用于产生针对电网的电压变化的惯性响应的系统和方法

摘要

用于使风力系统为电网中的功率波动提供惯性响应的系统、方法和计算机程序。所述系统包括被配置为响应于电网电压的波动而产生功率偏移的综合惯性响应产生器。通过采用具有角频率和相位角的内部参考电压确定电网电压的正交分量而产生功率偏移信号，该角频率和相位角通过控制环与电网同步。采用正交分量来确定同步功率水平。通过同步功率水平和风力涡轮机系统功率输出之间的差而产生控制环误差信号。电网频率的变化产生误差信号，其被添加至风力涡轮机系统输出控制器的功率设定点，以提供电力系统惯性功率输出响应。

说明书

技术领域

本申请总体涉及发电系统，更具体地，涉及用于提供来自风力系统的 对电网电压变化的惯性响应的系统、方法和计算机程序产品。

背景技术

交流（AC）电网一般包括由同步机构成的网络，同步机是通过传输线 网络耦合的，传输线将同步机所发电力输送给多个客户。通常用于在电网 中发电的类型的同步机包括可移动磁元件或转子以及若干包括定子的固定 导电线圈。为了发电，将转子耦合至被称为原动机的旋转动力源，并将定 子耦合至负载。在原动机向转子施加转矩时将引起转子相对于定子的旋转， 从而向负载提供电力。转子相对于定子的运动将使定子暴露于变化的磁通 量下，其将在定子内感应出交流，并由此向负载提供电力。由此在同步机 的输出端子处将原动机提供的旋转功率转换为电力，输出端子处的交流的 相位和频率与转子的角速度和位置相关。

同步机的转子和定子之间的功率交换也可以被相反操作。如果通过诸 如作为发电机操作的另一同步机的外部动力源在定子中产生了具有与转子 的超前相位关系的电流，则由定子产生的变化的磁通量将在转子中产生转 矩。由此，同步机可以作为将旋转能转化为电能的发电机来操作（发电模 式），或者可以作为将电能转化为旋转能的电动机来操作（电动机运行模 式），这取决于端子电压的相位和转子的角位置之间的关系。由于转子位置 和端子电压之间的这一关系，在将两个同步机并联连接并使其作为发电机 来工作，从而为共同的负载供电时，同步机之间的电相互作用通常将使转 子的频率变得同步。

当前电网中的发电主要是通过将多个同步机/原动机组合或者将多个同 步发电机以并联的形式耦合至电网而提供的。在典型的电网中，很多同步 发电机位于多个发电厂，它们利用各种能源为原动机提供动力。通常采用 的原动机的示例包括利用通过矿物燃料燃烧或者来自核反应的热量而产生 的蒸汽推动的涡轮机、水力发电涡轮机和燃气涡轮机。同步发电机在不同 的地理位置操作，从而在多个电网连接点为电网提供电力。因而，由电网 提供的集合负载要远大于任何单独的同步发电机的额定输出。由于单个同 步发电机的容量和电网容量的这一差异，单个同步发电机通常对电网频率 不具有可观的影响。因而，现有的电网频率将在很大程度上决定着连接至 电网的同步发电机的转子的角速度。

在希望同步发电机向电网提供更多电力时，增大原动机的输出，其将 使得额外的转矩被施加到同步机的转子。所增大的转矩将转子的角位置相 对于端子电压定子场的相位向前推进。单独作用的场电流所产生的内电压 与同步发电机的端子电压之间的负载角（又被称为位移角）所造成的增大 将导致提供给电网的电力的增大。负载角和电力输出之间的关系与同步发 电机的旋转质量中存储的动能结合作用，从而向电网给予固有的飞轮效应。

飞轮效应起着稳定机构的作用，其通过向电网电压瞬态提供所谓的惯 性响应而有助于电网安全且可靠的运行。这一惯性响应是同步发电机对电 网瞬态状况的固有的有功功率输出响应，其有助于在总电网消耗和向电网 提供的总功率之间保持功率平衡。例如，电网上的负载的突然增大通常将 导致同步发电机的端子处的电压频率的降低，其最初将引起负载角的增大。 负载角增大的直接结果包括：（1）转子提供的抑制性转矩增大；以及（2） 同步发电机的瞬时功率输出增大。增大的抑制性转矩将抵抗由原动机提供 的转矩，从而引起转子减速，由此使负载角开始降回到其事件前值。然而， 同步发电机的转动惯量将限制转子的角加速度，其将限制负载角随着同步 发电机中存储的动能被传送至电网而发生变化的速率。类似地，电网负载 的突然降低可能导致降低的负载角，从而使瞬时同步发电机输出降低，并 导致过多的电力生产被同步发电机的旋转质量中存储的动能的增大所吸 收。

因而，同步发电机的旋转质量提供了惯性响应，其将放缓电网频率响 应于负载和生产电力之间突然的不平衡而发生变化的速率。通过释放以及 存储来自发电机的旋转质量的动能，同步发电机提高了电网稳定性并且为 原动机留出了对电力不平衡做出响应的时间。相对于电力需求的变化而言， 电网中的总旋转质量越大，电网频率响应于功率不平衡而发生的变化也就 越慢。因此，通常链接有较大数量的同步发电机的电网通过为原动机调速 器和主频控制留下了更多的时间来对功率需求的变化做出响应，从而提供 更加稳定的频率控制。

风力发电是用于为电网提供电力的替代能源。风力系统可以包括一个 或多个风力涡轮机，其中典型的风力系统包括具有多个群集到一起的风力 涡轮机的风电场，以在共同的位置处向电网提供功率。风力涡轮机通常被 操作，以在现有的风力条件下生产出尽可能最大的电量，其可以允许连接 至电网的其它原动机降低速度，以节省能量。为了使风力涡轮机的空气动 力效率最大化，通常使风力涡轮机在最佳的叶尖速度与风速的比值下操作。 由于风速通常在风力涡轮机的操作范围内发生相当大的变化，因而使风力 涡轮机的空气动力效率最大化将使转子速度随风速而变化。

为了补偿转子速度变化，通常通过电子功率转换器将风力涡轮机耦合 至电网，从而使风力涡轮发电机可以以独立于电网频率的角速度来旋转。 电子功率转换器将由风力涡轮机产生的变频功率转换成与电网电压同步的 功率。通常将电子功率转换器的常规控制器设计为使转换器能够按照一定 的速率向电网传送功率，该速率使连接至转换器的风力涡轮机的瞬时功率 输出最大化。由于常规功率电子转换器不提供像同步机那样的固有的有功 功率响应，因而采用常规功率转换器控制器的风力涡轮机发电系统对电网 的稳定性没什么贡献。因而，必须通过电力系统中的其余同步发电机来对 电网中的瞬态功率不平衡进行补偿。

随着对风力需求的增大，与风力涡轮机无关的同步发电机所提供的惯 性响应将减少，这是因为电网中存储的动能的总量相对于电网的总容量而 言将是小的。因此，电网频率稳定性可能会随着风力向电网内的渗透的增 大而降低。因而，随着风力变得越来越普及，能够预计到具有更快且更大 的电网频率变化，从而导致整个电力系统的稳定性和可靠性相关联地降低。

因而，需要一种用于控制风力系统如何向电网提供功率的改进的系统、 方法和计算机程序产品，其能够保持电网的可靠性和稳定性，并允许增大 的风力系统渗透。

发明内容

为了解决常规系统的这些和其它缺陷，提供了用于控制来自风力系统 的功率输出的方法和系统。

在一个实施例中，提供了一种用于控制来自风力系统的功率输出的方 法，其包括监测连接点处的电网电压，以及产生具有角频率和相位角的内 部参考电压。该方法还包括将电网电压的相位角与内部参考电压的相位角 进行比较，以产生电网电压的正交分量，以及基于电网电压的正交分量来 产生综合惯性响应。该方法还包括针对风力涡轮机系统的功率输出调整设 定点，该设定点包括综合惯性响应作为分量。

在另一实施例中，提供了一种从风力系统产生综合惯性响应的方法， 其包括对连接点处的电网电压进行采样，并产生具有角频率和相位角的内 部参考电压。该方法还包括采用控制环使内部参考电压的相位与电网电压 的相位同步以及采用所述控制环产生的误差信号来调整风力系统的功率输 出。

在又一实施例中，提供了一种用于向电网提供功率的系统，其包括一 个或多个风力涡轮机系统，每一风力涡轮机系统具有转子、与转子连接的 发电机、以及将风力涡轮机的发电机与电网耦合的功率转换器。可以将功 率转换器配置为将所产生的功率的至少一部分在风力涡轮机和电网之间进 行传送。所述系统还包括中央控制器，其被可操作地配置为产生综合惯性 响应信号，以及至少部分地基于该综合惯性响应信号来调整在风力涡轮机 系统与电网之间传送的功率量。

附图说明

结合于本说明书中并构成了本说明书的一部分的附图示出了本发明的 各种实施例，附图与上文给出的总体性描述和下文给出的具体实施方式一 起用于说明本发明的实施例。

图1是根据本发明实施例的通过具有控制系统的电压转换器电路连接 至电网的风力涡轮发电机的方框图，该控制系统包括中央控制器和惯性响 应控制器。

图2是示出根据本发明实施例的图1所示的中央控制器的细节的方框 图。

图3是示出根据本发明实施例的图1和图2所示的综合惯性响应信号 产生器的细节的方框图。

图4是根据本发明实施例的来自图3的综合惯性响应计算器块的方框 图。

图5是根据本发明实施例的来自图3的环路反馈电路的方框图。

图6是根据本发明实施例的图2所示的惯性响应参考信号产生器的方 框图。

图7是示出了根据本发明实施例的综合惯性响应信号、惯性响应参考 信号、惯性标志状态、恢复标志状态和风力涡轮机转子角速度之间的关系 的曲线图。

图8是示出根据本发明实施例的功率输出控制器的操作的流程图。

图9是示出根据本发明实施例的在转子速度降至最低允许阈值时综合 惯性响应信号、惯性响应参考信号、惯性标志状态、恢复标志状态和风力 涡轮机转子角速度之间的关系的曲线图。

图10是功率输出控制器、风力涡轮机和电网的图解视图。

具体实施方式

本发明的实施例总体涉及风轮机发电系统以及其它依赖电压转换向电 网传输电力的电源。为了改善风力涡轮机电力系统对电网稳定性的影响， 确定综合惯性响应，并将其提供给电压转换控制器。在稳态条件下，惯性 响应的值可以为零，从而使电压转换控制器以常规方式来工作，由此向电 网传输最大风力。综合惯性响应值响应于电网电压波动而变为非零值，其 将引起惯性响应控制器的输出，以产生惯性响应参考信号。惯性响应参考 信号可以使功率输出控制器逆着电网电压波动来调整风力涡轮机系统的输 出功率。为了这一目的，对电网电压进行监测，并将其与具有角速度和相 位角的内部参考电压相比较，该内部参考电压是由具有提供期望惯性响应 的阶跃响应函数的控制环来产生的。

在稳态条件下，内部参考电压的角速度等于电网频率，这将产生为零 的惯性响应值。当在电网内发生大的功率不平衡时，电网电压的相位角将 与内部参考电压的相位角相偏离，这将导致在控制环内产生非零的综合惯 性响应信号。采用综合惯性响应信号来产生惯性响应参考信号，将该惯性 响应参考信号添加到电压转换器控制系统的功率设定点。因而，通过惯性 响应参考信号对电压转换器的输出功率进行调制。由此电压转换器控制器 从风力涡轮机系统的转动惯量中含有的能量的储存器提取功率，以产生抵 抗电网电压波动的输出响应。包括惯性响应特征的转换器控制系统由此可 以使风力涡轮机系统以降低电网电压波动的方式输出对电网瞬态的响应， 从而提高电网稳定性。

参考图1，风力系统10可以包括一个和多个风力涡轮机系统11和中央 控制器15。代表性风力涡轮机系统11可以包括风力涡轮机12、通过一个 或多个滤波电感器20电耦合至电网18的功率转换器16、涡轮机控制器21 和功率输出控制器22。风力涡轮机12包括将风能转换为旋转能的转子13 （其可操作地耦合至发电机14），发电机14将风力涡轮机12的转子13提 供的旋转能转换为电能。

在典型的风力涡轮机系统11中，将涡轮机控制器21配置为监控转子 13的速度，并响应于现有的风况来调整转子叶片的间距，从而使风力涡轮 机系统11的输出最大化。在风速超过了风力涡轮机12的切入（cut-in）速 度时，风力涡轮机12的转子13可以开始旋转，其可以允许风力涡轮机系 统11开始输送功率。从切入速度到额定风速，可以将涡轮机控制器21配 置为设定风力涡轮机叶片间距，从而使风力涡轮机功率系数最大化，由此 在发电机14处将最大量的空气动力能量转换为旋转能。一旦达到额定风速， 涡轮机控制器21就可以以风力涡轮机12的最大额定功率来发电。从这一 点开始，随着风速的进一步增大，涡轮机控制器21可以对叶片间距进行调 整，以保持按照额定水平施加到发电机14的速度和转矩。最后，在风速达 到切出（cut-out）或收起（furling）速度时，涡轮机控制器21可以使叶片 顺桨设置（feather），从而防止对风力涡轮机系统11造成损坏。

涡轮机控制器21还可以向功率输出控制器22提供有关风力涡轮机12 的旋转速度的信息。基于风力涡轮机12的旋转速度，功率输出控制器22 可以调整提供给电网18的功率，由此改变由发电机14提供给风力涡轮机 12的抑制性转矩。因而，风力涡轮机系统11的稳态输出在很大程度上由风 况决定而不是由电网18的电力需求决定。

发电机14通常是向功率转换器16提供3相交流（AC）电力的同步机 或者变速双馈送感应发电机。如果发电机14是同步机，则发电机14的定 子绕组将对功率转换器16直接馈送，如图1所示。如果发电机14是变速 双馈送感应发电机，则转子绕组通常将耦合至转换器16，并且定子绕组将 耦合至电网18。在任一种情况下，功率转换器16都将控制将多少功率传输 至电网18。

功率转换器16可以包括以整流器24的代表性形式的发电机侧转换器， 其通过直流（DC）链路28耦合至以逆变器26的代表性形式的电网侧转换 器。整流器24可以是负载交换性（load-commuted）整流器（即，二极管或 可控硅整流器），或者可以是具有被配置为使逆变器作为整流器工作的控制 器的逆变器，该整流器可以允许将功率从DC链路28传输至风力涡轮机12， 从而使风力涡轮机12能够按照电动机运行模式来操作。将由整流器24产 生的DC功率电耦合至DC链路28，该DC功率通常包括正电压和负电压， 可以将其中之一耦合至地。DC链路28可以包括正电压轨道和负电压轨道 （未示出），该DC链路28被配置为将由整流器24产生的DC功率输送至 逆变器26。

功率输出控制器22和逆变器26可以结合工作，从而用作电网18的电 流源。出于这一目的，逆变器26可以是由三个单相逆变器构成的三相逆变 器，其中，每一单相逆变器的输出30连接至三个电网电压相位V_a、V_b或 V_c之一，在图1中通过电压V的单条线对此给出了图示性表示。每一单相 逆变器可以包括以垂直对来叠置的两个电阀，例如，两个绝缘栅双极晶体 管（IGBT），其中，顶部的IGBT的发射极电耦合至底部IGBT的集电极， 以形成单相逆变器输出。

为了完成DC电压链路和单相逆变器的输出之间的连接，可以将顶部阀 （例如，顶部IGBT的集电极）电耦合至DC链路28的正轨道，并可以将 底部阀（例如，底部IGBT的发射极）电耦合至DC链路28的负电压轨道。 由此可以通过向阀（例如，IGBT的基极）施加合适的控制电压来将DC链 路28的正电压轨道和负电压轨道选择性地耦合至逆变器26的输出30，从 而在逆变器26的输出30处产生具有期望相位和频率的AC信号。

由于电网18和逆变器26两者均用作刚性电压源，因而可以通过滤波 电感器20或者其它合适的电网滤波电路中的相应一种使逆变器26的输出 30的每一相位与至电网18的连接点42电耦合。为了向电网18提供AC功 率，可以将逆变器26的控制电压输入电耦合至功率输出控制器22。可以将 功率输出控制器22配置为基于DC链路28和电网电压V来对逆变器26进 行驱动，从而使逆变器26在连接点42处提供具有相对于电网电压V的期 望负载角δ的输出电压E_i。由此，功率输出控制器22可以根据下述方程来 控制由风力涡轮机系统11提供给电网18的功率量P_i：

P_i=E_i×V×sin(δ)/X_L

其中，X_L是将逆变器26的输出30耦合至电网18的滤波电感器20的电抗， 且δ是输出电压E_i和电网电压V之间的负载角。

功率输出控制器22可以包括用于DC链路28的电压参考32、功率设 定点控制器34、惯性响应控制器35和逆变器控制器36。可以将功率设定 点控制器34操作性地耦合至DC链路28和DC链路电压参考32，并基于 DC链路28的电压和DC链路电压参考32的输出来输出控制风力涡轮机系 统输出功率的功率设定点信号40。DC链路电压参考32可以输出恒定的DC 电压，或可以基于涡轮机控制器21提供的信息（例如在风力涡轮机转子13 的轴处的角速度ω_t和转矩τ）来调整电压参考32的输出。出于这一目的， 功率设定点控制器34可以将电压参考32的输出与DC链路28上的电压进 行比较，并相应地调整功率设定点信号40。典型地，将DC链路电压参考 32和功率设定点控制器34配置为向逆变器控制器36提供功率设定点信号 40，该逆变器控制器36使逆变器26的输出功率追踪风力涡轮机12的功率 输出。由此可以将功率设定点控制器34配置为使输送至电网的功率与可用 的风力相匹配，从而针对可用风况可以使风力涡轮机系统11的稳态功率输 出最大化。惯性响应控制器35可以响应于从中央控制器15接收的信号产 生功率偏移信号43，下文将对此予以更为详细的描述。将功率偏移信号43 添加至功率设定点信号40，以产生功率水平设定点信号46，其可以通过风 力涡轮机系统11产生惯性响应。

参考图2，示出了在具有多个风力涡轮机系统11的风力系统部署中的 中央控制器15。中央控制器15可以包括惯性响应分配器37和综合惯性响 应产生器38，该综合惯性响应产生器38可以被可操作地耦合至电网18的 连接点42。基于在连接点42处的电压，综合惯性响应信号产生器38产生 表示风力系统10的期望惯性响应的综合惯性响应信号44。因而，基于风力 系统10的总功率输出容量对综合惯性响应信号44进行换算。惯性响应分 配器37可以包括除法器47以及一个或多个惯性响应参考产生器39，其中 在风力系统10中工作的每一风力涡轮机系统11都被分配一个惯性响应产 生器39。使综合惯性响应信号44耦合通过除法器47，该除法器47将综合 惯性响应信号44除以工作的风力涡轮机系统11的数量，以产生经过合适 换算的综合惯性响应信号44'，用以供单个风力涡轮机系统使用。可以通过 与特定风力涡轮机系统11相关联的惯性响应参考信号产生器39，来对除后 的综合惯性响应信号44'中的每一个进行处理，以产生对于相关联的风力涡 轮机系统11而言所特有的惯性响应参考信号45。惯性响应参考产生器还可 以提供惯性标志信号51，下文将对其予以更为详细的说明。

将惯性响应参考信号45提供给惯性响应控制器35，以产生功率偏移信 号43，将该功率偏移信号43添加到功率设定点信号40。功率设定点信号 40和功率偏移信号43之和可以为转换器控制器36提供功率水平设定点信 号46，其可以相应地调整逆变器输出电压E_i的负载角δ，来向电网18提 供期望的功率。在稳态电网条件下，功率偏移信号43通常将为零，从而基 本上按照常规方式来控制每一风力涡轮机系统11，在该常规方式中，风力 涡轮机系统11的输出功率仅由功率设定点信号40来确定。

为了使功率输出控制器22提供对电网电压变化的惯性响应，可以将综 合惯性响应信号产生器38配置为产生将同步机对电网频率变化的响应进行 仿真的信号。在电网上发电的同步机将具有内电压E_a，该电压E_a是由单独 作用的场电流在电枢中产生的，该场电流领先电网电压V负载角δ，该负 载角与从同步机传输至电网18的功率有关。采用具有与内电压E_a对准的d 轴的参照系将电网电压V解析成直流分量和正交分量V_d、V_q，从而将在电 网电压V、电网电压的直流分量V_d、电网电压的正交分量V_q和负载角δ之 间提供了以下关系：

V=(V_d²+V_q²)^1/2

以及

sin(δ)=V_q/(V_d²+V_q²)^1/2。

将V_q/(V_d²+V_q²)^1/2代入方程中的sin(δ)以计算出同步机的功率输出，将允许 通过下述方程来表示发电机功率输出P_el：

P_el=V_q(E_a/X_S)

其中，X_S是同步机的同步电抗。因而，同步机的功率输出与电网电压的正 交分量V_q相对于内电压E_a的大小成比例。

在电网18频率发生波动时，例如，在电网18上的电生产和消耗之间 存在负载不平衡时，可以使同步机的内电压E_a的相位变化相对于端子电压 V的相位变化发生延迟。该延迟可以归因于同步机的转子的旋转动量或惯 性。同步机转子的转动惯量提供抑制性转矩，其抵抗电网电压频率V的变 化产生的同步机转子的角加速度。因而，防止了同步机转子的角速度发生 瞬时变化，从而使内电压Ea定义的参照系最初并不响应于电网电压波动而 发生变化。

因而内电压E_a和电网电压V之间的负载角δ响应于电网电压V的相位 的变化而改变。通过V_q的大小的变化表示的这一负载角δ的变化将使同步 机的输出功率响应于电网波动而变化。可以将在电网事件之后的同步机功 率输出表示为：

P_el=P₀+ΔP_inertia=(E_a/X_S)×V_q0+(E_a/X_S)×ΔV_q

其中，P₀表示同步机的事件前输出功率，ΔP_inertia表示由电网事件导致的输 出功率的变化，V_q0表示V_q的事件前值，而ΔV_q表示由电网事件导致的V_q的变化。因而可以通过下式来表示输出功率的变化或同步机的惯性响应 ΔP_inertia：

ΔP_inertia=V_q×(E_a/X_S)–P₀。

同步机的惯性响应ΔP_inertia表示同步机的转子中存储的动能和电网18中 的电能之间的功率传送。因而，功率传送与同步机中存储的转动惯量的变 化相关，其中，转动惯量的降低（即，转子的放缓）是由功率从同步机转 子传送至电网18而导致的。由于在紧随电网事件的一段时间内将使同步机 回到与电网18的同步，因而该功率传送将使同步机转子的角速度降低或减 小，直到同步机的内电压E_a与电网频率相匹配为止。因而，同步机对电网 电压中的阶跃变化的惯性响应ΔP_inertia是同步机中存储的转动惯量的变化的 结果。该惯性响应ΔP_inertia通过补偿电网18中的瞬态负载不平衡为电网18 提供了固有的稳定作用。

已经确定，可以通过被配置为模拟同步机的阶跃响应的具有阻尼比和 无阻尼自然频率的控制环来产生对由同步机产生的惯性响应进行仿真的综 合惯性响应信号。此外，由于控制环的系统参数是可充分调整的，因而控 制环不限于产生与同步机相类似的惯性响应。由此，惯性响应特征可以为 风力系统设计者提供基于局部电网状况和要求、根据期望的性能来调谐风 力系统的惯性响应的能力，该惯性响应可不同于同步机所提供的惯性响应。 与具有常规控制器的风力系统相比，通过将该综合惯性响应信号合适地耦 合至风力涡轮机系统11的功率输出控制器22，中央控制器15的惯性响应 特征可以提高由风力系统10提供的电网稳定性。

参考采用类似的附图标记表示类似的特征的图3-5并且根据本发明的 实施例，综合惯性响应信号产生器38包括电网电压采样电路48和控制环 55，该控制环55包括直流/正交（D/Q）变换电路50、综合惯性响应计算器 52和环反馈电路54。可以通过设定系统参数58来调整综合惯性响应计算 器52和环反馈电路54的操作特性，从而使控制环55具有期望的阶跃函数 响应。系统参数58由此可以提供调谐综合惯性响应信号产生器38的性能 的措施。

为了提供系统输入信号，通过采样电路48对瞬时电网电压进行滤波和 采样，该采样电路48将采样信号提供给D/Q变换电路50。采样信号可以 是模拟信号，但是更典型地可以是适于处理器或者其它计算装置使用的数 字形式。D/Q变换电路50相对于具有角速度或频率ω_i和相位角θ_i的内部 参考电压，将电网电压转换成其正交分量V_q和直流分量V_d。通过环反馈电 路54将内部参考电压的相位角θ_i提供给D/Q变换电路50，从而使控制环 55可以基本上起到跟踪电网18上的电压的角频率ω_g的锁相环（PLL）的 作用。因而，在稳态条件下，电网的角频率ω_g和内部参考电压的角频率ω _i近似相等，这在内部参考电压和电网电压V之间得到大致恒定的相位关系。

综合惯性响应计算器52可以包括滤波器56、乘法器电路60和加法电 路62。D/Q变换电路50将正交和直流电压分量V_q、V_d提供给综合惯性响 应计算器52，其将确定综合惯性响应ΔP_{syn_inertia}。出于这一目的，可以通过 滤波器56对电网电压的正交分量V_q进行处理，来去除噪声并调整控制环 55的频率响应。也就是说，通过选择滤波器56的频率响应不仅可以去除噪 声，还可以提供具有期望的动态或时间常数的经滤波的V_q，从而对综合惯 性响应ΔP_{syn_inertia}进行整形。

可以将在滤波器56的输出处的经调节的正交电压提供给乘法器电路 60，并使该正交电压乘以同步电抗功率商K。为了说明的目的，同步电抗 功率商K可以等于输出电压E_a除以具有期望惯性响应的同步机的同步电抗 X_S的商。由此可以对控制环55进行调谐，以对任意同步机的惯性响应进行 仿真。然而，应当理解，同步电抗功率商K实质上是增益常数，其决定着 惯性响应计算器对电网电压V的相位角的变化的灵敏度。因而，经调节的 正交电压V_q和同步电抗功率商K的乘积提供了系统参数，该系统参数可以 被调谐以获得期望的风力系统惯性响应。因而，不需要测量或获得值E_a和 X_S，且值E_a和X_S通常是程序设定值。因而，可以独立于电网电压/阻抗来 对灵敏度进行调谐，并且可以在无需测量E_a或X_S或者模拟同步机的响应的 情况下，根据期望的惯性响应性能来设定该灵敏度。

再次为了说明的目的，为了提供对同步机进行仿真的惯性响应，可以 将惯性响应功率参考点P设定为等于风力涡轮机系统10的稳态或者事件前 输出功率P₀。可以将乘法器电路60的输出（即，同步功率输出）减去惯性 响应功率参考点P，以产生综合惯性响应ΔP_{inertia_syn}，因而：

ΔP_{inertia_syn}=V_q×(E_a/X_S)-P₀。

然而，与同步电抗功率商K一样，惯性响应功率参考点P是可以独立于实 际的事件前输出功率P₀来设定的另一控制环参数，。也可以将惯性功率参考 点P设定为事件前输出功率P₀的分数或其它倍数，以产生期望的ΔP_{inertia_syn}响应。由于控制环55在稳态条件下在内部参考电压和电网电压之间形成了 静止相位关系，因而ΔV_q在正常情况下将等于零。因而，在稳态条件下，由 综合惯性响应信号产生器38所产生的综合惯性响应ΔP_{inertia_syn}为零。也就是 说，内部电压参考的相位角θ_i将固定在这样一个值，即，该值产生V_q，以 使得V_q与K的乘积等于内部功率参考点P。

为了使控制环闭合，将综合惯性响应ΔP_{inertia_syn}提供给环反馈电路54的 输入，该环反馈电路54包括加法电路64、环增益电路66、第一积分电路 68、第二积分电路70和阻尼反馈电路72。控制系统设计领域的普通技术人 员将理解，综合惯性响应ΔP_{inertia_syn}实质上是通过惯性响应功率参考点P和 由综合惯性响应计算器模拟的风力系统11的同步输出功率V_q×K之间的差 所产生的误差信号。由于风力涡轮机系统10的功率输出与逆变器26的输 出电压E_i和电网18电压V之间的相位角δ有关，因而可以采用综合惯性 响应ΔP_{inertia_syn}提供与内部参考电压和电网18的电压V之间的相位误差相 关的信号。

由此，控制环55可以采用综合惯性响应ΔP_{inertia_syn}作为环反馈电路54 的输入信号而使内部参考电压跟踪电网电压V。出于这一目的，在加法电 路64中，将综合惯性响应ΔP_{inertia_syn}减去由阻尼反馈电路72产生的反馈信 号，以产生差分信号74。可以在环增益电路66中使差分信号74乘以增益 常数（1/2H），以产生增益调整差分信号，并将增益调整差分信号提供给第 一积分电路68。环反馈电路54的第一积分器68的输出可以是内部参考电 压的角频率ω_i，该角频率ω_i可以由下述方程在s域中表示为：

ω_i=(ΔP_{inertia_syn})/(2Hs+D)

其中，H是综合惯性常数，且D是阻尼反馈电路72的传递函数。通过第二 积分电路70对ω_i进行处理，以确定内部参考电压的相位角θ_i。因而，可 以由下述方程在s域中将内部参考电压的相位角θ_i表示为：

θ_i=(ΔP_{inertia_syn})/(2Hs²+Ds)。

由此，环反馈电路54可以使控制环55产生对V的变化的二阶阶跃响应， 其具有可以受合适的传递函数D控制的阻尼比。

由此可以采用综合惯性响应ΔP_{inertia_syn}的计算值来提供反馈，以跟踪新 的电网电压角。可以通过系统参数58设定环增益电路66的综合惯性常数H、 阻尼反馈电路72的传递函数D和滤波器56的传递函数，以产生阶跃响应。 可以将阶跃响应配置为对将由同步机产生的惯性响应进行模拟，或者可以 将阶跃响应配置为根据不同于同步机的期望性能来产生惯性响应。由此可 以将阶跃响应配置为考虑局部功率系统稳定性需求以及局部电网条件和要 求。因而，与同步机的不可调整惯性响应相比，所得到的惯性响应可提供 改善的电网稳定性。例如，可以通过系统参数58来调整传递函数D，以改 变控制环55的阻尼因数，其可以允许调谐控制环55对V_q的阶跃变化所做 的响应，以控制过冲。由此，系统参数提供了调整综合惯性响应信号产生 器38对电网电压V的角频率ω_g的变化所做的响应的措施。

由此可以对综合惯性响应信号产生器38进行调谐，以提供综合惯性响 应ΔP_{inertia_syn}，可以使该综合惯性响应ΔP_{inertia_syn}与功率设定点信号40相加， 以提供特性优于同步机的特性的风力涡轮机系统输出功率响应。功率设定 点信号40也可以反映风力系统10或者风力涡轮机系统11的其它标准功能。 例如，可以结合修改功率设定点信号40的其它控制动作（例如，与功率设 定点信号40相加的标准有功功率控制或者主频率控制），采用综合惯性响 应来修改功率设定点信号40。

与通过简单地改变原动机的动力输送速率而对输出进行调整从而满足 电网18的变化需求的同步机不同，在发生电网事件时，风力涡轮机系统10 通常将向电网18输送接近100%的可用风力，从而使提供给电网18的“绿 色”功率量最大化。为了确保风力涡轮机系统10的输出符合电网编码，并 且防止功率输出控制器22要求超出风力涡轮机系统10所能够容忍的功率 变化，可以对综合惯性响应ΔP_{inertia_syn}做进一步处理，以生成用于产生功率 偏移信号43的惯性响应参考信号45。

现在参照采用类似的附图标记表示与图1-4中类似的特征的图6，并且 根据本发明的实施例，可以将经换算的综合惯性响应信号ΔP_{inertia_syn}44'提供 给惯性响应参考信号产生器39，该惯性响应参考信号产生器39可以包括增 益调度器77、死区控制器78、输出功率坡速率限制器80以及输出功率绝 对水平限制器82。惯性响应参考信号产生器39的部件可以协同工作，从而 防止因电网电压V中大的变化而产生以下这样的惯性响应参考信号 ΔP_{inertia_ref}45，即，可能会使风力涡轮机系统10的功率输出违反电网编码， 使风力涡轮机12的速度或转矩超过设计极限，或者导致输出功率超过功率 转换器16的设计极限。

增益调度器77可以根据涡轮机转子13中存储的实际动能量来降低或 调节提供给各个风力涡轮机系统11的惯性响应信号。出于这一目的，可以 将可用风力（P_AV）、风力涡轮机12的当前电力输出（P_e）以及风力涡轮机 转子13的角速度（ω_t）提供给增益调度器77。基于这些输入参数，增益 调度器77可以产生被施加至经换算的综合惯性响应信号ΔP_{inertia_syn}44'的增 益信号79。由此，增益调度器77可以提供一机构，借以可基于各个风力涡 轮机12的当前风速、所存储的旋转能、以及当前输出功率来对每一风力涡 轮机系统11的惯性响应进行调整。在负载不平衡期间，可以采用增益调度 器77来调整将能量从风力涡轮机12的转子13中存储的动能传送至电网18 的速率。例如，可以将增益调度器77配置为在风力涡轮机系统11以低风 速操作时降低由风力涡轮机系统11提供的惯性响应。该调整可以允许在风 力涡轮机转子13的角速度降低至最低允许操作值ω_min以下之前提供具有充 分持续时间的惯性响应，以有助于电网18的稳定性。因而，由增益调度器 77提供的增益信号79可以反映风力涡轮机12基于实际风力涡轮机状况（诸 如可用风力、实际功率生产和/或实际涡轮机速度）输送惯性响应的实际能 力。

在一实施例中，可以基于各种约束和动态模拟、使用风力涡轮机的精 确模型来计算用于提供惯性响应的风力涡轮机能力。模拟方法可以包括利 用独立的变量（例如，风速、有功功率的上升、以及可产生的额外能量数 量）操控用于将功率输送到电网的风力涡轮机功率设定点。在一个实施例 中，也可以应用以下约束中的一个或多个：最小旋转速度、最大功率过载、 最大转矩过载、最小功率输出、最大动态转速、最大功率参考的变化率、 最大功率下降、以及最小可用风力。在一个实施例中，在惯性响应操作期 间用于将额外能量输送到电网的风力涡轮机的能力随着风速条件和减弱的 功率量将是可变的。因此，在这样的实施例中，增益调度器77的增益信号 79可以是关于减弱功率的函数。

死区控制器78可以提供以下这样的信号范围或区带，综合惯性响应信 号44对在这样的信号范围或区带中的惯性响应参考信号45没有影响，即， 在区带内系统响应是死的。可以将死区控制器78的信号范围设定在合适的 水平，以防止响应于较小的电网功率波段而产生不期望出现的惯性响应激 活－去活周期。死区控制器78由此可以储备在风力涡轮机12中存储的动 能，从而在发生显著的功率不平衡期间（例如，在由于失去发电厂而造成 的不平衡期间）向电网18提供额外的频率稳定性。也可以在中央控制器的 系统层级处（即，在将综合惯性响应信号ΔP_{inertia_syn}44分配给惯性响应参考 产生器39之前）实现死区控制器78，从而在风力系统层级上以协作的方式 激活惯性响应。

可以将坡速率限制器80配置为限制由于电网电压V大的波动而导致的 风力涡轮机系统10的输出功率的最大变化速率。由此坡速率限制器80可 以防止风力涡轮机系统10的输出功率的变化超过电网编码所允许的变化。 坡速率限制器80还可以防止由产生器14产生的抑制性转矩的突变，该突 变将会对风力涡轮机12造成损害。

绝对水平限制器82提供了在以风力涡轮机系统10作为来源的最大功 率量上的封顶，其可以进一步用于防止风力涡轮机系统的功率输出违反电 网编码规则，和/或防止功率输出超过针对功率逆变器16或者其它风力涡轮 机系统部件的设计极限。

现在将参考图7和图8，提供曲线图样90，其示出了由绘图线84表示 的综合惯性响应ΔP_{inertia_syn}、由绘图线86表示的惯性响应参考ΔP_{inertia_ref}、由 绘图线88表示的惯性标志状态、由绘图线91表示的风力涡轮机角速度ω_t以及由绘图线92表示的恢复标志状态之间的示例性关系。惯性标志是全系 统标志，其提供风力系统10正在提供对电网波动的惯性响应的指示。恢复 标志是每一风力涡轮机系统11的本地标志，其为中央控制器15提供特定 风力涡轮机系统11所具有的动能不足以提供惯性响应的指示。所附流程图 120示出了可以用来响应于曲线图样90所示的信号来设定中央控制器15的 操作状态的操作序列。曲线图样90的不同曲线图的时间（t_x）和垂直标度 旨在提供相对的参考点，以达到讨论的目的，但是图形仅是示例性的，而 并非旨在提供精确的绝对时间或垂直标度。为了清楚的目的，将参考单个 风力涡轮机系统11的控制来讨论系统响应。然而，应当理解，中央控制器 15可以按照与文中针对单个风力涡轮机系统11所讨论的相同方式来独立地 控制多个风力涡轮机系统11。还应当理解，也可以在中央控制器15、功率 输出控制器22和惯性响应控制器35之间分配属于中央控制器15的功能， 并且本发明的实施例不限于怎样对功能进行分配。

在流程图120的块121和122中，可以最初将中央控制器15的所有状 态标志设定为清除状态，如由惯性标志状态88的区段101和恢复标志状态 92的区段102所表示的，其表明风力涡轮机系统10正在正常的工作状态下 发电。因而，如由绘图线区段108所示，t₀和t₁之间的时间可以代表一个时 段，在该时段期间，连接点42处的电压可以相对恒定且风力涡轮机12的 角速度ω_t可以处于或者接近现有风况的最佳水平ω_opt。在该时段期间，中 央控制器15可以监测ΔP_{inertia_syn}，其仍然在块122环中。如综合惯性响应84 的区段98所示，在时刻t₀和t₁之间，由于电网电压频率的波动不足以导致 超过死区上限94或者死区下限96的P_{inertia_syn}值，因而在由惯性响应参考 86的区段100表示的时段期间，惯性响应参考P_{inertia_ref}可以保持为零。因而， 在正常操作条件下，风力系统10的功率输出可以未被中央控制器15的惯 性响应特征来改变。

在时刻t₁处，电网18可能经受显著的功率不平衡，例如，如果大负载 或者电厂突然与电网18断开或者突然添加到电网18，则可能会发生该显著 的功率不平衡。尽管功率不平衡被示为图7中的功率需求的增大，但是这 只是出于讨论的目的，应当理解，不平衡也可能是由功率需求的降低而导 致的，在这种情况下，中央控制器15可以通过降低风力涡轮机系统10的 功率输出而做出响应。响应于所产生的连接点42处的电压的频率偏移， ΔP_{inertia_syn}随着时间的推移开始增大（如由综合惯性响应84的区段103所 示），而且可能在时刻t₂穿越死区上限94。响应于ΔP_{inertia_syn}穿越死区上限 94，中央控制器15可以退出ΔP_{inertia_syn}监测环（判定块122中的“是”分支）。

在块124中，中央控制器15可以响应于ΔP_{inertia_syn}在时刻t₂超过死区上 限94，通过输出由惯性标志状态88的区段106所表示的合适惯性标志信号 51来设定惯性标志状态88。惯性标志可以是指示电网18正在经受瞬态负 载不平衡事件的全风力系统标志。因而，惯性标志信号51可以将惯性标志 状态88提供给用于多个风力涡轮机12的惯性响应控制器35。因而，惯性 标志状态88可以是允许由风力涡轮机系统11提供协作综合惯性响应的全 风力系统状态指示。

在块126中，中央控制器15检查恢复标志状态92的状态。可以由惯 性响应控制器35或在中央控制器15中单独保持针对每一风力涡轮机12的 恢复标志，并且该恢复标志提供了指示风力涡轮机12的角速度ω_t是否超过 参考速度阈值ω_ref的独立状态指示符。参考速度阈值ω_ref所表示的角速度 为，在该角速度以下风力涡轮机12在降至最低允许角速度ω_min之前可能没 有足够的以旋转动量形式的存储动能，以提供对于电网事件的充分惯性响 应。

如果设定了恢复标志（判定块126的“是”分支），则中央控制器15 可以行进至块128，在该块128中，可以停用正在讨论的风力涡轮机系统 11的惯性标志。随后，中央控制器15可以行进至块148，在该块148中， 使受影响的风力涡轮机系统11保持在恢复模式环中，直到ω_t再次等于或超 过ω_ref。由此可以采用恢复标志来防止风力涡轮机系统11在电网事件开始 之后的很短时间内就不得不突然停止惯性响应，突然停止惯性响应可能会 对电网稳定性造成损害而不是改善。

如果无（clear）恢复标志（判定块126的“否”分支），则中央控制器 15可以行进至块132，并启用正在讨论的风力涡轮机系统11的惯性标志。 一旦启用了惯性标志，中央控制器15就可以进入针对与特定恢复标志相关 联的风力涡轮机系统11的惯性响应模式处理环144。中央控制器15可以保 持在处理环144中，直到时刻t₇，如下文将描述的。

因而，从时刻t₂到t₃，中央控制器15可以开始输出惯性响应参考信号 ΔP_{inertia_ref}。如综合惯性响应84的区段103和惯性响应参考86的区段104 所表示的，ΔP_{inertia_syn}在该时段内可能会超过ΔP_{inertia_ref}，使得ΔP_{inertia_ref}以由 坡速率限制器80限制的速率增大。在时刻t₃，ΔP_{inertia_ref}可以达到绝对惯性 响应极限97，其可以由惯性响应参考信号产生器39的绝对水平限制器82 来设定。由于在t₃和t₅之间，如综合惯性响应84的区段105所表示的， ΔP_{inertia_syn}保持在绝对惯性响应极限97之上，因而对于该时段而言，ΔP_{inertia_ref}保持在绝对惯性响应极限97处，如由惯性响应参考86的区段109所表示 的。在时刻t₅，ΔP_{inertia_syn}回落到绝对惯性响应极限97，并随着时间的推移 继续下降，直到ΔP_{inertia_syn}在时刻t₆变为负值。由于ΔP_{inertia_syn}的变化速率在 t₅和t₆之间小于由坡速率限制器80所允许的最大转换速率，因而ΔP_{inertia_ref}可以在该时段内跟踪ΔP_{inertia_syn}，如由综合惯性响应84的区段111以及惯性 响应参考86的区段112所示。为了避免风力涡轮机系统10的功率输出降 至事件前水平以下，ΔP_{inertia_ref}通常将不会跟踪ΔP_{inertia_syn}进入负区域，并因 此过了时刻t₆就保持为零。

在设定并启用惯性标志期间，功率输出控制器22可以将功率设定点信 号40定格（freeze）在电网事件前水平处。通过定格功率设定点信号40， 可以防止功率设定点控制器34对功率设定点信号40进行调整，以试图对 功率水平设定点信号46的非零ΔP_{inertia_ref}分量进行补偿。所设定并启用的惯 性标志还可以使功率输出控制器22停用涡轮机控制器21的速度控制功能， 从而使从风力涡轮机12到电网18的存储动能传送所导致的涡轮机角速度 ω_t的变化不会干扰风力涡轮机系统10的综合惯性响应。所设定并启用的惯 性标志还可以使增益调度器77将增益信号79定格，从而防止ΔP_{inertia_ref}在 惯性响应时段期间发生不必要的变化。

由于通过将ΔP_{inertia_ref}添加到功率水平设定点信号46而使风力涡轮机系 统10的输出功率增加到事件前功率P₀以上，因而DC链路28的电压可能 开始下降。下降的DC链路电压可能会增大设置在发电机14的输出端子上 的电负载，这可能导致发电机14在风力涡轮机12的转子13的轴处提供增 大的抑制性转矩。额外的抑制性转矩可以使风力涡轮机12的角速度ω_t下 降，从而将风力涡轮机12的旋转质量中存储的动能转化为功率。由此，可 以将风力涡轮机12的旋转部件中存储的动能抽取出来，从而在暂时事件期 间主动地为电网18提供额外的功率。通过将这一动能传送映射至由综合惯 性响应信号产生器38确定的综合惯性响应曲线，中央控制器15可以按照 与同步机的飞轮效应所能够提供的类似（或者较之改进的）方式为电网18 提供改善的瞬态稳定性。

在块134中，中央控制器15对风力涡轮机的当前角速度ω_t和参考阈值 速度ω_ref进行比较。如果在时刻t₂和t₄之间风力涡轮机12的当前角速度ω_t未低于参考阈值速度ω_ref，如由风力涡轮机角速度91的区段108所示（判 定块134的“否”分支），则中央控制器15行进至块136，在该块136中在 行进至块142之前清除恢复标志（如果设定了的话）或者使恢复标志保持 被清除状态（如果没有设定的话）。从时刻t₂到时刻t₇，随着能量从风力涡 轮机12中存储的动能转化成电网18中的电能，角速度ω_t可能在时段内随 着时间的推移而降低，如风力涡轮机角速度91的区段113所示。在中央控 制器15使风力涡轮机系统11保持在惯性响应模式内期间，将会由此耗尽 可用于产生风力涡轮机系统10的惯性响应的动能。

大约在时刻t₄处，已经将充分的能量传送至电网18，从而使角速度ω_t降至参考阈值速度ω_ref以下。在角速度ω_t下降至参考阈值ω_ref以下时（判 定块134的“是”分支），中央控制器15可以行进至块138，在该块138中， 在行进至块140之前设定恢复标志（如果没有的话）或者（如果有的话） 保持设定，如在时刻t₄处的恢复标志状态92的水平变化所示。从时刻t₄到 t₆，中央控制器15可以继续输出ΔP_{inertia_ref}，从而使功率输出控制器22继续 将动能从风力涡轮机12传送至电网18，在可以使风力涡轮机的角速度ω_t在该时段内随着时间的推移而继续降低。

在块140中，中央控制器15对风力涡轮机的当前角速度ω_t和最低允许 角速度ω_min进行比较。如果当前角速度ω_t不低于最低允许角速度ω_min（判 定块134的“否”分支），则中央控制器15仍然保持在惯性响应模式中， 并行进至块142。

在块142中，中央控制器15检查惯性标志的状态。如果惯性标志保持 设定状态（判定块142中的“是”分支），则风力系统10仍然处于惯性响 应模式内，并且中央控制器15将通过返回至块134而保持在惯性响应处理 环144中。因此，只要惯性标志保持设定状态，并且风力涡轮机的角速度 ω_t保持在最低允许角速度ω_min以上，中央控制器15就可以保持在惯性响 应处理环144中。在当前的操作示例中，风力涡轮机12的角速度ω_t在惯性 响应的持续时间内保持在最低允许角速度ω_min以上，如由风力涡轮机角速 度91的区段113所示。因此，中央控制器15可以继续将动能从风力涡轮 机12传送至电网，直到清除惯性标志状态的时刻t₆。

在大约t₆处，ΔP_{inertia_syn}可以与零相交，其表示内部参考电压的角频率 ω_i降至电网的角频率ω_g以下。该事件可以使中央控制器15清除惯性标志， 其表示风力系统10退出惯性响应模式。作为响应（判定块142的“否”分 支），中央控制器15可以行进至块146。

在块146中，中央控制器15检查风力涡轮机系统11的恢复标志的状 态。如果与在我们的示例中一样设定恢复标志（判定块146的“是”分支）， 则中央控制器15行进至块128，并停用讨论中的风力涡轮机系统11的惯性 标志。在块148中，中央控制器15使风力涡轮机系统11进入恢复模式， 在该恢复模式期间，允许风力涡轮机12的角速度ω_t得以恢复。由于停用惯 性标志，因而在讨论中的风力涡轮机系统11处于恢复模式中时，如果设定 惯性标志，则风力涡轮机系统11可以不做响应。在解除了向电网18传送 的存储动能之后，风力涡轮机12的角速度ω_t可以在时刻t₆处随着时间的推 移而开始增大。在大约时刻t₇处，风力涡轮机12的角速度ω_t可能超过参考 阈值速度ω_ref（判定块148的“否”分支），这可以使中央控制器15行进至 块150，并清除恢复标志，从而使风力涡轮机系统11回复正常操作。

现在参考采用类似的附图标记表示与图7和图8中类似的特征的图9， 如果电网功率不平衡事件导致了具有充分持续时间和幅度的综合惯性响 应，则风力涡轮机12的角速度ω_t可能会在中央控制器15处于惯性响应模 式时降至最低角速度ω_min以下。响应于ω_t降至ω_min以下，中央控制器15 可以使讨论中的风力涡轮机系统11的功率输出控制器22退出惯性响应模 式，以防止对风力涡轮机12造成损坏。出于这一目的，并且按照与参考图 7和图8描述的类似方式，风力系统10可以最初在正常条件下操作。

在时刻t₁₁处，电网18可能会经受显著的功率不平衡，其可以使ΔP_{inertia_syn}开始随着时间的推移而增大。在时刻t₁₂处，ΔP_{inertia_syn}可能超过死区上限94， 从而使中央控制器15设定并启用惯性标志，并进入惯性响应处理环144。 随着ΔP_{inertia_ref}以与参考图7描述的类似方式增大，功率输出控制器22可以 开始将提供给电网18的功率增大到事件前功率水平P₀以上。从风力涡轮机 12的旋转部件的存储动能向电网18所产生的功率传送可以使风力涡轮机 12的角速度ω_t随着时间的推移而降低，如风力涡轮机角速度91的区段114 所示。

在大约时刻t₁₃处，风力涡轮机12的角速度ω_t将降至ω_ref以下（判定 块134的“是”分支），从而使中央控制器15行进至块138，在该块138中 可以在行进至块140之前设定由恢复标志状态92表示的恢复标志状态。在 中央控制器15保持在惯性响应模式中期间，风力涡轮机12的角速度ω_t可 以随着时间的推移而继续下降，直到角速度ω_t大约在时刻t₁₄达到了最低允 许角速度ω_min（判定块140的“是”分支）。

随后，中央控制器15可以进行至块128，在该块128中，停用讨论中 的风力涡轮机12的惯性标志，如惯性标志状态88的区段115所示。停用 惯性标志可以使中央控制器15将ΔP_{inertia_ref}以由坡速率限制器80允许的最 大速率朝向零进行斜降。作为响应，功率输出控制器22可以使提供给电网 18的功率量降低至受到功率设定点信号40控制的水平，其可以不再被冻结 在事件前水平处。随后，中央控制器15可以行进至块148，其可以使风力 涡轮机系统11进入先前参考图7和图8描述的恢复模式。

在风力涡轮机系统11处于惯性响应模式期间，由于上文提到的DC链 路28上的电压下降，因此功率设定点40可能已经下降。由于降低的功率 设定点40使得对发电机14的功率需求降低，因而在风力涡轮机系统11处 于恢复模式期间，由发电机14提供的抑制性转矩可以低于由转子13提供 的空气动力转矩。因而，风力涡轮机12的角速度ω_t可以在恢复模式中随着 时间的推移而增大，如风力涡轮机角速度91的区段116所示。

在t₁₅处，风力涡轮机12的角速度ω_t可以再次超过参考阈值速度ω_t（判 定块148的“否”分支），其可以使中央控制器15进行至块150，并清除恢 复标志，这可以使风力涡轮机系统11回复到正常操作状态。现在，风力涡 轮机系统11就可以准备好为下一次电网功率不平衡提供综合惯性响应。

在本发明的一个实施例中，风力系统10的每一风力涡轮机可以被配置 为独立提供综合惯性响应。例如，在一个实施例中，在每一风力涡轮机中 的惯性响应控制器35（参见图1）可以包括各自的综合惯性响应产生器38， 其被配置为确定由风力涡轮机对变化的电网状况做出的惯性响应。在这种 分散式实施例中，当涡轮机针对波动的电网状况单独提供惯性响应时，必 需通知电站控制器。这样的通知将是必需的，这是因为风力发电站控制器 可以检查到由涡轮机单独提供的作为控制误差的惯性响应并且可以操控对 涡轮机的功率参数，由此抵消综合影响的预期效果。

因此，在一个实施例中，在分散式系统中，其中风力涡轮机单独且独 立提供综合惯性响应，该风力涡轮机可以被配置为在提供综合惯性响应时， 将通知发送到风力发电站控制器。在确定是否需要来自风力涡轮机的惯性 响应时，可以例如通过在设定标志时将信号发送到风力发电站控制器（例 如，图8的步骤124），来实现这个。例如，可以经由将风力涡轮机10耦合 到发电站控制器的连接体171来发送至风力发电站控制器的通知。一旦从 风力涡轮机接收到这样的通知，发电站控制器可以确定来自涡轮机的额外 功率输出并非错误状况，从而允许风力涡轮机提供综合惯性响应。

参考图10并且根据本发明的实施例，中央控制器15的代表性实现被 示为与功率输出控制器22和输出传感器23可操作地连接。可以将输出传 感器23配置为提供与从功率转换器16提供给中央控制器15的电网电压和 电流相关的信息，该信息具有适于电子电路（诸如数字逻辑或低功率模拟 电路）使用的形式。

可以采用选自以下项中的一个或多个处理器154来实现中央控制器15， 即，微处理器、微控制器、数字信号处理器、微计算机、中央处理单元、 现场可编程门阵列、可编程逻辑器件、状态机、逻辑电路、模拟电路、数 字电路和/或基于在存储器156内存储的操作指令对信号（模拟的和/或数字 的）进行操控的任何其它装置。存储器156可以是单个存储装置或多个存 储装置，其包括但不限于只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、 易失性存储器、非易失性存储器、静态随机存取存储器（SRAM）、动态随 机存取存储器（DRAM）、闪存、高速缓冲存储器和/或任何其它能够存储数 字信息的装置。大容量存储装置158可以是单个大容量存储装置或者多个 大容量存储装置，其包括但不限于硬盘驱动器、光驱动器、磁带驱动器、 非易失性固态装置和/或任何其它能够存储数字信息的装置。输入/输出（I/O） 接口160可以采用合适的通信协议与功率输出控制器22以及输出传感器23 进行通信。

处理器154可以在操作系统的控制下操作，并运行或者依赖于体现在 各种计算机软件应用、部件、程序、对象、模块、数据结构等当中的计算 机程序代码，从而通过I/O接口160从功率输出控制器22和输出传感器23 读出数据以及向其写入指令，该计算机程序代码可以被实现为操作系统的 一部分或者被实现为专门的应用。在中央控制器15上执行的作为指令组的 固有计算机程序可以包括惯性响应分配器37和综合惯性响应产生器38，以 及其它未示出的功能和/或程序。如前所述，中央控制器15可以采用综合惯 性响应产生器38，以产生风力系统10将响应于电网18中的负载不均衡而 做出的综合惯性响应。综合惯性响应产生器38内的其它功能也可以存在于 存储器156内，从而使图1、2、3、4、5、6和8中的中央控制器15和功 率输出控制器22中的每一块可以表示可在处理器154中执行的代码。由此， 处理器154可以控制风力系统10的多个方面。尽管被示为操作地耦合至单 个风力涡轮机12，但是可以将中央控制器15耦合至包括风力系统10的多 个风力涡轮机。由此，可以将中央控制器15配置为在独立的基础上控制每 一风力涡轮机12中存储的动能的转换，从而以协作的方式控制总的风力系 统输出，由此优化电厂级综合惯性响应。

可以按照已知的方式将HMI25可操作地耦合至中央控制器15。HMI25 可以包括输出装置（例如字母数字显示器、触摸屏以及其它可视指示器）、 以及能够接收来自操作人员的命令或输入并将录入的输入传输至功率输出 控制器22的输入装置和控制装置（例如，字母数字键盘、点击装置、小键 盘、按钮、控制旋钮等）。可以在单独的单元或计算机上实现HMI25，从 而可以对中央控制器15远程管理。

本领域技术人员将认识到，本发明的实施例也可以体现为一种计算机 程序产品，其体现在至少一种具有体现于其上的计算机可读程序编码的计 算机可读存储介质上。计算机可读存储介质可以是电子、磁、光学、电磁、 红外或半导体系统、设备或装置或者其任何合适的组合，该计算机可读存 储介质可以含有或者存储供指令执行系统、设备或装置使用的或者与之结 合使用的程序。示例性计算机可读存储介质包括但不限于硬盘、软盘、随 机存取存储器、只读存储器、可擦除编程只读存储器、闪存、便携式紧致 盘只读存储器、光学存储装置、磁存储装置、或者它们的任何合适组合。 可以通过一种或多种面向对象的过程编程语言来编写用于执行本发明的实 施例的操作的计算机程序代码。

可以通过计算机程序指令实现文中描述的方法，将该计算机程序指令 提供给任何类型的计算机的处理器，以产生具有处理器的机器，该机器将 运行指令来实现文中描述的功能/操作。也可以将这些计算机程序指令存储 到计算机可读介质内，其能够指示计算机以特定的方式来运行。出于该目 的，可以将计算机程序指令加载到计算机上，从而引起一系列操作步骤的 执行，并由此产生计算机实现过程，从而使所执行的指令将提供用于实现 文中指定的功能/操作的过程。

文中采用的术语只是出于描述特定实施例的目的，而并非旨在对本发 明构成限制。文中采用的单数形式的“一”和“一个”还旨在包括复数形 式，除非上下文另行明确指示。还应当理解，本说明书中采用的术语“包 括”和/或“正包括”指定了所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/ 或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元 件、部件和/或其群组的存在或增加。此外，就术语“包含”、“具有”、“有”、 “带有”、“构成”或其同义词在具体实施方式或者权利要求中使用的程度 而言，这样的术语旨在具有包含的含义，其方式与词语“包括”类似。

尽管已经通过对各种实施例的描述对本发明进行了举例说明，并且相 当详细地描述了这些实施例，但是申请人的意图并非使所附权利要求的范 围局限于这样的细节或者以任何方式受到其限制。本领域技术人员将容易 地认识到额外的优点和修改。例如，可以将本发明的实施例与不以风力涡 轮机为来源或者在风力涡轮机之外还具有其它来源（例如，蓄电池）的发 电系统一起使用。因此，本发明在其更广义的层面上不应被局限于具体的 细节、代表性方法以及所示出和描述的示例性示例。因此，在不背离本发 明的总体构思的精神和范围的情况下可以存在与这样的细节的偏差。