[发明专利]用于控制功率转换器的系统和方法

说明书

技术领域

本文中描述的实施例涉及控制发电和输电系统的运行，并且更具体地涉及在电网紧急事件后稳定功率转换器。

背景技术

风力涡轮机的发电机利用风能来产生电力。风力涡轮机的发电机通常包括具有多个叶片的转子，叶片将风能转换成驱动轴的旋转运动，旋转运动又用来驱动发电机以产生电力。多个叶片中的每个叶片都可以改变浆距以增加或降低转子的旋转速度。风力涡轮机的发电机的功率输出随着风速的增大而增大，直到风速达到涡轮机的额定风速为止。等于或超过额定风速之后，风力涡轮机的发电机以额定功率运行。

与风力涡轮机的发电机的恒速运行相比，风力涡轮机的发电机的变速运行便于提高风力涡轮机的发电机的能量捕获。然而，风力涡轮机的发电机的变速运行产生具有可变电压和/或频率的电。更具体地，由变速风力涡轮机的发电机产生的电的频率与转子的旋转速度成比例。功率转换器可以耦连在发电机和电网之间。功率转换器输出具有固定的电压和频率的电以便在电网上输送。

电力设备使用可再生能源或化石燃料型能源产生的功率通常通过电网被传输到消费者。要求施加给电网的电满足电网连接性预期。这些要求解决了安全性问题以及对功率质量担心。例如，电网连接性预期包括在暂态事件（在本文中也称作电网紧急事件）期间操作发电系统。暂态事件可包括电网故障状态和弱电网条件。这种能力可以称为低电压穿越（LVRT）或零电压穿越（ZVRT）事件。LVRT/ZVRT事件是在电网的任一相或电网的多个相位上交流（AC）电网电压为低的状态。

在LVRT/ZVRT事件期间，电网从发电系统接收功率的容量是低的。紧接着外部电网的开关动作，电网的阻抗可能增大很多，导致在本文中被称作“弱电网”的状态。弱电网还可能出现在发电系统在远离其它发电源的位置连接到电网的情况下。在这种类型的情况下，在电网事故中保持电网连接性的能力可能会降低，原因是较弱的交流输电可用于发电系统，以使其相位同步。当风力涡轮机被定位在弱电网中，风力涡轮机的功率波动可能导致由风力涡轮机的发电机测量的电网电压的幅值和频率变化的增大。这些波动可能不利地影响风力涡轮机相位控制的性能和稳定性。

控制功率转换器的运行以促进出现电网紧急事件的处理。一旦电网紧急事件消失，控制功率转换器以促进从事件中恢复，并使发电系统返回稳态运行。在恢复期间，系统振荡可能引起不稳定性，例如功率转换器输出的功率的不稳定性。

发明内容

一方面，提供了一种用于耦连到电网的发电系统的线性角位移逻辑控制器。所述线性角位移控制器包括一个线性角位移控制器，所述线性角位移控制器被配置成：接收代表所述发电系统的相位角和电网的相位角之间的差的锁相环（PLL）误差信号，接收来自电网的阈值相位，并至少部分基于所述PLL误差信号和所述阈值相位生成PLL位移信号。

所述PLL位移信号被配置成使所述发电系统的输出与电网的相位一致。

所述电路进一步被配置成将所述PLL误差信号与预定义上限阈值和下限阈值作比较。

所述电路被配置成当所述PLL误差信号被确定在所述上限阈值和下限阈值之内时，生成等于0的至少一个PLL位移信号。

所述电路被配置成当所述PLL误差信号被确定在所述上限阈值和下限阈值之外时，生成等于所述PLL误差信号的函数的至少一个PLL位移信号。

所述电路进一步被配置成：接收来自电网的所述阈值相位；其中，所述阈值相位包括测量的端电压幅值。

另一方面，提供了一种用于控制耦连到电网的发电系统的功率变换组件的运行的同步系统。所述同步系统包括锁相环（PLL），所述PLL被配置成：接收来自电网的阈值相位；生成PLL相位角信号；以及生成代表所述发电系统的相位角和电网的相位角之间的差的PLL误差信号。所述同步系统还包括线性角位移逻辑电路，所述线角位移逻辑电路被配置成：接收所述PLL误差信号；以及至少部分基于所述PLL误差信号，生成PLL位移信号。所述同步系统还包括求和结点，所述求和结点被配置成将所述PLL相位角信号与PLL位移信号相加来产生线性变换器角参考信号。所述同步系统还包括控制器，所述控制器被配置成基于所述线性变换器角参考信号生成多个线性变换器控制信号，并将所述线性变换器控制信号传输到所述功率变换组件。

所述求和结点被配置成将所述PLL相位角信号和所述PLL位移信号相加以产生线性变换器角参考信号。

所述线性角位移逻辑电路被配置成将所述PLL误差信号与预定义上限阈值和下限阈值作比较。