CN102290810B - 电力控制系统和包括该电力控制系统的电力设施 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力控制系统和包括该电力控制系统的电力设施。描述了一种电力控制系统，包括：第一节点（205），多个功率生产实体（204）能够连接到该第一节点（205）以将它们的功率输出信号组合为第一功率信号；变压器（219），其适于将在所述第一节点处的第一功率信号变换成在能够连接到负载的第二节点处的第二功率信号，所述第二功率信号具有比所述第一功率信号更高的电压；能够连接到所述第一节点和/或所述第二节点的至少一个电容器（211，223）；控制单元（209），其适于控制所述至少一个电容器到所述第一节点和/或到所述第二节点的连接从而由从所述功率生产实体到所述负载的功率输出信号的传输损耗引起的功率损耗得以最小化。

Description

电力控制系统和包括该电力控制系统的电力设施

技术领域

本发明涉及一种用于控制多个功率生产实体的电力控制系统。此外，本发明涉及一种包括多个功率生产实体和电力控制系统的电力设施。特别地，本发明涉及一种用于控制多个功率生产实体的电力控制系统，其中该电力控制系统包括能够连接到在电力控制系统内的节点的至少一个电容器。

背景技术

电力设施可以包括多个功率生产实体例如风力涡轮机，功率生产实体可以在公共耦合点（PCC）处连接以向公用电网提供它们产生的功率。在美国，术语PCC可以指的是在电网运营商和当地功率生产商之间的连接。从而公共耦合点可以在MV侧处，如果电网公司拥有变压器。它可以正好在HV侧上的变压器的另一侧上或者它可以在上游几英里处，如果当地功率生产商必须安设出去连到风力发电厂的线路。

风力涡轮机可以特别地是变速风力涡轮机，根据电网上的负载，变速风力涡轮机可能要求某种VAr（无功伏安）控制，从而增强功率质量或者符合在公共耦合点处的互连协议。

US 7,071,579 B2公开了一种风电场VAr（无功伏安，还被称作var）支持控制器和一种用于被连接到电网的风电场的谐波滤波器控制器。在风力涡轮机变压器和风电场变压器之间的电网的低压侧处应用该var支持和谐波滤波器，风电场变压器根据地方性法规将低压或者中压变换为高压。在变电站变压器的MV侧处或者在变电站变压器的HV侧处在生产实体（涡轮机）处应用电压（VAr）支持以满足在PPC点处的要求。

US 7,042,110 B2公开了一种变速风力涡轮机，其中风力涡轮机的发电机转换器利用场定向方法控制发电机扭矩。并且电网转换器控制电网特性如MW、电压（MVAr或者cos(φ)）。然而，var控制器和cos(φ)控制器未予详细描述。

US 7,606,638 B2公开了一种带有电压控制（MVAr或者cos(φ))的风电园区，其中园区主控器（park master）具有通信线路以控制风能设备从而为风力涡轮机设定有源电容器组和电压基准的最佳组合以增加到网络的功率传输。

已经观察到包括多个功率生产实体的功率设施可能在低于最佳的效率下操作。此外，已经观察到传统的控制方法可能未提供实现较高效率水平的灵活性。

可能存在以下需要，即，使得电力控制系统控制多个功率生产实体中的多个，该电力控制系统向各个功率生产实体分配电压（MVAr或者cos(φ)）基准从而提高功率生产设施的效率。此外，可能存在以下需要，即，使得包括电力控制系统的电力设施特别地关于电力设施的效率得到改进。此外，可能存在以下需要，即，使得电力设施在变化的负载状况下高效地提供功率。

发明内容

可以利用根据独立权利要求的主题满足这个需要。从属权利要求描述了本发明的有利的实施例。

根据一个实施例，一种电力控制系统包括：多个功率生产实体能够被连接到的以将它们的功率输出信号组合为第一功率信号的第一节点；适于将在第一节点处的第一功率信号变换成在能够连接到负载的第二节点处的第二功率信号的变压器，第二功率信号具有比第一功率信号更高的电压；能够连接到第一节点和/或第二节点的至少一个电容器；控制单元，该控制单元适于控制该至少一个电容器到第一节点和/或到第二节点的连接以及向功率生产实体传输电压（MVAr或者cos(φ)）基准，从而通过在第一节点处组合功率输出信号和/或通过向负载供应第二功率信号而引起的功率损耗得以最小化，特别地通过向PCC点或者调整点传输由功率生产实体产生的功率而引起的功率损耗能够得以最小化。

第一节点可以是该多个功率生产实体例如经由多个开关而能够被连接或者已被连接到的电连接点，所述开关允许将该多个功率生产实体中的每一个连接到第一节点或者断开该多个功率生产实体中的每一个到第一节点的连接。该多个功率生产实体中的每一个均可以是能够产生电能的任何实体，例如风力涡轮机。可以从机械能例如风能、波能和/或太阳能产生电能。

该多个功率生产实体中的每一个均可以包括用于将机械能转换成电能的机电换能器。特别地，该多个功率生产实体中的每一个均可以包括发电机。此外，该多个功率生产实体中的每一个均可以包括AC/DC/AC转换器，该AC/DC/AC转换器用于将从发电机输出的功率信号转换成与公用电网相兼容的功率信号，与公用电网相兼容的功率信号特别地具有预定频率并且具有预定电压和/或电流，特别地是一种三相功率信号。此外，该多个功率生产实体中的每一个均可以包括用于进一步改进在功率生产实体主端子处的功率质量的滤波电路。

对于该多个功率生产实体中的每一个，操作电压可以是可调节的，该操作电压代表由功率生产实体输出的功率信号的电压。特别地，该操作电压可以是在转换器处、特别地在风力涡轮机的转换器处可调节的。

该多个功率生产实体的电力在第一节点处得以组合（作为具有特定电压并且具有特定电流的第一功率信号）。电压以及电流可以相对于时间根据三角函数例如正弦或者余弦函数而改变。变化的第一功率信号的频率可以是例如额定50Hz或者60Hz。

第一功率信号的电压和电流可以不是同相的，但是它们可以相对于彼此相移。相对相角被称作φ。因此，电流可以以相位φ在电压前面或者相反。在第一功率信号的电流和电压之间的相对相移φ可以依赖于该多个功率生产实体中的每一个的电气属性、第二功率信号被连接到的负载和其它因素。如果该负载例如是纯电阻性的，则第一功率信号的电压和电流可以是同相的（φ=0）从而它们同时地反转它们的极性。如果例如该负载是纯电抗性的，则第一功率信号的电压和电流可以是90°异相的，即φ=90°。

电信号的传输功率是电信号的电压和电流的乘积。由此，相对相位关系也必须被加以考虑从而功率等于电压乘以电流乘以相对相角φ的余弦。数量                                                ×I×V×cosine(φ)可以被称为“有效功率”并且数量×I×V×sine(φ)可以被称为“无功功率”（在任何公式中，x均代表乘法）。数量I×V还被称作“视在功率”。由此，I表示电流并且V表示第一功率信号的电压。被从负载传输回功率生产设施的无功功率有时利用单位无功伏安（VAr）量化。相反，有效功率是以单位瓦特（W）测量的。

如果负载例如是纯电抗性的（φ=90°），则不存在到负载的净能量传输。如果相对相角φ在0和90°之间，则在特定的时间将存在到负载的净能量传输并且在特定的其它时间将存在沿着反向方向从负载的净传输。

变压器可以将第一功率信号变换成具有比第一功率信号更高的电压的第二功率信号从而允许经由长距离电线的、更加高效的功率信号传输。

该至少一个电容器可以是能够存储电荷的任何电子器件。例如，该电容器可以在被电介质分离的两个电极处存储电荷，其中能量被存储于在两个电极之间产生的电场中。该至少一个电容器可以在三相电网上呈现电容性特性。它可以是基于开关电容器或者其它设计的。

根据一个实施例，该控制单元可以适于或者在第一节点处和/或在第二节点处调节在某个器件处的电容量。

对于满足电网要求的、有源电容器组和传输到涡轮机的电压基准的每一种可能的组合，控制器均可以使用PSS E模型（Siemens的产品）或者任何其它的电气基础设施模型来计算在整个电路中结果所得的电流和电压，并且基于这个模型结果，建立用于从功率生产实体到测量点（在如根据设计规定的、图2中的节点205或者221处）的MW损耗的值。电网要求可能导致需要非常大的无功贡献，从而可以存在满足所要求的交换的从事的电容器的多种组合。在其它操作状况期间，可能存在对于非常大的无功消耗的需要，从而非常少的组合或者可能仅仅在涡轮机处的调整可以满足所要求的无功功率交换。

例如，如果电网互连协议要求在给定条件下风力发电厂应该生产15MVAr从而符合该协议，则这能够由以下实现：

涡轮机贡献：+15MVar；在节点（205）处递送的电容器（211）的贡献：+0MVAr；在节点（221）处电容器（223）的贡献：0MVAr；或者通过

涡轮机贡献：+10MVar；在节点（205）处递送的电容器（211）的贡献：+5MVAr；在节点（221）处电容器（223）的贡献：0MVAr；或者通过

涡轮机贡献：+0MVar；在节点（205）处递送的电容器（211）的贡献：+15MVAr；在节点（221）处电容器（223）的贡献：0MVAr。

根据电容器的尺寸和电容器的数目，其它组合可以是可能的。控制器（209）可以考虑所有的组合并且确定具有最小传输损耗的组合并且可以相应地设定电容器的连接。

设定在涡轮机级处产生15MVAr的电压基准将增加在LV侧上的电压并且减少这里的损耗。但是激活至少某些电容器组将最有可能产生较低的、从生产实体向外到测量点的能量损耗。最佳解决方案同样可以依赖于主电网电压。

电网互连可能不是简单的永久目标值。根据电网运营商在任何给定时间需要什么，它可以对于某些互连而言是动态电压基准并且对于其它互连而言是动态MVAr或者cos(φ)基准。对于某些互连，甚至可能要求给定的风力发电厂能够在不同的操作模式如电压控制和MVAR/cos(φ)模式之间切换。

根据一个实施例，可以有利的是将该至少一个电容器连接到第一节点。根据另一实施例，可以有利的是将该至少一个电容器连接到第二节点。根据另一实施例，可以有利的是既不将该至少一个电容器连接到第一节点也不将其连接到第二节点。

根据一个实施例可以将功率损耗定义为在由该多个功率生产实体产生的原始功率和被传输到负载的传输功率之间的差。由此，原始功率可以是该多个功率生产实体的功率，在功率信号被供应到转换器、滤波器和功率生产实体的其它电子构件、特别地风力涡轮机之前由它们的相应的发电机产生该功率。由此，功率损耗的至少一部分可以通过从功率生产实体到第一节点传输功率信号而发生。另外地或者可替代地，功率损耗的至少一部分可以是由于在第一节点处的第一功率信号到第二节点的传输而引起的，可能地通过将第一功率信号变换成第二功率信号而引起。

除了确保功率信号遵守地方性法规，由控制单元执行以控制包括该多个功率生产实体和该至少一个电容器的功率生产设施的控制方法可以因此改进功率生产设施的效率。

根据一个实施例，该至少一个电容器包括能够连接到第一节点的至少一个第一电容器和能够连接到第二节点的至少一个第二电容器，其中该控制单元适于控制第一电容器到第一节点的连接和控制第二电容器到第二节点的连接从而功率损耗得以最小化。如果提供了多于一个第一电容器和多于一个第二电容器，则该控制单元可以适于控制所有的第一电容器到第一节点的连接和控制所有的第二电容器到第二节点的连接从而功率损耗得以最小化。

在本申请上下文中，术语第一电容器可以包括多个电容器并且术语第二电容器可以包括多个第二电容器。

提供能够连接到第一节点的至少一个电容器和/或能够连接到第二节点的至少一个第二电容器可以提供用于降低功率损耗的更多的机会（通过第一电容器到第一节点的连接和第二电容器到第二节点的连接的更多组合，特别地当提供了多个第一电容器和多个第二电容器时）并且可以由此提高功率生产设施的效率。

根据一个实施例，该至少一个第一电容器被连接到第一节点并且该至少一个第二电容器被连接到第二节点。根据另一实施例，该至少一个第一电容器被连接到第一节点并且该至少一个第二电容器被从第二节点断开。根据更进一步的实施例，第一电容器被从第一节点断开并且第二电容器被连接到第二节点。根据更进一步的实施例，第一电容器被从第一节点断开并且第二电容器也被从第二节点断开。

根据一个实施例，该控制系统考虑第一电容器到第一节点和第二电容器到第二节点的连接的所有可能的组合并且选择将产生功率生产设施的最小功率损耗的那种连接模式。

根据一个实施例，该功率生产实体允许调节它们的功率输出信号的它们的操作电压，其中该控制单元进一步适于控制功率生产实体的操作电压从而功率损耗得以最小化。

调节功率生产实体的操作电压可以允许调节每一个生产实体的功率因数。由此，在由每一个功率生产实体产生的功率信号的电压和电流之间的相位关系可以被改变。特别地，生产实体中的至少两个的操作电压可以是相互不同的。

根据一个实施例，该控制单元适于向生产实体分配电压（MVAr或者cos(φ)）基准并且保证结果所得的功率特性满足互连要求。此外，该控制单元可以适于考虑第一电容器到第一节点、第二电容器到第二节点的连接的所有可能的组合和被施加到生产实体的操作电压的所有的组合并且确定产生最小功率损耗的那种组合。然后，可以根据所确定的、产生最小功率损耗的组合执行第一电容器到第一节点和第二电容器到第二节点的连接和对于生产实体的操作电压的调节。由此，可以提高功率生产设施的效率。

根据一个实施例，该控制单元进一步适于控制第一电容器的和/或第二电容器的（一个或者多个）连接和/或功率生产实体的操作电压（MVAR或者cos(φ)）从而风力发电厂基础设施的固有频率的影响能够得以最小化。

在作为额定电网频率的倍数的频率下可能发生振荡。额定频率可以例如是50Hz或者60Hz。额定频率的倍数还可以被称作高次谐波频率。振荡可以在将该多个功率生产实体连接到第一节点的网络内发生并且振荡可以另外地或者可替代地还在第一节点和第二节点和/或电连接之间的电子元件和在第二节点和负载之间的元件内发生。根据一个实施例，振荡可以在包括将功率生产设施连接到代表负载的多个消费者的公用网络的整个功率生产设施内发生。在一个或者多个固有频率下的振荡可以不利地影响功率生产设施的效率或者可靠性。从而主动地管理风力发电厂内部电网上的电容性元件能够有助于减小内在的固有共振或者谐波的不利影响。

该振荡可以包括电压和/或电流振荡，从而电压和/或电流可以随着时间而改变。

根据一个实施例，该控制单元进一步适于基于预测电气属性的功率控制系统的模型控制第一电容器的和/或第二电容器的连接和/或功率生产实体的操作电压（或者至少一个操作电压）。

特别地，该至少一个第一电容器可以包括能够独立地连接到第一节点的多个第一电容器。特别地，该至少一个第二电容器可以包括能够独立地连接到第二节点的多个第二电容器。根据另一实施例，该至少一个第一电容器可以是可以能够存储可调节的电荷量的电容器。根据一个实施例，该至少一个第二电容器可以是能够存储可调节的电荷量的电子器件。根据这些实施例，该控制单元可以适于调节由该至少一个第一电容器和/或由该至少一个第二电容器存储的电荷量。因此，该控制单元可以适于（或者通过关闭用于开关电容器系统的开关或者通过设置用于动态VAr器件的MVAr或者电压基准）将第一节点连接到具有可调节容量（该容量可由控制单元控制）的电荷储存器并且可以进一步适于将电荷储存器连接到第二节点，该电荷储存器具有可调节容量（该容量可由控制单元控制）。

根据一个实施例，该模型可以是包括该多个功率生产实体、从功率生产实体到第一节点的该多个连接路径、在第一节点和第二节点之间的电气构件的电气属性的整个功率生产设施的模型并且还可以包括向负载提供功率的公用电网的部分。

该模型可以例如包括在功率信号到负载的传输路径内的（复）阻抗。该模型可以包括PSS E模型（Siemens使用建模软件构建的模型）或者能够置于风电园区控制器平台上的、任何其它类似的建模表示。此外，该模型可以包括传输线路的模型和电气器件，例如电容器、电感器和电阻器的模型。此外，该模型可以包括可以在功率生产实体中包括的AC/AC转换器的模型。由此，可以执行第一电容器的和/或第二电容器和/或功率生产实体的操作电压的控制从而功率损耗得以最小化。

根据一个实施例，该模型包括谐波分析。谐波分析可以包括在功率生产设施内的或者在功率生产设施的至少各部分内的振荡的分析并且还可以包括在功率生产设施和/或公用电网内发生的振荡的分析。谐波分析可以包括傅里叶分析或者电气基本设施的谐波特性的任何其它表示。由此，振荡可以在相应于基本频率的倍数的频率下发生。基本频率可以是当地电网的频率。由此，不利地影响功率生产设施的性能的振荡频率可以得以识别并且至少部分地防止或者衰减在这个识别频率下的振荡的、第一电容器到第一节点和第二电容器到第二节点的连接可以得以识别（和/或改变）。

根据一个实施例，该控制单元进一步适于基于在第一节点处测量和/或在第二节点处测量的电压和/或MVAr和/或功率因数控制（一个或者多个）第一电容器的和/或（一个或者多个）第二电容器的（一个或者多个）连接和/或功率生产实体的操作电压。

通过测量在第一节点处的电压和电流，可以确定被供应到第一节点的功率。此外，通过测量在第二节点处的电流和电压，可以确定递送到第二节点的功率。此外，例如通过测量从相应的发电机输出的功率，有可能测量从每一个单独的功率生产实体输出的功率。由此，可以有可能根据测得值确定功率损耗。由此，可以更加易于最小化功率损耗。此外，可以测量在电压和电流之间的相位关系从而推导在第一节点和/或第二节点处的功率因数。通过反馈测得值，第一电容器和第二电容器的连接模式的控制和对于功率生产实体的操作电压的调节的控制可以得到改进。

根据一个实施例，该控制单元适于对于被连接到第一节点的该至少一个第一电容器的第一数目和被连接到第二节点的该至少一个第二电容器的第二数目和被传输到生产实体的电压的每一种可能的组合推导功率损耗；并且根据具有最小功率损耗的组合控制该至少一个第一电容器和/或该至少一个第二电容器的连接和选择电压基准。可以使用如以上详述的功率生产设施的模型为每一种组合确定功率损耗。由此可以改进功率生产设施的控制以增强它的性能。第一数目和/或第二数目还可以是零。

根据一个实施例，该控制单元进一步适于为在功率生产实体处调节的操作电压的每一种可能的组合推导功率损耗；并且根据具有最小化的功率损耗的组合控制该至少一个第一电容器和/或该至少一个第二电容器的连接和/或调节功率生产实体的操作电压。由此，甚至可以更进一步地改进功率生产设施的效率。

根据一个实施例，该控制单元进一步适于在功率生产实体的功率输出信号之和改变时和/或在负载改变时改变该至少一个第一电容器到第一节点的（一个或者多个）连接和/或改变该至少一个第二电容器到第二节点的（一个或者多个）连接。因此，该控制单元可以动态地控制功率生产设施从而，例如在改变风力条件时对于改变由功率生产实体产生的功率输出信号而作出反应。为此，该控制单元可以连续地或者反复地监视功率生产设施的电气属性从而适当地控制第一电容器到第一节点和第二电容器到第二节点的连接并且适当地调节生产实体的操作电压。

根据一个实施例，该电力设施包括根据如上所述的一个实施例的电力控制系统和被连接以在第一节点处组合它们的功率输出信号的多个功率生产实体。由此，由于通过电力控制系统的、改进的控制，该电力设施可以具有改进的性能，由此提高它们的效率。

根据一个实施例，该多个功率生产实体中的至少一个包括风力涡轮机、光生伏打电池和/或波能系统。因此，该功率生产实体或者该多个功率生产实体中的至少一个可以从风能、从来自太阳的能量和/或从在波例如水波或者潮流中包含的能量产生它的电能。每一个功率生产实体均可以包括发电机或者用于将机械能变换成电能的机电换能器。特别地，该多个功率生产实体可以包括多个风力涡轮机。

根据一个实施例，该多个功率生产实体中的至少一个包括能够调节它的功率输出的它的操作电压的器件（特别地全功率转换器）。该器件（例如转换器）可以适于将由发电机产生的初级功率信号（可以是具有变化的频率和变化的电压振幅的信号）转换成具有电网频率并且具有预定电压振幅的次级功率信号。特别地，从转换器输出的次级功率信号的电压振幅作为被施加到转换器的操作电压基准可以是可调节的。由此，功率生产实体的操作电压可以容易地得到调节以简化用于改进电力设施的性能的控制。

用于风力发电厂的电压（MVAr或者cos(φ)）基准能够是由电网运营商规定的静态值，仅仅很少地由操作员改变，或者它能够经由OPC、MODBUS、TCP或者其它数据传输协议或者硬线接口而被以动态方式从外部源自动地发布到风力发电厂控制系统。风力发电厂控制器（HPPP-209）可以尽可能地遵循所分配的基准。如果在测量点处的实际电压低于所分配的电压基准，则风力发电厂控制器可以向功率生产实体发出电压基准，导致从风力发电厂输出MVAr以升高电压。如果在测量点处的实际电网电压高于所分配的电压基准，则风力发电厂控制器可以发出可以引起无功功率输入从而降低电压的电压基准。交换的MVAR量可以依赖于电压德耳塔（delta）值、电压下降控制设置和电网阻抗等。通常，在风力发电厂的反应能力内，交换的MVAr量可以与电压德耳塔值成比例。

根据一个实施例，提供了一种向负载供应电能的方法，其中该方法包括：由多个功率生产实体产生功率输出；将第一节点处的功率输出组合为第一功率信号；将第一功率信号变换成在第二节点处的第二功率信号，第二功率信号具有比第一功率信号更高的电压；向负载供应第二功率信号；和控制能够连接到第一节点和/或第二节点的至少一个电容器的连接从而通过从MV到HV和向外到负载的传输导致的功率损耗得以最小化。根据一个实施例描述并且利用了基于最小化MW损耗和基于减轻谐波的影响的调整。使用基于模型的控制器，在其它实施例中根据两个准则衡量贡献并且选择将在给定条件中应用的最期望的组合也将是可能的。由此，可以提高功率生产设施的效率。

必须指出，已经参考不同的主题描述了本发明的实施例。特别地，已经参考方法类型权利要求描述了某些实施例，而已经参考设备类型权利要求描述了其它实施例。然而，本领域技术人员将根据以上和以下描述推断，除非另有通知，除了属于一种类型的主题的特征的任何组合，在涉及不同的主题的特征之间、特别地在方法类型权利要求的特征和设备类型权利要求的特征之间的任何组合也被视为被本文献所公开。

以上限定的方面和本发明的进一步的方面根据将在下文中描述的实施例的实例是显而易见的并且通过参考实施例的实例而得以解释。将参考实施例的实例在下文中更加详细地描述本发明，但是本发明不被限制于此。

附图说明

现在通过参考附图描述本发明的实施例。

图1概略地示意根据现有控制策略的功率生产设施；以及

图2概略地示意根据一个实施例的功率生产设施。

具体实施方式

在图中的示意是概略性的。注意在不同的图中，类似的或者相同的实体被给予相同的引用符号或者被给予仅仅在第一数字内不同于相应的引用符号的引用符号。

图1概略地示意根据利用用于风力发电厂控制器和用于MV电容器组以及用于HV电容器组的半独立控制算法的典型现有设备的功率生产设施100。功率生产设施100包括被并联连接以将它们的功率输出信号组合到连接点105的一组103风力涡轮机104。电容器控制117和127和HPPP 109相互独立。因此，没有到连接点105和连接点121的电容器连接的最佳组合能够得以设定。

图2概略地示意带有组合的涡轮机和电容器组控制的功率生产设施的实施例200。如在图1中示意的功率生产设施100，在图2中示意的功率生产设施200包括能够连接到第一节点205的多个203风力涡轮机204。

每一个风力涡轮机204均包括具有在塔顶处安装的吊舱的风力涡轮机塔，其中该吊舱包括毂，在其处安装多个转子叶片。冲击风引起转子叶片移动从而被连接到转子轴的毂被旋转。转子轴依次地将它的机械能传输到在每一个风力涡轮机204中包括的发电机。每一个风力涡轮机204的发电机均输出被（未被示意的）转换器转换成具有电网频率和可调节电压振幅的信号的初级功率信号。这个功率信号可以进一步被在涡轮机204内的滤波构件滤波。风力涡轮机204可以另外地包括各个变压器以将经过滤波的功率信号变换成几kV例如20kV到40kV的电压。

被如此滤波的功率信号经由线路206而被供应到开关208。通过激活开关208，选定的风力涡轮机204可以被连接到第一节点205或者被从第一节点205断开。激活各个开关208可以经由未示意的控制线路而由控制系统209执行或者可以被永久地与仅仅代表电网保护器件例如过电流或者接地故障保护器件的开关连接。由此，被供应到第一节点205的信号可以处于中压（几十kV）。

一组211电容器213也能够连接到第一节点205。每一个电容器213均能够独立于其它电容器213地经由开关215连接到第一节点205。

被供应到第一节点205的第一功率信号被变压器219变换成被供应到第二节点221的第二功率信号，其中第二功率信号具有比被供应到第一节点205的第一功率信号更高的电压。通过激活开关225，电容器223能够连接到第二节点221。

在其它实施例中，该组电容器211包括一个或者多个电容器，并且在一个实施例中能够连接到第二节点221的电容器223包括一个或者多个另外的电容器。在其它实施例中，一个或者多个电容器仅仅能够连接到第一节点205或者第二节点221但是不能够连接到两个节点205、121。

在所示意的实施例中在变压器219的高电压侧上实现高性能园区先导（HPPP，high performance park pilot）209。HPPP能够调节在每一个单独涡轮机204处的电压（经由未被示意的控制线路）并且测量/监视电压和/或电流（无功或/和有功分量）和/或电网的功率因数（通过未被示意的传感器并且经由数据线路）。特别地，HPPP 209调节在每一个单独涡轮机处的电压从而在测量点处的功率特性满足电网互连协议。

被供应到第一节点205的第一功率信号被变压器219变换并且被供应到第二节点221。一组211电容器213能够经由开关215连接到第一节点205。通过激活开关225，电容器223能够连接到第二节点221。

不同于在图1中示意的实施例100，功率生产设施200的HPPP 209适于经由控制线路210控制开关215的激活以将电容器213连接到第一节点205，激活开关225以将电容器223连接到节点221并且还适于经由未被示意的控制线路调节各个涡轮机204的操作电压。由此，HPPP 209提供了电容器控制和操作电压控制的集成解决方案。

另外的电容器组（能够连接到第一和/或第二节点）的配置可以依赖于当地要求并且用于这些电容器组的控制可以是基于电压/MVAr或者功率因数算法的。电容器组211、223可以在中压侧（节点205）和高压侧（第二节点221）上位于风电园区变压器229的每一侧上。HPPP 209可以适于控制在每一个单独风力涡轮机204的涡轮机级处的电压（无功功率/功率因数/cosine(φ)/tangent(φ)）并且可以适于还作为集成解决方案控制电容器组211和223。控制算法可以基于地方性法规允许或者要求的任何方案但是除了符合作为基本约束的电网代码，该控制器应当基于电网损耗和/或电网谐波共振优化配置。根据一个实施例，HPPP控制器209可以结合电网的模型（分辨率水平可以改变）并且基于这个模型，该控制算法可以优化电压在整个电网中的可用系统之间的分配。

通过在HPPP中实现甚至更加详细的电网模型，HPPP可以执行谐波分析。如果电容器组的任何其它组合将产生更加有利的谐波情况，则倘若功率损耗得以最小化就可以激活这种配置。

一种更加有利的谐波情况可以并不总是意味着较小的总谐波失真（THD），而是可以只是意味着网络被更加朝向共振频率推动，这引起较小的、与已安设的设备或者生产设施外侧的设备的冲突。

本发明可以被应用于任何分配的能量生产设施，如例如光生伏打、风力发电厂和波能。中央高性能园区先导（HPPP）209可以适于根据无功功率和/或功率因数控制各个涡轮机的电压并且它可以进一步控制能够连接到园区变压器219的每一侧的一个或者多个电容器组211、223从而基于电网损耗或者传输损耗和/或电网谐波共振优化电容器组的配置。

使得几个系列的电容器组直接地由园区控制器控制可以改进风力发电厂电压和电网谐波共振的可控性并且可以最小化如上的电网损耗和谐波共振。基于大部分最佳谐波条件控制电容器组的能力能够在一些情形中消除在功率生产电网中的变电站分站处的对于谐波滤波器的需要。使得园区控制器209的控制算法基于功率生产电网的模型，该控制算法能够优化电压在整个电网中的可用系统之间的分配。

根据一个实施例，一组电容器211包括能够连接到第一节点205的四个电容器组并且该组电容器123包括能够连接到第二节点221的四个电容器组。根据一个实施例，HPPP 209为被连接到第一节点105的0、1、2、3和4个电容器组和被连接到第二节点的0、1、2、3和4个电容器组的所有的组合确定功率损耗。然后HPPP 209根据两个准则衡量贡献并且选择将被应用的、最期望的组合。此外，这些组合中的几个组合可以被忽略，因为它们将引起关于互连点的非顺应性。HPPP 209可以确定具有最小功率（传输）损耗的组合。HPPP 209可以然后激活开关215、225从而最小损耗组合得以建立。

除了电容器组合，应该考虑涡轮机的反应性范围，从而使得潜在地增加几个另外的电容器组合是可接受的和顺应性的成为可能。基于生产设施200的模型，可以可能的是使得每一种可接受的电容器组合为在这个位置上的特殊状况计算潜在的电网损耗。为了最小化电网损耗，可以执行具有最低电网（传输）损耗的电容器组合，并且当生产水平和电网电压改变时，可以执行新的模拟以继续在最低可能损耗下操作。电容器组能够被任何种类的动态VAR控制替代，从而改变模拟以替代电容器组配置将使得VAR支持每一个位置的特殊设置视为数字值。如果电容器组的任何组合产生更加有利的谐波情况，则可以通过激活相应的开关来激活这种配置。对于电容器的任何组合，可以利用基于模型的控制器209建立关键性共振频率。如果对于特殊电网确定低于12阶谐波的任何谐波都是关键性的，则基于模型的调节器209可以使得选择远离关键性区域移位共振频率的电容器组的组合成为可能。这可以消除在变电站分站中或者在涡轮机处对于昂贵的滤波器设备的需要，以及用于该设备的、缩短的停机时间。

应该指出，术语“包括”并不排除其它实体或者步骤并且“一”或者“一个”并不排除多个。结合不同的实施例描述的实体还可以得以组合。还应该指出，在权利要求中的引用符号不应该被理解为限制权利要求的范围。

为了概括，能够阐述本发明的上述实施例。

Claims (12)

1.一种电力控制系统，包括：

第一节点（205），多个功率生产实体（204）能够连接到所述第一节点（205）以将它们的功率输出信号组合为第一功率信号；

变压器（219），所述变压器适于将在所述第一节点处的第一功率信号变换成在能够连接到负载的第二节点（221）处的第二功率信号，所述第二功率信号具有比所述第一功率信号更高的电压；

能够连接到所述第一节点和/或所述第二节点的至少一个电容器（211，223）；

控制单元（209），所述控制单元适于控制所述至少一个电容器到所述第一节点和/或到所述第二节点的连接从而由从所述功率生产实体到所述负载的功率输出信号的传输损耗引起的功率损耗得以最小化，

其中所述至少一个电容器包括能够连接到所述第一节点的至少一个第一电容器（211，213）和能够连接到所述第二节点的至少一个第二电容器（223），其中所述控制单元适于控制所述第一电容器到所述第一节点的连接和控制所述第二电容器到所述第二节点的连接从而使得功率损耗得以最小化，

其中所述控制单元还适于为被连接到所述第一节点的所述至少一个第一电容器的第一数目和被连接到所述第二节点的所述至少一个第二电容器的第二数目的每一种可能的组合推导功率损耗；以及

根据具有最小功率损耗的组合来控制所述至少一个第一电容器和所述至少一个第二电容器的连接。

2.根据权利要求1的电力控制系统，其中所述功率生产实体允许调节在它们的功率输出端处的它们的操作电压从而功率损耗得以最小化。

3.根据权利要求1的电力控制系统，其中所述控制单元进一步适于控制所述第一电容器和/或所述第二电容器的连接和/或所述功率生产实体的操作电压从而在不利地影响功率生产设施的效率或者可靠性的一个或者多个固有频率下的振荡被衰减。

4.根据权利要求1到3中任何一项的电力控制系统，其中所述控制单元进一步适于基于预测电气属性的所述电力控制系统的模型来控制所述第一电容器和/或所述第二电容器的连接和/或所述功率生产实体的操作电压。

5.根据权利要求4的电力控制系统，其中所述模型包括谐波分析。

6.根据权利要求1到3中任何一项的电力控制系统，其中所述控制单元进一步适于基于在所述第一节点处测量的和/或在所述第二节点处测量的电压和/或电流和/或功率因数来控制所述第一电容器和/或所述第二电容器的连接和/或所述功率生产实体的操作电压。

7.根据权利要求1的电力控制系统，其中所述控制单元进一步适于为在所述功率生产实体处调节的操作电压的每一种可能的组合推导功率损耗；以及

根据具有最小化的功率损耗的组合来控制所述至少一个第一电容器和/或所述至少一个第二电容器的连接和/或调节所述功率生产实体的操作电压。

8.根据权利要求1到3中任何一项的电力控制系统，其中所述控制单元进一步适于在所述功率生产实体的功率输出信号之和改变时和/或在所述负载改变时改变所述至少一个第一电容器到所述第一节点的连接和改变所述至少一个第二电容器到所述第二节点的连接。

9.一种电力设施，包括：

根据权利要求1到8中任何一项的电力控制系统；以及

被连接以在所述第一节点处组合它们的功率输出信号的多个功率生产实体。

10.根据权利要求9的电力设施，其中所述多个功率生产实体中的至少一个包括风力涡轮机、光生伏打电池和/或波能系统或者潮流。

11.根据权利要求9或者10的电力设施，其中所述多个功率生产实体中的至少一个包括能够用于调节它的功率输出的它的操作电压的器件。

12.一种向负载供应电能的方法，所述方法包括：

利用多个功率生产实体产生功率输出信号；

将第一节点处的功率输出组合为第一功率信号；

将第一功率信号变换成在第二节点处的第二功率信号，第二功率信号具有比第一功率信号更高的电压；

向负载供应所述第二功率信号；以及

控制能够连接到所述第一节点和/或所述第二节点的至少一个电容器的连接从而由从所述功率生产实体到所述第一节点的传输引起的功率损耗得以最小化，

其中所述至少一个电容器包括能够连接到所述第一节点的至少一个第一电容器（211，213）和能够连接到所述第二节点的至少一个第二电容器（223），其中所述控制的步骤包括控制所述第一电容器到所述第一节点的连接和控制所述第二电容器到所述第二节点的连接从而使得功率损耗得以最小化，

其中所述控制的步骤还包括：

为被连接到所述第一节点的所述至少一个第一电容器的第一数目和被连接到所述第二节点的所述至少一个第二电容器的第二数目的每一种可能的组合推导功率损耗；以及

根据具有最小功率损耗的组合来控制所述至少一个第一电容器和所述至少一个第二电容器的连接。