低压电网故障时的风力发电厂控制的制作方法
低压电网故障时的风力发电厂控制的制作方法
【专利摘要】一种连接至电网的风力发电厂。中央电厂控制器被配置为在电网发生瞬态低压故障的情况下执行控制风力发电厂的电输出的方法。中央电厂控制器被配置为在响应于检测到低压故障的故障阶段之后，控制所述风力发电厂在故障后支持阶段期间仅提供实际功率，或者执行电压控制，所述风力涡轮机穿越所述电网故障。中央电厂控制器配置为在额定电网操作阶段内根据在低压故障之前的盛行的额定电网操作模式来恢复对风力发电厂的控制。
【专利说明】低压电网故障时的风力发电厂控制
【技术领域】
[0001] 本发明涉及发生低压电网故障的情况下的风力发电厂控制，并且例如涉及能够穿 越（ride through)瞬态低压故障的风力发电厂以及控制这样的风力发电厂的方法。
【背景技术】
[0002] E. ON Netz，"Grid Code High and extra high voltage"，E. ON Netz GmbH Bayreuth, IApril 2006, p. 15-20要求诸如风电场的发电厂在电压骤降过程中借助额外的 无功电流支持电网电压。为了这样做，在电压骤降超过发电机电压的有效值的10%的情况 下激活电压控制。所述电压控制必须发生在故障识别之后的20ms内，其方式是在发电机变 压器的低压侧提供无功电流，对于每一百分比的所述电压骤降而言所述无功电流至少达到 额定电流的2%。必须有可能在必要的情况下达到至少100%的额定电流的无功功率输出。 在电压返回死区之后，必须根据指定的特征再维持500ms的电压支持。
[0003] US 2010/0176770 Al描述了用于稳定配电网络的方法和发电设施，例如，风能设 施。在检测到网络故障之后，激活所述设施中的稳定调节器。所述稳定调节器依据反馈电 压信号调节电力电压，并且具有随着时间的推移而升高的阶越函数响应。在从稳定调节器 的激活开始经过了预定时间段之后，如果网络还没有稳定，那么将无功电流馈送提高到超 出为正常运转设定的限度。
[0004] US 2009/0250931 Al描述了一种用于借助故障穿越功能操作风力发电厂的方法。 假设发生了故障，那么通过借助指令变量控制转矩、有功功率、无功电流和无功功率的控制 模块控制变流器。例如，在故障过程中将根据额定电网电压和电网电压之间的绝对差确定 无功电流的电流函数。通过这种方式，确保风力发电厂在发生故障的情况下发挥必要的作 用，以支持电网。
【发明内容】
[0005] 根据第一方面，将风力发电厂连接至电网。所述电网具有额定电压。风力发电厂 包括中央电厂控制器和风力涡轮发电机（缩写为WTG，又称为"风力涡轮机")。中央电厂控 制器被配置为在电网发生瞬态低压故障的情况下执行控制风力发电厂的电输出的方法。风 力涡轮机被配置为在没有低压故障的情况下，根据中央电厂控制器提供的发电参数的至少 一个参考值来在额定电网操作模式下工作，根据一种替代方案，所述中央电厂控制器被配 置为在响应于检测到低压故障的故障阶段之后，控制所述风力发电厂在故障后支持阶段期 间仅提供实际功率，在所述低压故障期间，所述风力涡轮机穿越所述电网故障，或者其中， 所述中央电厂控制器被配置为在响应于检测到低压故障的故障阶段之后，控制所述风力发 电厂在故障后支持阶段期间执行电压控制，所述风力涡轮机穿越所述电网故障。中央电厂 控制器被配置为在故障后阶段之后在额定电网操作阶段内根据在低压故障之前盛行的额 定电网操作模式恢复对风力发电厂的控制。
[0006] 根据另一个方面，提供了一种在电网发生瞬态低压故障的情况下控制连接至具有 额定电压的电网的风力发电厂的电输出的方法。所述风力发电厂包括风力涡轮机和中央电 厂控制器。风力涡轮机在没有低压故障的情况下根据中央电厂控制器提供的发电参数的至 少一个参考值在额定电网操作模式下工作。所述方法包括处于低压故障过程中和之后的三 个操作阶段：响应于检测到低压故障的故障阶段，在该阶段内对风力涡轮机加以控制，使之 穿越电网故障；故障后支持阶段，在该阶段内风力发电厂受到中央电厂控制器控制，从而 ： (i)仅提供实际功率，或者（ii)执行电压控制；额定电网操作阶段，在该阶段内恢复在低压 故障之前盛行的额定电网操作模式。
[0007] 根据另一个方面，将风力发电厂连接至电网。风力发电厂包括风力涡轮机、中央电 厂控制器和本地风力涡轮机控制器。中央电厂控制器和本地风力涡轮机控制器被配置为在 电网发生瞬态低压故障的情况下，执行控制风力发电厂的电输出的方法。中央电厂控制器 被配置为在没有低压故障的情况下，引起根据中央电厂控制器提供的发电参数的至少一个 参考值的额定电网操作模式下的操作。本地风力涡轮机控制器被配置为响应于低压故障在 风力涡轮机的电输出而对风力涡轮机进行自主控制，使之穿越电网故障。中央电厂控制器 被配置为在自主风力涡轮机控制过程中冻结中央电厂控制器的在额定操作模式内提供发 电控制的至少那部分并存储至少一个控制变量的故障前操作值。中央电厂控制器被配置为 在恢复额定电网操作模式时采用来自故障前操作的至少一个存储控制变量值来恢复中央 电厂控制。
[0008] 根据另一个方面，提供了一种控制风力发电厂穿越所述风力发电厂连接的电网的 瞬态低压故障的方法，所述风力发电厂包括风力涡轮机、中央电厂控制器和本地风力涡轮 机控制器。风力涡轮机在没有低压故障的情况下，根据中央电厂控制器提供的发电参数的 至少一个参考值来在额定电网操作模式下工作。响应于低压故障的检测，本地风力涡轮机 控制器相对于风力涡轮机的电输出而对风力涡轮机进行自主操作，使之穿越电网故障，并 且冻结中央电厂控制器的在额定操作模式内提供发电控制的至少那部分，并存储至少一个 控制变量的故障前操作值。在恢复额定电网操作模式时，采用所存储的至少一个来自故障 前操作的控制变量值来恢复中央发电厂控制。
[0009] 其他特征是所公开的产品和方法中所固有的，或者对于本领域技术人员而言通过 下述说明和附图将变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 现在将参考附图通过举例方式进一步说明本发明的实施例，其中：
[0011] 图1是定义低压穿越要求的作为时间的函数的电网电压的示范性极限曲线；
[0012] 图2示出了在一些在故障阶段期间执行电压控制的实施例中所产生的电网电压 与额外无功电流之间的关系；
[0013] 图3是风力发电厂的实施例的概略示意图；
[0014] 图4是图3的风力发电厂的控制器结构的示意图；
[0015] 图5是图4中所示的LVRT状态机的第一实施例的状态图；
[0016] 图6是图4中所示的LVRT状态机的第二实施例的状态图；
[0017] 图7示出了采用故障后支持和不采用故障后支持的情况下的作为时间的函数的 电压、无功功率和有功功率的示范性图示；
[0018] 图8示出了中央电厂控制器和本地风力涡轮机控制器的硬件的示范性实现。
[0019] 附图和【专利附图】
【附图说明】是用于本发明的实施例的，而非本发明自身。
【具体实施方式】
[0020] 实施例的不同方面的概括描述
[0021] 在转向以附图为基础对实施例进行详细描述之前，将在更加一般的层次上描述实 施例的不同方面。这一描述是针对本发明的实施例的，而非本发明自身。
[0022] 文中将输电网和/或配电网称为"电网"，它们通常在一定电压范围内工作，所述 电压范围具有围绕额定电压值的上阈值和下阈值。例如，所述下阈值处于（例如）额定电 压的大约-5%到大约-20%的范围内，所述上阈值处于额定电压的大约+5%到大约+20% 的范围内。例如，在IlOkV网络中，工作范围是96-123kV，在220kV网络中，工作范围是 193-245kV，在380kV网络中，工作范围是350-420kV。
[0023] 短路（例如，由闪电造成的）可能引起电网电压显著下降到所述工作范围以下，具 体取决于短路与所讨论的风力发电厂的距离。非常近的短路可能造成电压下降到接近零。 在实施例中，低压电网故障（或低压网络故障）是电网电压下降至额定电网工作范围以下。 此外，在一些实施例中，所述电压降必须延续某一最低时间间隔，例如，至少IO-IOOms,才可 作为低压电网故障。通常，网络将在大约IOOms到IOOOms内清除这样的低压电网故障，其 方式是断开发生短路的支路和/或熄灭闪电引起的电弧。
[0024] 由于风力发电占有重要比重，因而现在在很多国家都要求风力发电厂穿越这样的 低压电网故障，而不是关闭，从而能够在电网电压回到额定工作范围时或者之后很快就能 够恢复电力产量。"低压穿越"（或简称为"穿越"）是指风力发电厂的风力涡轮机保持工作， 没有在低压电网故障过程中以及之后从电网上断开。在一些国家，例如，德国或西班牙，甚 至要求风力涡轮发电机在低压电网故障过程中注入额外无功电流（电容电流）以支持电网 的恢复。通常在所谓的"电网代码"中阐述这样的要求。
[0025] 在正常工作期间，在发生故障之前，风力发电厂的各个风力涡轮机通常受到电厂 控制器的控制。例如，所述电厂控制器提供一个或多个发电参数的参考值（即目标值或"设 定点"），例如，所述参数为有功功率、无功功率和/或风力发电厂的各风力涡轮机要产生的 电压。
[0026] 在一些实施例中，在发生低压电网故障的情况下，在"故障阶段"由风力涡轮机自 身实施的自主控制代替电厂控制器实施的中央控制，以穿越低压故障。其又称为"本地控 制"。从中央控制改为本地控制的原因可能在于（例如），中央电厂控制器和各风力涡轮机 控制器之间的数据通信对于中央控制系统而言太慢，无法应付所需的响应时间，所述响应 时间通常约为5到20ms。
[0027] 在其他实施例中，例如，在风力发电厂中的通信网络快到足以应付所需的响应时 间的实施例中，中央电厂控制器在故障阶段继续控制风力涡轮机，使之穿越电网故障，其方 式例如是基于电厂与电网的公共耦合点处或者另一公共测量点处的电网电压的策略结果 计算风力涡轮机的设定点并将其提供给风力涡轮机。在这些实施例中，风力涡轮机在故障 阶段期间不进入本地控制。
[0028] 在故障阶段期间，在一些电网中，风力涡轮发电机可以采取任何使风力涡轮机穿 越电压骤降所需的行动；例如，风力涡轮发电机可以对所产生的有功功率进行热耗散。但 是，一些电网代码（例如，开头提到的E. ON grid2006代码）要求通过在故障阶段的期间向 电网注入额外的无功电流来支持电网的恢复。
[0029] 就常规而言，在故障已经清除并经过了（例如）500ms的短过渡期之后，终止包括 无功电流的故障阶段触发注入的故障穿越操作，并在电厂控制器的中央控制下恢复采用故 障前参考值的正常操作。例如，在电网电压返回了额定电网工作范围的下限或者返回了低 一些的电压返回阈值以确保滞后效应时，认为故障被清除。由于一些类型的发电机不能将 它们的有功功率输出立即提高到其额定功率，因而允许发电机以既定的最低提高速率连续 提高其有功功率输出。
[0030] 本发明的发明人认识到在低压电网故障已经被清除之后立即返回故障前参考值 并非总是优选的。本发明人认识到，由于电网故障，风力发电厂"看到"的电网阻抗可能已 经变化，或者电网稳定性可能降低。例如，由于发生了短路的电网支路的断开，电网的阻抗 发生了变化。可能由于所述故障导致了其他附近发电机发生故障而使得电网稳定性降低。
[0031] 因而，本发明人认识到简单地返回到采用故障前参考值的故障前操作对于电网恢 复而言可能是不当的。例如，假设故障前参考值（例如，根据外部参考以及中央电厂控制器 中的某些设置计算的）要求风力发电厂产生某一比例的电容性无功功率。如果由于网络故 障而发生了阻抗变化，因而需要注入电感无功功率，那么返回至故障前操作可能妨碍电网 的进一步恢复并造成不稳定。由于预先不知道电网阻抗是否因故障而发生了变化以及发生 了哪一方向的变化（电感或电容），因而本发明教导在故障阶段和额定电网操作阶段插入 故障后支持阶段，其中，通过中央电厂控制器执行控制，从而控制风力发电厂按照恢复支持 方式工作。
[0032] "恢复支持"（或简称"支持"）是指对风力发电厂加以控制，从而（i)仅提供实际 功率（功率因数=1)，或者（ii)采用支持电网恢复的电压参考执行电压控制。由于低压电 网故障之后的阻抗变化通常只是暂时的（通常处于几秒到几小时的范围内），因而故障后 支持阶段只是暂时阶段，在重新建立故障前条件之后，将恢复额定电网操作阶段，并恢复采 用故障前参考值的额定电网操作模式。即使电网阻抗暂时发生了变化，提供具有支持操作 的故障后支持阶段仍然有助于电网在电网故障之后恢复并变得稳定。
[0033] 开头提到的US 2010/0176770 Al教导了将风轮机自主操作的故障阶段再分成不 同的有条件的阶段，而且所述阶段在无功电流产量方面存在越发严重的干预，而本发明则 提供了风力发电厂按照支持模式运转的额外中央控制故障后支持阶段。
[0034] 因此，实施例提供了一种连接至电网的风力发电厂，并且实施了在电网发生瞬 态低压故障时对风力发电厂的电输出进行控制的方法。所述额定电网电压例如可以在 100-400kV的范围内。
[0035] 如上所述，低压电网故障是电网电压降至额定电网工作范围的下电压阈值以下。 下电压阈值处于（例如）比电网的额定电压低大约-5%到大约-20%的范围内。例如，在 具有I IOkV的额定电压的电网中，下电压阈值可以是96kV，在具有220kV的额定电压的电网 中，可以是193kV，在具有380kV的额定电压的电网中，可以是350kV。在一些实施例中，电 压必须在某一最低时间间隔内（例如至少IO-IOOms内）保持在被认为是低压电网故障的 下电压阈值以下。
[0036] 在实施例中，只要求风力涡轮机穿越瞬态低压电网故障，S卩，电压下降至下电压阈 值以下的电网故障持续不足一秒或几秒，例如，低于〇. 7到5秒。例如，根据E. ON 2006代 码、图5和图6,所要求的最大穿越持续时间为1. 5秒。不要求实施例的风力涡轮机穿越持 续时间长于例如5s的低压电网故障，S卩非瞬态的电网故障。
[0037] 在实施例中，风力发电厂包括多个配备有本地风力涡轮机控制器的风力涡轮机以 及中央电厂控制器。在一些实施例中，风力发电厂具有内部电网，风力涡轮机连接至所述内 部电网并向其内馈送它们产生的电功率。内部电网可以是按次序连接所有的风力涡轮机的 单条线，或者可以具有数形或环形结构。在一些实施例中，其通过又称为"PCC"的公共耦合 点连接至外部输电和/或配电网（下文"电网"一词一般是指外部电网（PCC的下游）；在提 到风力发电厂内的本地电网（PCC的上游）时，采用"内部电网"一词；"上游"和"下游"参 照能量从风力涡轮机流到外部电网的方向。在一些实施例中，中央电厂控制器测量与风力 发电厂的总体向的电参数，例如，风力发电厂"看到"的电网电压、风力发电厂流出的电流、 电网电压和电流的相对相位、电网电压的频率的至少其中之一。可以在PCC上或者在PCC 上游或者下游的所有内部电网合并的某处进行这些测量。实施测量的点又称为"公共测量 点"或 "PCM"。
[0038] 在一些实施例中，中央电厂控制器的主要任务是确保作为整体来看的风力发电厂 在稳态操作过程中，即，在没有瞬态低压电网故障或其他故障时根据电网运营商的要求供 应电功率。
[0039] 就无功功率产量而言，例如电网运营商可以要求从风力发电厂提供给电网的无功 功率的绝对水平（例如，以MVAR为单位的Q)、无功功率或电流的相对水平（相对于有功功 率或电流）（例如，其通过包括所述无功功率应当是电容性的还是电感性的指示的功率因 数（COS(J))表示）或者相位角（Φ)。
[0040] 电网运营商也可以通过预期电压电平（例如，以kV为单位的U)，例如，可以是PCC 的PCM处的预期电压水平间接规定无功功率产量。在一些实施例中，所述预期电压水平是 通过电厂控制器的电压控制实现的。电压控制基于这样的事实，即，能够通过注入（电感或 电容）无功功率强烈影响（即，提高或降低）跨越连接风力发电厂的电网部分（经常是分 支线）的电阻的电压。在这些实施例中的一些中电厂控制器借助电压控制执行对电压的闭 环控制，其方式是重复测量PCM(例如，其可以是PCC)处的电压、将其与电网运营商希望的 电压水平进行比较以获得表示电压误差的信号，并使得无功功率产量以适合抵消所述电压 误差的符号（电感或电容）和水平进行。所述预期电压未必是额定电网电压，因为经常希 望在使电网电压保持在额定电压上所需的无功功率之外还提供额外的无功功率。
[0041] 就有功功率产量而言，通常风力发电厂的目标在于产生尽可能多的电力。但是，在 一些实施例中，将中央电厂控制器配置为在故障后支持阶段执行缩减和/或电网频率支持 和/或阻尼电网振荡控制。在故障之后，发电机或电网区域可能由于机械轴振荡和控制器 的原因而发生振荡。在这些时段内，可以激活阻尼控制器，其可以监视电网的某一点处的有 功功率流或电压，以计算系统是否振荡。
[0042] 所产生的有功功率的缩减量可以以根据故障事件的不同而存在差异的规定为基 础，例如，所述规定是由电网运营商提供的。或者，缩减量可以是预定的，并且对于所有的 故障后支持阶段都是一样的。所述规定可以通过绝对措辞（例如，"使所产生的功率降低X 丽";X是数量）或者相对措辞（例如，"使所产生的功率降低X% " ;x是处于O和100之间 的数量）表达。在后一种情况下，相对规定可以参照电厂的额定有功功率（例如：使所产生 的功率降低所述风力发电厂的额定功率的X% )。在其他实施例中，相对规定参照电厂在当 前盛行风下能够产生的有功功率（例如，使所生成的功率降低所述风力发电厂在当前盛行 风下能够产生的功率的X%)。
[0043] 电网的频率支持也可以基于电网运营商对频率上限以及任选的频率下限所做的 规定，在所述频率上限上风力发电厂必须降低其有功功率输出，在所述频率下限上风力发 电厂必须产生额外的有功功率（以最大可产生功率运行的风力涡轮机不能提高其有功功 率；因此，只能通过能够在缩减模式下工作的实施例提供立即响应的所生成的有功功率的 提高）。在其他实施例中，频率上限（以及适当情况下的频率下限）是预定的，而且对于所 有故障后支持阶段都是相同的。
[0044] 可以通过电网运营商控制中心和电厂控制器之间的通信链路将所有的这些不同 规定作为参考值（又称为"目标值"或设定点）在线提供给电厂控制器，或者可以将其以离 线方式提供给电厂控制器，其方式是就固定参考值达成一致，或者采取针对不同的未来日 期和时间指示参考值的日程表。电网运营商不必做出所有的规定或者提供所有的上文所述 的参考值。在一些实施例中，提供下述内容的至少其中之一：绝对无功功率参考值、相对无 功功率参考值、电压水平参考值、绝对有功功率缩减意图参考值、无功有功功率参考值以及 作为电网频率的函数的有功功率参考值。
[0045] 电厂控制器将通过电网运营商的参考值表示的电网运营商的要求和/或预定要 求转换成用于风力发电厂中的各风力涡轮机的本地风力涡轮机控制器的一个或多个发电 参数的参考值。在一些实施例中，针对风力涡轮机的参考值是每一个体风力涡轮机的无功 功率（例如，以MVAR为单位的Q)和/或有功功率（例如，以MW为单位的P)的绝对水平。 或者，所述绝对值也可以通过相对说法表达，例如，所讨论的风力涡轮机能够产生的额定功 率或电流的百分比。在其他实施例中，例如，可以相对于有功功率或电流表达无功功率参 考，例如，通过功率因数（COS(J))或相位角（Φ)表示，所述功率因数任选包括所述无功功 率应当是电容性的还是电感性的指示）。也可以通过指示风力涡轮机必须在其端子上取得 的电压的电压参考值表不各个风力润轮机的无功功率产量。在一些实施例中，例如，有功 功率参考可以是相对的，例如，具有相对缩减水平的形式，其规定了所产生的有功功率应当 是某一比讨论中的风力涡轮机在当前盛行风速下能够产生的有功功率低的百分比（例如， 95%，或者某一处于80% -98%的范围内的百分比）。
[0046] 在一些实施例中，作为中央电厂控制器的功能模块的调度器负责这一从工厂相关 参考值到风力涡轮机的各参考值的转换。所述调度器也可以考虑从风力涡轮机获得的信 息，例如，它们的当前有功和无功功率产量、它们当前可能的有功功率产量（如果它们在缩 减模式下运行）等。在一些实施例中，所述调度器也可以考虑风力涡轮机和PCM之间的内 部电网连接的已知阻抗，因为这些阻抗一般将风力涡轮机的端子上发出的有功和无功功率 的相对量（或者功率因数或相位角）修改成PCM处的不同值。
[0047] 在最简单的情况下，调度器使绝对电厂相关参考值除以风力涡轮机的数量，以获 得针对风力涡轮机的各个对应参考值。例如，如果电厂相关参考值指示由（例如）10个具 有相等的额定功率的风力涡轮机构成的风力发电厂必须提供IMVAR的无功功率，那么调度 器可以为每一风力涡轮机生成相同的参考值（在这一例子中为0. 1MVAR)。但是，在其他实 施例中，所述调度器可能并不为风力发电厂的所有风力涡轮机都确定参考值。例如，与第二 排以及后面各排的涡轮机相比，风力发电厂的第一排的风力涡轮机通常经受较高的风速， 因为第一排的风力涡轮机提取的能量使得风速降低，等等。如果第一行的风力涡轮机已经 以额定功率运转或者已经超过了额定功率，而第二排、第三排……的风力涡轮机仍然在部 分负载模式内运转，那么在一些实施例中调度器命令第二排、第三排……的风力涡轮机的 产量在所述风力发电厂所要产生的无功功率当中占据比第一行的风力涡轮机更大的比重， 因为前者的变流器与后者的变流器相比在达到它们的电流极限之前能够吸纳更多的额外 电流进行无功功率产量。
[0048] 在实施例中，在发电网生故障之前的正常工作期间，通过电厂控制器控制风力发 电厂的各个风力涡轮机。如上所述，电厂控制器将一个或多个发电参数，例如，有功功率、无 功功率和/或所要产生的电压的参考值提供给风力发电厂的各个风力涡轮机。这一在没有 低压故障的情况下风力涡轮机根据中央电厂控制器提供的一个或多个发电参数的至少一 个参考值工作的模式又称为"额定电网操作模式"。
[0049] 将一些实施例的风力发电厂配置为在低压电网故障过程中和之后按照三个阶段 工作，即，故障阶段、之后的故障后支持阶段以及故障后支持阶段之后的额定电网操作阶 段。阶段数量三未必是穷举的，在一些实施例中，还可以在文中描述的三个阶段之前、之后 或者之间插入一个或多个其他阶段。在一些实施例中，每一阶段对应于电厂控制器和/或 风力涡轮机控制器的单个状态。因此，进入和离开某一阶段都意味着进入或者离开对应的 状态。在其他实施例中，所述阶段中的一者或多者由电厂控制器和/或风力涡轮机控制器 的多个状态构成。例如，如下文所述，在一些实施例中，故障后支持阶段由电厂控制器的故 障后状态和重获控制状态构成。
[0050] 故瞳阶段:
[0051] 全世界的很多电网代码的基本要求之一是风力涡轮机在低压电网故障过程中一 定不能与电网断开并且关闭，而是必须要穿越所述低压骤降。但是，如果低压状态持续则允 许风力涡轮机断开连接并且关闭。电网代码通常提供作为时间的函数的电压极限曲线。图 1示出了来自开头提到的E. ON电网代码2006的电压模式的示范性电压曲线。如果所述电 压保持在所述极限曲线以上，那么风力涡轮机一定不能断开。如果其降至所述极限线以下， 即进入阴影区域，那么允许断开。其他电网运营商或者国家的很多当前电网代码都定义了 类似的要求，例如，爱尔兰、西班牙、英国等的电网代码。
[0052] 在实施例中，将中央电厂控制器和/或本地风力涡轮机控制器配置为在故障阶段 提供低压穿越能力。
[0053] 在一些实施例中，将中央电厂控制器和/或本地风力涡轮机控制器配置为在检测 到低压故障时进入故障阶段。在一些实施例中风力涡轮机控制器在故障阶段将不遵循来自 中央电厂控制器的参考。在一些实施例中，在PCM和/或所讨论的风力涡轮机处的电网电 压降到额定工作范围以下或者另一进入故障阈值以下时进入故障阶段。在一些实施例中所 述电压降还必须持续某一最低时间间隔，例如，至少ΙΟ-lOOms，才能进入故障阶段。
[0054] 如果电压在预定最大故障持续时间内（例如，大约1到2秒以内）返回至额定 电网工作范围或另一离开故障阈值（其通常处于进入故障阈值以上，以提供滞后作用）， 将中央电厂控制器和/或本地风力涡轮机控制器配置为离开故障阶段转向故障后支持阶 段。在一些实施例中，在电压返回时并不立即离开故障阶段，而是在电压返回之后延长（例 如）500ms的故障返回延迟周期。
[0055] 在一些实施例中将中央电厂控制器配置为还在故障阶段控制风力涡轮机，使之穿 越电网故障。
[0056] 在其他实施例中，将中央电厂控制器和本地风力涡轮机控制器配置为在故障阶段 通过风力涡轮机实施的本地控制替代电厂控制器实施的中央控制；即，将风力涡轮机的本 地风力涡轮机控制器配置为在故障阶段在风力涡轮机的电输出方面对风力涡轮机进行自 主操作，从而使之穿越电网故障。
[0057] 在实施例中，风力涡轮机在故障阶段穿越故障，S卩，它们并没有因故障而关闭，仍 然保持连接至电网。在一些实施例中对风力涡轮机不强加任何额外的要求，即，不要求风 力涡轮机在故障阶段提供任何有功或无功功率。例如，这种做法顺应了西班牙电网代码 uResolucion de llfebrero de2005 ；P.0. 12. 2 ；Instalaciones conectadas a la red de transporte:requisitos minimos de diseno ,equiparniento, funcionamiento y seguridad y puesta en servicio，'，point 3, BOE no. 51，p. 7405-7430。
[0058] 在其他实施例中，风力涡轮机不仅必须提供故障穿越功能，而且此外还必须在故 障阶段向电网提供无功电流，以支持电网。在一些实施例中，故障阶段内的无功电流供应是 以中央电厂控制为基础的；在其他实施例中，是以本地风力涡轮机控制器实施的自主控制 为基础的。在一些实施例中所要产生的无功电流是电容性无功电流。变速风力涡轮机通常 配备有（满标度或部分标度）变流器，例如，其包括发电机侧逆变器、电网侧逆变器以及处 于所述逆变器之间的具有电压源（例如，电容器）的DC链路。所述电网侧逆变器连同所述 电压源能够起到类似于STATC0M(静态同步补偿器）的作用，因此充当无功电流源。
[0059] 在一些实施例中，在风力发电厂内提供一个或多个静态同步补偿器（STATC0M)。晶 体同步补偿器可以具有电容（例如，电容器组）、将所述电容耦合至内部电网的变流器以及 控制所述变流器的本地控制器。在这些实施例中的一些中，无功电流的产量，尤其是故障阶 段内的无功电流产量单独通过静态同步补偿器执行。在这些实施例的其他实施例中，风力 涡轮机变流器和所述静态同步补偿器联合产生所需的无功功率或电流。静态同步补偿器的 对无功电流或功率产量的控制的执行与风力涡轮机的类似；即，在一些实施例中，通过中央 电厂控制器执行，在其他实施例中通过本地STATC0M控制器执行。
[0060] 对于风力涡轮机和STATC0M变流器而言存在某些有关无功电流产量的限制：如果 在故障阶段失去了与电网的同步，那么可以不输送任何无功电流。所述变流器可以在故障 阶段的某一周期内阻塞，以作为一种自我保护措施。此外，任何风力涡轮机或STATC0M变流 器通常都具有电流极限。可能必须采用最大允许电流的某一比重使所采用的风力涡轮机能 够将其有功功率释放到电网内。因而，所述电流极限使故障过程中的无功电流产量局限于 该电流极限下的剩余电流余量。
[0061] 在一些实施例中根据一些电网代码的要求，响应于电网故障提供最大无功电 流。考虑到上文解释的电流和定时限制，"最大无功电流"是在风力涡轮机的变流器的电 流限制下，依据变流器与电网是同步还是根本不同步而能够产生的无功电流的量。提供 最大无功电流的实施例与涵盖范围很宽的一类电网代码相顺应，其例子为UK "The Grid Code"，Issue 4, Revision 10,2012,point CC. 6. 3. 15, and the Irish "EirGrid Grid Code"，version 3. 5, 2011，point WFPSL 4。
[0062] 在进一步的其他实施例中，在故障过程中不需要提供量太无功电流，而是由风力 涡轮机（或STATC0M)提供额外的量的无功电流，其在故障阶段取决于电网电压。与额定电 网电压的偏差越大，风力涡轮机（或STATC0M)要提供的额外无功电流的量就越高。"额外 无功电流"是除了故障之前产生的无功电流之外产生的无功电流。"额外无功电流" 一词还 适用于故障之前没有产生无功电流的情况；因而其简单地表示在故障阶段产生的总无功电 流（因为所述额外无功电流被加到了零无功电流上）。在一些实施例中，电压偏差和额外无 功电流产量之间的这一关系是线性的；因而额外无功电流产量对应于线性电压控制。就饱 和的情况而言，即，如果电压骤降的深度将需要比额定最大电流高的无功电流，那么产生额 定最大电流以提供无功电流。在一些实施例中在额定电压范围内存在死区；即，一旦电压处 于额定电压带内将不产生任何额外无功电流。一旦电压在故障阶段再次升高（到饱和电压 以上），无功电流产量将（例如）根据所述线性关系降低。
[0063] 图2中示出了根据一些实施例的故障阶段的电压控制：在发生低于额定电压范围 的电压骤降的情况下激活用以产生额外无功电流（这里为电容电流）的电压控制，例如，所 述电压骤降低于比额定电网电压Un低大约5%到大约-20%的值（在图2中将其示为处于 10%上）。所产生的额外无功电流的量线性依赖于与额定电压的电压偏差。在图2所示的 例子中，针对每一百分比的电压骤降，产生风力涡轮机（或STATC0M)能够输送的额定最大 电流的2%的量。假设在故障之前没有产生任何无功电流，那么在到额定电压的50%以及 更低电压的电压骤降上将达到饱和，这意味着将产生对应于额定最大电流的无功电流。一 旦电压在故障阶段再次升高到饱和电压（例如，50% ))以上，那么将根据图2中所示的线 性关系降低无功电流产量。在一些实施例中，如果电压升高到额定电压以上并且超过了额 定电压带的上限（例如，额定电压的110% )，那么产生额外的电容电流，例如，其根据相同 的线性关系线性依赖于与额定电压的电压偏差。在图2中也对此给出了图示。例如如图2 所示的在电网故障过程中提供电压调整的实施例遵从另一类电网代码，其例子为开头提到 的E. ON 2006电网代码。
[0064] 如已经提及的，在一些实施例中，将中央电厂控制器配置为在发生低压电网故障 的情况下还控制风力涡轮机（如果适当，还控制STATC0M)，以穿越电网故障。
[0065] 在其他实施例中，如果发生了低压电网故障，那么在故障阶段通过风力涡轮机自 身（以及STATC0M)实施的本地控制（又称为自主控制）代替电厂控制器实施的中央控制， 从而使风力涡轮机穿越所述低压故障。本地控制意味着，风力涡轮机将不再遵循电厂控制 器提供的一个或多个产量参数的，例如，有功功率、无功功率和/或所要产生的电压的参考 值，而是控制无功和/或有功电流自身的供应（就上文提到的除了有功功率之外的参考值 而言，如果适当的化，同样的做法还适用于STATC0M)。在一些实施例中，因此电厂控制器在 故障阶段中止提供或更新这些参考值，因为无论如何在故障阶段对风力涡轮机（以及在适 当情况下对STATC0M)的自主操作都不会遵循这些参考值。
[0066] 在一些实施例中，不管故障阶段内的控制是中央的还是本地的，电网故障检测都 是由电厂控制器执行的。一旦电厂控制器检测到满足电网故障的定义的电压骤降（到了进 入故障阈值以下的电压降，并且有可能持续最小时间间隔），就决定进入故障阶段，并将其 参考值改为故障阶段参考值（在中央故障阶段控制实施例中）或者相应地命令风力发电 厂的风力涡轮机，风力涡轮机将因此开始自主故障阶段控制（在本地故障阶段控制实施例 中）。在这些实施例中的一些中，由电厂控制器测量的触发这一改变的电压是PCM，例如， PCC处的电网电压。
[0067] 在其他实施例中，就本地故障阶段控制而言，由风力涡轮机（以及适当情况下的 STATC0M)本地执行使得风力涡轮机（以及适当情况下的STATC0M)进入故障阶段的电网故 障检测。一旦风力涡轮机（或STATC0M)控制器检测到满足电网故障的定义的电压骤降（达 到进入故障阈值以下的电压降，并且可能持续最低时间间隔）就自主判定已经到达故障阶 段并开始自主该值阶段控制。在这些实施例中的一些中，由风力涡轮机（或STATC0M)控制 器测量以触发这一改变电压是风力涡轮机（或STATC0M)端子（例如，处于风力涡轮机变压 器的高压侧）上的电厂内部电网电压，或者是风力涡轮机的变压器的低压侧的电压。
[0068] 在一些实施例中，在清除了故障时，终止故障阶段并做出向故障后支持阶段的转 换。例如，在电网电压返回到了所谓的电压返回阈值时，认为清除了故障，例如，所述阈值可 以是额定电网工作范围的下限，或者可以是低于所述下限的电压以确保滞后效应。例如， 电压返回阈值可以处于比额定电网工作范围的下限低额定电压的0-15%的范围内。在一 些实施例中，在电网电压返回至电压返回阈值时，并不立即终止故障阶段，也不立即作出转 换，而是仅在一定的延迟之后作出转换，例如，所述延迟在电网电压已经返回电压返回阈值 之后的IOOms到I. 5s的范围内。
[0069] 在一些实施例中，就本地故障阶段控制而言，测试电网电压是否达到了电压返回 阈值以及判断是否要作出向故障后支持阶段的转换的活动仍将由本地风力涡轮机（或 STATC0M)控制器执行。
[0070] 在采用本地故障阶段控制的其他实施例以及采用中央故障阶段控制的实施例中， 通过中央电厂控制器执行这些活动。在中央电厂控制器判定要做出转换时，其向风力发电 厂的一些或所有风力涡轮机的风力涡轮机控制器（和/或适当情况下的STATC0M控制器） 发送对应的命令（例如，其被称为"进入故障后命令"）。在采用本地故障阶段控制的实施 例中，本地风力涡轮机控制器尽管在故障阶段自主控制风力涡轮机，但是其可以在故障阶 段服从电厂控制器，并响应于进入故障后命令中止本地控制。
[0071] 在本地故障阶段控制实施例中的一些通过本地风力涡轮机（或STATC0M)控制器 执行电网电压是否达到了电压返回阈值的测试的实施例当中对照着所述阈值测试的电网 电压是风力涡轮机（或STATC0M)的端子（例如，处于风力涡轮机变压器的高压侧）处的电 厂内部电网的电压，或者是处于风力涡轮机的变压器的低压侧的电压。在其他的这一类型 的实施例中，对照所述阈值测试的电网电压是PCM处的电压。在PCM处测量的电压是通过 电厂控制器或者是在电厂控制器的监督下测量的，并且将表示PCM处的测得电网电压的信 息信号发送至本地电厂控制器。
[0072] 在所述实施例中的一些通过中央电厂控制器执行电网电压是否达到了电压返回 阈值的测试的实施例中，对照阈值所测试的电网电压是在PCM处测得的电压。
[0073] 故瞳后j持阶段:
[0074] 如开头所指示的，在清除故障之后立即从故障操作返回到采用故障前参考值可能 是电网的进一步恢复所禁忌的。例如，这是因为由于电厂控制器可能（至少最初）未知的 电网故障的原因阻抗可能已经发生了变化或者电网稳定性可能已经降低。
[0075] 由于预先不知道电网阻抗是否因故障而发生了变化以及发生了哪一方向的变化 (电感或电容），因而在故障后支持阶段通过中央电厂控制器执行控制，其控制风力发电厂 按照支持进一步的电网恢复的方式工作。
[0076] "支持"是指对风力发电厂加以控制，从而⑴仅提供实际功率（功率因数=1)， 或者（ii)采用支持电网恢复的电压参考执行电压控制。
[0077] 因此，在一些实施例中，将中央电厂控制器配置为在故障后支持阶段对风力发电 厂加以控制，使之仅提供实际功率，而不提供无功功率。仅提供实际功率是一种具有空档 (neutral)方式的操作，其至少不是电网恢复所禁忌的。
[0078] 在其他实施例中将中央电厂控制器配置为在故障后支持阶段对风力发电厂加以 控制，使之采用支持电网恢复的电压参考执行电压控制。无功功率的注入一般将提高或降 低PCM处的电网电压，其取决于注入的无功功率是电容性的还是电感性的以及电网的电感 性阻抗还是电容性阻抗占主导地位。
[0079] 在这些电压控制实施例中，可以采取不同的电压参考支持电网恢复，其取决于境 况。例如，在一个示范性实施例中，将中央电厂控制器配置为以额定电网电压作为电压参考 执行电压控制。这意味着中央电厂控制器通过无功功率注入使电压值（例如，PCM处的）保 持在额定电网电压上。
[0080] 在电压控制实施例的另一例子中，将中央电厂控制器配置为采用故障发生之前的 先前电网电压值作为电压参考，其接近额定电网电压（例如，处于额定电压的0. 95到1. 05 的范围内）。其动机可能在于电网中的其他电压调节器，例如，调节主次变压器绕组的比值 的抽头变换器通常非常慢。例如，如果电网在故障之前正在以I. 〇2pu(=比额定值高2% ) 的电压工作，那么在故障之后将所述系统的所有抽头变换器都调整至这一值，因而（在有 些情况下取决于电网拓扑结构）在故障后支持阶段采用这一电压（l.〇2pu)作为电压参考 可以是有利的。否则，采用额定电网电压作为电压参考可能造成变压器的次级绕组处欠压 (在所提到的例子中，次级绕组处的欠压可能是0. 98pu左右）。
[0081] 在电压控制实施例的又一例子中，将中央电厂控制器配置为采用故障发生以前的 先前电网电压值作为电压参考执行电压控制，所述电压值可能比先前例子中更加远离额定 电压。例如，风力发电厂可能是"天线连接的"，意思是电厂通过长分支线连接至输电网。由 于（除了风力发电厂本身之外）没有什么连接至所述分支线，因而没有必要使公共耦合处 具有额定电网电压。在这种情况下，能够提高分支线（连接至输电网的位置）以后的电压， 这样可以支持电网恢复。
[0082] 在所有的这些电压控制实施例中，通过无功功率注入借助闭环控制使（例如）PCM 处的电压值保持在参考电压上。在这些实施例中的一些中，故障后支持阶段包括测量PCM 处的电压，将测得的电压与参考电压进行比较，以及通过中央电厂控制器调节用于有功功 率产量或无功功率产量的参考值，以抵消测得电压与参考电压的任何偏差。例如，重复地测 量PCM处的电压，并将其与PCM处的预期电压水平（这里：额定电网电压）进行比较，产生 表示测得电压与额定电网电压的偏差的误差信号，所述误差信号使风力涡轮机产生所具有 的水平和符号（电感性的或者电容性的）适于抵消与参考电压的偏差的无功功率。
[0083] 如果在故障后支持阶段只产生有功功率，那么两种不同的示范性控制器实施方式 选项是：
[0084] -功率因数控制器的使用，其中，参考是功率因数PF = 1 ;这一控制器将采用电厂 级别（例如，PCM上）的测量有功功率和无功功率以及所述参考功率因数计算出在PCM上 实现PF = 1所需的由风力涡轮机（以及适当情况下的STATC0M)产生的正确Q ;
[0085] -无源功率控制器的使用，其中，参考是Opu无功功率；这一控制器将采用电厂级 的测量无功功率（例如，PCM上的）连同参考无功功率计算出在PCM上实现Q = 0所需的 由风力涡轮机（以及适当情况下的STATC0M)产生的正确Q。
[0086] 如果在故障后支持阶段执行采用Ipu的电压参考或者任何其他支持电压参考的 电压控制，那么一种示范性控制器实施方式采用在电厂级别（例如，在PCM上）测得的电压 作为反馈。这一控制器采用在PCM上测得的电压与电压参考的比较来调整Q，从而使PCM上 的电压等于或者至少接近所述电压参考。
[0087] 在一些实施例中，在故障后支持阶段就像在正常操作中那样注入有功功率。例如， 在处于所讨论的风力涡轮机的额定风速上或者超过所述额定风速的风速上，产生额定有功 功率，在低于额定风速的风速上，所产生的有功功率对应于在所述既定风速上可获得的量。 在故障后支持阶段激活额定电压控制的实施例中，如果风力涡轮机变流器的电流限度不允 许产生所需的有功和无功电流那么可以降低有功功率。此外，由于故障后支持阶段直接接 替故障阶段，因而有功功率产量中的瞬态在故障后阶段内仍将出现。例如，在一些实施例 中，所产生的有功功率的量在故障后支持阶段仍将从低值（其归因于这样的事实，即在低 压事件中只能注入降低的量的有功功率，甚至不注入有功功率）朝向上文提到的正常操作 过程中的有功功率产量坡升。
[0088] 在故障后阶段，能够对有功功率加以控制，以提供电网稳定性。例如，电厂控制器 能够在这一阶段激活缩减操作和/或激活频率控制。或者或此外，电厂控制器能够在这一 阶段激活阻尼控制器，从而对在PCM处检测到的电网振荡（频率振荡）产生阻尼作用。通 常，在故障之后，常规电厂可能由于轴振荡和/或控制影响而发生振荡。所述阻尼控制器 通过注入具有相反相位的振荡有功功率而抵消频率振荡；因而阻尼控制器将支持系统稳定 性。在这一周期之后，电厂控制器能够转成对可用风的最大跟踪能力。
[0089] 在故障后支持阶段通过中央电厂控制器执行对各个风力涡轮机（以及适当情况 下的STATC0M)的控制。中央电厂控制器提供至少一个参考值，其命令各风力涡轮机在空档 或支持模式下工作，即，不产生无功功率，或者根据电压参考执行电压控制。
[0090] 因此，在故障阶段内采用本地控制的实施例中，在实施从故障阶段到故障后支持 阶段的转换时，控制从本地风力涡轮机控制器实施的本地风力涡轮机控制切换至电厂控制 器实施的中央电厂控制。此外，在一些在故障阶段内采用本地电压控制的实施例中，电压控 制所基于的测得电网电压在故障阶段内是处于风力涡轮机的端子上的电厂内部电网电压 或者是风力涡轮机变压器的低压侧电压，在故障后支持阶段内是PCM处的电网电压。
[0091] 但是，在故障阶段内采用中央控制的实施例中，中央电厂控制器在所有的三个阶 段（故障阶段、故障后支持阶段、正常操作阶段）内控制本地风力涡轮机控制器（以及适当 情况下的STATC0M控制器），而不是在故障阶段内将控制让与本地控制器。
[0092] 额定电网橾作阶段:
[0093] 最后，在故障后支持阶段之后，风力发电厂进入额定电网操作阶段（又称为正常 操作阶段）。恢复在低压故障之前盛行的额定电网操作模式。这一正常操作阶段的特征在 于控制配置是客户或电网运营商所要求的默认控制配置；其可以不同于故障后阶段内激活 的支持电压控制或者仅有功功率注入。因此，现在电厂控制器提供不再与空档操作参考值 或者故障后支持阶段的支持操作参考值绑定的参考值。在一些实施例中，参考值反映电网 运营商的需求。这些参考值可以与故障前相同。或者，故障后参考值可以不同于故障前参 考值。例如，可以考虑从故障前到故障后电网状态的持久性变化，例如电网阻抗的变化，其 可能需要无功功率产量的变化。电网中的功耗量的变化和/或功率产量量的变化要求风力 发电厂的有功功率产量的变化或者缩减度的变化。
[0094] 在一些实施例中，离开故障后支持阶段，并响应于进入故障后支持阶段时开始的 事件间隔的到期而恢复额定电网操作模式。换言之，所述时间间隔表示故障后支持阶段的 持续时间。在这些实施例中的一些中，所述时间间隔是预定的，即是在故障发生之前设定 的。在其他实施例中，时间间隔的长度取决于故障的严重性，例如，电压骤降越深，所述时间 间隔越长。所述时间间隔的长度对电压骤降的深度的依赖性可以根据预定函数来确定。这 些实施例的共同点在于故障后支持阶段的持续时间与电网恢复的实际进展无关。
[0095] 但是，在其他实施例中，故障后支持阶段的持续时间取决于电网恢复的实际进展。 例如，在这些实施例中的一些中，在故障后支持阶段监视至少一个电网参数。如果确定至少 一个所监视的电网参数采取了指示额定电网状态的值，那么离开故障后支持阶段并恢复额 定电网操作模式。
[0096] 在一些实施例中，所述电网参数是电网的电参数，例如，电网电压和/或电网频 率。在一些实施例中，在电网电压和/或电网频率返回到了其额定电压和/或频率范围时， 恢复额定电网操作模式。在一些实施例中恢复额定电网操作模式要满足一个额外条件，即， 电网电压和/或电网频率已经在该范围内保持了某一指示稳定额定电网状态的时间段（例 如，处于2到60秒的范围内）在其他实施例中，电网电压和/或电网频率的绝对值不是或 者不完全是决定性的。相反（或者或此外），它是对电网电压和/或电网频率的振荡进行 监测的结果，额定电网操作模式以之为基础。这是因为在故障之后的电网恢复过程中，有时 存在一个不稳定时段，其经常表现出这样的振荡。因此，在一些实施例中，监视电网电压和 /或电网频率的振荡，并且在振荡幅度降到指示电网稳定性的振荡阈值以下时，并且有可能 已经在这一阈值以下保持了某一延迟周期（例如，处于2到60秒的范围内）时，恢复额定 电网操作模式。
[0097] 在其他实施例中，所监测的电网参数是电网的相关部分的，例如将风力发电厂连 接至电网的主要部分的连接输电线的阻抗。电厂控制器可以在（例如）对所讨论的电网部 分和电网元件的认知以及电厂控制器接收到的表示诸如断路器、开关、变压器抽头等的阻 抗改变电网元件的电流设置的信号的基础上确定所讨论的阻抗。在阻抗评估表明阻抗处于 额定操作的阻抗范围内，并且任选已经在该范围那保持了某一延迟周期（例如，处于2到60 秒的范围内）时，恢复额定电网操作模式。
[0098] 在有一些实施例中，所述电网参数是在故障后支持阶段接收自电网运营商的指示 电网已经恢复的信息信号。在接收到这一信号时，在这些实施例中恢复额定电网操作模式。 [0099] 一般而言，中央电厂控制器和本地风力涡轮机控制器除了具有低压穿越功能之外 还具有很多其他功能。因此，在一些实施例中，中央电厂控制器包括很多不同的控制程序功 能，其中之一是负责低压穿越功能。
[0100] 在一些实施例中，在中央电厂控制器中通过不同状态表示低压穿越过程中的不同 阶段。相应地，所述控制程序的负责低压穿越功能的部分是实施不同控制状态的状态机，其 又称为低压穿越状态机。所述低压穿越状态机的控制状态可以包括：
[0101] (a)在故障阶段内生效的故障状态；
[0102] (b)在故障后支持阶段内生效的故障后状态；
[0103] (C)在正常电网操作阶段内生效的正常操作态。
[0104] 在一些实施例中，状态（C)(正常操作）不作为低压穿越状态机的部分实施，因为 其属于风力发电厂的正常操作。作为替代，因此某些低压穿越状态机具有状态（c'）作为替 代，该状态是在从故障后支持阶段到额定电网操作阶段的过渡当中生效的重获控制状态， 其能够使低压穿越机支持从故障后状态到额定电网操作的过渡。恢复控制状态（C'）是故 障后状态和额定电网操作之间的过渡态。
[0105] 即使在两个或三个阶段或态内由中央电厂控制器执行电压控制，即，在一些实施 例中将中央电厂控制器配置为单独地并且独立于其他阶段或态执行这些阶段或态中的每 者当中的电压控制，也可以在所有的阶段或态内对电压控制参数做出不同的选择，其能够 使得故障穿越和电网恢复通过一种改进的并且灵活的方式执行。电压调整中采用的可以做 出不同选择的电压控制参数是电压参考和/或以测得电压为转移的无功功率/电流的函数 的斜率或下垂（这样的下垂（droop)函数的例子如图2所示；这一函数的斜率是电压与额 定电压的每1 %的偏差配〇. 5 %的额外无功电流。
[0106] 在一些实施例中，就故障阶段内采用本地控制的情况而言，即，就在故障阶段内由 本地风力涡轮机控制器（以及适当情况下的STATC0M控制器）接替电厂控制器的控制功 能的实施例而言，将中央电厂控制器配置为在进入故障阶段时，"冻结"中央电厂控制器的 在额定操作中提供发电控制的至少这部分的状态，并存储至少一个控制变量的故障前操作 值。"冻结"是指使所述状态不发生变化。这一存储并且冻结的控制变量可以是下述变量的 至少其中之一：无功功率参考值、有功功率参考值以及电厂控制器的积分器分量。在恢复额 定电网操作模式时，在一些实施例中，中止中央电厂控制器的冻结，并采用至少一个所存储 的来自故障前操作的控制变量值恢复中央发电厂控制。可以在风力涡轮机在故障阶段内不 听命于中央电厂控制器的实施例中执行冻结；否则在其他在故障阶段内通过电厂控制器实 施控制的实施例中，中央电厂控制器能够在无需冻结的情况下采用不同的控制状态渡过不 同的阶段。
[0107] 在这类采用状态机的实施例中，"故障状态"也可以称为"冻结控制状态"。
[0108] 在本地控制实施例中，在故障阶段内，风力涡轮机（以及适当情况下的STATC0M) 不再遵循电厂控制器提供的任何无功功率参考，因为控制是传达至本地风力涡轮机（和/ 或STATC0M)控制器的。在一些实施例中，电厂控制器具有积分部件（例如，其为PI或PID 控制器）。电厂控制器可以包括反馈电压控制器，其目标在于在实际PCM电压和目标PCM电 压之间的差的基础上评估误差信号，并将适当的无功功率参考提供至各风力涡轮机，以抵 消这样的电压差，由此使PCM上的电压保持目标值。电压控制器的所述积分部件（例如）对 所述电压差积分。因而，所述误差信号具有对应于所述电压差的积分的分量。在这些实施例 中，"冻结"可以指避免累积控制器的积分项。当在故障阶段内通过本地风力涡轮机控制器 接替电厂控制器的功能时，风力涡轮机不再遵循电厂控制器发出的任何无功功率参考。为 了避免积分器继续累积最后变得饱和，在这些实施例中的一些中，冻结所述积分器，换言之 所述受到冻结的控制器的状态包括无功功率参考值和/或电厂控制器的PCM电压控制器的 积分器分量。所存储的至少一个控制变量的故障前操作值可以是在风力发电厂和中央电厂 控制器返回正常操作，即额定电网操作时重新采用的故障前积分器分量值。
[0109] 上文对实施例的一般方面的描述以及从属权利要求的主题尽管是相对于风力发 电厂介绍的，但是还涉及在中央电厂控制器当中以及在处于故障阶段时采用本地控制的实 施例中部分地在本地风力涡轮机控制器（以及适当情况下的STATC0M控制器）中实施的方 法本身。
[0110] 例如，所述中央电厂控制器和本地风力涡轮机控制器可以是控制计算机，它们每 者具有中央处理单元（CPU)、用于控制程序和数据的存储器、输入/输出（I/O)接口以及连 接所述CPU、存储器和I/O接口的数据总线。
[0111] 在一些实施例中，所述控制系统是分布式系统，例如，其具有几个相互连接的微处 理器的形式，例如，一个或多个用于电厂控制器的微处理器和/或一个或多个用于每一风 力涡轮机的微处理器。
[0112] 在一些实施例中，将控制器"配置为"执行某一活动的概念是指对控制器，即控制 计算机编程以执行这一活动。例如，以非瞬态方式按照存储在存储器内的指令和数据的形 式实施所述用于执行在发生瞬态低压故障的情况下对风力发电厂的电输出进行控制的方 法的控制程序，并且当在控制计算机的CPU中运行所存储的所述程序时，将执行所述方法。
[0113] 因而，在一些实施例中，"将……配置为执行或引起某一方法相关活动"这类的表 达是指按照某种非暂态的方式对表示所讨论的控制器的计算机编程，因而在所述计算机程 序被运行时，其将使得所述方法相关活动得到执行。通过这种方式定义的风力发电厂至少 通过这一专用程序设计（即，这一专用计算机程序的存储）而区别于未被配置为（例如未 被编程为）执行所述方法相关活动的相同硬件（如果有的话）。
[0114] 上文描述了在进入故障阶段时"冻结"中央电厂控制器作为本地控制实施例的任 选功能，可以将其添加到独立权利要求1和14中描述的功能当中。但是，所述控制器冻结 功能也可以用在没有故障后支持阶段的风力发电厂和方法当中，因此在权利要求15和18 中对其做出了独立地权利主张。在权利要求15和18的背景下，所描述的故障后支持阶段 是任选的。
[0115] 当在故障阶段内由本地风力涡轮机控制器接管电厂控制器的功能并且风力涡轮 机在一些实施例中进入所述故障阶段时，"冻结"中央电厂控制器的在额定操作模式内提供 发电控制的至少那部分的状态，并存储至少一个控制变量的故障前操作值。"冻结"是指使 所述状态不发生变化。这一存储的或者冻结的控制变量可以是下述变量的至少其中之一： 无功功率参考值、有功功率参考值和电厂控制器的积分器分量。在恢复额定电网操作模式 时，在一些实施例中，中止中央电厂控制器的冻结，并采用至少一个所存储的来自故障前操 作的控制变量值恢复中央发电厂控制。
[0116] 在一些实施例中，在故障阶段内风力涡轮机（以及适当情况下的STATC0M)不再 遵循电厂控制器给出的任何无功功率参考，因为控制转移给了本地风力涡轮机（和/或 STATC0M)控制器。在一些实施例中，电厂控制器具有积分部件（例如，其为PI或PID控制 器）。电厂控制器可以包括反馈电压控制器，其目标在于在实际PCM电压和目标PCM电压之 间的差的基础上评估误差信号，并将适当的无功功率参考提供至各风力涡轮机，以抵消这 样的电压差，由此使PCM上的电压保持目标值。电压控制器的所述积分部件（例如）对所 述电压差积分。因而，所述误差信号具有对应于所述电压差的积分的分量。在这些实施例 中，"冻结"可以指避免累积控制器的积分项。当在故障阶段内由本地风力涡轮机控制器接 管电厂控制器的功能时，风力涡轮机不再遵循电厂控制器给出的无功功率参考。为了避免 积分器继续累积最后变得饱和，在这些实施例中的一些中，冻结所述积分器，换言之所述受 到冻结的控制器的状态包括无功功率参考值和/或电厂控制器的PCM电压控制器的积分器 分量。所存储的至少一个控制变量的故障前操作值可以是在风力发电厂和中央电厂控制器 返回正常操作，即额定电网操作时重新采用的故障前积分器分量值。
[0117] 在一些冻结控制器实施例中，中央电厂控制器包括实施不同控制状态的低压穿越 状态机，所述控制状态包括在故障阶段内生效的冻结控制状态以及正常操作状态或者在向 额定电网操作阶段过渡的过程中生效的重获控制状态。可以由故障后状态，但是其是任选 的。
[0118] 也可以将从属权利要求2、4到12的任选主题与独立权利要求15和18结合。
[0119] 实施例的详细描述
[0120] 图3 :风力发电厂
[0121] 图3的示范性风力发电厂具有多个风力涡轮机2,其分别通过2. 1、2. 2和2. 5表 示。每一风力涡轮机2具有带转子叶片4的转子3,所述转子叶片以可旋转方式受到安装 在塔架6上的机舱5的支撑。转子3驱动发电机7。为了实现可变转子速度，通过变流器8 将发电机产生的电流转换成适于固定电网频率（例如，50Hz或60Hz)的电流，例如，通过满 标度变流器或者双重馈电感应发电机（DFIG)的变流器。变流器8使得所要产生的电流根 据预期具有相对于电网电压的任意相位，由此使得可变无功功率得以产生。变流器8还允 许所产生的电压的幅度在某些限度内发生变化。每一风力涡轮机2具有本地风力涡轮机控 制器22,其命令风力涡轮机的变流器8生成具有具体的相位和电压的电流。
[0122] 每一风力涡轮机2具有风力涡轮机2输出所产生的电功率的端子9。通过电厂内 部电网11将风力发电厂1的风力涡轮机2电连接至公共耦合点（PCC) 10。内部电网11的 内部线路12的各段的阻抗通过由13a-13d所示的框表示。
[0123] PCC 10是风力发电厂1电连接至外部公用电网14的点。所述公用电网14包括 (例如）远方的高压输电网15以及风力发电厂1借以连接至远方的高压输电网15的支线 连接16。例如，支线连接16可以包括两条电并联支线17a、17b。每条支线17a、17b在其 (例如）两端设有开关18a、18。一旦（例如）在所讨论的支线17a、17b中发生了短路，那 么网络操作员可以借助于所述开关使支线17a、17b之一不工作。可以包括（例如）直接处 于PCC 10的下游并且通过其次级绕组连接至PCClO的变压器19a、19b的支线17a、17b的 阻抗是通过20a、20b所示的框表示的。
[0124] 风力发电厂1配备有中央电厂控制器21。中央电厂控制器21通过控制网络23与 本地风力涡轮机控制器22通信。例如，将控制网络23实现为总线系统，S卩，CAN总线（ISO 11898)或以太网总线（IEEE 802. 3)。在图3中，采用虚线绘制控制线，从而将它们与画成 实线的电网线区分开。
[0125] 中央电厂控制器21具有几个输入，图3示出了它们当中的三个。所述输入之一是 外部实体，例如，公用电网运营商能够用以提供与风力发电厂1所要输送的电相关的规定 或需求信息的外部控制输入24。例如，公用电网运营商能够要求风力发电厂1在PCC 10或 者内部电网11、支线连接16或输电网15中的另一点上输送某一电压V或者某一量的无功 功率Q。公用电网运营商的其他需求可以是（例如）就公用电网14中过频的情况而言由风 力发电厂1产生的有功功率的上限，或者是可以通过绝对措辞或者相对措辞表达的缩减水 平。面向外部控制输入24的信息信号未必是需求信号；在一些实施例中，其为定义中央控 制器对风力发电厂1中测得的参数的响应的功能参数。例如，在一些实施例中，所述信息信 号是定义测得电压（参照下一段落）向所要产生的无功功率的映射的下垂函数的斜率。
[0126] 图3所示的对中央电厂控制器21的第二输入是中央测量输入25 ;例如，它是表示 在公共测量点（PCM) 26上测得的电压和/或无功功率的信号。PCM26可以与PCC 10重合。 或者，PCM 26可以在外部电网14内（例如，在支线连接16或者输电网15内）处于PCC 10 的上游，或者在内部电网11内处于PCClO的下游，在图3中通过27和28标出。
[0127] 对中央电厂控制器21的第三输入是阻抗指示输入29。例如，阻抗指示输入29接 收指示支线17a和/或支线17b是处于工作中还是不工作的信号。其可以是指示开关18a 和/或18b是处于闭合状态还是断开状态的信号。由于风力发电厂1到电网14的电连接 的阻抗（更准确地说：支线连接16到输电网15的总阻抗）是阻抗20a、20b的合并，因而支 线连接16的阻抗取决于支线17a和/或支线17b是处于工作中，而且将在支线17a/17b之 一关闭时发生变化。
[0128] 中央电厂控制器21具有经由控制网络23向本地风力涡轮机控制器22的参考值 输出30。
[0129] 本地风力涡轮机控制器22也可以具有几个输入，图3中示出了它们当中的两个。 所述输入之一是参考值输入31，其经由控制网络23接收来自参考值输出30的信号。第二 输入是本地测量输入32。表示本地测量输入32的信号是（例如）在相关风力涡轮机2的 端子9上测得的电压和/或无功功率。测量风力涡轮机的端子9上的电压和/或无功功率 是指测量相应的风力涡轮机2用以连接至PCC 10的内部线路12的阻抗13a-13d的上游的 电压和/或无功功率，并且是指测得的无功功率是所讨论的风力涡轮机2产生的无功功率 (不是？01126、27、28上的由风力发电厂1产生的无功功率的和）。由于阻抗13 &-13(1的原 因，在风轮机的端子9处测得的电压一般将不同于在PCM 26、27、28上由中央电厂控制器21 测得的电压。类似地，在风力涡轮机的端子处测得的无功功率之和一般将不同于中央电厂 控制器21在PCM 26、27、28处测得的无功功率。
[0130] 中央电厂控制器21和本地风力涡轮机控制器22都被安排在反馈模式内工作，在 该模式内，它们将来自（例如）参考输入24、31的参考值与来自（例如）测量输入25、32 的测量值进行比较，并在两输入值之间的差的基础上产生控制信号。
[0131] 控制网络23是能够实现中央电厂控制器21和本地风力涡轮机控制器22之间的 双路通信的双向网络。例如，采用上行链路方向（即，从中央电厂控制器21到本地风力涡 轮机控制器22)的方向将针对电压和/或无功功率的参考值从电厂中央控制器21发送至 本地风力涡轮机控制器22。风力涡轮机2可以采用下行链路方向将有关风力涡轮机的当前 工作状态的，例如，有关当前产生的有功功率的量的信息返回至中央电厂控制器21 (在图3 值仅画出了上行链路箭头）。
[0132] 在一些实施例中，中央电厂控制器21发出的参考输出30是针对所有的风力涡轮 机2. 1到2. 3的供参考值。在这些实施例中，可以要求风力发电厂1的所有风力涡轮机2 根据公共参考值产生相同的电压或无功功率。在其他实施例中，各风力涡轮机2接收来自 中央电厂控制器21的独立参考值。
[0133] 在采用STATC0M的实施例中，使电容器组经由与风力涡轮机变流器8类似的 STATC0M变流器与内部电网连接。STATC0M变流器还耦合控制网络23，并且从电厂控制器 21的参考值输出30接收无功功率或无功电流参考值信号。
[0134] 图4 :控制器结构
[0135] 风力发电厂1的总的控制器结构包括中央电厂控制器21和本地风力涡轮机控制 器22。在图4的实施例中，任选的STATC0M还设有STATC0M控制器33。
[0136] 测量评估器34可以是单独的单元，并且位于PCM 26、27、28处；在其他实施例中， 它是中央电厂控制器21的部分。
[0137] 在图4所示的示范性实施例中，中央电厂控制器21包括如下功能实体：又称为 "LVRT状态机"的LVRT控制模块35 (LVRT表示"低压穿越"、无功功率控制器36 (简称为"Q 控制器"）和有功功率控制器37 (简称为"P控制器"）。
[0138] 测量评估器34接收PCM 26、27、28(图3)上的作为时间的函数的测量电压和电流 作为输入信号25(图3)。其包括被布置为检测电压降的LVRT检测器38。如果LVRT检测 器38确定电压降到了故障阈值以下，并且在该处持续了最低时间间隔，那么其将产生指示 已经发生了故障的LVRT标志39。在图4所示的范例中，测量评估器34还由输入信号生成 指示无功功率的信号Qtoedbad0和/或绝对电压值Vtoedbad0以及任选的电网频率f toedbac;k)和 /或有功功率P (feedback) °
[0139] LVRT状态机35接收LVRT标志39,并在LVRT标志39指示发生电网故障的情况下 控制Q控制器36和P控制器37的功能，下文将对此予以描述。在一些实施例中，LVRT状 态机35还接收指示电网阻抗20a、20b的信号29 (图3)。
[0140] Q控制器36接收测量评估器34生成的对于Q控制适切的信号，S卩Q(feedbaek)和/或 V(feedback) ? 此外，其还接收外部控制输入24(图3)，这里为风力发电厂1要产生的有功功率 Pref/ext的外部参考值和/或风力发电厂1所要产生的无功功率Qref/ext的外部参考值和/或 电压控制的外部参考值，即要在PCM 26、27、28上获得的电压V,ef以及任选的定义从测得电 压到所要产生的无功功率的映射的下垂函数的斜率。
[0141] Q控制器36包括V-Q-PF控制器40和Q设定点分配器41。V-Q-PF控制器40在对 Q控制器36的输入的基础上生成针对风力发电厂1所要产生的无功功率的内部总参考值 QMf。"V"表示电压，"Q"表示无功功率，"PF"表示功率因数；"V-Q-PF"由此指示使V-Q-PF 控制器40能够接收V和/或Q和/或PF作为外部参考，并基于此产生内部参考值Q,ef。
[0142] Q设定点分配器41将总Q,ef划分成风力涡轮机2. 1、2. 2、2. 3 (图3)的各本地控制 器22以及适当情况下的STATC0M控制器33的各无功功率设定点Qset (图3中的30)。Q设 定点分配器还从本地风力涡轮机控制器22以及适当情况下的STATC0M控制器33接收信号 Qavail，其指示可用无功功率，即，当前各风力涡轮机以及适当情况下的STATC0M最多能够产 生的无功功率量。例如，风力发电厂内第一排的风力涡轮机将比第二排、第三排……遇到更 大的风，因此可以以额定电流工作，以产生额定有功功率，其只留下很小的无功功率产量余 量，而后者仍然以部分载荷工作，因此具有更大的可用于无功功率产量的电流余量。Qavail的 信令使Q设定点分配器41能够在不限制风力发电厂1的总P产量的情况下根据各风力涡 轮机2(以及适当情况下的STATCOM)的能力划分所要产生的总Q ief。
[0143] 如开头所指出的，"无功功率"这一概念包括其他相关参数，例如，无功电流、功率 因数等。因此，例如，参考值GU也可以指示风力发电厂1产生的无功电流的量，Q srt可以指 示无功电流设定点。因而，也可以采用无功电流设定点而不是无功功率（以及任选的有功 功率）设定点命令风力涡轮机2和/或STATC0M。
[0144] P控制器37接收测量评估器34生成的对于P控制而言适切的信号，即f(feedbaek)和 /或V (feedback) ° 其还从本地风力涡轮机控制器22接收信号Pavai 1，其指示可用有功功率， 艮P，当前各风力涡轮机最多能够产生的有功功率量。在一些实施例中其还从电网运营商接 收外部控制输入（图3中的24)，例如，缩减信号，其能够规定应当对风力发电厂1的P产量 做出什么程度的缩减。可以通过绝对措辞（例如，以MW为单位）或者可以通过相对措辞表 述所述缩减规定，例如，所述相对措辞是电厂的额定有功功率或者风力发电厂1当前能够 产生的作为P avail的和的有功功率的百分比。
[0145] P控制器37包括频率（f)和有功功率⑵控制器42以及P设定点分配器43。F 和P控制器42在来自测量评估器34的向P控制器36的输入，即f(feedbaek)和/或P(feedbad0 的基础上生成要由风力发电厂1产生的有功功率的内部总参考值PMf。例如，在电网频率 f(feedback)高于频率阈值时，f和P控制器42可以生成降低的Pref的值。如果风力发电厂1在 缩减模式下工作，那么在电网频率f (fMdbad〇低于频率阈值时，f和P控制器42也可以生成 提高的PMf值，以促进电网的频率控制。
[0146] 在具有外部缩减功能的实施例中，外部缩减信号（图3中的24)还影响PMf的评 估。例如，如果所述信号要求所产生的有功功率应当是风力发电厂当前能够产生的有功功 率的X%，那么将P ref设为所有Pavail的和的X%。
[0147] P设定点分配器43采用Pavail信息将总PMf划分成针对风力涡轮机2. 1、2. 2、 2. 3(图3)的各本地控制器22的各有功功率设定点Pset(图3中的30)。所述划分未必一 定是均匀的，例如，对经受较高载荷的第一行的风力涡轮机的缩减可以比那些具有较低载 荷的风力涡轮机的缩减更多。
[0148] 本地风力涡轮机控制器22包括本地Q控制器44和本地P控制器45。STATC0M控 制器33在适当的情况下还具有本地Q控制器44。在风力发电厂1内采用STATC0M根据中 央电厂控制器21发送的参考调节无功功率。就无功功率产量而言，STATC0M可以看作是另 一风力涡轮发电机；因此，针对风力涡轮发电机2的控制配置同样适用于它。
[0149] 本地Q控制器44接收它们的各Qset值（图3中的31)作为输入。另一输入是指 示在风力涡轮机（或者STAC0M)的端子9处测得的无功功率的信号（图3中的32)，在图4 中将其称为 Q (feedback) ° 本地Q控制器44生成针对风力涡轮机（或STATC0M)的变流器8的 控制信号，其使得相应的变流器8根据Qsrt的各个值来产生某一量的无功功率。
[0150] 本地控制器22的被称为"Qavail"的功能确定最多能够产生的无功功率的量，例如， 其方式是评估在盛行操作条件下剩余的用于无功功率产量的电流余量。其生成反馈至电厂 控制器21的Q avail信号。
[0151] 本地P控制器45接收它们的各Pset值（图3中的31)作为输入。另一输入是 指示在风力涡轮机的端子9处测得的有功功率的信号（图3中的32)，在图4中将其称为 P (feedback) ? 本地P控制器45生成针对风力涡轮机的变流器8的控制信号，其使得相应的变 流器8根据Psrt的各个值来产生某一量的有功功率。
[0152] 本地控制器22的被称为"Pavail"的函数确定最多能够产生的无功功率的量，例如， 其方式是测量和/或确定当前盛行风速，并在风力涡轮机2的功率曲线的基础上计算在所 述盛行风况下能够产生的多大量的有功功率。其生成反馈至电厂控制器21的P avail信号。
[0153] LVRT 检测：
[0154] LVRT逻辑35 (LVRT状态机）位于中央电厂控制器21内。测量评估器34连续地监 测PCM26、27、28处的电网电压。如果测量评估器34的LVRT检测器38检测到低压状况，那 么其将向中央电厂控制器21发送信号，例如，LVTR标志39"开"。其起着中断作用。在故 障阶段内采用本地控制的实施例中，在接收到这一信息时，中央电厂控制器21将冻结其控 制变量中的至少一些。
[0155] 在发生低压状况时；例如，如果PCM 26、27、28上的电压处于低压阈值以下（例 如，额定电网操作范围的较低水平）那么激活LVTR标志39"开"。在PCM 26、27、28处于 正常电压状况时，例如，在PCM 26、27、28处的电压处于电压返回阈值以上时激活LVTR标志 39 "关"。
[0156] 由于在一些实施例中，测量装置和PPC之间的通信不同步，并且由于故障可能很 容易持续比中央电厂控制器21的抽样时间（例如，其可以约为100ms)短的时间，因而这些 LVRT "触发"在一些实施例中具有特殊性质。
[0157] 在LVRT状态机35对LVTR标志39 "开"进行去活之前LVTR标志39 "开"信号一 直保持激活，例如，所述去活是因为：通过将每一相内的实际电压（例如，被计算成一周期 RMS或者滑动窗口平均窗口）与低压阈值进行比较而检测到低压状况。此时，为LVTR标志 39 "开"赋值"1"（=激活）。所有这些功能都可以通过测量评估器34内的LVRT检测器 38执行。在下一抽样时间上，LVTR标志39 "开"信号将迫使电厂控制器21从正常控制切 换至通过LVRT状态机35实施的控制；S卩，它是LVRT_0N触发器。LVRT状态机35连续地监 测LVTR标志39 "关"信号，在这一信号转高时状态机将释放所述LVRT_0N触发器。如果低 压状况持续了短时间段，那么这种情况可能在第一抽样处就已经发生了，对于具有较长时 间的故障的状况而言，这种情况可能发生在所述过程的较晚时候。
[0158] 所述中断的一种示范性实现可以如下：LVTR标志39"开"信号是LVRT_0N触发器； 即激活电厂控制器软件中的中断，并且将对另一个或者静态LVTR标志39 "开"进行内部锁 存。这一静态信号保持这一值直到LVRT状态机35在受到LVRT_0FF触发器激活时对其复 位为止，在LVRT状态机35控制器接管所述控制时，它将是所要考虑的实际LVRT_0N触发器 信号。
[0159] 图5和图6 :LVRT状杰机的实施例
[0160] 图5和图6示出了 LVRT状态机35的第一实施例和第二实施例实施的不同状态以 及这些状态之间的转换。
[0161] 冻结控制状态（"FREEZE-CTRL"）和故障后状态（POST-FAULT)中的控制活动可 以是无功功率相关的或者是有功功率相关的。在图5的实施例中，存在一个冻结控制状 态（FREEZE-CTRL)47和一个故障后状态（POST-FAULT)48,它们包括无功功率相关的和有 功功率相关的控制。在图6的实施例中，存在无功功率相关子态和有功功率相关子态，它 们又称为 FREEZE-Q-CTRLa、FREEZE-P-CTRL 47b、POST-FAULT-Q 48a 和 P0ST-FAULT-P48b。 子态 FREEZE-Q-CTRL 47a 和 FREEZE-P-CTRL 47b -起形成了 FREEZE-CTRL 状态。子态 POST-FAULT-Q 和 POST-FAULT-P -起形成了 POST-FAULT 状态。
[0162] 将LVRT状态机35设计为是对中央电厂控制器21的正常操作软件的打断。在进 入LVRT模式时，执行图5和图6所示的转换。只有在运行了整个LVRT控制序列之时或者 在存在警报的情况下才会发生从LVRT模式的退出。
[0163] 图5示出了 LVRT状态机35的第一实施例，其中，具有正常操作的模式46是V控制 模式（电压控制模式）或Q控制模式（无功功率控制模式）或PF控制模式（功率因数控 制模式）。在检测到低压故障时，发生从正常操作模式46向LVRT控制模式的转换，在LVRT 控制模式中，LVRT状态机35将变为生效（在图5和图6中"35"也指示LVRT控制模式）。
[0164] 图5的LVRT状态机35实施冻结控制状态47 (FREEZE-CTRL)、故障后状态 48 (POST-FAULT)、重获控制状态（REGAIN-CTRL)和警报处理态（ALARM)。
[0165] 在下表中列举了图5中所示的这些状态之间的转换：
[0166] 名称 描述 SCNl 从正常控制模式变为LVRT控制模式 SC12 从 FREEZF厂CTRL 变为 P0ST-FA11T SC21 从 P0ST-FAL1T 变为 FREEZE-CTRL SC23 从 POST-FALIT 变为 RF乂;ATN-CTRL SC32 从 REGA T N-CTRL 变为 P0ST-FA11T SC31 从 REGA TN-CTRL 变为 FREEZE-CTRL SC3N 从REGAIN-CTRL变为正常控制模式 Al iA FREEZE-CTRL 变为 ALARM A2 iAPOST-FALlT 变为 ALARM A3 M REGA TN-CTRL 变为 ALARM
[0167] 在FREEZE-CTRL状杰47中采取的示范性动作包括下面的一者或多者：
[0168] 〇冻结所有针对WTG以及在适当情况下针对STATC0M(如果有的话）的无功功率 参考；
[0169] 〇冻结所有针对WTG的有功功率参考（如果有的话）；
[0170] 〇如果适当的话将STATC0M电容器组状态/参考冻结为实际值；
[0171] 〇存储并冻结电压控制器中的积分分量；
[0172] 〇存储并冻结无功功率控制器中的积分分量；
[0173] 〇使所分配的定时计数器复位；
[0174] 〇运行电容器组监督（如果适当的话）；
[0175] 〇运行警报管理。
[0176] 在POST-FAULT杰48中采取的示范性动作包括下面的一者或多者：
[0177] 〇释放所有针对WTG以及任选的STATC0M(如果有的话）的无功功率参考；
[0178] 〇如果电压控制器具有积分分量（例如，如果电压控制器是比例积分（PI)控制 器）：释放PI电压控制器的积分分量；
[0179] 〇释放所有针对WTG的有功功率参考（如果有的话）；
[0180] 〇在Q = 0的情况下运行无功功率控制器，在PF = 1的情况下运行功率因数控制 器，或者在具有I. Opu或者其他支持电压参考（先前电压参考可以不同于I. Opu或者所述 支持电压参考）的情况下运行电压控制器；
[0181] 〇检查返回条件（例如，检查电网电压的稳定性，例如，电网电压是否保持在某些 容限内）；
[0182] 〇运行电容器组监督（如果适当的话）；
[0183] 〇运行警报管理。
[0184] 在REGAIN-CTRL49中采取的示范性动作包括下面的一者或多者：
[0185] 〇释放PI无功功率控制器的积分分量；
[0186] 〇更新所分配的定时计数器；
[0187] 〇运行电容器组监督；
[0188] 〇运行警报管理。
[0189] ALARM状杰50采取的示范性动作：
[0190] 〇设置将传送至更高层次上的警报处理系统的警报代码；
[0191] 〇准备退出LVRT状态机；
[0192] 〇复位操作。
[0193] 图6示出了 LVRT状态机的第二实施例35'，其中，所述正常操作模式可以是图5中 的无源功率相关正常操作模式46a (V控制模式、Q控制模式或PF控制模式）或有功功率相 关正常操作模式46b，例如，P控制模式（有功功率控制模式）或f控制模式（频率控制模 式）。在检测到低压故障时，发生从正常操作模式46a或46b向LVRT控制模式的转换，在 LVRT控制模式中，LVRT状态机35将变为生效。
[0194] 图6的LVRT状态机35实施再分成无功功率相关子态和有功功率相关子态的冻结 控制状态、冻结Q控制状态47a (FREEZE-QCTRL)和冻结P控制状态47b (FREEZE-PCTRL)。其 还实施再分成无功功率相关子态和有功功率相关子态的故障后状态、故障后Q态48a (故障 后Q)和故障后P态48b (故障后P)。最后，其具有重获控制状态49 (重获CTRL)和警报处 理状态50 (警报）。
[0195] 在下表中列举了图6中所示的这些状态之间的转换：
[0196] 名称 描述 SCNl 从丨I:常拉制投式变为FREEZE-Q/PCTRL SClN 从FREEZE-PCTRL变为丨|:常松式 SC l 2 从 FREEZE-QCTRL 变为 POST-RUIT-Q SC21 从 POST-RUIT-Q 变为 FREEZE-QCTRL SC23 从 POST-RUIT-Q 变为 REGATN-QCTRL SC l 3 从 FREEZE-Q CTRL 变为 RF.GATN-CTRL SC31 从 RFX;A TN-CTRL 变为 FREEZE-QCTRL SC3N 从REGAIN-CTRL变为正常控制模式 SC33 从POST-FAULT-P变为正常控制模式 Al 从 FREEZE-Q-P CTRL 变力 ALARM A2 从 POST-FALIT 变为 ALARM A3 从 REGA TN-CTRL 变为 ALARM A4 从 P()ST-FAl:LT 变为 Al ARM
[0197] FREEZE-Q CTRL杰47a中采取的示范性动作包括下面的一者或多者：
[0198] 〇冻结所有针对WTG以及针对STATC0M(如果有的话）的无功功率参考。只有在 POST-FAULT过程中不选择任何前馈选项的情况下才这样做；
[0199] 〇如果在POST-FAULT过程中选择了前馈选项，那么现在激活前馈环；
[0200] 〇如果适当的话将STATC0M电容器组状态/参考冻结为实际值；
[0201] 〇冻结坡变限制器；
[0202] 〇存储并冻结电压控制器中的积分分量；
[0203] 〇存储并冻结无功功率控制器中的积分分量；
[0204] 〇存储并冻结无功功率控制器中的抗饱和；
[0205] 〇使所分配的定时计数器起动；
[0206] 〇运行电容器组监督（如果适当的话）；
[0207] 〇运行警报管理。
[0208] FREEZE-P CTRL态47b中采取的示范性动作包括下面的一者或多者：
[0209] 〇冻结所有针对WTG的有功功率参考；
[0210] 〇冻结频率和P环；
[0211] 〇冻结坡变限制器，存储块；
[0212] 〇运行警报管理。
[0213] 图6中的POST-FAULT态48a、48b中采取的示范性动作包括下面的一者或多者：
[0214] 如果为POST-FAULT态选择了电压控制：
[0215] 〇起动计数器 TimeMaxPFault ;
[0216] 〇释放所有针对WTG、任选的STATC0M(如果有的话）和电容器（如果有的话）的 无功功率参考；
[0217] 〇如果电压控制器具有积分分量，那么释放控制器的积分分量、抗饱和和滤波 器；
[0218] 〇冻结坡变限制器；
[0219] 〇释放Cap (电容器）控制器；
[0220] 〇将电压控制器从这一点独立于先前的操作模式向前激活，同时使电压参考在 TimeMaxPFault过程中保持在I. Opu或者另一支持电压参考上。采用I. Opu的参考或者另 一支持电压参考运行电压控制意在帮助电网在故障之后恢复；
[0221] 〇检查返回条件（例如，检查电网电压的稳定性，例如，电网电压是否保持在某些 容限内）；
[0222] 〇运行电容器组监督（如果适当的话）；
[0223] 〇运行警报管理。
[0224] 针对POST-FAULT周期选择前馈（仅有功功率注入）控制：
[0225] 〇起动计数器 TimeMaxPFault。
[0226] 〇观测电网电压水平，以判断是否离开这一状态。注意，在FREEZE QCTRL状态中 并未冻结针对WTG和STATC0M的参考，而且在FREEZZE-QCTRL状态中还激活了前馈环。
[0227] 〇运行电容器组监督（如果适当的话）；
[0228] 〇运行警报管理。
[0229] 在POST-FAULT杰48a、48b中采取的示范性动作包括下面的一者或多者：
[0230] 〇释放所有针对WTG和任选的STATC0M(如果有的话）的无功功率参考；
[0231] 〇如果电压控制器具有积分分量（例如，如果它是比例积分（PI)控制器：释放PI 电压控制器的积分分量；
[0232] 〇释放所有针对WTG的有功功率参考（如果有的话）；
[0233] 〇在Q = 0的情况下运行无功功率控制器，在PF = 1的情况下运行功率因数控制 器，或者在具有I. Opu或者其他支持电压参考（先前电压参考可以不同于I. Opu或者所述 支持电压参考）的情况下运行电压控制器；
[0234] 〇检查返回条件（例如，检查电网电压的稳定性，例如，电网电压是否保持在某些 容限内）；
[0235] 〇运行电容器组监督（如果适当的话）；
[0236] 〇运行警报管理。
[0237] REGAIN-CTRL杰49中采取的示范性动作包括下面的一者或多者：
[0238] 〇释放PI无功功率控制器的积分分量；
[0239] 〇更新所分配的定时计数器；
[0240] 〇运行电容器组监督；
[0241] 〇运行警报管理。
[0242] ALARM状态50采取的示范性动作：
[0243] 〇设置将传送至更高层次上的警报处理系统的警报代码；
[0244] 〇准备退出LVRT状态机；
[0245] 〇复位操作。
[0246] 在图5和图6的实施例中，在冻结控制状态47、47a、47b中，风力涡轮机控制器 22 (以及适当情况下的STATC0M控制器）接管本地控制，直到清除了故障为止，S卩，直到完成 了从冻结控制状态47、47a、47b到故障后状态48、48a、48b的转变为止。在这一周期内，风 力涡轮机2不遵循中央电厂控制器21提供的参考。它们仅遵从它们的本地控制器22,本地 控制器22根据它们自己的本地低压测量结果计算要注入的无功电流的量。
[0247] 在故障阶段内采用中央控制的替代实施例中，冻结控制状态47、47a、47b被"故障 控制状态"替代，在"故障控制状态"中LVRT状态机35对风力涡轮机2 (以及适当情况下 的STATC0M)加以控制，以穿越故障并产生所需的量的无功功率（如果有的话）。电厂控制 器21不受冻结，其根据在PCM 26、27、28处测得的电压计算参考。本地控制器22在故障控 制阶段（也）听从中央控制器21提供的参考。其将使得风力涡轮机注入所需的量的无功 电流。在从故障控制状态转向故障后控制状态48、48a、48b时电厂控制器21几乎同时通过 (例如）改变提供至本地控制器22的用于风力发电厂1的电压控制的参考值而改变其操作 模式。
[0248] 现在将更详细地描述图5和图6的示范性实施例的不同状态：
[0249] FREEZE-CTRL 状杰：
[0250] 在用于LVRT的触发信号标示低压故障时，通过激活FREEZE-CTRL状态47、47a、47b 而使电厂控制器中的正常控制被LVRT控制模块（LVRT状态机35)接管。因此，状态变化条 件SCN 1仅受LVRT_0N触发器驱动；这里为触发信号LVRT_ON_Trigger。由于PCM 26、27、 28上的以及风力涡轮机2的端子9上的电压可能因内部电网11的阻抗13a-13d而不同，因 而在选择用于触发FREEZE-CTRL状态47、47a、47b的电压电平时应当注意。
[0251] FREEZE-Q CTRL 状杰：
[0252] 本节将参照图6的FREEZE-Q-CTRL状态47a，尽管参照了 FREEZE-Q-CTRL，但是本 节仍然适用于图5的FREEZE-CTRL 47。
[0253] 在所述FREEZE-Q CTRL态中，存储电压控制器、功率因数控制器和无功功率控制器 中的积分分量的故障前值。所存储的值可以是当前值；在其他实施例中，存储前一周期步骤 中记录的所述积分分量的值。采用来自前一抽样的值可以更准确地反映故障前的值。
[0254] 与所述积分分量的保存一起对无功功率参考的当前值进行保存，从而使这些参考 能够在后来被冻结至这些保存值。还保存STATC0M的无功功率参考（如果在所讨论的风力 发电厂中存在的话）。
[0255] 在FREEZE-CTRL状态内采用本地控制的实施例中，在将针对所有WTG(以及 适当情况下的STATC0M)的无功功率参考冻结至所保存的/故障前值的同时，WTG在 FREEZE-Q-CTRL状态内在其本地LVRT模式内工作。
[0256] 假定STATC0M具有与WTG相同的性态，并且预计到此时进入自主操作。STATC0M和 WTG可能具有不同的用于恢复中央控制操作的控制时间。在这种情况下，应当将电厂控制 器的恢复中央控制时间选择为这两个用于恢复中央控制操作的控制时间中的最大的那个。 除了不同的电压水平之外，由于在系统中的不同控制器之间没有同步的抽样器动作，因而 在某些情况下可能发生WTG在电厂控制器21释放冻结参考之前就恢复了中央控制操作的 情形。在这些情况下，最坏的情形是WTG的故障前值是电感性的，因而使WTG在电厂控制器 21重新恢复控制之前具有电感性状。
[0257] 在进入FREEZE-Q CTRL态47、47a之时，将LVRT状态机35内的所有相关定时计数 器重置为零。FREEZE-Q CTRL状态将更新其自身的定时计数器freeze_time_Q计数器，并在 FREEZE-Q CTRL状态内监测它的值。
[0258] LVRT 状态机 35 能够从 FREEZE-Q CTRL 状态 47、47a 变为 P0ST-FAULT-Q 状态 48、 48a。使LVRT状态机35从FREEZE-CTRL-Q状态变为P0ST-FAULT-Q状态的第一条件是已经 激活LVRT_0FF触发器（信号LVRT_OFF_Trigger)(只要与此同时没有发出警报）。
[0259] 在一些在故障过程中采用本地控制的实施例中，在接收到LVRT_OFF_Trigger之 后存在第二条件：LVRT状态机35具有在进入P0ST-FAULT-Q状态之前起动的计数器WTG_ WT_Q(=风力涡轮发电机Q等待）。每一风力涡轮机通过信号指示其能力恢复中央控制，即， 再次听从来自电厂控制器的参考。通过WTG_WT_(^^这些信号计数，并可以在从风力发电厂 的所有风力涡轮机都接收到所述信号的时候执行所述的向P0ST-FAULT-Q态的转变。这一 第二条件的目标在于先将一切悬置起来，直到所有的WTG都交出了自己的本地控制，并且 能够听从来自电厂控制器的参考为止。
[0260] 在一些实施例中，定时计数器freeze_time_Q计数器控制所述周期直到LVRT_ OFF触发器出现为止。如果定时计数器freeze_time_Q计数器的值在尚未激活LVRT_0FF_ Trigger信号的情况下超过了第一时间阈值，那么发出警报。如果所述值变得甚至更高并且 在未激活LVRT_0FF_Trigger信号的情况下达到了第二阈值，那么使所述状态变为ALARM状 态，并寄存这一 ALARM状况的原因。
[0261] FREEZE-P CTRL 状杰：
[0262] 本节将参照图6的FREEZE-P-CTRL状态47b，尽管参照了 FREEZE-P-CTRL，但是本 节仍然适用于图5的FREEZE-CTRL 47。
[0263] 在所述FREEZE-P CTRL态中，存储频率控制器和有功功率控制器中的积分分量的 故障前值。所存储的值可以是当前值；在其他实施例中，存储前一周期步骤中记录的所述积 分分量的值。采用来自前一抽样的值可以更准确地反映故障前的值。
[0264] 与所述积分分量的保存一起对有功功率参考的当前值进行保存，从而使这些参考 能够在后来被冻结至这些保存值。
[0265] 在FREEZE-P CTRL态内采用本地控制的实施例中，在将针对所有WTG的无功功率 参考冻结至所保存的/故障前值的同时，WTG在FREEZE-P CTRL态内在其本地LVRT模式内 工作。
[0266] 在进入FREEZE-P CTRL态47、47b之时，将LVRT状态机35内的所有相关计时器 重置为零。FREEZE-P CTRL状态将更新其自身的定时计数器freeze_time_P计数器，并在 FREEZE-P CTRL状态内监测它的值。
[0267] LVRT 状态机 35 能够从 FREEZE-P CTRL 状态 47、47b 变为 P0ST-FAULT-P 态 48、48b。 使LVRT状态机35从FREEZE-P-CTRL状态变为P0ST-FAULT-P状态的第一条件是已经激活 LVRT_0FF触发器（信号LVRT_OFF_Trigger)(只要与此同时没有发出警报）。
[0268] 在一些在故障过程中采用本地控制的实施例中，在接收到LVRT_OFF_Trigger之 后存在第二条件：LVRT状态机35具有在进入POST-FAULT状态之前起动的计数器WTG_WT_ P (=风力涡轮发电机P等待）。每一风力涡轮机通过信号指示其能力恢复中央控制，即，再 次听从来自电厂控制器的有功功率参考。通过WTG_WT_P对这些信号计数，并可以在从风力 发电厂的所有风力涡轮机都接收到所述信号的时候执行所述的向POST-FAULT P态的转变。 这一第二条件的目标在于先将一切悬置起来，直到所有的WTG都交出了自己的本地控制， 并且能够听从来自电厂控制器的有功功率参考为止。
[0269] 在一些实施例中，定时计数器freeze_time_P计数器控制所述周期直到LVRT_ OFF触发器出现为止。如果定时计数器freeze_time_P计数器的值在尚未激活LVRT_0FF_ Trigger信号的情况下超过了第一时间阈值，那么发出警报。如果所述值变得甚至更高并且 在未激活LVRT_0FF_Trigger信号的情况下达到了第二阈值，那么使所述状态变为ALARM状 态，并寄存这一 ALARM状况的原因。
[0270] 可能从 POST-FAULT 状态 48、48a、48b 重新进入 FREEZE-CTRL 状态 47、47a、47b。如 果这一重新进入发生了太多次，那么也要触发警告和警报。出于这一目的，可以在每次重新 进入时使计数器递增，并对照最大的允许重新进入的次数（例如，其被称为Maxjrigger) 对其进行检验。
[0271] POST-FAULT 状杰：
[0272] POST-FAULT状态48、48a、48b意在促进电网的稳定，其有助于整个系统在清除故 障之后快速恢复。在进入POST-FAULT状态之时激活被称为（例如）T_sy Stem计时器的计 时器。
[0273] P0ST-FAULT-Q 状杰：
[0274] 本节将参照图6的P0ST-FAULT-Q态48b，尽管参照了 P0ST-FAULT-Q，但是本节仍 然适用于图5的POST-FAULT态48。
[0275] 在进入P0ST-FAULT-Q态之时，对于Q控制环而言冻结时间已经过去。将针对WTG 和STATC0M(如果适当的话）的无功功率参考从冻结释放，将电压控制器的积分分量也释 放。在P0ST-FAULT-Q状态中采用电压控制的实施例中，将电压控制器独立于先前的正常操 作过程中的先前操作模式从这一点激活，同时使电压参考保持在I. Opu或者任何其他恢复 支持电压上。采用LOpu或者另一支持电压参考运行电压控制有助于系统在故障之后恢 复。在其他在P0ST-FALT-Q状态中仅采用有功功率产量的实施例中，采用更简单的仅注入 有功功率的控制器替代电压控制器。在这种情况下，Q控制器将确保所注入的有功功率等 于零。
[0276] 监测计时器T_system_timer_Q。在计时器处于被称为T_system_Q的极限时间时， 检查PCM 26、27、28上的电网电压的状况，例如，所述电压是否处于围绕额定电压值的上阈 值和下阈值（被称为GRID_MAX和GRID_MIN)之间的电压范围内。如果确定所述值处于这 一电压范围内，那么将P0ST-FAULT-Q状态改为REGAIN CTRL状态。如果不是这种情况下， 那么停留在P0ST-FAULT-Q状态内，并且使对进入P0ST-FAULT-Q状态的次数计数的计数器 (被称为"进入计数器（N)"）递增，继而使1'_^^__^ 1^1*_〇复位并重新起动（因为从概 念上来讲停留在P0ST-FAULT-Q状态当中可以被看作是离开P0ST-FAULT-Q状态并重新进入 该状态）。
[0277] 系统每次"进入"POST-FAULT状态，电厂控制器21都将提高进入计数器（N)。如 果值N高于极限，那么使所述状态变为ALARM，并寄存这一 ALARM的原因。
[0278] 在P0ST-FAULT-Q过程中一旦LVRT_0N_Trigger在任何时候发出标志指示，中断机 构都会将P0ST-FAULT-Q状态改回到FREEZE-Q-CTRL状态。
[0279] P0ST-FAULT-P 状杰：
[0280] 本节将参照图6的POST-FAULT-P态48c，尽管参照了 POST-FAULT-P，但是本节仍 然适用于图5的POST-FAULT态48。
[0281] 在进入P0ST-FAULT-P态之时，对于P/f控制环而言冻结时间已经过去。将针对 WTG的有功功率参考从冻结释放，将P/f控制器的积分分量也释放。在P0ST-FAULT-P状态 中采用有功控制的实施例中，要么独立于先前正常操作中的先前操作模式从这一点激活缩 减，要么激活频率控制器，要么激活阻尼振荡系统，要么将它们全部激活。运行缩减、频率或 阻尼控制能够帮助系统在某些情境之下进行故障后的恢复，例如，所述情境是由于传输线 损耗而造成的频率偶然误差或者负载流瓶颈或者可能在严重的瞬变之后激活的电网区域 之间的某些共振所导致的振荡现象。
[0282] 监测计时器T_system_timer_P。在计时器处于被称为T_system_P的极限时间时， 检查PCM 26、27、28上的电网电压的状况，例如，所述频率是否处于围绕额定频率之的上下 阈值之间的频率范围内。如果确定所述值处于这一频率范围内，那么将P0ST-FAULT-P状态 改为REGAIN CTRL状态。如果不是这种情况下，那么停留在P0ST-FAULT-P状态内，并且使 对进入P0ST-FAULT-P状态的次数计数的计数器（被称为"进入计数器（N)"）递增，继而使 T_system_timer_P复位并重新起动（因为从概念上来讲停留在P0ST-FAULT-Q状态当中可 以被看作是离开P0ST-FAULT-P状态并重新进入该状态）。
[0283] 系统每次"进入"POST-FAULT状态，电厂控制器21都将提高进入计数器（N)。如 果值N高于极限，那么使所述状态变为ALARM，并寄存这一 ALARM的原因。
[0284] 在P0ST-FAULT-P过程中一旦LVRT_0N_Trigger在任何时候发出标志指示，中断机 构都会将P0ST-FAULT-P状态改回到FREEZE-P-CTRL状态。
[0285] REGAIN-CTRL 状杰：
[0286] REGAIN-CTRL状态49是任选的处于LVRT状态机35生效的LVRT控制方式和正常 操作模式46之间的中间状态。在这一状态中，运行离开LVRT状态机35并恢复正常操作的 准备操作。
[0287] 在将近REGAIN-CTRL状态49结束时恢复额定电网操作（在图6的实施例中对于P 和Q是独立进行的）。因此，现在将与电厂控制器21提供的无功功率设定点相关的参考值， 例如，无无功功率产量或者空档或支持电压控制朝向对应于正常操作的参考值改变。因此， 现在将与电厂控制器21提供的有功功率设定点相关的参考值，例如，缩减产量或频率控制 朝向对应于正常操作的参考值改变。现在对受到激活从而在FREEZE-CTRL和POST-FAULT 阶段内锁定正常操作参考值的锁定机构解锁，并重新建立正常操作参考值。
[0288] 通过和缓（即连续）方式执行从REGAIN-CTRL状态开始时生效的参考（对应于那 些来自前一 POST-FAULT状态的末尾的参考）到在REGAIN-CTRL状态结束时生效的参考（对 应于正常操作模式46开始时的那些参考）的转变，以避免任何"跳变"和过冲。
[0289] ALARM 状杰：
[0290] 在电厂控制器21的操作过程中，对LVRT状态机，尤其是某些信号进行监督，如果 它们处于界限之外，那么启动从当前状态向ALARM状态59的转变。在ALARM状态50中，可 以对ALARM编码并将其传输至电厂控制器21的又称为警报处理机51的ALARM管理系统。 警报处理机51在这一警报相关信息的基础上确定将采取什么措施，例如，必须使整个电厂 控制器21停止，或者可以在其各个子控制器全面复位之后对其重启。
[0291] 图7 :橾作的例子
[0292] 图7示出了在借助故障后支持（实线）的情况下和不借助故障后支持（虚线）的 情况下作为时间的函数的PCC/PCM 26上的电压Vrcc以及PCC/PCM 26上的由风力发电厂1 产生的无功功率Qrce和有功功率Prce的示范性图示。
[0293] 在图示的例子中，发电厂的WTG是基于DFIG的WTG(DFIG =双重馈电感应发电 机）。外部电网14的短路比（SCR) = 5。电厂控制在故障之前在功率因数（PF)控制模式 内工作，其采用大约〇. 95的电感性的PF以及Ipu的有功功率产量。在PCC上采取零无功 功率注入的情况下（在PCC上只有有功功率注入）完成故障后支持。
[0294] 在图7中可以看出，在激活故障后支持时，电厂控制器独立于故障前控制模式设 置控制无功功率。在故障后支持阶段通过使PCC上的无功功率接近零的方式对PCC上的无 功功率加以控制。在这一周期后，所述控制返回至前一操作模式。可以将故障后支持阶段 的时间长度预先设定为匹配电网恢复的具体要求的值，或者所述时间长度可以取决于测得 的电网稳定性参数。通过在以PF或Q模式受到控制并且连接至具有低SCR的电网的风力 发电厂内应用这样的故障后支持尤其能够提高电网电压的稳定性，因为刚发生了故障，故 障后状态就能够将PCC上的电压驱动为接近lpu，其依赖于所选择的故障后模式，该模式可 以不同于正常操作过程中选择的控制模式。
[0295] 图7还示出了在没有故障后支持的情况下获得的Vrcc、Qrcc和P rcc的模拟图示。尽 管在图示的例子中，尽管在Pprc中和采用故障后支持的图示没有显著区别，但是如果没有故 障后支持Vp。。和Q ree将快速接近故障如值。
[0296] 图8 :电厂控制器的实施方式
[0297] 图8示出了电厂控制器21的硬件的示范性实施方式。根据图8,电厂控制器21是 通过几个并联至系统总线62的单元形成的计算机61。一个或多个微处理器63控制计算 机61的操作；随机存取存储器（RAM) 64直接用作用于微处理器63处理的程序代码和数据 的工作存储器；只读存储器（ROM)65以非易失方式存储用于计算机61的自展的基本代码。
[0298] 外围单元通过相应的接口连接至局部总线66。具有带驱动的硬盘67的形式的磁 存储器和/或诸如带驱动的CD-ROM 68的光存储器以非易失方式存储程序，所述程序实施 文中描述的包括LVRT状态机35的控制功能，并且在通过计算机61运行时使得文中描述的 方法得以执行。桥接单元69使系统总线62与局部总线66对接。在其他实施例中，只有一 条提供系统总线和局部总线的功能的公共总线。
[0299] 计算机61还包括网络接口（NIC) 71，其使得计算机51连接至测量装置34以接收 ?皆女口 Q (feedback)、V (feedback)、f (feedback) 和/或PtoedbaelO的测量值以及LVRT标志39,还使得计算机 51连接至控制网络（图3)从而与本地风力涡轮机控制器22通信，以及使计算机51连接至 外部网络从而与电网运营商、远程电厂监督等通信。计算机61也可以配备输入装置72 (例 如，键盘和鼠标）以及输出装置73(例如，监视器）。可以将这些接口 71、72、73连接至局部 总线66。
[0300] 可以按照与图8的电厂控制器硬件相对应的方式实施本地风力涡轮机控制器22 的硬件。
[0301] 以引用方式将本说明书中提到的所有公开文献并入本文中。
[0302] 尽管文中已经描述了根据本发明的教导而构想的某些产品和方法，但是本专利的 覆盖范围不限于此。相反，本专利覆盖本发明的教导的在字面上或者根据等同原则而适当 地落在所附权利要求的范围内的所有实施例。
【权利要求】
1. 一种连接至具有额定电压的电网的风力发电厂，所述风力发电厂包括中央电厂控制 器和风力涡轮机， 其中，所述中央电厂控制器被配置为在所述电网发生瞬态低压故障的情况下，执行控 制所述风力发电厂的电输出的方法， 其中，所述风力涡轮机被配置为在没有低压故障的情况下，根据由所述中央电厂控制 器提供的发电参数中的至少一个参考值来在额定电网操作模式下进行操作， 其中，所述中央电厂控制器被配置为在响应于检测到低压故障的故障阶段之后，控制 所述风力发电厂在故障后支持阶段期间仅提供实际功率，在所述低压故障期间，所述风力 涡轮机穿越所述电网故障，或者其中，所述中央电厂控制器被配置为在响应于检测到低压 故障的故障阶段之后，控制所述风力发电厂在故障后支持阶段期间执行电压控制，所述风 力涡轮机穿越所述电网故障， 并且其中，所述中央电厂控制器被配置为在所述故障后阶段之后的额定电网操作阶段 内，根据在所述低压故障之前盛行的所述额定电网操作模式来恢复对所述风力发电厂的控 制。
2. 根据权利要求1所述的风力发电厂，其中，所述风力涡轮机具有本地风力涡轮机控 制器，所述本地风力涡轮机控制器被配置为在所述故障阶段期间，相对于所述风力涡轮机 的电输出来自主地操作所述风力涡轮机以穿越所述电网故障。
3. 根据权利要求1所述的风力发电厂，其中，所述中央电厂控制器被配置为还在所述 故障阶段期间，控制所述风力涡轮机以穿越所述电网故障。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的风力发电厂，其中，所述中央电厂控制器被配置 为在所述故障后支持阶段期间，执行缩减操作、电网频率支持、以及阻尼电网振荡控制的至 少其中之一。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的风力发电厂，其中，所述中央电厂控制器被配置 为在所述额定电网操作模式下为所述风力涡轮机提供参考值，用于风力涡轮机的一个或多 个参考值包括用于以下参数的参考值的至少其中之一：无功功率产量、有功功率产量、所产 生的功率的功率因数、所产生的电网电压与电流之间的相位角、相对于能够由所述风力涡 轮机产生的额定电流而言的无功电流产量、必须通过所述风力涡轮机的端子获得的电压、 以及相对于能够由所述风力涡轮机产生的所述额定功率而言的实际功率产量或者相对于 能够在当前风况下产生的实际功率而言的实际功率产量。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的风力发电厂，其中，所述中央电厂控制器或所述 本地风力涡轮机控制器被配置为在所述故障阶段的至少一部分期间，控制所述风力涡轮机 以产生无功电流来支持对所述电网的恢复。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的风力发电厂，其中，所述中央电厂控制器被配置 为响应于所述电网电压已经恢复了指示所述低压故障的清除的预定值而进入所述故障后 支持阶段。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的风力发电厂，其中，所述中央电厂控制器被配置 为在所述故障后支持阶段内执行电压控制，在所述电压控制中，测量公共测量点处的电压， 将测得电压与所述参考电压进行比较，并调整无功功率产量或无功电流产量的参考值以抵 消所述测得电压与所述参考电压的任何偏差。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的风力发电厂，其中，为了使所述风力发电厂能够 产生无功功率，所述风力涡轮机的变流器被配置为产生无功功率，或者在所述风力发电厂 中包含一个或多个静态同步补偿器，或者提供由风力涡轮机变流器和一个或多个静态同步 补偿器所做的无功功率产量的组合。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的风力发电厂，其中，所述中央电厂控制器被配 置为响应于预定的时间间隔或与故障严重性相关的时间间隔的期满而离开所述故障后支 持阶段并恢复所述额定电网操作模式。
11. 根据权利要求1至9中任一项所述的风力发电厂，其中，所述中央电厂控制器被配 置为在所述故障后支持阶段监测至少一个电网参数，并且响应于确定被监测的所述至少一 个电网参数已经成为了指示额定电网状况的值而离开所述故障后支持阶段并恢复所述额 定电网操作模式。
12. 根据权利要求2至11中任一项所述的风力发电厂，其中，所述中央电厂控制器被配 置为在进入所述故障阶段时，冻结所述中央电厂控制器的在所述额定操作模式下提供对发 电的控制的至少那部分的状态并存储至少一个控制变量的故障前操作值，并且，所述中央 电厂控制器被配置为在恢复所述额定电网操作模式时，采用所存储的来自故障前操作的所 述至少一个控制变量的值来恢复控制。
13. 根据权利要求1至12中任一项所述的风力发电厂，其中，所述中央电厂控制器包括 实施不同的控制状态的低压穿越状态机，所述控制状态包括： -在所述故障阶段期间生效的故障状态； -在所述故障后支持阶段期间生效的故障后状态； -在从所述故障后支持阶段过渡到所述额定电网操作阶段期间生效的额定操作态或重 获控制状态。
14. 一种用于在电网发生瞬态低压故障的情况下控制风力发电厂的电输出的方法，所 述风力发电厂连接至具有额定电压的所述电网，所述风力发电厂包括风力涡轮机和中央电 厂控制器， 其中，所述风力涡轮机在没有低压故障的情况下，根据由所述中央电厂控制器提供的 发电参数的至少一个参考值来在额定电网操作模式下进行操作， 所述方法包括在低压故障期间和在所述低压故障之后的以下三个操作阶段： 响应于检测到低压故障的故障阶段，在所述故障阶段期间，所述风力涡轮机受到控制 以穿越所述电网故障， 故障后支持阶段，在所述故障后支持阶段期间，所述风力发电厂受到所述中央电厂控 制器控制，从而： -Q)仅提供实际功率，或者 -a i)执行电压控制， 额定电网操作阶段，在所述额定电网操作阶段中，恢复在所述低压故障之前盛行的所 述额定电网操作模式。
【文档编号】H02J3/38GK104396113SQ201380031074
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2013年6月11日 优先权日:2012年6月12日
【发明者】J·M·加西亚 申请人:维斯塔斯风力系统集团公司
【专利摘要】一种连接至电网的风力发电厂。中央电厂控制器被配置为在电网发生瞬态低压故障的情况下执行控制风力发电厂的电输出的方法。中央电厂控制器被配置为在响应于检测到低压故障的故障阶段之后，控制所述风力发电厂在故障后支持阶段期间仅提供实际功率，或者执行电压控制，所述风力涡轮机穿越所述电网故障。中央电厂控制器配置为在额定电网操作阶段内根据在低压故障之前的盛行的额定电网操作模式来恢复对风力发电厂的控制。
【专利说明】低压电网故障时的风力发电厂控制
【技术领域】
[0001] 本发明涉及发生低压电网故障的情况下的风力发电厂控制，并且例如涉及能够穿 越（ride through)瞬态低压故障的风力发电厂以及控制这样的风力发电厂的方法。
【背景技术】
[0002] E. ON Netz，"Grid Code High and extra high voltage"，E. ON Netz GmbH Bayreuth, IApril 2006, p. 15-20要求诸如风电场的发电厂在电压骤降过程中借助额外的 无功电流支持电网电压。为了这样做，在电压骤降超过发电机电压的有效值的10%的情况 下激活电压控制。所述电压控制必须发生在故障识别之后的20ms内，其方式是在发电机变 压器的低压侧提供无功电流，对于每一百分比的所述电压骤降而言所述无功电流至少达到 额定电流的2%。必须有可能在必要的情况下达到至少100%的额定电流的无功功率输出。 在电压返回死区之后，必须根据指定的特征再维持500ms的电压支持。
[0003] US 2010/0176770 Al描述了用于稳定配电网络的方法和发电设施，例如，风能设 施。在检测到网络故障之后，激活所述设施中的稳定调节器。所述稳定调节器依据反馈电 压信号调节电力电压，并且具有随着时间的推移而升高的阶越函数响应。在从稳定调节器 的激活开始经过了预定时间段之后，如果网络还没有稳定，那么将无功电流馈送提高到超 出为正常运转设定的限度。
[0004] US 2009/0250931 Al描述了一种用于借助故障穿越功能操作风力发电厂的方法。 假设发生了故障，那么通过借助指令变量控制转矩、有功功率、无功电流和无功功率的控制 模块控制变流器。例如，在故障过程中将根据额定电网电压和电网电压之间的绝对差确定 无功电流的电流函数。通过这种方式，确保风力发电厂在发生故障的情况下发挥必要的作 用，以支持电网。
【发明内容】
[0005] 根据第一方面，将风力发电厂连接至电网。所述电网具有额定电压。风力发电厂 包括中央电厂控制器和风力涡轮发电机（缩写为WTG，又称为"风力涡轮机")。中央电厂控 制器被配置为在电网发生瞬态低压故障的情况下执行控制风力发电厂的电输出的方法。风 力涡轮机被配置为在没有低压故障的情况下，根据中央电厂控制器提供的发电参数的至少 一个参考值来在额定电网操作模式下工作，根据一种替代方案，所述中央电厂控制器被配 置为在响应于检测到低压故障的故障阶段之后，控制所述风力发电厂在故障后支持阶段期 间仅提供实际功率，在所述低压故障期间，所述风力涡轮机穿越所述电网故障，或者其中， 所述中央电厂控制器被配置为在响应于检测到低压故障的故障阶段之后，控制所述风力发 电厂在故障后支持阶段期间执行电压控制，所述风力涡轮机穿越所述电网故障。中央电厂 控制器被配置为在故障后阶段之后在额定电网操作阶段内根据在低压故障之前盛行的额 定电网操作模式恢复对风力发电厂的控制。
[0006] 根据另一个方面，提供了一种在电网发生瞬态低压故障的情况下控制连接至具有 额定电压的电网的风力发电厂的电输出的方法。所述风力发电厂包括风力涡轮机和中央电 厂控制器。风力涡轮机在没有低压故障的情况下根据中央电厂控制器提供的发电参数的至 少一个参考值在额定电网操作模式下工作。所述方法包括处于低压故障过程中和之后的三 个操作阶段：响应于检测到低压故障的故障阶段，在该阶段内对风力涡轮机加以控制，使之 穿越电网故障；故障后支持阶段，在该阶段内风力发电厂受到中央电厂控制器控制，从而 ： (i)仅提供实际功率，或者（ii)执行电压控制；额定电网操作阶段，在该阶段内恢复在低压 故障之前盛行的额定电网操作模式。
[0007] 根据另一个方面，将风力发电厂连接至电网。风力发电厂包括风力涡轮机、中央电 厂控制器和本地风力涡轮机控制器。中央电厂控制器和本地风力涡轮机控制器被配置为在 电网发生瞬态低压故障的情况下，执行控制风力发电厂的电输出的方法。中央电厂控制器 被配置为在没有低压故障的情况下，引起根据中央电厂控制器提供的发电参数的至少一个 参考值的额定电网操作模式下的操作。本地风力涡轮机控制器被配置为响应于低压故障在 风力涡轮机的电输出而对风力涡轮机进行自主控制，使之穿越电网故障。中央电厂控制器 被配置为在自主风力涡轮机控制过程中冻结中央电厂控制器的在额定操作模式内提供发 电控制的至少那部分并存储至少一个控制变量的故障前操作值。中央电厂控制器被配置为 在恢复额定电网操作模式时采用来自故障前操作的至少一个存储控制变量值来恢复中央 电厂控制。
[0008] 根据另一个方面，提供了一种控制风力发电厂穿越所述风力发电厂连接的电网的 瞬态低压故障的方法，所述风力发电厂包括风力涡轮机、中央电厂控制器和本地风力涡轮 机控制器。风力涡轮机在没有低压故障的情况下，根据中央电厂控制器提供的发电参数的 至少一个参考值来在额定电网操作模式下工作。响应于低压故障的检测，本地风力涡轮机 控制器相对于风力涡轮机的电输出而对风力涡轮机进行自主操作，使之穿越电网故障，并 且冻结中央电厂控制器的在额定操作模式内提供发电控制的至少那部分，并存储至少一个 控制变量的故障前操作值。在恢复额定电网操作模式时，采用所存储的至少一个来自故障 前操作的控制变量值来恢复中央发电厂控制。
[0009] 其他特征是所公开的产品和方法中所固有的，或者对于本领域技术人员而言通过 下述说明和附图将变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 现在将参考附图通过举例方式进一步说明本发明的实施例，其中：
[0011] 图1是定义低压穿越要求的作为时间的函数的电网电压的示范性极限曲线；
[0012] 图2示出了在一些在故障阶段期间执行电压控制的实施例中所产生的电网电压 与额外无功电流之间的关系；
[0013] 图3是风力发电厂的实施例的概略示意图；
[0014] 图4是图3的风力发电厂的控制器结构的示意图；
[0015] 图5是图4中所示的LVRT状态机的第一实施例的状态图；
[0016] 图6是图4中所示的LVRT状态机的第二实施例的状态图；
[0017] 图7示出了采用故障后支持和不采用故障后支持的情况下的作为时间的函数的 电压、无功功率和有功功率的示范性图示；
[0018] 图8示出了中央电厂控制器和本地风力涡轮机控制器的硬件的示范性实现。
[0019] 附图和【专利附图】
【附图说明】是用于本发明的实施例的，而非本发明自身。
【具体实施方式】
[0020] 实施例的不同方面的概括描述
[0021] 在转向以附图为基础对实施例进行详细描述之前，将在更加一般的层次上描述实 施例的不同方面。这一描述是针对本发明的实施例的，而非本发明自身。
[0022] 文中将输电网和/或配电网称为"电网"，它们通常在一定电压范围内工作，所述 电压范围具有围绕额定电压值的上阈值和下阈值。例如，所述下阈值处于（例如）额定电 压的大约-5%到大约-20%的范围内，所述上阈值处于额定电压的大约+5%到大约+20% 的范围内。例如，在IlOkV网络中，工作范围是96-123kV，在220kV网络中，工作范围是 193-245kV，在380kV网络中，工作范围是350-420kV。
[0023] 短路（例如，由闪电造成的）可能引起电网电压显著下降到所述工作范围以下，具 体取决于短路与所讨论的风力发电厂的距离。非常近的短路可能造成电压下降到接近零。 在实施例中，低压电网故障（或低压网络故障）是电网电压下降至额定电网工作范围以下。 此外，在一些实施例中，所述电压降必须延续某一最低时间间隔，例如，至少IO-IOOms,才可 作为低压电网故障。通常，网络将在大约IOOms到IOOOms内清除这样的低压电网故障，其 方式是断开发生短路的支路和/或熄灭闪电引起的电弧。
[0024] 由于风力发电占有重要比重，因而现在在很多国家都要求风力发电厂穿越这样的 低压电网故障，而不是关闭，从而能够在电网电压回到额定工作范围时或者之后很快就能 够恢复电力产量。"低压穿越"（或简称为"穿越"）是指风力发电厂的风力涡轮机保持工作， 没有在低压电网故障过程中以及之后从电网上断开。在一些国家，例如，德国或西班牙，甚 至要求风力涡轮发电机在低压电网故障过程中注入额外无功电流（电容电流）以支持电网 的恢复。通常在所谓的"电网代码"中阐述这样的要求。
[0025] 在正常工作期间，在发生故障之前，风力发电厂的各个风力涡轮机通常受到电厂 控制器的控制。例如，所述电厂控制器提供一个或多个发电参数的参考值（即目标值或"设 定点"），例如，所述参数为有功功率、无功功率和/或风力发电厂的各风力涡轮机要产生的 电压。
[0026] 在一些实施例中，在发生低压电网故障的情况下，在"故障阶段"由风力涡轮机自 身实施的自主控制代替电厂控制器实施的中央控制，以穿越低压故障。其又称为"本地控 制"。从中央控制改为本地控制的原因可能在于（例如），中央电厂控制器和各风力涡轮机 控制器之间的数据通信对于中央控制系统而言太慢，无法应付所需的响应时间，所述响应 时间通常约为5到20ms。
[0027] 在其他实施例中，例如，在风力发电厂中的通信网络快到足以应付所需的响应时 间的实施例中，中央电厂控制器在故障阶段继续控制风力涡轮机，使之穿越电网故障，其方 式例如是基于电厂与电网的公共耦合点处或者另一公共测量点处的电网电压的策略结果 计算风力涡轮机的设定点并将其提供给风力涡轮机。在这些实施例中，风力涡轮机在故障 阶段期间不进入本地控制。
[0028] 在故障阶段期间，在一些电网中，风力涡轮发电机可以采取任何使风力涡轮机穿 越电压骤降所需的行动；例如，风力涡轮发电机可以对所产生的有功功率进行热耗散。但 是，一些电网代码（例如，开头提到的E. ON grid2006代码）要求通过在故障阶段的期间向 电网注入额外的无功电流来支持电网的恢复。
[0029] 就常规而言，在故障已经清除并经过了（例如）500ms的短过渡期之后，终止包括 无功电流的故障阶段触发注入的故障穿越操作，并在电厂控制器的中央控制下恢复采用故 障前参考值的正常操作。例如，在电网电压返回了额定电网工作范围的下限或者返回了低 一些的电压返回阈值以确保滞后效应时，认为故障被清除。由于一些类型的发电机不能将 它们的有功功率输出立即提高到其额定功率，因而允许发电机以既定的最低提高速率连续 提高其有功功率输出。
[0030] 本发明的发明人认识到在低压电网故障已经被清除之后立即返回故障前参考值 并非总是优选的。本发明人认识到，由于电网故障，风力发电厂"看到"的电网阻抗可能已 经变化，或者电网稳定性可能降低。例如，由于发生了短路的电网支路的断开，电网的阻抗 发生了变化。可能由于所述故障导致了其他附近发电机发生故障而使得电网稳定性降低。
[0031] 因而，本发明人认识到简单地返回到采用故障前参考值的故障前操作对于电网恢 复而言可能是不当的。例如，假设故障前参考值（例如，根据外部参考以及中央电厂控制器 中的某些设置计算的）要求风力发电厂产生某一比例的电容性无功功率。如果由于网络故 障而发生了阻抗变化，因而需要注入电感无功功率，那么返回至故障前操作可能妨碍电网 的进一步恢复并造成不稳定。由于预先不知道电网阻抗是否因故障而发生了变化以及发生 了哪一方向的变化（电感或电容），因而本发明教导在故障阶段和额定电网操作阶段插入 故障后支持阶段，其中，通过中央电厂控制器执行控制，从而控制风力发电厂按照恢复支持 方式工作。
[0032] "恢复支持"（或简称"支持"）是指对风力发电厂加以控制，从而（i)仅提供实际 功率（功率因数=1)，或者（ii)采用支持电网恢复的电压参考执行电压控制。由于低压电 网故障之后的阻抗变化通常只是暂时的（通常处于几秒到几小时的范围内），因而故障后 支持阶段只是暂时阶段，在重新建立故障前条件之后，将恢复额定电网操作阶段，并恢复采 用故障前参考值的额定电网操作模式。即使电网阻抗暂时发生了变化，提供具有支持操作 的故障后支持阶段仍然有助于电网在电网故障之后恢复并变得稳定。
[0033] 开头提到的US 2010/0176770 Al教导了将风轮机自主操作的故障阶段再分成不 同的有条件的阶段，而且所述阶段在无功电流产量方面存在越发严重的干预，而本发明则 提供了风力发电厂按照支持模式运转的额外中央控制故障后支持阶段。
[0034] 因此，实施例提供了一种连接至电网的风力发电厂，并且实施了在电网发生瞬 态低压故障时对风力发电厂的电输出进行控制的方法。所述额定电网电压例如可以在 100-400kV的范围内。
[0035] 如上所述，低压电网故障是电网电压降至额定电网工作范围的下电压阈值以下。 下电压阈值处于（例如）比电网的额定电压低大约-5%到大约-20%的范围内。例如，在 具有I IOkV的额定电压的电网中，下电压阈值可以是96kV，在具有220kV的额定电压的电网 中，可以是193kV，在具有380kV的额定电压的电网中，可以是350kV。在一些实施例中，电 压必须在某一最低时间间隔内（例如至少IO-IOOms内）保持在被认为是低压电网故障的 下电压阈值以下。
[0036] 在实施例中，只要求风力涡轮机穿越瞬态低压电网故障，S卩，电压下降至下电压阈 值以下的电网故障持续不足一秒或几秒，例如，低于〇. 7到5秒。例如，根据E. ON 2006代 码、图5和图6,所要求的最大穿越持续时间为1. 5秒。不要求实施例的风力涡轮机穿越持 续时间长于例如5s的低压电网故障，S卩非瞬态的电网故障。
[0037] 在实施例中，风力发电厂包括多个配备有本地风力涡轮机控制器的风力涡轮机以 及中央电厂控制器。在一些实施例中，风力发电厂具有内部电网，风力涡轮机连接至所述内 部电网并向其内馈送它们产生的电功率。内部电网可以是按次序连接所有的风力涡轮机的 单条线，或者可以具有数形或环形结构。在一些实施例中，其通过又称为"PCC"的公共耦合 点连接至外部输电和/或配电网（下文"电网"一词一般是指外部电网（PCC的下游）；在提 到风力发电厂内的本地电网（PCC的上游）时，采用"内部电网"一词；"上游"和"下游"参 照能量从风力涡轮机流到外部电网的方向。在一些实施例中，中央电厂控制器测量与风力 发电厂的总体向的电参数，例如，风力发电厂"看到"的电网电压、风力发电厂流出的电流、 电网电压和电流的相对相位、电网电压的频率的至少其中之一。可以在PCC上或者在PCC 上游或者下游的所有内部电网合并的某处进行这些测量。实施测量的点又称为"公共测量 点"或 "PCM"。
[0038] 在一些实施例中，中央电厂控制器的主要任务是确保作为整体来看的风力发电厂 在稳态操作过程中，即，在没有瞬态低压电网故障或其他故障时根据电网运营商的要求供 应电功率。
[0039] 就无功功率产量而言，例如电网运营商可以要求从风力发电厂提供给电网的无功 功率的绝对水平（例如，以MVAR为单位的Q)、无功功率或电流的相对水平（相对于有功功 率或电流）（例如，其通过包括所述无功功率应当是电容性的还是电感性的指示的功率因 数（COS(J))表示）或者相位角（Φ)。
[0040] 电网运营商也可以通过预期电压电平（例如，以kV为单位的U)，例如，可以是PCC 的PCM处的预期电压水平间接规定无功功率产量。在一些实施例中，所述预期电压水平是 通过电厂控制器的电压控制实现的。电压控制基于这样的事实，即，能够通过注入（电感或 电容）无功功率强烈影响（即，提高或降低）跨越连接风力发电厂的电网部分（经常是分 支线）的电阻的电压。在这些实施例中的一些中电厂控制器借助电压控制执行对电压的闭 环控制，其方式是重复测量PCM(例如，其可以是PCC)处的电压、将其与电网运营商希望的 电压水平进行比较以获得表示电压误差的信号，并使得无功功率产量以适合抵消所述电压 误差的符号（电感或电容）和水平进行。所述预期电压未必是额定电网电压，因为经常希 望在使电网电压保持在额定电压上所需的无功功率之外还提供额外的无功功率。
[0041] 就有功功率产量而言，通常风力发电厂的目标在于产生尽可能多的电力。但是，在 一些实施例中，将中央电厂控制器配置为在故障后支持阶段执行缩减和/或电网频率支持 和/或阻尼电网振荡控制。在故障之后，发电机或电网区域可能由于机械轴振荡和控制器 的原因而发生振荡。在这些时段内，可以激活阻尼控制器，其可以监视电网的某一点处的有 功功率流或电压，以计算系统是否振荡。
[0042] 所产生的有功功率的缩减量可以以根据故障事件的不同而存在差异的规定为基 础，例如，所述规定是由电网运营商提供的。或者，缩减量可以是预定的，并且对于所有的 故障后支持阶段都是一样的。所述规定可以通过绝对措辞（例如，"使所产生的功率降低X 丽";X是数量）或者相对措辞（例如，"使所产生的功率降低X% " ;x是处于O和100之间 的数量）表达。在后一种情况下，相对规定可以参照电厂的额定有功功率（例如：使所产生 的功率降低所述风力发电厂的额定功率的X% )。在其他实施例中，相对规定参照电厂在当 前盛行风下能够产生的有功功率（例如，使所生成的功率降低所述风力发电厂在当前盛行 风下能够产生的功率的X%)。
[0043] 电网的频率支持也可以基于电网运营商对频率上限以及任选的频率下限所做的 规定，在所述频率上限上风力发电厂必须降低其有功功率输出，在所述频率下限上风力发 电厂必须产生额外的有功功率（以最大可产生功率运行的风力涡轮机不能提高其有功功 率；因此，只能通过能够在缩减模式下工作的实施例提供立即响应的所生成的有功功率的 提高）。在其他实施例中，频率上限（以及适当情况下的频率下限）是预定的，而且对于所 有故障后支持阶段都是相同的。
[0044] 可以通过电网运营商控制中心和电厂控制器之间的通信链路将所有的这些不同 规定作为参考值（又称为"目标值"或设定点）在线提供给电厂控制器，或者可以将其以离 线方式提供给电厂控制器，其方式是就固定参考值达成一致，或者采取针对不同的未来日 期和时间指示参考值的日程表。电网运营商不必做出所有的规定或者提供所有的上文所述 的参考值。在一些实施例中，提供下述内容的至少其中之一：绝对无功功率参考值、相对无 功功率参考值、电压水平参考值、绝对有功功率缩减意图参考值、无功有功功率参考值以及 作为电网频率的函数的有功功率参考值。
[0045] 电厂控制器将通过电网运营商的参考值表示的电网运营商的要求和/或预定要 求转换成用于风力发电厂中的各风力涡轮机的本地风力涡轮机控制器的一个或多个发电 参数的参考值。在一些实施例中，针对风力涡轮机的参考值是每一个体风力涡轮机的无功 功率（例如，以MVAR为单位的Q)和/或有功功率（例如，以MW为单位的P)的绝对水平。 或者，所述绝对值也可以通过相对说法表达，例如，所讨论的风力涡轮机能够产生的额定功 率或电流的百分比。在其他实施例中，例如，可以相对于有功功率或电流表达无功功率参 考，例如，通过功率因数（COS(J))或相位角（Φ)表示，所述功率因数任选包括所述无功功 率应当是电容性的还是电感性的指示）。也可以通过指示风力涡轮机必须在其端子上取得 的电压的电压参考值表不各个风力润轮机的无功功率产量。在一些实施例中，例如，有功 功率参考可以是相对的，例如，具有相对缩减水平的形式，其规定了所产生的有功功率应当 是某一比讨论中的风力涡轮机在当前盛行风速下能够产生的有功功率低的百分比（例如， 95%，或者某一处于80% -98%的范围内的百分比）。
[0046] 在一些实施例中，作为中央电厂控制器的功能模块的调度器负责这一从工厂相关 参考值到风力涡轮机的各参考值的转换。所述调度器也可以考虑从风力涡轮机获得的信 息，例如，它们的当前有功和无功功率产量、它们当前可能的有功功率产量（如果它们在缩 减模式下运行）等。在一些实施例中，所述调度器也可以考虑风力涡轮机和PCM之间的内 部电网连接的已知阻抗，因为这些阻抗一般将风力涡轮机的端子上发出的有功和无功功率 的相对量（或者功率因数或相位角）修改成PCM处的不同值。
[0047] 在最简单的情况下，调度器使绝对电厂相关参考值除以风力涡轮机的数量，以获 得针对风力涡轮机的各个对应参考值。例如，如果电厂相关参考值指示由（例如）10个具 有相等的额定功率的风力涡轮机构成的风力发电厂必须提供IMVAR的无功功率，那么调度 器可以为每一风力涡轮机生成相同的参考值（在这一例子中为0. 1MVAR)。但是，在其他实 施例中，所述调度器可能并不为风力发电厂的所有风力涡轮机都确定参考值。例如，与第二 排以及后面各排的涡轮机相比，风力发电厂的第一排的风力涡轮机通常经受较高的风速， 因为第一排的风力涡轮机提取的能量使得风速降低，等等。如果第一行的风力涡轮机已经 以额定功率运转或者已经超过了额定功率，而第二排、第三排……的风力涡轮机仍然在部 分负载模式内运转，那么在一些实施例中调度器命令第二排、第三排……的风力涡轮机的 产量在所述风力发电厂所要产生的无功功率当中占据比第一行的风力涡轮机更大的比重， 因为前者的变流器与后者的变流器相比在达到它们的电流极限之前能够吸纳更多的额外 电流进行无功功率产量。
[0048] 在实施例中，在发电网生故障之前的正常工作期间，通过电厂控制器控制风力发 电厂的各个风力涡轮机。如上所述，电厂控制器将一个或多个发电参数，例如，有功功率、无 功功率和/或所要产生的电压的参考值提供给风力发电厂的各个风力涡轮机。这一在没有 低压故障的情况下风力涡轮机根据中央电厂控制器提供的一个或多个发电参数的至少一 个参考值工作的模式又称为"额定电网操作模式"。
[0049] 将一些实施例的风力发电厂配置为在低压电网故障过程中和之后按照三个阶段 工作，即，故障阶段、之后的故障后支持阶段以及故障后支持阶段之后的额定电网操作阶 段。阶段数量三未必是穷举的，在一些实施例中，还可以在文中描述的三个阶段之前、之后 或者之间插入一个或多个其他阶段。在一些实施例中，每一阶段对应于电厂控制器和/或 风力涡轮机控制器的单个状态。因此，进入和离开某一阶段都意味着进入或者离开对应的 状态。在其他实施例中，所述阶段中的一者或多者由电厂控制器和/或风力涡轮机控制器 的多个状态构成。例如，如下文所述，在一些实施例中，故障后支持阶段由电厂控制器的故 障后状态和重获控制状态构成。
[0050] 故瞳阶段:
[0051] 全世界的很多电网代码的基本要求之一是风力涡轮机在低压电网故障过程中一 定不能与电网断开并且关闭，而是必须要穿越所述低压骤降。但是，如果低压状态持续则允 许风力涡轮机断开连接并且关闭。电网代码通常提供作为时间的函数的电压极限曲线。图 1示出了来自开头提到的E. ON电网代码2006的电压模式的示范性电压曲线。如果所述电 压保持在所述极限曲线以上，那么风力涡轮机一定不能断开。如果其降至所述极限线以下， 即进入阴影区域，那么允许断开。其他电网运营商或者国家的很多当前电网代码都定义了 类似的要求，例如，爱尔兰、西班牙、英国等的电网代码。
[0052] 在实施例中，将中央电厂控制器和/或本地风力涡轮机控制器配置为在故障阶段 提供低压穿越能力。
[0053] 在一些实施例中，将中央电厂控制器和/或本地风力涡轮机控制器配置为在检测 到低压故障时进入故障阶段。在一些实施例中风力涡轮机控制器在故障阶段将不遵循来自 中央电厂控制器的参考。在一些实施例中，在PCM和/或所讨论的风力涡轮机处的电网电 压降到额定工作范围以下或者另一进入故障阈值以下时进入故障阶段。在一些实施例中所 述电压降还必须持续某一最低时间间隔，例如，至少ΙΟ-lOOms，才能进入故障阶段。
[0054] 如果电压在预定最大故障持续时间内（例如，大约1到2秒以内）返回至额定 电网工作范围或另一离开故障阈值（其通常处于进入故障阈值以上，以提供滞后作用）， 将中央电厂控制器和/或本地风力涡轮机控制器配置为离开故障阶段转向故障后支持阶 段。在一些实施例中，在电压返回时并不立即离开故障阶段，而是在电压返回之后延长（例 如）500ms的故障返回延迟周期。
[0055] 在一些实施例中将中央电厂控制器配置为还在故障阶段控制风力涡轮机，使之穿 越电网故障。
[0056] 在其他实施例中，将中央电厂控制器和本地风力涡轮机控制器配置为在故障阶段 通过风力涡轮机实施的本地控制替代电厂控制器实施的中央控制；即，将风力涡轮机的本 地风力涡轮机控制器配置为在故障阶段在风力涡轮机的电输出方面对风力涡轮机进行自 主操作，从而使之穿越电网故障。
[0057] 在实施例中，风力涡轮机在故障阶段穿越故障，S卩，它们并没有因故障而关闭，仍 然保持连接至电网。在一些实施例中对风力涡轮机不强加任何额外的要求，即，不要求风 力涡轮机在故障阶段提供任何有功或无功功率。例如，这种做法顺应了西班牙电网代码 uResolucion de llfebrero de2005 ；P.0. 12. 2 ；Instalaciones conectadas a la red de transporte:requisitos minimos de diseno ,equiparniento, funcionamiento y seguridad y puesta en servicio，'，point 3, BOE no. 51，p. 7405-7430。
[0058] 在其他实施例中，风力涡轮机不仅必须提供故障穿越功能，而且此外还必须在故 障阶段向电网提供无功电流，以支持电网。在一些实施例中，故障阶段内的无功电流供应是 以中央电厂控制为基础的；在其他实施例中，是以本地风力涡轮机控制器实施的自主控制 为基础的。在一些实施例中所要产生的无功电流是电容性无功电流。变速风力涡轮机通常 配备有（满标度或部分标度）变流器，例如，其包括发电机侧逆变器、电网侧逆变器以及处 于所述逆变器之间的具有电压源（例如，电容器）的DC链路。所述电网侧逆变器连同所述 电压源能够起到类似于STATC0M(静态同步补偿器）的作用，因此充当无功电流源。
[0059] 在一些实施例中，在风力发电厂内提供一个或多个静态同步补偿器（STATC0M)。晶 体同步补偿器可以具有电容（例如，电容器组）、将所述电容耦合至内部电网的变流器以及 控制所述变流器的本地控制器。在这些实施例中的一些中，无功电流的产量，尤其是故障阶 段内的无功电流产量单独通过静态同步补偿器执行。在这些实施例的其他实施例中，风力 涡轮机变流器和所述静态同步补偿器联合产生所需的无功功率或电流。静态同步补偿器的 对无功电流或功率产量的控制的执行与风力涡轮机的类似；即，在一些实施例中，通过中央 电厂控制器执行，在其他实施例中通过本地STATC0M控制器执行。
[0060] 对于风力涡轮机和STATC0M变流器而言存在某些有关无功电流产量的限制：如果 在故障阶段失去了与电网的同步，那么可以不输送任何无功电流。所述变流器可以在故障 阶段的某一周期内阻塞，以作为一种自我保护措施。此外，任何风力涡轮机或STATC0M变流 器通常都具有电流极限。可能必须采用最大允许电流的某一比重使所采用的风力涡轮机能 够将其有功功率释放到电网内。因而，所述电流极限使故障过程中的无功电流产量局限于 该电流极限下的剩余电流余量。
[0061] 在一些实施例中根据一些电网代码的要求，响应于电网故障提供最大无功电 流。考虑到上文解释的电流和定时限制，"最大无功电流"是在风力涡轮机的变流器的电 流限制下，依据变流器与电网是同步还是根本不同步而能够产生的无功电流的量。提供 最大无功电流的实施例与涵盖范围很宽的一类电网代码相顺应，其例子为UK "The Grid Code"，Issue 4, Revision 10,2012,point CC. 6. 3. 15, and the Irish "EirGrid Grid Code"，version 3. 5, 2011，point WFPSL 4。
[0062] 在进一步的其他实施例中，在故障过程中不需要提供量太无功电流，而是由风力 涡轮机（或STATC0M)提供额外的量的无功电流，其在故障阶段取决于电网电压。与额定电 网电压的偏差越大，风力涡轮机（或STATC0M)要提供的额外无功电流的量就越高。"额外 无功电流"是除了故障之前产生的无功电流之外产生的无功电流。"额外无功电流" 一词还 适用于故障之前没有产生无功电流的情况；因而其简单地表示在故障阶段产生的总无功电 流（因为所述额外无功电流被加到了零无功电流上）。在一些实施例中，电压偏差和额外无 功电流产量之间的这一关系是线性的；因而额外无功电流产量对应于线性电压控制。就饱 和的情况而言，即，如果电压骤降的深度将需要比额定最大电流高的无功电流，那么产生额 定最大电流以提供无功电流。在一些实施例中在额定电压范围内存在死区；即，一旦电压处 于额定电压带内将不产生任何额外无功电流。一旦电压在故障阶段再次升高（到饱和电压 以上），无功电流产量将（例如）根据所述线性关系降低。
[0063] 图2中示出了根据一些实施例的故障阶段的电压控制：在发生低于额定电压范围 的电压骤降的情况下激活用以产生额外无功电流（这里为电容电流）的电压控制，例如，所 述电压骤降低于比额定电网电压Un低大约5%到大约-20%的值（在图2中将其示为处于 10%上）。所产生的额外无功电流的量线性依赖于与额定电压的电压偏差。在图2所示的 例子中，针对每一百分比的电压骤降，产生风力涡轮机（或STATC0M)能够输送的额定最大 电流的2%的量。假设在故障之前没有产生任何无功电流，那么在到额定电压的50%以及 更低电压的电压骤降上将达到饱和，这意味着将产生对应于额定最大电流的无功电流。一 旦电压在故障阶段再次升高到饱和电压（例如，50% ))以上，那么将根据图2中所示的线 性关系降低无功电流产量。在一些实施例中，如果电压升高到额定电压以上并且超过了额 定电压带的上限（例如，额定电压的110% )，那么产生额外的电容电流，例如，其根据相同 的线性关系线性依赖于与额定电压的电压偏差。在图2中也对此给出了图示。例如如图2 所示的在电网故障过程中提供电压调整的实施例遵从另一类电网代码，其例子为开头提到 的E. ON 2006电网代码。
[0064] 如已经提及的，在一些实施例中，将中央电厂控制器配置为在发生低压电网故障 的情况下还控制风力涡轮机（如果适当，还控制STATC0M)，以穿越电网故障。
[0065] 在其他实施例中，如果发生了低压电网故障，那么在故障阶段通过风力涡轮机自 身（以及STATC0M)实施的本地控制（又称为自主控制）代替电厂控制器实施的中央控制， 从而使风力涡轮机穿越所述低压故障。本地控制意味着，风力涡轮机将不再遵循电厂控制 器提供的一个或多个产量参数的，例如，有功功率、无功功率和/或所要产生的电压的参考 值，而是控制无功和/或有功电流自身的供应（就上文提到的除了有功功率之外的参考值 而言，如果适当的化，同样的做法还适用于STATC0M)。在一些实施例中，因此电厂控制器在 故障阶段中止提供或更新这些参考值，因为无论如何在故障阶段对风力涡轮机（以及在适 当情况下对STATC0M)的自主操作都不会遵循这些参考值。
[0066] 在一些实施例中，不管故障阶段内的控制是中央的还是本地的，电网故障检测都 是由电厂控制器执行的。一旦电厂控制器检测到满足电网故障的定义的电压骤降（到了进 入故障阈值以下的电压降，并且有可能持续最小时间间隔），就决定进入故障阶段，并将其 参考值改为故障阶段参考值（在中央故障阶段控制实施例中）或者相应地命令风力发电 厂的风力涡轮机，风力涡轮机将因此开始自主故障阶段控制（在本地故障阶段控制实施例 中）。在这些实施例中的一些中，由电厂控制器测量的触发这一改变的电压是PCM，例如， PCC处的电网电压。
[0067] 在其他实施例中，就本地故障阶段控制而言，由风力涡轮机（以及适当情况下的 STATC0M)本地执行使得风力涡轮机（以及适当情况下的STATC0M)进入故障阶段的电网故 障检测。一旦风力涡轮机（或STATC0M)控制器检测到满足电网故障的定义的电压骤降（达 到进入故障阈值以下的电压降，并且可能持续最低时间间隔）就自主判定已经到达故障阶 段并开始自主该值阶段控制。在这些实施例中的一些中，由风力涡轮机（或STATC0M)控制 器测量以触发这一改变电压是风力涡轮机（或STATC0M)端子（例如，处于风力涡轮机变压 器的高压侧）上的电厂内部电网电压，或者是风力涡轮机的变压器的低压侧的电压。
[0068] 在一些实施例中，在清除了故障时，终止故障阶段并做出向故障后支持阶段的转 换。例如，在电网电压返回到了所谓的电压返回阈值时，认为清除了故障，例如，所述阈值可 以是额定电网工作范围的下限，或者可以是低于所述下限的电压以确保滞后效应。例如， 电压返回阈值可以处于比额定电网工作范围的下限低额定电压的0-15%的范围内。在一 些实施例中，在电网电压返回至电压返回阈值时，并不立即终止故障阶段，也不立即作出转 换，而是仅在一定的延迟之后作出转换，例如，所述延迟在电网电压已经返回电压返回阈值 之后的IOOms到I. 5s的范围内。
[0069] 在一些实施例中，就本地故障阶段控制而言，测试电网电压是否达到了电压返回 阈值以及判断是否要作出向故障后支持阶段的转换的活动仍将由本地风力涡轮机（或 STATC0M)控制器执行。
[0070] 在采用本地故障阶段控制的其他实施例以及采用中央故障阶段控制的实施例中， 通过中央电厂控制器执行这些活动。在中央电厂控制器判定要做出转换时，其向风力发电 厂的一些或所有风力涡轮机的风力涡轮机控制器（和/或适当情况下的STATC0M控制器） 发送对应的命令（例如，其被称为"进入故障后命令"）。在采用本地故障阶段控制的实施 例中，本地风力涡轮机控制器尽管在故障阶段自主控制风力涡轮机，但是其可以在故障阶 段服从电厂控制器，并响应于进入故障后命令中止本地控制。
[0071] 在本地故障阶段控制实施例中的一些通过本地风力涡轮机（或STATC0M)控制器 执行电网电压是否达到了电压返回阈值的测试的实施例当中对照着所述阈值测试的电网 电压是风力涡轮机（或STATC0M)的端子（例如，处于风力涡轮机变压器的高压侧）处的电 厂内部电网的电压，或者是处于风力涡轮机的变压器的低压侧的电压。在其他的这一类型 的实施例中，对照所述阈值测试的电网电压是PCM处的电压。在PCM处测量的电压是通过 电厂控制器或者是在电厂控制器的监督下测量的，并且将表示PCM处的测得电网电压的信 息信号发送至本地电厂控制器。
[0072] 在所述实施例中的一些通过中央电厂控制器执行电网电压是否达到了电压返回 阈值的测试的实施例中，对照阈值所测试的电网电压是在PCM处测得的电压。
[0073] 故瞳后j持阶段:
[0074] 如开头所指示的，在清除故障之后立即从故障操作返回到采用故障前参考值可能 是电网的进一步恢复所禁忌的。例如，这是因为由于电厂控制器可能（至少最初）未知的 电网故障的原因阻抗可能已经发生了变化或者电网稳定性可能已经降低。
[0075] 由于预先不知道电网阻抗是否因故障而发生了变化以及发生了哪一方向的变化 (电感或电容），因而在故障后支持阶段通过中央电厂控制器执行控制，其控制风力发电厂 按照支持进一步的电网恢复的方式工作。
[0076] "支持"是指对风力发电厂加以控制，从而⑴仅提供实际功率（功率因数=1)， 或者（ii)采用支持电网恢复的电压参考执行电压控制。
[0077] 因此，在一些实施例中，将中央电厂控制器配置为在故障后支持阶段对风力发电 厂加以控制，使之仅提供实际功率，而不提供无功功率。仅提供实际功率是一种具有空档 (neutral)方式的操作，其至少不是电网恢复所禁忌的。
[0078] 在其他实施例中将中央电厂控制器配置为在故障后支持阶段对风力发电厂加以 控制，使之采用支持电网恢复的电压参考执行电压控制。无功功率的注入一般将提高或降 低PCM处的电网电压，其取决于注入的无功功率是电容性的还是电感性的以及电网的电感 性阻抗还是电容性阻抗占主导地位。
[0079] 在这些电压控制实施例中，可以采取不同的电压参考支持电网恢复，其取决于境 况。例如，在一个示范性实施例中，将中央电厂控制器配置为以额定电网电压作为电压参考 执行电压控制。这意味着中央电厂控制器通过无功功率注入使电压值（例如，PCM处的）保 持在额定电网电压上。
[0080] 在电压控制实施例的另一例子中，将中央电厂控制器配置为采用故障发生之前的 先前电网电压值作为电压参考，其接近额定电网电压（例如，处于额定电压的0. 95到1. 05 的范围内）。其动机可能在于电网中的其他电压调节器，例如，调节主次变压器绕组的比值 的抽头变换器通常非常慢。例如，如果电网在故障之前正在以I. 〇2pu(=比额定值高2% ) 的电压工作，那么在故障之后将所述系统的所有抽头变换器都调整至这一值，因而（在有 些情况下取决于电网拓扑结构）在故障后支持阶段采用这一电压（l.〇2pu)作为电压参考 可以是有利的。否则，采用额定电网电压作为电压参考可能造成变压器的次级绕组处欠压 (在所提到的例子中，次级绕组处的欠压可能是0. 98pu左右）。
[0081] 在电压控制实施例的又一例子中，将中央电厂控制器配置为采用故障发生以前的 先前电网电压值作为电压参考执行电压控制，所述电压值可能比先前例子中更加远离额定 电压。例如，风力发电厂可能是"天线连接的"，意思是电厂通过长分支线连接至输电网。由 于（除了风力发电厂本身之外）没有什么连接至所述分支线，因而没有必要使公共耦合处 具有额定电网电压。在这种情况下，能够提高分支线（连接至输电网的位置）以后的电压， 这样可以支持电网恢复。
[0082] 在所有的这些电压控制实施例中，通过无功功率注入借助闭环控制使（例如）PCM 处的电压值保持在参考电压上。在这些实施例中的一些中，故障后支持阶段包括测量PCM 处的电压，将测得的电压与参考电压进行比较，以及通过中央电厂控制器调节用于有功功 率产量或无功功率产量的参考值，以抵消测得电压与参考电压的任何偏差。例如，重复地测 量PCM处的电压，并将其与PCM处的预期电压水平（这里：额定电网电压）进行比较，产生 表示测得电压与额定电网电压的偏差的误差信号，所述误差信号使风力涡轮机产生所具有 的水平和符号（电感性的或者电容性的）适于抵消与参考电压的偏差的无功功率。
[0083] 如果在故障后支持阶段只产生有功功率，那么两种不同的示范性控制器实施方式 选项是：
[0084] -功率因数控制器的使用，其中，参考是功率因数PF = 1 ;这一控制器将采用电厂 级别（例如，PCM上）的测量有功功率和无功功率以及所述参考功率因数计算出在PCM上 实现PF = 1所需的由风力涡轮机（以及适当情况下的STATC0M)产生的正确Q ;
[0085] -无源功率控制器的使用，其中，参考是Opu无功功率；这一控制器将采用电厂级 的测量无功功率（例如，PCM上的）连同参考无功功率计算出在PCM上实现Q = 0所需的 由风力涡轮机（以及适当情况下的STATC0M)产生的正确Q。
[0086] 如果在故障后支持阶段执行采用Ipu的电压参考或者任何其他支持电压参考的 电压控制，那么一种示范性控制器实施方式采用在电厂级别（例如，在PCM上）测得的电压 作为反馈。这一控制器采用在PCM上测得的电压与电压参考的比较来调整Q，从而使PCM上 的电压等于或者至少接近所述电压参考。
[0087] 在一些实施例中，在故障后支持阶段就像在正常操作中那样注入有功功率。例如， 在处于所讨论的风力涡轮机的额定风速上或者超过所述额定风速的风速上，产生额定有功 功率，在低于额定风速的风速上，所产生的有功功率对应于在所述既定风速上可获得的量。 在故障后支持阶段激活额定电压控制的实施例中，如果风力涡轮机变流器的电流限度不允 许产生所需的有功和无功电流那么可以降低有功功率。此外，由于故障后支持阶段直接接 替故障阶段，因而有功功率产量中的瞬态在故障后阶段内仍将出现。例如，在一些实施例 中，所产生的有功功率的量在故障后支持阶段仍将从低值（其归因于这样的事实，即在低 压事件中只能注入降低的量的有功功率，甚至不注入有功功率）朝向上文提到的正常操作 过程中的有功功率产量坡升。
[0088] 在故障后阶段，能够对有功功率加以控制，以提供电网稳定性。例如，电厂控制器 能够在这一阶段激活缩减操作和/或激活频率控制。或者或此外，电厂控制器能够在这一 阶段激活阻尼控制器，从而对在PCM处检测到的电网振荡（频率振荡）产生阻尼作用。通 常，在故障之后，常规电厂可能由于轴振荡和/或控制影响而发生振荡。所述阻尼控制器 通过注入具有相反相位的振荡有功功率而抵消频率振荡；因而阻尼控制器将支持系统稳定 性。在这一周期之后，电厂控制器能够转成对可用风的最大跟踪能力。
[0089] 在故障后支持阶段通过中央电厂控制器执行对各个风力涡轮机（以及适当情况 下的STATC0M)的控制。中央电厂控制器提供至少一个参考值，其命令各风力涡轮机在空档 或支持模式下工作，即，不产生无功功率，或者根据电压参考执行电压控制。
[0090] 因此，在故障阶段内采用本地控制的实施例中，在实施从故障阶段到故障后支持 阶段的转换时，控制从本地风力涡轮机控制器实施的本地风力涡轮机控制切换至电厂控制 器实施的中央电厂控制。此外，在一些在故障阶段内采用本地电压控制的实施例中，电压控 制所基于的测得电网电压在故障阶段内是处于风力涡轮机的端子上的电厂内部电网电压 或者是风力涡轮机变压器的低压侧电压，在故障后支持阶段内是PCM处的电网电压。
[0091] 但是，在故障阶段内采用中央控制的实施例中，中央电厂控制器在所有的三个阶 段（故障阶段、故障后支持阶段、正常操作阶段）内控制本地风力涡轮机控制器（以及适当 情况下的STATC0M控制器），而不是在故障阶段内将控制让与本地控制器。
[0092] 额定电网橾作阶段:
[0093] 最后，在故障后支持阶段之后，风力发电厂进入额定电网操作阶段（又称为正常 操作阶段）。恢复在低压故障之前盛行的额定电网操作模式。这一正常操作阶段的特征在 于控制配置是客户或电网运营商所要求的默认控制配置；其可以不同于故障后阶段内激活 的支持电压控制或者仅有功功率注入。因此，现在电厂控制器提供不再与空档操作参考值 或者故障后支持阶段的支持操作参考值绑定的参考值。在一些实施例中，参考值反映电网 运营商的需求。这些参考值可以与故障前相同。或者，故障后参考值可以不同于故障前参 考值。例如，可以考虑从故障前到故障后电网状态的持久性变化，例如电网阻抗的变化，其 可能需要无功功率产量的变化。电网中的功耗量的变化和/或功率产量量的变化要求风力 发电厂的有功功率产量的变化或者缩减度的变化。
[0094] 在一些实施例中，离开故障后支持阶段，并响应于进入故障后支持阶段时开始的 事件间隔的到期而恢复额定电网操作模式。换言之，所述时间间隔表示故障后支持阶段的 持续时间。在这些实施例中的一些中，所述时间间隔是预定的，即是在故障发生之前设定 的。在其他实施例中，时间间隔的长度取决于故障的严重性，例如，电压骤降越深，所述时间 间隔越长。所述时间间隔的长度对电压骤降的深度的依赖性可以根据预定函数来确定。这 些实施例的共同点在于故障后支持阶段的持续时间与电网恢复的实际进展无关。
[0095] 但是，在其他实施例中，故障后支持阶段的持续时间取决于电网恢复的实际进展。 例如，在这些实施例中的一些中，在故障后支持阶段监视至少一个电网参数。如果确定至少 一个所监视的电网参数采取了指示额定电网状态的值，那么离开故障后支持阶段并恢复额 定电网操作模式。
[0096] 在一些实施例中，所述电网参数是电网的电参数，例如，电网电压和/或电网频 率。在一些实施例中，在电网电压和/或电网频率返回到了其额定电压和/或频率范围时， 恢复额定电网操作模式。在一些实施例中恢复额定电网操作模式要满足一个额外条件，即， 电网电压和/或电网频率已经在该范围内保持了某一指示稳定额定电网状态的时间段（例 如，处于2到60秒的范围内）在其他实施例中，电网电压和/或电网频率的绝对值不是或 者不完全是决定性的。相反（或者或此外），它是对电网电压和/或电网频率的振荡进行 监测的结果，额定电网操作模式以之为基础。这是因为在故障之后的电网恢复过程中，有时 存在一个不稳定时段，其经常表现出这样的振荡。因此，在一些实施例中，监视电网电压和 /或电网频率的振荡，并且在振荡幅度降到指示电网稳定性的振荡阈值以下时，并且有可能 已经在这一阈值以下保持了某一延迟周期（例如，处于2到60秒的范围内）时，恢复额定 电网操作模式。
[0097] 在其他实施例中，所监测的电网参数是电网的相关部分的，例如将风力发电厂连 接至电网的主要部分的连接输电线的阻抗。电厂控制器可以在（例如）对所讨论的电网部 分和电网元件的认知以及电厂控制器接收到的表示诸如断路器、开关、变压器抽头等的阻 抗改变电网元件的电流设置的信号的基础上确定所讨论的阻抗。在阻抗评估表明阻抗处于 额定操作的阻抗范围内，并且任选已经在该范围那保持了某一延迟周期（例如，处于2到60 秒的范围内）时，恢复额定电网操作模式。
[0098] 在有一些实施例中，所述电网参数是在故障后支持阶段接收自电网运营商的指示 电网已经恢复的信息信号。在接收到这一信号时，在这些实施例中恢复额定电网操作模式。 [0099] 一般而言，中央电厂控制器和本地风力涡轮机控制器除了具有低压穿越功能之外 还具有很多其他功能。因此，在一些实施例中，中央电厂控制器包括很多不同的控制程序功 能，其中之一是负责低压穿越功能。
[0100] 在一些实施例中，在中央电厂控制器中通过不同状态表示低压穿越过程中的不同 阶段。相应地，所述控制程序的负责低压穿越功能的部分是实施不同控制状态的状态机，其 又称为低压穿越状态机。所述低压穿越状态机的控制状态可以包括：
[0101] (a)在故障阶段内生效的故障状态；
[0102] (b)在故障后支持阶段内生效的故障后状态；
[0103] (C)在正常电网操作阶段内生效的正常操作态。
[0104] 在一些实施例中，状态（C)(正常操作）不作为低压穿越状态机的部分实施，因为 其属于风力发电厂的正常操作。作为替代，因此某些低压穿越状态机具有状态（c'）作为替 代，该状态是在从故障后支持阶段到额定电网操作阶段的过渡当中生效的重获控制状态， 其能够使低压穿越机支持从故障后状态到额定电网操作的过渡。恢复控制状态（C'）是故 障后状态和额定电网操作之间的过渡态。
[0105] 即使在两个或三个阶段或态内由中央电厂控制器执行电压控制，即，在一些实施 例中将中央电厂控制器配置为单独地并且独立于其他阶段或态执行这些阶段或态中的每 者当中的电压控制，也可以在所有的阶段或态内对电压控制参数做出不同的选择，其能够 使得故障穿越和电网恢复通过一种改进的并且灵活的方式执行。电压调整中采用的可以做 出不同选择的电压控制参数是电压参考和/或以测得电压为转移的无功功率/电流的函数 的斜率或下垂（这样的下垂（droop)函数的例子如图2所示；这一函数的斜率是电压与额 定电压的每1 %的偏差配〇. 5 %的额外无功电流。
[0106] 在一些实施例中，就故障阶段内采用本地控制的情况而言，即，就在故障阶段内由 本地风力涡轮机控制器（以及适当情况下的STATC0M控制器）接替电厂控制器的控制功 能的实施例而言，将中央电厂控制器配置为在进入故障阶段时，"冻结"中央电厂控制器的 在额定操作中提供发电控制的至少这部分的状态，并存储至少一个控制变量的故障前操作 值。"冻结"是指使所述状态不发生变化。这一存储并且冻结的控制变量可以是下述变量的 至少其中之一：无功功率参考值、有功功率参考值以及电厂控制器的积分器分量。在恢复额 定电网操作模式时，在一些实施例中，中止中央电厂控制器的冻结，并采用至少一个所存储 的来自故障前操作的控制变量值恢复中央发电厂控制。可以在风力涡轮机在故障阶段内不 听命于中央电厂控制器的实施例中执行冻结；否则在其他在故障阶段内通过电厂控制器实 施控制的实施例中，中央电厂控制器能够在无需冻结的情况下采用不同的控制状态渡过不 同的阶段。
[0107] 在这类采用状态机的实施例中，"故障状态"也可以称为"冻结控制状态"。
[0108] 在本地控制实施例中，在故障阶段内，风力涡轮机（以及适当情况下的STATC0M) 不再遵循电厂控制器提供的任何无功功率参考，因为控制是传达至本地风力涡轮机（和/ 或STATC0M)控制器的。在一些实施例中，电厂控制器具有积分部件（例如，其为PI或PID 控制器）。电厂控制器可以包括反馈电压控制器，其目标在于在实际PCM电压和目标PCM电 压之间的差的基础上评估误差信号，并将适当的无功功率参考提供至各风力涡轮机，以抵 消这样的电压差，由此使PCM上的电压保持目标值。电压控制器的所述积分部件（例如）对 所述电压差积分。因而，所述误差信号具有对应于所述电压差的积分的分量。在这些实施例 中，"冻结"可以指避免累积控制器的积分项。当在故障阶段内通过本地风力涡轮机控制器 接替电厂控制器的功能时，风力涡轮机不再遵循电厂控制器发出的任何无功功率参考。为 了避免积分器继续累积最后变得饱和，在这些实施例中的一些中，冻结所述积分器，换言之 所述受到冻结的控制器的状态包括无功功率参考值和/或电厂控制器的PCM电压控制器的 积分器分量。所存储的至少一个控制变量的故障前操作值可以是在风力发电厂和中央电厂 控制器返回正常操作，即额定电网操作时重新采用的故障前积分器分量值。
[0109] 上文对实施例的一般方面的描述以及从属权利要求的主题尽管是相对于风力发 电厂介绍的，但是还涉及在中央电厂控制器当中以及在处于故障阶段时采用本地控制的实 施例中部分地在本地风力涡轮机控制器（以及适当情况下的STATC0M控制器）中实施的方 法本身。
[0110] 例如，所述中央电厂控制器和本地风力涡轮机控制器可以是控制计算机，它们每 者具有中央处理单元（CPU)、用于控制程序和数据的存储器、输入/输出（I/O)接口以及连 接所述CPU、存储器和I/O接口的数据总线。
[0111] 在一些实施例中，所述控制系统是分布式系统，例如，其具有几个相互连接的微处 理器的形式，例如，一个或多个用于电厂控制器的微处理器和/或一个或多个用于每一风 力涡轮机的微处理器。
[0112] 在一些实施例中，将控制器"配置为"执行某一活动的概念是指对控制器，即控制 计算机编程以执行这一活动。例如，以非瞬态方式按照存储在存储器内的指令和数据的形 式实施所述用于执行在发生瞬态低压故障的情况下对风力发电厂的电输出进行控制的方 法的控制程序，并且当在控制计算机的CPU中运行所存储的所述程序时，将执行所述方法。
[0113] 因而，在一些实施例中，"将……配置为执行或引起某一方法相关活动"这类的表 达是指按照某种非暂态的方式对表示所讨论的控制器的计算机编程，因而在所述计算机程 序被运行时，其将使得所述方法相关活动得到执行。通过这种方式定义的风力发电厂至少 通过这一专用程序设计（即，这一专用计算机程序的存储）而区别于未被配置为（例如未 被编程为）执行所述方法相关活动的相同硬件（如果有的话）。
[0114] 上文描述了在进入故障阶段时"冻结"中央电厂控制器作为本地控制实施例的任 选功能，可以将其添加到独立权利要求1和14中描述的功能当中。但是，所述控制器冻结 功能也可以用在没有故障后支持阶段的风力发电厂和方法当中，因此在权利要求15和18 中对其做出了独立地权利主张。在权利要求15和18的背景下，所描述的故障后支持阶段 是任选的。
[0115] 当在故障阶段内由本地风力涡轮机控制器接管电厂控制器的功能并且风力涡轮 机在一些实施例中进入所述故障阶段时，"冻结"中央电厂控制器的在额定操作模式内提供 发电控制的至少那部分的状态，并存储至少一个控制变量的故障前操作值。"冻结"是指使 所述状态不发生变化。这一存储的或者冻结的控制变量可以是下述变量的至少其中之一： 无功功率参考值、有功功率参考值和电厂控制器的积分器分量。在恢复额定电网操作模式 时，在一些实施例中，中止中央电厂控制器的冻结，并采用至少一个所存储的来自故障前操 作的控制变量值恢复中央发电厂控制。
[0116] 在一些实施例中，在故障阶段内风力涡轮机（以及适当情况下的STATC0M)不再 遵循电厂控制器给出的任何无功功率参考，因为控制转移给了本地风力涡轮机（和/或 STATC0M)控制器。在一些实施例中，电厂控制器具有积分部件（例如，其为PI或PID控制 器）。电厂控制器可以包括反馈电压控制器，其目标在于在实际PCM电压和目标PCM电压之 间的差的基础上评估误差信号，并将适当的无功功率参考提供至各风力涡轮机，以抵消这 样的电压差，由此使PCM上的电压保持目标值。电压控制器的所述积分部件（例如）对所 述电压差积分。因而，所述误差信号具有对应于所述电压差的积分的分量。在这些实施例 中，"冻结"可以指避免累积控制器的积分项。当在故障阶段内由本地风力涡轮机控制器接 管电厂控制器的功能时，风力涡轮机不再遵循电厂控制器给出的无功功率参考。为了避免 积分器继续累积最后变得饱和，在这些实施例中的一些中，冻结所述积分器，换言之所述受 到冻结的控制器的状态包括无功功率参考值和/或电厂控制器的PCM电压控制器的积分器 分量。所存储的至少一个控制变量的故障前操作值可以是在风力发电厂和中央电厂控制器 返回正常操作，即额定电网操作时重新采用的故障前积分器分量值。
[0117] 在一些冻结控制器实施例中，中央电厂控制器包括实施不同控制状态的低压穿越 状态机，所述控制状态包括在故障阶段内生效的冻结控制状态以及正常操作状态或者在向 额定电网操作阶段过渡的过程中生效的重获控制状态。可以由故障后状态，但是其是任选 的。
[0118] 也可以将从属权利要求2、4到12的任选主题与独立权利要求15和18结合。
[0119] 实施例的详细描述
[0120] 图3 :风力发电厂
[0121] 图3的示范性风力发电厂具有多个风力涡轮机2,其分别通过2. 1、2. 2和2. 5表 示。每一风力涡轮机2具有带转子叶片4的转子3,所述转子叶片以可旋转方式受到安装 在塔架6上的机舱5的支撑。转子3驱动发电机7。为了实现可变转子速度，通过变流器8 将发电机产生的电流转换成适于固定电网频率（例如，50Hz或60Hz)的电流，例如，通过满 标度变流器或者双重馈电感应发电机（DFIG)的变流器。变流器8使得所要产生的电流根 据预期具有相对于电网电压的任意相位，由此使得可变无功功率得以产生。变流器8还允 许所产生的电压的幅度在某些限度内发生变化。每一风力涡轮机2具有本地风力涡轮机控 制器22,其命令风力涡轮机的变流器8生成具有具体的相位和电压的电流。
[0122] 每一风力涡轮机2具有风力涡轮机2输出所产生的电功率的端子9。通过电厂内 部电网11将风力发电厂1的风力涡轮机2电连接至公共耦合点（PCC) 10。内部电网11的 内部线路12的各段的阻抗通过由13a-13d所示的框表示。
[0123] PCC 10是风力发电厂1电连接至外部公用电网14的点。所述公用电网14包括 (例如）远方的高压输电网15以及风力发电厂1借以连接至远方的高压输电网15的支线 连接16。例如，支线连接16可以包括两条电并联支线17a、17b。每条支线17a、17b在其 (例如）两端设有开关18a、18。一旦（例如）在所讨论的支线17a、17b中发生了短路，那 么网络操作员可以借助于所述开关使支线17a、17b之一不工作。可以包括（例如）直接处 于PCC 10的下游并且通过其次级绕组连接至PCClO的变压器19a、19b的支线17a、17b的 阻抗是通过20a、20b所示的框表示的。
[0124] 风力发电厂1配备有中央电厂控制器21。中央电厂控制器21通过控制网络23与 本地风力涡轮机控制器22通信。例如，将控制网络23实现为总线系统，S卩，CAN总线（ISO 11898)或以太网总线（IEEE 802. 3)。在图3中，采用虚线绘制控制线，从而将它们与画成 实线的电网线区分开。
[0125] 中央电厂控制器21具有几个输入，图3示出了它们当中的三个。所述输入之一是 外部实体，例如，公用电网运营商能够用以提供与风力发电厂1所要输送的电相关的规定 或需求信息的外部控制输入24。例如，公用电网运营商能够要求风力发电厂1在PCC 10或 者内部电网11、支线连接16或输电网15中的另一点上输送某一电压V或者某一量的无功 功率Q。公用电网运营商的其他需求可以是（例如）就公用电网14中过频的情况而言由风 力发电厂1产生的有功功率的上限，或者是可以通过绝对措辞或者相对措辞表达的缩减水 平。面向外部控制输入24的信息信号未必是需求信号；在一些实施例中，其为定义中央控 制器对风力发电厂1中测得的参数的响应的功能参数。例如，在一些实施例中，所述信息信 号是定义测得电压（参照下一段落）向所要产生的无功功率的映射的下垂函数的斜率。
[0126] 图3所示的对中央电厂控制器21的第二输入是中央测量输入25 ;例如，它是表示 在公共测量点（PCM) 26上测得的电压和/或无功功率的信号。PCM26可以与PCC 10重合。 或者，PCM 26可以在外部电网14内（例如，在支线连接16或者输电网15内）处于PCC 10 的上游，或者在内部电网11内处于PCClO的下游，在图3中通过27和28标出。
[0127] 对中央电厂控制器21的第三输入是阻抗指示输入29。例如，阻抗指示输入29接 收指示支线17a和/或支线17b是处于工作中还是不工作的信号。其可以是指示开关18a 和/或18b是处于闭合状态还是断开状态的信号。由于风力发电厂1到电网14的电连接 的阻抗（更准确地说：支线连接16到输电网15的总阻抗）是阻抗20a、20b的合并，因而支 线连接16的阻抗取决于支线17a和/或支线17b是处于工作中，而且将在支线17a/17b之 一关闭时发生变化。
[0128] 中央电厂控制器21具有经由控制网络23向本地风力涡轮机控制器22的参考值 输出30。
[0129] 本地风力涡轮机控制器22也可以具有几个输入，图3中示出了它们当中的两个。 所述输入之一是参考值输入31，其经由控制网络23接收来自参考值输出30的信号。第二 输入是本地测量输入32。表示本地测量输入32的信号是（例如）在相关风力涡轮机2的 端子9上测得的电压和/或无功功率。测量风力涡轮机的端子9上的电压和/或无功功率 是指测量相应的风力涡轮机2用以连接至PCC 10的内部线路12的阻抗13a-13d的上游的 电压和/或无功功率，并且是指测得的无功功率是所讨论的风力涡轮机2产生的无功功率 (不是？01126、27、28上的由风力发电厂1产生的无功功率的和）。由于阻抗13 &-13(1的原 因，在风轮机的端子9处测得的电压一般将不同于在PCM 26、27、28上由中央电厂控制器21 测得的电压。类似地，在风力涡轮机的端子处测得的无功功率之和一般将不同于中央电厂 控制器21在PCM 26、27、28处测得的无功功率。
[0130] 中央电厂控制器21和本地风力涡轮机控制器22都被安排在反馈模式内工作，在 该模式内，它们将来自（例如）参考输入24、31的参考值与来自（例如）测量输入25、32 的测量值进行比较，并在两输入值之间的差的基础上产生控制信号。
[0131] 控制网络23是能够实现中央电厂控制器21和本地风力涡轮机控制器22之间的 双路通信的双向网络。例如，采用上行链路方向（即，从中央电厂控制器21到本地风力涡 轮机控制器22)的方向将针对电压和/或无功功率的参考值从电厂中央控制器21发送至 本地风力涡轮机控制器22。风力涡轮机2可以采用下行链路方向将有关风力涡轮机的当前 工作状态的，例如，有关当前产生的有功功率的量的信息返回至中央电厂控制器21 (在图3 值仅画出了上行链路箭头）。
[0132] 在一些实施例中，中央电厂控制器21发出的参考输出30是针对所有的风力涡轮 机2. 1到2. 3的供参考值。在这些实施例中，可以要求风力发电厂1的所有风力涡轮机2 根据公共参考值产生相同的电压或无功功率。在其他实施例中，各风力涡轮机2接收来自 中央电厂控制器21的独立参考值。
[0133] 在采用STATC0M的实施例中，使电容器组经由与风力涡轮机变流器8类似的 STATC0M变流器与内部电网连接。STATC0M变流器还耦合控制网络23，并且从电厂控制器 21的参考值输出30接收无功功率或无功电流参考值信号。
[0134] 图4 :控制器结构
[0135] 风力发电厂1的总的控制器结构包括中央电厂控制器21和本地风力涡轮机控制 器22。在图4的实施例中，任选的STATC0M还设有STATC0M控制器33。
[0136] 测量评估器34可以是单独的单元，并且位于PCM 26、27、28处；在其他实施例中， 它是中央电厂控制器21的部分。
[0137] 在图4所示的示范性实施例中，中央电厂控制器21包括如下功能实体：又称为 "LVRT状态机"的LVRT控制模块35 (LVRT表示"低压穿越"、无功功率控制器36 (简称为"Q 控制器"）和有功功率控制器37 (简称为"P控制器"）。
[0138] 测量评估器34接收PCM 26、27、28(图3)上的作为时间的函数的测量电压和电流 作为输入信号25(图3)。其包括被布置为检测电压降的LVRT检测器38。如果LVRT检测 器38确定电压降到了故障阈值以下，并且在该处持续了最低时间间隔，那么其将产生指示 已经发生了故障的LVRT标志39。在图4所示的范例中，测量评估器34还由输入信号生成 指示无功功率的信号Qtoedbad0和/或绝对电压值Vtoedbad0以及任选的电网频率f toedbac;k)和 /或有功功率P (feedback) °
[0139] LVRT状态机35接收LVRT标志39,并在LVRT标志39指示发生电网故障的情况下 控制Q控制器36和P控制器37的功能，下文将对此予以描述。在一些实施例中，LVRT状 态机35还接收指示电网阻抗20a、20b的信号29 (图3)。
[0140] Q控制器36接收测量评估器34生成的对于Q控制适切的信号，S卩Q(feedbaek)和/或 V(feedback) ? 此外，其还接收外部控制输入24(图3)，这里为风力发电厂1要产生的有功功率 Pref/ext的外部参考值和/或风力发电厂1所要产生的无功功率Qref/ext的外部参考值和/或 电压控制的外部参考值，即要在PCM 26、27、28上获得的电压V,ef以及任选的定义从测得电 压到所要产生的无功功率的映射的下垂函数的斜率。
[0141] Q控制器36包括V-Q-PF控制器40和Q设定点分配器41。V-Q-PF控制器40在对 Q控制器36的输入的基础上生成针对风力发电厂1所要产生的无功功率的内部总参考值 QMf。"V"表示电压，"Q"表示无功功率，"PF"表示功率因数；"V-Q-PF"由此指示使V-Q-PF 控制器40能够接收V和/或Q和/或PF作为外部参考，并基于此产生内部参考值Q,ef。
[0142] Q设定点分配器41将总Q,ef划分成风力涡轮机2. 1、2. 2、2. 3 (图3)的各本地控制 器22以及适当情况下的STATC0M控制器33的各无功功率设定点Qset (图3中的30)。Q设 定点分配器还从本地风力涡轮机控制器22以及适当情况下的STATC0M控制器33接收信号 Qavail，其指示可用无功功率，即，当前各风力涡轮机以及适当情况下的STATC0M最多能够产 生的无功功率量。例如，风力发电厂内第一排的风力涡轮机将比第二排、第三排……遇到更 大的风，因此可以以额定电流工作，以产生额定有功功率，其只留下很小的无功功率产量余 量，而后者仍然以部分载荷工作，因此具有更大的可用于无功功率产量的电流余量。Qavail的 信令使Q设定点分配器41能够在不限制风力发电厂1的总P产量的情况下根据各风力涡 轮机2(以及适当情况下的STATCOM)的能力划分所要产生的总Q ief。
[0143] 如开头所指出的，"无功功率"这一概念包括其他相关参数，例如，无功电流、功率 因数等。因此，例如，参考值GU也可以指示风力发电厂1产生的无功电流的量，Q srt可以指 示无功电流设定点。因而，也可以采用无功电流设定点而不是无功功率（以及任选的有功 功率）设定点命令风力涡轮机2和/或STATC0M。
[0144] P控制器37接收测量评估器34生成的对于P控制而言适切的信号，即f(feedbaek)和 /或V (feedback) ° 其还从本地风力涡轮机控制器22接收信号Pavai 1，其指示可用有功功率， 艮P，当前各风力涡轮机最多能够产生的有功功率量。在一些实施例中其还从电网运营商接 收外部控制输入（图3中的24)，例如，缩减信号，其能够规定应当对风力发电厂1的P产量 做出什么程度的缩减。可以通过绝对措辞（例如，以MW为单位）或者可以通过相对措辞表 述所述缩减规定，例如，所述相对措辞是电厂的额定有功功率或者风力发电厂1当前能够 产生的作为P avail的和的有功功率的百分比。
[0145] P控制器37包括频率（f)和有功功率⑵控制器42以及P设定点分配器43。F 和P控制器42在来自测量评估器34的向P控制器36的输入，即f(feedbaek)和/或P(feedbad0 的基础上生成要由风力发电厂1产生的有功功率的内部总参考值PMf。例如，在电网频率 f(feedback)高于频率阈值时，f和P控制器42可以生成降低的Pref的值。如果风力发电厂1在 缩减模式下工作，那么在电网频率f (fMdbad〇低于频率阈值时，f和P控制器42也可以生成 提高的PMf值，以促进电网的频率控制。
[0146] 在具有外部缩减功能的实施例中，外部缩减信号（图3中的24)还影响PMf的评 估。例如，如果所述信号要求所产生的有功功率应当是风力发电厂当前能够产生的有功功 率的X%，那么将P ref设为所有Pavail的和的X%。
[0147] P设定点分配器43采用Pavail信息将总PMf划分成针对风力涡轮机2. 1、2. 2、 2. 3(图3)的各本地控制器22的各有功功率设定点Pset(图3中的30)。所述划分未必一 定是均匀的，例如，对经受较高载荷的第一行的风力涡轮机的缩减可以比那些具有较低载 荷的风力涡轮机的缩减更多。
[0148] 本地风力涡轮机控制器22包括本地Q控制器44和本地P控制器45。STATC0M控 制器33在适当的情况下还具有本地Q控制器44。在风力发电厂1内采用STATC0M根据中 央电厂控制器21发送的参考调节无功功率。就无功功率产量而言，STATC0M可以看作是另 一风力涡轮发电机；因此，针对风力涡轮发电机2的控制配置同样适用于它。
[0149] 本地Q控制器44接收它们的各Qset值（图3中的31)作为输入。另一输入是指 示在风力涡轮机（或者STAC0M)的端子9处测得的无功功率的信号（图3中的32)，在图4 中将其称为 Q (feedback) ° 本地Q控制器44生成针对风力涡轮机（或STATC0M)的变流器8的 控制信号，其使得相应的变流器8根据Qsrt的各个值来产生某一量的无功功率。
[0150] 本地控制器22的被称为"Qavail"的功能确定最多能够产生的无功功率的量，例如， 其方式是评估在盛行操作条件下剩余的用于无功功率产量的电流余量。其生成反馈至电厂 控制器21的Q avail信号。
[0151] 本地P控制器45接收它们的各Pset值（图3中的31)作为输入。另一输入是 指示在风力涡轮机的端子9处测得的有功功率的信号（图3中的32)，在图4中将其称为 P (feedback) ? 本地P控制器45生成针对风力涡轮机的变流器8的控制信号，其使得相应的变 流器8根据Psrt的各个值来产生某一量的有功功率。
[0152] 本地控制器22的被称为"Pavail"的函数确定最多能够产生的无功功率的量，例如， 其方式是测量和/或确定当前盛行风速，并在风力涡轮机2的功率曲线的基础上计算在所 述盛行风况下能够产生的多大量的有功功率。其生成反馈至电厂控制器21的P avail信号。
[0153] LVRT 检测：
[0154] LVRT逻辑35 (LVRT状态机）位于中央电厂控制器21内。测量评估器34连续地监 测PCM26、27、28处的电网电压。如果测量评估器34的LVRT检测器38检测到低压状况，那 么其将向中央电厂控制器21发送信号，例如，LVTR标志39"开"。其起着中断作用。在故 障阶段内采用本地控制的实施例中，在接收到这一信息时，中央电厂控制器21将冻结其控 制变量中的至少一些。
[0155] 在发生低压状况时；例如，如果PCM 26、27、28上的电压处于低压阈值以下（例 如，额定电网操作范围的较低水平）那么激活LVTR标志39"开"。在PCM 26、27、28处于 正常电压状况时，例如，在PCM 26、27、28处的电压处于电压返回阈值以上时激活LVTR标志 39 "关"。
[0156] 由于在一些实施例中，测量装置和PPC之间的通信不同步，并且由于故障可能很 容易持续比中央电厂控制器21的抽样时间（例如，其可以约为100ms)短的时间，因而这些 LVRT "触发"在一些实施例中具有特殊性质。
[0157] 在LVRT状态机35对LVTR标志39 "开"进行去活之前LVTR标志39 "开"信号一 直保持激活，例如，所述去活是因为：通过将每一相内的实际电压（例如，被计算成一周期 RMS或者滑动窗口平均窗口）与低压阈值进行比较而检测到低压状况。此时，为LVTR标志 39 "开"赋值"1"（=激活）。所有这些功能都可以通过测量评估器34内的LVRT检测器 38执行。在下一抽样时间上，LVTR标志39 "开"信号将迫使电厂控制器21从正常控制切 换至通过LVRT状态机35实施的控制；S卩，它是LVRT_0N触发器。LVRT状态机35连续地监 测LVTR标志39 "关"信号，在这一信号转高时状态机将释放所述LVRT_0N触发器。如果低 压状况持续了短时间段，那么这种情况可能在第一抽样处就已经发生了，对于具有较长时 间的故障的状况而言，这种情况可能发生在所述过程的较晚时候。
[0158] 所述中断的一种示范性实现可以如下：LVTR标志39"开"信号是LVRT_0N触发器； 即激活电厂控制器软件中的中断，并且将对另一个或者静态LVTR标志39 "开"进行内部锁 存。这一静态信号保持这一值直到LVRT状态机35在受到LVRT_0FF触发器激活时对其复 位为止，在LVRT状态机35控制器接管所述控制时，它将是所要考虑的实际LVRT_0N触发器 信号。
[0159] 图5和图6 :LVRT状杰机的实施例
[0160] 图5和图6示出了 LVRT状态机35的第一实施例和第二实施例实施的不同状态以 及这些状态之间的转换。
[0161] 冻结控制状态（"FREEZE-CTRL"）和故障后状态（POST-FAULT)中的控制活动可 以是无功功率相关的或者是有功功率相关的。在图5的实施例中，存在一个冻结控制状 态（FREEZE-CTRL)47和一个故障后状态（POST-FAULT)48,它们包括无功功率相关的和有 功功率相关的控制。在图6的实施例中，存在无功功率相关子态和有功功率相关子态，它 们又称为 FREEZE-Q-CTRLa、FREEZE-P-CTRL 47b、POST-FAULT-Q 48a 和 P0ST-FAULT-P48b。 子态 FREEZE-Q-CTRL 47a 和 FREEZE-P-CTRL 47b -起形成了 FREEZE-CTRL 状态。子态 POST-FAULT-Q 和 POST-FAULT-P -起形成了 POST-FAULT 状态。
[0162] 将LVRT状态机35设计为是对中央电厂控制器21的正常操作软件的打断。在进 入LVRT模式时，执行图5和图6所示的转换。只有在运行了整个LVRT控制序列之时或者 在存在警报的情况下才会发生从LVRT模式的退出。
[0163] 图5示出了 LVRT状态机35的第一实施例，其中，具有正常操作的模式46是V控制 模式（电压控制模式）或Q控制模式（无功功率控制模式）或PF控制模式（功率因数控 制模式）。在检测到低压故障时，发生从正常操作模式46向LVRT控制模式的转换，在LVRT 控制模式中，LVRT状态机35将变为生效（在图5和图6中"35"也指示LVRT控制模式）。
[0164] 图5的LVRT状态机35实施冻结控制状态47 (FREEZE-CTRL)、故障后状态 48 (POST-FAULT)、重获控制状态（REGAIN-CTRL)和警报处理态（ALARM)。
[0165] 在下表中列举了图5中所示的这些状态之间的转换：
[0166] 名称 描述 SCNl 从正常控制模式变为LVRT控制模式 SC12 从 FREEZF厂CTRL 变为 P0ST-FA11T SC21 从 P0ST-FAL1T 变为 FREEZE-CTRL SC23 从 POST-FALIT 变为 RF乂;ATN-CTRL SC32 从 REGA T N-CTRL 变为 P0ST-FA11T SC31 从 REGA TN-CTRL 变为 FREEZE-CTRL SC3N 从REGAIN-CTRL变为正常控制模式 Al iA FREEZE-CTRL 变为 ALARM A2 iAPOST-FALlT 变为 ALARM A3 M REGA TN-CTRL 变为 ALARM
[0167] 在FREEZE-CTRL状杰47中采取的示范性动作包括下面的一者或多者：
[0168] 〇冻结所有针对WTG以及在适当情况下针对STATC0M(如果有的话）的无功功率 参考；
[0169] 〇冻结所有针对WTG的有功功率参考（如果有的话）；
[0170] 〇如果适当的话将STATC0M电容器组状态/参考冻结为实际值；
[0171] 〇存储并冻结电压控制器中的积分分量；
[0172] 〇存储并冻结无功功率控制器中的积分分量；
[0173] 〇使所分配的定时计数器复位；
[0174] 〇运行电容器组监督（如果适当的话）；
[0175] 〇运行警报管理。
[0176] 在POST-FAULT杰48中采取的示范性动作包括下面的一者或多者：
[0177] 〇释放所有针对WTG以及任选的STATC0M(如果有的话）的无功功率参考；
[0178] 〇如果电压控制器具有积分分量（例如，如果电压控制器是比例积分（PI)控制 器）：释放PI电压控制器的积分分量；
[0179] 〇释放所有针对WTG的有功功率参考（如果有的话）；
[0180] 〇在Q = 0的情况下运行无功功率控制器，在PF = 1的情况下运行功率因数控制 器，或者在具有I. Opu或者其他支持电压参考（先前电压参考可以不同于I. Opu或者所述 支持电压参考）的情况下运行电压控制器；
[0181] 〇检查返回条件（例如，检查电网电压的稳定性，例如，电网电压是否保持在某些 容限内）；
[0182] 〇运行电容器组监督（如果适当的话）；
[0183] 〇运行警报管理。
[0184] 在REGAIN-CTRL49中采取的示范性动作包括下面的一者或多者：
[0185] 〇释放PI无功功率控制器的积分分量；
[0186] 〇更新所分配的定时计数器；
[0187] 〇运行电容器组监督；
[0188] 〇运行警报管理。
[0189] ALARM状杰50采取的示范性动作：
[0190] 〇设置将传送至更高层次上的警报处理系统的警报代码；
[0191] 〇准备退出LVRT状态机；
[0192] 〇复位操作。
[0193] 图6示出了 LVRT状态机的第二实施例35'，其中，所述正常操作模式可以是图5中 的无源功率相关正常操作模式46a (V控制模式、Q控制模式或PF控制模式）或有功功率相 关正常操作模式46b，例如，P控制模式（有功功率控制模式）或f控制模式（频率控制模 式）。在检测到低压故障时，发生从正常操作模式46a或46b向LVRT控制模式的转换，在 LVRT控制模式中，LVRT状态机35将变为生效。
[0194] 图6的LVRT状态机35实施再分成无功功率相关子态和有功功率相关子态的冻结 控制状态、冻结Q控制状态47a (FREEZE-QCTRL)和冻结P控制状态47b (FREEZE-PCTRL)。其 还实施再分成无功功率相关子态和有功功率相关子态的故障后状态、故障后Q态48a (故障 后Q)和故障后P态48b (故障后P)。最后，其具有重获控制状态49 (重获CTRL)和警报处 理状态50 (警报）。
[0195] 在下表中列举了图6中所示的这些状态之间的转换：
[0196] 名称 描述 SCNl 从丨I:常拉制投式变为FREEZE-Q/PCTRL SClN 从FREEZE-PCTRL变为丨|:常松式 SC l 2 从 FREEZE-QCTRL 变为 POST-RUIT-Q SC21 从 POST-RUIT-Q 变为 FREEZE-QCTRL SC23 从 POST-RUIT-Q 变为 REGATN-QCTRL SC l 3 从 FREEZE-Q CTRL 变为 RF.GATN-CTRL SC31 从 RFX;A TN-CTRL 变为 FREEZE-QCTRL SC3N 从REGAIN-CTRL变为正常控制模式 SC33 从POST-FAULT-P变为正常控制模式 Al 从 FREEZE-Q-P CTRL 变力 ALARM A2 从 POST-FALIT 变为 ALARM A3 从 REGA TN-CTRL 变为 ALARM A4 从 P()ST-FAl:LT 变为 Al ARM
[0197] FREEZE-Q CTRL杰47a中采取的示范性动作包括下面的一者或多者：
[0198] 〇冻结所有针对WTG以及针对STATC0M(如果有的话）的无功功率参考。只有在 POST-FAULT过程中不选择任何前馈选项的情况下才这样做；
[0199] 〇如果在POST-FAULT过程中选择了前馈选项，那么现在激活前馈环；
[0200] 〇如果适当的话将STATC0M电容器组状态/参考冻结为实际值；
[0201] 〇冻结坡变限制器；
[0202] 〇存储并冻结电压控制器中的积分分量；
[0203] 〇存储并冻结无功功率控制器中的积分分量；
[0204] 〇存储并冻结无功功率控制器中的抗饱和；
[0205] 〇使所分配的定时计数器起动；
[0206] 〇运行电容器组监督（如果适当的话）；
[0207] 〇运行警报管理。
[0208] FREEZE-P CTRL态47b中采取的示范性动作包括下面的一者或多者：
[0209] 〇冻结所有针对WTG的有功功率参考；
[0210] 〇冻结频率和P环；
[0211] 〇冻结坡变限制器，存储块；
[0212] 〇运行警报管理。
[0213] 图6中的POST-FAULT态48a、48b中采取的示范性动作包括下面的一者或多者：
[0214] 如果为POST-FAULT态选择了电压控制：
[0215] 〇起动计数器 TimeMaxPFault ;
[0216] 〇释放所有针对WTG、任选的STATC0M(如果有的话）和电容器（如果有的话）的 无功功率参考；
[0217] 〇如果电压控制器具有积分分量，那么释放控制器的积分分量、抗饱和和滤波 器；
[0218] 〇冻结坡变限制器；
[0219] 〇释放Cap (电容器）控制器；
[0220] 〇将电压控制器从这一点独立于先前的操作模式向前激活，同时使电压参考在 TimeMaxPFault过程中保持在I. Opu或者另一支持电压参考上。采用I. Opu的参考或者另 一支持电压参考运行电压控制意在帮助电网在故障之后恢复；
[0221] 〇检查返回条件（例如，检查电网电压的稳定性，例如，电网电压是否保持在某些 容限内）；
[0222] 〇运行电容器组监督（如果适当的话）；
[0223] 〇运行警报管理。
[0224] 针对POST-FAULT周期选择前馈（仅有功功率注入）控制：
[0225] 〇起动计数器 TimeMaxPFault。
[0226] 〇观测电网电压水平，以判断是否离开这一状态。注意，在FREEZE QCTRL状态中 并未冻结针对WTG和STATC0M的参考，而且在FREEZZE-QCTRL状态中还激活了前馈环。
[0227] 〇运行电容器组监督（如果适当的话）；
[0228] 〇运行警报管理。
[0229] 在POST-FAULT杰48a、48b中采取的示范性动作包括下面的一者或多者：
[0230] 〇释放所有针对WTG和任选的STATC0M(如果有的话）的无功功率参考；
[0231] 〇如果电压控制器具有积分分量（例如，如果它是比例积分（PI)控制器：释放PI 电压控制器的积分分量；
[0232] 〇释放所有针对WTG的有功功率参考（如果有的话）；
[0233] 〇在Q = 0的情况下运行无功功率控制器，在PF = 1的情况下运行功率因数控制 器，或者在具有I. Opu或者其他支持电压参考（先前电压参考可以不同于I. Opu或者所述 支持电压参考）的情况下运行电压控制器；
[0234] 〇检查返回条件（例如，检查电网电压的稳定性，例如，电网电压是否保持在某些 容限内）；
[0235] 〇运行电容器组监督（如果适当的话）；
[0236] 〇运行警报管理。
[0237] REGAIN-CTRL杰49中采取的示范性动作包括下面的一者或多者：
[0238] 〇释放PI无功功率控制器的积分分量；
[0239] 〇更新所分配的定时计数器；
[0240] 〇运行电容器组监督；
[0241] 〇运行警报管理。
[0242] ALARM状态50采取的示范性动作：
[0243] 〇设置将传送至更高层次上的警报处理系统的警报代码；
[0244] 〇准备退出LVRT状态机；
[0245] 〇复位操作。
[0246] 在图5和图6的实施例中，在冻结控制状态47、47a、47b中，风力涡轮机控制器 22 (以及适当情况下的STATC0M控制器）接管本地控制，直到清除了故障为止，S卩，直到完成 了从冻结控制状态47、47a、47b到故障后状态48、48a、48b的转变为止。在这一周期内，风 力涡轮机2不遵循中央电厂控制器21提供的参考。它们仅遵从它们的本地控制器22,本地 控制器22根据它们自己的本地低压测量结果计算要注入的无功电流的量。
[0247] 在故障阶段内采用中央控制的替代实施例中，冻结控制状态47、47a、47b被"故障 控制状态"替代，在"故障控制状态"中LVRT状态机35对风力涡轮机2 (以及适当情况下 的STATC0M)加以控制，以穿越故障并产生所需的量的无功功率（如果有的话）。电厂控制 器21不受冻结，其根据在PCM 26、27、28处测得的电压计算参考。本地控制器22在故障控 制阶段（也）听从中央控制器21提供的参考。其将使得风力涡轮机注入所需的量的无功 电流。在从故障控制状态转向故障后控制状态48、48a、48b时电厂控制器21几乎同时通过 (例如）改变提供至本地控制器22的用于风力发电厂1的电压控制的参考值而改变其操作 模式。
[0248] 现在将更详细地描述图5和图6的示范性实施例的不同状态：
[0249] FREEZE-CTRL 状杰：
[0250] 在用于LVRT的触发信号标示低压故障时，通过激活FREEZE-CTRL状态47、47a、47b 而使电厂控制器中的正常控制被LVRT控制模块（LVRT状态机35)接管。因此，状态变化条 件SCN 1仅受LVRT_0N触发器驱动；这里为触发信号LVRT_ON_Trigger。由于PCM 26、27、 28上的以及风力涡轮机2的端子9上的电压可能因内部电网11的阻抗13a-13d而不同，因 而在选择用于触发FREEZE-CTRL状态47、47a、47b的电压电平时应当注意。
[0251] FREEZE-Q CTRL 状杰：
[0252] 本节将参照图6的FREEZE-Q-CTRL状态47a，尽管参照了 FREEZE-Q-CTRL，但是本 节仍然适用于图5的FREEZE-CTRL 47。
[0253] 在所述FREEZE-Q CTRL态中，存储电压控制器、功率因数控制器和无功功率控制器 中的积分分量的故障前值。所存储的值可以是当前值；在其他实施例中，存储前一周期步骤 中记录的所述积分分量的值。采用来自前一抽样的值可以更准确地反映故障前的值。
[0254] 与所述积分分量的保存一起对无功功率参考的当前值进行保存，从而使这些参考 能够在后来被冻结至这些保存值。还保存STATC0M的无功功率参考（如果在所讨论的风力 发电厂中存在的话）。
[0255] 在FREEZE-CTRL状态内采用本地控制的实施例中，在将针对所有WTG(以及 适当情况下的STATC0M)的无功功率参考冻结至所保存的/故障前值的同时，WTG在 FREEZE-Q-CTRL状态内在其本地LVRT模式内工作。
[0256] 假定STATC0M具有与WTG相同的性态，并且预计到此时进入自主操作。STATC0M和 WTG可能具有不同的用于恢复中央控制操作的控制时间。在这种情况下，应当将电厂控制 器的恢复中央控制时间选择为这两个用于恢复中央控制操作的控制时间中的最大的那个。 除了不同的电压水平之外，由于在系统中的不同控制器之间没有同步的抽样器动作，因而 在某些情况下可能发生WTG在电厂控制器21释放冻结参考之前就恢复了中央控制操作的 情形。在这些情况下，最坏的情形是WTG的故障前值是电感性的，因而使WTG在电厂控制器 21重新恢复控制之前具有电感性状。
[0257] 在进入FREEZE-Q CTRL态47、47a之时，将LVRT状态机35内的所有相关定时计数 器重置为零。FREEZE-Q CTRL状态将更新其自身的定时计数器freeze_time_Q计数器，并在 FREEZE-Q CTRL状态内监测它的值。
[0258] LVRT 状态机 35 能够从 FREEZE-Q CTRL 状态 47、47a 变为 P0ST-FAULT-Q 状态 48、 48a。使LVRT状态机35从FREEZE-CTRL-Q状态变为P0ST-FAULT-Q状态的第一条件是已经 激活LVRT_0FF触发器（信号LVRT_OFF_Trigger)(只要与此同时没有发出警报）。
[0259] 在一些在故障过程中采用本地控制的实施例中，在接收到LVRT_OFF_Trigger之 后存在第二条件：LVRT状态机35具有在进入P0ST-FAULT-Q状态之前起动的计数器WTG_ WT_Q(=风力涡轮发电机Q等待）。每一风力涡轮机通过信号指示其能力恢复中央控制，即， 再次听从来自电厂控制器的参考。通过WTG_WT_(^^这些信号计数，并可以在从风力发电厂 的所有风力涡轮机都接收到所述信号的时候执行所述的向P0ST-FAULT-Q态的转变。这一 第二条件的目标在于先将一切悬置起来，直到所有的WTG都交出了自己的本地控制，并且 能够听从来自电厂控制器的参考为止。
[0260] 在一些实施例中，定时计数器freeze_time_Q计数器控制所述周期直到LVRT_ OFF触发器出现为止。如果定时计数器freeze_time_Q计数器的值在尚未激活LVRT_0FF_ Trigger信号的情况下超过了第一时间阈值，那么发出警报。如果所述值变得甚至更高并且 在未激活LVRT_0FF_Trigger信号的情况下达到了第二阈值，那么使所述状态变为ALARM状 态，并寄存这一 ALARM状况的原因。
[0261] FREEZE-P CTRL 状杰：
[0262] 本节将参照图6的FREEZE-P-CTRL状态47b，尽管参照了 FREEZE-P-CTRL，但是本 节仍然适用于图5的FREEZE-CTRL 47。
[0263] 在所述FREEZE-P CTRL态中，存储频率控制器和有功功率控制器中的积分分量的 故障前值。所存储的值可以是当前值；在其他实施例中，存储前一周期步骤中记录的所述积 分分量的值。采用来自前一抽样的值可以更准确地反映故障前的值。
[0264] 与所述积分分量的保存一起对有功功率参考的当前值进行保存，从而使这些参考 能够在后来被冻结至这些保存值。
[0265] 在FREEZE-P CTRL态内采用本地控制的实施例中，在将针对所有WTG的无功功率 参考冻结至所保存的/故障前值的同时，WTG在FREEZE-P CTRL态内在其本地LVRT模式内 工作。
[0266] 在进入FREEZE-P CTRL态47、47b之时，将LVRT状态机35内的所有相关计时器 重置为零。FREEZE-P CTRL状态将更新其自身的定时计数器freeze_time_P计数器，并在 FREEZE-P CTRL状态内监测它的值。
[0267] LVRT 状态机 35 能够从 FREEZE-P CTRL 状态 47、47b 变为 P0ST-FAULT-P 态 48、48b。 使LVRT状态机35从FREEZE-P-CTRL状态变为P0ST-FAULT-P状态的第一条件是已经激活 LVRT_0FF触发器（信号LVRT_OFF_Trigger)(只要与此同时没有发出警报）。
[0268] 在一些在故障过程中采用本地控制的实施例中，在接收到LVRT_OFF_Trigger之 后存在第二条件：LVRT状态机35具有在进入POST-FAULT状态之前起动的计数器WTG_WT_ P (=风力涡轮发电机P等待）。每一风力涡轮机通过信号指示其能力恢复中央控制，即，再 次听从来自电厂控制器的有功功率参考。通过WTG_WT_P对这些信号计数，并可以在从风力 发电厂的所有风力涡轮机都接收到所述信号的时候执行所述的向POST-FAULT P态的转变。 这一第二条件的目标在于先将一切悬置起来，直到所有的WTG都交出了自己的本地控制， 并且能够听从来自电厂控制器的有功功率参考为止。
[0269] 在一些实施例中，定时计数器freeze_time_P计数器控制所述周期直到LVRT_ OFF触发器出现为止。如果定时计数器freeze_time_P计数器的值在尚未激活LVRT_0FF_ Trigger信号的情况下超过了第一时间阈值，那么发出警报。如果所述值变得甚至更高并且 在未激活LVRT_0FF_Trigger信号的情况下达到了第二阈值，那么使所述状态变为ALARM状 态，并寄存这一 ALARM状况的原因。
[0270] 可能从 POST-FAULT 状态 48、48a、48b 重新进入 FREEZE-CTRL 状态 47、47a、47b。如 果这一重新进入发生了太多次，那么也要触发警告和警报。出于这一目的，可以在每次重新 进入时使计数器递增，并对照最大的允许重新进入的次数（例如，其被称为Maxjrigger) 对其进行检验。
[0271] POST-FAULT 状杰：
[0272] POST-FAULT状态48、48a、48b意在促进电网的稳定，其有助于整个系统在清除故 障之后快速恢复。在进入POST-FAULT状态之时激活被称为（例如）T_sy Stem计时器的计 时器。
[0273] P0ST-FAULT-Q 状杰：
[0274] 本节将参照图6的P0ST-FAULT-Q态48b，尽管参照了 P0ST-FAULT-Q，但是本节仍 然适用于图5的POST-FAULT态48。
[0275] 在进入P0ST-FAULT-Q态之时，对于Q控制环而言冻结时间已经过去。将针对WTG 和STATC0M(如果适当的话）的无功功率参考从冻结释放，将电压控制器的积分分量也释 放。在P0ST-FAULT-Q状态中采用电压控制的实施例中，将电压控制器独立于先前的正常操 作过程中的先前操作模式从这一点激活，同时使电压参考保持在I. Opu或者任何其他恢复 支持电压上。采用LOpu或者另一支持电压参考运行电压控制有助于系统在故障之后恢 复。在其他在P0ST-FALT-Q状态中仅采用有功功率产量的实施例中，采用更简单的仅注入 有功功率的控制器替代电压控制器。在这种情况下，Q控制器将确保所注入的有功功率等 于零。
[0276] 监测计时器T_system_timer_Q。在计时器处于被称为T_system_Q的极限时间时， 检查PCM 26、27、28上的电网电压的状况，例如，所述电压是否处于围绕额定电压值的上阈 值和下阈值（被称为GRID_MAX和GRID_MIN)之间的电压范围内。如果确定所述值处于这 一电压范围内，那么将P0ST-FAULT-Q状态改为REGAIN CTRL状态。如果不是这种情况下， 那么停留在P0ST-FAULT-Q状态内，并且使对进入P0ST-FAULT-Q状态的次数计数的计数器 (被称为"进入计数器（N)"）递增，继而使1'_^^__^ 1^1*_〇复位并重新起动（因为从概 念上来讲停留在P0ST-FAULT-Q状态当中可以被看作是离开P0ST-FAULT-Q状态并重新进入 该状态）。
[0277] 系统每次"进入"POST-FAULT状态，电厂控制器21都将提高进入计数器（N)。如 果值N高于极限，那么使所述状态变为ALARM，并寄存这一 ALARM的原因。
[0278] 在P0ST-FAULT-Q过程中一旦LVRT_0N_Trigger在任何时候发出标志指示，中断机 构都会将P0ST-FAULT-Q状态改回到FREEZE-Q-CTRL状态。
[0279] P0ST-FAULT-P 状杰：
[0280] 本节将参照图6的POST-FAULT-P态48c，尽管参照了 POST-FAULT-P，但是本节仍 然适用于图5的POST-FAULT态48。
[0281] 在进入P0ST-FAULT-P态之时，对于P/f控制环而言冻结时间已经过去。将针对 WTG的有功功率参考从冻结释放，将P/f控制器的积分分量也释放。在P0ST-FAULT-P状态 中采用有功控制的实施例中，要么独立于先前正常操作中的先前操作模式从这一点激活缩 减，要么激活频率控制器，要么激活阻尼振荡系统，要么将它们全部激活。运行缩减、频率或 阻尼控制能够帮助系统在某些情境之下进行故障后的恢复，例如，所述情境是由于传输线 损耗而造成的频率偶然误差或者负载流瓶颈或者可能在严重的瞬变之后激活的电网区域 之间的某些共振所导致的振荡现象。
[0282] 监测计时器T_system_timer_P。在计时器处于被称为T_system_P的极限时间时， 检查PCM 26、27、28上的电网电压的状况，例如，所述频率是否处于围绕额定频率之的上下 阈值之间的频率范围内。如果确定所述值处于这一频率范围内，那么将P0ST-FAULT-P状态 改为REGAIN CTRL状态。如果不是这种情况下，那么停留在P0ST-FAULT-P状态内，并且使 对进入P0ST-FAULT-P状态的次数计数的计数器（被称为"进入计数器（N)"）递增，继而使 T_system_timer_P复位并重新起动（因为从概念上来讲停留在P0ST-FAULT-Q状态当中可 以被看作是离开P0ST-FAULT-P状态并重新进入该状态）。
[0283] 系统每次"进入"POST-FAULT状态，电厂控制器21都将提高进入计数器（N)。如 果值N高于极限，那么使所述状态变为ALARM，并寄存这一 ALARM的原因。
[0284] 在P0ST-FAULT-P过程中一旦LVRT_0N_Trigger在任何时候发出标志指示，中断机 构都会将P0ST-FAULT-P状态改回到FREEZE-P-CTRL状态。
[0285] REGAIN-CTRL 状杰：
[0286] REGAIN-CTRL状态49是任选的处于LVRT状态机35生效的LVRT控制方式和正常 操作模式46之间的中间状态。在这一状态中，运行离开LVRT状态机35并恢复正常操作的 准备操作。
[0287] 在将近REGAIN-CTRL状态49结束时恢复额定电网操作（在图6的实施例中对于P 和Q是独立进行的）。因此，现在将与电厂控制器21提供的无功功率设定点相关的参考值， 例如，无无功功率产量或者空档或支持电压控制朝向对应于正常操作的参考值改变。因此， 现在将与电厂控制器21提供的有功功率设定点相关的参考值，例如，缩减产量或频率控制 朝向对应于正常操作的参考值改变。现在对受到激活从而在FREEZE-CTRL和POST-FAULT 阶段内锁定正常操作参考值的锁定机构解锁，并重新建立正常操作参考值。
[0288] 通过和缓（即连续）方式执行从REGAIN-CTRL状态开始时生效的参考（对应于那 些来自前一 POST-FAULT状态的末尾的参考）到在REGAIN-CTRL状态结束时生效的参考（对 应于正常操作模式46开始时的那些参考）的转变，以避免任何"跳变"和过冲。
[0289] ALARM 状杰：
[0290] 在电厂控制器21的操作过程中，对LVRT状态机，尤其是某些信号进行监督，如果 它们处于界限之外，那么启动从当前状态向ALARM状态59的转变。在ALARM状态50中，可 以对ALARM编码并将其传输至电厂控制器21的又称为警报处理机51的ALARM管理系统。 警报处理机51在这一警报相关信息的基础上确定将采取什么措施，例如，必须使整个电厂 控制器21停止，或者可以在其各个子控制器全面复位之后对其重启。
[0291] 图7 :橾作的例子
[0292] 图7示出了在借助故障后支持（实线）的情况下和不借助故障后支持（虚线）的 情况下作为时间的函数的PCC/PCM 26上的电压Vrcc以及PCC/PCM 26上的由风力发电厂1 产生的无功功率Qrce和有功功率Prce的示范性图示。
[0293] 在图示的例子中，发电厂的WTG是基于DFIG的WTG(DFIG =双重馈电感应发电 机）。外部电网14的短路比（SCR) = 5。电厂控制在故障之前在功率因数（PF)控制模式 内工作，其采用大约〇. 95的电感性的PF以及Ipu的有功功率产量。在PCC上采取零无功 功率注入的情况下（在PCC上只有有功功率注入）完成故障后支持。
[0294] 在图7中可以看出，在激活故障后支持时，电厂控制器独立于故障前控制模式设 置控制无功功率。在故障后支持阶段通过使PCC上的无功功率接近零的方式对PCC上的无 功功率加以控制。在这一周期后，所述控制返回至前一操作模式。可以将故障后支持阶段 的时间长度预先设定为匹配电网恢复的具体要求的值，或者所述时间长度可以取决于测得 的电网稳定性参数。通过在以PF或Q模式受到控制并且连接至具有低SCR的电网的风力 发电厂内应用这样的故障后支持尤其能够提高电网电压的稳定性，因为刚发生了故障，故 障后状态就能够将PCC上的电压驱动为接近lpu，其依赖于所选择的故障后模式，该模式可 以不同于正常操作过程中选择的控制模式。
[0295] 图7还示出了在没有故障后支持的情况下获得的Vrcc、Qrcc和P rcc的模拟图示。尽 管在图示的例子中，尽管在Pprc中和采用故障后支持的图示没有显著区别，但是如果没有故 障后支持Vp。。和Q ree将快速接近故障如值。
[0296] 图8 :电厂控制器的实施方式
[0297] 图8示出了电厂控制器21的硬件的示范性实施方式。根据图8,电厂控制器21是 通过几个并联至系统总线62的单元形成的计算机61。一个或多个微处理器63控制计算 机61的操作；随机存取存储器（RAM) 64直接用作用于微处理器63处理的程序代码和数据 的工作存储器；只读存储器（ROM)65以非易失方式存储用于计算机61的自展的基本代码。
[0298] 外围单元通过相应的接口连接至局部总线66。具有带驱动的硬盘67的形式的磁 存储器和/或诸如带驱动的CD-ROM 68的光存储器以非易失方式存储程序，所述程序实施 文中描述的包括LVRT状态机35的控制功能，并且在通过计算机61运行时使得文中描述的 方法得以执行。桥接单元69使系统总线62与局部总线66对接。在其他实施例中，只有一 条提供系统总线和局部总线的功能的公共总线。
[0299] 计算机61还包括网络接口（NIC) 71，其使得计算机51连接至测量装置34以接收 ?皆女口 Q (feedback)、V (feedback)、f (feedback) 和/或PtoedbaelO的测量值以及LVRT标志39,还使得计算机 51连接至控制网络（图3)从而与本地风力涡轮机控制器22通信，以及使计算机51连接至 外部网络从而与电网运营商、远程电厂监督等通信。计算机61也可以配备输入装置72 (例 如，键盘和鼠标）以及输出装置73(例如，监视器）。可以将这些接口 71、72、73连接至局部 总线66。
[0300] 可以按照与图8的电厂控制器硬件相对应的方式实施本地风力涡轮机控制器22 的硬件。
[0301] 以引用方式将本说明书中提到的所有公开文献并入本文中。
[0302] 尽管文中已经描述了根据本发明的教导而构想的某些产品和方法，但是本专利的 覆盖范围不限于此。相反，本专利覆盖本发明的教导的在字面上或者根据等同原则而适当 地落在所附权利要求的范围内的所有实施例。
【权利要求】
1. 一种连接至具有额定电压的电网的风力发电厂，所述风力发电厂包括中央电厂控制 器和风力涡轮机， 其中，所述中央电厂控制器被配置为在所述电网发生瞬态低压故障的情况下，执行控 制所述风力发电厂的电输出的方法， 其中，所述风力涡轮机被配置为在没有低压故障的情况下，根据由所述中央电厂控制 器提供的发电参数中的至少一个参考值来在额定电网操作模式下进行操作， 其中，所述中央电厂控制器被配置为在响应于检测到低压故障的故障阶段之后，控制 所述风力发电厂在故障后支持阶段期间仅提供实际功率，在所述低压故障期间，所述风力 涡轮机穿越所述电网故障，或者其中，所述中央电厂控制器被配置为在响应于检测到低压 故障的故障阶段之后，控制所述风力发电厂在故障后支持阶段期间执行电压控制，所述风 力涡轮机穿越所述电网故障， 并且其中，所述中央电厂控制器被配置为在所述故障后阶段之后的额定电网操作阶段 内，根据在所述低压故障之前盛行的所述额定电网操作模式来恢复对所述风力发电厂的控 制。
2. 根据权利要求1所述的风力发电厂，其中，所述风力涡轮机具有本地风力涡轮机控 制器，所述本地风力涡轮机控制器被配置为在所述故障阶段期间，相对于所述风力涡轮机 的电输出来自主地操作所述风力涡轮机以穿越所述电网故障。
3. 根据权利要求1所述的风力发电厂，其中，所述中央电厂控制器被配置为还在所述 故障阶段期间，控制所述风力涡轮机以穿越所述电网故障。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的风力发电厂，其中，所述中央电厂控制器被配置 为在所述故障后支持阶段期间，执行缩减操作、电网频率支持、以及阻尼电网振荡控制的至 少其中之一。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的风力发电厂，其中，所述中央电厂控制器被配置 为在所述额定电网操作模式下为所述风力涡轮机提供参考值，用于风力涡轮机的一个或多 个参考值包括用于以下参数的参考值的至少其中之一：无功功率产量、有功功率产量、所产 生的功率的功率因数、所产生的电网电压与电流之间的相位角、相对于能够由所述风力涡 轮机产生的额定电流而言的无功电流产量、必须通过所述风力涡轮机的端子获得的电压、 以及相对于能够由所述风力涡轮机产生的所述额定功率而言的实际功率产量或者相对于 能够在当前风况下产生的实际功率而言的实际功率产量。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的风力发电厂，其中，所述中央电厂控制器或所述 本地风力涡轮机控制器被配置为在所述故障阶段的至少一部分期间，控制所述风力涡轮机 以产生无功电流来支持对所述电网的恢复。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的风力发电厂，其中，所述中央电厂控制器被配置 为响应于所述电网电压已经恢复了指示所述低压故障的清除的预定值而进入所述故障后 支持阶段。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的风力发电厂，其中，所述中央电厂控制器被配置 为在所述故障后支持阶段内执行电压控制，在所述电压控制中，测量公共测量点处的电压， 将测得电压与所述参考电压进行比较，并调整无功功率产量或无功电流产量的参考值以抵 消所述测得电压与所述参考电压的任何偏差。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的风力发电厂，其中，为了使所述风力发电厂能够 产生无功功率，所述风力涡轮机的变流器被配置为产生无功功率，或者在所述风力发电厂 中包含一个或多个静态同步补偿器，或者提供由风力涡轮机变流器和一个或多个静态同步 补偿器所做的无功功率产量的组合。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的风力发电厂，其中，所述中央电厂控制器被配 置为响应于预定的时间间隔或与故障严重性相关的时间间隔的期满而离开所述故障后支 持阶段并恢复所述额定电网操作模式。
11. 根据权利要求1至9中任一项所述的风力发电厂，其中，所述中央电厂控制器被配 置为在所述故障后支持阶段监测至少一个电网参数，并且响应于确定被监测的所述至少一 个电网参数已经成为了指示额定电网状况的值而离开所述故障后支持阶段并恢复所述额 定电网操作模式。
12. 根据权利要求2至11中任一项所述的风力发电厂，其中，所述中央电厂控制器被配 置为在进入所述故障阶段时，冻结所述中央电厂控制器的在所述额定操作模式下提供对发 电的控制的至少那部分的状态并存储至少一个控制变量的故障前操作值，并且，所述中央 电厂控制器被配置为在恢复所述额定电网操作模式时，采用所存储的来自故障前操作的所 述至少一个控制变量的值来恢复控制。
13. 根据权利要求1至12中任一项所述的风力发电厂，其中，所述中央电厂控制器包括 实施不同的控制状态的低压穿越状态机，所述控制状态包括： -在所述故障阶段期间生效的故障状态； -在所述故障后支持阶段期间生效的故障后状态； -在从所述故障后支持阶段过渡到所述额定电网操作阶段期间生效的额定操作态或重 获控制状态。
14. 一种用于在电网发生瞬态低压故障的情况下控制风力发电厂的电输出的方法，所 述风力发电厂连接至具有额定电压的所述电网，所述风力发电厂包括风力涡轮机和中央电 厂控制器， 其中，所述风力涡轮机在没有低压故障的情况下，根据由所述中央电厂控制器提供的 发电参数的至少一个参考值来在额定电网操作模式下进行操作， 所述方法包括在低压故障期间和在所述低压故障之后的以下三个操作阶段： 响应于检测到低压故障的故障阶段，在所述故障阶段期间，所述风力涡轮机受到控制 以穿越所述电网故障， 故障后支持阶段，在所述故障后支持阶段期间，所述风力发电厂受到所述中央电厂控 制器控制，从而： -Q)仅提供实际功率，或者 -a i)执行电压控制， 额定电网操作阶段，在所述额定电网操作阶段中，恢复在所述低压故障之前盛行的所 述额定电网操作模式。
【文档编号】H02J3/38GK104396113SQ201380031074
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2013年6月11日 优先权日:2012年6月12日
【发明者】J·M·加西亚 申请人:维斯塔斯风力系统集团公司
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