[0001] 本发明涉及一种用于控制连接到公用电网的双馈感应发电机系统，特别地风力涡轮机的双馈感应发电机系统的方法和控制器。此外，本发明涉及包括控制器的风力涡轮机。

[0002] 多个风力涡轮机或风电场以及多个其它电力生产设施向公用电网供应电力。多个消费者从公用电网接收电功率。公用电网可以被设计成以特定标称电压和/或特定标称频率来运行。取决于来自公用电网的有功/无功功率的供应和提取的平衡，电网稳定性可能会受到损害，因为不满足标称电网值。

[0003] 考虑到风力发电到电气系统中的高度引入，世界范围的电网运营商正发展硬性规范，从而尝试确保电网稳定性。

[0004] 世界各地的电网连接规范中指定的关键要求之一与风力涡轮机的运行的电网电压范围有关，固定了当发生高达±10‑12％的(从标称电压值的)电压偏移时保持连接到电网的必要性、以及在那些事件期间的其它功率控制需求。

[0005] 欠压(电网电压低于标称电网电压)造成感应发电机的定子绕组上的更高电流，从而增加了损耗并且因此增加了部件温度，并且造成过度指定用于支持这样的事件的发电机的必要性，因为按常规在那些事件期间风力涡轮机控制实际上保持基准速度。

[0006] 按常规来说，为了能够以高于标称电流的电流运行，风力涡轮机部件可能已经超尺寸了。因此，按常规来说，部件可能已经针对能够满足在欠压事件中观察到的更高电流要求而被过度指定。因此，按常规来说，成本已经增加了。

[0007] 用于解决以上提及的问题的其它传统方法可能要承担过热的风险；在传统方法中，在那些极端场景的情况下，对风力涡轮机可用性或部件损坏的影响会保持在长的时间段上。

[0008] 因此，可能存在对一种控制双馈感应发电机(DFIG)系统或连接到公用电网的感应发电机系统的方法和控制器的需要，其中可以减轻或甚至避免部件的超尺寸，并且其中减轻了部件负荷并且提供了安全且可靠的操作，特别在欠压事件中。

[0009] 此外，可能存在对一种可避免部件针对主要关于感应发电机的规格过高的成本过高的方法和控制器的需要。此外，可以解决在及时维护电压偏移期间由于部件的过热而导致的风力涡轮机功率降额。

[0062] 在图中示意性图示的根据本发明的实施例的风力涡轮机1包括双馈感应发电机3(对应于异步发电机的实施)。感应发电机3由耦合到(可选的)齿轮箱7的副轴5来驱动。齿轮箱7将风力涡轮机的主轴9的相对低的旋转速度转换成副轴5的相对高的旋转速度。在主轴9处连接多个转子叶片11，其由冲击风13来驱动。安装在风力涡轮机电源(power)顶部上的未图示的机舱包含(harbour)发电机3、轴9、5、齿轮箱7和转换器17。

[0063] 发电机3包括定子绕组13以及转子绕组15，其两者仅被示意性地图示。定子绕组13可以例如包括三相绕组或线圈，其被缠绕在铁磁定子偏航的齿周围。转子绕组15也可以包括例如缠绕在铁磁芯周围的三相转子绕组。

[0064] 三相转子绕组15a、15b、15c被连接到转换器17，该转换器17包括AC‑DC转换器部分19、DC链路21和DC‑AC转换器部分23。转换器17将AC功率转换成在两个方向上不同频率的AC功率。转换器17从转子绕组15接收(例如三相)转子功率25a、25b、25c(P_rotor)。

[0065] 根据本发明的一个实施例，提供用于控制连接到公用电网47的感应发电机3的控制器30。

[0066] 感应发电机3可以例如经由转换器17来控制。为了控制转换器17，转换器17从控制器30接收转换器基准27，除了转换器17之外，控制器30还可以控制风力涡轮机的其它部分。

[0067] 转换器17的输出端子43a、43b、43c与定子绕组13的输出端子45a、45b、45c连接。由(未图示的)升压变压器来接收定子功率P_stator以及转子功率P_rotor，并且这个升压变压器被连接到公用电网47，其它风力涡轮机也在那里连接。

[0068] 公用电网47意图以标称频率和电压来运行。然而，由于功率生产和功率消耗之间的干扰或不平衡，公用电网的电压可能偶尔偏离标称电压。

[0069] 按常规来说，转子绕组基准频率可能尚未取决于电网电压U_grid来设置。

[0070] 根据本发明的一个实施例的用于控制异步发电机系统3的控制器30被配置成取决于公用电网电压Ug来设置异步发电机系统3的旋转速度基准n。

[0071] 由此，公用电网电压Ug由例如测量设备50来测量，该测量设备50发送公用电网47的公用电网电压。控制器30接收相应的电压测量信号51。控制器30然后基于公用电网电压Ug来确定旋转速度基准n。

[0072] 旋转速度基准可以是在控制器30内内部使用的内部变量或量。有时，可以利用旋转速度基准本身来控制风力涡轮机的一个或多个部件。

[0073] 根据特定实施例，控制器基于旋转速度基准或通常基于公用电网电压来确定供应给叶片桨距调整系统53的转换器基准27和/或叶片桨距调整系统基准52。叶片桨距调整系统53被配置为设置至少一个转子叶片11的叶片桨距角，该至少一个转子叶片11被安装在图中图示的风力涡轮机1的主转子9处。从控制器供应给转子叶片调整系统53的控制信号52例如可以是叶片桨距角基准。

[0074] 根据本发明的实施例，当公用电网电压下降到额定公用电网电压或标称公用电网电压以下时，定子电流和/或转子电流基本上保持处于额定值。

[0075] 在以下用于解释如何确定旋转速度基准的等式中，Ps代表定子功率，PT代表总功率(即定子功率和转子功率的和)，n代表旋转速度基准，并且ns代表与电网频率成比例的同步速度。Ug代表也等于定子电压Us的实际电网电压。

[0076]

[0077] 在标称或额定功率Pn、无功功率Qn和标称频率fn下，但是在欠压场景下，如果定子电流Is意图保持恒定，则以下等式适用：

[0078] nUg＝cte＝nnUn

[0079] 例如，如果Ug＝0.95·Un：

[0080] n0.95Un＝nnUn

[0081]

[0082] 因此，当定子电压(公用电网电压)降低5％时，如果旋转速度增加大概5％，则定子电流将停留处于额定值或标称值。

[0083] 在以下等式中，Pr代表转子功率，Ir代表转子电流，Is代表定子电流，fg代表实际电网频率，rt代表转子‑定子匝数比。

[0084]

[0085] 在额定有功功率、无功功率和公用电网频率下，但是在欠压场景下，如果意图保持转子电流Ir基本上恒定，则以下等式适用：

[0086] nUg＝cte＝nnUn

[0087] 例如，如果Ug＝0.95Un，则以下等式适用：

[0088] n0.95Un＝nnUn

[0089]

[0090] 为了减少负荷和机械元件，考虑到系统的高热惯性，如有必要的话，应用对公用电网电压应用例如1分钟、3分钟或10分钟移动平均滤波是有效的。

[0091] 如从与保持定子电流恒定和保持转子电流恒定有关的等式可以看到的，获得了如何设置旋转速度基准的相同关系。因此，如果公用电网电压降低，则旋转速度基准增加。

[0092] 此外，取决于比率Un/Ug来设置旋转速度基准，公用电网电压按照该比率降低到标称电网电压以下。取决于标称电压和实际公用电网电压之间的比率来设置旋转速度基准。

[0093] 当根据上面的等式来设置旋转速度基准时，异步发电机系统3的定子电流和/或转子电流在公用电网电压Ug改变时保持基本上恒定。

[0094] 为了获得电压测量信号51，可以对电压测量信号进行低通滤波或者在移动时间窗口上进行平均。

[0095] 风力涡轮机1图示了控制器30经由转换器17来控制发电机系统3，以及附加地或替代地控制叶片桨距调整系统53。

[0096] 根据本发明的实施例，控制器30可以经由叶片桨距调整系统基准52来专门控制叶片桨距调整系统53，而没有另外地控制发电机系统3或控制转换器17。在又一些实施例中，控制器30仅控制转换器17，也没有控制叶片桨距调整系统53。

[0097] 按常规来说，欠压条件被视为发电机系统必须遵守的要求，因为按常规不会应用控制策略。

[0098] 本发明的实施例可以提供以下优点：

[0099] ·成本优化

[0100] ·避免系统和电气部件的规格过高

[0101] ·保护/增加风力涡轮机的电网连接能力

[0102] ·避免风力涡轮机可用性的可能降低

[0103] ·增加产品竞争力。

[0104] 应该指出的是，术语“包括”不排除其它元件或步骤，并且“一”和“一个”不排除多个。与不同实施例联合来描述的元件也可以组合。还应该注意，权利要求中的参考符号不应该被解释为限制权利要求的范围。