[发明专利]变流器的控制模块、控制单元和其控制方法以及风能设备

说明书

本发明涉及变流器的控制模块、控制单元和其控制方法以及风能设备。所述变流器尤其是风能设备的功率变流器，所述控制模块设立用于操控变流器，使得所述变流器模仿同步电机的性能，所述控制模块包括：调节回路，尤其内部的调节回路，所述调节回路尤其是可设定的虚拟导纳，借助于所述虚拟导纳操控变流器，以模仿同步电机的性能。

技术领域

本发明涉及变流器尤其风能设备的功率变流器的控制模块，所述控制模块设立用于操控变流器，使得变流器模仿同步电机的性能。

本发明还涉及一种具有这种控制模块的控制单元、一种具有这种控制模块的变流器以及一种用于控制该控制模块的方法和一种具有这种控制模块和/或执行这种方法的风能设备。

背景技术

由于传统的、通过同步发电机驱动的发电厂日益受可再生的、基于变流器的发生器排挤，经典的同步发电机越来越多丧失在供电网内的影响。

由于同步发电机的这种减少，同样引起传统的、稳定供电网的惯性的减少。

因为在供电网内的这种变化的影响几乎是未经研究的，所以存在如下考虑：将可再生的发生器的变流器运性能，使得所述变流器在供电网处如同步电机一样起作用。换言之，变流器应模仿同步电机的性能，而在此不会失去换流器技术的优势。这种如此运行的变流器也称为虚拟同步电机。

近年来，为此提出了各种各样的用于同步电机模仿的调控方法。

所述方法中的一些，例如在R.Rosso，J.Cassoli，G.Buticchi，S.Engelken和M.Liserre的“Robust stability analysis of LCL filter based synchronverterunder different grid conditions”(IEEE Trans.Power Electron，2018，doi：10.11 09/TPEL.2018.2867040)中所示出的那样，甚至相对于标准建立的变流器调控方法具有优点，尤其是在所谓的弱电网处，即短路功率低，例如短路比(short circuit ratio SCR)4的电网。

迄今为止已知的用于借助于变流器模仿同步电机的方法的缺点在于，所述方法并非针对可能的在供电网中出现的电网故障来设计。

发明内容

因此，本发明的目的是解决上述问题中的至少一个，尤其要提出一种用于克制针对虚拟同步电机的电网故障的调控方法，优选用于即使在电网故障和变流器的硬件特性的边缘条件下也能够继续再现真实同步电机的特性。

因此，根据本发明提出变流器尤其风能设备的功率变流器的控制模块，所述控制模块设立用于操控变流器，使得变流器模仿同步电机的性能，所述控制模块包括尤其内部的调节回路，所述调节回路具有尤其可设定的虚拟导纳，借助于所述虚拟导纳操控变流器，以便模仿同步电的性能。

因此，控制模块设立用于如虚拟同步电机一样地运行变流器，尤其使得变流器在供电网处静态地和动态地看起来像同步电机一样。

如果在下文提到虚拟值，例如虚拟的凸极转子电压(Polradspannung)，那么尤其应将其理解为如下值，所述值在变频器操控中与正常同步电机的值相对应。对变流器的控制在此尤其经由或借助于虚拟导纳来进行，所述虚拟导纳例如在内部的调节回路优选电流调节回路中使用。

调节回路例如包括在变流器的连接点处检测到的电网电压和虚拟同步电机的虚拟凸极转子电压之间的电压平衡，其结果经由虚拟导纳引导，以便产生变流器的电流期望值。

通过使用虚拟导纳，尤其可行的是，将虚拟同步电机的电流幅度设定为，尤其使得在电网故障情况下由虚拟同步电机产生的电流幅度不超过变流器硬件的边缘条件。