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用于响应电网事件使用动态制动来操作 风机的方法和系统

阅读：218发布：2020-05-17

专利汇可以提供用于响应电网事件使用动态制动来操作风机的方法和系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明描述用于在电网事件期间耗散双馈感应发电机（DFIG）转换器的直流（dc）总线中的能量的方法和系统。在一个方面，该方法包括：监测电气系统的操作条件，该电气系统包括至少DFIG发电机和通过dc总线而连接的线路侧转换器和转子侧转换器，该dc总线具有连接到其的动态制动器；检测该dc总线上的过电压或检测指示dc链路上的过电压的条件，dc总线上的过电压或指示过电压的条件由电网事件引起；以及促使使用动态制动器来耗散dc链路中的能量。，下面是用于响应电网事件使用动态制动来操作风机的方法和系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种在电网事件期间耗散双馈感应发电机DFIG转换器的直流DC总线中的能量的方法，所述方法包括：
由控制器监测电气系统的操作条件，所述电气系统包括至少DFIG发电机和通过DC总线而连接的线路侧转换器和转子侧转换器，所述DC总线具有连接到其的动态制动器；
由所述控制器检测所述DC总线上的过电压或检测指示DC链路上的过电压的条件，所述DC总线上的所述过电压或指示所述过电压的条件由电网事件引起；以及
由所述控制器促使使用动态制动器来耗散所述DC链路中的能量；
其中由所述控制器检测由电网事件引起的所述DC总线上的所述过电压或指示所述过电压的条件包括检测由孤岛化引起的所述DC总线上的所述过电压或指示所述过电压的条件。
2.如权利要求1所述的方法，其中由所述控制器监测所述电气系统的操作条件包括监测所述DC链路上的电压。
3.如权利要求1所述的方法，其中由所述控制器监测所述电气系统的操作条件包括监测连接到所述DFIG发电机和所述线路侧转换器的电网的至少一部分上的交流(AC)电压或电流。
4.如权利要求1所述的方法，其中由所述控制器检测指示所述DC链路上的过电压的状况包括检测连接到所述DFIG发电机和所述线路侧转换器的电网的至少一部分上的交流(AC)电压或电流。
5.如权利要求1所述的方法，其中由所述控制器促使使用所述动态制动器来耗散所述DC链路中的能量包括确定所述DC链路上的所监测电压达到或超出阈值并且促使所述动态制动器的开关允许电流经过所述开关并且能量至少部分由所述动态制动器的电阻器耗散。
6.如权利要求1所述的方法，其中由所述控制器促使使用所述动态制动器来耗散所述DC链路中的能量包括监测连接到所述DFIG发电机和所述线路侧转换器的电网的至少一部分上的交流(AC)电压或电流并且对所述动态制动器中的开关的操作定时使得所述电网的部分与所述DC链路之间的振荡减少。
7.一种在孤岛化事件期间耗散双馈感应发电机DFIG转换器的直流DC总线中的能量的方法，所述方法包括：
由控制器检测DFIG发电机和DFIG转换器的孤岛化的指示符，所述DFIG转换器包括通过DC总线而连接的线路侧转换器和转子侧转换器，所述DC总线具有连接到其的动态制动器，继孤岛化之后所述DFIG发电机和线路侧转换器连接到电网的至少一部分；以及由所述控制器基于所检测的孤岛化状况指示符来促使耗散所述DFIG转换器的DC总线中的能量，使用动态制动器来耗散所述能量。
8.如权利要求7所述的方法，其中由所述控制器检测DFIG发电机和DFIG转换器的孤岛化的指示符包括通过电网频率偏离、电网电压偏离、测量扭矩未跟随命令扭矩持续预定时间、涡轮机超速、塔筒振动中的一个或多个来检测孤岛化的指示符。
9.如权利要求7所述的方法，其中由所述控制器促使使用所述动态制动器来耗散DC链路中的能量包括确定所述DC链路上的所监测电压达到或超出阈值并且促使所述动态制动器的开关允许电流经过所述开关并且能量至少部分由所述动态制动器的电阻器耗散。
10.如权利要求7所述的方法，其中由所述控制器促使使用所述动态制动器来耗散所述DC链路中的能量包括监测连接到所述DFIG发电机和所述线路侧转换器的电网的部分上的交流(AC)电压或电流并且对所述动态制动器中的开关的操作定时使得所述电网的部分与所述DC链路之间的振荡减少。
11.一种用于在电网事件期间耗散连接到风机的双馈感应发电机DFIG转换器的直流DC总线中的能量的系统，所述系统包括：
DFIG发电机，其经由双路径而耦合于公用事业电网，所述双路径由定子总线和转子总线限定；
DFIG转换器，其经由转子总线耦合于所述发电机并且经由线路总线耦合于所述公用事业电网，所述DFIG转换器包括通过DC总线而连接的线路侧转换器和转子侧转换器，所述DC总线具有连接到其的动态制动器；以及
控制器，其中所述控制器配置成从电气系统接收信号和将信号传送到电气系统，所述电气系统包括至少所述公用事业电网、所述DFIG发电机和所述DFIG转换器，所述控制器进一步配置成：
监测所述公用事业电网、DFIG发电机、线路侧转换器、转子侧转换器、DC总线和动态制动器的操作条件；
检测所述DC总线上的过电压或指示DC链路上的过电压的条件，所述DC总线上的所述过电压或指示所述过电压的条件由电网事件引起；以及
促使使用所述动态制动器来耗散所述DC链路中的能量；
其中所述控制器进一步配置成检测所述DFIG发电机和所述DFIG转换器的孤岛化并且基于所检测的孤岛化状况促使使用所述动态制动器耗散所述DFIG转换器的DC总线中的能量。
12.如权利要求11所述的系统，其中由所述控制器监测所述电气系统的操作条件包括监测所述DC链路上的电压。
13.如权利要求11所述的系统，其中由所述控制器监测所述电气系统的操作条件包括监测连接到所述DFIG发电机和所述线路侧转换器的所述公用事业电网的至少一部分上的交流(AC)电压或电流。
14.如权利要求11所述的系统，其中由所述控制器检测指示所述DC链路上的过电压的条件包括检测连接到所述DFIG发电机和所述线路侧转换器的所述公用事业电网的至少一部分上的交流(AC)电压或电流。
15.如权利要求11所述的系统，其中由所述控制器促使使用所述动态制动器来耗散所述DC链路中的能量包括确定所述DC链路上的所监测电压达到或超出阈值并且促使所述动态制动器的开关允许电流经过所述开关并且能量至少部分由所述动态制动器的电阻器耗散。
16.如权利要求11所述的系统，其中由所述控制器促使使用所述动态制动器来耗散所述DC链路中的能量包括监测连接到所述DFIG发电机和所述线路侧转换器的所述公用事业电网的至少一部分上的交流(AC)电压或电流并且对所述动态制动器中的开关的操作定时使得所述公用事业电网的部分与所述DC链路之间的振荡减少。
17.如权利要求11所述的系统，其中由所述控制器检测由电网事件引起的所述DC总线上的所述过电压或指示所述过电压的条件包括检测由孤岛化引起的所述DC总线上的过电压或指示所述过电压的状况。
18.如权利要求11所述的系统，其中由所述控制器检测DFIG发电机和DFIG转换器的孤岛化包括通过电网频率偏离、电网电压偏离、测量扭矩而未跟随命令扭矩持续预定时间、涡轮机超速、塔筒振动中的一个或多个来检测孤岛化，或从指示电网连接状态的外部装置接收信号。
19.如权利要求11所述的系统，其中使用所述动态制动器来耗散能量允许扩大所述风机的可用速度范围并且使用所述动态制动器来耗散能量有助于所述风机的桨距控制系统的响应时间。

说明书全文

用于响应电网事件使用动态制动来操作 风机的方法和系统

技术领域

[0001] 本公开的领域一般涉及供在控制风机的操作中使用的方法和系统，并且更具体地，涉及响应于孤岛化事件使用动态制动来控制风机操作。

背景技术

[0002] 一般，风机系统利用使负序电流最小化的闭环电流调节方案来调节正序电压。这样的系统运行正常并且已知在恒定的输出功率水平处是可靠的。然而，随着到DFIG风机系统的输电馈线的长度增加，对电网瞬态和电网扰动的响应促使进出转换器的功率振荡，这在转换器中的DC总线电压上形成扰动。这样的功率振荡可随时间导致系统可控性下降和/或设备失灵。在一些电网故障中，在清除时，风电厂没有到电网的剩余连接，但其中风机仍连接到风电厂的电缆和线路以及长输电网的至少一部分。这可以视为风场的“孤岛化的”状况，其特征在于电压和频率中潜在的明显偏离。该状况不要与术语“孤岛化”的其他使用（其中意图是确保维护人员的安全）混淆。

[0003] 由于风机电气系统内超出设备能力的高压，上述的事件对该系统造成损坏的可能。当电网在清除电网故障后仍保持部分未受损时，风机经受住电网事件（低压和高压两者），这是可取的。然而，当电网在清除故障后变成开路，则风机继续在没有损坏的情况下操作并且最终基于不能传递功率而关闭，这是可取的。

[0004] 用于在一些电网扰动期间调节功率流（power flow，潮流）的一个控制方法牵涉操作“转子撬棍（rotor crowbar）”，其用作限制到转换器的DC总线中的功率流来防止转换器损坏的最后的手段。然而，一般，这样的系统不允许风机系统足够快地恢复来满足一些电网规程标准和/或规章。利用现有的控制方法，当期望更长的输电线长度时，转换器（可能与较大电网电压瞬态耦合）中的DC总线电压上的电压过冲可达到损坏转换器中的部件的水平。

[0005] 因此，存在使用动态制动来更有效控制风机系统以保护电气设备免受由电力网引起的扰动的影响的需要。发明内容

[0006] 在一个方面，提供在电网事件期间耗散双馈感应发电机（DFIG）转换器的直流（dc）总线中的能量的方法。该方法的一个实施例包括：监测电气系统的操作条件，该电气系统包括至少DFIG发电机和通过dc总线而连接的线路侧转换器和转子侧转换器，该dc总线具有连接到其的动态制动器；检测该dc总线上的过电压或检测指示dc链路上的过电压的条件，dc总线上的过电压或指示过电压的条件由电网事件引起；以及促使使用动态制动器来耗散dc链路中的能量。

[0007] 在另一个方面，提供在孤岛化事件期间耗散双馈感应发电机（DFIG）转换器的直流（dc）总线中的能量的方法。该方法的一个实施例包括：检测DFIG发电机和DFIG转换器的孤岛化的指示符，该DFIG转换器包括通过dc总线而连接的线路侧转换器和转子侧转换器，该dc总线具有连接到其的动态制动器，其中继孤岛化之后该DFIG发电机和线路侧转换器连接到电网的至少一部分；以及基于所检测的孤岛化状况指示符促使耗散DFIG转换器的dc总线中的能量，使用动态制动器来使能量耗散。

[0008] 在另一个实施例中，提供在电网事件期间耗散双馈感应发电机（DFIG）转换器的直流（dc）总线中的能量的系统。该系统的一个实施例包括DFIG发电机，其经由双路径而耦合于公用事业电网，该双路径由定子总线和转子总线限定；DFIG转换器，其经由转子总线耦合于发电机并且经由线路总线耦合于公用事业电网，该DFIG转换器包括通过dc总线而连接的线路侧转换器和转子侧转换器，该dc总线具有连接到其的动态制动器；以及控制器，其中该控制器配置成从电气系统接收信号和将信号传送到电气系统，该电气系统包括至少公用事业电网、DFIG发电机和DFIG转换器，该控制器进一步配置成：监测公用事业电网、DFIG发电机、线路侧转换器、转子侧转换器、dc总线和动态制动器的操作条件；检测dc总线上的过电压或指示dc链路上的过电压的条件，dc总线上的过电压或指示过电压的条件由电网事件引起；以及促使使用动态制动器来耗散dc链路中的能量。

[0009] 按本公开的一个方面，提供一种在电网事件期间耗散双馈感应发电机（DFIG）转换器的直流（dc）总线中的能量的方法，所述方法包括：

[0010] 由控制器监测电气系统的操作条件，所述电气系统包括至少DFIG发电机和通过dc总线而连接的线路侧转换器和转子侧转换器，所述dc总线具有连接到其的动态制动器；

[0011] 由所述控制器检测所述dc总线上的过电压或检测指示所述dc链路上的过电压的条件，所述dc总线上的所述过电压或指示所述过电压的条件由电网事件引起；以及[0012] 由所述控制器促使使用动态制动器来耗散所述dc链路中的能量。

[0013] 进一步地，由所述控制器监测所述电气系统的操作条件包括监测所述dc链路上的电压。

[0014] 并且，由所述控制器监测所述电气系统的操作条件包括监测连接到所述DFIG发电机和所述线路侧转换器的电网的至少一部分上的交流（AC）电压或电流。

[0015] 并且，由所述控制器检测指示所述dc链路上的过电压的状况包括检测连接到所述DFIG发电机和所述线路侧转换器的电网的至少一部分上的交流（AC）电压或电流。

[0016] 并且，由所述控制器促使使用所述动态制动器来耗散所述dc链路中的能量包括确定所述dc链路上的所监测电压达到或超出阈值并且促使所述动态制动器的开关允许电流经过所述开关并且能量至少部分由所述动态制动器的电阻器耗散。

[0017] 并且，由所述控制器促使使用所述动态制动器来耗散所述dc链路中的能量包括监测连接到所述DFIG发电机和所述线路侧转换器的电网的至少一部分上的交流（AC）电压或电流并且对所述动态制动器中的开关的操作定时使得所述电网的部分与所述dc链路之间的振荡减少。

[0018] 并且，由所述控制器检测由电网事件引起的所述dc总线上的所述过电压或指示所述过电压的条件包括检测由孤岛化引起的所述dc总线上的所述过电压或指示所述过电压的条件。

[0019] 按照本公开的另一个方面，提供一种在孤岛化事件期间耗散双馈感应发电机（DFIG）转换器的直流（dc）总线中的能量的方法，所述方法包括：

[0020] 由控制器检测DFIG发电机和DFIG转换器的孤岛化的指示符，所述DFIG转换器包括通过dc总线而连接的线路侧转换器和转子侧转换器，所述dc总线具有连接到其的动态制动器，继孤岛化之后所述DFIG发电机和线路侧转换器连接到电网的至少一部分；以及[0021] 由所述控制器基于所检测的孤岛化状况指示符来促使耗散所述DFIG转换器的dc总线中的能量，使用动态制动器来耗散所述能量。

[0022] 进一步地，由所述控制器检测DFIG发电机和DFIG转换器的孤岛化的指示符包括通过电网频率偏离、电网电压偏离、测量扭矩未跟随命令扭矩持续预定时间、涡轮机超速、塔筒振动中的一个或多个来检测孤岛化的指示符。

[0023] 并且，由所述控制器促使使用所述动态制动器来耗散所述dc链路中的能量包括确定所述dc链路上的所监测电压达到或超出阈值并且促使所述动态制动器的开关允许电流经过所述开关并且能量至少部分由所述动态制动器的电阻器耗散。

[0024] 并且，由所述控制器促使使用所述动态制动器来耗散所述dc链路中的能量包括监测连接到所述DFIG发电机和所述线路侧转换器的电网的部分上的交流（AC）电压或电流并且对所述动态制动器中的开关的操作定时使得所述电网的部分与所述dc链路之间的振荡减少。

[0025] 按照本公开的又一个方面，提供一种用于在电网事件期间耗散连接到风机的双馈感应发电机（DFIG）转换器的直流（dc）总线中的能量的系统，所述系统包括：

[0026] DFIG发电机，其经由双路径而耦合于公用事业电网，所述双路径由定子总线和转子总线限定；

[0027] DFIG转换器，其经由转子总线耦合于所述发电机并且经由线路总线耦合于所述公用事业电网，所述DFIG转换器包括通过dc总线而连接的线路侧转换器和转子侧转换器，所述dc总线具有连接到其的动态制动器；以及

[0028] 控制器，其中所述控制器配置成从电气系统接收信号和将信号传送到电气系统，所述电气系统包括至少所述公用事业电网、所述DFIG发电机和所述DFIG转换器，所述控制器进一步配置成：

[0029] 监测所述公用事业电网、DFIG发电机、线路侧转换器、转子侧转换器、dc总线和动态制动器的操作条件；

[0030] 检测所述dc总线上的过电压或指示所述dc链路上的过电压的条件，所述dc总线上的所述过电压或指示所述过电压的条件由电网事件引起；以及

[0031] 促使使用所述动态制动器来耗散所述dc链路中的能量。

[0032] 进一步地，由所述控制器监测所述电气系统的操作条件包括监测所述dc链路上的电压。

[0033] 并且，由所述控制器监测所述电气系统的操作条件包括监测连接到所述DFIG发电机和所述线路侧转换器的所述公用事业电网的至少一部分上的交流（AC）电压或电流。

[0034] 并且，由所述控制器检测指示所述dc链路上的过电压的条件包括检测连接到所述DFIG发电机和所述线路侧转换器的所述公用事业电网的至少一部分上的交流（AC）电压或电流。

[0035] 并且，由所述控制器促使使用所述动态制动器来耗散所述dc链路中的能量包括确定所述dc链路上的所监测电压达到或超出阈值并且促使所述动态制动器的开关允许电流经过所述开关并且能量至少部分由所述动态制动器的电阻器耗散。

[0036] 并且，由所述控制器促使使用所述动态制动器来耗散所述dc链路中的能量包括监测连接到所述DFIG发电机和所述线路侧转换器的所述公用事业电网的至少一部分上的交流（AC）电压或电流并且对所述动态制动器中的开关的操作定时使得所述公用事业电网的部分与所述dc链路之间的振荡减少。

[0037] 并且，由所述控制器检测由电网事件引起的所述dc总线上的所述过电压或指示所述过电压的条件包括检测由孤岛化引起的所述dc总线上的过电压或指示所述过电压的状况。

[0038] 并且，所述控制器进一步配置成检测所述DFIG发电机和所述DFIG转换器的孤岛化并且基于所检测的孤岛化状况促使耗散所述DFIG转换器的dc总线中的能量，所述能量使用所述动态制动器来耗散，其中由所述控制器检测DFIG发电机和DFIG转换器的孤岛化包括通过电网频率偏离、电网电压偏离、测量扭矩而未跟随命令扭矩持续预定时间、涡轮机超速、塔筒振动中的一个或多个来检测孤岛化，或从指示电网连接状态的外部装置接收信号。

[0039] 并且，使用所述动态制动器来耗散能量允许扩大所述风机的可用速度范围并且使用所述动态制动器来耗散能量有助于所述风机的桨距控制系统的响应时间。附图说明

[0040] 参考附图，针对本领域内普通技术人员的本发明的完全和使其实现的公开（包括其最佳模式）在本说明书的剩余部分中阐述，附图包括：

[0041] 图1是示范性风机的一部分的透视图；

[0042] 图2是包括可与在图1中示出的风机一起使用的双馈感应发电机（DFIG）的示范性发电机控制系统的示意图；

[0043] 图3A图示风场中的风机的正常操作条件；

[0044] 图3B图示在远程断路器断开从而使风场处于孤岛化的状况并且到电网的功率流对于转子扭矩和速度仍然与预孤岛化状况大致上相同的情况而突然中断时的状况；

[0045] 图4图示根据本主题的方面可包括在控制器的实施例内的适合的部件或接收指示高压电网事件的信号的任何其他计算装置的一个实施例的框图；

[0046] 图5A是在例如孤岛化等电网事件期间控制DFIG转换器的dc总线电压的示范性方法的流程图；以及

[0047] 图5B是在孤岛化事件期间耗散双馈感应发电机（DFIG）转换器的直流（dc）总线中的能量的示范性方法的流程图。

具体实施方式

[0048] 在公开和描述本方法和系统之前，要理解方法和系统不限于具体综合方法、具体部件或特定组成。还要理解本文使用术语仅是为了描述特定实施例并且不意为限制性的。

[0049] 如在说明书和附上的权利要求中使用的，单数形式“一”、和“该”包括复数个指代物，除非上下文清楚地另外指明。在本文中范围可表达为从“大约”一个特定值，和/或到“大约”另一个特定值。当表达这样的范围时，另一个实施例包括从该一个特定值和/或到该另一个特定值。相似地，当这些值通过使用先行词“大约”表达为近似时，将理解该特定值形成另一个实施例。将进一步理解这些范围的每个中的端点显著地既与另一个端点相关又独立于另一个端点。

[0050] “可选的”或“可选地”意指随后描述的事件或情形可能发生或可能不发生，并且描述包括其中所述事件或情形发生的实例和其中它不发生的实例。

[0051] 在此说明书的整个描述和权利要求中，词“包括”和该词的变化形式（例如“包括”和“包括”等）意指“包括但不限于”，并且不意在排除例如其他附加物、部件、整体或步骤。“示范性的”意指“…的示例”，并且不意在传达优选或理想实施例的指示。“例如”不以限制性意义使用，而用于说明性目的。

[0052] 所公开的是可以用于进行所公开的方法和系统的部件。在本文中公开这些和其他部件，并且理解当公开这些部件的组合、子集、相互作用、群组等时，尽管这些中的每个各种个体和集体组合和排列的具体引用可能没有被明示公开，在本文中具体地预想并且描述对于所有方法和系统的每个。这适用于本申请的所有方面，其包括但不限于所公开的方法中的步骤。从而，如果存在多种可以进行的额外步骤，理解这些额外步骤中的每个可以用所公开的方法的任何具体实施例或实施例的组合进行。

[0053] 如本文使用的，术语“风机”指从风能产生旋转能并且更具体地将风的动能转化成机械能的任何装置。如本文使用的，术语“风机发电机”指从风能产生的旋转能来产生电力并且更具体地将从风的动能转换来的机械能转换成电力的任何风机。

[0054] 如本文使用的，术语“扰动”、“电网扰动”、“故障”、“系统故障”、“瞬态”和其他相似的术语一般指促使来自电网/电力网的输入信号中的摄动的事件。例如，这样的扰动可以包括脉冲、陷波、瞬态电涌、瞬时中断、电压骤降骤升、谐波失真、闪烁和孤岛化，其中风机发电机没有到电网的剩余连接，但其中风机发电机仍连接到风电厂的电缆和线路以及长输电网的至少一部分。一般，电网信号是三相信号，其包括具有特定频率的序分量。该三相信号包括正序分量、负序分量和零或中性序分量。这些分量中的每个包括频率信息、相位信息和幅度信息。通常，风机系统利用使负序电流最小化的闭环电流调节方案来调节正序电压。这样的系统运行正常并且已知在恒定的输出功率水平处是可靠的。然而，随着到风机发电机的输电馈线的长度增加，对电网瞬态和电网扰动的响应可促使进出转换器的功率振荡，这在转换器中的DC总线电压上形成扰动。这样的功率振荡可随时间导致系统可控性下降和/或设备失灵。本方法和系统可通过参考优选实施例和包括在其中的示例的下列详细描述并且参考图以及它们的先前和后续的描述而更容易理解。

[0055] 本文一般公开对与一个或多个DFIG连接的电气系统上的高压电网事件做出响应的系统和方法。

[0056] 图1是示范性风机10的透视图。在示范性实施例中，风机10是从风能产生电力的风机发电机。风机10可具有水平轴配置，然而，在备选实施例中，风机10除该水平轴配置外还包括垂直轴配置，或包括垂直轴配置来代替该水平轴配置。在示范性实施例中，风机10耦合于电负载，例如但不限于电网/电力网，用于从其处接收电力来驱动风机10和/或它关联部件的操作和/或用于向其供应由风机10产生的电力。尽管在图1中仅示出一个风机10，但多个风机10可组合在一起，有时称为“风场”或“风力场”。

[0057] 风机10包括本体或外罩12以及耦合于外罩12用于相对于外罩12而绕旋转轴20旋转的转子14。在示范性实施例中，外罩12安装在塔筒16上。在备选实施例中，外罩12可邻近地面和/或邻近水表面而安置。塔筒16的高度可选择为使风机10能够如本文描述的那样起作用的任何适合的高度。转子14包括轮毂22和从轮毂22径向向外延伸用于将风能转换成旋转能的多个叶片24。尽管转子14示出为具有三个叶片24，但转子14可具有任何数量的叶片24。

[0058] 图2是包括可与风机10（在图1中示出）一起使用的双馈感应发电机（DFIG）102的示范性发电机控制系统100的示意图。在示范性实施例中，发电机控制系统100包括耦合于旋转轮毂106的多个转子叶片104，其一般在一起限定转子108。转子108耦合于齿轮箱110，其耦合于发电机102。在示范性实施例中，发电机102是DFIG或绕线转子发电机。

[0059] 在示范性实施例中，发电机102经由定子总线122耦合于定子同步开关120。定子同步开关120耦合于电力网124。发电机102还经由转子总线132耦合于功率转换部件130。在示范性实施例中，功率转换部件130经由线路总线135耦合于转换电路断路器133，并且转换电路断路器150耦合于电网124。在示范性实施例中，尽管在本发明的实施例的范围内预想任何数量的相，但定子总线122从发电机102的定子输出三相电力并且转子总线132从发电机102的转子输出三相电力。

[0060] 功率转换部件130包括转子侧转换器134和线路侧转换器136。在一个方面，转子侧转换器134和线路侧转换器136可以对于采用三相两级脉宽调制（PWM）设置的正常操作模式而配置。转子侧转换器134和线路侧转换器136经由具有正链路138和负链路140的直流（DC）总线137而耦合在一起。在示范性实施例中，在转子侧转换器134与线路侧转换器136之间，动态制动器142和DC总线电容器144耦合于DC总线137。

[0061] 在一个示范性实施例中，动态制动器142包括与电阻器148串联放置的完全可控开关146。在一个示范性实施例中，开关146是例如绝缘栅双极晶体管（IGBT）或任何其他电子门控开关的半导体。在一个实施例中，二极管与开关146并联耦合。在备选实施例中，二极管与电阻器148并联耦合。在另一个实施例中，二极管与开关146和电阻器148两者并联耦合。备选地，动态制动器142内的二极管放置不限于单个二极管，相反，任何数量的二极管可以与开关146和电阻器148的任何并联组合来耦合，其使风机能够如本文描述的那样来操作。

[0062] 在操作中，在发电机102处产生的电力经由双路径提供给电网124。这些双路径经由定子总线122和转子总线132限定。在示范性实施例中，正弦三相交流（AC）电力经由功率转换部件130而转换成转子总线132上的直流（DC）电力。从功率转换部件130供应的经转换电力与从发电机102供应的电力组合以在大致维持恒定的频率提供三相电力。在一个实施例中，频率维持在大约60赫兹AC、50赫兹AC等。备选地，频率可以维持在使风机10能够如本文描述的那样操作的任何水平处。

[0063] 在图3A中图示风场中的风机的正常操作条件。该图示出在通常具有中等至高风力条件的超同步操作期间转换器130和风场电气系统300内的功率流。来自DFIG 102的电力分成两个路径，一个功率流（PStator）302直接从发电机102的定子流过风机电路断路器214、风机变压器234和本地电网断路器238到电网连接124内。来自DFIG 102的另一功率流（PRotor）304经由发电机102的转子而流动，其经过转子转换器134到dc链路137、线路转换器136、通过线路电抗器312（不需要）并且然后经由风机电路断路器214、风机变压器234和本地电网断路器238而到电网连接点124上。这两个功率流302、304的总和（Pgrid）306是发电机102的净输出。注意发电机102转子与定子之间功率的分流是相对于同步的转子速度的函数。相似地，来自风场中其他风机的功率可以从每个额外的风机314的本地电网流到电网连接点124。在超同步操作处，转子速度高于同步并且功率如示出的那样分流。在同步操作处，转子速度小于同步并且转子绕组从转子转换器134抽取功率，即，功率流过转换器136、134到发电机102的转子内。

[0064] 图3B图示在远程断路器断开从而使风场处于孤岛化的状况并且到电网124的功率流对于转子扭矩和速度仍然与预孤岛化状况大致相同的情况而突然中断时的状况。线路转换器136上的功率（PLine）308突然被强制反向，因为从DFIG 102定子流到电网124的电力现在仅具有线路转换器136作为路径。这促使dc链路137上的电压非常快地上升。当出现孤岛化的状况时，可取的是采用对电气系统300的部件不造成损坏这样的方式使风机系统300从电网124断开。然而，对部件的损坏可能在几毫秒内发生，这通常快于电路断路器可以操作的。而且，远程断路器断开可使本地电网的某一部分连接到发电机102，例如组成风场收集器系统的电缆、输电网124的一部分等。剩余的所连接电网的电容310可以是在剩余网络上的ac电压放大的源。立即需要控制动作来防止损坏性电压水平并且需要在控制过程期间耗散系统300中的能量。在一些方面，控制器或其他计算装置可以用于检测电气系统300或电网124上的条件，其指示dc链路137上的过电压或将促使dc链路137上的过电压并且促使动态制动器142的开关146允许电流经过开关146并且允许能量至少部分由动态制动器142的电阻器耗散。

[0065] 在一个方面，动态制动器142可以在转换器130中在DC总线电压的水平上选择性地激活。例如，dc链路137上的电压可以由控制器或其他计算装置监测并且如果它达到或超出阈值，动态制动器142的开关146可以由控制器或其他计算装置促使来允许电流经过开关146并且至少部分由动态制动器142的电阻器耗散。在一个方面，开关146保持在导通态直到dc总线137上的电压下降到阈值以下，电阻器接近热极限，或其他监测的操作条件促使开关
146置于非导通态。在另一个方面，开关146在导通和非导通态之间充当斩波器和开关。备选控制方案包括在反馈环路中使用控制器或其他计算装置监测电气系统的剩余连接电网部分上的AC电压和/或电流并且对动态制动电路中的开关146的操作定时使得电网和dc链路
137之间的振荡减少。此外，如在本文描述的动态制动器142的实施例可以用于耗散dc链路
137上的过电压或能量（这允许风机发电机102的可用速度范围扩展为桨距控制系统的响应时间），当对电网波动做出响应时，可以通过允许动态制动器142耗散由波动引起的能量而减少。

[0066] 现在参考图4，用于耗散由孤岛化状况引起的DFIG转换器的dc链路中的能量的系统的一些实施例可以包括控制系统或控制器202。一般，该控制器202可包括计算机或其他适合的处理单元。从而，在若干实施例中，控制器202可包括适合的计算机可读指令，其在实现时将控制器202配置成执行各种不同的功能，例如接收、传送和/或执行控制信号。如此，控制器202一般可配置成控制一个或多个开关146和/或电气系统300的实施例的部件的各种操作模式（例如，导通或非导通态）。例如，控制器202可配置成实现耗散由孤岛化状况引起的DFIG转换器的dc链路中的能量的方法。

[0067] 图4图示根据本主题的方面可包括在控制器202的实施例内的适合的部件或接收指示高压电网条件的信号的任何其他计算装置的一个实施例的框图。在各种方面，这样的信号可以从一个或多个传感器或换能器58、60接收，或可从例如监控和数据采集（SCADA）系统、涡轮机保护系统、PLL调节器等其他计算装置（未示出）接收。接收的信号可以包括例如，电压信号（例如DC总线137电压和AC电网电压）、AC电网的各相的对应相位角、电流信号、功率流（方向）信号、来自转换器系统130的功率输出、到电网中（或自电网离开）的总功率流等。在一些实例中，接收的信号可以由控制器202使用来计算其他变量，例如电压相位角随时间的变化等。如所示出的，控制器202可包括一个或多个处理器62和关联的存储器装置64，其配置成进行多种计算机实现的功能（例如，进行本文公开的方法、步骤、计算等）。如本文使用的，术语“处理器”不仅指在本领域内称为包括在计算机中的集成电路，而且还指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器（PLC）、专用集成电路和其他可编程电路。
另外，存储器装置64一般可包括存储器元件，其包括但不限于，计算机可读介质（例如，随机存取存储器（RAM））、计算机可读非易失性介质（例如，闪速存储器）、软盘、光盘只读存储器（CD-ROM）、磁光盘（MOD）和/或数字多功能盘（DVD）和/或其他适合的存储器元件。这样的存储器装置64一般可配置成存储适合的计算机可读指令，其在由处理器62实现时将控制器
202配置成进行各种功能，包括但不限于直接或间接地将适合的控制信号传送到一个或多个开关（其包括双向功率转换组件130、动态制动器142的开关）、监测电气系统300的操作条件以及各种其他适合的计算机实现的功能。

[0068] 另外，控制器202还可包括通信模块66，用于促进控制器202与电气系统300（其包括发电102的一个或多个源）的各种部件之间的通信。例如，通信模块66可充当接口，用于允许控制器202将控制信号传送到双向功率转换组件130、动态制动器142和/或风机和电气系统的其他部件。此外，通信模块66可包括传感器接口68（例如，一个或多个模数转换器），用于允许从传感器（例如，58、60）传送的信号转换成可以被处理器62理解并且处理的信号。备选地，控制器202可提供有适合的计算机可读指令，其在由它的处理器62实现时将控制器202配置成根据风机的控制模式而采取各种动作。例如，在正常操作（即，转子控制）中，转子转换器对来自发电机的有功和无功功率的流具有主导控制。线路转换器主要起到通过调整到电网连接点的有功功率交换而调节dc链路电压的作用。线路转换器还可以在高ac电压情况下从电网抽取无功功率。如果由控制器202检测到电网事件，则操作模式可以改变使得促使动态制动器142的开关146导通以便保护转换器134、136和其他电气部件。

[0069] 图5A是在例如孤岛化等电网事件期间耗散DFIG转换器的dc总线中的能量的示范性方法的流程图。该流程图的步骤可由控制器202或其他适合的计算装置来实现。在示范性实施例中，方法包括监测电气系统操作条件的步骤502。在一个方面，监测电气系统操作条件包括由控制器或其他计算装置监测dc链路137上的电压。在另一个方面，可以在反馈环路中使用控制器或其他计算装置来监测电气系统的剩余连接电网部分上的AC电压和/或电流。在步骤504处，检测dc链路137上的过电压或检测指示dc链路上的过电压的条件，例如高ac电压、高ac电流等。例如，过电压、高ac电压、高ac电流可以是测量电压或电流高于标称电压或电流1%、5%、10%、50%、150%或更大，或其之间的任何值。在步骤506处，使用动态制动器来采取保护性动作以便耗散DFIG转换器的dc链路中的能量。例如，如果dc链路上的监测的电压达到或超出阈值，可以由控制器或其他计算装置促使动态制动器142的开关146允许电流经过开关146并且能量至少部分由动态制动器142的电阻器耗散。在一个方面，开关146保持在导通态直到dc总线137上的电压下降到阈值以下、电阻器接近热极限、或其他监测的操作条件促使开关146置于非导通态。在另一个方面，开关146在导通和非导通态之间充当斩波器和开关。在另一个方面，在反馈环路中使用控制器或其他计算装置来监测电气系统的剩余连接电网部分上的AC电压和/或电流并且对动态制动电路中的开关146的操作定时使得电网和dc链路137之间的振荡减少。尽管未在图5A中示出，在一个方面，在由控制器检测到孤岛化或在由控制器接收风机发电机孤岛化的一个或多个早期指示符（例如高ac电压、高ac链路电流、频移和/或相移等）时实行上述的过程。这样的过程可在控制器或其他计算装置正做出电网事件是否包括孤岛化事件的决定时并发实行。在一个方面，可以通过检测电网连接已经全部失去从而使风电厂处于孤岛化的状况来检测孤岛化。这样做有几个方法，其包括，例如标准风机监测器和保护功能（包括电网频率偏离、电网电压偏离、测量扭矩未跟随命令扭矩持续预定时间、涡轮机超速、塔筒振动等）。检测已经失去电网连接的另一个方法包括由高压条件设定的特殊监测功能，例如增加现有功能（例如频率和电压偏离）的灵敏度。并且检测失去电网连接的再另一个方法包括从知晓电网连接的状态的外部装置接收信号。

[0070] 图5B是在孤岛化事件期间耗散双馈感应发电机（DFIG）转换器的直流（dc）总线中的能量的示范性方法的流程图。过程的步骤的方面可以由例如如本文描述的控制器202等计算装置来进行。方法的一个实施例包括步骤508，检测DFIG发电机和DFIG转换器的孤岛化的指示符，其中DFIG转换器包括通过dc总线而连接的至少线路侧转换器和转子侧转换器，该dc总线具有连接到其的动态制动器。继孤岛化之后DFIG发电机和线路侧转换器连接到电网的至少一部分。在一个方面，检测DFIG发电机和DFIG转换器的孤岛化的指示符包括通过电网频率偏离、电网电压偏离、测量扭矩未跟随命令扭矩持续预定时间、涡轮机超速、塔筒振动中的一个或多个来检测孤岛化的指示符、从指示电网连接状态的外部装置接收信号，等。在步骤510处，基于所检测的孤岛化状况的指示符而促使耗散DFIG转换器的dc总线中的能量，能量使用动态制动器而耗散。在一个方面，促使使用动态制动器来耗散dc链路中的能量包括确定dc链路上的监测的电压达到或超出阈值并且促使动态制动器的开关允许电流经过开关并且能量至少部分由动态制动器的电阻器耗散。在另一个方面，促使使用动态制动器来耗散dc链路中的能量包括监测连接到DFIG发电机和线路侧转换器的电网的部分上的交流（AC）电压或电流并且对动态制动器中的开关的操作定时使得电网的部分与dc链路之间的振荡减少。

[0071] 要注意上文的系统和方法的实施例可以用于耗散DFIG转换器的dc链路中的能量而不管转换器、发电机或电气系统的其他部件是否通电和/或操作。

[0072] 如上所述并且将由本领域内技术人员意识到的，本发明的实施例可配置为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的实施例可由各种部件构成，其包括全部硬件、全部软件或软件与硬件的任何组合。此外，本发明的实施例可采取在计算机可读存储介质（其具有包含在存储介质中的计算机可读程序指令（例如，计算机软件））上的计算机程序产品的形式。可利用任何适合的非暂时性计算机可读存储介质，包括硬盘、CD-ROM、光学存储装置或磁存储装置。

[0073] 本发明的实施例已经在上文参考方法、设备（即，系统）和计算机程序产品的框图和流程图图示来描述。将理解框图和流程图图示的每个框以及框图和流程图图示中的框的组合分别可以由包括计算机程序指令的各种部件实现。这些计算机程序指令可装载到通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备（例如在上文参考图4论述的处理器62）上来生产机器，使得在计算机或其他可编程数据处理设备上执行的指令形成用于实现在流程图框或多个框中规定的功能的部件。

[0074] 这些计算机程序指令还可存储在非暂时性计算机可读存储器中，其可以指示计算机或其他可编程数据处理设备（例如，图4的处理器62）采用特定的方式起作用，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括用于实现流程图框或多个框中规定的功能的计算机可读指令的制品。计算机程序指令还可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上以使要在计算机或其他可编程设备上进行的一系列运算步骤产生计算机实现的过程，使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现流程图框或多个框中规定的功能的步骤。

[0075] 因此，框图和流程图图示的框支持用于进行规定功能的部件的组合、用于进行规定功能的步骤和用于执行规定功能的程序指令部件的组合。还将理解框图和流程图图示中的每个框以及在框图和流程图图示中的框的组合可以由进行规定功能或步骤的专用、基于硬件的计算机系统或专用硬件和计算机指令的组合实现。

[0076] 除非另外明确规定，本文阐述的任何方法决不是意在解释为要求按特定顺序进行它的步骤。因此，在方法权利要求没有实际地列举要由它的步骤遵循的顺序或在该权利要求或描述中没有另外具体说明步骤不限于特定顺序的地方，在任何方面决不是意在推断顺序。这适用于解释的任何可能的非表达基础，包括：关于步骤或运行流程的设置的逻辑事宜；从语法组织或标点符号得到的明显含义；在本说明书中描述的实施例的数目或类型。

[0077] 在整个本申请中，可参考各种出版物。因此这些出版物的公开整体上通过引用并入本申请中以便更充分地描述与这些方法和系统有关的技术发展水平。

[0078] 与本发明的这些实施例有关的本领域内技术人员将受益于在前述说明和关联的图中提出的教导而想到本文阐述的本发明的许多修改和其他实施例。因此，要理解本发明的实施例不限于公开的具体实施例并且这些修改和其他实施例规定为包括在附上的权利要求的范围内。此外，尽管前述说明和关联的图在要素和/或功能的某些示范性组合的上下文中描述示范性实施例，应该意识到要素和/或功能的不同组合可由备选实施例提供而不偏离附上的权利要求的范围。在这方面，例如，还预想与上文明确描述的那些不同的要素和/或功能的组合，如可在附上的权利要求的一些中阐述。尽管本文采用特定术语，它们仅在一般和描述意义上使用并且不是为了限制的目的。

[0079] 附图标记说明

[0080]标号描述标号描述
10 示范性风机 12 外罩
14 转子 16 塔筒
18 转子叶片 20 旋转轴
22 轮毂 24 叶片
58、60 换能器 62 一个或多个处理器
64 它的存储器 66 通信模块
68 传感器接口 100 发电机控制系统
102 发电机 104 多个转子叶片
106 旋转轮毂 108 转子
110 齿轮箱 120 定子同步开关
122 定子总线 124 电力网
130 功率转换部件 132 转子总线
133 转换电路断路器 134 转子侧转换器
135 线路总线 136 线路侧转换器
137 直流（DC）总线 138 正链路
140 负链路 142 动态制动器
144 DC总线电容器 146 可控开关
148 电阻器 214 风机电路断路器
234 风机变压器 238 本地电网断路器
300 风场电气系统 302 一个功率流（PStator）
304 另一功率流（PRotor） 306 总和（Pgrid）
308 功率（PLine） 310 电容
312 线路电抗器 314 其他风机

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