TH_D3 而執行一第二轉換操作以提供用於 控制交流直流轉換器4422的一信號SB2到控制端442G。控制單元453根據所感測虛功率QH_sD3 、電流i_gscD3 和所感測電壓vH_DCD3 而執行一第三轉換操作以提供用於控制直流交流轉換器4423的一信號SB3到控制端442R。

在一些實施例中，在第4圖中的渦輪機211、永磁同步發電機421和雙饋式感應發電機431在模型及額定容量上分別相同於在第3圖中的渦輪機211、永磁同步發電機321和雙饋式感應發電機331。在第4圖中，渦輪機211、永磁同步發電機421和雙饋式感應發電機431以一共同軸(比如參考軸AX1)而序列地耦合。渦輪機211的輸出轉軸2111與永磁同步發電機421的轉子4212的轉軸機械地互連，且通過齒輪箱4322而與雙饋式感應發電機431的轉子4312的轉軸機械地耦合。例如，齒輪箱4322是一增速齒輪箱，輸出轉軸2111的角速度ω_rT3 等於轉子4212的角速度ω_rP3 ，且轉子4312的角速度ω_rD3 大於轉子4212的角速度ω_rP3 。例如，交流直流轉換器4422(或稱為雙饋式感應發電機431的轉子側轉換器)和直流交流轉換器4423(或稱為雙饋式感應發電機431的電網側轉換器)具有在其間的一直流鏈接(由並聯電容器4424所形成)；且交流直流轉換器4421(或稱為永磁同步發電機421的定子側轉換器)的直流傳輸端442B電連接到該直流鏈接。在一些實施例中，發電系統40根據風速V_W2 而調整在機械功率分量p₂₁ 和機械功率分量p₂₂ 之間的一比率。

在一些實施例中，當雙饋式感應發電機431 在三個不同轉速下分開地操作時，發電系統40具有三個不同的運轉方案。該三個不同轉速分別是超同步(super-synchronous)轉速、同步(synchronous)轉速和次同步(sub-synchronous)轉速。當雙饋式感應發電機431的轉子4312具有該超同步轉速時，發電系統40具有下列的第一運轉方案。永磁同步發電機421產生實功率P_sP3 (為電功率p_sP3 的實功率)。雙饋式感應發電機431的轉子4312所產生的實功率P_rD3 (為電功率分量p_rD3 的實功率)為正值；這表示轉子4312會輸出實功率。交流直流轉換器4421對於實功率P_sP3 執行一第一轉換，且交流直流轉換器4422對於實功率P_rD3 執行一第二轉換。通過該第一轉換和該第二轉換，實功率P_sP3 和實功率P_rD3 被轉換或相加以形成一所轉換的實功率。該所轉換的實功率被傳輸到直流交流轉換器4423。直流交流轉換器4423響應該所轉換的實功率而產生實功率P_gscD3 ，實功率P_gscD3 被轉換以饋送一實功率到電網46。

當轉子4312具有該同步轉速時，發電系統40具有下列的第二運轉方案。雙饋式感應發電機431的轉子4312的傳輸端不會有實功率的流動；這表示雙饋式感應發電機431的輸出實功率將全部從定子4311輸出以通過進一步的轉換而饋送一實功率到電網46。永磁同步發電機421的定子4311所產生的實功率P_sP3 (為電功率p_sP3 的實功率)會通過交流直流轉換器4421和直流交流轉換器4423而轉換成全部源自實功率P_sP3 的實功率P_gscD3 。

當轉子4312具有該次同步轉速時，發電系 統40具有下列的第三運轉方案。雙饋式感應發電機431的轉子4312的傳輸端需要吸收實功率；此時利用發電機轉矩的控制方法，將永磁同步發電機421的定子4211所輸出的部分功率，通過交流直流轉換器4422而送入雙饋式感應發電機431的轉子4312，且定子4211所輸出的其餘功率是通過直流交流轉換器4423而轉換成送到電網46的一實功率。因此，在控制方法的設計上，實功率P_sP3 會恆大於實功率P_rD3 。根據該第一、該第二和該第三運轉方案，直流交流轉換器4423具有一個單向轉換器的架構，故可降低直流交流轉換器4423的成本。

換句話說，交流直流轉換器4421的直流傳輸端442B電連接到在交流直流轉換器4422和直流交流轉換器4423之間的一直流鏈接(由並聯電容器4424所形成)；當雙饋式感應發電機431的轉速低於雙饋式感應發電機431的同步轉速時，轉子4312必須汲取電功率；這時，如果永磁同步發電機421所能提供的電功率(或實功率)大於轉子4312所需的電功率(或實功率)，則直流交流轉換器4423的輸出電功率(或實功率)便能夠維持在正值。在這種情況下，對於直流交流轉換器4423的架構便能夠以單向轉換器架構取代雙向轉換器，藉此減少直流交流轉換器4423的架構之成本。

在根據第2圖、第3圖和第4圖所提供的各式各樣實施例中，一種發電方法包含下列步驟：響應一流體運動FM1而產生一特定旋轉動作MA1；在一發電模式 EM1中響應特定旋轉動作MA1而產生一電功率p_sP (或p_sP2 或P_sP3 )；以及在產生電功率p_sP (或p_sP2 或p_sP3 )之同時，在與發電模式EM1不同的一發電模式EM2中響應特定旋轉動作MA1而產生一電功率p_D (或p_D2 或p_D3 )。

在一些實施例中，特定旋轉動作MA1是一特定軸轉動M21且造成包含一機械功率分量p₂₁ 和一機械功率分量p₂₂ 的一機械功率p₂ 。該發電方法更包含下列步驟：在發電模式EM1中，藉由致能一定子3211(或4211)和匹配於定子3211(或4211)的一轉子3212(或4212)而將機械功率分量p₂₁ 轉換為電功率p_sP2 (或p_sP3 )；以及在發電模式EM2中，藉由致能一定子3311(或4311)和匹配於定子3311(或4311)的一轉子3312(或4312)而將機械功率分量p₂₂ 轉換為包含一電功率分量p_sD2 (或p_sD3 )和一電功率分量p_rD2 (或p_rD3 )的電功率p_D2 (或p_D3 )，其中發電模式EM1是一永磁同步發電模式，且發電模式EM2是一雙饋式感應發電模式。

在一些實施例中，該發電方法是執行在一第一狀態ST1中，且更包含下列步驟：分配機械功率p₂ 以分開傳輸用於發電模式EM1的機械功率分量p₂₁ 和用於發電模式EM2的機械功率分量p₂₂ ；在發電模式EM1中，機械功率分量p₂₁ 驅動轉子3212以使定子3311產生電功率p_sP2 ；在發電模式EM2中，機械功率分量p₂₂ 驅動轉子3312以使轉子3312產生具有一轉子激磁電流(比如電流i_rD2 )的電功率分量p_rD2 、且以使定子3311產生電功率分量p_sD2 ；以及 藉由轉換電功率p_sP2 和電功率p_D2 而提供一電功率p_B2 到一電網36。

在一些實施例中，轉換電功率p_sP2 和電功率p_D2 包含下列步驟：提供一匯流排341；將電功率分量p_sD2 饋入匯流排341；在定子3211和匯流排341之間對於電功率p_sP2 執行一第一交流直流交流轉換；以及在轉子3312和匯流排341之間對於電功率分量p_rD2 執行一第二交流直流交流轉換。

在一些實施例中，該發電方法是執行在一第二狀態ST2中，轉子4212具有一參考軸AX1，且特定旋轉動作MA1是相對於參考軸AX1而做出。該發電方法更包含下列步驟：在發電模式EM1中，機械功率p₂ 驅動轉子4212以經由轉子4212而傳輸機械功率分量p₂₂ 到轉子4312、且以使定子3211將機械功率分量p₂₁ 轉換為電功率p_sP3 ；在發電模式EM2中，機械功率分量p₂₂ 驅動轉子4312以使轉子4312產生具有一轉子激磁電流(比如電流i_rD3 )的電功率分量p_rD3 、且以使定子4311產生電功率分量p_sD3 ；以及藉由轉換電功率p_sP3 和電功率p_D3 而提供一電功率p_B3 到一電網46。

在一些實施例中，轉換電功率p_sP3 和電功率p_D3 包含下列步驟：提供一匯流排441；提供一直流鏈接(由並聯電容器4424所形成)；將電功率分量p_sD3 饋入匯流排441；在定子4211和該直流鏈接之間對於電功率p_sP3 執行一第一交流直流轉換；在轉子4312和該直流鏈接之間對於電功率分量p_rD3 執行一第二交流直流轉換；以及在該直流鏈接 和匯流排441之間執行一直流交流轉換。

在一些實施例中，藉由軟體模擬而發現發電系統10、20、30和40的各式各樣性質。在該軟體模擬中，雙饋式感應發電機13、331和431的容量略有不同。然而為了專注在相同條件之下，各種系統架構之間的差異比較，故於控制器設計時，交流直流轉換器141、3431和4422皆採取相同的控制方法與控制參數，其中僅雙饋式感應發電機輸入轉矩之參考電磁轉矩值T_{D_ref} (顯示在第5圖中)有所變異。

請參閱第5圖，其為在本揭露各式各樣實施例中一控制系統50的示意圖。控制系統50包含一雙饋式感應發電機51、一交流直流轉換器52及用於控制交流直流轉換器52的一控制單元53的示意圖。控制單元53根據一所感測電壓vH_sD 、一電流i_rD 和一所感測電磁轉矩TH_D 而執行一轉換操作以提供一控制信號SE50到交流直流轉換器52。當交流直流轉換器52代表在第3圖中的交流直流轉換器3431時，雙饋式感應發電機51、控制單元53、所感測電壓vH_sD 、電流i_rD 、所感測電磁轉矩TH_D 和控制信號SE50分別代表在第3圖中的雙饋式感應發電機331、控制單元353、所感測電壓vH_sD2 、電流i_rD2 、所感測電磁轉矩TH_D2 和信號SA3。當交流直流轉換器52代表在第4圖中的交流直流轉換器4422時，雙饋式感應發電機51、控制單元53、所感測電壓vH_sD 、電流i_rD 、所感測電磁轉矩TH_D 和控制信號SE50分別代表在第4圖中的雙饋式感應發電機431、控 制單元452、所感測電壓vH_sD3 、電流i_rD3 、所感測電磁轉矩TH_D3 和信號SB2。

在一些實施例中，控制單元53包含一轉換單元5311、六個加法器5321、5322、5323、5324、5325和5326、以及四個一階落後控制器5331、5332、5333和5334。轉換單元5311對於電流i_rD 執行一電流測量以產生一所測量電流，且對於該所測量電流執行一座標轉換以產生一轉子側d軸測量電流值i_drD 和一轉子側q軸測量電流值i_qrD 。加法器5321接收所感測電壓vH_sD (為一值)、和雙饋式感應發電機51的一定子側參考電壓值v_{sD_ref} ，對於所感測電壓vH_sD 和定子側參考電壓值v_{sD_ref} 執行一減法運算以產生一第一誤差信號。一階落後控制器5331具有一轉移函數K_a /(1+sT_a )，且根據該第一誤差信號和轉移函數K_a /(1+sT_a )而產生一轉子側d軸參考電流值i_{drD_ref} 。加法器5322對於轉子側d軸測量電流值i_drD 和轉子側d軸參考電流值i_{drD_ref} 執行一減法運算以產生一第二誤差信號。一階落後控制器5332具有一轉移函數K_b /(1+sT_b )，且根據該第二誤差信號和轉移函數K_b /(1+sT_b )而產生一轉子側d軸電壓修正量△v_drD 。加法器5322對於轉子側d軸電壓修正量△v_drD 、和雙饋式感應發電機51的一轉子側d軸電壓初始工作值v_drD0 執行一加法運算以產生一轉子側d軸輸出電壓值v_drD 。

加法器5324接收所感測電磁轉矩TH_D (為一值)、和雙饋式感應發電機51的一參考電磁轉矩值T_{D_ref} ，對於所感測電磁轉矩TH_D 和參考電磁轉矩值T_{D_ref} 執行一減 法運算以產生一第三誤差信號。一階落後控制器5333具有一轉移函數K_c /(1+sT_c )，且根據該第三誤差信號和轉移函數K_c /(1+sT_c )而產生一轉子側q軸電流命令值i_{qrD_ref} 。加法器5325對於轉子側q軸測量電流值i_qrD 和轉子側q軸電流命令值iqrD_ref執行一減法運算以產生一第四誤差信號。一階落後控制器5334具有一轉移函數K_d /(1+sT_d )，且根據該第四誤差信號和轉移函數K_d /(1+sT_d )而產生一轉子側q軸電壓修正量△v_qrD 。加法器5326對於轉子側q軸電壓修正量△v_qrD 、和雙饋式感應發電機51的一轉子側q軸電壓初始工作值v_qrD0 執行一加法運算以產生一轉子側q軸輸出電壓值v_qrD 。控制單元53根據轉子側d軸輸出電壓值v_drD 和轉子側q軸輸出電壓值v_qrD 而產生控制信號SE50。例如，控制單元53所執行的該轉換操作包括在控制單元53的多個組件中所執行的上述多個運算。

在一些實施例中，控制單元53採用包含電壓外迴路和電流內迴路的雙迴路控制方法。該電壓外迴路用於調整雙饋式感應發電機的定子端的電壓(v_sD2 或v_sD3 )以及電磁轉矩(T_D2 或T_D3 )，且該電流內迴路用於控制電流值與電流之流向。控制單元53的控制方法包括d軸控制和q軸控制。

該d軸控制包括下列步驟。藉由比較雙饋式感應發電機51的定子側的所感測電壓vH_sD 與定子側參考電壓值v_{sD_ref} 而產生該第一誤差信號。使一階落後控制器5331根據該第一誤差信號的誤差量而產生轉子側d軸參考電流 值i_{drD_ref} 。藉由將轉子側d軸參考電流值i_{drD_ref} 減去轉子側d軸測量電流值i_drD 而產生該第二誤差信號。使一階落後控制器5332接收該第二誤差信號，且根據該第二誤差信號而產生一轉子側d軸電壓修正量△v_drD 。藉由相加轉子側d軸電壓修正量△_{vdr D} 和雙饋式感應發電機51的轉子側q軸電壓初始工作值v_qrD0 而產生轉子側d軸輸出電壓值v_drD 。轉子側d軸輸出電壓值v_drD 被限制在具有上限電壓值v_{drD_max} 與下限電壓值v_{drD_min} 的一電壓值範圍內，以達成穩定雙饋式感應發電機51的輸出電壓的目的。

該q軸控制的目標主要是在完成雙饋式感應發電機51的最大功率追蹤。該q軸控制包括下列步驟。產生該第三誤差信號的一轉矩誤差量。使一階落後控制器5333根據該轉矩誤差量而產生轉子側q軸電流命令值i_{qrD_ref} 。藉由比較轉子側q軸電流命令值i_{qrD_ref} 和轉子側q軸測量電流值i_qrD 而產生該第四誤差信號的一誤差量。使一階落後控制器5334根據該第四誤差信號的該誤差量而產生轉子側q軸電壓修正量△v_qrD 。藉由相加轉子側q軸電壓修正量△v_qrD 和轉子側q軸電壓初始工作值v_qrD0 而產生轉子側q軸輸出電壓值v_qrD 。

請參閱第6圖，其為在本揭露各式各樣實施例中一控制系統60的示意圖。控制系統60包含一雙饋式感應發電機51、一直流交流轉換器62及用於控制直流交流轉換器62的一控制單元63的示意圖。控制單元63根據一所感測虛功率QH_sD 、一電流i_gscD 和一所感測電壓vH_DCD 而執 行一轉換操作以提供一控制信號SE60到直流交流轉換器62。當直流交流轉換器62代表在第3圖中的直流交流轉換器3432時，雙饋式感應發電機51、控制單元63、所感測虛功率QH_sD 、電流i_gscD 和所感測電壓vH_DCD 和控制信號SE60分別代表在第3圖中的雙饋式感應發電機331、控制單元354、所感測虛功率QH_sD2 、電流i_gscD2 、所感測電壓vH_DCD2 和信號SA4。當直流交流轉換器62代表在第4圖中的直流交流轉換器4423時，雙饋式感應發電機51、控制單元63、所感測虛功率QH_sD 、電流i_gscD 和所感測電壓vH_DCD 和控制信號SE60分別代表在第4圖中的雙饋式感應發電機431、控制單元453、所感測虛功率QH_sD3 、電流i_gscD3 和所感測電壓vH_DCD3 和信號SB3。

控制單元63在架構上相似於第5圖中的控制單元53。在一些實施例中，控制單元63包含一轉換單元6311、六個加法器6321、6322、6323、6324、6325和6326、以及四個一階落後控制器6331、6332、6333和6334。控制單元63的多個參數包含所感測虛功率QH_sD 、電流i_gscD 、所感測電壓vH_DCD 、控制信號SE60、一電網側d軸測量電流值i_dgscD 、一電網側q軸測量電流值i_qgscD 、雙饋式感應發電機51的一定子側參考虛功率值Q_{sD_ref} 、一電網側d軸參考電流值i_{dgscD_ref} 、一電網側d軸電壓修正量△v_dgscD 、直流交流轉換器62的一電網側d軸電壓初始工作值v_dgscD0 、一電網側d軸輸出電壓值v_dgscD 、直流交流轉換器62的一直流鏈接電壓(比如電壓v_DCD2 或v_DCD3 )的一參考直流電壓值v_{DCD_ref} 、一 電網側q軸電流命令值i_{qgscD_ref} 、一電網側q軸電壓修正量△v_qgscD 、直流交流轉換器62的一電網側q軸電壓初始工作值v_qgscD0 、和一電網側q軸輸出電壓值v_qgscD 。控制單元63根據電網側d軸輸出電壓值v_dgscD 和電網側q軸輸出電壓值v_qgscD 而產生控制信號SE60。

在第6圖中，控制單元63的q軸控制的目標在於穩定背對背轉換器(比如交流直流交流轉換器343、或包含交流直流轉換器4422、一直流交流轉換器4423和一並聯電容器4424的一組合)中的一直流鏈接電壓(比如電壓v_DCD2 或v_DCD3 )，並且控制雙饋式感應發電機51的定子側輸出虛功率(比如虛功率Q_sD2 或Q_sD3 )，藉此使定子側輸出功率達到單位功率因素控制的目的。

請參閱第7圖，其為在本揭露各式各樣實施例中一控制系統70的示意圖。控制系統70包含一永磁同步發電機71、一交流直流轉換器72及用於控制交流直流轉換器72的一控制單元73的示意圖。控制單元73根據一電流i_sP 和一所感測電磁轉矩TH_P 而執行一轉換操作以提供一控制信號SE70到交流直流轉換器72。當交流直流轉換器72代表在第3圖中的交流直流轉換器3421時，永磁同步發電機71、控制單元73、電流i_sP 、所感測電磁轉矩TH_P 和控制信號SE70分別代表在第3圖中的永磁同步發電機321、控制單元351、電流i_sP2 、所感測電磁轉矩TH_P2 和信號SA1。當交流直流轉換器72代表在第4圖中的交流直流轉換器4421時，永磁同步發電機71、控制單元73、電流i_sP 、所感 測電磁轉矩TH_P 和控制信號SE70分別代表在第4圖中的永磁同步發電機421、控制單元451、電流i_sP3 、所感測電磁轉矩TH_P3 和信號SB1。

控制單元73在架構上相似於第5圖中的控制單元53。在一些實施例中，控制單元73包含一轉換單元7311、五個加法器5321、5322、5323、5324和5325、以及三個一階落後控制器7331、7332和7333。控制單元73的多個參數包含電流i_sP 、所感測電磁轉矩TH_P 、控制信號SE70、一定子側d軸測量電流值i_dsP 、一定子側q軸測量電流值i_qsP 、永磁同步發電機71的一定子側d軸參考電流值i_{dsP_ref} 、一定子側d軸電壓修正量△v_dsP 、永磁同步發電機71的一定子側d軸電壓初始工作值v_dsP0 、一定子側d軸輸出電壓值v_dsP 、永磁同步發電機71的一參考電磁轉矩值T_{P_ref} 、一定子側q軸電流命令值i_{qsP_ref} 、一定子側q軸電壓修正量△v_qsP 、永磁同步發電機71的一定子側q軸電壓初始工作值v_qsP0 、和一定子側q軸輸出電壓值v_qsP 。控制單元63根據定子側d軸輸出電壓值v_dsP 和定子側q軸輸出電壓值v_qsP 而產生控制信號SE70。

在第7圖中，控制單元73的q軸控制的目標為永磁同步發電機71的電磁轉矩(比如電磁轉矩T_P2 或T_P3 )的調節，並與控制單元53的q軸控制相配合，藉此達到最大功率追蹤的目的；控制單元73的d軸控制則將定子側d軸測量電流值i_dsP 調整到定子側d軸參考電流值i_{dsP_ref} ，進而控制永磁同步發電機71的輸出虛功率。

請參閱第8圖，其為在本揭露各式各樣實施例中一控制系統80的示意圖。請額外地參閱第3圖，控制系統80包含一永磁同步發電機321、一直流交流轉換器3422及用於控制直流交流轉換器3422的一控制單元352的示意圖。控制單元352根據所感測虛功率QH_gscP2 、電流i_gscP2 和所感測電壓vH_DCP2 而執行一轉換操作以提供信號SA2(是一控制信號)到直流交流轉換器3422。

控制單元352在架構上相似於第6圖中的控制單元63。在一些實施例中，控制單元352包含一轉換單元8311、六個加法器8321、8322、8323、8324、8325和8326、以及四個一階落後控制器8331、8332、8333和8334。控制單元352的多個參數包含所感測虛功率QH_gscP2 、電流i_gscP2 、所感測電壓vH_DCP2 、信號SA2、一電網側d軸測量電流值i_dgscP 、一電網側q軸測量電流值i_qgscP 、直流交流轉換器3422的一電網側參考虛功率值Q_{gscP_ref} 、一電網側d軸參考電流值i_{dgscP_ref} 、一電網側d軸電壓修正量△v_dgscP 、直流交流轉換器3422的一電網側d軸電壓初始工作值v_dgscP0 、一電網側d軸輸出電壓值v_dgscP 、直流交流轉換器3422的一直流鏈接電壓(比如電壓v_DCP2 )的一參考直流電壓值v_{DCP_ref} 、一電網側q軸電流命令值i_{qgscP_ref} 、一電網側q軸電壓修正量△v_qgscP 、直流交流轉換器3422的一電網側q軸電壓初始工作值v_qgscP0 、和一電網側q軸輸出電壓值v_qgscP 。控制單元63根據電網側d軸輸出電壓值v_dgscP 和電網側q軸輸出電壓值v_qgscP 而產生信號SA2。

在第8圖中，控制單元352的控制目標在於維持直流鏈電壓(比如電壓v_DCP2 )並達到直流交流轉換器3422的交流輸出端(比如交流傳輸端342P)的單位功率因素控制。此外，永磁同步發電機321的定子側轉換器(比如交流直流轉換器3421)與電網側轉換器(比如直流交流轉換器3422)皆為單向之轉換器，且皆具有下限電流0p.u.(標么值)。

請參閱第9圖，其為在本揭露各式各樣實施例中在多個發電機輸入實功率參考值與一風速之間關係的示意圖。第9圖顯示三條曲線K11、K12和K13。曲線K11表示在第1圖中雙饋式感應發電機13的輸入實功率參考值；曲線K12表示在第3圖和第4圖中雙饋式感應發電機331或431的輸入實功率參考值；且曲線K13表示在第3圖和第4圖中永磁同步發電機321或421的輸入實功率參考值。在第9圖中的該風速代表在第1圖中的風速V_W1 或在第3圖和第4圖中的風速V_W2 。

請參閱第10圖，其為在本揭露各式各樣實施例中在多個發電機輸入轉矩參考值與一風速之間關係的示意圖。第10圖顯示三條曲線K21、K22和K23。曲線K21表示在第1圖中雙饋式感應發電機13的輸入轉矩參考值；曲線K22表示在第3圖和第4圖中雙饋式感應發電機331或431的輸入轉矩參考值(比如在第5圖中的參考電磁轉矩值T_{D_ref} )；且曲線K23表示在第3圖和第4圖中永磁同步發電機321或421的輸入轉矩參考值(比如在第7圖中的 參考電磁轉矩值T_{P_ref} )。在第10圖中的該風速代表在第1圖中的風速V_W1 或在第3圖和第4圖中的風速V_W2 。

在第1圖中，發電系統10僅僅使用單一風力渦輪機11與單一雙饋式發電機13，所以雙饋式感應發電機13的輸入功率曲線會和風力渦輪機11的最大功率輸出曲線相同。

在本揭露的一些實施例中，結合了永磁同步發電機與雙饋式感應發電機(321和331的組合或421和431的組合)的特性，使得所提出的兩種發電系統30和40能夠有較高的發電效率。在一些實施例中，設計出兩條轉矩參考曲線給發電系統30和40的電力電子設備(比如轉換裝置34與44和控制裝置35與45)使用，以得到有效的功率控制。發電系統30和40採取了相同的轉矩控制方法，該轉矩控制方法主要包含第一階段、第二階段、第三階段和第四階段。

當發電系統30和40的風速V_W2 是在從系統切入風速3m/s至風速4m/s的風速範圍內時，發電系統30和40是操作在該第一階段中。當發電系統30和40的風速V_W2 是在從風速4m/s至風速11m/s的風速範圍內時，發電系統30和40是操作在該第二階段中。當發電系統30和40的風速V_W2 是在從風速11m/s至額定風速12m/s的風速範圍內時，發電系統30和40是操作在該第三階段中。當發電系統30和40的風速V_W2 是在從額定風速12m/s至系統切出風速22m/s的風速範圍內時，發電系統30和40是操 作在該第四階段中。下列敘述以發電系統30為例，且關於該第一、該第二、該第三和該第四階段，發電系統40具有相似於發電系統30的特性。

在該第一階段中，發電系統30具有下列的操作特性。雙饋式感應發電機331和永磁同步發電機321的兩轉軸轉速實際值之間的比率為增速齒輪箱(比如齒輪箱3322)之齒輪比。在該第一階段中，透過發電系統30的轉矩控制系統(未顯示，包含在控制裝置35(或45)中)，將風力渦輪機(比如渦輪機211)所產生的機械轉矩全部送至永磁同步發電機321，而雙饋式感應發電機331的輸入轉矩則設定為0p.u.。

在該第二階段中，發電系統30具有下列的操作特性。當風速V_W2 為4m/s時，永磁同步發電機321的輸入轉矩與風力渦輪機(比如渦輪機211)所產生的機械轉矩相同，而雙饋式感應發電機331的輸入轉矩準備開始由0p.u.漸增。當風速V_W2 到達11m/s時，永磁同步發電機321的輸入轉矩是設定為1/3p.u.(標么值)，以形成第一條件。當將永磁同步發電機321的系統容量基準值轉換為1MW時，永磁同步發電機321的輸入轉矩為1p.u.(即為永磁步發電機321的轉矩額定值)，以形成第二條件。為了滿足該第一條件和該第二條件，在本揭露的一些實施例中，設計了兩條平滑之二次曲線。該兩條平滑之二次曲線分別作為永磁同步發電機321與雙饋式感應發電機331之輸入轉矩參考值。該兩轉矩參考值分別乘上自身轉軸轉速以產生兩 個計算值。將該兩個計算值相加所獲得的功率曲線將與風力渦輪機(比如渦輪機211)的最大功率追蹤曲線相同。

在該第三階段中，發電系統30具有下列的操作特性。在該第三階段中，永磁同步發電機321的輸入轉矩保持在1/3p.u.，永磁同步發電機321的輸入功率會隨著永磁同步發電機321的轉速之上升而增加。當風速V_W2 到達額定風速12m/s時，該輸入功率到達1/3p.u.(即永磁同步發電機321的額定功率1MW)。另一方面，雙饋式感應發電機331的輸入功率的參考值，是由風力渦輪機(比如渦輪機211)的輸出最大功率減去永磁同步發電機321的輸入功率而得到，且除以雙饋式感應發電機331自身的轉軸轉速後可以求得雙饋式感應發電機331的轉矩參考值。

在該第四階段中，發電系統30具有下列的操作特性。在該第四階段中，風力渦輪機葉片的旋角控制器受到啟動，使得風力渦輪機(比如渦輪機211)的輸出功率維持在額定值直至切出風速22m/s。在該第四階段中，整個系統應當維持在額定狀態之中。

請參閱第11圖，其為在本揭露各式各樣實施例中在多個電網端吸收實功率與一風速之間關係的示意圖。第11圖顯示三條曲線K31、K32和K33。曲線K31表示在第1圖中發電系統10的電網16的電網端吸收實功率；曲線K32表示在第3圖中發電系統30的電網36的電網端吸收實功率；且曲線K33表示在第4圖中發電系統40的電網46的電網端吸收實功率。在第11圖中的該風速代表在 第1圖中的風速V_W1 或在第3圖和第4圖中的風速V_W2 。在第11圖中，曲線K32和曲線K32幾乎重合。

在一些實施例中，藉由使用電力系統模擬軟體MATLAB/Simulink與所推導之數學模型，完成了發電系統10、30和40的系統模擬。該系統模擬具有下列的模擬結果。發電系統30和40的目的在於使用永磁同步發電機(321或421)來輔助雙饋式感應發電機(331或431)，使之能在低風速時有較多的功率輸出。第11圖顯示在穩態中在不同風速下，電網16、36和46所吸收的實功率。如第11圖所示，在風速約5m/s之情況下，發電系統30和40的每個中的電網端吸收實功率明顯較發電系統10的電網端吸收實功率為高。另外，發電系統30和40均可以在從風速3m/s至風速4m/s的風速範圍內運作，如此增加了風力發電機的操作範圍。再者，在額定風速12m/s之情況下，在發電系統30和40的每個中所提供到電網的輸出實功率會略大於發電系統10所提供到電網的輸出實功率。

請參閱第12圖，其為在本揭露各式各樣實施例中在多個發電效率與一風速之間關係的示意圖。第12圖顯示三條曲線K41、K42和K43。曲線K41表示在第1圖中發電系統10的發電效率；曲線K42表示在第3圖中發電系統30的發電效率；且曲線K43表示在第4圖中發電系統40的發電效率。在第11圖中的該風速代表在第1圖中的風速V_W1 或在第3圖和第4圖中的風速V_W2 。在第11圖中，曲線K42和曲線K42幾乎重合。如第12圖所示，在任 何風速之下，發電系統10的發電機效率皆低於發電系統30和40的每個的發電機效率，尤其以低風速下最為明顯。另外，在發電系統30和40中，雖然雙饋式感應發電機在啟動時會使效率降低，然而在任何風速之下，發電系統30和40皆能保持在70%以上的效率。

請參閱第1表，其為發電系統10、30和40在風速12m/s之情況下的特徵值的結果。多個所列出的模態包含雙饋式感應發電機的模態X_DFIG 、機械裝置(包含風力渦輪機)的模態X_MECH 、傳輸線的模態X_LC 、和永磁同步發電機的模態X_PMSG 。第1表顯示發電系統10、30和40在模態X_DFIG 、X_MECH 、X_LC 和X_PMSG 中具有的特徵值(如果有)，且著眼於對於系統衝擊影響最嚴重之風速12m/s的狀況。當某個特定特徵值具有較負的實部時，則具有該某個特定特徵值的模態傾向於較穩定。藉由比較發電系統10、30和40在雙饋式感應發電機的模態X_DFIG 和傳輸線的模態X_LC 中具有的特徵值，能夠發現下列比較結果。發電系統30和40的特性較接近；且發電系統10在所指定模態中的穩定性較發電系統30和40的任一個為差，亦即發電系統10需要較長的穩定時間。

在一些實施例中，藉由系統模擬而發現在電網端發生三相短路故障時發電系統10、30和40之暫態響應及故障清除後的系統恢復能力。該系統模擬是模擬電網端三相短路故障對於風力發電機影響最嚴重之情況，且具有下列條件：將風速設定在額定風速12m/s，電網端的電壓首先維持在1.0p.u.，在時間t=0.1s時電壓會下降至0p.u.，故障持續0.1s，亦即在6個週波(cycles)後，於時間t=0.2s清除。關於雙饋式感應發電機定子側電壓、電網端 吸收電流、雙饋式感應發電機定子側匯流排實功率、雙饋式感應發電機定子側輸出實功率、雙饋式感應發電機轉子側輸出實功率、雙饋式感應發電機電網側轉換器輸出實功率、永磁同步發電機定子側輸出實功率、永磁同步發電機電網側轉換器的輸出實功率、雙饋式感應發電機電網側轉換器的直流鏈電壓、雙饋式感應發電機定子側匯流排虛功率、風力渦輪機轉軸轉速、雙饋式感應發電機轉軸轉速、和永磁同步發電機轉軸轉速的方面，該系統模擬產生發電系統10、30和40的多個暫態響應結果。

該多個暫態響應結果顯示下列特性：發電系統30和40的每個在故障期間的振盪幅度小於發電系統10的；且發電系統30和40的每個在故障發生後的回復時間小於發電系統10的；亦即，與發電系統10相較，發電系統30和40的每個具有較佳的穩定度。根據上述各式各樣實施例，與發電系統10相較，發電系統30和40的每個能夠有效地增加發電效率，且能夠有較佳的系統穩定。

提出於此之本發明多數變形例與其他實施例，將對於熟習本項技藝者理解到具有呈現於上述說明與相關圖式之教導的益處。因此，吾人應理解到本發明並非受限於所揭露之特定實施例，而變形例與其他實施例意圖是包含在以下的申請專利範圍之範疇之內。

20‧‧‧發電系統

21‧‧‧轉換裝置

211‧‧‧渦輪機

2111‧‧‧輸出轉軸

22、23‧‧‧發電裝置

EM1、EM2‧‧‧發電模式

FM1‧‧‧流體運動

M21‧‧‧特定軸轉動

MA1‧‧‧特定旋轉動作

p₂ ‧‧‧機械功率

p₂₁ 、p₂₂ ‧‧‧機械功率分量

p_B1 、p_D 、p_sP ‧‧‧電功率

ST1‧‧‧第一狀態

ST2‧‧‧第二狀態

Claims (10)

1. 一種發電系統，包含：一第一轉換裝置，響應一流體運動而產生一特定軸轉動；一同步發電裝置，響應該特定軸轉動而產生一第一電功率；以及一感應發電裝置，其中在該同步發電裝置產生該第一電功率之同時，該感應發電裝置響應該特定軸轉動而產生一第二電功率。
2. 如申請專利範圍第1項所述的發電系統，其中：該特定軸轉動造成包含一第一機械功率分量和一第二機械功率分量的一機械功率；該同步發電裝置將該第一機械功率分量轉換為該第一電功率；該感應發電裝置將該第二機械功率分量轉換為包含一第一電功率分量和一第二電功率分量的該第二電功率；該第一轉換裝置是一渦輪機，且該渦輪機包含一輸出轉軸；以及該輸出轉軸藉由該特定軸轉動而傳輸該機械功率。
3. 如申請專利範圍第2項所述的發電系統，其中：該同步發電裝置包含：一永磁同步發電機，包含一第一定子和匹配於該第一定子的一永磁式轉子，其中該永磁式轉子響應該第一機械功率分量而使該第一定子產生具有一第一電流的該第 一電功率；以及一第一傳動裝置，耦合在該輸出轉軸和該永磁式轉子之間，且從該輸出轉軸傳輸該第一機械功率分量到該永磁式轉子；該感應發電裝置包含：一雙饋式感應發電機，包含一第二定子和匹配於該第二定子的一繞線式轉子，其中該繞線式轉子響應該第二機械功率分量而產生具有一第二電流的該第二電功率分量、且使該第二定子產生具有一第一電壓的該第一電功率分量；以及一第二傳動裝置，耦合在該輸出轉軸和該繞線式轉子之間，且從該輸出轉軸傳輸該第二機械功率分量到該繞線式轉子；該發電系統更包含：一控制裝置，耦合到該永磁同步發電機和該雙饋式感應發電機；以及一第二轉換裝置，在該控制裝置的控制下轉換該第一電功率和該第二電功率以提供一第三電功率到一電網；該第二轉換裝置包含：一匯流排，耦合到該第二定子；一第一交流直流交流轉換器，耦合在該第一定子和和該匯流排之間，且將該第一電功率轉換為具有一第三電流的一第四電功率； 一第二交流直流交流轉換器，具有一第一交流傳輸端和一第二交流傳輸端，該第一交流傳輸端耦合到該繞線式轉子；一第一變壓器，耦合在該第二交流傳輸端和該匯流排之間；以及一第二變壓器，耦合在該匯流排和該電網之間；該第一交流直流交流轉換器包含：一第一交流直流轉換器，具有一第三交流傳輸端、一第一直流傳輸端和一第一控制端；一第一直流交流轉換器，具有一第二直流傳輸端、一第四交流傳輸端和一第二控制端，該第四交流傳輸端傳輸該第三電流；以及一第一並聯電容器，電連接到該第一直流傳輸端和該第二直流傳輸端；該第二交流直流交流轉換器包含：一第二交流直流轉換器，具有該第一交流傳輸端、一第三直流傳輸端和一第三控制端；一第二直流交流轉換器，具有一第四直流傳輸端、該第二交流傳輸端和一第四控制端；以及一第二並聯電容器，電連接到該第三直流傳輸端和該第四直流傳輸端；該第四電功率具有一第一虛功率，該永磁同步發電機具有一第一電磁轉矩，該第一並聯電容器具有一第二電壓，該第一電功率分量具有一第二虛功率，該雙饋式感應 發電機具有一第二電磁轉矩，該第二交流傳輸端傳輸一第四電流，且該第二並聯電容器具有一第三電壓；該第一虛功率、該第二虛功率、該第一電磁轉矩、該第二電磁轉矩、該第一電壓、該第二電壓和該第三電壓分別被感測而產生一第一所感測虛功率、一第二所感測虛功率、一第一所感測電磁轉矩、一第二所感測電磁轉矩、一第一所感測電壓、一第二所感測電壓和一第三所感測電壓；以及該控制裝置包含：一第一控制單元，根據該第一電流和該第一所感測電磁轉矩而執行一第一轉換操作以提供用於控制該第一交流直流轉換器的一第一信號到該第一控制端；一第二控制單元，根據該第一所感測虛功率、該第三電流和該第二所感測電壓而執行一第二轉換操作以提供用於控制該第一直流交流轉換器的一第二信號到該第二控制端；一第三控制單元，根據該第一所感測電壓、該第二電流和該第二所感測電磁轉矩而執行一第三轉換操作以提供用於控制該第二交流直流轉換器的一第三信號到該第三控制端；以及一第四控制單元，根據該第二所感測虛功率、該第四電流和該第三所感測電壓而執行一第四轉換操作以提供用於控制該第二直流交流轉換器的一第四信號到該第四控制端。
4. 如申請專利範圍第2項所述的發電系統，其中：該輸出轉軸具有一參考軸；該同步發電裝置包含：一永磁同步發電機，包含一第一定子和匹配於該第一定子的一永磁式轉子，其中該永磁式轉子響應該機械功率而將該第二機械功率分量傳輸到該感應發電裝置、且使該第一定子將該第一機械功率分量轉換為具有一第一電流的該第一電功率；該感應發電裝置包含：一雙饋式感應發電機，包含一第二定子和匹配於該第二定子的一繞線式轉子，其中該繞線式轉子響應該第二機械功率分量而產生具有一第二電流的該第二電功率分量、且使該第二定子產生具有一第一電壓的該第一電功率分量；以及一傳動裝置，直接耦合在該永磁式轉子和該繞線式轉子之間，且從該永磁式轉子傳輸該第二機械功率分量到該繞線式轉子，其中該輸出轉軸和該永磁式轉子共用該參考軸，且一起以該特定軸轉動而旋轉；該發電系統更包含：一控制裝置，耦合到該永磁同步發電機和該雙饋式感應發電機；以及一第二轉換裝置，在該控制裝置的控制下轉換該第一電功率和該第二電功率以提供一第三電功率到一電網； 該第二轉換裝置包含：一匯流排，耦合到該第二定子；一交流直流交流轉換器，具有一第一交流傳輸端、一第二交流傳輸端和一第三交流傳輸端，該第一交流傳輸端耦合到該永磁式轉子，該第二交流傳輸端耦合到該繞線式轉子；一第一變壓器，耦合在該第三交流傳輸端和該匯流排之間；以及一第二變壓器，耦合在該匯流排和該電網之間；該交流直流交流轉換器包含：一第一交流直流轉換器，具有該第一交流傳輸端、一第一直流傳輸端和一第一控制端；一第二交流直流轉換器，具有該第二交流傳輸端、一第二直流傳輸端和一第二控制端，該第二直流傳輸端電連接到該第一直流傳輸端；一直流交流轉換器，具有一第三直流傳輸端、該第三交流傳輸端和一第三控制端；以及一並聯電容器，電連接到該第一直流傳輸端、該第二交流傳輸端和該第三直流傳輸端；該永磁同步發電機具有一第一電磁轉矩，該第三交流傳輸端傳輸一第三電流，該並聯電容器具有一第二電壓，該第一電功率分量具有一虛功率，且該雙饋式感應發電機具有一第二電磁轉矩；該虛功率、該第一電磁轉矩、該第二電磁轉矩、該第 一電壓和該第二電壓分別被感測而產生一所感測虛功率、一第一所感測電磁轉矩、一第二所感測電磁轉矩、一第一所感測電壓和一第二所感測電壓；以及該控制裝置包含：一第一控制單元，根據該第一電流和該第一所感測電磁轉矩而執行一第一轉換操作以提供用於控制該第一交流直流轉換器的一第一信號到該第一控制端；一第二控制單元，根據該第一所感測電壓、該第二電流和該第二所感測電磁轉矩而執行一第二轉換操作以提供用於控制該第二交流直流轉換器的一第二信號到該第二控制端；以及一第三控制單元，根據該所感測虛功率、該第三電流和該第二所感測電壓而執行一第三轉換操作以提供用於控制該直流交流轉換器的一第三信號到該第三控制端。
5. 一種發電系統，包含：一轉換裝置，響應一流體運動而產生一特定旋轉動作；一第一發電裝置，操作在一第一發電模式中，且響應該特定旋轉動作而產生一第一電功率；以及一第二發電裝置，操作在與該第一發電模式不同的一第二發電模式中，其中在該第一發電裝置產生該第一電功率之同時，操作在該第二發電模式中的該第二發電裝置響應該特定旋轉動作而產生一第二電功率。
6. 如申請專利範圍第5項所述的發電系統，其中：該第一發電模式是一永磁同步發電模式，且該第二發 電模式是一雙饋式感應發電模式；該特定旋轉動作是一特定軸轉動且造成包含一第一機械功率分量和一第二機械功率分量的一機械功率；該第一轉換裝置是一渦輪機，且該渦輪機包含一輸出轉軸；該輸出轉軸藉由該特定軸轉動而傳輸該機械功率；該第一發電裝置將該第一機械功率分量轉換為該第一電功率；該第二發電裝置將該第二機械功率分量轉換為該第二電功率；該發電系統操作在一第一狀態和一第二狀態的其中之一中；在該第一狀態中，該第一發電裝置和該第二發電裝置同時從該輸出轉軸分別接收該第一機械功率分量和該第二機械功率分量；以及在該第二狀態中，該第一發電裝置同時從該輸出轉軸接收該第一機械功率分量和該第二機械功率分量，且該第二發電裝置經由該第一發電裝置接收該第二機械功率分量。
7. 一種發電方法，包含：響應一流體運動而產生一特定旋轉動作；在一第一發電模式中響應該特定旋轉動作而產生一第一電功率；以及在產生該第一電功率之同時，在與該第一發電模式不 同的一第二發電模式中響應該特定旋轉動作而產生一第二電功率。
8. 如申請專利範圍第7項所述的發電方法，其中該特定旋轉動作是一特定軸轉動且造成包含一第一機械功率分量和一第二機械功率分量的一機械功率，且該發電方法更包含：在該第一發電模式中，藉由致能一第一定子和匹配於該第一定子的一第一轉子而將該第一機械功率分量轉換為該第一電功率；以及在該第二發電模式中，藉由致能一第二定子和匹配於該第二定子的一第二轉子而將該第二機械功率分量轉換為包含一第一電功率分量和一第二電功率分量的該第二電功率，其中該第一發電模式是一永磁同步發電模式，且該第二發電模式是一雙饋式感應發電模式。
9. 如申請專利範圍第8項所述的發電方法，更包含：分配該機械功率以分開傳輸用於該第一發電模式的該第一機械功率分量和用於該第二發電模式的該第二機械功率分量；在該第一發電模式中，該第一機械功率分量驅動該第一轉子以使該第一定子產生該第一電功率；在該第二發電模式中，該第二機械功率分量驅動該第二轉子以使該第二轉子產生具有一轉子激磁電流的該第二電功率分量、且以使該第二定子產生該第一電功率分量；以及藉由轉換該第一電功率和該第二電功率而提供一第三 電功率到一電網，其中轉換該第一電功率和該第二電功率包含：提供一匯流排；將該第一電功率分量饋入該匯流排；在該第一定子和該匯流排之間對於該第一電功率執行一第一交流直流交流轉換；以及在該第二轉子和該匯流排之間對於該第二電功率分量執行一第二交流直流交流轉換。
10. 如申請專利範圍第8項所述的發電方法，其中該第一轉子具有一參考軸，該特定旋轉動作是相對於該參考軸而做出，且該發電方法更包含：在該第一發電模式中，該機械功率驅動該第一轉子以經由該第一轉子而傳輸該第二機械功率分量到該第二轉子、且以使該第一定子將該第一機械功率分量轉換為該第一電功率；在該第二發電模式中，該第二機械功率分量驅動該第二轉子以使該第二轉子產生具有一轉子激磁電流的該第二電功率分量、且以使該第二定子產生該第一電功率分量；以及藉由轉換該第一電功率和該第二電功率而提供一第三電功率到一電網，其中轉換該第一電功率和該第二電功率包含：提供一匯流排；提供一直流鏈接； 將該第一電功率分量饋入該匯流排；在該第一定子和該直流鏈接之間對於該第一電功率執行一第一交流直流轉換；在該第二轉子和該直流鏈接之間對於該第二電功率分量執行一第二交流直流轉換；以及在該直流鏈接和該匯流排之間執行一直流交流轉換。