[发明专利]用于功率系统的无功电流裕度调节器

说明书

一种用于在连接到电网的功率系统中维持足够的无功电流裕度的方法包括经由功率限制器系统接收针对功率系统的无功电流命令和无功电流上限。该方法还包括经由功率限制器系统确定作为无功电流命令和无功电流上限的函数的无功电流裕度信号。此外，该方法包括经由功率限制器系统基于无功电流裕度信号来产生功率命令信号。此外，该方法包括经由系统控制器至少部分地基于功率命令信号来控制功率系统的操作。

技术领域

本公开大体上涉及功率系统，并且更具体地涉及用于在连接到电网的功率系统中维持足够的无功电流裕度的系统和方法。

背景技术

风力被认为是目前可用的最清洁、最环保的能源中的一种，且在这点上，风力涡轮已得到越来越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和转子。转子典型地包括可旋转的毂，该毂具有附接到其的一个或多个叶片。变桨轴承典型地可操作地配置在毂和叶片之间，以允许围绕变桨轴线旋转。叶片使用已知的翼型件原理来捕获风的动能。叶片传输呈旋转能的形式的动能，以便转动使叶片联接到齿轮箱或直接联接到发电机(如果未使用齿轮箱)的轴。发电机然后将机械能转换成可部署到公用电网的电能。

发电机的功率输出随着风速增加，直到风速达到针对风力涡轮的额定风速。在处于和高于额定风速的情况下，发电机以额定功率操作。额定功率是如下的输出功率：在该输出功率下，发电机可在预确定为可接受的针对涡轮构件的疲劳水平的情况下操作。在高于某个速度的风速下，或者在超过典型地被称为“脱扣(trip)极限”或“监测设定点极限”的预确定量值的风湍流水平下，风力涡轮可关闭，或者可通过调节叶片的桨距或制动转子来减小负载，以便保护风力涡轮构件免受损坏。

当与风力涡轮发电机的恒速操作相比时，发电机的变速操作有利于增强由发电机进行的能量捕获；然而，发电机的变速操作产生具有变化的电压和/或频率的电。更具体地，由变速发电机产生的电的频率与转子的旋转速度成比例。因此，功率转换器可联接在发电机和公用电网之间。功率转换器输出具有固定的电压和频率的电，以用于在电网上输送。

在弱AC功率系统中，为了稳定，最大功率传输需要主动电压调节。电压稳定的重要方面是在电压调节器的无功电流输出中具有裕度。如果无功电流裕度丧失，则如果功率继续被推入传输系统，将发生电压崩溃。功率转换器控制件具有快速终端电网电压调节，以有利于弱系统中的电压稳定。在这样的系统中，电压调节器在可用极限内命令无功电流。如果无功电流命令达到可用极限，则电压调节不足，并且存在电压崩溃的显著风险。

因此，本公开涉及一种系统和方法，其用于通过在系统故障之后限制有功电流恢复而在功率系统中维持足够的无功电流裕度以确保电压调节是可能的。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而为显然的，或可通过实践本发明而了解。

在一个方面，本公开涉及一种用于在连接到电网的功率系统中维持足够的无功电流裕度的方法。该方法包括经由功率限制器系统接收针对功率系统的无功电流命令和无功电流上限。该方法还包括经由功率限制器系统确定作为无功电流命令和无功电流上限的函数的无功电流裕度信号。此外，该方法包括经由功率限制器系统基于无功电流裕度信号来产生功率命令信号。此外，该方法包括经由系统控制器至少部分地基于功率命令信号来控制功率系统的操作。

在一个实施例中，确定作为无功电流命令和无功电流上限的函数的无功电流裕度信号的步骤可进一步包括计算无功电流命令和无功电流上限之间的差值。在另一个实施例中，该方法可包括经由比例-积分调节器处理无功电流裕度信号。

在另外的实施例中，控制功率系统的操作的步骤可包括至少部分地基于功率命令信号来限制功率系统的操作。更具体地，在某些实施例中，该方法可包括经由转换器控制器向系统控制器发送指示功率命令极限值的信号。该方法然后包括经由系统控制器接收来自转换器控制器的信号以及基于功率命令极限值来修改在预确定持续时间内的扭矩和/或速度命令中的至少一个。备选地，该方法可包括经由系统控制器接收来自转换器控制器的信号以及实施功率系统关闭。