recovery value）。确定对应于参考功率与第二时间和第一时间之间的时间差的乘积的能量响应值。风力涡轮从电输出功率达到和/或越过参考功率（从上方）的第三时间起在恢复操作模式中操作，直到能量恢复值变得至少等于能量响应值，或者直到电输出功率再次从下方达到和/或越过参考功率。在恢复操作模式中，电输出功率根据参考功率和当前可用的最大电功率输出向上限制，而不降低转子的速度。
8.因此，可以分别具有大的可旋转质量和对应的大的惯性矩并且可以存储相当大量的动能的风力涡轮，和/或具有若干（通常是多个）风力涡轮的风功率装置或混合功率装置可以快速且有效地有助于在欠频事件期间稳定电网频率，而不会当在过度生产操作模式中操作时损坏(一个或多个）风力涡轮，并且此后恢复，使得电网可能通常根据电网规范保持稳定。这通过模拟（未示出）来证实。
9.更特别地，通常可以灵活地满足在诸如功率增加之类的欠频事件期间以及其后诸如在例如180的某个时间限制内达到功率之类的（功率恢复要求）对快速频率响应的国家/地区相关的电网规范要求。这特别是因为在恢复操作模式中，电输出功率向上限制。
10.注意，在过度产生模式中功率转换系统的增加的电输出功率由存储在功率转换系统中的动能提供/转换。
11.通常，使用存储在所述功率转换系统的发电机的转子的惯性矩中的旋转能量和存储在发电机转子的惯性矩中的旋转能量中更典型的两者的至少一个，来提供电输出功率增加。
12.参考功率通常与初始电输出功率相关。参考功率甚至可以对应于初始电输出功率。
13.然而，参考功率也可以是不同的预定功率电平。对于过度生产操作模式的给定或预定定时，特别是根据电网规范，能量响应值甚至可以是相应的预定值。在该实施例中，能量响应值可以被预先确定和检索，例如从存储预定能量响应值和可选地与过度生产模式相关的其它预定值（时间，时间间隔和/或速率，如下所述）的查找表中检索。
14.第一时间通常是网络的实际或当前频率被确定为等于或低于阈值频率的时间，或者是此后不久的时间，即在实时内，即最大延迟最多约0.5s或0.2s，或者接近实时，即最大延迟最多约5s或甚至小于2s，并且分别在控制的下一个可能时间。
15.注意，功率转换系统的（实际）电输出功率可以（至少基本上）达到或越过参考功率，这取决于所使用的（控制器）周期时间。通常，在功率转换系统的（实际）电输出功率已经越过参考功率之后，将引起（发生）操作风力涡轮的改变。
16.阈值频率可以低于网络的目标频率。通常，阈值频率和目标频率二者中的至少一个是预定的和/或可配置的值，特别是根据电网规范。例如，阈值频率可以对应如在可应用的电网规范中指定的网络的死区频率。
17.进一步注意，第二时间和第一时间之间的时间差可以由可应用的电网规范指定。
18.通常，在恢复操作模式中，电输出功率作为参考功率，当前可用的最大电功率输出和功率因数的函数被限制（并且因此通常也被确定），更通常通过参考功率和当前可用的最大电功率输出乘以功率因数的最小值来限制。因此，可以促进控制。
19.功率因数通常大于0且至多等于1，通常在约0.9至1的范围内，例如在约0.91至约0.99的范围内。
20.此外，确定当前可用的最大电功率输出可以至少部分地基于通常测量的转子速度。
21.参考功率可以例如通过将参考功率乘以周期时间求和来确定。
22.通常，当网络（公用电网）的当前或实际频率等于或低于阈值频率，特别是公用电网的死区频率时，仅特别地通过监督（一个或多个）涡轮控制器的功率装置控制器（例如风电场控制器）来初始化在过度生产操作模式中分别操作风力涡轮及其功率转换系统。在本说明书内，术语“功率装置”应包括术语“功率转换装置”，“风电场”，“风功率装置”和“混合功率装置”。
23.例如，功率装置控制器可以向功率装置的一个，若干或甚至所有风力涡轮控制器发送惯性标记或惯性命令。作为响应，（一个或多个）风力涡轮控制器可以在过度生产操作模式中开始操作（并且此后操作）相应的功率转换系统。
24.在可以由（一个或多个）涡轮控制器控制的过度生产操作模式中，电输出功率可以斜升到低于第一时间的最大可能电输出功率的更高但通常缩减的值，通常斜升到第一时间的最大可能电输出功率的可配置分数或百分比，更通常斜升到根据适用的电网规范的相应值。
25.此后，电输出功率可以保持至少基本恒定。当达到例如10s到14s的通常可配置的预定和/或电网规范特定响应时间间隔时，功率装置控制器可以开始积分参考功率，并且风力涡轮控制器可以开始降低风力涡轮的电输出功率。
26.可以根据预定的和/或可配置的相应速率和/或相应的上升和下降时间来执行在过度生产操作模式期间的电输出功率的斜升和斜降，特别是如在可应用的电网规范中指定的。
27.换言之，在过度生产操作模式中，风力涡轮及其功率转换系统可以分别根据预定的和/或可配置的分段线性时间函数来操作，特别是如由可应用的电网规范的所请求的。
28.此外，特别是根据相同的响应时间间隔（第二时间和第一时间之间的相同时间差），相同的上升和下降速率和/或相同的上升和下降时间（第三时间和第一时间之间的相同时间差），若干或甚至所有的风力涡轮通常在过度生产操作模式期间基本上同步地操作。
29.因此，功率装置的风力涡轮（预期）在相同时间（第三时间）达到或越过相应的参考功率。
30.换言之，多个风力涡轮可以至少基本上同步地从第一时间操作到第二时间，即在过度生产模式内，更典型地从第一时间操作到第三时间，即在过度生产模式的惯性操作模式和减少功率输出的后续过渡操作模式（从第二时间到第三时间）中操作，其中通过（减少）存储在风力涡轮（特别是其转子和功率转换系统）中的动能来提供附加的功率。
31.在第三时间，装置控制器可以向涡轮控制器发送恢复标记或恢复命令。
32.作为响应，涡轮控制器可以在恢复操作模式中开始操作风力涡轮。
33.为此，每个涡轮控制器可以根据相应的参考功率和相应的当前可用的最大电功率输出将相应的功率转换系统的电输出功率限制到上限值，而不降低转子速度。
34.当电输出功率再次从下方达到和/或越过参考功率时，涡轮控制器可以将恢复标记再次从例如真或一重置为假或零。备选地（或另外地），如果能量恢复值变得至少等于能量响应值，特别是响应于从装置控制器接收到相应命令，则恢复标记被重置。
35.以这种方式，可以特别容易和灵活地实现相应的电网要求。
36.在一个方面中，本公开涉及可连接到网络的功率转换装置，特别是市电电网，特别是相应的可再生功率转换装置。该功率转换装置包括：风力涡轮，该风力涡轮包括转子和功率转换系统，该功率转换系统与该转子机械连接，可电连接到该网络，并且被配置成将输入动力转换成电输出功率；以及控制系统，该控制系统与该功率转换系统通信地耦合。控制系统被配置成在第一时间和第二时间之间在过度生产操作模式中操作风力涡轮。在过度生产模式中，通过使用存储在转子中的动能，并且通常通过使用存储在功率转换系统中的动能，功率转换系统的电输出功率在第一时间从功率转换系统的初始电输出功率增加。该控制系统进一步被配置成确定对应于通常与该初始电输出功率相关的参考功率与在该第二时间与该第一时间之间的时间差的乘积的能量响应值，在该第二时间开始降低该电输出功率并且对该参考功率进行积分以确定能量恢复值，并且当该电输出功率再次达到该参考功率时操作，风力涡轮处于恢复操作模式，直到能量恢复值变得至少等于能量响应值，或者直到电输出功率再次从下方达到或越过参考功率。在恢复操作模式中，根据参考功率和当前可用的最大电功率输出向上限制电输出功率，而不（进一步）降低转子的速度。
37.功率转换装置还包括传感器，该传感器与控制系统通信地耦合，并且可连接到网络，以用于测量至少一个信号，该信号至少与网络的频率相关。
38.该至少一个信号可以（直接）对应网络的当前频率。换句话说，传感器可以包括或者是频率传感器。
39.该控制系统通常被配置成当网络的当前频率等于或低于如本文所述的阈值频率时，初始化在过度生产操作模式中操作风力涡轮。
40.功率转换装置可以特别是风电场和/或包括至少两个风力涡轮，更通常包括多个风力涡轮。每个风力涡轮可以具有相应的风力涡轮控制器。
41.通常，控制系统包括与风力涡轮控制器（例如风电场控制器）通信耦合的监督控制器（装置控制器）。
42.该监督控制器可以被配置成监督风力涡轮控制器，指示风力涡轮控制器在过度生产操作模式下操作相应的风力涡轮，确定该能量响应值，确定该能量恢复值，将该能量响应值与该能量恢复值进行比较，和/或向风力涡轮控制器发送命令。
43.特别地，该监督控制器可以被配置成指示风力涡轮控制器在该过度生产操作模式中或甚至在该完全惯性操作模式中至少基本上同步地操作相应的风力涡轮。
44.监督控制器或更典型的风力涡轮控制器可以被配置成确定和/或监测风力涡轮的当前可用的最大电功率输出，和/或操作风力涡轮，这特别取决于相应的当前可用的最大电功率输出。
45.此外，控制系统通常被配置成控制相应的功率转换系统，使得使用存储在相应的功率转换系统的发电机的发电机转子和/或转子的惯性矩中的旋转能量来提供第一时间和第二时间之间的功率增加。例如，控制器系统可以确定并使用相应的功率设定点来控制功率转换系统的转换器。
46.此外，控制系统可以被配置成执行如本文解释的方法步骤中的任何方法步骤。
47.如本文使用的术语“控制系统”和“控制器”将包括两个或更多个功能上彼此耦合的控制器。
48.在一个方面中，本公开涉及一种计算机程序产品或计算机可读存储介质。计算机程序产品或计算机可读存储介质包括指令，所述指令当由系统的一个或多个处理器，特别是由如本文所解释的功率转换装置的控制器执行时，所述指令使系统执行如本文所解释的方法。
49.系统和控制器可分别被配置成依靠软件，固件，硬件或其任何组合来执行特定操作或过程。
50.本发明提供一组技术方案，如下。
51.技术方案1.一种用于操作风力涡轮（100）的方法（2000），所述风力涡轮（100）包括：转子（106），所述转子（106）包括转子叶片（108）；和与所述转子（106）机械连接的功率转换系统（118，210，238），所述功率转换系统（118，210，238）被配置成将输入动力转换为电输出功率，并且电连接到网络（242），以用于将所述电输出功率（p）馈送到所述网络（242），特别是馈送到公用电网，所述方法（2000）包括：在第一时间（t0）将所述风力涡轮（100）初始化（2000）成在过度生产操作模式中操作，在所述过度生产操作模式中，所述功率转换系统（118，210，238）的所述电输出功率（p（t））从所述功率转换系统（118，210，238）的初始电输出功率（p0）增加，其中在所述过度生产模式中使用存储在所述转子（106）中的动能；在第二时间（t2=t0＋t
resp
），开始降低（2200）所述电输出功率（p），并且开始对参考功率（p
ref
，p0）进行积分以确定能量恢复值（e
rec
）；确定（2300）对应于所述参考功率（p
ref
）与所述第二时间（t2）和所述第一时间（t0）之间的时间差（t
resp
）的乘积的能量响应值（e
resp
）；以及从第三时间（t3）在恢复操作模式中操作（2400）所述风力涡轮（100），在所述第三时间，所述电输出功率（p）达到和/或越过所述参考功率（p
ref
，p0），直到所述能量恢复值（e
rec
）变得至少等于所述能量响应值（e
resp
），或者直到所述电输出功率（p）再次从下方达到和/或越过所述参考功率（p
ref
，p0），其中在所述恢复操作模式中，所述电输出功率（p）取决于所述参考功率（p
ref
，p0）以及当前可用的最大电功率输出（p
max
（t））而向上限制，而不降低所述转子（106）的速度。
52.技术方案2. 如技术方案1所述的方法（2000），其中，所述参考功率（p
ref
，p0）与所述初始电输出功率（p0）相关，和/或其中在所述恢复操作模式中，所述电输出功率（p）被限制和/或确定为所述参考功率（p
ref
，p0）、所述当前可用的最大电功率输出（p
max
（t））和功率因数（pf）的函数。
53.技术方案3. 如技术方案2所述的方法（2000），其中，所述函数通过下列的最小值给出：所述参考功率（p
ref
，p0）；和所述当前可用的最大电功率输出乘以所述功率因数。
54.技术方案4. 如技术方案2或3所述的方法（2000），其中，所述功率因数大于零且至多等于1，通常在约0.9至1的范围中，更通常在约0.91至约0.99的范围中。
55.技术方案5. 如任何前述技术方案所述的方法（2000），还包括使用转子速度来确定所述当前可用的最大电功率输出（p
max
（t））。
56.技术方案6. 如任何前述技术方案所述的方法（2000），其中，对所述参考功率（p
ref
，p0）进行积分包括将所述参考功率（p
ref
，p0）乘以循环时间求和。
57.技术方案7. 如任何前述技术方案所述的方法（2000），其中，在所述功率转换系统
（118，210，238）的发电机（118）的发电机转子（122）和/或所述转子（106）的惯性矩中存储的旋转能量被用在所述过度生产模式中。
58.技术方案8. 如任何前述技术方案所述的方法（2000），包括下列中的至少一个：在初始化之前，确定（2010）所述网络（242，452）的当前频率（f）；当所述当前频率（f）等于或低于阈值频率（f
thresh
），特别是等于或低于所述公用电网的死区频率（f
nom
）时，初始化在所述过度生产操作模式中操作所述风力涡轮（100）；以及当所述电输出功率（p）再次从下方达到和/或越过所述参考功率（p
ref
，p0）时，在正常操作模式中操作所述风力涡轮。
59.技术方案9. 如任何前述技术方案所述的方法（2000），其中，在所述过度生产操作模式中操作所述风力涡轮（100）包括根据预定的和/或可配置的时间的分段线性函数来操作所述功率转换系统，和/或其中多个风力涡轮从所述第一时间到所述第二时间或甚至所述第三时间至少基本上同步地操作。
60.技术方案10. 一种可连接到网络，特别是可连接到公用电网（242，542）的功率转换装置（500），所述功率装置（500）包括：风力涡轮（100，100'），所述风力涡轮（100，100'）包括转子（106）和与所述转子（106）机械连接的功率转换系统（118，210，238），所述功率转换系统（118，210，238）可电连接到所述公用电网（242，542）并且被配置成将输入动力转换为电输出功率（p，p'）；以及控制系统（202，502），所述控制系统（202，502）与所述功率转换系统（118，210，238）通信地耦合，并且被配置成：使所述风力涡轮（100，100'）在第一时间（t0）和第二时间（t1）之间操作在过度生产操作模式中，在所述过度生产操作模式中，所述功率转换系统（118，210，238）的所述电输出功率（p（t））从所述第一时间（t0）处的所述功率转换系统（118，210，238）的初始电输出功率（p0）增加，其中在所述过度生产模式中使用储存在所述转子（106）中的动能；确定对应于参考功率（p
ref
，p0）与所述第二时间（t2）和所述第一时间（t0）之间的时间差（t
resp
）的乘积的能量响应值（e
resp
）；在所述第二时间（t2），开始对所述参考功率（p
ref
，p0）进行积分以确定能量恢复值（e
rec
），并降低所述电输出功率（p）；以及当所述电输出功率（p）达到和/或越过所述参考功率（p
ref
，p0）时，使所述风力涡轮（100）操作在恢复操作模式中，直到所述能量恢复值（e
rec
）变得至少等于所述能量响应值（e
rec
），或者直到所述电输出功率（p）再次从下方达到和/或越过所述参考功率（p
ref
，p0），其中在所述恢复操作模式中，所述电输出功率（p）取决于所述参考功率（p
ref
，p0）以及当前可用的最大电功率输出（p
max（t）
）而向上限制，而不降低所述转子（106）的速度。
61.技术方案11. 如技术方案10所述的功率转换装置（500），还包括传感器（252，552），所述传感器（252，552）与所述控制系统（202，502）通信地耦合，并且可连接到所述网络（242，542），以用于测量至少与所述网络（542，242）的当前频率（f）相关的至少一个信号（u，i，f），其中所述控制系统（202，502）被配置成当所述当前频率（f）等于或低于阈值频率（f
thresh
）时，初始化在所述过度生产操作模式中操作所述风力涡轮（100）。
62.技术方案12. 如技术方案10或11所述的功率转换装置（500），其中，所述功率转换
装置（500）是风电场，其中所述功率转换装置（500）包括至少两个风力涡轮，其中所述至少两个风力涡轮中的每个包括相应的风力涡轮控制器（202），其中所述控制系统包括与所述风力涡轮控制器（202）通信地耦合的监督控制器（502），其中所述监督控制器（502）是风电场控制器，其中所述监督控制器（502）被配置成监督所述风力涡轮控制器（202），和/或其中所述监督控制器（502）被配置成指示所述风力涡轮控制器（202）：使所述相应风力涡轮（100）操作在所述过度生产操作模式中；确定所述能量响应值（e
resp
）；确定所述能量恢复值（e
rec
），和/或比较所述能量响应值（e
resp
）和所述能量恢复值（e
rec
）。
63.技术方案13. 如技术方案12所述的功率转换装置（100），其中，所述监督控制器（502）被配置成指示所述风力涡轮控制器（202）基本上同步地使所述相应风力涡轮（100）操作在所述过度生产操作模式中，和/或其中所述风力涡轮控制器（202）被配置成在所述恢复模式中确定和/或监测用于所述相应风力涡轮的当前可用最大电功率输出（p
max
（t）），和/或根据所述相应当前可用最大电功率输出（p
max
（t））操作所述相应风力涡轮。
64.技术方案14. 如技术方案10至13中的任一项所述的功率转换装置（100），其中，所述控制系统（202，502）被配置成控制所述相应的功率转换系统（118，210，238），使得使用存储在所述相应的功率转换系统（118，210，238）的发电机（118）的发电机转子（122）和/或所述转子（106）的惯性矩中的旋转能量来提供所述第一时间与所述第二时间之间的功率增加（pi），和/或其中所述控制系统（202，502）被配置成执行如技术方案1至9中的任一项所述的方法。
65.技术方案15. 一种包括指令的计算机程序产品或计算机可读存储介质，所述指令在由系统的一个或多个处理器（204）执行时，特别是由如技术方案10至14中的任一项所述的功率转换（500）装置的控制器系统（202，502）执行时，使所述系统执行如技术方案1至9中的任一项所述的方法的步骤。
66.本发明的这些和其它特征，方面和优点将参考以下描述和所附权利要求书得到进一步支持和描述。并入本说明书中并构成其一部分的附图图示本发明的实施例，并与本描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
67.在参考附图的说明书中阐述了本发明的针对本领域普通技术人员的完整且能够实现的公开（包括其最佳模式），其中：图1图示根据本公开的风力涡轮的一个实施例的透视图；图2图示适合供与图1中所示的风力涡轮一起使用的电功率系统和控制系统的一个实施例的示意图。
68.图3图示适合供与图1中所示的风力涡轮一起使用的控制器的一个实施例的框图。
69.图4图示根据本公开的实施例的在操作风力涡轮期间作为时间的函数的功率过程；图5a图示根据本公开的实施例的用于操作风力涡轮的方法的流程图；以及图5b图示根据本公开的实施例的功率装置的框图。
70.图中所描绘的单个特征相对于彼此示出，并且因此不必按比例绘制。即使在不同实施例中显示，图中类似或相同的元件通常利用相同的参考数字表示。
具体实施方式
71.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示出。通过本发明的解释而非本发明的限制的方式提供每个示例。实际上，对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分图示或描述的特征可以与另一个实施例一起使用以产生又一个实施例。因此，本发明旨在覆盖如落入所附权利要求书及其等同物的范围内的这样的修改和变型。
72.图1是示范性风力涡轮100的一部分的透视图。风力涡轮100包括容纳发电机（图1中未示出）的机舱102。机舱102安装在塔架104上（塔架104的一部分在图1中示出）。塔架104可具有促进如本文所述的风力涡轮100的操作的任何合适的高度。风力涡轮100还包括转子106，所述转子106包括附于旋转毂110的三个叶片108。备选地，风力涡轮100包括任何数量的叶片108，其促进如本文所述的风力涡轮100的操作。在示范性实施例中，风力涡轮100包括操作地耦合到转子106的齿轮箱（图1中未示出）和发电机（图1中未示出）。
73.现在参见图2，图示可以与风力涡轮100一起使用的电功率系统200的一个实施例的示意图。在操作期间，风冲击叶片108，并且叶片108将风能转换为机械旋转扭矩，该机械旋转扭矩经由毂110可旋转地驱动低速轴112。低速轴112配置成驱动齿轮箱114，所述齿轮箱114随后提高低速轴112的低转速，从而以增加的转速驱动高速轴116。高速轴116通常可旋转地耦合到发电机118，以便可旋转地驱动具有励磁绕组（未示出）的发电机转子122。
74.更特别地，在一个实施例中，发电机118可以是绕线转子，三相，双馈感应（异步）发电机（dfig），其包括磁耦合到发电机转子122的发电机定子120。因此，旋转磁场可以由发电机转子122感应，并且电压可以在磁耦合到发电机转子122的发电机定子120内感应。在这样的实施例中，发电机118配置成将旋转机械能转换成发电机定子120中的正弦三相交流（ac）电能信号。相关联的电功率可经由定子母线208，定子同步开关206，系统母线216，主变压器电路断路器214和发电机侧母线236传输到主变压器234。主变压器234提高电功率的电压幅度，使得经变换的电功率可经由电网电路断路器238，断路器侧母线240和电网母线242进一步传输到电网。
75.另外，电功率系统200可以包括风力涡轮控制器202，该风力涡轮控制器202被配置成控制风力涡轮100的组件中的任何组件和/或实施如本文描述的方法步骤中的任何方法步骤。例如，特别如在图3中所示，控制器202可以包括一个或多个处理器204和相关联的存储器装置207，其被配置成执行多种计算机实施的功能(例如，如本文中公开的那样执行方法、步骤、计算等以及存储有关数据)。。另外，控制器202还可以包括通信模块，其用来促进控制器202和风力涡轮100的各种组件（例如图2的组件中的任何组件）之间的通信。
76.此外，如图3中所示，通信模块209可以包括传感器接口211（例如，一个或多个模数转换器），其用来允许从一个或多个传感器传输的信号被转换为可以被处理器204理解和处理的信号。应领会，传感器（例如传感器252，254，256，258）可以使用任何合适的部件通信地耦合到通信模块209。例如，如图3中所示，传感器252，254，256，258可以经由有线连接耦合到传感器接口211。然而，在其它实施例中，传感器252，254，256，258可经由无线连接（诸如通过使用本领域中已知的任何适合的无线通信协议）耦合到传感器接口211。因此，处理器204可以被配置成从传感器接收一个或多个信号。
77.如本文中所使用的，术语“处理器”不仅指本领域中被称为被包括在计算机中的集成电路，而且还指控制器、微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器（plc）、专用集成电路和其他可编程电路。处理器204还被配置成计算高级控制算法并与各种以太网或基于串行的协议（modbus，opc，can等）通信。另外，（一个或多个）存储器装置207通常可包括（一个或多个）存储器元件，该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，闪速存储器）、软盘、致密盘只读存储器（cd-rom）、磁光盘（mod）、数字多功能盘（dvd）和/或其他合适的存储器元件。这样的（一个或多个）存储器装置207通常可被配置成存储合适的计算机可读指令，该计算机可读指令当由（一个或多个）处理器204实现时将控制器202配置成执行如本文所述的各种功能。
78.再参考图2，发电机定子120可以经由定子母线208电耦合到定子同步开关206。在示范性实施例中，为了促进dfig配置，发电机转子122经由转子母线212电耦合到双向功率转换组合件210。备选地，发电机转子122经由促进如本文描述的电气和控制系统200的操作的任何其它装置电耦合至转子母线212。作为另外的备选方案，电气和控制系统200被配置为全功率转换系统（未示出），其包括在设计和操作上类似于功率转换组合件210并电耦合到发电机定子120的全功率转换组合件（图2中未示出）。全功率转换组件促进在发电机定子120和电功率传输和分配电网（未示出）之间引导（channel）电功率。在示范性实施例中，定子母线208将三相功率从发电机定子120传输到定子同步开关206。转子母线212将三相功率从发电机转子122传输到功率转换组合件210。在示范性实施例中，定子同步开关206经由系统母线216电耦合到主变压器电路断路器214。在备选实施例中，使用一个或多个保险丝（未示出）代替主变压器电路断路器214。在另一个实施例中，既不使用保险丝也不使用主变压器电路断路器214。
79.功率转换组合件210包括经由转子母线212电耦合到发电机转子122的转子滤波器218。转子滤波器母线219将转子滤波器218电耦合到转子侧功率转换器220，并且转子侧功率转换器220电耦合到线路侧功率转换器222。转子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222是包括功率半导体（未示出）的功率转换器桥。在示范性实施例中，转子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222被配置在三相脉宽调制（pwm）配置中，包括如本领域中已知的那样操作的绝缘栅双极晶体管（igbt）开关器件（图2中未示出）。备选地，转子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222具有使用促进如本文描述的电气和控制系统200的操作的任何开关器件的任何配置。功率转换组合件210以电子数据通信与涡轮控制器202耦合，以控制转子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222的操作。
80.在示范性实施例中，线路侧功率转换器母线223将线路侧功率转换器222电耦合到线路滤波器224。而且，线路母线225将线路滤波器224电耦合到线路接触器226。此外，线路接触器226经由转换电路断路器母线230电耦合到转换电路断路器228。另外，转换电路断路器228经由系统母线216和连接母线232电耦合到主变压器电路断路器214。备选地，线路滤波器224经由连接母线232直接电耦合到系统母线216，并且包括任何适当的保护方案（未示出），该保护方案被配置成考虑从电气和控制系统200中移除线路接触器226和转换电路断路器228。主变压器电路断路器214经由发电机侧母线236电耦合到电功率主变压器234。主变压器234经由断路器侧母线240电耦合到电网电路断路器238。电网电路断路器238经由电网母线242连接到电功率传输和分配电网。在备选实施例中，主变压器234经由断路器侧母
线240电耦合到一个或多个保险丝（未示出），而不是耦合到电网电路断路器238。在另一个实施例中，既不使用保险丝也不使用电网电路断路器238，而是主变压器234经由断路器侧母线240和电网母线242耦合到电功率传输和分配电网。
81.在示范性实施例中，转子侧功率转换器220经由单个直流（dc）链路244与线路侧功率转换器222电通信地耦合。备选地，转子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222经由单独且分离的dc链路（图2中未示出）电耦合。dc链路244包括正轨246，负轨248以及耦合在正轨246和负轨248之间的至少一个电容器250。备选地，电容器250包括在正轨246和负轨248之间串行和/或并行配置的一个或多个电容器。
82.涡轮控制器202被配置成从第一组电压和电流传感器252接收多个电压和电流测量信号。此外，涡轮控制器202被配置成监测和控制与风力涡轮100相关联的操作变量中的至少一些。在示范性实施例中，三个电压和电流传感器252中的每个电耦合到电网母线242的三相中的每个。因此，电网的当前频率可以由控制器202确定。备选地或另外地，涡轮控制器202可以与可与电网连接的频率传感器功能性地耦合。此外，控制器202可以经由诸如风电场控制器的主装置控制器接收电网的当前频率或至少表示电网的当前频率的信号，所述主装置控制器在功能上与相应的传感器耦合。
83.如图2中所示，电气和控制系统200还包括配置成接收多个电压和电流测量信号的转换器控制器262。例如，在一个实施例中，转换器控制器262从与定子母线208以电子数据通信耦合的第二组电压和电流传感器254接收电压和电流测量信号。转换器控制器262从与转子母线212以电子数据通信耦合的第三组电压和电流传感器256接收第三组电压和电流测量信号。转换器控制器262还从与转换电路断路器母线230以电子数据通信耦合的第四组电压和电流传感器264接收第四组电压和电流测量信号。第二组电压和电流传感器254基本上类似于第一组电压和电流传感器252，而第四组电压和电流传感器264基本上类似于第三组电压和电流传感器256。转换器控制器262基本上类似于涡轮控制器202，并与涡轮控制器202电子数据通信耦合。此外，在示范性实施例中，转换器控制器262物理地集成在功率转换组合件210内。备选地，转换器控制器262具有促进如本文描述的电气和控制系统200的操作的任何配置。
84.在操作期间，风冲击叶片108并且叶片108将风能转换为机械旋转扭矩，该机械旋转扭矩经由毂110可旋转地驱动低速轴112。低速轴112驱动齿轮箱114，该齿轮箱114随后提高低速轴112的低转速，从而以提高的转速驱动高速轴116。高速轴116可旋转地驱动发电机转子122。旋转磁场由发电机转子122感应，并且电压在发电机定子120内感应，该发电机定子120磁耦合到发电机转子122。发电机118将旋转机械能转换成发电机定子120中的正弦三相交流（ac）电能信号。在示范性实施例中，相关联的电功率经由定子母线208，定子同步开关206，系统母线216，主变压器电路断路器214和发电机侧母线236传输到主变压器234。主变压器234提高电功率的电压幅度，并且经变换的电功率经由断路器侧母线240，电网电路断路器238和电网母线242进一步传输到电网。
85.在示范性实施例中，提供第二电功率传输路径。在发电机转子122内生成电的，三相的，正弦曲线的ac功率，并经由转子总线212将其传输到功率转换组合件210。在功率转换组合件210内，电功率被传输到转子滤波器218，并且对于与转子侧功率转换器220相关联的pwm信号的变化率修改电功率。转子侧功率转换器220用作整流器并将正弦三相ac功率整流
为dc功率。dc功率被传输到dc链路244。电容器250促进通过促进减轻与ac整流相关联的dc纹波来减轻dc链路244电压幅度变化。
86.dc功率随后从dc链路244传输到线路侧功率转换器222，且线路侧功率转换器222充当经配置以将来自dc链路244的dc电功率转换成具有预定电压，电流和频率的三相正弦ac电功率的逆变器。经由转换器控制器262监测和控制这个转换。经转换的ac功率经由线路侧功率转换器母线223和线路母线225，线路接触器226，转换电路断路器母线230，转换电路断路器228和连接母线232从线路侧功率转换器222传输到系统母线216。线路滤波器224补偿或调整从线路侧功率转换器222传输的电功率中的谐波电流。定子同步开关206被配置成闭合以促进将来自发电机定子120的三相功率与来自功率转换组合件210的三相功率连接。
87.转换电路断路器228，主变压器电路断路器214和电网电路断路器238被配置成例如当过多的电流流动可能损坏电气和控制系统200的组件时断开对应的母线。还提供包括线路接触器226的附加保护组件，可以通过打开对应于线路母线225的每条线的开关（图2中未示出）来控制线路接触器226以形成断开。
88.针对例如毂110和叶片108处的风速中的变化，功率转换组合件210补偿或调节来自发电机转子122的三相功率的频率。因此，以这种方式，机械和电转子频率与定子频率去耦。
89.在一些条件下，功率转换组合件210的双向特性并且特别地，转子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222的双向特性促进将所生成的电功率中的至少一些反馈到发电机转子122中。更特别地，电功率从系统母线216传输到连接母线232，并且随后通过转换电路断路器228和转换电路断路器母线230传输到功率转换组合件210中。在功率转换组合件210内，电功率通过线路接触器226，线路母线225和线路侧功率转换器母线223传输到线路侧功率转换器222中。线路侧功率转换器222用作整流器并将正弦三相ac功率整流为dc功率。dc功率被传输到dc链路244中。电容器250促进通过促进减轻有时与三相ac整流相关联的dc纹波来减轻dc链路244电压幅度变化。
90.dc功率随后从dc链路244传输到转子侧功率转换器220，并且转子侧功率转换器220用作逆变器，该逆变器被配置成将从dc链路244传输的dc电功率转换成具有预定电压，电流和频率的三相正弦ac电功率。经由转换器控制器262监测和控制这种转换。经转换的ac功率经由转子滤波器母线219从转子侧功率转换器220传输到转子滤波器218，且随后经由转子母线212传输到发电机转子122，由此促进次同步操作。
91.功率转换组合件210被配置成从涡轮控制器202接收控制信号。控制信号基于风力涡轮100以及电气和控制系统200的感测条件或操作特性。控制信号由涡轮控制器202接收并用于控制功率转换组合件210的操作。来自一个或多个传感器的反馈可以被电气和控制系统200用来经由转换器控制器262控制功率转换组合件210，包括例如转换电路断路器母线230，定子母线和转子母线电压或经由第二组电压和电流传感器254，第三组电压和电流传感器256以及第四组电压和电流传感器264的电流反馈。使用这个反馈信息，并且例如，可以以任何已知的方式生成开关控制信号，定子同步开关控制信号和系统电路断路器控制（跳闸）信号。例如，对于具有预定特性的电网电压瞬变，转换器控制器262将至少暂时地基本暂停igbt在线路侧功率转换器222内的传导。线路侧功率转换器222的这种操作暂停将基本上减轻通过功率转换组合件210引导的电功率到大约零。
92.在示范性实施例中，发电机118，升压变压器234和电耦合到发电机118和变压器234的功率转换组合件210形成风力涡轮100的功率转换系统。
93.图4图示如以上关于图1至图3所解释的风力涡轮的功率转换系统的电输出功率p的示范性示意过程。
94.在第一时间t0，通常在检测到公用电网的欠频事件时，风力涡轮向其馈送功率，或者此后不久，风力涡轮被设置为过度生产操作模式。
95.这可以通过从功率转换装置控制器接收相应的命令并分别将惯性标记（flag）设置为真（或1）来触发。
96.在过度生产操作模式中，风力涡轮的功率转换系统的电输出功率p（t）从t0处的初始电输出功率p0增加到预期的更高功率值p
des
，但是通常低于t0处的可能的最大电功率输出p
max
》p
des
。
97.在示范性实施例中，电输出功率p（t）在正常运行时间t
up
（其可以由电网规范指定）内线性地上升到p
des
。
98.在稍后的时间t1=t0＋t
up
达到预期的更高功率值p
des
之后，电输出功率p（t）在保持时间t
hold
内保持至少基本恒定和/或直到在第二时间t2达到响应时间间隔t
resp
=t
up
＋t
hold
。t
resp
，t
up
和/或t
hold
也可以由电网规范指定。
99.从第二时间t2（或此后不久）开始，在示范性实施例中，电输出功率p（t）线性地减小（斜降），并且同时，开始对参考功率p
ref
进行时间积分以计算能量恢复值e
rec
。参考功率p
ref
通常与初始电输出功率p0相关，并且甚至可以对应如图4中所指示的p0。
100.此外，能量响应值e
resp
可以通过将p
ref
乘以第二时间t2与第一时间t0之间的时间差t
resp
来确定：e
resp
=p
ref
*t
res
。
101.从第二时间t2开始（或此后不久），电输出功率p（t）可以以给定的速率和/或在给定的停机时间t
down
内斜降，其中的一个或两个可以由电网规范指定。
102.在第三时间t3，电输出功率p（t）达到（或越过）参考功率p
ref
，例如初始电输出功率p0。
103.在第三时刻t3，例如响应于从功率转换装置控制器接收到相应的命令并分别将恢复标记设置为真（或1），将风力涡轮设置为恢复操作模式。
104.注意，时间t1到t3可以由功率转换装置控制器确定，以从t1到t3同步地操作功率转换装置的所有风力涡轮（至少基本上，即在实时或接近实时的精度内）。随后的恢复操作模式可以由（一个或多个）（风）涡轮控制器控制。
105.在恢复操作模式中，如图4中的曲线b所指示，（一个或多个）风力涡轮的电输出功率p（t）向上限制。图4中的曲线a对应风力涡轮的示范性实际输出功率p（t）。
106.在示范性实施例中，电输出功率p（t）被限制为初始电输出功率p0和当前可用的最大电功率输出p
max
（t）的函数，而不（进一步）降低风力涡轮的转子的速度。这通常由风力涡轮控制器完成。
107.注意，当前可用的最大电功率输出p
max
（t）通常不同于t0处的可用最大电功率输出p
max
（t0）。它可以更低，至少在开始时更低，但是如果风速增加，它也可以变得更高。
108.在所述恢复操作中操作所述风力涡轮直到满足以下条件中的至少一个：通过积分确定的能量恢复值e
rec
变得至少等于能量响应值e
resp
，并且电输出功率p（t）再次从下方达
到或越过初始电输出功率p0。后者如图4中图示。
109.在恢复操作模式中，实际电输出功率（曲线b）由pb（t）向上限制，如曲线b中所示。特别地，pb（t）可以被确定为参考功率p
ref
的最小函数，即在示范性实施例中在t0处的初始电输出功率p0，以及当前可用的最大电功率输出p
max
（t）乘以功率因数pf：pb(t)=min(p
ref
, pf*p
max
(t))= min(p0, p
f *p
max
(t))当前可用的最大电功率输出p
max
（t）可以根据（测量的）转子速度n或发电机转子速度和额定转矩tr来例如确定为p
max
(t) = n(t)* t
r。
110.功率因数pf大于0，并且通常小于1，例如接近1。
111.因此，如曲线a中所示的实际功率输出功率可以保持接近但低于限制曲线b（pb（t））。
112.因此，可以使用特别容易，容易自适应和可靠的控制机制来确保对于快速频率响应模式（在电网的低频事件中）的良好电网规范一致性。这通过宽范围参数未提供的模拟得到证实。
113.注意，如果功率因数是1，则如图4的曲线a中所示的实际功率输出功率也可以低于限制曲线b（pb（t））。这可能是由于要考虑用于控制风力涡轮的其它约束。
114.还要注意，用于快速频率响应的电网规范通常要求不同国家的不同功率恢复要求。
115.例如，所提供的能量要求等于或大于能量损失，功率下降可能要求为额定或实际功率的至多20％或至多10％，和/或功率恢复可能要求在例如180秒内实现。
116.在示范性实施例中，当能量恢复值e
rec
变得至少等于能量响应值e
resp
时，恢复模式结束（并且恢复标记被重置）。此后，风力涡轮通常（再次）在正常操作模式下操作，即不根据参考功率/初始电输出功率和实际可用的最大电功率输出p
max
（t）向上限制输出功率，该最大电功率输出p
max
（t）不会导致降低转子速度。
117.如果功率装置的风力涡轮或至少一个风力涡轮在第二时间t2之前用完可用功率或能量，则功率装置控制器通常重置仅用于至少一个（单独的）风力涡轮的惯性标记和缩减命令，并且通过发送仅用于那个风力涡轮的恢复标记来发起功率恢复模式，这又开始在恢复模式中操作。功率装置的其它风力涡轮可以被功率装置控制器请求使用它们的可用功率来补偿已经在恢复模式中操作的风力涡轮的“损耗”，以在（预期的）完全响应时间（间隔）t
resp
上传递所要求的惯性功率响应。
118.在这个实施例中，风力涡轮可以同步操作，直到功率装置的至少一个风力涡轮用完可用功率或能量。
119.图5a图示如上参照图1至图3所述的用于操作风力涡轮的方法2000的流程图。
120.在方框2100中，将风力涡轮（通常为多个风力涡轮）设置为在过度生产操作模式中操作，在所述过度生产操作模式中，使用存储在转子和可选的功率转换系统中的动能，使风力涡轮的功率转换系统的电输出功率从功率转换系统的初始电输出功率增加。
121.如由图5a的右侧部分所指示，在判定框202中确定如在框2010中所测量的电网的频率f处于或低于阈值频率f
thresh
（特别是（一个或多个）风力涡轮所连接到的（公用）电网的死区频率）之后，通常进入框2100，以用于将输出功率馈送到电网中。
122.（一个或多个）风力涡轮通常在过度生产操作模式中操作，如以上关于图4所解释的。
123.在过度生产操作模式中操作风力涡轮的给定响应时间之后，在框2300中，发起电输出功率降低（通常从功率平稳状态开始）和对参考功率（其通常与进入过度生产操作模式时的初始电输出功率相关或甚至由其表示）进行积分以确定能量恢复值。
124.电输出功率通常至少基本上线性地减小。
125.当减小的电输出功率达到或越过来自上方的参考功率时，在框2400中，将风力涡轮设置为在恢复操作模式中操作。
126.在恢复操作模式中，风力涡轮的电输出功率被限制为处于或低于参考功率和与时间相关的当前可用最大电功率输出的函数的值，从而确保转子速度不会进一步降低，特别是当前可用最大电功率输出乘以功率因数和参考功率的最小函数。
127.在框2500中，当能量恢复值变得至少等于能量响应值时或者当电输出功率从下方达到和/或越过参考功率时，可以将（一个或多个）风力涡轮设置成切换回正常操作模式。
128.图5b是可经由电网电路断路器538连接到公用电网542的示范性功率装置500的框图。
129.在示范性实施例中，仅示出通常多个风力涡轮100中的两个，所述风力涡轮通常至少类似于以上关于图1至图3所解释的风力涡轮。
130.功率装置500尤其可以是风电场。
131.在示范性实施例中，功率装置500包括可选的装置功率变压器534，其用于将电压从来自内部（功率装置）电网541的内部电网电压电平（例如通常6kv到50kv的电压范围中的中间电压）升高到更高的公用电网电压电平。
132.每个风力涡轮100具有转子100和包括与转子106机械连接的发电机118的功率转换系统210。
133.此外，在示范性实施例中，所图示的风力涡轮100中的每个具有用于将电压提高到内部电网电压电平的可选变压器223，并且可经由相应的电路断路器238连接到内部电网。
134.每个风力涡轮100具有由功率装置控制器502监督的相应的风力涡轮控制器202。
135.风力涡轮控制器202与相应的功率转换组合件210通信耦合，以用于控制输出功率p，p’。此外，风力涡轮控制器202可以分别与对应的转子106及其旋转速度传感器通信地耦合，以用于接收相应的转子速度信号n，n’。
136.在示范性实施例中，功率装置控制器502与传感器或传感器单元552通信地耦合，该传感器或传感器单元552可连接到公用电网542，并且被配置成在连接状态下测量与公用电网542的当前频率f相关的一个或多个信号，诸如（一个或多个相的）（一个或多个）电压u和（一个或多个）电流i，和/或甚至测量和/或确定当前频率f。
137.功率装置控制器502和风力涡轮控制器202（包括用于直接控制转换器的相应的可选转换器控制器，如例如上面关于图2所解释的）形成功率装置500的控制系统。
138.控制系统502，202可以执行上面关于图4，5a解释的任何方法。
139.特别地，控制系统502，202可以被配置成在过度生产操作模式中操作风力涡轮100，在所述过度生产操作模式中，当进入过度生产操作模式时，通过使用存储在风力涡轮中的动能，功率转换系统118，210，238的电输出功率p，p’从初始电输出功率增加；当在过度
生产操作模式中操作的预定时间间隔或周期（t
resp
）已经结束时，开始对参考功率进行积分以确定能量恢复值，并且减小电输出功率p，p’；计算作为参考功率与所述预定时间间隔或周期的乘积的能量响应值；以及当电输出功率p，p’从上方达到和/或越过参考功率时，在恢复操作模式中操作相应的风力涡轮100，直到能量恢复值变得至少等于能量响应值，或者直到电输出功率p，p’从下方再次达到和/或越过参考功率。在恢复操作模式中，根据参考功率和相应风力涡轮的相应当前可用最大电功率输出，向上限制电输出功率p，p’，而不降低其转子速度。
140.根据实施例，一种用于操作风力涡轮的方法包括：在第一时间将风力涡轮初始化为在过度生产操作模式中操作，在所述过度生产操作模式中，通过提供存储在风力涡轮（特别是转子）中的动能使风力涡轮的电输出功率从初始电输出功率增加。在第二时间，风力涡轮的电输出功率开始降低。确定通常对应于参考功率与第二时间和第一时间之间的时间差的乘积的能量响应值。风力涡轮从电输出功率达到或越过参考功率的第三时间起在恢复操作模式中操作，直到能量恢复值变得至少等于能量响应值，或者直到电输出功率再次从下方达到或越过参考功率。在恢复操作模式中，根据参考功率和当前可用的最大电功率输出向上限制电输出功率，而不降低转子的速度。通常，通过积分参考功率来确定能量恢复值，其中积分参考功率在第二时间开始。
141.本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开本发明，并且还使本领域的技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合方法。本发明的可取得专利范围由权利要求书来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。例如，虽然书面描述涉及水平轴风力涡轮，但是实施例还可以涉及竖直轴风力涡轮，特别是变桨距竖直轴风力涡轮。因此，当发电机不处于功率操作模式时，操作转子以相对于转子的旋转轴以交替的方式围绕预定的预期角取向移动可以应用于水平轴风力涡轮和竖直轴风力涡轮。如果这类其他示例包括与权利要求书的文字语言完全相同的结构元件，或者如果它们包括具有与权利要求书的文字语言的非实质差异的等效结构元件，则它们意在处于权利要求书的范围之内。
142.本发明不限于上述实施例和修改，并且可以在其要点内以各种形式体现，例如，涉及操作风力涡轮的实施例的技术特征可以与涉及设计风力涡轮的实施例组合，即，如本文所解释的操作风力涡轮可以涉及操作如本文所解释的设计的风力涡轮。此外，可以适当地替换或组合与根据
技术实现要素：
部分中描述的方面的技术特征相对应的修改，以解决上述问题中的一些或全部或者获得上述效果中的一些或全部。技术特征也可以适当地省略，除非它们在本说明书中被描述为是必要的。
143.参考数字风力涡轮 100机舱 102塔架 104转子 106叶片 108毂 110低速轴 112
齿轮箱 114发电机 118发电机定子 120发电机转子 122控制系统 200涡轮控制器 202处理器 204同步开关 206存储器 207定子母线 208通信模块 209功率转换组合件 210传感器接口 211转子母线 212变压器电路断路器 214系统母线 216转子过滤器 218滤波器母线 219转子侧功率转换器 220线路侧功率转换器 222线路侧功率转换器母线 223线路滤波器 224线路母线 225线路接触器 226转换电路断路器 228转换电路断路器母线 230连接母线 232电功率主变压器 234，534发电机侧母线 236电网电路断路器 238，538断路器侧母线 240经由电网母线的分配电网 242dc链路 244正轨 246负轨 248电容器 250电流传感器 252电流传感器 254电流传感器 256
转换器控制器 262电流传感器 264。