用于估计基于逆变器资源的有功功率容量的系统及方法

技术领域

本公开总体上涉及基于逆变器的资源，并且更具体地涉及用于动态地估计基于逆变器的资源的有功功率容量的系统及方法。

背景技术

风电被认为是目前可用的最清洁、最环保的能量源之一，并且风力涡轮在这方面得到了越来越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片是用于将风能转化为电能的主要元件。叶片典型地具有翼型件的横截面轮廓，使得在操作期间，空气流过叶片，在其侧面之间产生压差。因此，从压力侧朝向吸力侧导向的升力作用在叶片上。升力在主转子轴上生成扭矩，主转子轴连接到发电机，以用于产生传递到功率电网的电力。功率电网将电能从发电设施输送到最终用户。

风力功率生成通常由包含多个风力涡轮发电机(例如，通常为100个或更多个风力涡轮)的风电场提供。典型的风电场具有场级控制器，场级控制器用于调节风电场互连点(即本地风力涡轮发电机连接到电网所处的点；也可称为公共联接点(PCC))处的电压、无功功率和/或功率因数。因此，典型的风电场控制策略包括满足PCC处的功率需求。

于是，期望通过从每一个风力涡轮接收动态地调整的水平来准确了解合计风电场功率容量，以更好地分配单元的连接和断开以便匹配需求。因此，本公开针对用于动态地估计风电场中的每一个风力涡轮的有功功率容量的系统和方法，有功功率容量随着风力涡轮构造和/或操作条件的变化而变化/更新。

发明内容

本发明的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可从描述中显而易见，或者可通过本发明的实践获知。

在一方面，本公开针对一种用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源的方法。基于逆变器的资源具有功率转换器。该方法包括经由基于逆变器的资源的控制器确定电力网的可用有功功率。该方法还包括经由控制器基于发电机的速度和额定值的影响来确定基于逆变器的资源的可用有功功率。此外，该方法包括经由控制器基于电力网的可用有功功率和基于逆变器的资源的可用有功功率来确定最小可用有功功率。再者，该方法包括经由控制器基于该基于逆变器的资源的一个或多个热容限来确定基于逆变器的资源的有功功率限制变化。另外，该方法包括经由控制器根据最小可用有功功率和有功功率限制变化确定有功功率估值。因此，该方法进一步包括将有功功率估值提供到用于控制基于逆变器的资源的监管控制器。

在实施例中，确定电力网的可用有功功率可包括经由基于逆变器的资源的控制器从电力网接收电压幅度，以及经由控制器将功率限制器应用到电压幅度以确定电力网的可用有功功率。

在另一个实施例中，基于发电机的速度和额定值中的至少一个的影响来确定基于逆变器的资源的可用有功功率可包括经由控制器接收与发电机的速度和额定值中的至少一个相关的发电机的多个操作参数，以及根据发电机的多个操作参数确定基于逆变器的资源的可用有功功率。在此类实施例中，发电机的多个操作参数可包括例如转子速度、发电机速度、铭牌额定瓦特、额定转矩、允许的过载，或它们的组合。

在进一步的实施例中，基于电力网的可用有功功率和基于逆变器的资源的可用有功功率确定最小可用有功功率可包括经由比较器接收电力网的可用有功功率和基于逆变器的资源的可用有功功率，以及选择电力网的可用有功功率或基于逆变器的资源的可用有功功率中的较低者。

在另外的实施例中，基于该基于逆变器的资源的一个或多个热容限来确定针对基于逆变器的资源的有功功率限制变化可包括经由控制器接收与发电机的速度和降额中的至少一个相关的多个操作参数，经由控制器使用多个操作参数确定针对基于逆变器的资源的一个或多个构件的时限过电流热容限，以及经由控制器基于该基于逆变器的资源的一个或多个构件的时限过电流热容限确定基于逆变器的资源的有功功率限制变化。在此类实施例中，多个操作参数可包括例如转子速度、发电机速度、允许的过载或它们的组合。

在若干实施例中，该方法可包括基于最小可用有功功率来确定是否能够修改发电机的转矩命令。例如，在实施例中，基于最小可用有功功率来确定是否能够修改发电机的转矩命令可包括接收发电机的转矩命令限制和电力网的功率反馈估值，以及经由控制器确定转矩命令在由发电机的电压和额定值施加的限制中的影响。

在另一个实施例中，该方法可包括经由控制器的滤波组件对有功功率估值进行滤波。例如，在实施例中，该方法可包括经由控制器的滤波组件接收功率转换器的转子桥的操作状态，以及在确定有功功率估值之前确保操作状态正在运行。

在进一步的实施例中，基于逆变器的资源可为具有多个基于逆变器的资源的发电厂的一部分。因此，在实施例中，发电厂可由监管控制器控制。在特定实施例中，基于逆变器的资源可包括风力涡轮并且发电厂可为风电场。

在某些实施例中，该方法可进一步包括根据针对多个基于逆变器的资源中的每一个的最小可用有功功率和有功功率限制变化确定有功功率估值，将针对多个基于逆变器的资源中的每一个的有功功率估值提供到监管控制器，以及经由监管控制器基于有功功率估值来定制多个基于逆变器的资源的命令。

在特定实施例中，该方法还可包括经由控制器根据基于逆变器的资源的有功功率估值和无功功率确定视在功率估值。

在另一方面，本公开针对一种用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源的方法。基于逆变器的资源具有发电机和功率转换器。该方法包括经由基于逆变器的资源的控制器，根据基于逆变器的资源的机电额定值、电力网的电网电压、发电机的速度和基于逆变器的资源的热降额确定有功功率容量。该方法还包括将有功功率容量提供到用于控制基于逆变器的资源的监管控制器。

在又一方面，本公开针对一种用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源的系统。基于逆变器的资源具有发电机和功率转换器。该系统包括监管控制器和通信地联接到监管控制器的本地控制器。本地控制器配置成执行多个操作，包括但不限于确定电力网的可用有功功率，基于发电机的速度和额定值的影响来确定基于逆变器的资源的可用有功功率，基于电力网的可用有功功率和基于逆变器的资源的可用有功功率确定最小可用有功功率，基于该基于逆变器的资源的一个或多个热容限来确定针对基于逆变器的资源的有功功率限制变化，根据最小可用有功功率和有功功率限制变化确定有功功率估值，以及将有功功率估值提供到用于控制基于逆变器的资源的监管控制器。应当理解，该系统可进一步包括本文中所述的任何附加特征和/或实施例。

参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入并构成本说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。

技术方案1. 一种用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源的方法，所述基于逆变器的资源具有发电机和功率转换器，所述方法包括：

经由所述基于逆变器的资源的控制器确定所述电力网的可用有功功率；

经由所述控制器基于所述发电机的速度和额定值的影响来确定所述基于逆变器的资源的可用有功功率；

经由所述控制器基于所述电力网的可用有功功率和所述基于逆变器的资源的可用有功功率来确定最小可用有功功率；

经由所述控制器基于所述基于逆变器的资源的一个或多个热容限来确定针对所述基于逆变器的资源的有功功率限制变化；

经由所述控制器根据所述最小可用有功功率和所述有功功率限制变化确定有功功率估值；以及

将所述有功功率估值提供到用于控制所述基于逆变器的资源的监管控制器。

技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其中，确定所述电力网的可用有功功率进一步包括：

经由所述基于逆变器的资源的控制器从所述电力网接收电压幅度，以及

经由所述控制器将功率限制器应用到所述电压幅度以确定所述电力网的可用有功功率。

技术方案3. 根据技术方案1所述的方法，其中，基于所述发电机的速度和额定值中的至少一个的影响来确定所述基于逆变器的资源的可用有功功率进一步包括：

经由所述控制器接收与所述发电机的速度和额定值中的至少一个相关的发电机的多个操作参数，所述发电机的多个操作参数包括转子速度、发电机速度、铭牌额定瓦特、额定转矩或允许的过载中的一个或多个；以及

根据所述发电机的多个操作参数确定所述基于逆变器的资源的可用有功功率。

技术方案4. 根据技术方案1所述的方法，其中，基于所述电力网的可用有功功率和所述基于逆变器的资源的可用有功功率确定所述最小可用有功功率进一步包括：

经由比较器接收所述电力网的可用有功功率和所述基于逆变器的资源的可用有功功率，以及

选择所述电力网的可用有功功率或所述基于逆变器的资源的可用有功功率中的较低者。

技术方案5. 根据技术方案1所述的方法，其中，基于所述基于逆变器的资源的一个或多个热容限来确定针对所述基于逆变器的资源的有功功率限制变化进一步包括：

经由所述控制器接收与所述发电机的速度和降额中的至少一个相关的多个操作参数，所述多个操作参数包括转子速度、发电机速度或允许的过载中的一个或多个；

经由所述控制器使用所述多个操作参数确定针对所述基于逆变器的资源的一个或多个构件的时限过电流热容限，以及

经由所述控制器基于针对所述基于逆变器的资源的一个或多个构件的时限过电流热容限确定针对所述基于逆变器的资源的有功功率限制变化。

技术方案6. 根据技术方案1所述的方法，所述方法进一步包括基于所述最小可用有功功率来确定是否能够修改所述发电机的转矩命令。

技术方案7. 根据技术方案6所述的方法，其中，基于所述最小可用有功功率来确定是否能够修改所述发电机的转矩命令进一步包括：

接收所述发电机的转矩命令限制和所述电力网的功率反馈估值，以及

经由所述控制器确定所述转矩命令在由所述发电机的电压和额定值施加的限制中的影响。

技术方案8. 根据技术方案1所述的方法，所述方法进一步包括经由所述控制器的滤波组件对有功功率估值进行滤波。

技术方案9. 根据技术方案8所述的方法，所述方法进一步包括：

经由所述控制器的滤波组件接收所述功率转换器的转子桥的操作状态；以及

在确定所述有功功率估值之前确保所述操作状态正在运行。

技术方案10. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述基于逆变器的资源是具有多个基于逆变器的资源的发电厂的一部分，所述发电厂由所述监管控制器控制。

技术方案11. 根据技术方案10所述的方法，其中，所述基于逆变器的资源包括风力涡轮，并且所述发电厂包括风电场。

技术方案12. 根据技术方案10所述的方法，所述方法进一步包括：

根据针对所述多个基于逆变器的资源中的每一个的最小可用有功功率和有功功率限制变化确定有功功率估值；

将针对所述多个基于逆变器的资源中的每一个的有功功率估值提供到所述监管控制器，以及

经由所述监管控制器基于所述有功功率估值来定制所述多个基于逆变器的资源的命令。

技术方案13. 根据技术方案1所述的方法，所述方法进一步包括经由所述控制器根据所述基于逆变器的资源的有功功率估值和无功功率确定视在功率估值。

技术方案14. 一种用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源的方法，所述基于逆变器的资源具有发电机和功率转换器，所述方法包括：

经由所述基于逆变器的资源的控制器，根据所述基于逆变器的资源的机电额定值、所述电力网的电网电压、所述发电机的速度和所述基于逆变器的资源的热降额确定有功功率容量；以及

将所述有功功率容量提供到用于控制所述基于逆变器的资源的监管控制器。

技术方案15. 一种用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源的系统，所述基于逆变器的资源具有发电机和功率转换器，所述系统包括：

监管控制器；

通信地联接到所述监管控制器的本地控制器，所述本地控制器配置成执行多个操作，所述多个操作包括：

确定所述电力网的可用有功功率；

基于所述发电机的速度和额定值的影响来确定所述基于逆变器的资源的可用有功功率；

基于所述电力网的可用有功功率和所述基于逆变器的资源的可用有功功率确定最小可用有功功率；

基于所述基于逆变器的资源的一个或多个热容限来确定针对所述基于逆变器的资源的有功功率限制变化；

根据所述最小可用有功功率和所述有功功率限制变化确定有功功率估值，以及

将所述有功功率估值提供到用于控制所述基于逆变器的资源的监管控制器。

技术方案16. 根据技术方案15所述的系统，其中，确定所述电力网的可用有功功率进一步包括：

经由所述基于逆变器的资源的控制器从所述电力网接收电压幅度，以及

经由所述控制器将功率限制器应用到所述电压幅度以确定所述电力网的可用有功功率。

技术方案17. 根据技术方案15所述的系统，其中，基于所述发电机的速度和额定值中的至少一个的影响来确定所述基于逆变器的资源的可用有功功率进一步包括：

经由所述控制器接收与所述发电机的速度和额定值中的至少一个相关的所述发电机的多个操作参数，所述发电机的多个操作参数包括转子速度、发电机速度、铭牌额定瓦特、额定转矩或允许的过载中的一个或多个；以及

根据所述发电机的多个操作参数确定所述基于逆变器的资源的可用有功功率。

技术方案18. 根据技术方案15所述的系统，其中，基于所述电力网的可用有功功率和所述基于逆变器的资源的可用有功功率确定所述最小可用有功功率进一步包括：

经由比较器接收所述电力网的可用有功功率和所述基于逆变器的资源的可用有功功率，以及

选择所述电力网的可用有功功率或所述基于逆变器的资源的可用有功功率中的较低者。

技术方案19. 根据技术方案15所述的系统，其中，基于所述基于逆变器的资源的一个或多个热容限来确定针对所述基于逆变器的资源的有功功率限制变化进一步包括：

经由所述控制器接收与所述发电机的速度和降额中的至少一个相关的多个操作参数，所述多个操作参数包括转子速度、发电机速度或允许的过载中的一个或多个；

经由所述控制器使用所述多个操作参数确定针对所述基于逆变器的资源的一个或多个构件的时限过电流热容限，以及

经由所述控制器基于针对所述基于逆变器的资源的一个或多个构件的时限过电流热容限确定针对所述基于逆变器的资源的有功功率限制变化。

技术方案20. 根据技术方案15所述的系统，进一步包括基于所述最小可用有功功率来确定是否能够修改所述发电机的转矩命令，其中基于所述最小可用有功功率来确定是否能够修改所述发电机的转矩命令进一步包括：

接收所述发电机的转矩命令限制和所述电力网的功率反馈估值，以及

经由所述控制器确定所述转矩命令在由所述发电机的电压和额定值施加的限制中的影响。

附图说明

在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且能够实现的公开内容，包括其最佳模式，其中：

图1图示了根据本公开的风力涡轮的一个实施例的透视图；

图2图示了根据本公开的机舱的一个实施例的简化内部视图；

图3图示了适合与图1中所示风力涡轮一起使用的风力涡轮电功率系统的一个实施例的示意图；

图4图示了根据本公开的具有与输送电网联接的多个风力涡轮发电机的风电场的框图；

图5图示了根据本公开的可包括在场级控制器的一个实施例中的合适部件的框图；

图6图示了根据本公开的场级调节器和涡轮级调节器的一个实施例的功能图；

图7示出了根据本公开的方法的一个实施例的流程图，该方法用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源；

图8示出了根据本公开的系统的一个实施例的功能图，该系统用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源；

图9示出了根据本公开的系统的电网相关功率限制器的一个实施例的功能图，该系统用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源；

图10示出了根据本公开的每单位时间(y轴)对每单位电流(x轴)的曲线的实施例的曲线图；以及

图11示出了根据本公开的用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源的方法的另一个实施例的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中被图示。每个示例通过解释本发明的方式而不是限制本发明的方式被提供。事实上，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分被图示或描述的特征可与另一个实施例一起使用，以产生又一另外的实施例。因此，意图是，本发明覆盖如归入所附权利要求书的范围内的这种修改和变型及其等同物。

大体上，本公开针对用于动态地估计基于逆变器的资源的有功功率容量的系统和方法。具体而言，该方法包括使用以下技术考虑根据基于逆变器的资源确定有功功率容量：基于逆变器的资源的机电额定值、电力网的电网电压、发电机的速度和/或基于逆变器的资源的热降额。该方法还包括将有功功率容量提供到用于控制整个发电厂的监管控制器。

尽管本文中描述的本技术是参照具有多个风力涡轮发电机的风电场来解释的，但应当理解，本技术也可实施用于具有生成功率的能力的任何合适的应用。如本文中所用，基于逆变器的资源大体上是指可通过功率电子设备的切换来生成或吸收电功率的电气设备。因此，基于逆变器的资源可包括风力涡轮发电机、太阳能逆变器、能量存储系统、STATCOM或水功率系统。

现在参考附图，图1图示了根据本公开的风力涡轮10的一个实施例的透视图。如图所示，风力涡轮10大体上包括从支撑表面14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16以及联接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转的毂20和至少一个转子叶片22，转子叶片22联接到毂20并从毂20向外延伸。例如，在图示实施例中，转子18包括三个转子叶片22。然而，在备选实施例中，转子18可包括多于或少于三个转子叶片22。每个转子叶片22可围绕毂20间隔开，以便于旋转转子18，从而使动能能够从风能转换成可用的机械能，并随后转换成电能。例如，毂20可能够旋转地联接到定位在机舱16内的发电机24(图1)，以允许产生电能。

风力涡轮10还可包括集中在机舱16内的风力涡轮控制器26。然而，在其它实施例中，控制器26可位于风力涡轮10的任何其它部件内或者风力涡轮10外部的位置处。此外，控制器26可通信地联接到风力涡轮10的任意数量的部件，以便控制这样的部件的操作和/或实现校正或控制动作。照此，控制器26可包括计算机或其它合适的处理单元。因此，在若干实施例中，控制器26可包括合适的计算机可读指令，当实现时，所述指令配置控制器26以执行各种不同的功能，诸如接收、发送和/或执行风力涡轮控制信号。因此，控制器26可大体上配置成控制风力涡轮10的各种操作模式(例如，启动或关闭序列)、风力涡轮的降额或升额和/或风力涡轮10的各个部件。

现在参考图2，图示了图4中所示的风力涡轮10的机舱16的一个实施例的简化内部视图。如图所示，发电机24可设置在机舱16内并支撑在底板46的顶部上。一般来说，发电机24可联接到转子18，用于从由转子18生成的旋转能量产生电功率。例如，如图示实施例中所示，转子18可包括联接到毂20的转子轴34，用于与其一起旋转。转子轴34又可通过齿轮箱38能够旋转地联接到发电机24的发电机轴36。如通常理解的，响应于转子叶片22和毂20的旋转，转子轴34可向齿轮箱38提供低速、高扭矩输入。齿轮箱38然后可构造成将低速、高扭矩输入转换成高速、低扭矩输出，以驱动发电机轴36和因此发电机24。

风力涡轮10还可包括通信地联接到风力涡轮控制器26的一个或多个变桨驱动机构32，其中每个桨距调节机构32构造成使变桨轴承40旋转，并且因此使各个转子叶片22围绕其相应的变桨轴线28旋转。此外，如图所示，风力涡轮10可包括一个或多个偏航驱动机构42，偏航驱动机构42构造成改变机舱16相对于风的角度(例如，通过接合布置在风力涡轮10的机舱16和塔架12之间的风力涡轮10的偏航轴承44)。

此外，风力涡轮10还可包括一个或多个传感器66、68，用于监测风力涡轮10的各种风况。例如，可诸如通过使用合适的天气传感器66测量进入的风向52、风速或风力涡轮10附近的任何其它合适的风况。合适的天气传感器可包括，例如，光探测和测距(“LIDAR”)设备、声波探测和测距(“SODAR”)设备、风速计、风向标、气压计、雷达设备(诸如多普勒雷达设备)或本领域现在已知或以后开发的可提供风向信息的任何其它感测设备。另外的传感器68可用来测量风力涡轮10的附加的操作参数，诸如电压、电流、振动等，如本文中所述。

现在参考图3，根据本公开的各方面，图示了风力涡轮功率系统100的一个实施例的示意图。尽管本公开将在本文中大体上参照图1所示的风力涡轮10进行描述，但是使用本文提供的公开内容的本领域普通技术人员应该理解，本公开的各方面也可应用于其它功率生成系统，并且如上所述，本发明不限于风力涡轮系统。

在图3和如上所述的实施例中，风力涡轮10(图4)的转子18能够可选地联接到齿轮箱38，齿轮箱38又联接到发电机102，发电机120可为双馈感应发电机(DFIG)。如图所示，DFIG 102可连接到定子总线104。此外，如图所示，功率转换器106可经由转子总线108连接到DFIG 102，并且经由线路侧总线110连接到定子总线104。照此，定子总线104可从DFIG102的定子提供输出多相功率(例如，三相功率)，并且转子总线108可从DFIG 102的转子提供输出多相功率(例如，三相功率)。功率转换器106还可包括转子侧转换器(RSC) 112和线路侧转换器(LSC) 114。DFIG 102经由转子总线108联接到转子侧转换器112。另外，RSC 112经由DC链路116联接到LSC 114，DC链路电容器118横跨该链路116。LSC 114又联接到线路侧总线110。

RSC 112和LSC 114可构造用于在使用诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)开关元件的一个或多个开关器件的三相脉宽调制(PWM)布置中的正常操作模式。此外，功率转换器106可联接到转换器控制器120，以便控制转子侧转换器112和线路侧转换器114的操作，如本文中所述。应当注意，转换器控制器120可配置为功率转换器106和涡轮控制器26之间的接口，并且可包括任何数量的控制设备。

在典型的配置中，还可包括各种线路接触器和电路断路器，包括例如电网断路器122，用于在连接到诸如电力网124的负载和从负载断开期间隔离DFIG 102的正常操作所需的各种部件。例如，系统电路断路器126可将系统总线128联接到变压器130，变压器130可经由电网断路器122联接到电力网124。在备选实施例中，熔断器可代替一些或全部电路断路器。

在操作中，通过旋转转子18在DFIG 102处生成的交流功率经由由定子总线104和转子总线108限定的双路径提供至电力网124。在转子总线108上，正弦多相(例如，三相)交流(AC)功率被提供至功率转换器106。转子侧转换器112将从转子总线108提供的AC功率转换成直流(DC)功率，并将DC功率提供至DC链路116。如通常所理解的，在转子侧转换器112的桥电路中使用的开关元件(例如，IGBT)可被调制，以将从转子总线108提供的AC功率转换成适合于DC链路116的DC功率。

此外，线路侧转换器114将DC链路116上的DC功率转换成适合于电力网124的AC输出功率。特别地，线路侧转换器114的桥电路中使用的开关元件(例如，IGBT)可被调制，以将DC链路116上的DC功率转换成线路侧总线110上的AC功率。来自功率转换器106的AC功率可用来自DFIG 102的定子的功率约束，以提供具有基本上保持在电力网124的频率(例如，50Hz或60 Hz)的频率的多相功率(例如，三相功率)。

另外，诸如电网断路器122、系统断路器126、定子同步开关132、转换器断路器134和线路接触器136的各种电路断路器和开关可被包括在风力涡轮功率系统100中，以连接或断开对应的总线，例如，当电流过大并且可能损坏风力涡轮功率系统100的部件或出于其它操作考虑时。在风力涡轮功率系统100中还可包括附加的保护部件。

此外，功率转换器106可经由转换器控制器120从例如本地控制系统176接收控制信号。控制信号尤其可基于风力涡轮功率系统100的感测到的状态或操作特性。典型地，控制信号提供用于控制功率转换器106的操作。例如，以DFIG 102的感测速度形式的反馈可用于控制来自转子总线108的输出功率的转换，以保持适当且平衡的多相(例如，三相)功率供应。来自其它传感器的其它反馈也可由(多个)控制器120、26使用来控制功率转换器106，包括例如定子和转子总线电压和电流反馈。使用各种形式的反馈信息，可生成开关控制信号(例如，用于IGBT的栅极定时命令)、定子同步控制信号和电路断路器信号。

功率转换器106还针对例如在毂20和转子叶片22处的风速中的变化来补偿或调节来自转子的三相功率的频率。因此，机械和电气转子频率被分离，并且电气定子和转子频率匹配基本上独立于机械转子速度而被促进。

在一些状态下，功率转换器106的双向特性以及具体地LSC 114和RSC 112的双向特性有利于将生成的电功率中的至少一些反馈回发电机转子中。更具体地，电功率可从定子总线104传输到线路侧总线110，并且随后通过线路接触器136并进入功率转换器106，具体地LSC 114，其充当整流器并将正弦三相AC功率整流成DC功率。DC功率被传输到DC链路116中。电容器118通过有利于减轻有时与三相AC整流相关联的DC纹波而有利于减轻DC链路电压幅度变化。

DC功率随后被传输到RSC 112，RSC 112通过调节电压、电流和频率将DC电功率转换成三相正弦AC电功率。该转换经由转换器控制器120来监测和控制。转换后的AC功率经由转子总线108从RSC 112传输到发电机转子。以这种方式，通过控制转子电流和电压来有利于发电机无功功率控制。

现在参考附图，图4图示了具有与输送电网190联接的多个风力涡轮发电机210的风电场200的框图。图4图示了三个风力发电机210；然而，风电场200中可包括任何数量的风力发电机。此外，如图所示，风力涡轮发电机210中的每一个包括响应于被控制的风力涡轮发电机210的条件的本地控制器212。在一个实施例中，针对每个风力涡轮发电机的控制器仅感测终端电压和电流(经由电压互感器和电流互感器)。感测到的电压和电流由本地控制器使用来提供适当的响应，以导致风力涡轮发电机210提供期望的无功功率。

每个风力涡轮发电机210通过发电机连接变压器215联接到集电器总线220，以向集电器总线220提供有功功率和无功功率(分别标记为P

风电场200经由风电场主变压器230提供有功功率输出和无功功率输出(分别标记为P

现在参考图5，图示了根据本公开的方面的可包括在涡轮级控制器212和/或场级控制器250内的合适部件的一个实施例的框图。如图所示，控制器212、250可包括一个或多个处理器252和(多个)相关联的存储器设备254，其配置成执行各种计算机实现的功能(例如，执行如本文中公开的方法、步骤、计算等和存储相关数据)。另外，控制器212、250还可包括通信模块256，以便于控制器212、250和风电场200的各种部件之间的通信。此外，通信模块256可包括传感器接口258(例如，一个或多个模数转换器)，以允许从一个或多个传感器260、262、264传输的信号被转换成可被处理器252理解和处理的信号。应当意识到、传感器260、262、264可使用任何合适的手段通信地联接到通信模块256。例如，如图所示、传感器260、262、264经由有线连接联接到传感器接口258。然而，在其它实施例中、传感器260、262、264可经由无线连接联接到传感器接口258，诸如通过使用本领域已知的任何合适的无线通信协议。

如本文中所用，术语“处理器”不仅指在本领域中被称为包含在计算机中的集成电路，还指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路。另外，(多个)存储器设备254大体上可包括(多个)存储器元件，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，闪存存储器)、软盘、致密盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能盘(DVD)和/或其它合适的存储器元件。(多个)这样的存储器设备254可大体上配置成存储合适的计算机可读指令，当由(多个)处理器252实现时，所述指令配置控制器212、250来执行如本文中描述的各种功能。

传感器260、262、264可包括配置成向场级控制器250提供反馈测量值的任何合适的传感器。在各种实施例中，例如，传感器260、262、264可为以下任何一个或其组合：电压传感器、电流传感器和/或任何其它合适的传感器。

现在参看图6-8，示出了根据本公开的用于控制诸如风电场的发电厂的各种系统和方法的实施例。具体而言，图6示出了根据本公开的具有监管控制器(例如，如场级控制器250)和涡轮级控制器212的系统300的一个实施例的功能图。图7示出了根据本公开的用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源(如风力涡轮)的方法400的一个实施例的流程图。图8示出了根据本公开的涡轮级控制器212的实施例的功能图。

特别参看图6，示出了用于控制风电场200的系统300的实际实施方式。具体而言，如图所示，场级控制器250可包括具有上限和下限(例如，Q

现在参看图7，本文中描述的方法400大体上应用于控制基于逆变器的资源，如风力涡轮10，其可为具有多个基于逆变器的资源的发电厂(如本文中参照图4和6所述的风电场200)的一部分。因此，在此类实施例中，发电厂(例如，风电场200)可由监管控制器(例如，场级控制器250)控制。然而，应当认识到，所公开的方法400可使用配置成供应无功功率以应用于诸如功率电网的负载的任何其它基于逆变器的资源(如太阳能功率系统、水功率系统、储能功率系统或它们的组合)来实施。此外，图7出于图示和论述的目的绘出了以特定顺序执行的步骤。本领域中的普通技术人员使用本文中提供的公开内容将理解到，本文中公开的任何方法的各种步骤可以以各种方式改变、省略、重新排列和/或扩展，而不脱离本公开容的范围。

如(402)处所示，方法400包括经由基于逆变器的资源的控制器确定电力网的可用有功功率。如(404)处所示，方法400包括经由控制器基于发电机的速度和额定值的影响来确定基于逆变器的资源的可用有功功率。如(406)处所示，方法400包括经由控制器基于电力网的可用有功功率和基于逆变器的资源的可用有功功率来确定最小可用有功功率。如(408)处所示，方法400包括经由控制器基于该基于逆变器的资源的一个或多个热容限来确定基于逆变器的资源的有功功率限制变化。如(410)处所示，方法400包括经由控制器根据最小可用有功功率和有功功率限制变化确定有功功率估值。如(412)处所示，方法400包括将有功功率估值提供到用于控制基于逆变器的资源的监管控制器。

可参看图8-10中所示的系统500更好地理解图7的方法400。具体而言，如图所示，系统500可包括多个计算机模块，这些计算机模块可为控制器(如本文中所述的控制器26,212,250中的任何)的一部分，如以下任何一个或多个：转换器电网相关功率限制器模块502、转矩到功率转换和调节模块504、转换器时限过电流热容限模块506、转矩限制器模块508和/或滤波组件510(例如，滤波和边界排序状态模块)。

因此，如图8和图9中所示，转换器电网相关功率限制器模块502配置成从电力网接收电压幅度512，并且将功率限制器应用于电压幅度512以确定电力网的可用有功功率514。在特定实施例中，如图9中所示，转换器电网相关功率限制器模块502可包括由可调整直线段构成的分段函数。因此，如图所示，转换器电网相关功率限制器模块502接收电网电压幅度512，并且确定最大有功功率限制514作为输出。例如，在实施例中，功率产生是电压和电流的乘积。因此，如图所示，如果电网电压变化，则电流也会在允许的限制内调整，以维持相同的功率水平或至少最大可能的功率水平。

因此，该功能负责在电网条件(如电压幅度)不利并且风力涡轮容量应当改为用于无功功率产生时减少有功功率流。在正常稳态操作条件下，电网相关功率限制器502对如本文中所述的有功功率容量的估计几乎没有影响。然而，在瞬态低电压条件期间，电网相关功率限制器502成为控制逻辑中的主导驱动器。电网相关功率限制器502中的错误配置或有意定制配置也可能导致稳定的低有功功率容量。

确认有功功率产生与实际机械速度之间的相关性也是动态有功功率估计的一部分。因此，并且返回参看图8，转矩到功率转换和调节模块504配置成基于发电机102的速度和额定值中的至少一个的影响来确定基于逆变器的资源的可用有功功率516。具体而言，如图所示，转矩到功率转换和调节模块504配置成接收与发电机102的速度和额定值中的至少一个相关的发电机102的多个操作参数，并且根据发电机102的多个操作参数确定基于逆变器的资源的可用有功功率516。在此类实施例中，如图所示，发电机102的多个操作参数可包括例如转子速度515、发电机速度、铭牌额定瓦特517、额定转矩519、允许的过载521或它们的组合。具体而言，在实施例中，转矩到功率转换和调节模块504配置成使用功率(P)等于电转矩(τ)乘以角速度(ω)的表达式(例如，P =τ*ω)，并且基于涡轮额定值将限制应用于转矩和功率，其中允许一定量的临时过载。因此，在实施例中，转矩到功率转换和调节模块504接收在正常操作下遵循的转矩参考值；如果该转矩参考值改变为当前速度下允许的最大值，则结果是基于逆变器的资源的可用有功功率516。

仍然参看图8，系统500配置成基于电力网的可用有功功率514和基于逆变器的资源的可用有功功率516来确定最小可用有功功率518。具体而言，如图所示，系统500可经由比较器520接收电力网的可用有功功率514和基于逆变器的资源的可用有功功率516，并且选择电力网的可用有功功率或基于逆变器的资源的可用有功功率中的较低者。

另外，随着电气系统构件中的任何构件中的热容限耗尽，风力涡轮可能经历有功功率降额。这通常发生在同时具有高环境温度的高负载风力涡轮中。为了维持连接到电力网的风力涡轮，在降低的功率水平下的操作(即，降额)于是变得有必要。

因此，如图所示，转换器时限过电流热容限模块506配置成基于该基于逆变器的资源的一个或多个热容限来确定基于逆变器的资源的有功功率限制变化522。因此，由转换器时限过电流热容限模块506计算的降额量有助于预报可用容量的降低，如果风力涡轮保持在线，可用容量的降低将很快发生。例如，在实施例中，转换器时限过电流热容限模块506配置成接收与发电机102的速度和降额中的至少一个相关的多个操作参数，使用多个操作参数确定基于逆变器的资源的一个或多个构件的时限过电流热容限，以及基于该基于逆变器的资源的一个或多个构件的时限过电流热容限确定基于逆变器的资源的有功功率限制变化。在此类实施例中，多个操作参数可包括例如转子速度515、发电机速度、允许的过载521或它们的组合。

因此，转换器时限过电流热容限模块506负责提供成用于功率转换器内侧的不同构件的现有热过载保护。大体上，该模块称为"时限过电流"热模块，因为根据电流的时间曲线用于估计构件可承受由特定电流产生的加热多长时间。具体而言，每单位时间(y轴)对每单位电流(x轴)的示例曲线600在图10中示出。因此，在某些实施例中，功率转换器106使用该信息来监测其构件有多接近热过载(也称为失去热容限)。当单个构件失去其所有热容限时，功率转换器106可向涡轮机控制器26发送功率降低请求，使得风力涡轮10可保持操作，但是处于较低功率水平下，而其它构件重新获得热容限。因此，当风力涡轮10在热过载场景下操作时，转换器时限过电流热容限模块506估计最大功率水平产生。

返回参看图8，如图所示，转矩限制器模块508配置成基于最小可用有功功率518来确定是否能够修改发电机102的转矩命令。例如，在实施例中，转矩限制器模块508配置成接收发电机102的转矩命令限制524和电力网的功率反馈估值526，并且确定转矩命令在由发电机102的电压和额定值施加的限制中的影响。换言之，在系统500内考虑并且在本文中描述的所有技术方面正在同时变化并且以线性和非线性方式(例如，嵌套调节回路)与彼此相互作用。如果系统500确定转矩参考值已经达到某个动态最大限制，则通过将其输出锁定到当前有功功率产生而在系统500中引入了该影响。

此外，如图所示，系统500配置成根据基于逆变器的资源的最小可用有功功率518和有功功率限制变化522确定有功功率估值536。因此，有功功率估值536可提供到监管控制器(例如，场级控制器250)。因此，场级控制器250可从多个基于逆变器的资源接收有功功率估值，使得控制器可基于有功功率估值定制用于多个基于逆变器的资源的命令。

在进一步的实施例中，并且仍然参看图8，如530处所示，来自转矩限制器模块508的输出528可与有功功率限制变化522相加。来自加法器530的输出也可经由限制器532进行限制，并且经由滤波组件510进行滤波。具体而言，在实施例中，滤波组件510配置成对有功功率估值536进行滤波。例如，在实施例中，滤波组件510可接收功率转换器106的转子桥的操作状态(例如，R_Running534)以指示转子桥的状态。因此，滤波组件510可在确定有功功率估值536之前确保操作状态正在运行。而且，滤波对用于确定有功功率估值536的信号提供平滑化，使得信号不会变化太快。

在另外的实施例中，系统500还配置成使用例如下面的等式(1)来根据基于逆变器的资源的有功功率估值536和无功功率确定视在功率估值：

视在功率=|有功功率+j*无功功率|= 

其中P是有功功率，而Q是无功功率。假设根据参考文献可获得无功功率容量，则可使用本文中所述的系统和方法推导出有功功率容量。

现在参看图11，本文中描述的方法700大体上应用于控制诸如风力涡轮10的基于逆变器的资源，其可为具有多个基于逆变器的资源的发电厂(如本文中参照图4和6所述的风电场200)的一部分。因此，在此类实施例中，发电厂(例如，风电场200)可由监管控制器(例如，场级控制器250)控制。然而，应当认识到，所公开的方法700可使用配置成供应无功功率以应用到诸如功率电网的负载的任何其它基于逆变器的资源(如太阳能功率系统、水功率系统、储能功率系统或它们的组合)来实施。此外，图11出于图示和论述的目的绘出了以特定顺序执行的步骤。本领域中的普通技术人员使用本文中提供的公开内容将理解到，本文中公开的任何方法的各种步骤可以以各种方式改变、省略、重新排列和/或扩展，而不脱离本公开的范围。

如(702)处所示，方法700包括经由基于逆变器的资源的控制器，根据基于逆变器的资源的机电额定值、电力网的电网电压、发电机的速度和基于逆变器的资源的热降额确定有功功率容量。如(704)处所示，方法700包括将有功功率容量提供到用于控制基于逆变器的资源的监管控制器。

本发明的其它方面由以下条款的主题提供：

1. 一种用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源的方法，该基于逆变器的资源具有发电机和功率转换器，该方法包括：

经由基于逆变器的资源的控制器确定电力网的可用有功功率；

经由控制器基于发电机的速度和额定值的影响来确定基于逆变器的资源的可用有功功率；

经由控制器基于电力网的可用有功功率和基于逆变器的资源的可用有功功率来确定最小可用有功功率；

经由控制器基于该基于逆变器的资源的一个或多个热容限来确定针对基于逆变器的资源的有功功率限制变化；

经由控制器根据最小可用有功功率和有功功率限制变化确定有功功率估值；以及

将有功功率估值提供到用于控制基于逆变器的资源的监管控制器。

2. 条款1的方法，其中确定电力网的可用有功功率进一步包括：

经由基于逆变器的资源的控制器从电力网接收电压幅度，以及

经由控制器将功率限制器应用到电压幅度以确定电力网的可用有功功率。

3. 前述条款中任一项的方法，其中基于发电机的速度和额定值中的至少一个的影响来确定基于逆变器的资源的可用有功功率进一步包括：

经由控制器接收与发电机的速度和额定值中的至少一个相关的发电机的多个操作参数，发电机的多个操作参数包括转子速度、发电机速度、铭牌额定瓦特、额定转矩或允许的过载中的一个或多个；以及

根据发电机的多个操作参数确定基于逆变器的资源的可用有功功率。

4. 前述条款中任一项的方法，其中基于电力网的可用有功功率和基于逆变器的资源的可用有功功率确定最小可用有功功率进一步包括：

经由比较器接收电力网的可用有功功率和基于逆变器的资源的可用有功功率，以及

选择电力网的可用有功功率或基于逆变器的资源的可用有功功率中的较低者。

5. 前述条款中任一项的方法，其中基于该基于逆变器的资源的一个或多个热容限来确定针对基于逆变器的资源的有功功率限制变化进一步包括：

经由控制器接收与发电机的速度和降额中的至少一个相关的多个操作参数，多个操作参数包括转子速度、发电机速度或允许的过载中的一个或多个；

经由控制器使用多个操作参数确定针对基于逆变器的资源的一个或多个构件的时限过电流热容限，以及

经由控制器基于针对该基于逆变器的资源的一个或多个构件的时限过电流热容限确定针对基于逆变器的资源的有功功率限制变化。

6. 前述条款中任一项的方法，进一步包括基于最小可用有功功率来确定是否能够修改发电机的转矩命令。

7. 条款6的方法，其中基于最小可用有功功率来确定是否能够修改发电机的转矩命令进一步包括：

接收发电机的转矩命令限制和电力网的功率反馈估值，以及

经由控制器确定转矩命令在由发电机的电压和额定值施加的限制中的影响。

8. 前述条款中任一项的方法，进一步包括经由控制器的滤波组件对有功功率估值进行滤波。

9. 条款8的方法，进一步包括：

经由控制器的滤波组件接收功率转换器的转子桥的操作状态，以及

在确定有功功率估值之前确保操作状态正在运行。

10. 前述条款中任一项的方法，其中基于逆变器的资源是具有多个基于逆变器的资源的发电厂的一部分，发电厂由监管控制器控制。

11. 条款10的方法，其中基于逆变器的资源包括风力涡轮，并且发电厂包括风电场。

12. 条款10的方法，进一步包括：

根据针对多个基于逆变器的资源中的每一个的最小可用有功功率和有功功率限制变化确定有功功率估值；

将针对多个基于逆变器的资源中的每一个的有功功率估值提供到监管控制器，以及

经由监管控制器基于有功功率估值来定制多个基于逆变器的资源的命令。

13. 前述条款中任一项的方法，进一步包括经由控制器根据基于逆变器的资源的有功功率估值和无功功率确定视在功率估值。

14. 一种用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源的方法，该基于逆变器的资源具有发电机和功率转换器，该方法包括：

经由基于逆变器的资源的控制器，根据基于逆变器的资源的机电额定值、电力网的电网电压、发电机的速度和基于逆变器的资源的热降额确定有功功率容量；以及

将有功功率容量提供到用于控制基于逆变器的资源的监管控制器。

15. 一种用于控制连接到电力网的基于逆变器的资源的系统，该基于逆变器的资源具有发电机和功率转换器，该系统包括：

监管控制器；

通信地联接到监管控制器的本地控制器，本地控制器配置成执行多个操作，多个操作包括：

确定电力网的可用有功功率；

基于发电机的速度和额定值的影响来确定基于逆变器的资源的可用有功功率；

基于电力网的可用有功功率和基于逆变器的资源的可用有功功率确定最小可用有功功率；

基于该基于逆变器的资源的一个或多个热容限来确定针对基于逆变器的资源的有功功率限制变化；

根据最小可用有功功率和有功功率限制变化确定有功功率估值，以及

将有功功率估值提供到用于控制基于逆变器的资源的监管控制器。

16. 条款15的系统，其中确定电力网的可用有功功率进一步包括：

经由基于逆变器的资源的控制器从电力网接收电压幅度，以及

经由控制器将功率限制器应用到电压幅度以确定电力网的可用有功功率。

17. 条款15-16的系统，其中基于发电机的速度和额定值中的至少一个的影响来确定基于逆变器的资源的可用有功功率进一步包括：

经由控制器接收与发电机的速度和额定值中的至少一个相关的发电机的多个操作参数，发电机的多个操作参数包括转子速度、发电机速度、铭牌额定瓦特、额定转矩或允许的过载中的一个或多个；以及

根据发电机的多个操作参数确定基于逆变器的资源的可用有功功率。

18. 条款15-17的系统，其中基于电力网的可用有功功率和基于逆变器的资源的可用有功功率确定最小可用有功功率进一步包括：

经由比较器接收电力网的可用有功功率和基于逆变器的资源的可用有功功率，以及

选择电力网的可用有功功率或基于逆变器的资源的可用有功功率中的较低者。

19. 条款15-18的系统，其中基于该基于逆变器的资源的一个或多个热容限来确定针对基于逆变器的资源的有功功率限制变化进一步包括：

经由控制器接收与发电机的速度和降额中的至少一个相关的多个操作参数，多个操作参数包括转子速度、发电机速度或允许的过载中的一个或多个；

经由控制器使用多个操作参数确定针对基于逆变器的资源的一个或多个构件的时限过电流热容限，以及

经由控制器基于针对该基于逆变器的资源的一个或多个构件的时限过电流热容限确定针对基于逆变器的资源的有功功率限制变化。

20. 条款15-19的系统，进一步包括基于最小可用有功功率来确定是否能够修改发电机的转矩命令，其中基于最小可用有功功率来确定是否能够修改发电机的转矩命令进一步包括：

接收发电机的转矩命令限制和电力网的功率反馈估值，以及

经由控制器确定转矩命令在由发电机的电压和额定值施加的限制中的影响。

本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有非实质性差异的等效结构要素，则这些其它示例旨在处于权利要求书的范围内。