专利名称：用于操作发电和输电系统的方法和系统的制作方法
用于操作发电和输电系统的方法和系统技术领域
本发明大体涉及控制发电和输电系统的运行，确切地说，涉及响应于电力网偶发 事件而控制的风力发电机的运行。
背景技术：
风机用风能来产生电能。风机通常包括具有多片叶片的转子，这些叶片将风能转 换成驱动轴的旋转运动，继而通过所述旋转运动来驱动发电机发电。多片叶片中的每片叶 片可进行变桨，以提高或降低转子的转速。风机的功率输出随风速的增大而增大，直到风速 达到涡轮的额定风速。处于或高于额定风速时，风机以额定功率运行。额定功率是风机能 够在预定的各涡轮机部件可接受的疲劳程度下运行的输出功率。处于高于特定速度的风速 时，或者处于超出预定等级的风湍流程度时，通常称为“跳闸限制”或“监视器设定点限制”， 可关闭风力发电机，或者可通过调整叶片的节距或对转子进行制动来减小负载，以便保护 风力发电机部件免受损坏。
与风机的恒速运行相比，风机的变速运行有助于增进由风机进行的能量捕集。但 是，风机的变速运行将产生具有不定电压和/或频率的电力。具体而言，由变速风机产生的 电力的频率与转子的转速成比例。功率变换器可连接在发电机与公用电网之间。功率变换 器输出具有固定电压和频率的电力，以在公用电网中输送。
转子上通过转子叶片与风的相互作用生成的扭矩与发电机扭矩之间达到平衡有 助于风力发电机稳定运行。叶片节距调整等风力发电机调整，或者公用电网上的电压低或 为零等公用电网事件可能导致转子上由风产生的扭矩与发电机扭矩之间不平衡。发电机具 有产生于发电机转子与定子之间的空隙扭矩，所述空隙扭矩反作用于转子施加的扭矩。功 率变换器也对所述空隙扭矩进行控制，这有助于对发电机的功率输出进行控制。但是，风力 发电机可能无法在特定公用电网事件期间运行，或者可能因特定公用电网事件而遭受磨损 和/或损坏，原因在于在检测到公用电网事件之后，对风力发电机运行进行调整将需要一 段时间来起作用。发明内容
—方面，本专利申请文件描述一种在增大所述发电和输电系统的功率输出时用于 控制发电和输电系统的运行的方法。所述发电和输电系统包括发电机、功率变换器以及控 制器。所述方法包括监视所述发电和输电系统的输出参数；以及确定所述输出参数随时 间的变化率。所述方法包括根据所确定的所述输出参数的变化率生成电抗性电流命令信 号；以及至少部分基于所述电抗性电流命令信号而控制所述功率变换器的运行，以有助于 在所述发电和输电系统的所述功率输出增大期间维持大体恒定的终端电压。
其中监视所述发电和输电系统的输出参数包括监视表不所述发电和输电系统的 所述功率输出的信号。
其中所述生成电抗性电流命令信号包括根据所确定的所述发电和输电系统的所述功率输出的变化率生成补充电压命令信号，以与电压命令信号进行求和。其中至少部分基于所述电抗性电流命令信号控制所述功率变换器的运行包括与表示所述发电和输电系统功率输出的所述信号的所述确定变化率成比例地增大由所述功率变换器输出的电抗性电流。其中生成电抗性电流命令信号包括在电压调节器处生成电抗性电流命令信号。其中生成电抗性电流命令信号包括增大所述电压调节器处的參考电压，所増大的量与表示所述发电和输电系统功率输出的所述信号的所述变化率成比例。所述的方法进ー步包括将终端电压反馈信号传输到所述电压调节器，其中生成电抗性电流命令信号包括根据所述終端电压反馈信号和所述參考电压生成误差信号。其中所述发电机包括风カ发电机。另ー方面，ー种控制系统包括电抗性增压器，以及连接到所述电抗性增压器的电压调节器。所述电抗性增压器经配置以从功率变换组件接收输出功率信号，并根据所述输出功率信号的变化率生成补充电压信号。所述电压调节器经配置以接收所述补充电压信号；至少部分基于所述补充电压信号生成电抗性电流命令信号；以及将所述电抗性电流命令信号传输到控制器。其中所述电抗性增压器经配置以确定所述输出功率信号的所述变化率。其中所述电压调节器经配置以接收终端电压反馈信号，并且至少部分基于所述终端电压反馈信号和所述补充电压信号生成所述电抗性电流命令信号。其中所述电抗性增压器经配置以通过估计所述输出功率信号的导数来确定所述输出功率信号的所述变化率。其中所述电压调节器经配置以在从公用电网偶发事件中恢复后，当增大功率变换器的功率输出时生成电抗性电流命令信号，所述电抗性电流命令信号指示所述功率变换器增大由所述功率变换器输出的电抗性电流。另ー方面，本发明提供一种发电和输电系统。所述发电和输电系统包括发电机；连接到所述发电机的功率变换组件；以及公用电网。所述功率变换组件经配置以接收由所述发电机产生的功率，并将所接收的功率转换成适于经由所述公用电网输送的功率。所述系统包括以通信方式连接到所述功率变换组件的控制系统。所述控制系统经配置以向所述功率变换组件提供电抗性电流控制信号。所述电抗性电流控制信号至少部分基于所述功率变换组件的输出參数随时间的变化率。其中所述输出參数是表示所述功率变换组件的输出功率的输出功率信号，所述控制系统经配置以至少部分基于所述输出功率信号的变化率提供电抗性电流控制信号。其中所述控制系统经配置以提供电抗性电流控制信号，从而与所述输出功率信号的所述变化率成比例地増大由所述功率变换组件输出的电抗性电流。其中所述控制系统进一歩包括功率限制器，所述功率限制器经配置以在发生公用电网偶发事件后产生功率限制信号，从而限制所述功率变换组件的有效输出功率。其中所述控制系统进一歩包括电抗性电流增压器，所述电抗性电流增压器经配置以根据所述输出功率信号的所述变化率生成补充电压信号。其中所述控制系统进一歩包括电压调节器，所述电压调节器经配置以至少部分基于所述补充电压信号和終端电压反馈信号生成电抗性电流控制信号。
其中所述功率变换组件经进一歩配置以在接收到对应于所述输出功率信号的正变化率的电抗性电流控制信号后増大由所述功率变换组件输出的电抗性电流。
图1是示例性发电系统的方框图。图2是可用于图1所示发电系统中的示例性风カ发电机的一部分的透视图。图3是图2所示风カ发电机的一部分的局部剖视图。图4是图2所示风カ发电机的方框图。图5是可包括图2所示风カ发电机的示例性发电和输电系统的方框图。 图6是可包括在图5所示发电和输电系统内的示例性控制系统的方框图。图7是可包括在图6所示控制系统内的示例性电压调节器和电抗性增压器的方框图。图8是电抗性电流相对于公用电网在图5所示系统中的功率升高期间维持接近恒定电压所需的功率的导数随所述系统对三个不同栅极阻抗的实际输出功率变化的曲线图。图9到图12图示了在发生公用电网偶发事件之前、之间以及之后，图5所示系统的运行特性的曲线图。
权利要求
1.一种在增大所述发电和输电系统的功率时控制发电和输电系统的方法，所述发电和输电系统包括发电机、功率变换器以及控制器，所述方法包括 监视所述发电和输电系统的输出参数； 确定所述输出参数随时间的变化率； 根据所确定的所述输出参数的变化率生成电抗性电流命令信号；以及至少部分基于所述电抗性电流命令信号来控制所述功率变换器的运行，以有助于在所述发电和输电系统的所述功率输出增大时维持大体恒定的终端电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其中监视所述发电和输电系统的输出参数包括监视表示所述发电和输电系统的所述功率输出的信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其中至少部分基于所述电抗性电流命令信号控制所述功率变换器的运行包括与表示所述发电和输电系统功率输出的所述信号的所述确定变化率成比例地增大由所述功率变换器输出的电抗性电流。
4.根据权利要求2所述的方法，其中生成电抗性电流命令信号包括在电压调节器处生成电抗性电流命令信号。
5.一种控制系统,包括 电抗性增压器，所述电抗性增压器经配置以 从功率变换组件接收输出功率信号；以及 根据所述输出功率信号的变化率生成补充电压信号；以及 电压调节器，所述电压调节器连接到所述电抗性增压器，所述电压调节器经配置以 接收所述补充电压信号； 至少部分基于所述补充电压信号生成电抗性电流命令信号；以及 将所述电抗性电流命令信号传输到控制器。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述电抗性增压器经配置以确定所述输出功率信号的所述变化率。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述电抗性增压器经配置以通过估计所述输出功率信号的导数来确定所述输出功率信号的所述变化率。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述电压调节器经配置以在从公用电网偶发事件中恢复后，当增大功率变换器的功率输出时生成电抗性电流命令信号，所述电抗性电流命令信号指示所述功率变换器增大由所述功率变换器输出的电抗性电流。
9.一种发电和输电系统，包括 发电机； 功率变换组件，所述功率变换组件连接到所述发电机和公用电网，所述功率变换组件经配置以接收由所述发电机产生的功率，并且将所接收的功率转换成适于经由所述公用电网输送的功率；以及 控制系统，所述控制系统以可通信的方式连接到所述功率变换组件，并且经配置以向所述功率变换组件提供电抗性电流控制信号，所述电抗性电流控制信号至少部分基于所述功率变换组件的输出参数随时间的变化率。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述输出参数是表示所述功率变换组件的输出功率的输出功率信号，所述控制系统经配置以至少部分基于所述输出功率信号的变化率提供电抗性 电流控制信号。
全文摘要
本发明公开一种用于控制发电和输电系统的运行，同时增大所述发电和输电系统的功率输出的方法。所述方法包括监视所述发电和输电系统的输出参数；以及确定所述输出参数随时间的变化率。根据所确定的所述输出参数的变化率生成电抗性电流命令信号。至少部分基于所述电抗性电流命令信号控制功率变换器的运行，以有助于在所述发电和输电系统的所述功率输出增大期间维持大体恒定的终端电压。
文档编号H02J3/38GK103023062SQ201210359878
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月25日 优先权日2011年9月26日
发明者A.S.阿基尔斯, E.V.拉森 申请人:通用电气公司