[發(fā)明專(zhuān)利]用于風(fēng)力渦輪功率系統(tǒng)中的鎖相環(huán)路的功率角前饋信號(hào)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980014728.0
• 申請(qǐng)日: 2019-02-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111712634A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: E·V·拉森
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類(lèi)號(hào): F03D7/02
• 分類(lèi)號(hào): F03D7/02;H02J3/38
• 代理公司: 中國(guó)專(zhuān)利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 石宏宇;金飛

一種用于減少功率系統(tǒng)的功率命令和實(shí)際功率之間的延遲的方法包括經(jīng)由功率角估計(jì)器接收功率系統(tǒng)的功率命令。該方法還包括經(jīng)由功率角估計(jì)器接收電網(wǎng)的一個(gè)或多個(gè)電網(wǎng)條件。此外，該方法包括經(jīng)由功率角估計(jì)器基于功率命令和一個(gè)或多個(gè)電網(wǎng)條件來(lái)估計(jì)跨越功率系統(tǒng)的功率角信號(hào)。此外，該方法包括經(jīng)由鎖相環(huán)路(PLL)接收估計(jì)的功率角信號(hào)。另外，該方法包括經(jīng)由PLL至少部分地基于估計(jì)的功率角信號(hào)來(lái)產(chǎn)生PLL相位角信號(hào)。因此，該方法進(jìn)一步包括經(jīng)由轉(zhuǎn)換器控制器基于PLL相位角信號(hào)來(lái)控制功率系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換組件。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)大體上涉及風(fēng)力渦輪功率系統(tǒng)，并且更具體地涉及用于使用功率系統(tǒng)的鎖相環(huán)路(PLL)中的功率角前饋信號(hào)來(lái)減少風(fēng)力渦輪功率系統(tǒng)的功率命令和實(shí)際功率之間的延遲的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

風(fēng)力被認(rèn)為是目前可用的最清潔、最環(huán)保的能源中的一種，且在這點(diǎn)上，風(fēng)力渦輪已得到越來(lái)越多的關(guān)注?，F(xiàn)代風(fēng)力渦輪典型地包括塔架、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、機(jī)艙和轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子典型地包括可旋轉(zhuǎn)的轂，該轂具有附接到其的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片。變槳軸承典型地可操作地配置在轂和轉(zhuǎn)子葉片之間，以允許圍繞變槳軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子葉片使用已知的翼型件原理來(lái)捕獲風(fēng)的動(dòng)能。轉(zhuǎn)子葉片傳輸呈旋轉(zhuǎn)能的形式的動(dòng)能，以便轉(zhuǎn)動(dòng)使轉(zhuǎn)子葉片聯(lián)接到齒輪箱或直接聯(lián)接到發(fā)電機(jī)(如果未使用齒輪箱)的軸。發(fā)電機(jī)然后將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成可部署到公用電網(wǎng)的電能。

發(fā)電機(jī)的功率輸出隨著風(fēng)速增加，直到風(fēng)速達(dá)到風(fēng)力渦輪的額定風(fēng)速。在處于或高于額定風(fēng)速的情況下，發(fā)電機(jī)以額定功率操作。額定功率是如下的輸出功率：在該輸出功率下，發(fā)電機(jī)可在預(yù)確定為可接受的針對(duì)渦輪構(gòu)件的疲勞水平的情況下操作。在高于某個(gè)速度的風(fēng)速下，或者在超過(guò)典型地被稱(chēng)為“脫扣(trip)極限”或“監(jiān)測(cè)設(shè)定點(diǎn)極限”的預(yù)確定量值的風(fēng)湍流水平下，風(fēng)力渦輪可關(guān)閉，或者可通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的槳距或制動(dòng)轉(zhuǎn)子來(lái)減小負(fù)載，以便保護(hù)風(fēng)力渦輪構(gòu)件免受損壞。

當(dāng)與風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的恒速操作相比時(shí)，發(fā)電機(jī)的變速操作有利于增強(qiáng)由發(fā)電機(jī)進(jìn)行的能量捕獲；然而，發(fā)電機(jī)的變速操作產(chǎn)生具有變化的電壓和/或頻率的電。更具體地，由變速發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電的頻率與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度成比例。因此，功率轉(zhuǎn)換器可聯(lián)接在發(fā)電機(jī)和公用電網(wǎng)之間。功率轉(zhuǎn)換器輸出具有固定的電壓和頻率的電，以用于在電網(wǎng)上輸送。

風(fēng)能發(fā)電并且特別是風(fēng)力渦輪功率系統(tǒng)的無(wú)功功率控制應(yīng)當(dāng)在電網(wǎng)的穩(wěn)定性和質(zhì)量方面發(fā)揮積極作用。因此，風(fēng)力渦輪功率系統(tǒng)的無(wú)功功率補(bǔ)償配置成滿(mǎn)足電氣網(wǎng)絡(luò)需求并維持無(wú)功功率儲(chǔ)備，以便支持電網(wǎng)應(yīng)急。取決于網(wǎng)絡(luò)條件，這樣的目標(biāo)可導(dǎo)致無(wú)功功率優(yōu)先于有功功率產(chǎn)生。因此，在典型的風(fēng)力渦輪功率系統(tǒng)中，渦輪控制器從基于多種電網(wǎng)條件的場(chǎng)級(jí)控制器接收功率命令。照此，功率命令指示每個(gè)風(fēng)力渦輪基于電網(wǎng)應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生多少無(wú)功功率和有功功率。

在弱電網(wǎng)中，對(duì)功率命令的響應(yīng)可能是遲緩的。緩慢的響應(yīng)可能不利于需要快速改變功率以穩(wěn)定功率系統(tǒng)的功能(例如，驅(qū)動(dòng)系阻尼器、快速功率降低功能等)。

因此，本公開(kāi)涉及用于使用功率系統(tǒng)的鎖相環(huán)路(PLL)中的功率角前饋信號(hào)來(lái)減少風(fēng)力渦輪功率系統(tǒng)的功率命令和實(shí)際功率之間的延遲的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)將在以下描述中得到部分闡述，或可根據(jù)描述而為顯然的，或可通過(guò)實(shí)踐本發(fā)明而了解。

在一個(gè)方面，本公開(kāi)涉及一種用于減少連接到電網(wǎng)的功率系統(tǒng)的功率命令和實(shí)際功率之間的延遲的方法。該方法包括經(jīng)由功率角估計(jì)器接收功率系統(tǒng)的功率命令。該方法還包括經(jīng)由功率角估計(jì)器接收電網(wǎng)的一個(gè)或多個(gè)電網(wǎng)條件。此外，該方法包括經(jīng)由功率角估計(jì)器基于功率命令和/或一個(gè)或多個(gè)電網(wǎng)條件來(lái)估計(jì)跨越功率系統(tǒng)的功率角信號(hào)。該方法進(jìn)一步包括經(jīng)由鎖相環(huán)路(PLL)接收估計(jì)的功率角信號(hào)。此外，該方法包括經(jīng)由PLL至少部分地基于估計(jì)的功率角信號(hào)來(lái)產(chǎn)生PLL相位角信號(hào)。因此，該方法進(jìn)一步包括經(jīng)由轉(zhuǎn)換器控制器基于PLL相位角信號(hào)來(lái)控制功率系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換組件。

在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括經(jīng)由PLL接收功率角信號(hào)來(lái)作為前饋信號(hào)。