用于控制DC传输链路的方法和设备技术领域
本发明涉及一种用于控制DC传输链路的方法和设备，所述DC传输链路用于将电力从连接到该DC传输链路的第一侧的AC-DC转换器的功率产生单元（特别是风力涡轮机）传输到与在该DC传输链路的第二侧的DC-AC转换器相连的公用事业电网。
背景技术
需要把在风力电厂或风力园中产生的电能传输到公用事业电网，一家或多家消费者连接到所述公用事业电网以便被供应电能。
可以通过HVAC（高电压交流电）或HVDC（高电压直流电）传输线把来自离岸风力发电厂的功率传输到附近的陆上传输系统。在连接大的发电厂时，需要满足陆上传输系统的电网规程要求。其中一项重要的要求可能是低电压故障穿越，这意味着即使当电网电压下降在标称阈值水平（通常是0.9pu，“pu”意味着每单位，即实际值与标称值的比值）以下时，风力发电厂（WPP）也需要保持连接。但是穿越要求的时间长度在各家电力系统运营商之间可能不同。
在HVAC传输的情况下，电网中的该电压下降被直接反映在风力涡轮机的终端处。
HVDC传输系统将两个相连的AC系统（即向其馈送功率的公用事业电网或电力系统与WPP收集器网络）解耦。因此，电网端部的状况没有被直接反映在风力涡轮机的终端处。其结果是，WPP将产生与之前相同的有功功率，而通过电网侧电压源转换器（其也被称作VSC）发送到电网的功率则更低得多。功率的不平衡可能会非常快速地提高HVDC传输线中的DC电压水平，这是因为所述传输系统中的电容器（转换器电容器和线缆电容器）可能是仅有的可用能量存储器件。如果功率的不平衡过大，则DC侧电压将很快升高到安全极限以上，并且系统将很快断开。于是，LV FRT（低电压故障穿越）要求没有得到满足。
关于实施控制方法以便针对具有HVDC传输连接的WPP克服与LV FRT有关的问题方面，存在由不同的作者提到的一些技术。对于控制方法的选择受到对于在WPP的每一台风力涡轮机中装备的发电机和/或转换器的选择的影响。
在一些文献（例如下面参见的参考文献[1]）中提出了在LV FRT期间使用DC斩波器来耗散能量。不管在WPP中使用的风力涡轮机的类型如何，DC斩波器都可以被实施在HVDC传输系统中。DC斩波器被放置在靠近电网侧VSC的HVDC链路处。当出现两个端部转换器之间的能量不平衡时（由于电网中的故障），DC链路电压开始升高。当越过HVDC电压阈值水平时，DC斩波器被激活；同时多余的能量被耗散到斩波器电阻器中。
在参考文献[2]中提出了通过控制WPP收集器网络频率来控制LV FRT模式期间的有功功率产生。在所述文献中提出的控制是基于装备有感应发电机而没有功率转换器的失速型风力涡轮机。所提到的方法使得通过WPP侧VSC来控制WPP收集器网络频率，以便调节电网侧LV故障期间的功率产生。
在参考文献[3]中提出了对于WPP收集器网络AC电压的控制，这是基于两个端部转换器之间的通信信号而实现的。计算在故障期间递送到电网的功率，并且被发送到WPP侧VSC。利用该功率参考，计算新的电压参考以便通过WPP侧VSC在WPP收集器网络中实现受控电压下降。所述控制技术主要集中于具有双馈感应发电机的风力涡轮机。
参考文献：
[1]Jiang-H?fner, Y.、Ottersten, R.（2009），HVDC with Voltage Source Converters – A Desirable Solution for connecting Renewable Energies，8th International workshop in large-scale integration of wind power into power systems as well as on transmission networks for offshore wind farms
[2]Tanomura, K.、Arai, J.、Noro, Y.、Takagi, K.和Kato, M.（2009），New control for HVDC system connected to large wind-farm，Electrical Engineering in Japan，166: 31-39. doi: 10.1002/eej.20539
[3]Feltes, C.、Wrede, H.、Koch, Friedrich;F.、Erlich, I.（2008），Fault Ride-Through of DFIG-based Wind Farms connected to the Grid through VSC-based HVDC Link，16th Power Systems Computation Conference（PSCC 2008）。
可能需要一种用于控制把电力从功率产生单元传输到公用事业电网的DC传输链路的方法和设备，其在公用事业电网中的故障期间（比如例如涉及到公用事业电网处的AC电压下降的短路）特别适用。具体来说，可能需要一种与现有技术中所提出的相比更加有效并且/或者构造更加简单的用于控制DC传输链路的方法和设备。
发明内容
根据独立权利要求的主题内容可以满足这一需求。本发明的有利实施例由从属权利要求描述。
根据本发明的一个实施例，提供一种用于控制DC传输链路（其能够在例如10km和500km之间的长距离上传输电力，其中所述传输链路特别包括提供一条或多条电线的电缆，其中电线的数目对应于电相的数目，所述DC传输链路特别在传输链路的第一侧包括也被称作AC-DC转换器的第一转换器，并且在传输链路的第二侧包括特别也被称作DC-AC转换器的第二转换器）的方法，所述DC传输链路把电力（其特别是由基本上恒定的直流电流和电压形成的DC电力，特别地不随着特定频率振荡）从功率产生单元传输到公用事业电网（其为一家或多家消费者提供电能，其中特别提供具有例如50Hz或60Hz的预定频率的能量），所述功率产生单元被连接到DC传输链路的第一侧（所述功率产生单元被连接到该侧，其也被称作风力电厂侧的风力涡轮机侧）的AC-DC转换器（用于把接收自（至少一个）功率产生单元的AC电压转换成基本上是直流的DC电压的电子/电组件，所述DC电压被利用来把电能从传输链路的第一转换器传输到DC传输链路的第二转换器），所述功率产生单元特别是风力涡轮机（其特别包括风力涡轮机塔架、安装在风力涡轮机塔架顶上的机舱、在机舱内可旋转地支持的转子轴，其中所述转子轴在一侧机械地连接到发电机，并且其中所述转子轴在另一侧具有与之连接的一个或多个转子叶片，所述转子叶片在风的影响下旋转，其中所述风力涡轮机的发电机特别连接到风力涡轮机转换器，其用于把可变频率的AC功率流或电压转换成固定频率的AC功率流或电压，其中所述AC电压具有例如对应于50Hz或60Hz的预定频率），所述公用事业电网被连接到DC传输链路的第二侧（其也被称作电网侧）的DC-AC转换器（其也被称作第二转换器，被适配成用于把DC电压转换成固定频率的AC电压，其中所述AC电压的频率和AC电压的量值可以由本地规范或公用事业电网的控制者定义）。因此，所述方法包括：获得（特别是通过控制线（比如电控制线）获得）指示DC传输链路处的DC电压的DC电压信号（特别是电信号或光学信号）（其中所述DC电压可以与沿着DC传输链路的传输线缆的特定位置有关（或者可以是在该处已被测量的），其中所述DC电压特别可以是在传输线缆的第一转换器与第二转换器之间的特定位置处测量的，其中特别在施行所述用于控制DC传输链路的方法期间，可以在沿着DC传输链路的传输线缆的不同位置处测量DC电压，其中所述不同位置可以在其分别与第一转换器和第二转换器的距离方面是不同的）；以及控制（特别是通过提供控制信号来控制，比如电控制信号或光学控制信号，所述控制信号特别是AC-DC转换器的AC参考电压）AC-DC转换器（即处在DC传输链路的功率产生单元侧的第一转换器），从而基于所述DC电压信号调节AC-DC转换器的AC侧的AC电压。
特别来说，AC-DC转换器的AC侧的AC电压可以被提供到功率产生单元，其又可以影响功率产生单元的功率产生。因此，特别通过控制AC-DC转换器的AC侧的AC电压，还可以（间接地）控制特别是风力涡轮机的功率产生单元的功率产生（特别是功率产生的数量）。
特别来说，可以在公用事业电网中的故障期间施行所述方法，其中所述故障可能涉及AC电网电压的电压下降，即DC传输链路的DC-AC转换器（第二转换器）的AC侧的AC电压。特别来说，为了增大DC电压，可以调节减小AC-DC转换器的AC侧（即功率产生单元侧）的AC电压。通过减小功率产生单元侧的AC电压又可以导致控制风力涡轮机的功率输出，特别是通过倾斜转子叶片、加速转子、减小转子上的扭矩等等，正如本领域内已知的那样。
特别来说，DC电压信号可以与代表测量DC传输链路处的DC电压的测量结果的测量信号有关，特别是在沿着DC传输链路的传输线缆的特定位置处。特别来说，在公用事业电网的故障期间（以及/或者在故障已发生之后），可以测量靠近AC-DC转换器（即第一转换器）的DC电压。特别来说，为了施行所述方法，在第一转换器与第二转换器之间可以不需要存在通信。特别来说，可以不需要测量在第一转换器处（从功率产生单元）接收到的功率，并且可以不需要测量从第二转换器（向公用事业电网）发送的功率。
此外，特别来说，所述控制方法可以不需要调节或改变DC传输链路的功率产生单元侧或公用事业电网侧的频率。特别来说，在所述方法期间，第一侧的AC-DC转换器的AC侧的电压频率可以保持恒定。此外特别来说，在施行所述控制方法期间，DC传输链路的DC-AC转换器（即第二转换器）的AC侧的频率可以保持恒定。
特别来说，可以在低电压故障穿越（LV FRT）期间应用或施行所述方法。当公用事业电网的AC电压在电网侧变压器的低电压侧下降到标称值以下时可能会存在低电压故障。
特别来说，多台风力涡轮机可以通过相应的变压器连接到所谓的收集器网络内的共同耦合点（PCC）。特别来说，所述共同耦合点可以连接到子站变压器，其可以把风力涡轮机在例如33kV的电压下提供的能量流变换到例如80kV和150kV之间的电压。备选地，也可以没有所述子站变压器。如果存在的话，所述子站变压器于是可以连接到DC传输链路的第一转换器，其可以把所述多台风力涡轮机提供的AC电压（其特别具有可变频率）转换成基本上恒定的DC电压，从而允许把电能通过DC传输链路的传输线缆传输到第二转换器，即DC传输链路的第二侧的DC-AC转换器。第二转换器随后把所述DC电压转换成该DC-AC转换器的AC侧的固定频率AC电压。
根据本发明的一个实施例，如果DC电压信号指示DC传输链路处的DC电压超出预定阈值，则控制减小AC-DC转换器的AC侧的AC电压。当DC传输链路处的DC电压超出预定阈值时，这可能指示发生了故障，特别是公用事业电网处的电压下降。特别来说，可以测量或者获得DC电压的改变速率，并且可以基于所获得或者测量的DC电压改变速率来识别或确定故障。在其他实施例中，可以基于所获得或者测量的DC电压与所获得或者测量的DC电压改变速率的组合来确定故障。从而提供了一种检测或确定公用事业电网中的故障的简单方式。特别来说，检测或确定公用事业电网中的故障可以不需要测量或者获得在第一转换器处接收到的功率或者从第二转换器输送到公用事业电网的功率。特别来说，可以不需要基于在第一转换器处接收到的功率与由第二转换器传输或输出的功率之间的功率不平衡来检测公用事业电网中的故障。
根据本发明的一个实施例，DC传输链路处的DC电压与预定阈值之间的差越大，AC-DC转换器的AC侧的AC电压被减小（即降低）得就越多（或者被控制成减小得越多）。如果DC传输链路处的DC电压与预定阈值之间的差较大，则比起在所述DC电压与预定阈值之间的差较小的情况，AC-DC转换器的AC侧的AC电压被减小的程度更高。从而就可以提供一种简单的控制方法。特别来说，在沿着DC传输链路的传输线缆的特定位置处测量或者获得的DC电压可以是关于公用事业电网是否发生了电压下降的适当指示。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：如果DC传输链路处的DC电压超出预定阈值，则控制DC传输链路的第二侧的DC-AC转换器（特别是通过提供控制信号）采用电流限制模式（这是其中限制电流以使其不离开特定电流范围的一种特定操作模式），以便限制流经该DC-AC转换器的电流。特别来说，所述电流限制模式可以是这样一种特定操作模式，其中如果DC传输链路处的DC电压超出预定阈值，则限制转换器电流以使其不离开特定电流范围，从而确保转换器系统中的半导体器件的安全操作。
特别来说，在这种情况下，DC-AC转换器可以被控制成不根据恒定DC电压模式来操作，在所述恒定DC电压模式中其把传输链路的DC电压保持恒定。特别来说，在这种情况期间，DC电压可以超出阈值，并且可以在故障期间被保持在高于预定阈值的值。通过限制流经DC传输链路的电流可以限制从第一转换器通过传输链路（特别是通过传输线缆）传输到第二转换器的电力，从而限制DC电压的增大，从而保护传输链路或者整个功率产生设施的组件。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：如果DC传输链路处的DC电压低于预定阈值（或者接近标称DC电压），则控制DC传输链路的第二侧的DC-AC转换器采用恒定DC电压模式，以便把DC电压保持恒定在预定标称DC电压（其特别是小于所述预定阈值）。特别来说，在这种情况期间，公用事业电网可以在没有任何故障的情况下按照正常方式操作，从而提供标称电网AC电压。在这种情况期间，可能有利的是把DC传输链路的DC电压保持在恒定的（特别是相对较高的）值，以便实现高效的能量传输。从而可以减少传输损失。
根据本发明的一个实施例，所述控制方法还包括：如果DC传输链路处的DC电压低于预定阈值，则控制DC传输链路的第一侧的AC-DC转换器采用恒定AC电压模式，以便把AC电压保持恒定在预定标称AC电压。特别来说，当在公用事业电网处没有故障发生时，上述控制可以在电网的正常操作期间发生。特别来说，通过在DC传输链路的第一侧提供恒定的AC电压可以指示所连接的功率产生单元（特别是风力涡轮机）操作在正常模式下，其中例如风力涡轮机提供标称功率输出。特别来说，风力涡轮机的标称输出也可以被称作风力涡轮机的额定输出，其可以是针对优化的功率产生而设计的。从而在公用事业电网中没有任何故障的情况下，功率产生单元可以操作在最优操作模式下，同时可以减少（特别来说是优化）通过DC传输链路的电力传输的传输损失。
特别来说，传输链路中的高DC电流可能指示通过DC传输链路的大功率传输，其可能与从第二转换器（去到公用事业电网）的功率释放不平衡。因此，传输链路中的DC电流的增大可以指示需要减少功率产生单元的功率产生，以便平衡输入到第一发电机与输出自第二发电机的功率。如果不会达到功率平衡，则DC电压可能会增大，这可以通过所述控制方法来避免。
根据本发明的一个实施例，DC电压越大，AC-DC转换器的AC侧的AC电压被控制（或调节）成减小得就越多（特别来说，DC电压的增大可以导致传输链路中的DC电流的甚至更强的减小，并且DC电压与DC电流的乘积越小，AC-DC转换器的AC侧的AC电压就被控制（或调节）得越小）。特别来说，DC电压越大，公用事业电网中的故障（特别是电网AC电压下降）可能就越严重。此外，DC电压越大，输入到第一转换器的功率与输出自第二转换器的功率之间的功率不平衡可能就越严重。为了反制所述功率不平衡，可能需要减小AC-DC转换器的AC侧的AC电压，以便使得功率产生单元减少其功率产生。
根据本发明的一个实施例，项越小，AC-DC转换器的AC侧的AC电压被控制（或调节）成减小得就越多（特别来说，所述项越小，AC-DC转换器的AC侧的AC电压被控制（或调节）得就越小，或者AC电压被控制成随着所述项增大而增大），其中所述项随着DC电压的增大而增大，其中所述项随着在从AC-DC转换器到DC-AC转换器的传输链路中流动的DC电流的增大而增大，其中所述项随着通过AC-DC转换器从功率产生单元流到DC传输链路的AC电流的增大而减小。特别来说，所述项可以是DC电压、DC电流以及从功率产生单元提供到第一转换器的AC电流的函数。
特别来说，所述DC电压、DC电流以及从功率产生单元流到AC-DC转换器的AC电流可以是去到根据本发明的一个实施例的用于控制DC传输链路的设备的输入信号。特别在公用事业电网的AC电压的低电压下降期间，通过考虑所能获得（特别是测量）的这些不同值，可以改进所述控制方法。
根据本发明的一个实施例，如果DC电压高于阈值，则指示DC传输链路处的DC电压的所获得的DC电压信号是基于测量与DC-AC转换器相比更靠近AC-DC转换器的DC电压（也就是说，沿着DC传输链路的传输线缆的测量位置与AC-DC转换器的间隔小于与DC-AC转换器的间隔）。特别来说，由于传输线缆的阻抗，在沿着传输线缆的不同位置处测量的DC电压可能会改变。特别来说，当第一转换器被控制来调节其在第一转换器的AC侧的AC电压时，在这种情况下可能更简单的做法是靠近第一转换器放置测量传感器。从而可以避免大量且长的测量线缆。从而就可以简化用于控制DC传输链路的设备。
根据本发明的一个实施例，如果DC电压低于阈值，则指示DC传输链路处的DC电压的所获得的DC电压信号是基于测量与AC-DC转换器（即第一转换器）相比更靠近DC-AC转换器（即第二转换器）的DC电压（因此在该处测量DC电压的沿着DC传输链路的传输线缆的位置与DC-AC转换器的间隔小于与AC-DC转换器的间隔）。特别来说，这可以在公用事业电网的正常操作期间施行，即在没有故障发生的情况下施行。在这种正常情况下，可能适当的做法是监测尽可能靠近电网的DC电压，即尽可能靠近DC-AC转换器（即第二转换器）。因此，所述方法对于监测公用事业电网的潜在故障可以更加灵敏。每当由于测量到DC电压超出阈值而检测到这样的故障时，所述方法可以从控制第二转换器并且靠近第二转换器进行测量切换到控制第一转换器并且还更靠近第一转换器进行测量。还可以控制全部两个转换器，其中每一个转换器从靠近其设置的测量传感器接收DC电压信号。
为了在从电网的正常操作下控制第二转换器切换到在电网故障期间控制第一转换器时实现平滑的控制，可以考虑到DC传输线或DC传输线缆的传输阻抗，以便特别校正或校准在所述控制方法的不同阶段期间在不同位置处测量的DC电压。
根据本发明的一个实施例，进一步基于DC传输线的传输长度和/或传输阻抗来调节AC-DC转换器的AC侧的AC电压。特别来说，通过考虑DC传输线或传输线缆的传输长度和/或传输阻抗，可以允许基于靠近第一转换器施行的测量来导出靠近第二转换器的DC电压。因此，特别基于经过校正或校准的DC电压，可以导出功率不平衡，基于所述功率不平衡可以调节AC-DC转换器的AC侧的AC电压，以便使得功率产生单元减少其功率产生，从而最终达到功率平衡。从而可以停止或者至少减少DC电压的增大。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：基于AC-DC转换器的AC侧的AC电压控制功率产生单元（特别是风力涡轮机）的功率输出（特别包括有功功率输出和无功功率输出），其中特别地功率输出减小以便减小AC-DC转换器的AC侧的AC电压。
特别来说，风力涡轮机可以包括连接在风力涡轮机发电机与风力涡轮机变压器之间的风力涡轮机转换器，风力涡轮机变压器又可以连接到共同耦合点。风力涡轮机转换器可以包括用于接收AC电压参考的输入端子，其可以接收DC传输链路的AC-DC转换器的AC侧的AC电压。风力涡轮机转换器可以被适配成基于AC电压参考来控制风力涡轮机的转子轴的扭矩。
特别来说，为了减小AC电压参考，可以降低扭矩以便降低风力涡轮机的功率输出，从而加快转子轴的旋转速度。此外，可以改变转子叶片俯仰角度以便改变或适配从风到转子叶片以及从而到转子以及从而最终到发电机的能量转移。可以由风力涡轮机转换器或者风力涡轮机的另一个控制模块施行其他措施，以便降低风力涡轮机的功率输出，从而减小AC电压参考。特别来说，可以不需要用以耗散接入能量的斩波器。从而可以改进功率产生的效率。
根据本发明的一个实施例，DC电压的增大是由于DC传输链路的第二侧的DC-AC转换器的AC侧的电压下降（特别是由于故障）而导致的，其中DC-AC转换器的AC侧连接到公用事业电网。特别来说，可能存在所谓的接地故障，其中DC-AC转换器的AC侧的电压下降到基本上为0或者下降到标称电网AC电压的0%和10%之间。根据另一个实施例，AC-DC转换器的AC侧的电压可能下降到DC传输链路的DC-AC转换器的AC侧的标称AC电压的0.5和0.9之间特别是0.6和0.8之间。根据一个实施例，所述电压下降可能在10ms和1000ms（特别是1000ms和500ms）之间的时间间隔期间普遍。
应当理解的是，针对用于控制DC传输链路的方法所公开、描述、解释或应用的特征也可以（单独地或者以任意组合）被用于或者提供于根据本发明的一个实施例的控制DC传输链路的设备，并且反之亦然。
根据本发明的一个实施例，提供一种用于控制DC传输链路的设备，所述DC传输链路用于将电力从连接到DC传输链路的第一侧的AC-DC转换器的功率产生单元传输到连接到DC传输链路的第二侧的DC-AC转换器的公用事业电网，其中所述设备包括：用于获得指示DC传输链路处的DC电压的DC电压信号（特别是电信号）的输入端子（特别是电输入端子）；以及用于控制AC-DC转换器从而基于所述DC电压信号调节AC-DC转换器的AC侧的AC电压的控制模块（其特别包括半导体芯片、程序代码、用于存储程序代码的存储装置，其中所述程序代码被适配成施行根据本发明的一个实施例的控制方法）。
特别来说，AC-DC转换器可以连接到一个或多个功率产生单元（特别是风力涡轮机），以便为所述功率产生单元提供AC电压，从而控制其功率输出。特别来说，所述设备可以利用现有装备来实施，其中在通过输入端子为所述设备提供了DC电压信号时，所述设备被编程为在输出端子处提供AC电压或对应的AC电压信号。
根据一个实施例，提供一种包括功率产生单元的功率产生系统；包括AC-DC转换器和DC-AC转换器和传输线缆的DC传输线；以及用于控制DC传输链路的设备。
此外，用于控制DC传输链路的设备可以包括另一个控制模块（其特别包括半导体芯片、程序代码、用于存储程序代码的存储装置，其中所述程序代码被适配成施行根据本发明的一个实施例的控制方法），以用于控制基于DC电压信号调节的DC-AC转换器。
应当提到的是，已参照不同主题内容描述了本发明的实施例。特别来说，已参照方法类型权利要求描述了一些实施例，而参照设备类型权利要求描述了其他实施例。但是本领域技术人员通过前面和后面的描述将得到结论，除非另行指示，否则除了属于一种类型的主题内容的任意特征组合之外，涉及不同主题内容的特征之间的任意组合也被视为由本文献公开，特别是方法类型权利要求的特征与设备类型权利要求的特征之间的任意组合。
从下面将描述的实施例的示例，本发明的前述定义的各方面和其他方面将变得显而易见，并且将参照所述实施例的示例对其进行解释。下面将参照实施例的示例更加详细地描述本发明，但是本发明不限于此。
附图说明
现在将参照附图来描述本发明的实施例。本发明不限于所示出或描述的实施例。可以用仅首位数字不同的类似附图标记来标示在结构和/或功能上类似的元件或组件。
图1示意性地示出了包括DC传输链路的功率产生设施，根据本发明的一个实施例所述DC传输链路是利用根据本发明的一个实施例的包括一个控制模块和另一个控制模块的设备来控制的；
图2示意性地示出了风力涡轮机，根据一个实施例可以在向风力涡轮机的转换器提供AC电压时控制所述风力涡轮机的能量产生；
图3示意性地示出了图1中所示的功率产生设施的一部分；
图4示意性地示出了根据本发明的一个实施例的用于控制DC传输链路的控制模块或设备；
图5示出了分别描绘在施行根据本发明的一个实施例的方法期间图1中所示的功率产生设施的DC传输链路的电网侧和风力电厂侧的属性的曲线图；以及
图6示出了分别描绘在施行根据本发明的一个实施例的方法期间图1中所示的功率产生设施的DC传输链路的电网侧和风力电厂侧的属性的曲线图。
具体实施方式
附图中的示出是以示意性的形式。
图1示意性地示出了功率产生设施1，其中由多台风力涡轮机4生成的电能通过DC传输链路3被传输到公用事业电网5。
在图2中更加详细地描绘了图1中示意性地示出的风力涡轮机4。所述风力涡轮机包括轮毂7，两个或更多转子叶片9与该轮毂7连接。所述轮毂机械地连接到转子轴11，转子轴11机械地连接到齿轮箱13。齿轮箱13被适配成用于把旋转轴11所旋转的主要旋转速度调节到次要轴15所旋转的次要旋转速度。次要轴15机械地连接到电力发电机17，其在所示示例中是感应发电机。感应发电机17在次要旋转轴15旋转时输出可变频率AC电压，其被提供到示意性地示出的全范围AC-DC-AC转换器19。
转换器19包括AC-DC转换模块21，其把可变频率AC电压转换成也被包括在转换器19中的DC链路23处的基本上直流的电压。为了实现这一点，模块21包括多个半导体功率开关，特别是绝缘栅双极型晶体管（IGBT），其在其开关方面由未示出的栅极控制电路控制，所述栅极控制电路对对应的IGBT进行开关，从而使得在DC链路23处演变出基本上的DC电压。风力涡轮机转换器19的DC电压被提供到包括在风力涡轮机转换器19中的DC-AC模块25，其被适配成把DC链路23的基本上的DC电压转换成输出端子27处的固定频率AC电压。特别来说，风力涡轮机转换器19可以在模块21和25的每一个中包括每相两个IGBT，特别是模块21中的六个IGBT和模块25中的六个IGBT，以便支持三个电相。
利用风力涡轮机变压器29，将转换器19的输出端子27处提供的固定频率AC电压变换成更高电压，比如例如33kV。
再次参照图1，每一台风力涡轮机4的功率输出端子31通过功率传输线33连接到共同耦合点（PCC）35，来自多台风力涡轮机4的功率输出在该处被相加。共同耦合点35处的输出电压例如可以处在20kV和40kV之间。利用子站变压器37进一步将共同耦合点35处的AC电压变换到端子39处的更高电压，比如处在50kV和150kV之间。在端子39处提供的功率流通过DC传输链路3的端子40被传输到端子41，所述端子41通过另一台变压器43连接到公用事业电网5。在公用事业电网内示意性地示出了代表一家或多家消费者的负载45。公用事业电网5被设计成操作在特定标称频率（比如50Hz或60Hz）和特定标称电网AC电压下。
DC传输链路3包括第一转换器47，其是AC-DC转换器并且被适配成将端子40处提供的AC电压转换成端子49处的基本上的DC电压。被提供到第一转换器47的端子40处所提供的电压也被记作Vdpr或V1。从端子39、40流到第一转换器47中的电流也被记作idp。
DC传输链路3还包括传输线缆51，其用于把端子49处提供的功率流电传输到与第二转换器55连接的端子53。第二转换器（DC-AC转换器）被适配成把提供到端子53的DC电压转换成固定频率AC电压V2，其被提供到同样包括在DC传输链路3中的第二转换器55的输出端子41。
第一转换器47和第二转换器55可以包括或者可以不包括与图2中所示的风力涡轮机转换器19类似的组件。特别来说，第一转换器47（即AC-DC转换器）可以包括与风力涡轮机转换器19的模块21类似的第一级，并且还可以包括与风力涡轮机转换器19的DC链路23类似的第二级。因此，可以利用多个功率半导体开关（比如IGBT）来实施第一转换器47的功能。
类似地，第二转换器55（即DC-AC转换器）可以以与后面有风力涡轮机转换器19的模块25的DC链路23相类似的方式来构造。在其他实施例中，可以利用不同的组件和/或不同的体系结构来构造第一转换器47和/或第二转换器55。
图1中示出的功率产生设施1还包括用于控制DC传输链路3的控制模块57。因此，控制器57通过输入端子59接收DC电压信号，所述DC电压信号指示由测量沿着传输线缆51的方向x的延伸的某一位置m1处的DC电压的电压传感器61所测量的DC电压VDC。通过控制线63，控制器57向第一转换器47提供控制信号（特别是AC电压参考），其中所述控制信号是基于所述DC电压信号。在接收到来自控制器57的控制信号之后，转换器47（即第一转换器）将其端子40处的AC电压调节到值Vdpr（V1）。特别来说，在检测到DC电压高于阈值时施行这样的控制方法，这种情况特别可能在公用事业电网5的故障期间发生。
此外，功率产生设施1包括另一个控制器65或另一个控制模块65，用于通过控制线67控制第二转换器55。为此目的，所述控制器或控制模块65通过输入端子69接收由电压传感器71测量的DC电压的测量值，所述电压传感器71测量沿着传输线缆51的延伸的延伸方向x的某一位置m2处的DC电压。特别来说，传输线缆51可以具有弯曲的延伸，其仍然允许沿着传输线缆51的延伸定义不同的位置x。基于通过输入端子69接收到的所测量的DC电压VDC，控制模块65确定控制信号，并且通过控制线67将所述控制信号提供到第二转换器55。基于所述控制信号，第二转换器55适配其操作模式，正如下面将更加详细地描述的那样。
图3示意性地示出了图1中所示的功率产生设施1的一部分。图1和3中的相同附图标记指代完全相同的元件。特别来说，从每一台涡轮机4到共同耦合点35的传输线33被示意性地描绘为包括一起提供特定阻抗的电容器73、电感器75、电阻器77和另一个电容器79，所述特定阻抗例如可以根据对应传输线33的传输长度而对于各台风力涡轮机特别改变。
以功能图的形式描绘了将输入端子40处提供的AC电压转换成端子49处的基本上的DC电压的第一转换器47（其也在图1中示出），以便特别指示可以根据特定应用的要求来适配第一转换器47的具体实现方式。
取决于发电机和转换器类型，可以获得许多种风力涡轮机配置。风力涡轮机的一种标准配置可以是后面有全范围AC-DC-AC转换器（背靠背VSC）19的感应发电机17。备选地，风力涡轮机可以包括后面有全范围AC-DC-AC转换器的永磁体发电机。这样的具有全范围转换器的风力涡轮机的主要特性可以是其充当受控电流源，同时对收集器电网电压的改变做出响应。特别来说，本发明的实施例可以应用于可以仍然具有全范围转换器的无齿轮风力涡轮机；或者应用于装配有LV FRT控制的双馈风力涡轮机。
具体来说，在LV FRT（电网5中的故障）期间，可以把涡轮机控制设定成限制在PCC 35处去到收集器网络中的有功电流注入。如果收集器网络可以在检测到LV故障时模仿（或跟随）电网侧AC电压，则可以主动利用这一特征。
根据本发明的一个实施例的一种选项是利用电网侧故障期间的DC电压升高来检测故障，并且在没有任何数据通信的情况下控制来自各台单独的风力涡轮机的功率。
通过HVDC线3连接的风力发电厂的FRT技术可以是基于装备有全范围AC-DC-AC转换器19的风力涡轮机。
WPP中的每一台单独的风力涡轮机4可以连接到MVAC（中压AC）收集器网络节点35。在离岸平台中，放置园区变压器37和AC-DC转换器（VSC）47，其后是HVDC传输线51和接收端处的电网侧DC-AC转换器（VSC）55。
在正常操作期间，实施下面的控制：
·风力涡轮机4产生由风速所确定的有功功率。
·HVDC链路3的风力园（WPP）侧AC-DC转换器47被设定在恒定电压和频率。这意味着WPP 4所产生的所有有功功率都被传输到HVDC链路3。
·收集器网络的无功功率要求由WPP侧AC-DC转换器47和风力涡轮机4中的转换器19共享。但是各台单独的风力涡轮机4没有被设定在电压控制模式，而是被设定成产生恒定无功电流（这是根据收集器网络的要求预先计算的）。这是为了避免在WPP侧AC-DC转换器47和风力涡轮机二者都被设定在电压控制模式时可能产生的任何冲突。
·HVDC链路3的电网侧DC-AC转换器55控制HVDC链路的DC电压。
当电网经历低电压故障时（电压低于电网侧变压器的低电压侧的标称阈值），电网侧DC-AC转换器55被设定到FRT模式。在检测到这样的故障时，根据一个实施例实施下面的控制：
·电网侧DC-AC转换器55控制去到电网5中的有功电流注入，这是因为按照电网规程要求需要注入无功电流（其在FRT模式期间具有最高优先级顺序）。因此去到电网的有功功率输送就得以减少并且由电网中的电压下降水平确定。
·因此，HVDC电压水平将升高。HVDC链路中的电压升高速率将由两个端部转换器47、55之间的功率差以及HVDC链路3、51中的等效电容确定。
·通过在两个端部处的转换器47、55（利用传感器61、71）监测HVDC链路电压的升高。当HVDC电压升高到阈值（Vth）以上时，电网侧DC-AC转换器放弃DC电压控制并且进入电流限制模式。WPP端部处的AC-DC转换器47切换到DC电压控制模式。由于HVDC线缆51的电阻和阻抗，WPP端部与电网端部转换器55处的直接HVDC电压测量将是不同的。需要解决这一差异以便确保两个端部转换器之间的DC电压控制的交换是平滑的。
·WPP端部AC-DC转换器47的DC电压控制模式控制收集器网络AC电压V1的量值，其强制风力涡轮机4令其功率产生下降。
·当电网处的电压V2恢复时，也将再用正常操作。
正如前面所讨论的那样，风力发电厂1中的每一台单独的风力涡轮机4都是基于完全额定背靠背VSC 19，且因此其可以被表示为电流源（参见图3）。总电流输出由风速确定，或者由收集器网络AC电压V1确定。这意味着在FRT模式期间可以通过控制收集器网络AC电压V1来控制来自风力发电厂的有功功率产生。电压控制是通过WPP侧VSC 47实现的。去到控制系统57、65的输入是HVDC链路DC电压，这是因为HVDC链路电压VDC的升高指示在系统中由于电网侧故障而出现了功率不平衡。因此，基于HVDC电压VDC的升高，计算新的收集器网络AC电压参考V1，以便降低风力涡轮机功率产生。
电网侧电压支持是通过电网侧转换器55处的顶级控制器65来实现的。
在LV FRT期间具有这样的控制选项的优点可以概括如下：
如果典型的风力涡轮机拓扑（包括发电机和AC-DC-AC转换器）及其控制系统连接到HVAC传输系统或HVDC传输系统，则其可以不需要做出重大修改或改变。
对于FRT控制之类的情况，当需要非常快速且可靠的响应时，所述系统不需要依赖于数据通信。相反，故障的传达是通过物理信号（在这种情况中是HVDC电压水平）来实现的。
对于主电网故障和WPP收集器网络故障可以不需要实施两种不同的检测和控制技术。在两种情况期间，WPP中的风力涡轮机都根据AC收集器电网中的电压水平改变做出响应。
图4示意性地示出了控制模块57或控制器57的功能图，其也在图1中被示出，并且被适配成控制图1中所示的功率产生设施1的DC传输链路3的风力园侧的AC-DC转换器47。
控制模块57在输入端子59处接收到指示DC传输链路3处（特别是在位置m1处）的DC电压VDC的DC电压信号VDC，电压传感器61在该处测量DC电压。可以看到，与第二转换器55的位置x2相比，测量位置m1更靠近第一转换器47的位置x1。
在判定/滞后框81中判定DC电压VDC是否超出预定阈值Vth。如果是超出的情况，则把结果值设定到逻辑真，从而指示发生了故障穿越（FRT）。如果DC电压VDC低于阈值Vth，则输出逻辑假值并且将其提供到判定框83。在图4中，逻辑假值也被指示为“正常”，且逻辑真值也被指示为“FRT”。如果判定单元83接收到正常状态的指示，则判定单元83在输出端子84’处把AC电压参考Vdpr（V1）输出到1pu的标称值，其在输入端子86处被接收。调制元件85调制该电压，并且将其提供到控制模块57的输出端子84（这也在图1中示出）。
DC电压VDC也作为负值被提供到加法器元件88，其中还为加法器元件88提供故障穿越情况下的DC电压的参考值90。故障情况下的该参考值也被标记作参考符号90。在加法器元件88的输出处提供误差信号e，其被提供到在图4的下半部分更加详细地示出的子控制模块92。特别来说，如果DC电压VDC大于参考值90，则该误差信号为负。
子控制模块92包括为之提供误差信号e的输入端子94，并且包括在该处提供输出的输出端子96，所述输出通过输入端子97被提供到判定模块83。如果判定/滞后模块81指示确实存在故障穿越（FRT），则判定模块83在判定模块83的输出端子84处提供子控制模块92的输出信号。
正如图4的下半部分中所示出的那样导出子控制模块92的输出。特别来说，提供到子控制模块92的输入端子94的误差信号e被引导经过PI元件98，其提供误差信号e的一定放大和积分。其结果被提供到加法器元件101，项2VDC/3idp与iout之间相乘的结果也被提供到该加法器元件101。实际上，VDC与iout可能互相关联，并且可能取决于彼此。假设在过程期间由风力电厂产生的功率是恒定的，则传入DC功率可以是恒定的，而传输到电网的功率则可能由于故障而被降低。因此可能必须把多余的能量存储在沿着传输线的各个电容器中（转换器的电容器和线缆的电容器）。在VDC增大时，iout可能下降。当再次达到功率平衡时，DC电压被保持在恒定值。加法器元件101输出信号，该信号被提供到子控制模块92的输出端子96。
图5的左手侧示出了在图1中所示的第二转换器55处或其附近测量或者获得的电属性，并且在右手侧示出了图1中所示的第一转换器47处或其附近的电属性。
特别来说，所有曲线图都具有作为横轴的以秒s测量的时间t。此外，曲线图501示出了AC电压V1（曲线502），曲线图503示出了电流I1（曲线504），曲线图505示出了功率P（曲线506），曲线图507示出了DC电压（曲线508），且曲线图509示出了在第一转换器47的端子40处测量并且/或者利用图1中所示的电压传感器61测量的无功功率（曲线510）。
从曲线图507可以看出，DC电压升高到高于标称值Vnominal并且高于阈值Vth。与此同时（或之前），从曲线图501可以明显看出，电网5处的电压V2发生电压下降，在这种情况下是由于故障而造成的。从图505还可以明显看出，递送到电网的功率由于故障而降低。在所示情况中，电网5受到200ms的0.7pu的三相电压骤降。
由于DC电压VDC高于阈值Vth，因此由图4中所示的判定/滞后元件81导出逻辑真值，从而使得判定元件83在其输出端子84处输出经过调节的AC电压参考Vdpr（V1）（其不同于1pu的标称值），并且将其提供到第一转换器47。
在图5的右手侧示出了将电压V1示为曲线522的曲线图521，将电流I1示为曲线524的曲线图523，将功率P示为曲线526的曲线图525，将图1中所示的位置m1处的DC电压示为曲线528的曲线图527，以及将DC传输链路3的风力电厂侧的无功功率示为曲线530的曲线图529。
一旦检测到FRT之后，第一转换器47就由控制模块57控制，从而使得第一转换器47在其端子40处输出如在曲线图521中被指示为曲线522的减小的AC电压V1，其中所述输出电压也被标记为V1。特别来说，图4中所示的控制器尝试曲线图525中所示的功率曲线526，以便镜像曲线图505中所示的功率曲线506。从而把第一转换器47与第二转换器55之间的传输线缆51的阻抗纳入考虑。可以看出，由于所述控制，DC电压VDC不会无限地增大，而是被保持在安全极限内，以避免破坏传输链路3的组件。
图6示出对应于图5中所示的曲线图的曲线图，其中指示了当电网经历200ms的三相实线（solid line）接地故障时的情况。图5和6中的类似的或完全相同的曲线图或曲线用仅有首位数字不同的附图标记来标示。
在正常操作状况期间，收集器网络AC电压的水平被设定成等于其1[pu]的值。而在操作于FRT模式下时，基于HVDC电压升高计算新的参考值。举例来说，当主电网经历实线接地故障时（参见图6）时，有功功率P的导出是不存在的。HVDC链路电压将突然升高（高于阈值），并且在两个端部转换器47、55之间发生控制交换。DC电压参考值在FRT模式期间被设定在 ，其高于正常情况期间的参考DC电压。
（一个或多个）控制器57、65通过降低来自风力发电厂的功率来把HVDC链路电压保持在安全极限之下，但是不一定能够将其带到低至为FRT模式设定的参考值（）。降低HVDC电压的唯一方式是把功率导出到电网，或者进一步减小输入WPP功率。这些选项在主电网中的完全短路期间是不可用的。所实施的控制器57可以仅由比例增益构成。这意味着所测量的DC电压与参考之间的误差信号e可以保留非零值。但是仍然实现了FRT控制的目的（图6）。在电网侧变压器的低电压侧取得对于电网侧状况给出的结果。控制系统图示在图4中给出。
在图4中，是所测量的DC电压，是参考直轴收集器网络电压，是所测量的AC侧直轴电流，并且是所测量的DC输出电流，其中参照了图1、3。
如果故障的位置远离电网连接点，则其效果被电网侧转换器视为网络电压骤降。在这种情况下，WPP将传输一定功率（取决于电压骤降的水平）。在图5中给出了一种示例性情况。在该情况中，HVDC电压在FRT模式期间被控制器箝位成接近参考值（）。从而控制系统在不同的故障情况期间保持HVDC电压水平，并且FRT标准得以满足。
图4中所示的控制器可以考虑如下的功率平衡等式：
其中，是采样时间。上标“r”代表参考值。
应当提到的是，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。此外，可以组合与不同实施例相关联地描述的元件。还应当提到的是，权利要求中的参考标记不应当被理解为限制权利要求的范围。