用於響應電網事件使用動態制動來操作風機的方法和系統的製作方法
2024-03-21 03:27:05
用於響應電網事件使用動態制動來操作風機的方法和系統的製作方法
【專利摘要】本發明描述用於在電網事件期間耗散雙饋感應發電機（DFIG）轉換器的直流（dc）總線中的能量的方法和系統。在一個方面，該方法包括：監測電氣系統的操作條件，該電氣系統包括至少DFIG發電機和通過dc總線而連接的線路側轉換器和轉子側轉換器，該dc總線具有連接到其的動態制動器；檢測該dc總線上的過電壓或檢測指示dc鏈路上的過電壓的條件，dc總線上的過電壓或指示過電壓的條件由電網事件引起；以及促使使用動態制動器來耗散dc鏈路中的能量。
【專利說明】用於響應電網事件使用動態制動來操作風機的方法和系統
【技術領域】
[0001]本公開的領域一般涉及供在控制風機的操作中使用的方法和系統，並且更具體地，涉及響應於孤島化事件使用動態制動來控制風機操作。
【背景技術】
[0002]一般，風機系統利用使負序電流最小化的閉環電流調節方案來調節正序電壓。這樣的系統運行正常並且已知在恆定的輸出功率水平處是可靠的。然而，隨著到DFIG風機系統的輸電饋線的長度增加，對電網瞬態和電網擾動的響應促使進出轉換器的功率振蕩，這在轉換器中的DC總線電壓上形成擾動。這樣的功率振蕩可隨時間導致系統可控性下降和/或設備失靈。在一些電網故障中，在清除時，風電廠沒有到電網的剩餘連接，但其中風機仍連接到風電廠的電纜和線路以及長輸電網的至少一部分。這可以視為風場的「孤島化的」狀況，其特徵在於電壓和頻率中潛在的明顯偏離。該狀況不要與術語「孤島化」的其他使用(其中意圖是確保維護人員的安全)混淆。
[0003]由於風機電氣系統內超出設備能力的高壓，上述的事件對該系統造成損壞的可能。當電網在清除電網故障後仍保持部分未受損時，風機經受住電網事件(低壓和高壓兩者)，這是可取的。然而，當電網在清除故障後變成開路，則風機繼續在沒有損壞的情況下操作並且最終基於不能傳遞功率而關閉，這是可取的。
[0004]用於在一些電網擾動期間調節功率流(power flow,潮流)的一個控制方法牽涉操作「轉子撬棍(rotor crowbar)」，其用作限制到轉換器的DC總線中的功率流來防止轉換器損壞的最後的手段。然而，一般，這樣的系統不允許風機系統足夠快地恢復來滿足一些電網規程標準和/或規章。利用現有的控制方法，當期望更長的輸電線長度時，轉換器(可能與較大電網電壓瞬態耦合)中的DC總線電壓上的電壓過衝可達到損壞轉換器中的部件的水平。
[0005]因此，存在使用動態制動來更有效控制風機系統以保護電氣設備免受由電力網引起的擾動的影響的需要。
【發明內容】
[0006]在一個方面，提供在電網事件期間耗散雙饋感應發電機(DFIG)轉換器的直流(dc)總線中的能量的方法。該方法的一個實施例包括:監測電氣系統的操作條件，該電氣系統包括至少DFIG發電機和通過dc總線而連接的線路側轉換器和轉子側轉換器，該dc總線具有連接到其的動態制動器；檢測該dc總線上的過電壓或檢測指示dc鏈路上的過電壓的條件，dc總線上的過電壓或指示過電壓的條件由電網事件引起；以及促使使用動態制動器來耗散dc鏈路中的能量。
[0007]在另一個方面，提供在孤島化事件期間耗散雙饋感應發電機(DFIG)轉換器的直流(dc)總線中的能量的方法。該方法的一個實施例包括:檢測DFIG發電機和DFIG轉換器的孤島化的指示符，該DFIG轉換器包括通過dc總線而連接的線路側轉換器和轉子側轉換器，該dc總線具有連接到其的動態制動器，其中繼孤島化之後該DFIG發電機和線路側轉換器連接到電網的至少一部分；以及基於所檢測的孤島化狀況指示符促使耗散DFIG轉換器的dc總線中的能量，使用動態制動器來使能量耗散。
[0008]在另一個實施例中，提供在電網事件期間耗散雙饋感應發電機(DFIG)轉換器的直流(dc)總線中的能量的系統。該系統的一個實施例包括DFIG發電機，其經由雙路徑而耦合於公用事業電網，該雙路徑由定子總線和轉子總線限定；DFIG轉換器，其經由轉子總線耦合於發電機並且經由線路總線耦合於公用事業電網，該DFIG轉換器包括通過dc總線而連接的線路側轉換器和轉子側轉換器，該dc總線具有連接到其的動態制動器；以及控制器，其中該控制器配置成從電氣系統接收信號和將信號傳送到電氣系統，該電氣系統包括至少公用事業電網、DFIG發電機和DFIG轉換器，該控制器進一步配置成:監測公用事業電網、DFIG發電機、線路側轉換器、轉子側轉換器、dc總線和動態制動器的操作條件；檢測dc總線上的過電壓或指示dc鏈路上的過電壓的條件，dc總線上的過電壓或指示過電壓的條件由電網事件引起；以及促使使用動態制動器來耗散dc鏈路中的能量。
[0009]按本公開的一個方面，提供一種在電網事件期間耗散雙饋感應發電機(DFIG)轉換器的直流(dc)總線中的能量的方法，所述方法包括:
由控制器監測電氣系統的操作條件，所述電氣系統包括至少DFIG發電機和通過dc總線而連接的線路側轉換器和轉子側轉換器，所述dc總線具有連接到其的動態制動器；
由所述控制器檢測所述dc總線上的過電壓或檢測指示所述dc鏈路上的過電壓的條件，所述dc總線上的所述過電壓或指示所述過電壓的條件由電網事件引起；以及由所述控制器促使使用動態制動器來耗散所述dc鏈路中的能量。
[0010]進一步地，由所述控制器監測所述電氣系統的操作條件包括監測所述dc鏈路上的電壓。
[0011]並且，由所述控制器監測所述電氣系統的操作條件包括監測連接到所述DFIG發電機和所述線路側轉換器的電網的至少一部分上的交流(AC)電壓或電流。
[0012]並且，由所述控制器檢測指示所述dc鏈路上的過電壓的狀況包括檢測連接到所述DFIG發電機和所述線路側轉換器的電網的至少一部分上的交流(AC)電壓或電流。
[0013]並且，由所述控制器促使使用所述動態制動器來耗散所述dc鏈路中的能量包括確定所述dc鏈路上的所監測電壓達到或超出閾值並且促使所述動態制動器的開關允許電流經過所述開關並且能量至少部分由所述動態制動器的電阻器耗散。
[0014]並且，由所述控制器促使使用所述動態制動器來耗散所述dc鏈路中的能量包括監測連接到所述DFIG發電機和所述線路側轉換器的電網的至少一部分上的交流(AC)電壓或電流並且對所述動態制動器中的開關的操作定時使得所述電網的部分與所述dc鏈路之間的振蕩減少。
[0015]並且，由所述控制器檢測由電網事件引起的所述dc總線上的所述過電壓或指示所述過電壓的條件包括檢測由孤島化引起的所述dc總線上的所述過電壓或指示所述過電壓的條件。
[0016]按照本公開的另一個方面，提供一種在孤島化事件期間耗散雙饋感應發電機(DFIG)轉換器的直流(dc)總線中的能量的方法，所述方法包括:
由控制器檢測DFIG發電機和DFIG轉換器的孤島化的指示符，所述DFIG轉換器包括通過dc總線而連接的線路側轉換器和轉子側轉換器，所述dc總線具有連接到其的動態制動器，繼孤島化之後所述DFIG發電機和線路側轉換器連接到電網的至少一部分；以及
由所述控制器基於所檢測的孤島化狀況指示符來促使耗散所述DFIG轉換器的dc總線中的能量，使用動態制動器來耗散所述能量。
[0017]進一步地，由所述控制器檢測DFIG發電機和DFIG轉換器的孤島化的指示符包括通過電網頻率偏離、電網電壓偏離、測量扭矩未跟隨命令扭矩持續預定時間、渦輪機超速、塔筒振動中的一個或多個來檢測孤島化的指示符。
[0018]並且，由所述控制器促使使用所述動態制動器來耗散所述dc鏈路中的能量包括確定所述dc鏈路上的所監測電壓達到或超出閾值並且促使所述動態制動器的開關允許電流經過所述開關並且能量至少部分由所述動態制動器的電阻器耗散。
[0019]並且，由所述控制器促使使用所述動態制動器來耗散所述dc鏈路中的能量包括監測連接到所述DFIG發電機和所述線路側轉換器的電網的部分上的交流(AC)電壓或電流並且對所述動態制動器中的開關的操作定時使得所述電網的部分與所述dc鏈路之間的振蕩減少。
[0020]按照本公開的又一個方面，提供一種用於在電網事件期間耗散連接到風機的雙饋感應發電機(DFIG)轉換器的直流(dc)總線中的能量的系統，所述系統包括:
DFIG發電機，其經由雙路徑而耦合於公用事業電網，所述雙路徑由定子總線和轉子總線限定；
DFIG轉換器，其經由轉子總線耦合於所述發電機並且經由線路總線耦合於所述公用事業電網，所述DFIG轉換器包括通過dc總線而連接的線路側轉換器和轉子側轉換器，所述dc總線具有連接到其的動態制動器；以及
控制器，其中所述控制器配置成從電氣系統接收信號和將信號傳送到電氣系統，所述電氣系統包括至少所述公用事業電網、所述DFIG發電機和所述DFIG轉換器，所述控制器進一步配置成:
監測所述公用事業電網、DFIG發電機、線路側轉換器、轉子側轉換器、dc總線和動態制動器的操作條件；
檢測所述dc總線上的過電壓或指示所述dc鏈路上的過電壓的條件，所述dc總線上的所述過電壓或指示所述過電壓的條件由電網事件引起；以及促使使用所述動態制動器來耗散所述dc鏈路中的能量。
[0021]進一步地，由所述控制器監測所述電氣系統的操作條件包括監測所述dc鏈路上的電壓。
[0022]並且，由所述控制器監測所述電氣系統的操作條件包括監測連接到所述DFIG發電機和所述線路側轉換器的所述公用事業電網的至少一部分上的交流(AC)電壓或電流。
[0023]並且，由所述控制器檢測指示所述dc鏈路上的過電壓的條件包括檢測連接到所述DFIG發電機和所述線路側轉換器的所述公用事業電網的至少一部分上的交流(AC)電壓或電流。
[0024]並且，由所述控制器促使使用所述動態制動器來耗散所述dc鏈路中的能量包括確定所述dc鏈路上的所監測電壓達到或超出閾值並且促使所述動態制動器的開關允許電流經過所述開關並且能量至少部分由所述動態制動器的電阻器耗散。[0025]並且，由所述控制器促使使用所述動態制動器來耗散所述dc鏈路中的能量包括監測連接到所述DFIG發電機和所述線路側轉換器的所述公用事業電網的至少一部分上的交流(AC)電壓或電流並且對所述動態制動器中的開關的操作定時使得所述公用事業電網的部分與所述dc鏈路之間的振蕩減少。
[0026]並且，由所述控制器檢測由電網事件引起的所述dc總線上的所述過電壓或指示所述過電壓的條件包括檢測由孤島化引起的所述dc總線上的過電壓或指示所述過電壓的狀況。
[0027]並且，所述控制器進一步配置成檢測所述DFIG發電機和所述DFIG轉換器的孤島化並且基於所檢測的孤島化狀況促使耗散所述DFIG轉換器的dc總線中的能量，所述能量使用所述動態制動器來耗散，其中由所述控制器檢測DFIG發電機和DFIG轉換器的孤島化包括通過電網頻率偏離、電網電壓偏離、測量扭矩而未跟隨命令扭矩持續預定時間、渦輪機超速、塔筒振動中的一個或多個來檢測孤島化，或從指示電網連接狀態的外部裝置接收信號。
[0028]並且，使用所述動態制動器來耗散能量允許擴大所述風機的可用速度範圍並且使用所述動態制動器來耗散能量有助於所述風機的槳距控制系統的響應時間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]參考附圖，針對本領域內普通技術人員的本發明的完全和使其實現的公開(包括其最佳模式)在本說明書的剩餘部分中闡述，附圖包括:
圖1是示範性風機的一部分的透視圖；
圖2是包括可與在圖1中示出的風機一起使用的雙饋感應發電機(DFIG)的示範性發電機控制系統的示意圖；
圖3A圖示風場中的風機的正常操作條件；
圖3B圖示在遠程斷路器斷開從而使風場處於孤島化的狀況並且到電網的功率流對於轉子扭矩和速度仍然與預孤島化狀況大致上相同的情況而突然中斷時的狀況；
圖4圖示根據本主題的方面可包括在控制器的實施例內的適合的部件或接收指示高壓電網事件的信號的任何其他計算裝置的一個實施例的框圖；
圖5A是在例如孤島化等電網事件期間控制DFIG轉換器的dc總線電壓的示範性方法的流程圖；以及
圖5B是在孤島化事件期間耗散雙饋感應發電機(DFIG)轉換器的直流(dc)總線中的能量的示範性方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0030]在公開和描述本方法和系統之前，要理解方法和系統不限於具體綜合方法、具體部件或特定組成。還要理解本文使用術語僅是為了描述特定實施例並且不意為限制性的。
[0031]如在說明書和附上的權利要求中使用的，單數形式「一」、和「該」包括複數個指代物，除非上下文清楚地另外指明。在本文中範圍可表達為從「大約」一個特定值，和/或到「大約」另一個特定值。當表達這樣的範圍時，另一個實施例包括從該一個特定值和/或到該另一個特定值。相似地，當這些值通過使用先行詞「大約」表達為近似時，將理解該特定值形成另一個實施例。將進一步理解這些範圍的每個中的端點顯著地既與另一個端點相關又獨立於另一個端點。
[0032]「可選的」或「可選地」意指隨後描述的事件或情形可能發生或可能不發生，並且描述包括其中所述事件或情形發生的實例和其中它不發生的實例。
[0033]在此說明書的整個描述和權利要求中，詞「包括」和該詞的變化形式(例如「包括」和「包括」等)意指「包括但不限於」，並且不意在排除例如其他附加物、部件、整體或步驟。「示範性的」意指「…的示例」，並且不意在傳達優選或理想實施例的指示。「例如」不以限制性意義使用，而用於說明性目的。
[0034]所公開的是可以用於進行所公開的方法和系統的部件。在本文中公開這些和其他部件，並且理解當公開這些部件的組合、子集、相互作用、群組等時，儘管這些中的每個各種個體和集體組合和排列的具體引用可能沒有被明示公開，在本文中具體地預想並且描述對於所有方法和系統的每個。這適用於本申請的所有方面，其包括但不限於所公開的方法中的步驟。從而，如果存在多種可以進行的額外步驟，理解這些額外步驟中的每個可以用所公開的方法的任何具體實施例或實施例的組合進行。
[0035]如本文使用的，術語「風機」指從風能產生旋轉能並且更具體地將風的動能轉化成機械能的任何裝置。如本文使用的，術語「風機發電機」指從風能產生的旋轉能來產生電力並且更具體地將從風的動能轉換來的機械能轉換成電力的任何風機。
[0036]如本文使用的，術語「擾動」、「電網擾動」、「故障」、「系統故障」、「瞬態」和其他相似的術語一般指促使來自電網/電力網的輸入信號中的攝動的事件。例如，這樣的擾動可以包括脈衝、陷波、瞬 態電湧、瞬時中斷、電壓驟降驟升、諧波失真、閃爍和孤島化，其中風機發電機沒有到電網的剩餘連接，但其中風機發電機仍連接到風電廠的電纜和線路以及長輸電網的至少一部分。一般，電網信號是三相信號，其包括具有特定頻率的序分量。該三相信號包括正序分量、負序分量和零或中性序分量。這些分量中的每個包括頻率信息、相位信息和幅度信息。通常，風機系統利用使負序電流最小化的閉環電流調節方案來調節正序電壓。這樣的系統運行正常並且已知在恆定的輸出功率水平處是可靠的。然而，隨著到風機發電機的輸電饋線的長度增加，對電網瞬態和電網擾動的響應可促使進出轉換器的功率振蕩，這在轉換器中的DC總線電壓上形成擾動。這樣的功率振蕩可隨時間導致系統可控性下降和/或設備失靈。本方法和系統可通過參考優選實施例和包括在其中的示例的下列詳細描述並且參考圖以及它們的先前和後續的描述而更容易理解。
[0037]本文一般公開對與一個或多個DFIG連接的電氣系統上的高壓電網事件做出響應的系統和方法。
[0038]圖1是示範性風機10的透視圖。在示範性實施例中，風機10是從風能產生電力的風機發電機。風機10可具有水平軸配置，然而，在備選實施例中，風機10除該水平軸配置外還包括垂直軸配置，或包括垂直軸配置來代替該水平軸配置。在示範性實施例中，風機10耦合於電負載，例如但不限於電網/電力網，用於從其處接收電力來驅動風機10和/或它關聯部件的操作和/或用於向其供應由風機10產生的電力。儘管在圖1中僅示出一個風機10，但多個風機10可組合在一起，有時稱為「風場」或「風力場」。
[0039]風機10包括本體或外罩12以及耦合於外罩12用於相對於外罩12而繞旋轉軸20旋轉的轉子14。在示範性實施例中，外罩12安裝在塔筒16上。在備選實施例中，外罩12可鄰近地面和/或鄰近水表面而安置。塔筒16的高度可選擇為使風機10能夠如本文描述的那樣起作用的任何適合的高度。轉子14包括輪轂22和從輪轂22徑向向外延伸用於將風能轉換成旋轉能的多個葉片24。儘管轉子14示出為具有三個葉片24，但轉子14可具有任何數量的葉片24。
[0040]圖2是包括可與風機10 (在圖1中示出)一起使用的雙饋感應發電機(DFIG) 102的示範性發電機控制系統100的示意圖。在示範性實施例中，發電機控制系統100包括稱合於旋轉輪轂106的多個轉子葉片104，其一般在一起限定轉子108。轉子108耦合於齒輪箱110，其耦合於發電機102。在示範性實施例中，發電機102是DFIG或繞線轉子發電機。
[0041]在示範性實施例中，發電機102經由定子總線122耦合於定子同步開關120。定子同步開關120耦合於電力網124。發電機102還經由轉子總線132耦合於功率轉換部件130。在示範性實施例中，功率轉換部件130經由線路總線135耦合於轉換電路斷路器133，並且轉換電路斷路器150耦合於電網124。在示範性實施例中，儘管在本發明的實施例的範圍內預想任何數量的相，但定子總線122從發電機102的定子輸出三相電力並且轉子總線132從發電機102的轉子輸出三相電力。
[0042]功率轉換部件130包括轉子側轉換器134和線路側轉換器136。在一個方面，轉子側轉換器134和線路側轉換器136可以對於採用三相兩級脈寬調製(PWM)設置的正常操作模式而配置。轉子側轉換器134和線路側轉換器136經由具有正鏈路138和負鏈路140的直流(DC)總線137而耦合在一起。在示範性實施例中，在轉子側轉換器134與線路側轉換器136之間，動態制動器142和DC總線電容器144耦合於DC總線137。
[0043]在一個示範性實施例中，動態制動器142包括與電阻器148串聯放置的完全可控開關146。在一個示範性實施例中，開關146是例如絕緣柵雙極電晶體(IGBT)或任何其他電子門控開關的半導體。在一個實施例中，二極體與開關146並聯耦合。在備選實施例中，二極體與電阻器148並聯耦合。在另一個實施例中，二極體與開關146和電阻器148兩者並聯耦合。備選地，動態制動器142內的二極體放置不限於單個二極體，相反，任何數量的二極體可以與開關146和電阻器148的任何並聯組合來耦合，其使風機能夠如本文描述的那樣來操作。
[0044]在操作中，在發電機102處產生的電力經由雙路徑提供給電網124。這些雙路徑經由定子總線122和轉子總線132限定。在示範性實施例中，正弦三相交流(AC)電力經由功率轉換部件130而轉換成轉子總線132上的直流(DC)電力。從功率轉換部件130供應的經轉換電力與從發電機102供應的電力組合以在大致維持恆定的頻率提供三相電力。在一個實施例中，頻率維持在大約60赫茲AC、50赫茲AC等。備選地，頻率可以維持在使風機10能夠如本文描述的那樣操作的任何水平處。
[0045]在圖3A中圖示風場中的風機的正常操作條件。該圖示出在通常具有中等至高風力條件的超同步操作期間轉換器130和風場電氣系統300內的功率流。來自DFIG 102的電力分成兩個路徑，一個功率流(PStator) 302直接從發電機102的定子流過風機電路斷路器214、風機變壓器234和本地電網斷路器238到電網連接124內。來自DFIG 102的另一功率流(PRotor) 304經由發電機102的轉子而流動，其經過轉子轉換器134到dc鏈路137、線路轉換器136、通過線路電抗器312 (不需要)並且然後經由風機電路斷路器214、風機變壓器234和本地電網斷路器238而到電網連接點124上。這兩個功率流302、304的總和(Pgrid) 306是發電機102的淨輸出。注意發電機102轉子與定子之間功率的分流是相對於同步的轉子速度的函數。相似地，來自風場中其他風機的功率可以從每個額外的風機314的本地電網流到電網連接點124。在超同步操作處，轉子速度高於同步並且功率如示出的那樣分流。在同步操作處，轉子速度小於同步並且轉子繞組從轉子轉換器134抽取功率，即，功率流過轉換器136、134到發電機102的轉子內。
[0046]圖3B圖示在遠程斷路器斷開從而使風場處於孤島化的狀況並且到電網124的功率流對於轉子扭矩和速度仍然與預孤島化狀況大致相同的情況而突然中斷時的狀況。線路轉換器136上的功率(PLine) 308突然被強制反向，因為從DFIG 102定子流到電網124的電力現在僅具有線路轉換器136作為路徑。這促使dc鏈路137上的電壓非常快地上升。當出現孤島化的狀況時，可取的是採用對電氣系統300的部件不造成損壞這樣的方式使風機系統300從電網124斷開。然而，對部件的損壞可能在幾毫秒內發生，這通常快於電路斷路器可以操作的。而且，遠程斷路器斷開可使本地電網的某一部分連接到發電機102，例如組成風場收集器系統的電纜、輸電網124的一部分等。剩餘的所連接電網的電容310可以是在剩餘網絡上的ac電壓放大的源。立即需要控制動作來防止損壞性電壓水平並且需要在控制過程期間耗散系統300中的能量。在一些方面，控制器或其他計算裝置可以用於檢測電氣系統300或電網124上的條件，其指示dc鏈路137上的過電壓或將促使dc鏈路137上的過電壓並且促使動態制動器142的開關146允許電流經過開關146並且允許能量至少部分由動態制動器142的電阻器耗散。
[0047]在一個方面，動態制動器142可以在轉換器130中在DC總線電壓的水平上選擇性地激活。例如，dc鏈路137上的電壓可以由控制器或其他計算裝置監測並且如果它達到或超出閾值，動態制動器142的開關146可以由控制器或其他計算裝置促使來允許電流經過開關146並且至少部分由動態制動器142的電阻器耗散。在一個方面，開關146保持在導通態直到dc總線137上的電壓下降到閾值以下，電阻器接近熱極限，或其他監測的操作條件促使開關146置於非導通態。在另一個方面，開關146在導通和非導通態之間充當斬波器和開關。備選控制方案包括在反饋環路中使用控制器或其他計算裝置監測電氣系統的剩餘連接電網部分上的AC電壓和/或電流並且對動態制動電路中的開關146的操作定時使得電網和dc鏈路137之間的振蕩減少。此外，如在本文描述的動態制動器142的實施例可以用於耗散dc鏈路137上的過電壓或能量(這允許風機發電機102的可用速度範圍擴展為槳距控制系統的響應時間)，當對電網波動做出響應時，可以通過允許動態制動器142耗散由波動引起的能量而減少。
[0048]現在參考圖4，用於耗散由孤島化狀況引起的DFIG轉換器的dc鏈路中的能量的系統的一些實施例可以包括控制系統或控制器202。一般，該控制器202可包括計算機或其他適合的處理單元。從而，在若干實施例中，控制器202可包括適合的計算機可讀指令，其在實現時將控制器202配置成執行各種不同的功能，例如接收、傳送和/或執行控制信號。如此，控制器202 —般可配置成控制一個或多個開關146和/或電氣系統300的實施例的部件的各種操作模式(例如，導通或非導通態)。例如，控制器202可配置成實現耗散由孤島化狀況引起的DFIG轉換器的dc鏈路中的能量的方法。
[0049]圖4圖示根據本主題的方面可包括在控制器202的實施例內的適合的部件或接收指示高壓電網條件的信號的任何其他計算裝置的一個實施例的框圖。在各種方面，這樣的信號可以從一個或多個傳感器或換能器58、60接收，或可從例如監控和數據採集(SCADA)系統、渦輪機保護系統、PLL調節器等其他計算裝置(未示出)接收。接收的信號可以包括例如，電壓信號(例如DC總線137電壓和AC電網電壓)、AC電網的各相的對應相位角、電流信號、功率流(方向)信號、來自轉換器系統130的功率輸出、到電網中(或自電網離開)的總功率流等。在一些實例中，接收的信號可以由控制器202使用來計算其他變量，例如電壓相位角隨時間的變化等。如所示出的，控制器202可包括一個或多個處理器62和關聯的存儲器裝置64，其配置成進行多種計算機實現的功能(例如，進行本文公開的方法、步驟、計算等)。如本文使用的，術語「處理器」不僅指在本領域內稱為包括在計算機中的集成電路，而且還指控制器、微控制器、微型計算機、可編程邏輯控制器(PLC)、專用集成電路和其他可編程電路。另外，存儲器裝置64 —般可包括存儲器元件，其包括但不限於，計算機可讀介質(例如，隨機存取存儲器(RAM))、計算機可讀非易失性介質(例如，閃速存儲器)、軟盤、光碟只讀存儲器(⑶-ROM)、磁光碟(MOD)和/或數字多功能盤(DVD)和/或其他適合的存儲器元件。這樣的存儲器裝置64 —般可配置成存儲適合的計算機可讀指令，其在由處理器62實現時將控制器202配置成進行各種功能，包括但不限於直接或間接地將適合的控制信號傳送到一個或多個開關(其包括雙向功率轉換組件130、動態制動器142的開關)、監測電氣系統300的操作條件以及各種其他適合的計算機實現的功能。
[0050]另外，控制器202還可包括通信模塊66，用於促進控制器202與電氣系統300 (其包括發電102的一個或多個源)的各種部件之間的通信。例如，通信模塊66可充當接口，用於允許控制器202將控制信號傳送到雙向功率轉換組件130、動態制動器142和/或風機和電氣系統的其他部件。此外，通信模塊66可包括傳感器接口 68 (例如，一個或多個模數轉換器)，用於允許從傳感器(例如，58、60)傳送的信號轉換成可以被處理器62理解並且處理的信號。備選地，控制器202可提供有適合的計算機可讀指令，其在由它的處理器62實現時將控制器202配置成根據風機的控制模式而採取各種動作。例如，在正常操作(即，轉子控制)中，轉子轉換器對來自發電機的有功和無功功率的流具有主導控制。線路轉換器主要起到通過調整到電網連接點的有功功率交換而調節dc鏈路電壓的作用。線路轉換器還可以在高ac電壓情況下從電網抽取無功功率。如果由控制器202檢測到電網事件，則操作模式可以改變使得促使動態制動器142的開關146導通以便保護轉換器134、136和其他電氣部件。
[0051]圖5A是在例如孤島化等電網事件期間耗散DFIG轉換器的dc總線中的能量的示範性方法的流程圖。該流程圖的步驟可由控制器202或其他適合的計算裝置來實現。在示範性實施例中，方法包括監測電氣系統操作條件的步驟502。在一個方面，監測電氣系統操作條件包括由控制器或其他計算裝置監測dc鏈路137上的電壓。在另一個方面，可以在反饋環路中使用控制器或其他計算裝置來監測電氣系統的剩餘連接電網部分上的AC電壓和/或電流。在步驟504處，檢測dc鏈路137上的過電壓或檢測指示dc鏈路上的過電壓的條件，例如高ac電壓、高ac電流等。例如，過電壓、高ac電壓、高ac電流可以是測量電壓或電流高於標稱電壓或電流1%、5%、10%、50%、150%或更大，或其之間的任何值。在步驟506處，使用動態制動器來採取保護性動作以便耗散DFIG轉換器的dc鏈路中的能量。例如，如果dc鏈路上的監測的電壓達到或超出閾值，可以由控制器或其他計算裝置促使動態制動器142的開關146允許電流經過開關146並且能量至少部分由動態制動器142的電阻器耗散。在一個方面，開關146保持在導通態直到dc總線137上的電壓下降到閾值以下、電阻器接近熱極限、或其他監測的操作條件促使開關146置於非導通態。在另一個方面，開關146在導通和非導通態之間充當斬波器和開關。在另一個方面，在反饋環路中使用控制器或其他計算裝置來監測電氣系統的剩餘連接電網部分上的AC電壓和/或電流並且對動態制動電路中的開關146的操作定時使得電網和dc鏈路137之間的振蕩減少。儘管未在圖5A中示出，在一個方面，在由控制器檢測到孤島化或在由控制器接收風機發電機孤島化的一個或多個早期指示符(例如高ac電壓、高ac鏈路電流、頻移和/或相移等)時實行上述的過程。這樣的過程可在控制器或其他計算裝置正做出電網事件是否包括孤島化事件的決定時並發實行。在一個方面，可以通過檢測電網連接已經全部失去從而使風電廠處於孤島化的狀況來檢測孤島化。這樣做有幾個方法，其包括，例如標準風機監測器和保護功能(包括電網頻率偏離、電網電壓偏離、測量扭矩未跟隨命令扭矩持續預定時間、渦輪機超速、塔筒振動等)。檢測已經失去電網連接的另一個方法包括由高壓條件設定的特殊監測功能，例如增加現有功能(例如頻率和電壓偏離)的靈敏度。並且檢測失去電網連接的再另一個方法包括從知曉電網連接的狀態的外部裝置接收信號。
[0052]圖5B是在孤島化事件期間耗散雙饋感應發電機(DFIG)轉換器的直流(dc)總線中的能量的示範性方法的流程圖。過程的步驟的方面可以由例如如本文描述的控制器202等計算裝置來進行。方法的一個實施例包括步驟508，檢測DFIG發電機和DFIG轉換器的孤島化的指示符，其中DFIG轉換器包括通過dc總線而連接的至少線路側轉換器和轉子側轉換器，該dc總線具有連接到其的動態制動器。繼孤島化之後DFIG發電機和線路側轉換器連接到電網的至少一部分。在一個方面，檢測DFIG發電機和DFIG轉換器的孤島化的指示符包括通過電網頻率偏離、電網電壓偏離、測量扭矩未跟隨命令扭矩持續預定時間、渦輪機超速、塔筒振動中的一個或多個來檢測孤島化的指示符、從指示電網連接狀態的外部裝置接收信號，等。在步驟510處，基於所檢測的孤島化狀況的指示符而促使耗散DFIG轉換器的dc總線中的能量，能量使用動態制動器而耗散。在一個方面，促使使用動態制動器來耗散dc鏈路中的能量包括確定dc鏈路上的監測的電壓達到或超出閾值並且促使動態制動器的開關允許電流經過開關並且能量至少部分由動態制動器的電阻器耗散。在另一個方面，促使使用動態制動器來耗散dc鏈路中的能量包括監測連接到DFIG發電機和線路側轉換器的電網的部分上的交流(AC)電壓或電流並且對動態制動器中的開關的操作定時使得電網的部分與dc鏈路之間的振蕩減少。
[0053]要注意上文的系統和方法的實施例可以用於耗散DFIG轉換器的dc鏈路中的能量而不管轉換器、發電機或電氣系統的其他部件是否通電和/或操作。
[0054]如上所述並且將由本領域內技術人員意識到的，本發明的實施例可配置為系統、方法或電腦程式產品。因此，本發明的實施例可由各種部件構成，其包括全部硬體、全部軟體或軟體與硬體的任何組合。此外，本發明的實施例可採取在計算機可讀存儲介質(其具有包含在存儲介質中的計算機可讀程序指令(例如，計算機軟體))上的電腦程式產品的形式。可利用任何適合的非暫時性計算機可讀存儲介質，包括硬碟、CD-ROM、光學存儲裝置或磁存儲裝置。
[0055]本發明的實施例已經在上文參考方法、設備(B卩，系統)和電腦程式產品的框圖和流程圖圖示來描述。將理解框圖和流程圖圖示的每個框以及框圖和流程圖圖示中的框的組合分別可以由包括電腦程式指令的各種部件實現。這些電腦程式指令可裝載到通用計算機、專用計算機或其他可編程數據處理設備(例如在上文參考圖4論述的處理器62)上來生產機器，使得在計算機或其他可編程數據處理設備上執行的指令形成用於實現在流程圖框或多個框中規定的功能的部件。
[0056]這些電腦程式指令還可存儲在非暫時性計算機可讀存儲器中，其可以指示計算機或其他可編程數據處理設備(例如，圖4的處理器62)採用特定的方式起作用，使得存儲在計算機可讀存儲器中的指令產生包括用於實現流程圖框或多個框中規定的功能的計算機可讀指令的製品。電腦程式指令還可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上以使要在計算機或其他可編程設備上進行的一系列運算步驟產生計算機實現的過程，使得在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用於實現流程圖框或多個框中規定的功能的步驟。
[0057]因此，框圖和流程圖圖示的框支持用於進行規定功能的部件的組合、用於進行規定功能的步驟和用於執行規定功能的程序指令部件的組合。還將理解框圖和流程圖圖示中的每個框以及在框圖和流程圖圖示中的框的組合可以由進行規定功能或步驟的專用、基於硬體的計算機系統或專用硬體和計算機指令的組合實現。 [0058]除非另外明確規定，本文闡述的任何方法決不是意在解釋為要求按特定順序進行它的步驟。因此，在方法權利要求沒有實際地列舉要由它的步驟遵循的順序或在該權利要求或描述中沒有另外具體說明步驟不限於特定順序的地方，在任何方面決不是意在推斷順序。這適用於解釋的任何可能的非表達基礎，包括:關於步驟或運行流程的設置的邏輯事宜；從語法組織或標點符號得到的明顯含義；在本說明書中描述的實施例的數目或類型。
[0059]在整個本申請中，可參考各種出版物。因此這些出版物的公開整體上通過引用併入本申請中以便更充分地描述與這些方法和系統有關的技術發展水平。
[0060]與本發明的這些實施例有關的本領域內技術人員將受益於在前述說明和關聯的圖中提出的教導而想到本文闡述的本發明的許多修改和其他實施例。因此，要理解本發明的實施例不限於公開的具體實施例並且這些修改和其他實施例規定為包括在附上的權利要求的範圍內。此外，儘管前述說明和關聯的圖在要素和/或功能的某些示範性組合的上下文中描述示範性實施例，應該意識到要素和/或功能的不同組合可由備選實施例提供而不偏離附上的權利要求的範圍。在這方面，例如，還預想與上文明確描述的那些不同的要素和/或功能的組合，如可在附上的權利要求的一些中闡述。儘管本文採用特定術語，它們僅在一般和描述意義上使用並且不是為了限制的目的。
[0061]附圖標記說明_ _
【權利要求】
1.一種在電網事件期間耗散雙饋感應發電機(DFIG)轉換器的直流(dc)總線中的能量的方法，所述方法包括: 由控制器監測電氣系統的操作條件，所述電氣系統包括至少DFIG發電機和通過dc總線而連接的線路側轉換器和轉子側轉換器，所述dc總線具有連接到其的動態制動器； 由所述控制器檢測所述dc總線上的過電壓或檢測指示所述dc鏈路上的過電壓的條件，所述dc總線上的所述過電壓或指示所述過電壓的條件由電網事件引起；以及 由所述控制器促使使用動態制動器來耗散所述dc鏈路中的能量。
2.如權利要求1所述的方法，其中由所述控制器監測所述電氣系統的操作條件包括監測所述dc鏈路上的電壓。
3.如權利要求1所述的方法，其中由所述控制器監測所述電氣系統的操作條件包括監測連接到所述DFIG發電機和所述線路側轉換器的電網的至少一部分上的交流(AC)電壓或電流。
4.如權利要求1所述的方法，其中由所述控制器檢測指示所述dc鏈路上的過電壓的狀況包括檢測連接到所述DFIG發電機和所述線路側轉換器的電網的至少一部分上的交流(AC)電壓或電流。
5.如權利要求1所述的方法，其中由所述控制器促使使用所述動態制動器來耗散所述dc鏈路中的能量包括確定所述dc鏈路上的所監測電壓達到或超出閾值並且促使所述動態制動器的開關允許電流經過所述開關並且能量至少部分由所述動態制動器的電阻器耗散。
6.如權利要求1所述的方法，其中由所述控制器促使使用所述動態制動器來耗散所述dc鏈路中的能量包括監測連接到所述DFIG發電機和所述線路側轉換器的電網的至少一部分上的交流(AC)電壓或電流並且對所述動態制動器中的開關的操作定時使得所述電網的部分與所述dc鏈路之間的振蕩減少。
7.如權利要求1所述的方法，其中由所述控制器檢測由電網事件引起的所述dc總線上的所述過電壓或指示所述過電壓的條件包括檢測由孤島化引起的所述dc總線上的所述過電壓或指示所述過電壓的條件。
8.—種在孤島化事件期間耗散雙饋感應發電機(DFIG)轉換器的直流(dc )總線中的能量的方法，所述方法包括: 由控制器檢測DFIG發電機和DFIG轉換器的孤島化的指示符，所述DFIG轉換器包括通過dc總線而連接的線路側轉換器和轉子側轉換器，所述dc總線具有連接到其的動態制動器，繼孤島化之後所述DFIG發電機和線路側轉換器連接到電網的至少一部分；以及 由所述控制器基於所檢測的孤島化狀況指示符來促使耗散所述DFIG轉換器的dc總線中的能量，使用動態制動器來耗散所述能量。
9.如權利要求8所述的方法，其中由所述控制器檢測DFIG發電機和DFIG轉換器的孤島化的指示符包括通過電網頻率偏離、電網電壓偏離、測量扭矩未跟隨命令扭矩持續預定時間、渦輪機超速、塔筒振動中的一個或多個來檢測孤島化的指示符。
10.如權利要求8所述的方法，其中由所述控制器促使使用所述動態制動器來耗散所述dc鏈路中的能量包括確定所述dc鏈路上的所監測電壓達到或超出閾值並且促使所述動態制動器的開關允許電流經過所述開關並且能量至少部分由所述動態制動器的電阻器耗散。
【文檔編號】H02H9/04GK103683252SQ201310401699
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月6日 優先權日:2012年9月7日
【發明者】R.G.瓦戈納, A.M.裡特, E.V.拉森, A.M.克羅多夫斯基, S.A.巴克 申請人:通用電氣公司