用于抑制风力涡轮发电机中传动系振荡的方法

用于抑制风力涡轮发电机中传动系振荡的方法
【专利摘要】本发明涉及一种风力涡轮发电机，所述风力涡轮发电机具有具有发电机、用于消耗功率的卸载负荷单元、风力涡轮机功率控制器以及抑制控制器，所述风力涡轮机功率控制器和抑制控制器二者被布置成基于抑制参考信号控制风力涡轮机的部件，所述抑制参考信号为组合信号，包括第一参考信号和第二参考信号，所述第二参考信号为振荡部分，所述风力涡轮机功率控制器根据所述第一参考信号控制来自所述发电机的功率，以及所述抑制控制器根据所述第二参考信号控制所述卸载负荷单元消耗功率。本发明还涉及一种利用风力涡轮发电机抑制振荡的方法。
【专利说明】用于抑制风力涡轮发电机中传动系振荡的方法

【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及动力系统的控制，更具体而言，涉及采用风力涡轮发电机中的 控制模块来抑制次同步谐振振荡。

【背景技术】
[0002] 次同步谐振（SSR)是常规发电厂的公知现象，但对于风力发电厂这是较新发现的 现象。这种交互作用现象一般称为次同步控制交互作用（SSCI)。这是一种纯粹的电学现 象，不涉及轴扭转动力。SSCI的另一个特性是谐振频率随着网络阻抗而变化。其他振荡模 式可以包括轴扭转动力，也可以在本发明中处理。
[0003] 风力发电厂中可能发生常规的次同步扭转交互作用（SSTI)。风力涡轮机一般包括 几种次同步扭转模式。如果电网电流的频率与这些低频扭转模式之一重合，这可能会激励 这些模式之一。
[0004] 风力发电厂一般广泛采用了功率电子控制器，例如涡轮转换器，有时是用于无功 功率补偿和电压控制的SVC和STATC0M，以及用于连接离岸风电场的连接的HVDC链路。这 些部件可以位于旋转设备附近，例如风力涡轮机和热电厂的旋转设备附近，或与变频驱动 发电机相邻。
[0005] 在产生振荡时，这些次同步谐振（SSR)振荡可能会给涡轮发电机轴和附着于轴的 部件带来损害。次同步谐振的原因和结果由于输电系统互连的连续生长而被加剧。
[0006] 已知电网中传输的电功率的例如频率和电压可能由于不同发电机组之间的干扰 或控制协调不良而开始振荡。还知道可以通过注入相对于电网振荡具有正确相位的电功率 来抵消或抑制电网中的这种振荡。不过，注入这样的电功率可能在产生抑制电功率的发电 机装置中激励出机械共振。
[0007] 因此，问题是在控制发电机以抑制电网振荡时，可以无意中激励出发电机中的振 荡振动。


【发明内容】

[0008] 提供本
【发明内容】
是为了以简化形式介绍下面在【具体实施方式】中进一步描述的概 念选择。本
【发明内容】
并非要确定所主张主题的关键特征或必要特征，也并非要用作确定所 主张主题范围时的辅助。
[0009] 在一方面中，本发明涉及一种风力涡轮发电机，其具有发电机、用于消耗功率的卸 载负荷（dump load)单元、风力润轮机功率控制器和抑制控制器（damping controller)，后 两者被布置成基于抑制参考信号控制风力涡轮机的部件，
[0010]-所述抑制参考信号为组合信号，并且包括第一参考信号和第二参考信号，其中所 述第二参考信号为振荡部分，
[0011]-所述风力涡轮机功率控制器被布置成根据所述第一参考信号控制来自所述发电 机的功率，以及
[0012] -所述抑制控制器被布置成根据所述第二参考信号控制所述卸载负荷单元消耗功 率。
[0013] 第一方面的优点在于，风力涡轮发电机的机械生产变化可以没有振荡，而由第二 参考信号和卸载负荷单元提供的供应到电网的功率具有振荡形状，以便帮助和支持减少电 网共振。
[0014] 根据本发明的一个实施例，所述第一参考信号是所述抑制参考信号的包络曲线 (envelope curve)〇
[0015] 本实施例的优点是，第一参考信号能够提供减小电网中振荡所需的曲线附近的包 络。
[0016] 根据本发明的一个实施例，所述第一参考信号是单调函数。
[0017] 本实施例的优点是，单调函数往往随着X增大而仅沿一个方向移动。单调递增函 数始终随着X增大而增大，即，对于所有a>b，f (a) >f (b)。单调递减函数始终随着X增大而 减小，即，对于所有a>b，f(a)〈f(b)。单调递减函数的导数始终是负的。单调递增函数的导 数始终是正的。于是，风力涡轮发电机结构上的机械应力减小。
[0018] 根据本发明的一个实施例，所述第一参考信号从负值开始增大。
[0019] 本实施例的优点是，可以将第一参考信号看作来自风力涡轮发电机的功率的暂时 低于额定值（derating)。
[0020] 根据本发明的一个实施例，所述风力涡轮机功率控制器在接收负的第一参考信号 时，向所述发电机发送等于零的参考信号。
[0021] 本实施例的优点是，第一参考信号可以是负的，但风力涡轮发电机利用卸载负荷 仍然能够提供完整的振荡抑制而没有低于额定值。
[0022] 根据本发明的一个实施例，所述第一参考信号从正值开始减小，并且其中所述风 力涡轮机功率控制器还被布置成接收正的功率参考。
[0023] 本实施例的优点是，可以将第一参考信号看作来自风力涡轮发电机的功率的暂时 增大，从而其利用风力涡轮发电机中的过载能力。
[0024] 根据本发明的一个实施例，所述第一参考信号基本为零，其中所述卸载负荷单元 消耗第二参考信号的负段（negative sections)。
[0025] 本实施例的优点是，即使第一参考信号基本为零，卸载负荷仍然能够对振荡的减 小提供一定贡献。
[0026] 根据本发明的一个实施例，所述风力涡轮机功率控制器被布置成接收所述抑制参 考信号并且从所述抑制参考信号导出所述第一参考信号和所述第二参考信号，所述风力涡 轮机功率控制器向所述抑制控制器发送所述第二参考信号。
[0027] 根据本发明的一个实施例，所述发电厂控制器被布置成计算所述第一参考信号和 所述第二参考信号，并且分别向至少一个风力涡轮发电机的风力涡轮机功率控制器和抑制 控制器派发所述第一参考信号和所述第二参考信号。
[0028] 在第二方面中，本发明涉及一种用于抑制风力涡轮发电机中的电网振荡的方法， 所述风力涡轮发电机具有发电机、用于消耗功率的卸载负荷单元、风力涡轮机功率控制器 和抑制控制器，其中所述方法包括
[0029] -接收用于抑制所述电网振荡的抑制参考信号，
[0030] -确定所述抑制参考信号的第一参考信号并且向所述风力涡轮机功率控制器派发 所述第一参考信号，以控制所述发电机的发电，
[0031] -确定所述抑制参考信号的具有振荡部分的第二参考信号，并且向所述抑制控制 器派发所述第二参考信号以控制所述卸载负荷单元。
[0032] 第二方面及其实施例的优点等价于本发明第一方面的优点。
[0033] 任何附带特征将更容易被认识到，因为通过参考以下结合附图考虑的详细描述能 够更好地理解它们。可以酌情组合优选特征，这对于技术人员而言是显而易见的，并可以与 本发明的任何方面组合。

【专利附图】

【附图说明】
[0034] 图1示出了风力涡轮发电机。
[0035] 图2示出了电力公司电网中的振荡。
[0036] 图3示出了风力涡轮发电机从叶片到电网的传动系示意图。
[0037] 图4示出了风力发电厂，其包括主电网、连接到电网的发电机组和用于抑制电网 振荡的控制系统。
[0038] 图5示出了如何将抑制分成第一和第二抑制参考。
[0039] 图6示出了本发明的示意性实施例。
[0040] 图7示出了具有风力发电厂和另一发电厂的电网的电学布设。
[0041] 图8示出了在过载状况下，根据抑制参考的抑制参考信号和第一和第二参考信 号。
[0042] 图9示出了在低于额定值状况下，根据抑制参考的抑制参考信号和第一和第二参 考信号。
[0043] 图10示出了在无负载状况下，根据抑制参考的抑制参考信号和第一和第二参考 信号。
[0044] 图11示出了根据本发明的方法的流程图。

【具体实施方式】
[0045] 现在将更详细地解释本发明。尽管本发明容易做出各种修改和替代形式，但已经 通过举例公开了具体实施例。不过要理解，本发明并非意在限于所公开的特定形式。相反， 本发明要覆盖落在如所附权利要求界定的精神和范围之内的所有修改、等价要件和替代方 案。
[0046] 对于大型风力发电厂（WPP)，可能需要功率系统稳定器（PSS)。公知的是，控制器 防止一个发电厂相对于另一个发电厂发生电机振荡，甚至大陆的一个区域相对于另一个区 域振荡。帮助解决这些振荡的是输电系统运营商非常希望的事情。
[0047] 次同步谐振（SSR)是常规发电厂的公知现象，但对于风力发电厂这是较新发现的 现象。这种交互作用现象一般称为次同步控制交互作用（SSCI)。这是一种纯粹的电学现 象，不涉及轴扭转动力。SSCI的另一个特性是谐振频率随着网络阻抗而变化。其他振荡模 式可以包括轴扭转动力，也可以在本发明中处理。
[0048] 风力发电厂中可能发生常规的次同步扭转交互作用（SSTI)。风力涡轮机一般包括 几种次同步扭转模式。如果电网电流的频率与这些低频扭转模式之一重合，这可能会激励 这些模式之一。
[0049] 在产生振荡时，这些次同步谐振（SSR)振荡可能会给涡轮发电机轴和附着于轴的 部件带来损害。次同步谐振的原因和结果由于输电系统互连连续生长而被加剧。
[0050] 为了利用风力发电厂抑制电力系统中的振荡，存在一些挑战，例如风力涡轮发电 机（WTG)中可能有机械共振。这可能是塔的振荡或叶片中的振荡，但不是传动系中的振荡， 即两个质量系统之间，发电机303的转子和空气动力转子103之间的振荡。
[0051] 本发明提出了一种避免这种机械共振风险的方案。
[0052] 已知电网中传输的电功率的例如频率和电压可能由于不同发电机组之间的干扰 或控制协调不良而开始振荡。还知道可以通过注入相对于电网振荡具有正确相位的电功率 来抵消或抑制电网中的这种振荡。不过，注入这样的电功率可能在产生抑制电功率的发电 机装置中激励出机械共振。
[0053] 风力发电厂一般广泛采用了功率电子控制器，例如涡轮转换器，有时是用于无功 功率补偿和电压控制的SVC和STATC0M，以及用于连接离岸风电场的连接的HVDC链路。这 些部件可以位于旋转设备附近，例如风力涡轮机和热电厂的旋转设备附近，或与变频驱动 发电机相邻。
[0054] 在WPP中，PSS会通过向电厂有功功率参考Pref或无功功率参考Qref注入信号 来工作。这种信号可以是重复性的，频率通常介于0.1和10Hz之间。并非向风力涡轮发电 机的发电机或变频驱动的发电机侧直接发送这种振荡需求，如果考虑卸载负荷单元，则发 电机需求可能没有振荡部分。例如，总体的WPP可以通过让卸载负荷单元以1Hz的振荡工 作来产生1Hz的振荡，但没有WTG发电机在1. 0Hz处被激励。
[0055] 图1示出了包括塔101和吊舱102的风力涡轮发电机100。转子叶片103的转子 组件可以由风的作用而旋转。可以经由轴向吊舱中的发电机传输风诱发的转子叶片103的 旋转能。于是，风力涡轮发电机100能够利用转子叶片将风的动能转换成机械能，并接下来 利用发电机转换成电功率。
[0056] 风力涡轮发电机可以连接到电网以向电网供应所产生的电功率。
[0057] 已知，电网中传输的电功率的例如频率、电压和电流可能由由于干扰而开始振荡。 还知道可以通过向电网中注入用于抵消振荡的具有正确相位的功率信号来抵消或抑制电 网中的这种振荡。原则上，抑制功率信号可以与振荡反相位，但通常抑制信号相对于主要反 相位抑制信号有相移，以便产生最佳抑制。
[0058] 本发明涉及一种风力涡轮发电机100,其具有发电机303,用于消耗功率的卸载负 荷单元310、311 (参见图3)，风力涡轮机功率控制器413 (参见图4)和抑制控制器411 (参 见图4)，后两者被布置成基于抑制参考信号414控制风力涡轮机部件（参见图4)。
[0059] 抑制参考信号414为组合信号，并且包括第一参考信号802 (参见图8)、902 (参见 图9)和第二参考信号803 (参见图8)、903 (参见图9)，其中第二参考信号803,903是振荡 部分，风力涡轮机功率控制器413 (参见图4)根据第一参考信号802、902控制来自发电机 303的功率（参见图3)，并且抑制控制器根据第二参考信号803、903控制卸载负荷单元消 耗功率。
[0060] 在本发明的一个实施例中，风力涡轮机功率控制器和抑制控制器位于一个单元 413中，具有独立的输出、功率输出（未示出）和抑制参考信号414。
[0061] 将抑制参考分成第一和第二参考信号的主要目的是卸载负荷单元310、311能够 非常快地工作，绝不会受到带宽限制而工作于0. 1到10HZ的频率范围之内。尽管可以在能 够消耗到电阻器311中的能量的量方面限制卸载负荷，但是可以在设定卸载负荷部件310、 311尺寸方面来处理这种情况，或者，通过监测卸载负荷部件310、311的状态，从而仅在卸 载负荷电阻311健康时才工作。
[0062] 在本发明的实施例中，第一参考信号是抑制参考信号的包络曲线，因此第一参考 信号提供减少电网中振荡所需的抑制参考曲线801、901附近的包络。而第二参考信号提供 了振荡部分。
[0063] 在本发明的另一实施例中，第一参考信号是单调函数。单调函数往往会随着 X增大而仅沿一个方向移动。单调递增函数始终随着X增大而增大，即，对于所有a>b， ；^3)>；^13)。单调递减函数始终随着1增大而减小，即，对于所有3>13，；^3)〈；^13)。单调递 减函数的导数始终是负的。单调递增函数的导数始终是正的。于是，风力涡轮发电机结构 上的机械应力减小，因为发电机303中没有发生振荡。
[0064] 图2示出了电网中的振荡，例如，形式为振荡电压幅值201 (即正弦峰值幅值或RMS 幅值）。根据电网振荡201的测量结果，可以生成用于抑制振荡的功率参考202。例如，通 过向风力涡轮发电机100或多个风力涡轮发电机100供应功率参考202,生成具有正确相位 和电网振荡的电功率并将其注入到电网中。作为范例，可以通过向电网注入具有反相位或 不希望有的电网振荡或相对于不希望的电网振荡具有特定相位的电功率，来抑制电网电压 或电网频率中的振荡。
[0065] 这里给出为何可以通过向电网注入功率来抑制电网振荡的解释。如果存在电网振 荡，例如电网频率的振荡,那么主发电机402、708(例如核电站的发电机，图中未示出）的速 度是振荡的。通过在适当的时候加快和暂停发电机，可以抑制电网振荡。通过向电网中注 入抑制功率振荡来改变发电机经受的电磁转矩，实现主发电机402、708的暂停和加速。
[0066] 可以基于发电机组和电网的模型来确定功率抑制参考202,使得功率参考优化电 网振荡的抑制。例如，可以通过确定参考信号来确定功率抑制参考202,在向模型施加参考 信号时，优化电网振荡的抑制，其中可以从测量或估计的电参数导出电网振荡。可以利用来 自电网的一个或多个信号410的反馈并由滤波器处理它们，来确定功率抑制参考414,滤波 器将提取电网反馈信号的振荡部分。然后根据反馈信号410和控制结构来校正抑制参考信 号414的相位和大小。
[0067] 在使用振荡功率参考202控制例如风力涡轮发电机的功率产生时，参考信号可以 导致例如叶片桨距的调节，以便调整产生到功率参考202的功率。桨距的调节可能无意地 激励不同风力涡轮机部件的结构振动，例如叶片103、轴或塔101的振动。这种振荡的激励 是不希望的，因为振动可能减少部件的寿命或损伤部件。
[0068] 除了主功率抑制参考202,可以使用其他参考信号来控制注入到电网中的有功和 /或无功功率的量。例如，可以定义电流参考，在施加到例如风力涡轮发电机的控制器时，其 影响注入到电网中的功率量。由于可以使用不同类型的抑制参考202来控制注入到电网中 的抑制功率，所以一般将参考做成主抑制参考202,其可以是主功率抑制参考202、电流参 考或等效参考信号。
[0069] 可以对除风力涡轮发电机之外的其他发电机组进行功率控制，以抑制电网振荡 201。这样的发电机组也可以具有可能被无意地激励的结构，例如热太阳能发电厂或其他非 中心燃气轮机发电厂的涡轮驱动轴。因此，对于使结构振动的激励最小化而言，这样的其他 发电机组可能导致与风力涡轮发电机相同的挑战。由于风力涡轮发电机和其他具有涡轮机 驱动的发电机的发电机组相对于无意中激励的机械共振而言带来了相同的挑战，所以仅将 风力涡轮发电机100或风力涡轮机发电厂用作一般发电机组的范例。
[0070] 图3示出了根据本发明实施例的风力涡轮发电机的示意图。该实施例示出了通过 功率变换器304, 305完全变换电功率的风力涡轮发电机。从左到右，空气动力学转子103机 械连接到任选的齿轮箱302,如果没有齿轮箱，空气动力学转子103直接机械连接到发电机 303。在本实施例中，齿轮箱机械连接到发电机303,发电机303经由电感链路309电连接 到发电机侧的功率变换器304。发电机侧功率变换器304将可变的AC电功率转换成DC电 功率，并且经由直流电容器链路306连接到电网侧功率变换器305。与直流电容器链路306 并联的是直流卸载负荷单元310。具有卸载负荷开关310的卸载负荷单元能够通过使直流 链路电压经过电阻器311短路来消耗电功率，利用电子开关310,例如半导体类型，如IGBT、 晶闸管等，或机械开关，实现真正的短路。
[0071] 电网侧功率变换器305将直流电功率转换成"固定"频率的交流电功率（"固定" 是因为变换器305遵循电网的频率，因此如果电网的频率变化一点，电网侧的功率变换器 频率也将变化）。电网侧的功率变换器经由电网阻抗307电连接到变压器308。变压器308 又连接到电网，参考图7获取更多信息。
[0072] 在一个实施例中，卸载负荷能够存储能量，而不是消耗能量，从而能够在第二参考 信号正的部分期间提供能量。在这一实施例中，卸载负荷电阻器311被储能装置替代，这样 的存储装置可以是，但不限于超级电容器组、电池组或本领域的技术人员公知的其他存储 装直。
[0073] 根据本发明的一个实施例，风力涡轮机功率控制器413被布置成接收抑制参考信 号并且从抑制参考信号导出第一参考信号和第二参考信号，所述风力涡轮机功率控制器向 抑制控制器发送第二参考信号。
[0074] 根据本发明的一个实施例，发电厂控制器被布置成计算第一参考信号和第二参考 信号，并且分别向至少一个风力涡轮发电机的风力涡轮机功率控制器和抑制控制器派发第 一参考信号和第二参考信号。
[0075] 图4示出了发电机402,例如核电站的发电机，其向主电网401供应电能。发电机 组404,例如风力涡轮发电机形式的发电机组，还经由变电站405向电网供应电功率。可以 在发电厂403中分配多个发电机组404。
[0076] 发电机组404可以是单个的风力涡轮发电机404、风力发电厂403、其他个体发电 机，例如热太阳能发电机或包括多个发电机的发电厂。
[0077] 抑制控制器411连接到公共连接点409,即位于变电站405的电网侧的点，用于从 测量或估计的与电力公司电网相关的电参数确定主功率抑制参考202。即，从电网电压的测 量或估计值，有功或无功电网电流、有功或无功电网功率、电网频率或发电机402的发电机 转速。
[0078] 将确定的主功率抑制参考408供应给抑制派发器412,抑制派发器确定发送给 风力发电厂403中每个个体风力涡轮发电机的个体抑制参考并且发送个体抑制参考信号 414。
[0079] 图4示出了本发明实施例的风力涡轮机功率控制器413的一个实施例，其中风力 涡轮机功率控制器413包括抑制控制器411和抑制派发器412。根据本实施例，风力涡轮 机功率控制器413包括用于接收测量或估计的与电力公司电网相关的电参数的输入端，以 及用于向发电机组404发送所确定的参考信号202,203的输出端或用于分发抑制参考信号 202, 203的分配器。
[0080] 根据实施例，风力涡轮机功率控制器413还可以包括输入端420,用于接收表示多 个发电机组的每个发电机组的结构振动状态的振动值，并且根据每个发电机组的结构振动 状态向发电机组施加或分配参考信号。结构振动状态可以包括发电机组元件的振幅。可以 由发电机组的传感器系统测量或估计发电机组的振动状态并且将其发送到风力涡轮机功 率控制器413。
[0081] 根据另一实施例，风力涡轮机功率控制器413还可以包括另一个输入端421，其向 风力涡轮机功率控制器413提供关于卸载负荷单元的信息，该信息可以是，但不限于卸载 负荷单元中各个部件的温度和运行时间、运行时间。
[0082] 根据另一实施例，无需使用测量或估计的与电力公司电网相关的电参数，例如测 量的电网功率值，而是从主功率抑制参考408,确定个体抑制参考信号414。在本发明的这 一实施例中，风力涡轮机功率控制器413包括用于从主功率抑制参考408确定参考信号414 的处理器（即，处理器相当于抑制派发器412)，用于接收主功率抑制参考408的输入端以及 用于所确定的抑制参考信号414的输出端。
[0083] 根据又一个实施例，可以直接从电网的电参数确定个体抑制参考信号414,而无需 一开始确定主功率抑制参考202。在本发明的这一实施例中，风力涡轮机功率控制器413包 括如上所述用于直接从电网的电参数确定抑制参考信号414的处理器，用于接收电参数的 输入端以及用于所确定的抑制参考信号414的输出端。
[0084] 图6A-C示出了控制装置413的处理器531-533的三个实施例。在图6A中，处理 器531相当于抑制控制器411和抑制派发器412,从而从电参数541确定个体抑制参考信号 202,203。
[0085] 在图6B中，处理器532直接从主功率抑制参考202确定个体参考信号414。在图 6C中，处理器533直接从电参数541确定个体参考信号414。
[0086] 处理器，例如抑制派发器412还可以被配置成在发电机组404之间分配个体功率 抑制参考信号414。替代地或此外，分配个体参考信号414的能力可以位于独立的派发器单 元中，例如，在风力涡轮机发电厂的位置处。应该理解的是，可以向位于单个位置，例如单个 发电厂403,或在不同位置的发电机组404施加个体参考信号414。
[0087] 因此，处理器的功能取决于如何确定个体控制参考。因此，处理器被理解为能够根 据上述三个实施例的任一个确定个体抑制参考信号414的处理器或控制系统，S卩，处理器 也可以被理解为配置成执行抑制控制器411和抑制派发器412的功能。
[0088] 在其他实施例中，抑制控制器411位于每个风力涡轮发电机404,100中，其中消除 了对派发器的需求。
[0089] 图5示出了在一实施例中如何处理抑制信号的示意图。输入信号410被发送到抑 制控制器411，抑制控制器411发送抑制参考信号414。
[0090] 在本发明的一些实施例中，抑制控制器411位于发电厂控制器的中央，其中它通 过抑制派发器412派发个体抑制参考信号414。
[0091] 在图5中，没有派发器，在抑制信号分路器中处理参考信号414,抑制信号分路器 计算第一参考信号416和第二参考信号417。
[0092] 抑制控制器411计算有功功率参考，也称为抑制参考801、901，以注入电网中，以 便提供一些抑制支持，注入可能不会消除振动。将抑制参考801，901分成两个信号，即第一 参考信号和第二参考信号803,903。第一参考信号802,902被认为是实际抑制参考周围的 包络曲线。
[0093] 在另一实施例中，存在派发器412。在一些实施例中，派发器和抑制信号分路器是 一个单元，并且向风力发电厂中的所有WTG404发送。在这里，派发器派发矢量抑制参考信 号414,其中包含了矢量，矢量包括第一参考信号416和第二参考信号417。
[0094] 在一实施例中，几个风力发电厂通过协调的方式工作以抑制振荡，根据位置，抑制 参考信号的幅值和相位可以不同。
[0095] 图7示出了电网设置的范例，其中风力涡轮机100连接到在345kV工作的交流系 统。实际上，单个风力涡轮发电机100是多个涡轮机。
[0096] 图7示出了所论述电力系统的示意图。风力涡轮发电机100连接到风力涡轮机变 压器702,在一些实施例中，图3的变压器308可以是与也称为WTT702的变压器702相同 的变压器。WTT702连接到分站变压器（SST) 703,分站变压器再连接到高压变压器704a和 704b，对于大型风力发电厂，常常使用用于高压变压器704ab的双电源。电网还装备有滤波 器部件，例如电感器705a、电容器705b和调谐滤波器705c，它们全部连接到传输线706。在 传输线706的另一端是与滤波器部件707a和707b连接在一起的另一发电源708。
[0097] 图8被分成四个部分A、B、C和D。该图示出了在涡轮机工作于超额定模式以处理 振动的状况下，参考信号看起来像什么的范例。图8A示出了抑制参考信号801的范例，在 本发明的实施例中，第一参考信号在短暂增大之后减小，增大部分不是真正的斜变，而更多 是利用以固定间隔派发参考信号的分立控制器获得的效果，因此第一样本处在零，第二样 本处在峰值。在增大之后，参考信号802然后从正值开始下降到零，其中风力涡轮机功率控 制器正在接收正功率参考。其中图8B示出了第一参考信号802,第一参考示出了功率产生 的增加，其衰落到正常水平。实际上，将信号802与实际功率参考一起增加到WTG，这是本领 域的技术人员已知的。图8C示出了如何将第一参考信号802与抑制参考信号801配合在 一起。在图8D中由给出第二参考信号083的两个信号801，802之间的面积导出第二参考 信号。
[0098] 图9被分成四个部分A、B、C和D。该图示出了在涡轮机工作于低于额定值模式以 处理振动的状况下，参考信号看起来像什么的范例。图9A示出了抑制参考信号901A的范 例，在本发明的实施例中，第一参考信号在短暂减小之后增大，这也是由于分立控制器和被 采样系统所致，然后从负值开始变化，其中风力涡轮机功率控制器也在接收正功率参考。其 中图9B不出了第一参考信号902,第一参考不出了功率产生的减小，实际上，将信号902与 实际功率参考一起增加到WTG，这是本领域的技术人员公知的。图9C示出了如何将第一参 考信号902与抑制参考信号901b配合，其中利用等于或类似于抑制参考信号901a的趋势 (trend)函数的一阶函数来调节抑制参考信号901a。在图9D中由给出第二参考信号903 的两个信号901,902之间的面积导出第二参考信号。
[0099] 在与图8中的状况相关的实施例中，包络曲线802能够具有实际上允许包络整个 抑制参考信号的形状，即，这样第二参考信号将没有负的部分，与图8D相比较，所有暗区域 都在零线以上。
[0100] 图10被分成三个部分A、B和C。该图示出了在涡轮机工作于无功率模式以处理振 动的状况下，参考信号看起来像什么的范例。图10A示出了抑制参考信号1001的范例，在 本发明的实施例中，第一参考信号为零，并且其中风力涡轮机功率控制器正在接收可以为 零的功率参考。图10B示出了第一参考信号1002。图10C示出了作为抑制参考信号1001 负部分的第二参考信号1003是什么样。
[0101] 根据本发明的一个实施例，第一参考信号基本为零，其中卸载负荷单元消耗第二 参考信号的负段。即使第一参考信号基本为零，卸载负荷仍然能够对减小振荡提供一定的 ~τ^. 士 卜. 贝献。
[0102] 在另一实施例中，卸载负荷能够在诸如电池、电容器等存储装置中存储能量，第一 参考信号的形状被改变，因为包络曲线802,902不再需要覆盖振荡的正负两部分，因为卸 载负荷单元310、311根据抑制信号801，901的符号吸收功率或注入功率。
[0103] 在本发明的实施例中，WTG的发电机303正在产生抑制参考信号的正部分，而负部 分被卸载负荷单元吸收。
[0104] 图11示出了根据本发明，用于抑制风力涡轮发电机中的电网振荡的方法的流程 图，该风力涡轮发电机具有发电机、用于消耗功率的卸载负荷单元、风力涡轮机功率控制器 和抑制控制器，该方法包括步骤111、112和113。其中步骤111是接收用于抑制电网振荡的 抑制参考信号，步骤112是确定抑制参考信号的第一参考信号并且向风力涡轮机功率控制 器派发所述第一参考信号，以控制发电机的发电，步骤113是确定抑制参考信号的具有振 荡部分的第二参考信号并且向抑制控制器派发所述第二参考信号以控制卸载负荷单元。
[0105] 可以扩展或改变这里给出的任何范围或装置值而不失去所寻求的效果，对于本领 域技术人员而言这将是显而易见的。
[0106] 应该理解，上述益处和优点可能涉及一个实施例或可能涉及几个实施例。还要理 解的是，提到"一"项目是指那些项目中的一个或多个。
[0107] 应该理解的是，优选实施例的以上描述仅仅通过范例的方式给出，可以由本领域 的技术人员做出各种修改。以上说明书、范例和数据提供了本发明示范性实施例结构和使 用的完整描述。尽管上文已经以某种程度的特殊性或参考一个或多个个体实施例描述了本 发明的各种实施例，但本领域的技术人员可以对公开的实施例做出各种变化而不脱离本发 明的精神或范围。
【权利要求】
1. 一种风力涡轮发电机，所述风力涡轮发电机具有发电机、用于消耗功率的卸载负荷 单元、风力涡轮机功率控制器和抑制控制器，所述风力涡轮机功率控制器和抑制控制器二 者被布置成基于抑制参考信号来控制风力涡轮机部件， -所述抑制参考信号为组合信号，并且包括第一参考信号和第二参考信号，其中所述第 二参考信号为振荡部分， -所述风力涡轮机功率控制器被布置成根据所述第一参考信号控制来自所述发电机的 功率，并且 -所述抑制控制器被布置成根据所述第二参考信号来控制所述卸载负荷单元消耗功 率。
2. 根据权利要求1所述的风力涡轮发电机，其中所述第一参考信号是所述抑制参考信 号的包络曲线。
3. 根据权利要求1所述的风力涡轮发电机，其中所述第一参考信号是单调函数。
4. 根据权利要求2或3所述的风力涡轮发电机，其中所述第一参考信号从负值开始增 大。
5. 根据权利要求4所述的风力涡轮发电机，其中所述风力涡轮机功率控制器在接收到 负的第一参考信号时，向所述发电机发送等于零的参考信号。
6. 根据权利要求2或3所述的风力涡轮发电机，其中所述第一参考信号从正值开始减 小，并且其中所述风力涡轮机功率控制器还被布置成接收正的功率参考。
7. 根据权利要求1所述的风力涡轮发电机，其中所述第一参考信号基本为零，并且其 中所述卸载负荷单元消耗所述第二参考信号的负段。
8. 根据权利要求1至7中的任一项所述的风力涡轮发电机，其中所述风力涡轮机功率 控制器被布置成接收所述抑制参考信号并且从所述抑制参考信号导出所述第一参考信号 和所述第二参考信号，所述风力涡轮机功率控制器向所述抑制控制器发送所述第二参考信 号。
9. 一种风力发电厂，包括发电厂控制器以及至少一个根据权利要求1至7中的任一项 所述的风力涡轮发电机，其中所述发电厂控制器被布置成计算所述第一参考信号和所述第 二参考信号，并且分别向所述至少一个风力涡轮发电机的所述风力涡轮机功率控制器和所 述抑制控制器派发所述第一参考信号和所述第二参考信号。
10. 根据权利要求1至8中的任一项所述的风力涡轮发电机，其中所述卸载负荷单元包 括用于存储能量的存储装置。
11. 一种用于抑制风力涡轮发电机中的电网振荡的方法，所述风力涡轮发电机具有发 电机、用于消耗功率的卸载负荷单元、风力涡轮机功率控制器以及抑制控制器，其中所述方 法包括 -接收用于抑制所述电网振荡的抑制参考信号， -确定所述抑制参考信号的第一参考信号并且向所述风力涡轮机功率控制器派发所述 第一参考信号，以控制所述发电机的发电， -确定所述抑制参考信号的具有振荡部分的第二参考信号，并且向所述抑制控制器派 发所述第二参考信号以控制所述卸载负荷单元。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中所述第一参考信号是所述抑制参考信号的包络 曲线。
13. 根据权利要求11所述的方法，其中所述第一参考信号是单调函数。
14. 根据权利要求12或13所述的方法，其中所述第一参考信号从负值开始增大。
15. 根据权利要求12或13所述的方法，其中所述第一参考信号从正值开始减小，并且 其中所述风力涡轮机功率控制器还被布置成接收正的功率参考。
16. 根据权利要求11所述的方法，其中所述第一参考信号基本为零，并且其中所述抑 制控制器控制所述卸载负荷单元消耗所述第二参考信号的负段。
17. 根据权利要求11所述的方法，其中所述卸载负荷单元包括用于存储能量的存储装 置。
【文档编号】H02J3/24GK104221242SQ201380006654
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年1月25日 优先权日:2012年1月27日
【发明者】J·M·加西亚 申请人:维斯塔斯风力系统集团公司