[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN110192317A - 控制与自换向转换器的电力交换 - Google Patents

控制与自换向转换器的电力交换 Download PDF

Info

Publication number
CN110192317A
CN110192317A CN201780080652.2A CN201780080652A CN110192317A CN 110192317 A CN110192317 A CN 110192317A CN 201780080652 A CN201780080652 A CN 201780080652A CN 110192317 A CN110192317 A CN 110192317A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wind turbine
power
controller
branch
reactive power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201780080652.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110192317B (zh
Inventor
T·阿贝赛克拉
S·阿内-比利亚尔瓦
S·贝尔纳尔佩雷斯
R·布拉斯科-希门尼斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vestas Wind Systems AS
Original Assignee
Vestas Wind Systems AS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vestas Wind Systems AS filed Critical Vestas Wind Systems AS
Publication of CN110192317A publication Critical patent/CN110192317A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110192317B publication Critical patent/CN110192317B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • F03D7/047—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the controller architecture, e.g. multiple processors or data communications
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F03D9/255—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor
    • F03D9/257—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor the wind motor being part of a wind farm
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/388—Islanding, i.e. disconnection of local power supply from the network
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本文的实施例描述了在第一操作模式和第二操作模式下操作风力涡轮机的控制系统。在所述第一模式下时，所述风力涡轮机向本地AC电网提供电力。然而，在第二模式下时，所述风力涡轮机向高压直流(HVDC)链路提供电力。所述控制系统包括无功功率控制分支和有功功率控制分支。为了从所述第一模式切换至所述第二模式，所述控制系统激活耦接在所述无功功率控制分支和所述有功功率控制分支之间的PI控制器，这将增大所述风力涡轮机的输出电压，直到所述电压的幅度激活二极管整流器并且允许通过所述风力涡轮机输出的所述电力沿着所述HVDC链路传输。

Description

控制与自换向转换器的电力交换
技术领域
本公开介绍的实施例总体上涉及在高压直流(HVDC)链路上传输风力涡轮机电力，更具体而言，涉及选择性激活具有积分作用的控制器，从而在为本地AC电网生成风力电力的第一模式与经由所述本地AC电网在HVDC链路上传输电力的第二模式之间切换。
背景技术
在很多情况下希望采用海上风力涡轮机而非陆上风力涡轮机，因为和陆上相比海上通常可获得更强的风速。此外，海上风力涡轮机不受树木、山峦、建筑物等阻挡。为了将海上风力涡轮机耦接至陆上电网(其通常位于数十或数百公里开外)，风力涡轮机运营商可以使用HVDC链路而不是传输AC信号，这样做可以提高传输效率。对于水下电缆而言，HVDC避免了每个周期对电缆电容充电和放电所需的强电流。然而，用于将风力涡轮机耦接到HVDC链路所需的电路很昂贵。
发明内容
本公开的一个实施例是一种方法，其包括在第一模式下操作风力涡轮机，以使用控制系统向本地AC电网提供电力，其中，所述控制系统包括无功功率控制分支以及有功功率控制分支。所述方法还包括通过激活具有积分作用的控制器，从所述第一模式切换至第二模式，所述控制器耦接在所述无功功率控制分支和所述有功功率控制分支之间，其中，在所述第二模式下时，所述风力涡轮机向高压直流(HVDC)链路传输电力，并且其中，经由所述本地AC电网所述风力涡轮机使用二极管整流器耦接至所述HVDC链路。
本文描述的另一实施例是一种风力涡轮机，其包括控制系统，所述控制系统包括无功功率控制分支、有功功率控制分支以及具有积分作用的控制器，所述控制器选择性地耦接在所述无功功率控制分支和所述有功功率控制分支之间。所述控制系统被配置为；在第一模式下操作所述风力涡轮机，以向本地AC电网提供电力；以及通过激活所述控制器，从所述第一模式切换至第二模式，其中，在所述第二模式下时，所述风力涡轮机经由所述本地AC电网向HVDC链路传输电力，其中，所述风力涡轮机使用二极管整流器耦接至所述HVDC链路。
本文描述的另一实施例是一种用于风力涡轮机的控制系统，其包括处理器以及被配置为存储程序的存储器，当所述处理器执行所述程序时执行操作，所述操作包括：在第一模式下操作风力涡轮机，以使用控制系统向本地AC电网提供电力，其中，所述控制系统包括无功功率控制分支以及有功功率控制分支；以及通过激活具有积分作用的控制器，从所述第一模式切换至第二模式，所述控制器耦接在所述无功功率控制分支和所述有功功率控制分支之间，其中，在所述第二模式下时，所述风力涡轮机经由所述本地AC电网向HVDC链路传输电力，其中，所述风力涡轮机使用二极管整流器耦接至所述HVDC链路。
附图说明
为了达到能够通过细节理解本公开的上述特征的方式，将参考实施例对上文简要总结的本公开做出更加具体的描述，一些实施例如附图所示。不过，要指出的是，附图仅仅示出了本公开的典型实施例，因此不应被视为限制本公开的范围，因为本公开可以容许其他同等有效的实施例。
图1示出了根据本公开中描述的实施例的风力涡轮机的示意图。
图2示出了根据本公开中描述的实施例处于风力涡轮机的机舱和塔架内的部件的示意图。
图3是根据本公开中描述的实施例的电力系统的方框图。
图4示出了根据本公开中描述的实施例耦接至HVDC链路的不受控二极管整流器。
图5示出了根据本公开中描述的实施例的风力涡轮发电机的控制系统。
图6是示出了根据本公开中描述的实施例的二极管整流器的激活电压的曲线图。
图7是根据本公开中描述的实施例的向量图。
图8是根据本公开中描述的实施例用于使风力涡轮机按照不同模式工作的流程图。
图9是根据本公开中描述的实施例用于使风力涡轮机按照不同模式工作的流程图。
图10是根据本公开中描述的实施例包括至少一个依据HVDC链路的功能性以不同模式工作的风力涡轮机的风场的方框图。
图11示出了根据本公开中描述的实施例在HVDC链路不起作用的情况下由风力涡轮机使用的辅助控制系统。
为了有助于理解，在可能的地方用等同的附图标记指示各附图共有的等同要素。可以设想，虽无具体阐述，但是在一个实施例中公开的要素可以被有利地用到其他实施例当中。
具体实施方式
不受控二极管整流器提供了用于将风场中的风力涡轮机耦接至HVDC链路的常规电路的替代。然而，风力涡轮机中的控制系统可能需要修改，以使得风力涡轮机能够生成足够的电力来激活整流器中的二极管并且沿着HVDC链路传输电力。在一个实施例中，不是使用中央控制系统，每个风力涡轮机具有单独的控制系统，所述风力涡轮机在两种模式下运行：岛屿模式以及高功率模式。在风力涡轮机不在HVDC链路上传输电力时使用岛屿模式。例如，在岛屿模式下，风力涡轮机可能不生成足够的电力来激活二极管整流器。相反地，岛屿模式允许风场中的风力涡轮机生成用于辅助控制(例如，使涡轮机偏航或者运行涡轮机中的泵)的电力。在另一示例中，风力涡轮机可以耦接至本地AC电网并且可以使用岛屿模式向本地电网输出电力。在高功率模式下，风力涡轮机中的控制系统增加至本地AC电网的电力，直到二极管整流器被激活，从而在HVDC链路上传输通过风力涡轮机生成的电力，其中，本地AC电网经由二极管整流器连接至HVDC链路。在这种模式下，控制系统可以设置风力涡轮机的预期输出电力(包括电力消减)。
在一个实施例中，为了在岛屿模式与高功率模式之间切换，风力涡轮机激活比例-积分(PI)控制器，所述PI控制器耦接在其控制系统中的无功功率控制分支和有功功率控制分支之间。所述PI控制器接收预期有功功率值与风力涡轮机生成的实际有功功率值之间的差作为输入，并且输出对应的电压调整。然后，在无功功率控制分支中使用该电压调整，以改变电压值的幅度。在一个实施例中，当从岛屿模式切换至高功率模式时，风力涡轮机激活PI控制器，这将增加风力涡轮机的输出，直到横跨二极管整流器的平均AC电压超过二极管的切入电压并且允许风力涡轮机经由本地AC电网在HVDC链路上传输电力。
示例性实施例
图1示出了水平轴风力涡轮发电机100的示意图。风力涡轮发电机100通常包括塔架102和位于塔架102的顶部的风力涡轮机机舱104。风力涡轮机转子106可以通过延伸到机舱104之外的低速轴与机舱104连接。风力涡轮机转子106包括安装在公共轮毂110上的在转子平面内旋转的三个转子叶片108，但是其可以包括任何适当数量的叶片，例如，一个、两个、四个、五个或者更多叶片。叶片108(或机翼)通常每者具有空气动力学形状，所述形状具有迎风的前缘112、处于叶片108的翼弦的相对端上的尾缘114、尖端116和以任何适当方式附接至轮毂110的根部118。
对于一些实施例而言，叶片108可以使用桨距轴承120连接至轮毂110，使得每一叶片108可以绕其纵轴旋转，以调整叶片的桨距。浆叶108相对于转子平面的桨距角可以通过例如连接于轮毂110和叶片108之间的线性致动器、液压致动器或者步进电机进行控制。
图2示出了处于风力涡轮发电机100的机舱104和塔架102内的典型部件的示意图。当风200推动叶片108时，转子106旋转并使低速轴202转动。齿轮箱204内的齿轮将低速轴202的低旋转速度机械转换为高速轴208的相对较高的旋转速度，所述相对较高的旋转速度适于利用发电机206发电。
控制器210可以感测轴202和208之一或两者的旋转速度。如果控制器判定轴旋转过快，那么控制器可以向制动系统202发出信号，以减缓轴的旋转，这又将减缓转子106的旋转，即，降低每分钟转数(RPM)。制动系统212可以防止对风力涡轮发电机100的部件造成损坏。控制器210还可以接收来自风速计214的输入(提供风速)和/或来自风向标216的输入(提供风向)。基于所接收到的信息，控制器210可以向叶片108中的一者或多者发送控制信号，以图调整叶片的桨距218。通过相对于风向调整叶片的桨距218，能够提高或者降低转子的旋转速度，并因此提高或者降低轴202、208的旋转速度。在风向的基础上，例如，控制器210可以向包括偏航电动机220和偏航驱动器222的组件发送控制信号，从而使机舱104相对于塔架102旋转，使得转子106可以被定位为更加迎风(或者在某些情况下被定位为更少地迎风)。
图3是根据本公开中描述的实施例的电力系统300的方框图。电力系统300包括在公共耦接点(PCC)330处耦接至不受控二极管整流器335的风力涡轮机100A-100C。整流器335又耦接至HVDC链路340，该链路将风力涡轮机100生成的电力传输至电网345。在一个实施例中，风力涡轮机100位于海上风场内，而电网345则是陆上电网。不过，在其他实施例中，风场和电网345两者都可以是陆上的。
风力涡轮机100A包括用于生成AC电力的发电机206、用于将发电机206提供的AC信号转换成预期频率的电力转换器305以及用于从转换器305的输出中去除噪声和谐波的滤波器320。如图所示，电力转换器305包括经由DC总线312耦接到一起的发电机侧转换器310和电网侧转换器315。在一个实施例中，发电机侧转换器310包括多个开关(例如，功率晶体管)，其将发电机206提供的AC信号转换成在DC总线312上传输的DC电力。电网侧转换器315接收所述DC电力，并且使用开关将DC电力转换回具有预期频率(例如，50Hz或60Hz)的AC电力(例如，三相AC电力)。尽管未示出，但是风力涡轮机100B和100C可以具有与风力涡轮机100A类似的布置。
风力涡轮机100A包括将涡轮机100A耦接至PCC 330的涡轮机变压器325。在一个实施例中，电网变压器325位于涡轮机100A内，例如，位于塔架内。此外，尽管未示出，但是风力涡轮机100B和100C也可以利用相应的涡轮机变压器耦接至PCC 330。
涡轮机变压器的输出形成了本地AC电网336。因此，连接涡轮机100A-100C的电网可以被理解为本地AC电网336。PPC 330包括在本地AC电网336中。如下文更详细所述，在第一操作模式(例如，岛屿模式)下，风力涡轮机100中的一者或多者向耦接至本地AC电网336的负载350提供电力。例如，尽管风力涡轮机100可以位于海上，但是涡轮机100可以耦接至本地负载350，例如，附近的有人口的陆地。因而，即使当风力涡轮机100没有通过HVDC链路340向电网345传输电力的时候，风力涡轮机100也可以向本地负载350供电。此外，在处于岛屿模式当中时，风力涡轮机100中的一者或多者可以为风场中的其余涡轮机100提供辅助电力。例如，几个风力涡轮机100仍然能够使用岛屿操作模式生成电力，从而提供用以对其余涡轮机100偏航或者运行所述涡轮机100当中的泵的辅助电力。这样做避免了在海上风场内必须设置用以当风力涡轮机未在HVDC链路340上传输电力时提供辅助电力的替代电源(例如，柴油发电机)。
为了经由HVDC链路340向电网345传输电力，风力涡轮机100切换至第二操作模式(例如，高功率模式)，以提高它们在PCC 30处的组合电力输出，使其超过不受控二极管整流器335中的二极管的切入电压。这样做将对HVDC链路340加电，并向电网345传输电力。
图4示出了根据本公开中描述的实施例耦接至HVDC链路340的不受控二极管整流器335。图4所示的二极管整流器335只是能够与本文描述的控制系统结合使用的整流器的一种适当布置。可以采用二极管整流器335的其他类型或布置。例如，尽管图4示出了12脉冲整流器335，但是整流器335可以包括不同数量的脉冲。在一个实施例中，二极管整流器335是“不受控的”，因为不需要或采用控制信号来操作二极管整流器335。因此，二极管整流器335可以只包括不需要数字或模拟控制信号就能工作的无源部件。
如图所示，二极管整流器335包括耦接至PCC 330的第一变压器405和第二变压器410。第一变压器405是Y-delta变压器，而第二变压器410为Y-Y变压器。此外，整流器335包括第一二极管415和第二二极管420。通常，整流器335中的变压器和二极管将在本地AC电网336中风力涡轮机在PCC 330处提供的AC电力信号转化成在HVDC 340上传输的DC电力信号。
图5示出了根据本公开中描述的实施例的风力涡轮的控制系统500。在一个实施例中，风场中的每一风力涡轮机包括控制系统500的副本。控制系统500可以由风力涡轮机控制器执行，或者可以是单独使用软件，单独使用硬件或者使用硬件元件和软件元件的某种组合实施的。在一个实施例中，控制系统500是使用包括一个或多个处理器以及存储器的计算系统实施的。
控制系统500的一个优点在于不需要在各个风力涡轮机中的控制系统500之间进行高速数据通信。也就是说，各个风力涡轮机中的控制系统500在操作期间不必同步，尽管各个控制系统500可以接收来自中央风场控制器的参考设置点。通过不要求不同控制系统500之间的通信，提高了控制系统500的可靠性。此外，控制系统500不需要锁相环(PLL)来进行操作，这一点与需要在风力涡轮机中的控制系统之间进行通信的系统不同。
控制系统500具有无功功率控制分支585和有功功率控制分支580。无功功率控制分支585接收来自风场控制器的预期无功功率值QD以及表示在电网侧转换器315的输出处生成的当前无功功率的实际无功功率值QA。实际无功功率值QA是通过任选的滤波器505传送的，并且被连同预期无功功率值QD一起提供给第一加法器510。第一加法器510确定预期无功功率值QD(即，风场控制器想要风力涡轮机输出的无功功率)与风力涡轮机当前输出的实际无功功率值QA之间的差。该差被输入至电压查找模块515，电压查找模块515输出用于调整风力涡轮机的输出电压的电压调整值VADJ。在一个实施例中，电压查找模块包括映射至所述预期无功功率值和实际无功功率值之间的相应差的多个递增电压值。对各风力涡轮机当中的每一控制系统500而言，所述多个电压值可以是不同的电压值或者可以是相同的电压值。也就是说，一个风力涡轮机中的电压查找模块515的电压值可以不同于另一风力涡轮机中的电压值。
第二加法器520将电压调整值VADJ加到标称电压VN(可以由风场控制器提供)上，以输出幅度电压VMAG。第二加法器520还耦接至下文将予以描述的PI控制器565。幅度电压VMAG被通过任选的滤波器525传送至三相变压模块530。通常，三相变压模块530将幅度电压VMAG和有功功率控制分支580输出的电压因素角θW转换成用于电网侧转换器315的控制信号。换言之，变压模块530使用无功功率控制分支585和有功功率控制分支580的输出生成控制信号，所述控制信号将操作电网侧转换器315中的开关(例如，功率晶体管)，以输出对应的三相AC电压信号。
在有功功率控制分支580中，控制系统500接收来自风场控制器的预期有功功率值PD以及表示电网侧转换器315输出的当前有功功率的实际有功功率值PA。使实际有功功率值PA通过任选的滤波器535。第三加法器540将预期有功功率值PD与实际有功功率值PA进行比较，并输出两者的差。将该差提供给角度查找模块545，该模块将输出对应的角度调整ωV。角度查找模块545可以包括多个递增角度调整值，它们对应于实际有功功率值PA和预期有功功率值PD之间的相应差。对于风场中的不同风力涡轮机而言，存储在角度查找模块545当中的角度调整值可以是相同的或者可以是不同的。
角度查找模块545输出的角度调整ωV被传送至第四加法器550，所述第四加法器550使角度调整ωV与接收自风场控制器的预期角度ωD组合。由无功功率控制分支585输出的幅度电压VMAG控制电网侧转换器315生成的AC信号的幅度，与此同时角度ωV和ωD控制所述AC信号的频率。例如，预期角度ωD可以表示本地AC电网336的预期频率(例如，50Hz)。控制系统500使用角度调整ωV来提高或者降低电网侧转换器生成的有功功率，以匹配预期有功功率值PD。
第四加法器550将组合的角度ωV*输出至积分器555，积分器555将输出电压因数角θW。三相变压模块530使用电压因数角θW连同幅度电压VMAG来生成控制信号，所述控制信号将设定电网侧转换器315输出的三相AC信号的幅度和频率。
控制系统500还包括开关560和开关570，前者将PI控制器565选择性地耦接至第三加法器540的输出端，后者将无功功率调整器575选择性地耦接至第一加法器510的输出端。当在岛屿模式下工作时，开关560和570是断开的，由此停用PI控制器565和无功功率调整器575，使得这些部件不影响无功功率控制分支585和有功功率控制分支580生成的电压因数角θW和幅度电压VMAG。然而，即使在PI控制器565和无功功率调整器575被停用时，控制系统500仍然能够生成AC信号，从而为耦接至本地AC电网336的本地负载供电。如上文所提及的，在岛屿模式下，电网侧转换器315可以为连接至本地AC电网336的附近有人口的陆地输出AC电力。或者或此外，风场中的风力涡轮机中的一者或多者可以为风场中的其余风力涡轮机生成辅助电力。也就是说，可以使一些风力涡轮机停机(即，使其不发电)，同时其他风力涡轮机如图5所示在岛屿模式下工作，从而为停机的涡轮机提供辅助电力。
在一个实施例中，当在岛屿模式下工作时，控制系统500可能无法将输出至风力涡轮机的实际电力(即，实际无功功率值QA和实际有功功率值PA)设为预期电力值(即，预期无功功率值QD和预期有功功率值PD)。相反，风力涡轮机输出的实际电力由涡轮机上的本地负载决定。
为了从岛屿模式切换至高功率模式，控制系统500使开关560和570闭合，由此将PI控制器565和无功功率调整器575的输入分别连接至有功功率控制分支580和无功功率控制分支585。尽管控制系统500示出了用开关将PI控制器565和无功功率调整器575的输入连接至相应的分支580和585，但是可以采用其他激活手段，例如，打开和关闭输送至PI控制器565和无功功率调整器575的电力。
当开关560闭合时，PI控制器565从第三加法器540接收预期有功功率值PD和实际有功功率值PA之间的差。尽管示出了PI控制器，但是可以使用任何具有积分作用的控制器，例如，PI控制器565或比例-积分-导数(PID)控制器。PI控制器565输出调整电压，所述调整电压被加到幅度电压VMAG上，直到实际有功功率值PA匹配预期有功功率值PD为止。在一个实施例中，PI控制器565使得无功功率控制分支585提高电网侧转换器315生成的AC信号的幅度，直到这一幅度超过不受控二极管整流器中的二极管的切入电压为止。在图6中对此给出了图示，其中，曲线图600示出了根据本公开中描述的实施例的二极管整流器的激活电压。曲线图600在y轴上示出了流经二极管整流器的功率，在x轴上示出了跨越二极管的电压。随着PI控制器565提高风力涡轮机生成的AC信号的幅度，跨越二极管的平均电压最终将达到激活电压605(即，二极管切入电压)，所述激活电压激活所述二极管整流器，并允许将电力传输到HVDC链路上。一旦激活，控制系统500就持续使用PI控制器565来按照风场控制器的指示控制风力涡轮机的输出功率。也就是说，与处于岛屿模式当中不同，在高功率模式下，控制系统500可以控制输出功率，使之匹配预期功率(在达到激活电压605之后)。例如，如果风场控制器发送新的预期有功功率值PD，那么PI控制器565能够调整AC信号的幅度，以输出预期有功功率。
当在高功率模式下工作时，除了激活PI控制器565之外，控制系统500还通过使开关570闭合来激活无功功率调整器575。通常，无功功率调整器575防止在耦接至PCC的风力涡轮机之间形成循环无功功率。由于存在无穷数量的取决于每一涡轮机正在生产多少无功功率的解决方案，因而其可能导致循环无功功率。在使开关570闭合时，加法器510输出的预期无功功率QD和实际无功功率QA之间的差(或误差)被传输至无功功率调整器575。接着，无功功率调整器575输出被发送至加法器550的角度值。也就是说，所述角度值被加到角度调整ωV和预期角度ωD上，以生成组合的角度电压因数角ωV*。预期无功功率值QD和实际无功功率值QA之间的大的差意味着涡轮机正在生成太多的无功功率。因而，无功功率调整器575生成的角度值使得控制系统500降低电网侧转换器315输出的无功功率。反之，预期无功功率值QD和实际无功功率值QA之间的小的差意味着涡轮机正在生成太少的无功功率。作为响应，无功功率调整器575提高涡轮机生成的无功功率。如果风力涡轮机中的每一控制系统500包括无功功率调整器575，这将使得各风力涡轮机在它们之间共享无功功率的生成，并缓解循环无功电流的可能性。
在一个实施例中，例如当HVDC链路断开或者不可用时，控制系统500接收从高功率模式切换至岛屿模式的提示。例如，风力涡轮机的每一控制系统500可以接收来自风场控制器的切换至岛屿操作模式的命令。作为响应，控制系统500断开开关560和570，从而停用PI控制器565和无功功率调整器575。通过这种方式，控制系统500能够在岛屿模式和高功率操作模式之间切换。
图7是根据本公开中描述的实施例的向量图。向量VF示出了二极管整流器处的公共电压，而向量VW1、VW2、IW1和IW2则表示风场中的两个风力涡轮机(即，风力涡轮机1(W1)和风力涡轮机(W2))的相应电压和电流。两个电流向量IW1和IW2示出了两个风力涡轮机生成不同的无功功率。具体而言，风力涡轮机2输送比风力涡轮机1更多的无功功率，这意味着电压向量VW2过大。换言之，向量VF和VW2之间的角度不是最佳的。如上文在图5中所述，控制系统500包括无功功率调整器575，其能够调整风力涡轮机2的输出，使得VF和VW2之间的角度更接近VF和VW1之间的角度。结果，所述无功功率输出被各风力涡轮机更加均等地共享，这能够防止各风力涡轮机之间的循环无功电流。
图8是根据本公开中描述的实施例用于使风力涡轮机按照不同模式工作的方法800的流程图。在块805中，风场控制器命令风力涡轮机当中的控制系统以第一模式工作，从而向本地AC电网336提供电力。在一个实施例中，风场控制器命令风力涡轮机的子集以第一模式(即，岛屿模式)工作。例如，可以仅使风场中的涡轮机中的几个按照岛屿模式工作，从而为不生成任何电力的其余涡轮机生成辅助电力。或者，可以使风场中的所有涡轮机按照岛屿模式工作，从而向本地AC电网336提供电力，例如，所述本地AC电网包括附近有人口的陆地，例如，岛屿。
如果在块810中，风场控制器确定不在HVDC链路上传输电力，那么方法800返回至块805，在块805中，至少一个风力涡轮机继续以岛屿模式工作。否则，方法800进行至块815，在块815中，风场控制器命令风力涡轮机的至少其中之一以第二模式工作，其方式是激活风力涡轮机控制器(例如，图5中的控制系统500)中的有功控制分支和无功控制分支之间的PI控制器。在一个实施例中，PI控制器使用在风力涡轮机控制器的无功控制分支中确定的实际无功功率值和预期无功功率值之间的差(或误差)来生成在所述涡轮机控制器的有功控制分支中使用的电压调整。所述电压调整将提高风力涡轮机生成的AC电压的幅度，以激活整流器中的二极管，使得电力在所述HVDC链路上传导。
在一个实施例中，当二极管整流器起作用并且HVDC链路传输电力时，使当前不传输电力的风力涡轮机在其被耦接至所述PCC之前与在HVDC链路上传输电力的风力涡轮机同步。例如，在将新的风力涡轮机电耦接至PCC时，如果新涡轮机的控制系统中的角度ω未被同步，那么将所述新风力涡轮机耦接至已经生成电力的风力涡轮机可能造成短路。因而，在添加新的涡轮机之前，所述涡轮机的控制系统可以使其角度ω的值与已经在HVDC链路上传输电力的风力涡轮机的控制系统中使用的相同角度值同步。参考图5，在一个实施例中，新涡轮机的积分器555的初始值是通过测量本地AC电网336的低端上的电压的相位而导出的。通过使积分器555初始化到所述初始值，所述新涡轮机具有与当前连接的风力涡轮机相同的角度，因而在所述新涡轮机被耦接至PCC时，所述PCC处的功率增大，并且避免了短路。可以重复这一同步化过程，从而将额外的风力涡轮机耦接至所述PCC和HVDC链路。
在块820中，控制系统中的PI控制器提高风力涡轮机生成的电力，以激活不受控二极管整流器，并在HVDC链路上传输电力。如图6所示，PI控制器可以提高跨越整流器中的二极管的电压的幅度，直到二极管被激活并且在HVDC链路上传输电力为止。此外，在高功率模式下，控制系统能够通过将有功功率参考值设定为小于最大Cp跟踪算法计算出的最佳功率参考值而执行功率削减。
在块825，风场控制器确定风力涡轮机是否应当保持在第二操作模式中。例如，风场控制器可以使各个控制系统保持在高功率模式中，只要HVDC链路运行即可。然而，如果HVDC链路被切断或者陆上站被断开连接，那么在块835中风场控制器命令各控制系统停用PI控制器和无功功率调整器，并且切换至第一操作模式。在一个实施例中，风场控制器监测风力涡轮机的输出，以确定电压是否产生尖峰(例如，升高到阈值以上)，所述尖峰将引起本地AC电网336上的过电压。作为响应，风场控制器能够将风力涡轮机切换至第一模式，从而在最大电压参考电压受限时提供过电压穿越(OVRT)保护。此外，如果检测到过电压，那么能够降低参考电压，从而引起本地AC电网336上的电压的快速下降。在一个实施例中，在控制系统从第二模式切换至第一模式时，不需要在涡轮机中的控制系统之间进行通信(即，控制系统不必同步)。在一个实施例中，风场控制器可以将风力涡轮机中的一些从第二模式切换至第一模式，同时使其余风力涡轮机停机，即，使其不再生成电力。
然而，如果未检测到过电压状况，那么方法800进行至块830，在块830中，风力涡轮机继续在HVDC链路上传输电力。在一个实施例中，上文描述的控制系统不需要PLL来进行正常操作。也就是说，在处于高功率模式当中时，控制系统不使用传统的或者分立的基于傅里叶变换(DFT)的PLL来设置用于控制风力涡轮机的输出的有功功率值和无功功率值。此外，不同风力涡轮机中的控制系统在以高功率操作模式和岛屿操作模式工作时不必相互通信，从而降低了成本，提高了可靠性。此外，与使用通过数字信号控制的替代耦接系统相比，不受控二极管整流器可以是一种不那么贵的用于将风力涡轮机耦接至HVDC链路的选项。
尽管本文的实施例描述了向各风力涡轮机的各控制系统发送命令(例如，在第一和第二模式之间切换的命令、含有预期有功功率值和无功功率值的命令、功率削减命令等)的中央风场控制器，但是即使失去了各控制系统与风场控制器之间的通信链路，各控制系统也能工作。
图9是根据本公开中描述的实施例用于使风力涡轮机按照不同模式工作的方法900的流程图。方法900开始于块905，在该块中，使风场(例如，海上风场)内的风力涡轮机采用主控制系统工作，从而在HVDC链路上传输电力。在一个实施例中，风力涡轮机耦接至本地AC电网336，所述本地AC电网336又耦接至AC-DC转换器和HVDC链路。如上文所述，所述AC-DC转换器可以是不受控二极管整流器。然而，在其他实施例中，所述AC-DC转换器是受控整流器，其使用来自风场控制器的数字控制信号转换接收自风力涡轮机的AC电力信号，以确定在HVDC链路上传输的DC电力信号的量。所述AC-DC转换器可以是任何类型的能够将风场生成的电力传输到HVDC链路上的转换器。
尽管本文的实施例是参考耦接至HVDC链路的AC-DC转换器描述的，但是方法900还可以被用到这样的电力系统中：风场耦接至高压交流(HVAC)链路，所述高压交流链路经由AC-AC转换器耦接至所述风场。
在块910中，风场控制器确定HVDC(或HVAC)链路是否起作用。如上文所讨论的，HVDC链路可能被切断或者陆上站可能断开了连接，从而使风场与主电网(例如，陆上电网)断开连接。此外，电网运营商可能自愿决定断开HVDC链路的连接。因而，只要HVDC链路未被加电，该链路就不起作用，而不管是由于事故(例如，线路被切断或者电网故障)还是有意为之(例如，陆上电网没有准备好连接至风场)。如果HVDC链路保持起作用，那么方法900返回至块905。然而，如果HVDC链路不起作用，那么方法900进行至块915，在块915中，风场控制器使风场中的部分风力涡轮机停机。如本文所用，使风力涡轮机停机意味着所述风力涡轮机不向本地AC电网336上生产输出电力。然而，停机的风力涡轮机中的其他辅助系统(例如，偏航电动机、泵或者加热元件)仍然可以工作，以防止机舱或叶片上积冰。
在块920中，风场中的剩余运行风力涡轮机的至少其中之一(即，未停机的风力涡轮机)使用辅助控制系统对停机的风力涡轮机中的辅助系统供电。也就是说，风场中的至少一个风力涡轮机继续在本地AC电网336上输出电力(尽管没有电力在HVDC链路上传输)。该电力被停机的涡轮机接收，其将使用该电力使其辅助系统工作。这样做避免了在HVDC链路不起作用时通过在风场中设置替代能源(例如，柴油发电机或者燃气发电机)而为风力涡轮机中的辅助系统供电。
在一个实施例中，当风力涡轮机与HVDC链路断开连接并且以岛屿模式工作时，用于在块920期间使风力涡轮机运行的辅助控制系统与图5所示的控制系统500类似。也就是说，所述辅助控制系统生成主要由负载决定的电力(例如，停机的风力涡轮机上的辅助系统汲取的电力)而不是涡轮机控制器或风场控制器提供的预期电力。
在块925中，风场控制器确定HVDC链路是否起作用。如果否，那么方法返回到块920。然而，如果HVDC链路起作用，那么方法900返回至块905，其中，风场中的所有风力涡轮机都利用所述主控制系统工作，并且电力在HVDC链路上传输。换言之，当HVDC链路再次起作用时，停机的涡轮机被重新启动，并且使用辅助控制系统运行的风力涡轮机将转而使用主控制系统运行。
图10是根据本公开中描述的实施例包括多个依据HVDC链路的功能性以不同模式工作的风力涡轮机的风场1000的方框图。在所述示例中，风场1000是海上风场，其经由HVDC链路1040耦接至陆上电网1045。然而，下述实施例也可以应用于使用HVDC链路1040(或HVAC链路)向远处电网传输电力的陆上风场。
风场1000包括三个风力涡轮机1005A、1005B和1005C，它们每者包括涡轮机控制器1010和辅助系统1025(例如，偏航控制器/电动机、泵、决策系统等)。涡轮机控制器1010具有两个单独的控制系统，它们根据HVDC链路1040的功能性控制相应风力涡轮机1005的操作。如图9中的方法900中所述，当HVDC链路1040起作用时，涡轮机控制器1010使用主控制系统1015，从而使得电力被从风场1000传输至陆上电网1045。然而，当HVDC链路1040不起作用时，风场控制器1050可以命令涡轮机控制器1010中的一者或多者转而使用辅助控制系统1020工作。例如，可以将这里示出的三个风力涡轮机1005指定为风场1000中的备用风力涡轮机，它们将在HVDC链路1040停用时向风场1000中的所有风力涡轮机的辅助系统1020提供电力。换言之，当HVDC链路被禁用时，可以使风场1000中的除了图10所示的三个涡轮机1005之外的所有涡轮机停机。而风力涡轮机1005A、1005B、1005C则不停机，而是从使用主控制系统1015工作切换为使用辅助控制系统1020工作，从而在本地AC电网1030(在图3和4中附图标记336已被用于指代本地AC电网)上输出电力，所述电力的量足以使得停机涡轮机中的辅助系统以及涡轮机1005A、1005B、1005C上的辅助系统1025A、1025B、1025C运行。
如图所示，风力涡轮机1005经由包括AC-DC转换器1035的海上电网子站1033耦接至HVDC链路1040。在一个实施例中，海上电网子站1033设置在海上风场1000中的平台上，并且包括封入AC-DC转换器1035的结构。然而，在另一个实施例中，海上电网子站1033和AC-DC转换器1035可以设置到同一平台上，但是包含到不同的壳体内。在任一情况下，AC-DC转换器1035均用于将本地AC电网1030上的电力转换成用于在HVDC链路1040上传输的DC电力。
所述AC-DC转换器1035可以是不受控转换器或者受控转换器(例如，要么是自换向转换器，要么是均匀线换向转换器)。例如，很多当前的海上风场使用受控转换器将涡轮机连接至陆上电网，其通常比上文图4描述的不受控二极管整流器更加昂贵。不管用于将本地AC电网1030耦接至HVDC链路1040的AC-DC转换器1035的类型如何，都可以使用如方法900中所阐述的并且如风场1000中所示的控制技术。例如，主控制系统1015可以是通过风场控制器1050对AC-DC转换器1035进行主动控制的控制技术。在一个实施例中，在使用主控制系统1015时风力涡轮机1005输出的电力是由AC-DC转换器1035决定的。也就是说，各风力涡轮机1005输出的电力可以由转换器1035指定，而不是由(例如)风场控制器1050传输的预期设定点指定。
或者，如果AC-DC转换器1035是如图4所示的不受控二极管整流器，那么主控制系统915可以是上文描述的高功率模式，其中，图5中的PI控制器565和无功功率调整器575被激活，以控制各风力涡轮机1005的输出。在本实施例中，通过预期设定点而不是AC-DC转换器1035对风力涡轮机1005的输出加以控制。
在HVDC链路不起作用时，除了向风场1000中的停机风力涡轮机提供辅助电力之外，风力涡轮机1005A-C还可以向海上电网子站1033和AC-DC转换器1035提供电力。例如，子站1033和转换器1035可以包括当不存在与陆上电网1045的有效连接时能够使用涡轮机1005A-C提供的辅助电力来工作的控制系统和电路。因而，风场1000可以不需要发电机或电池系统在HVDC链路1040不起作用时为电网子站1033和转换器1035提供电力。
在一个实施例中，辅助控制系统1020和主控制系统1015是根据HVDC链路的状态运行的相应软件应用或模块。因而，风场控制器能够命令各个涡轮机依据HVDC链路的状态要么执行辅助控制系统1020，要么执行主控制系统1015。例如，涡轮机控制器1010可以包括至少一个处理器以及足以存储软件应用的存储器。然而，在其他实施例中，辅助控制系统1020和主控制系统1015包括硬件部件或软件部件。
此外，尽管图10示出了风场1000耦接至HVDC链路，但是在另一个实施例中，风场1000经由AC-AC转换器耦接至HVDC链路，所述AC-AC转换器将本地AC电网1030上的AC电力信号转化成适于HVDC链路的高压AC电力信号。
图11示出了根据本公开中描述的实施例在HVDC链路不起作用的情况下由风力涡轮机使用的辅助控制系统1020。辅助控制系统1020与图5所示的控制系统500相同，除了辅助控制系统1020不包括PI控制器565、无功功率调整器575以及开关560、570。换言之，辅助控制系统1020包括当PI控制器565和无功功率调整器575被停用时风力涡轮机以岛屿模式工作时所用的部件。
如图所示，辅助控制系统1020包括无功功率控制分支1105和有功功率控制分支1110。这些分支1105、1110中的各种部件的工作方式与控制系统500处于岛屿模式时图5中的无功功率控制分支585和有功功率控制分支580的工作方式相同。因而，这里未重复分支1105和1110的功能。
在前文中参考了本公开中介绍的实施例。然而，本公开的范围不限于所描述的具体实施例。相反，可以设想上文提供的特征和要素的任何组合来实施和实践所设想的实施例，而不管所述特征和要素是否与涉及不同的实施例。此外，尽管本文公开的实施例可以实现相对于其他可能解决方案或者相对于现有技术的优点，但是特定优点是否是由既定实施例实现的将不对本公开的范围构成限制。因而，本文描述的方面、特征、实施例和优点只是例示性的，而不应被视为所附权利要求的要素或限定，除非在权利要求中得到了明确阐述。
本领域技术人员应当认识到，本文公开的实施例可以被体现为系统、方法或者计算机程序产品。相应地，各个方面可以采取完全硬件实施例的形式、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)的形式或者合并了软件方面和硬件方面的实施例的形式，它们在本文中可以被概括地称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，各个方面可以采取体现在一种或多种计算机可读介质内的计算机程序产品的形式，所述计算机可读介质具有体现于其上的计算机可读程序代码。
本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。所述计算机程序产品可以包括(一种或多种)计算机可读存储介质(例如，便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光纤、便携式紧致盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储装置、磁存储装置或者前述选项的任何适当组合)，所述计算机可读存储介质具有位于其上的用于使处理器执行本发明的各个方面的计算机可读程序指令。
下文将参考根据本公开中介绍的实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图描述本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或方框图的每一块以及流程图和/或方框图中的块的任何组合可以通过计算机程序指令实施。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器，以生成一种机器，使得所述指令在通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行时创建一种用于实施所述流程图和/或方框图的一个或多个块中指定的功能/操作的手段。
附图中的流程图和方框图示出了根据各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能和操作。就此而言，流程图或方框图中的每一块可以表示代码模块、区段或部分，其包括用于实施指定逻辑功能的一条或多条可执行指令。还应该指出的是，在一些替代实施方式中，块中指出的功能可能不按附图中指出的顺序发生。例如，被示为相继的两个块实际上可以是基本上同时执行的，或者所述块有时可以是按照相反顺序执行的，具体取决于所涉及的功能性。还应当指出，方框图和/或流程图中的每一块以及方框图和/或流程图中的块的组合可以是通过可以执行指定的功能或操作的基于专用硬件的系统或者专用硬件和计算机指令的组合来实施的。
有鉴于前文，本公开的范围是由所附权利要求确定的。

Claims (15)

1.一种方法，包括：
在第一模式下操作风力涡轮机，以使用控制系统向本地AC电网提供电力，其中，所述控制系统包括无功功率控制分支以及有功功率控制分支；以及
通过激活具有积分作用的控制器，将所述风力涡轮机的操作从所述第一模式切换至第二模式，从而增加所述风力涡轮机输出的所述电力，所述控制器耦接在所述无功功率控制分支和所述有功功率控制分支之间，其中，在所述第二模式下时，所述风力涡轮机经由所述本地AC电网向高压直流(HVDC)链路传输电力，其中，所述风力涡轮机使用二极管整流器耦接至所述HVDC链路。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第二模式下时，所述控制器接收来自所述有功功率控制分支的预期有功功率值和实际有功功率值之间的差作为输入，并且输出用于所述无功功率控制分支的电压调整，其中，所述控制器包括比例-积分(PI)控制器。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
通过组合所述PI控制器输出的所述电压调整与根据预期无功功率值和实际无功功率值之间的差导出的电压而在所述无功功率控制分支中生成幅度电压。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述有功功率控制分支输出电压因素角并且所述无功功率控制分支输出幅度电压，其中，所述方法还包括；
基于所述电压因素角和所述幅度电压生成用于所述风力涡轮机中的功率转换器的控制信号，其中，所述功率转换器输出三相AC信号。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，从所述第一模式切换至所述第二模式包括：
激活耦接在所述无功功率控制分支和所述有功功率控制分支之间的无功功率调整器，其中，所述无功功率调整器接收来自所述无功功率控制分支的预期无功功率值和实际无功功率值之间的差作为输入，并且输出用于所述有功功率控制分支的角度调整。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：
通过组合所述无功功率调整器输出的所述角度调整与根据预期有功功率值和实际有功功率值之间的差导出的角度而在所述有功功率控制分支中生成电压因素角。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述无功功率调整器经由所述本地AC电网使通过所述风力涡轮机输出的无功功率相对于通过耦接至所述HVDC链路的其他风力涡轮机输出的无功功率相等。
8.一种风力涡轮机，包括：
控制系统，所述控制系统包括：
无功功率控制分支，
有功功率控制分支，以及
具有积分作用的控制器，所述控制器选择性地耦接在所述无功功率控制分支和所述有功功率控制分支之间，
其中，所述控制系统被配置为；
在第一模式下操作所述风力涡轮机，以向本地AC电网提供电力；以及
通过激活所述控制器，将所述风力涡轮机的操作从所述第一模式切换至第二模式，从而增加所述风力涡轮机输出的所述电力，其中，在所述第二模式下时，所述风力涡轮机经由所述本地AC电网向高压直流(HVDC)链路传输电力，其中，所述风力涡轮机使用二极管整流器耦接至所述HVDC链路。
9.根据权利要求8所述的风力涡轮机，其中，在所述第二模式下时，所述控制器接收来自所述有功功率控制分支的预期有功功率值和实际有功功率值之间的差作为输入，并且输出用于所述无功功率控制分支的电压调整，其中，所述控制器包括PI控制器。
10.根据权利要求9所述的风力涡轮机，其中，所述控制系统被配置为：
通过组合所述PI控制器输出的所述电压调整与根据预期无功功率值和实际无功功率值之间的差导出的电压而在所述无功功率控制分支中生成幅度电压。
11.根据权利要求8、9或10所述的风力涡轮机，其中，所述有功功率控制分支输出电压因素角并且所述无功功率控制分支输出幅度电压，其中，所述控制系统还被配置为；
基于所述电压因素角和所述幅度电压生成用于所述风力涡轮机中的功率转换器的控制信号，其中，所述功率转换器被配置为输出三相AC信号。
12.根据权利要求8、9、10或11所述的风力涡轮机，其中，所述控制系统包括：
选择性地耦接在所述无功功率控制分支和所述有功功率控制分支之间的无功功率调整器，
其中，在从所述第一模式切换至所述第二模式时，所述控制系统被配置为：
激活所述无功功率调整器，其中，所述无功功率调整器接收来自所述无功功率控制分支的预期无功功率值和实际无功功率值之间的差作为输入，并且输出用于所述有功功率控制分支的角度调整。
13.根据权利要求12所述的风力涡轮机，其中，所述控制系统被配置为；
通过组合所述无功功率调整器输出的所述角度调整与根据预期有功功率值和实际有功功率值之间的差导出的角度而在所述有功功率控制分支中生成电压因素角。
14.根据权利要求12所述的风力涡轮机，其中，所述无功功率调整器被配置为使通过所述风力涡轮机输出的无功功率相对于通过耦接至所述HVDC链路的其他风力涡轮机输出的无功功率相等。
15.一种用于风力涡轮机的控制系统，包括：
处理器；以及
被配置为存储程序的存储器，当所述处理器执行所述程序时执行操作，所述操作包括：
在第一模式下操作风力涡轮机，以使用控制系统向本地AC电网提供电力，其中，所述控制系统包括无功功率控制分支以及有功功率控制分支；以及
通过激活具有积分作用的控制器，将所述风力涡轮机的操作从所述第一模式切换至第二模式，从而增加所述风力涡轮机输出的所述电力，所述控制器耦接在所述无功功率控制分支和所述有功功率控制分支之间，其中，在所述第二模式下时，所述风力涡轮机经由所述本地AC电网向高压直流(HVDC)链路传输电力，其中，所述风力涡轮机使用二极管整流器耦接至所述HVDC链路。
CN201780080652.2A 2016-10-26 2017-10-26 控制与自换向转换器的电力交换 Active CN110192317B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16382489.9A EP3316438A1 (en) 2016-10-26 2016-10-26 Controlling power exchange from self-commutated converters
EP16382489.9 2016-10-26
PCT/EP2017/077480 WO2018078032A1 (en) 2016-10-26 2017-10-26 Controlling power exchange from self-commutated converters

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110192317A true CN110192317A (zh) 2019-08-30
CN110192317B CN110192317B (zh) 2023-02-14

Family

ID=57218842

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780080652.2A Active CN110192317B (zh) 2016-10-26 2017-10-26 控制与自换向转换器的电力交换

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11028831B2 (zh)
EP (2) EP3316438A1 (zh)
JP (1) JP6951436B2 (zh)
CN (1) CN110192317B (zh)
DK (1) DK3533128T3 (zh)
ES (1) ES2843734T3 (zh)
WO (1) WO2018078032A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3316438A1 (en) 2016-10-26 2018-05-02 MHI Vestas Offshore Wind A/S Controlling power exchange from self-commutated converters
EP4010585A1 (en) * 2019-08-08 2022-06-15 Vestas Wind Systems A/S Providing auxiliary power using offshore wind turbines
KR102322887B1 (ko) * 2020-02-05 2021-11-05 효성중공업 주식회사 Hvdc 시스템의 프로그램 안전성 확보 방법 및 이를 이용한 hvdc 시스템
US11641109B2 (en) * 2022-05-17 2023-05-02 Zhejiang University Grid-forming wind turbine control method for diode rectifier unit-based offshore wind power transmission system

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2236821A1 (en) * 2009-04-03 2010-10-06 XEMC Darwind B.V. Wind farm island operation
CN102318158A (zh) * 2009-02-12 2012-01-11 威瑟有限公司 离岸风场与岸上配电网的ac连接和提供ac连接的升压变压器
CN102822508A (zh) * 2010-02-25 2012-12-12 维斯塔斯风力系统集团公司 采用微分极控制算法的风力涡轮机控制器
EP2565443A1 (en) * 2011-09-05 2013-03-06 XEMC Darwind B.V. Generating auxiliary power for a wind turbine
US20130300116A1 (en) * 2012-05-09 2013-11-14 Per Egedal Method and arrangement for damping a shaft oscillation
US20140008912A1 (en) * 2010-12-23 2014-01-09 Vestas Wind Systems A/S Method of operating a wind turbine as well as a system suitable therefor
WO2016115662A1 (en) * 2015-01-19 2016-07-28 Abb Technology Ltd Method for operating wind farm in islanding mode and control system therefor

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3547355B2 (ja) * 1999-12-28 2004-07-28 株式会社日立製作所 電力変換システム
US8188610B2 (en) * 2008-09-08 2012-05-29 General Electric Company Wind turbine having a main power converter and an auxiliary power converter and a method for the control thereof
ES2589908T3 (es) * 2008-09-19 2016-11-17 Vestas Wind Systems A/S Parque eólico que tiene una fuente de alimentación auxiliar
DE102008049630A1 (de) * 2008-09-30 2010-04-08 Repower Systems Ag Überspannungsschutzgerät für Windenergieanlagen
US20100157632A1 (en) * 2008-12-20 2010-06-24 Azuray Technologies, Inc. Energy Conversion Systems With Power Control
JP5226540B2 (ja) * 2009-01-09 2013-07-03 株式会社ダイヘン インバータ制御回路、このインバータ制御回路を備えた系統連系インバータシステム
JP6257895B2 (ja) * 2012-12-27 2018-01-10 エムエイチアイ ヴェスタス オフショア ウィンド エー／エス 洋上発電施設及びその運転方法
WO2014131457A1 (de) * 2013-02-28 2014-09-04 Siemens Aktiengesellschaft Umrichterstation mit diodengleichrichter
RU2650182C2 (ru) * 2013-07-25 2018-04-11 Сименс Акциенгезелльшафт Способ и устройство для сигнализации и управления энергосетью, связывающей множество исполнительных механизмов
DK3116086T3 (da) * 2015-07-07 2019-08-26 Siemens Gamesa Renewable Energy As Drift af en vindmølle, der er forbundet med et forsyningsnet både via en HVDC-strømforbindelse og via et centralt vekselstrømskabel med en netværksbrostyreenhed, der udfører en effekt- og spændingsstyring
EP3316438A1 (en) 2016-10-26 2018-05-02 MHI Vestas Offshore Wind A/S Controlling power exchange from self-commutated converters

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102318158A (zh) * 2009-02-12 2012-01-11 威瑟有限公司 离岸风场与岸上配电网的ac连接和提供ac连接的升压变压器
EP2236821A1 (en) * 2009-04-03 2010-10-06 XEMC Darwind B.V. Wind farm island operation
CN102822508A (zh) * 2010-02-25 2012-12-12 维斯塔斯风力系统集团公司 采用微分极控制算法的风力涡轮机控制器
US20140008912A1 (en) * 2010-12-23 2014-01-09 Vestas Wind Systems A/S Method of operating a wind turbine as well as a system suitable therefor
EP2565443A1 (en) * 2011-09-05 2013-03-06 XEMC Darwind B.V. Generating auxiliary power for a wind turbine
US20130300116A1 (en) * 2012-05-09 2013-11-14 Per Egedal Method and arrangement for damping a shaft oscillation
WO2016115662A1 (en) * 2015-01-19 2016-07-28 Abb Technology Ltd Method for operating wind farm in islanding mode and control system therefor

Also Published As

Publication number Publication date
JP6951436B2 (ja) 2021-10-20
US11028831B2 (en) 2021-06-08
WO2018078032A1 (en) 2018-05-03
EP3533128B1 (en) 2020-12-09
DK3533128T3 (da) 2021-01-18
EP3533128A1 (en) 2019-09-04
US20190309728A1 (en) 2019-10-10
ES2843734T3 (es) 2021-07-20
EP3316438A1 (en) 2018-05-02
JP2020500494A (ja) 2020-01-09
CN110192317B (zh) 2023-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8188610B2 (en) Wind turbine having a main power converter and an auxiliary power converter and a method for the control thereof
TWI791745B (zh) 用於進行全黑啟動操作之方法及系統以及風力機
JP5473592B2 (ja) 励磁機及び系統に接続されていない電力変換器を有する可変速風力タービン
JP6312166B2 (ja) 風力タービン、当該風力タービンを制御する方法、当該風力タービンを備えた発電および送電システム、当該風力タービンの運転を制御するコンピュータプログラム、当該風力タービンにおける電力変換器の系統側ブリッジの動作を制御するための系統側ブリッジコントローラ
US12018655B2 (en) Providing auxiliary power using offshore wind turbines
CN110192317A (zh) 控制与自换向转换器的电力交换
CN110226274A (zh) 在高压链路不起作用时提供辅助电力
CN109861286A (zh) 一种海上风力发电机组黑启动过程控制方法
US20230178994A1 (en) Method for operating a wind farm and a wind farm
EP4191054B1 (en) A method for operating a wind farm and a wind farm
US20240223112A1 (en) Method for operating a power supply system and a power supply system
CN116066309A (zh) 船用风力发电系统及其控制控制方法、控制系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: N District, Aarhus, Denmark

Applicant after: Vestas offshore wind Ltd.

Address before: N District, Aarhus, Denmark

Applicant before: MHI VESTAS OFFSHORE WIND A/S

TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20211130

Address after: Aarhus

Applicant after: VESTAS WIND SYSTEMS A/S

Address before: N District, Denmark, Aarhus

Applicant before: Vestas offshore wind Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant