專利名稱：注入電流的方法、裝置和計算機(jī)程序產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文中的教導(dǎo)通常涉及在電信號中快速補償相位和幅值信息的技術(shù)。
背景技術(shù)：
當(dāng)電網(wǎng)(grid)出現(xiàn)故障的時候，現(xiàn)在許多國家需要將用作電力發(fā)電設(shè)備的風(fēng)力渦輪機(jī)與電網(wǎng)保持連接。在系統(tǒng)故障(通常稱作“低電壓貫穿(low voltageride through)”)期間保持連接從工程學(xué)觀點來看是充滿挑戰(zhàn)的?；蛟S很重要，電網(wǎng)信號中序(sequence)分量的相位和幅值信息一定被使得能夠快速和精確地用于渦輪控制系統(tǒng)。這允許控制系統(tǒng)及時調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)，從而減輕了任意大信號暫態(tài)的影響并且防止風(fēng)力渦輪機(jī)的跳閘(trip)。
通常，發(fā)電設(shè)備的首要目標(biāo)是控制正序電壓。傳統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)方法隱含地企圖消除負(fù)序電流。對于使用雙重反饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)，在負(fù)載故障或不均衡條件下，需要一個轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器來支持負(fù)序電壓并且供應(yīng)負(fù)序電流。不幸的是，渦輪系統(tǒng)受到它們用于供應(yīng)足夠的負(fù)序電壓，電流或功率的能力的限制。這將導(dǎo)致系統(tǒng)可控性的下降和保護(hù)措施(如“消弧電路”)的重復(fù)運行，從而使發(fā)電機(jī)和其他渦輪部件處于重復(fù)暫態(tài)。應(yīng)用動態(tài)制動電阻來分流DC總線的功率，限制消弧的啟動并且保持可控性。
耦合到電網(wǎng)中的分支或饋電線路的保護(hù)依靠用于負(fù)序電壓的具有低阻抗特性的電路。也就是說，可以預(yù)期該分支電路能夠把某種電流提供給負(fù)序故障或不均衡條件。典型地，這依靠電網(wǎng)的容量來支持該故障條件。進(jìn)一步，隨著在某些例子中，發(fā)電設(shè)備的各種特性標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備的規(guī)格需要適應(yīng)負(fù)序電壓的負(fù)序電流。不幸的是，傳統(tǒng)的電流管理方案通常會阻止這些技術(shù)用于分支和饋電線路的協(xié)同保護(hù)。
針對這些挑戰(zhàn)的傳統(tǒng)的解決方法已導(dǎo)致具有非線性行為的系統(tǒng)，使得其很難提供在全系統(tǒng)模型中使用的子系統(tǒng)元件的簡單模型。典型地，試驗設(shè)計變得非常復(fù)雜，因為需要詳盡的情況來試圖覆蓋非線性系統(tǒng)的軌跡。
許多資源被直接用來提出或測試發(fā)電設(shè)備中的電網(wǎng)干擾操作。一些例子包括由Bolik等在文章“Vestas Handles Grid Requirement Advanced Control StrategyFor Wind Turbines”中所描述的技術(shù)。其中采用了許多步驟，其中的第一個步驟是斷開發(fā)電機(jī)定子與電網(wǎng)的連接。
第二篇文章是Seman等的“Transient Analysis of Doubly Fed Wind PowerInduction Generator Using Coupled Field-Circuit Model(使用耦合的場電路模型的雙重反饋風(fēng)力感應(yīng)發(fā)電機(jī)的暫態(tài)分析)”，其中已經(jīng)對電網(wǎng)故障進(jìn)行了檢測。在由Seman所公開的方法中，轉(zhuǎn)子側(cè)頻率轉(zhuǎn)換器由已改變的直接扭矩控制(DTC)控制策略來控制。
第三篇文章是Dittrich等的“Comparison of Fault Ride-Through Strategies forWind Tubines with DFIM Gerenators(風(fēng)力渦輪機(jī)的故障貫通策略與DFIM發(fā)電機(jī)的比較)”，其中比較各種故障貫通策略。
第四篇文章是Niiranen的“Experience on Voltage Dip Ride Through FactoryTesting of Synchronous and Doubly Fed Generator Drives”，其中公開了用于故障仿真和測量相關(guān)的系統(tǒng)故障的技術(shù)。
許多用于響應(yīng)電網(wǎng)干擾的現(xiàn)有技術(shù)要求應(yīng)用消弧電路。典型地，當(dāng)使用這個方法時候，發(fā)電設(shè)備不能夠正確地響應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)電系統(tǒng)的需求。
所需要的技術(shù)是用來保持將例如風(fēng)力渦輪機(jī)這樣的發(fā)電設(shè)備，在低壓期間或電網(wǎng)信號不穩(wěn)定期間，耦合到電網(wǎng)中，其中該技術(shù)以說明正和負(fù)序電網(wǎng)條件的方式來協(xié)調(diào)電壓，電流和功率性能，用來擴(kuò)展小信號線性度，并且使自保護(hù)暫態(tài)減小。

發(fā)明內(nèi)容
正如以上所公開的內(nèi)容，系統(tǒng)控制對不均衡電網(wǎng)條件的響應(yīng)導(dǎo)致了將“消弧電路”應(yīng)用給轉(zhuǎn)子電路。
公開了一種用于改變電網(wǎng)中的干擾對耦合到電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)的影響的方法，該方法包括至少跟蹤電網(wǎng)信號的一個負(fù)序分量和一個正序分量；對用于注入到電網(wǎng)中的負(fù)序分量的幅值的至少一個部分定向(orient)；和注入該至少一個部分到電網(wǎng)中以便改變干擾。
還公開了一種用于改變電網(wǎng)中的干擾對耦合到電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)的影響的裝置，該裝置具有一個控制器，用于至少跟蹤電網(wǎng)信號中的一個負(fù)序分量和一個正序分量，對用于注入到電網(wǎng)中的負(fù)序分量的幅值的至少一個部分定向；以及，注入該至少一個部分到電網(wǎng)中用來改變干擾。
進(jìn)一步公開了一種存儲于機(jī)器可讀介質(zhì)的計算機(jī)程序產(chǎn)品，該產(chǎn)品具有指令的技術(shù)效果，該指令用于通過如下操作來改變電網(wǎng)中的干擾對耦合到電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)的影響跟蹤至少一個電網(wǎng)信號中的負(fù)序分量和正序分量；對用于注入到電網(wǎng)中的負(fù)序分量的幅值的至少一個部分定向；和注入該至少一個部分到電網(wǎng)中用來改變干擾。
通過以下詳細(xì)的附圖和描述，本發(fā)明的這些特征和優(yōu)點可以被本領(lǐng)域的技術(shù)人員所明白和理解。


現(xiàn)在參考附圖，在這些圖中相同的元件采用同樣的標(biāo)記，其中圖1描述了風(fēng)力渦輪機(jī)的控制系統(tǒng)；圖2描述了雙重反饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)的示意性布局；圖3描述了具有消弧電路的DFIG的示意性布局；圖4描述了具有動態(tài)制動器的DFIG的示意性布局；圖5是一個描述了電流補償?shù)氖疽庑赃^程的流程圖；圖6描述了輸入到DFIG的信號；圖7描述了負(fù)序分量之間的關(guān)系；圖8是一個描述了補償電流的信號分析和確定的方框圖；圖9是用于確定補償電流的信號分析和確定的另一個實施例；圖10是一個描述了將補償電流作為注入電流處理的方框圖；圖11描述了用于注入負(fù)序電流和正序有功和無功電流的容量；圖12描述了現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)力渦輪機(jī)對仿真暫態(tài)事件的響應(yīng)；圖13描述了使用在此所提到的風(fēng)力渦輪機(jī)對仿真暫態(tài)事件的響應(yīng)；和圖14描述了全功率轉(zhuǎn)換同步電機(jī)系統(tǒng)的示意性布局。
具體實施例方式
在此所提到的用于確定在干擾中的負(fù)序電壓的電平的技術(shù)，除了在干擾初始時短暫態(tài)消弧電路保護(hù)之外，還提供一個響應(yīng)，其允許控制流入故障條件的正和負(fù)序電流。依靠如系統(tǒng)條件，系統(tǒng)能力和轉(zhuǎn)換器設(shè)備的布局這類系統(tǒng)參數(shù)來限制正和負(fù)序電流。在不對稱電網(wǎng)電壓條件期間，該作為結(jié)果產(chǎn)生的控制能力可以用來提高發(fā)電機(jī)的響應(yīng)。
本文中的教導(dǎo)提供了一些技術(shù)，用于改變電網(wǎng)中的干擾對發(fā)電設(shè)備(如風(fēng)力渦輪機(jī))的影響。這些用于改變干擾影響的技術(shù)規(guī)定，在系統(tǒng)故障期間保持與電網(wǎng)相連，并且將適當(dāng)?shù)男袨樘峁┙o與電網(wǎng)相連的點。系統(tǒng)故障的一個例子包括在至少電網(wǎng)的一個部分中的低壓時期。由系統(tǒng)故障引起的相位電壓中的不平衡通常導(dǎo)致了負(fù)序電壓和電流條件。
正如在此所討論的，電網(wǎng)包括一個三相電信號。然而應(yīng)該認(rèn)識到，所討論的三相輸入信號僅僅是為了方便和說明的目的，并是對本文中教導(dǎo)的限制。例如，本文中的教導(dǎo)可以應(yīng)用于其他的多相或聚多相輸入信號中。
正如在此所使用的，術(shù)語“干擾”，“電網(wǎng)干擾”，“故障”，“系統(tǒng)故障”，“暫態(tài)”和其他類似的術(shù)語通常指引起電網(wǎng)中輸入信號中擾動的任意事件?？赡芤痣娋W(wǎng)信號中干擾的事件的例子(例如電網(wǎng)中的故障)是已知的，并且在此不做進(jìn)一步的討論。通常以及如在此所討論的，電網(wǎng)信號被認(rèn)為包括三相信號，該三相信號包括具有特定頻率的序分量。不可避免的，由于各種發(fā)電設(shè)備提供了電網(wǎng)信號并且可能發(fā)生包括暫態(tài)事件的各種現(xiàn)象，該電網(wǎng)信號的序分量可能下降或改變某些范圍。例如，序分量可能產(chǎn)生諧波頻率或相移，兩者中任何一個都能使控制系統(tǒng)的有效運行和電網(wǎng)性能的其他方面復(fù)雜化。通常以及如在此所使用的，可以考慮該三相信號包括正序分量，負(fù)序分量和零或中性序分量。每一個分量都包括頻率信息，相位信息和幅值信息。
換言之，在典型的干擾期間，幾個相位的電壓變得不均衡了。例如，可能存在線-線或兩相短路，然而剩下的相位保持系統(tǒng)規(guī)定的電壓。在這種情況下，電網(wǎng)信號將具有負(fù)序分量和正序分量。
對給定故障條件下的發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的實際響應(yīng)，將取決于發(fā)電系統(tǒng)運行的目標(biāo)。例如，為了幫助清除故障線路，一個適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)是將充足數(shù)量的電流(高于正常水平)插入到電網(wǎng)中。這個技術(shù)在離故障最近的保護(hù)點，給攜有故障電流的保護(hù)設(shè)備提供清除能力，因此減少較高系統(tǒng)或備份保護(hù)的不必要行動。
本文中的教導(dǎo)規(guī)定，通過控制正序電壓和響應(yīng)負(fù)序電壓，最小化干擾和保持與電網(wǎng)的連接。也就是說，在典型的實施例中，在此所提到的技術(shù)用于提供對負(fù)序電壓的響應(yīng)，以這種方式保持小信號線性度，同時采用一種方法來慎重控制負(fù)序電流的數(shù)量。該負(fù)序電流被轉(zhuǎn)換(或“定向”)然后“注入”到電網(wǎng)絡(luò)中。電流注入提供對要維護(hù)的系統(tǒng)的控制并且減少暫態(tài)對系統(tǒng)分量的嚴(yán)重影響。進(jìn)一步，這個方法提供了系統(tǒng)行為的線性特性并且支持系統(tǒng)設(shè)計和分析，提供了響應(yīng)廣泛的情形和規(guī)格的系統(tǒng)操作性和性能。
正如在此所討論的，“小信號線性度”涉及在調(diào)節(jié)器范圍內(nèi)的信號使用。也就是說，小信號線性度提供了一個信號，該信號在一個允許調(diào)節(jié)器保持設(shè)計基本操作的信號范圍內(nèi)。保持小信號線性度提供了正如在此所公開的系統(tǒng)的持續(xù)運行，并且防止保護(hù)措施的啟動，例如對消弧電路410的激勵。
此外，電流注入(還稱為“電流補償”)的使用支持各種分支電路保護(hù)和電壓補償方案。這對于健壯的發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計來說是非常重要的，應(yīng)用于分支電路保護(hù)的規(guī)則和電壓支持在現(xiàn)有技術(shù)中被廣泛配置和理解。為了考慮存在于單一電網(wǎng)中不同功率發(fā)生器的多樣性，可以控制電流注入并且使其符合各種標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備規(guī)格。
為了將本發(fā)明的教導(dǎo)置于上下文中，現(xiàn)在討論使用風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電的部件的各個方面的回顧。參考圖1，顯示了風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)350的一個示意性實施例。
在這個實施例中，轉(zhuǎn)子106包括耦合到轉(zhuǎn)子中心體110的多個轉(zhuǎn)子葉片108，并且共同定義了一個螺旋槳(如三十米的螺旋槳)。該螺旋槳耦合到一個變速箱118，該變速箱進(jìn)而又耦合到發(fā)電機(jī)120。在這個實施例中，發(fā)電機(jī)120是一個雙重反饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)120(還可以是現(xiàn)有技術(shù)中已知的“繞線轉(zhuǎn)子”并且在此稱為“DFIG 120”)。轉(zhuǎn)速計352還耦合到發(fā)電機(jī)120并且對發(fā)電機(jī)120的速度進(jìn)行監(jiān)測。
典型地，發(fā)電機(jī)120通過定子總線354耦合到定子同步開關(guān)358上，并且還通過轉(zhuǎn)子總線356耦合到功率轉(zhuǎn)換部件362上。定子總線354提供了來自發(fā)電機(jī)120定子(未顯示)的三相功率輸出，并且轉(zhuǎn)子總線356提供了來自發(fā)電機(jī)120轉(zhuǎn)子(未顯示)的三相功率輸出。定子同步開關(guān)358通過系統(tǒng)總線360連接到系統(tǒng)斷路器376。特別參考功率轉(zhuǎn)換部件362，發(fā)電機(jī)120通過轉(zhuǎn)子總線356耦合到轉(zhuǎn)子濾波器364。轉(zhuǎn)子濾波器364耦合到轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366。典型地，轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366耦合到線路側(cè)轉(zhuǎn)換器368，其中該線路側(cè)轉(zhuǎn)換器還耦合到線路濾波器370和線路接觸器372。在示意性實施例中，在三相，兩電平，使用絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)開關(guān)設(shè)備(未顯示)的脈寬調(diào)制(PWM)裝置中，轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366和線路側(cè)轉(zhuǎn)換器368配置成正常操作模式。轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366和線路側(cè)轉(zhuǎn)換器368通過DC鏈路435耦合到一起，跨該DC鏈路的是DC鏈路電容器436。
功率轉(zhuǎn)換部件362還包括控制器374，其用于控制轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366和線路側(cè)轉(zhuǎn)換器368的操作，在此將對其進(jìn)行詳細(xì)的描述。應(yīng)該注意到，在典型實施例中，控制器374配置成在功率轉(zhuǎn)換部件362和控制系統(tǒng)300之間的接口。應(yīng)該進(jìn)一步的注意到，當(dāng)在此提到“總線”時，它指的是任意通信或傳送鏈路，其包括一個或多個定義了或形成電，通信或其他類型路徑的導(dǎo)體或線路。
在典型的實施例中，線路接觸器372通過線路總線388耦合到轉(zhuǎn)換斷路器378。轉(zhuǎn)換斷路器378還通過系統(tǒng)總線360耦合到系統(tǒng)斷路器376。應(yīng)該注意到，轉(zhuǎn)換斷路器378的輸出線路和系統(tǒng)總線360的線路可以采用現(xiàn)有技術(shù)的任一種方式耦合到一起，包括將使用電流總和技術(shù)的相應(yīng)的線路配線在一起(如相應(yīng)的電力相位線路)。
系統(tǒng)斷路器376耦合到變壓器(transformer)380，該變壓器連接電網(wǎng)斷路器382。電網(wǎng)斷路器382通過電網(wǎng)總線384連接中壓配電部分。
在運行中，通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子106在發(fā)電機(jī)120上所產(chǎn)生的功率通過雙路徑提供給電力網(wǎng)。雙路徑是由定子總線354和轉(zhuǎn)子總線356定義的。在轉(zhuǎn)子總線356側(cè)，正弦三相交流(AC)功率由功率轉(zhuǎn)換部件362轉(zhuǎn)換成直流(DC)功率。典型地，轉(zhuǎn)子濾波器364用于補償或調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366 PWM信號的變化率，并且線路濾波器370用于補償或調(diào)節(jié)在線路側(cè)轉(zhuǎn)換器368 PWM信號的諧波電流。來自功率轉(zhuǎn)換部件362的轉(zhuǎn)換功率與來自發(fā)電機(jī)120定子的功率組合在一起，用來提供具有基本上保持恒定頻率的三相功率，例如60Hz的交流電平。功率轉(zhuǎn)換部件362補償或調(diào)節(jié)來自發(fā)電機(jī)120轉(zhuǎn)子的三相功率頻率的變化。一個明顯的例子是在中心體110的旋轉(zhuǎn)速度上的變化。應(yīng)該可以注意到，定子同步開關(guān)358同步來自發(fā)電機(jī)120定子上的三相功率，其三相功率與來自功率轉(zhuǎn)換部件362上的三相功率輸出組合在一起。
在風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)350之內(nèi)的斷路器包括轉(zhuǎn)換斷路器378，系統(tǒng)斷路器376和電網(wǎng)斷路器382，例如當(dāng)流過的電流過多并且能夠損壞風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)350的部件的時候，它們配置成與相應(yīng)的總線斷開。這里還具有附加的保護(hù)部件，其包括線路接觸器372，可以通過打開線路總線388的每一個線路的開關(guān)(未顯示)來斷開連接。
應(yīng)該可以注意到，風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)350可以被改變?yōu)樵谶B接了不同的電力系統(tǒng)等等中運行。通常，風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)350如現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣產(chǎn)生功率。應(yīng)該還可以認(rèn)識到，正如在此所討論的風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)350僅僅是示意性生的并不會局限于此。
在不同的實施例中，功率轉(zhuǎn)換部件362通過控制器374接收來自例如控制系統(tǒng)300的控制信號。控制信號是以在此所描述的風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)350的傳感條件或操作特性中之一為基礎(chǔ)的。典型地，控制信號提供對功率轉(zhuǎn)換部件362運行的控制。例如，來自轉(zhuǎn)速計352的以發(fā)電機(jī)120傳感速度的形式的反饋用來控制來自轉(zhuǎn)子總線356的輸出功率的轉(zhuǎn)換，用于保持一個適當(dāng)和平衡的三相電源。來自其他傳感器的其他反饋還可以由控制系統(tǒng)300來使用，以便控制功率轉(zhuǎn)換部件362，包括，例如定子和轉(zhuǎn)子總線電壓和電流反饋。使用各種形式的反饋信息，通過任意已知的方式來產(chǎn)生例如開關(guān)控制信號，定子同步開關(guān)控制信號和系統(tǒng)斷路器控制(跳閘)信號。
參考圖2，顯示了用于通過風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電的雙重反饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)120的典型布局400。典型地，控制系統(tǒng)300測量電壓，電流，速度和轉(zhuǎn)子106的位置，并且提供對轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366和線路側(cè)轉(zhuǎn)換器368兩者的開關(guān)的控制。
參考圖3，顯示了典型的布局400，其中包括稱為消弧電路410的系統(tǒng)保護(hù)特征。在典型的實施例中，消弧電路410是完全可控的短路設(shè)備。在其他的實施例中，通過控制轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366的控制動作來實現(xiàn)消弧。在這些實施例中，一旦控制被重新建立，典型地，轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366配置成用來限制消弧電路的啟動。
由于風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)350對于電網(wǎng)中的干擾很敏感，并且由于電網(wǎng)性能要求典型地需要風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)350在每個干擾期間(即滿足低電壓貫穿(LVRT)要求)保持與電網(wǎng)384的連接，消弧電路410典型地被作為保護(hù)措施使用。圖3描繪了消弧電路410的一個實施例。在其他的一些實施例中，消弧電路410與轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366集成在一起。不管消弧電路410在哪兒或消弧電路410的結(jié)構(gòu)如何，當(dāng)消弧電路410被啟動時，它就會通過阻止大電流流向DC電容器436來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366的保護(hù)。當(dāng)消弧電路被啟動時，轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366被阻止控制DFIG 120。
參考圖4，顯示了包括另一個系統(tǒng)保護(hù)特征，動態(tài)制動器700部件的典型布局400。在這個實施例中，包括跨越DC總線435的動態(tài)制動器700。在典型實施例中，動態(tài)制動器700包括了與電阻串連的完全可控短路設(shè)備。典型地，動態(tài)制動器700阻止DC總線435過電壓從而保護(hù)轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366和線路側(cè)轉(zhuǎn)換器368。通過使用動態(tài)制動器700，消弧電路410較小頻率地激活，以便在電網(wǎng)干擾期間提升轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366的可控性。進(jìn)一步，在第二種方法中，通過使用具有充分大額定功率的動態(tài)制動器700，消弧電路410可以被取消或改變。然而典型地，該第二種方法需要實現(xiàn)昂貴的和龐大的動態(tài)制動器700的設(shè)計。本領(lǐng)域技術(shù)人員能認(rèn)識到，這個問題能夠根據(jù)本文的教導(dǎo)被解決，其能夠被認(rèn)為用來減少動態(tài)制動器700的容量和消弧電路410的啟動。
當(dāng)電網(wǎng)384有一個不對稱的故障時，消弧電路410會頻繁地啟動，因比DFIG120頻繁地不能控制。這個問題使得在故障情況期間，很難控制到電網(wǎng)384的有功功率和無功功率。這個問題能夠根據(jù)本文的教導(dǎo)來解決，其規(guī)定了電流補償。
電流補償500通?？梢悦枋鰹樯婕皥D5所描述的三級。在第一級中，跟蹤正相序電壓信號和負(fù)相序電壓信號以及DC鏈路435的電壓。尤其是，電壓跟蹤510提供了負(fù)相序電壓的模型，該模型不能適應(yīng)給定的操作條件。在第二級中，將過量的負(fù)相序電壓信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子電流信號，并且將負(fù)相序電壓的定向應(yīng)用于控制器374之內(nèi)的XY調(diào)節(jié)器中。在電壓定向520之后，電流補償500要求將誤差節(jié)點的定向信號應(yīng)用于控制器374之內(nèi)的XY電流調(diào)節(jié)器中，有效地調(diào)節(jié)電網(wǎng)干擾中某些信號的反饋和補償。
在電流注入540之前和典型地(但不是必需的)在電壓定向520之后，完成獲得系統(tǒng)參數(shù)530。示意性的系統(tǒng)參數(shù)包括如系統(tǒng)條件，系統(tǒng)能力和布局等參數(shù)。對系統(tǒng)參數(shù)的認(rèn)識，提供了對以解決用戶目標(biāo)的方式注入電流的強制，限制和目標(biāo)的確定。以這種方式，至少負(fù)序分量幅值的一個部分被用于注入，其中該至少一個部分是在預(yù)定范圍內(nèi)。在典型的實施例中，該預(yù)定范圍說明各種系統(tǒng)參數(shù)和保持小信號線性度的目標(biāo)。
電流注入540將電網(wǎng)干擾對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)換控制的影響最小化，減少例如消弧電路410的系統(tǒng)保護(hù)特征的啟動頻率，以及所要求的動態(tài)制動器700的容量。因此，支持了風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)350的低電壓貫穿。
參考圖6，描述了功率源之間的關(guān)系。在圖6中，電網(wǎng)總線384提供了一個負(fù)序電網(wǎng)電壓信號(Vs，neg)和一個負(fù)序電網(wǎng)電流信號(Is，neg)給DFIG 120。類似的，轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366提供了一個負(fù)序轉(zhuǎn)子電壓信號(Vr，neg)和一個負(fù)序轉(zhuǎn)子電流信號(Ir，neg)給DFIG 120。這些術(shù)語還在圖7中使用。
在圖7中，圖6的關(guān)系的變型，描述了風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)350之內(nèi)的負(fù)序電壓的多個方面。除了圖6中建立的變量之外，和值(Xs，neg+Xr，neg)表示DFIG 120的負(fù)序阻抗。圖7顯示了通過將附加的負(fù)序電流注入到DFIG 120中，可以減少轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366所需要的負(fù)序電壓。這是很重要的，這是因為轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366具有有限的容量來支持正和負(fù)序電壓。減少負(fù)序電壓使得附加的正序電壓能夠被提供給電網(wǎng)384。因此，有可能提升正序電流的控制以及控制正序有功和無功功率。
當(dāng)將負(fù)序電流注入到DFIG 120中時，典型地，電流Ir，neg包括一個關(guān)于正序旋轉(zhuǎn)方向領(lǐng)先于電網(wǎng)384的負(fù)序電壓的90度相位。領(lǐng)先電網(wǎng)384的負(fù)序電壓用來提供一個消耗負(fù)序無功功率。通過使用在此沒有討論的各種工具，有可能測量出電網(wǎng)384信號中的正序電壓和負(fù)序電壓的幅值和相位。一旦這些量是已知的，就可以確定適當(dāng)?shù)南辔缓头担撓辔缓头涤糜趯ψ⑷氲诫娋W(wǎng)384中的負(fù)序分量的幅值的至少一個部分進(jìn)行定向。
為了更加深入的討論這些或其他的方法，現(xiàn)在采用了特定的慣例并且考慮了對討論各種信號有用的方面。正如在此所使用的，“儀器信號”電壓(Vsignal)包括正序電壓，負(fù)序電壓和每個正序分量和負(fù)序分量的相位角；電壓(Vneed)表示所測量的負(fù)序電壓幅值；電壓(Vallowed)表示在滿足正序電壓之后剩下的電壓頭上空間(headroom)；電壓(Vshortfall)表示不支持的負(fù)序電壓幅值；電流(Icomp)表示可用于電流注入530的且與虧空電壓相關(guān)的補償電流；而電流(IcompXY)表示被分配和旋轉(zhuǎn)的補償序分量，其中電流(IcompXY)被添加到電流調(diào)節(jié)器誤差節(jié)點。
參考圖8，顯示了電流補償500和信號分析的方面。在圖8中，典型地，對控制器374中的輸入信號進(jìn)行評估。典型地，確定在DC鏈路電壓601和正序電壓幅值602之間的差值，以便定義一個可用于支持諧波電壓(及其補償)的允許的電壓余量(Vallowed)603。假定在定子電路和轉(zhuǎn)子電路之間的轉(zhuǎn)換是正確處理的，實際的負(fù)序電壓需求(Vneed)604和允許的電壓余量(Vallowed)603(削波為正值)之間的差值定義了虧空電壓(Vshortfall)605的數(shù)量，或不能適應(yīng)的負(fù)序電壓。表示成電抗的凈阻抗用于將虧空電壓(Vshortfall)605轉(zhuǎn)換成電流幅值，從而提供了一個補償電流信號606(或簡單地，補償電流606)。
參考圖9，顯示了電流補償500的信號分析的另一個實施例。圖9描述了一個用于被認(rèn)為是與圖8相近似的處理的實施例。與圖8描述的實施例相通，一個處理單元，典型地是控制器374，提供了電壓需求604，允許的電壓603的確定，并且確定虧空電壓605。該虧空電壓605被轉(zhuǎn)換成補償電流606。
在任一實施例中，補償電流信號606(一個標(biāo)量)必須分配在負(fù)序參考坐標(biāo)系的X-軸和Y-軸之間。作為結(jié)果產(chǎn)生的矢量必須進(jìn)一步重新定向到正序參考坐標(biāo)系。在重新定向級之后，這些X-軸和Y-軸分量被添加到X-Y電流調(diào)節(jié)器的誤差節(jié)點。
圖10描述了電壓定向520的級。在圖10中，補償電流606被分配和旋轉(zhuǎn)用來給電流調(diào)節(jié)器誤差節(jié)點增加適當(dāng)?shù)呢暙I(xiàn)，作為一對信號(comp XY)607。
在進(jìn)一步的實施例(未顯示)中，負(fù)序注入電流(comp XY 607)通過檢測調(diào)節(jié)器的飽和狀態(tài)來確定，其中該調(diào)節(jié)器被設(shè)計為用于控制負(fù)序電流。檢測器(未顯示)能用來改變標(biāo)量補償項的值，然后通過與以上參考圖10所描述的實施例相似的方式來分配和旋轉(zhuǎn)。采用這種方法，comp XY 607能被調(diào)節(jié)用來保持電流調(diào)節(jié)器的線性度。
如圖11中所示的，增加所注入的負(fù)序電流(Ir，neg)將減少所需要的轉(zhuǎn)換器負(fù)序電壓(Vr，neg)。這個減少被描述為從C到D。因此，可用的轉(zhuǎn)換器正序電壓(Vr，pos)從A到B增加。由于系統(tǒng)控制正序電流(Ir，pos)的能力從A到B增加，注入正序有功功率與正序無功功率的能力也是這樣。
總的電流，包括負(fù)序電流(Ir，neg)和正序電流(Ir，pos)不應(yīng)該超過轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366的總電流容量Ir，max(在B和D之間顯示)。由于轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366的總電流容量Ir，max是已知的，因此能計算出系統(tǒng)350能夠注入到電網(wǎng)中的最大負(fù)序電流(D點)和正序有功/無功電流(B點)。而且，當(dāng)正序電流Ir，pos是零時(點A)確定最小負(fù)序電流(點C)，其中該最小負(fù)序電流是轉(zhuǎn)換器必須注入以使得系統(tǒng)完全可控的負(fù)序電流。因此，最大(點D)和最小(點C)將定義系統(tǒng)350的能力范圍。
本文中的教導(dǎo)所具有的一個好處是一種用來減少轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366中的電流的技術(shù)。參考圖9中描述的方法。另外一個好處是規(guī)定了較多類型的條件，在所述條件下，可以遵循來自更上層控制器(如，渦輪控制器或風(fēng)電場控制器)的有功/無功功率命令。更進(jìn)一步的好處是一個提高了的向電網(wǎng)中注入有功功率，或增加注入到電網(wǎng)中的無功功率的能力。因此，使用本文中教導(dǎo)的發(fā)電系統(tǒng)被配置為在電網(wǎng)暫態(tài)和負(fù)序電壓事件期間，用來更接近地仿真?zhèn)鹘y(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)的行為。
在前述實施例的評價中，已經(jīng)執(zhí)行了仿真。提供了兩個獨立的描述。第一，在圖12中，描述了仿真暫態(tài)的響應(yīng)。在圖13中，描述了相同的仿真事件。然而，圖13的性能依據(jù)本文中的教導(dǎo)來改進(jìn)。注意參考圖12和圖13，仿真表中的信號如下表示“Cb_gate”表示消弧事件門信號；“l(fā)_dscmvmagn”和“l(fā)_dscmvmagp”是負(fù)和正電壓電平的信號；“Iapcc”和“Ibpcc”表示在公共連接點(pcc)的轉(zhuǎn)換器電流。線-線故障應(yīng)用于變壓器380電網(wǎng)側(cè)的相位A和相位C之間?！癡ca”和“Vab”描述了在pcc的線-線電壓。
仿真暫態(tài)事件(其中相位a和相位c是短路的)是一個將信號降低到0伏的線-線干擾。短路應(yīng)用于0.6秒并且在1.0秒移去。
參考圖12，描述了現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)350的效果。在圖12中，風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)350經(jīng)歷了由轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366的控制動作所實現(xiàn)的“消弧事件”的多重和正在進(jìn)行的啟動。該消弧事件持續(xù)貫穿整個電網(wǎng)干擾的期間。參考圖13，消弧事件門信號(Cb Gate)的靜噪提供了系統(tǒng)調(diào)節(jié)器處于控制中的指示。在少許消弧激勵之后，控制器374重新獲得電流控制并且調(diào)節(jié)該系統(tǒng)到所期望的電平。注意到，在相當(dāng)短的間隔之內(nèi)重新獲得該控制。
以上所描述的焦點在于注入正序有功功率和無功功率到電網(wǎng)中。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認(rèn)識到，當(dāng)有所需求的時候，本發(fā)明還可以應(yīng)用于吸收來自電網(wǎng)384的正序有功功率和無功功率。在將負(fù)序電流注入電網(wǎng)384的幫助下，依據(jù)用戶的需求，系統(tǒng)350被配置為用來控制吸收的有功和無功功率。
注意到以上的描述依賴于使用DFIG 120的實施例。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認(rèn)識到，本文中的教導(dǎo)還可以應(yīng)用于如圖14所示的全功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
在圖14中顯示了一個全功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)布局600。該全功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)布局600包括一個產(chǎn)生側(cè)轉(zhuǎn)換器466和一個線路側(cè)轉(zhuǎn)換器368。產(chǎn)生側(cè)轉(zhuǎn)換器466和線路側(cè)轉(zhuǎn)換器368通過DC總線435耦合到一起。向產(chǎn)生側(cè)轉(zhuǎn)換器466饋送的是一個全功率發(fā)電機(jī)220。應(yīng)該可以認(rèn)識到，通過變壓器連接到電網(wǎng)的線路側(cè)轉(zhuǎn)換器368，在許多方面類似于通過DFIG 120連接到電網(wǎng)的轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器366。這在將電流注入電網(wǎng)中的能力上尤其相關(guān)，并且其中有些方面是可以互換的。因此，這些示意性的轉(zhuǎn)換器不會限制本文的教導(dǎo)。
也可以包括正如以上所描述或本領(lǐng)域已知的其他部件。例如，在這個舉例說明中，還可以包括濾波器370。
典型地，在這個實施例中，本文中的教導(dǎo)僅實現(xiàn)用于在線路側(cè)轉(zhuǎn)換器368。由線路側(cè)轉(zhuǎn)換器368注入負(fù)序電流到電網(wǎng)384中，將會提高全功率發(fā)電機(jī)控制正序電流的能力。因此，提高了注入正序有功功率或無功功率的能力。知道了用于全功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的線路側(cè)轉(zhuǎn)換器368的電流容量，注入負(fù)序電流和正序電流到電網(wǎng)384中的容量范圍就可以被確定。用戶可以選擇在范圍之內(nèi)并根據(jù)相應(yīng)的偏好或需要來設(shè)定電流注入的多個方面。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認(rèn)識到，電流補償500的技術(shù)可以采用各種方式。例如，電流補償500可以通過軟件或固件的操作來控制。典型地，軟件和固件實現(xiàn)在控制器374中以提供風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)350的快速調(diào)節(jié)。然而，這僅僅是實例性的并且不會限制在此所公開的實施例。
雖然參考示意性的實施例來描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，可以進(jìn)行各種改變并且可以用等價物來替換其元件而不脫離本發(fā)明的范圍。另外，可以進(jìn)行多種修改來使特定的情形或材料適于本發(fā)明的教導(dǎo)而不脫離其實質(zhì)范圍。因此，本發(fā)明并不局限于在此作為預(yù)期用于實施本發(fā)明的最佳模式而公開的特定實施例，本發(fā)明還包括在所附權(quán)利要求范圍之內(nèi)的全部實施例。
部件列表


權(quán)利要求
1.一種用于改變電網(wǎng)(384)中干擾對耦合到該電網(wǎng)(384)的發(fā)電機(jī)(120)的影響的方法，該方法包括至少跟蹤電網(wǎng)(384)信號的一個負(fù)序分量和一個正序分量；對用于注入到電網(wǎng)(384)中的負(fù)序分量的幅值的至少一個部分進(jìn)行定向；和將該至少一個部分注入到電網(wǎng)(384)中以便改變干擾。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中負(fù)序分量和正序分量中的每一個都包括相位信息、頻率信息和幅值信息。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中該跟蹤包括檢測電網(wǎng)(384)干擾。
4.如權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在注入之前，獲得電網(wǎng)(384)，發(fā)電機(jī)(120)和用于發(fā)電機(jī)(120)的控制系統(tǒng)中至少一個的參數(shù)。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中改變該影響包括增加正序電網(wǎng)條件和負(fù)序電網(wǎng)條件中至少一個的小信號線性度。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中該改變包括減少系統(tǒng)保護(hù)特征(410，700)的啟動。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中選擇所述至少一個部分的參數(shù)來最大化有功功率注入和無功功率注入中的至少一個。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中該注入包括仿真一個同步發(fā)電機(jī)。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中該注入減少電網(wǎng)(384)電流中不對稱電壓的數(shù)量。
10.一種用于改變電網(wǎng)(384)中干擾對耦合到該電網(wǎng)(384)的發(fā)電機(jī)(120)的影響的裝置，該裝置包括控制器(374)，用于至少跟蹤電網(wǎng)(384)信號的一個負(fù)序分量和一個正序分量；對用于注入到電網(wǎng)(384)中的負(fù)序分量的幅值的至少一個部分進(jìn)行定向；和將該至少一個部分注入到電網(wǎng)(384)中以便改變干擾。
全文摘要
一種裝置和方法，在連接發(fā)電設(shè)備，例如風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)的電網(wǎng)系統(tǒng)的干擾期間，提供了對負(fù)序電流需求的響應(yīng)，提供了電網(wǎng)信號的跟蹤分量，對指示一部分信號進(jìn)行定向，并且注入該定向部分。負(fù)序電流的控制注入提供了對小信號控制響應(yīng)的擴(kuò)展，并且還提供了對功率轉(zhuǎn)換設(shè)備的電網(wǎng)互連的明顯的阻抗改變。
文檔編號H02H7/06GK101026301SQ20071008794
公開日2007年8月29日 申請日期2007年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月31日
發(fā)明者H·翁, R·A·西摩, J·D·德阿特爾, A·M·里特, X·源, R·戴, R·W·德爾梅里科 申請人:通用電氣公司