CN102301130A - 设置风力发电厂的输出电压水平的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明解决避免在风力发电厂内的风力涡轮机电压水平不超过预定的过压和/或欠压保护水平的问题。特别是，本发明涉及风力发电厂的输出电压水平的转换，以防内部电厂电网过压。

Description

设置风力发电厂的输出电压水平的方法
技术领域
本发明涉及一种方法，所述方法确保在风力发电厂内的风力涡轮机电压水平不超过预定的安全水平。
背景技术
风力发电厂的内部电网将风力发电厂的单个风力涡轮机连接到公共供电点，所述供电点是将电能从所述风力发电厂提供给供电电网的点。
为了正确地做到这一点，必须要考虑所述电厂的每个所述风力涡轮机和所述公共供电点之间的内部电网的阻抗。
如图1所示，并且在后面将详细描述的，到所述公共供电点经历最高阻抗的所述风力涡轮机需要产生最高风力涡轮机电压水平，以便补偿内部电网的压降。但是，按照这种方法，在所述电厂内所述最高风力涡轮机电压水平可能变得危险地接近、或者甚至超过具有损坏所述内部电网的风险的较高电压水平。此外，长时间处在低于额定电压水平的电压水平能够导致所述装备损坏。这是由于为了保持功率水平不变而需要更高的电流。
连接到所述内部电网的风力涡轮机的电压分布取决于所述阻抗值以及通过所述内部电网传输的视在功率。
可以被视为本发明的实施例的一个目的是，提供一种确保不会超过所述风力发电厂内预定电压水平的方法。
可以被视为本发明的实施例的进一步的目的是，提供一种确保不会超过所述风力发电厂内过压水平和/或欠压水平的方法。
发明内容
本发明人员已经发现通过实现本发明的实施例，能够有效地保护风力发电厂的内部电网。
因此，本发明的第一方面涉及一种方法，所述方法用于设置包括多个被可操作地连接到电厂电网的风力涡轮机的风力发电厂的输出电压水平；所述风力涡轮机被配置成给电厂电网提供各自的风力涡轮机电压水平以便对电网阻抗做出补偿，所述方法包括确定一定数量的风力涡轮机中的第一风力涡轮机电压水平、以及根据所确定的第一风力涡轮机电压水平设置所述风力发电厂的输出电压水平的步骤。
本发明的实施例的优点是风力发电厂的内部电网的电压水平能够保持对于过压和/或欠压保护水平的足够的余量。根据本发明的所述基本构思，能够避免由于过压水平而损坏电厂内部电网。
为了在风力发电厂内确定最高可用电压水平，可用确定所述电厂的每个风力涡轮机的风力涡轮机电压水平。这可以通过测量或者通过计算完成。根据这一方法也可以确定所述最低可用电压水平。
所述风力发电厂的输出电压水平可以被设置成与公共供电点的电压水平之间相差的量值小于或者等于所述最高风力涡轮机电压水平与公共供电点的电压水平之间的差值。所述公共供电点是所述风力发电厂将电能提供给连接到消费者的外部供电电网的点。
在本发明的一实施例中，所述发电厂输出电压水平被设置成与所述公共供电点的电压水平之间相差的量值等于所述最高风力涡轮机电压水平与公共供电点的电压水平之间的差值约一半。
例如，所述风力发电厂可以将电能输入给110kV供电电网。这样，在公共供电点(PCC)的所述电压Vpcc等于110kV。例如，所述风力发电厂电压Vpp可以在30kV左右的量级。这样，需要电力变压器以便匹配Vpp与Vpcc。
但是，需要注意的是，因为Vpcc是固定的，以及因为电力变压器具有随着注入到所述供电电网的功率量变化的不可忽略的固有阻抗，所述电厂电压Vpp需要随着注入到所述供电电网的功率量而变化。这样，电厂电压Vpp将会依赖于注入到所述供电电网的功率量而向上和向下变换。
根据本发明，为了避免在所述风力发电厂内各自的风力涡轮机电压水平超过预定过压和/或欠压保护水平，可以变换Vpp的水平。因为Vpcc应当在给定水平(例如110kV)上保持恒量，所述变压比应该是可变的。实现可变变压比的一种方式是使用包括分接头转换装置的变压器来改变所述变压比以便在Vpp和Vpcc之间调节。
在本发明的另一实施例中，来自所述电厂的风力涡轮机的最高和最低可用电压水平可以被用于计算所述风力发电厂输出电压。例如，所述风力发电厂输出电压相对于所述供电电网电压可以降低等于所述最高和最低可用电压水平之间的差值一半的量。
仍然是在另一实施例中，为了计算用于所述公共供电点的电压水平的新的电压设置点，可以应用权重因子，将其乘以每个所述风力涡轮机的电压。
所述风力发电厂的输出电压水平可以被设置为低于所述公共供电点的电压水平。为了遵守这一点，每个风力涡轮机的风力涡轮机电压水平相应地被降低。为了匹配公共供电点的供电电网电压，可以提供合适的装置用于将所述风力发电厂的输出电压水平转变成与公共供电点的电压水平相匹配的电压水平。用于将所述风力发电厂的输出电压水平转变成与公共供电点的电压水平相匹配的电压水平的这种装置可以包括可选地在初级和次级绕组之间具有可变比的变压器。在初级和次级绕组之间具有可变比便于所述风力发电厂输出电压可以转换，如果需要的话。
在第二方面，本发明涉及一种方法，所述方法用于设置包括可操作地连接到区域电网的多个风力涡轮机的一组风力涡轮机的共同输出电压水平；为了补偿区域电网的阻抗，所述风力涡轮机被配置成给所述区域电网提供各自的风力涡轮机电压水平，所述方法包括确定一定数量的风力涡轮机中的第一风力涡轮机电压水平、以及根据所确定的第一风力涡轮机电压水平设置所述风力涡轮机组的所述共同输出电压水平的步骤。
可以确定每个风力涡轮机的风力涡轮机电压水平以便在所述可用风力涡轮机电压水平中确定最高风力涡轮机电压水平。
在本发明的所述第二方面中，所述风力涡轮机组可以形成风力发电厂的一部分。类似于本发明的所述第一方面，当所述最高风力涡轮机电压水平超过预定水平时，可以改变所述风力涡轮机组的公共输出电压水平，例如，降低所述风力涡轮机组的公共输出电压水平。这个预定水平可以被定义为过压或者欠压保护水平的百分比。
根据所述第二方面的所述方法的实现方面可以遵循针对本发明的所述第一方面所讨论的同样的设计路线实现。
本发明的第三方面涉及风力发电厂，所述风力发电厂包括用于设置所述风力发电厂的输出电压水平的控制装置；所述风力发电厂包括多个被可操作地连接到电厂电网的风力涡轮机；所述风力涡轮机被配置成给所述电厂电网提供各自的风力涡轮机电压水平以便补偿电网阻抗，所述控制装置包括用于确定一定数量的风力涡轮机中的最高风力涡轮机电压水平的装置，以及根据所确定的最高风力涡轮机电压水平设置所述风力发电厂的输出电压水平的装置。
设置所述风力发电厂的输出电压水平的装置可以包括用于给形成所述风力发电厂的所述多个风力涡轮机的每个设置和提供电压控制信号的装置，其中每个所述电压控制信号是给定风力涡轮机将要产生的风力涡轮机电压水平的表示。
本发明的第四方面涉及一种控制设备，所述控制设备用于设置风力涡轮机组的公共输出电压水平；所述风力涡轮机组包括多个被可操作地连接到区域电网的风力涡轮机；所述风力涡轮机被配置成给所述区域电网提供各自的风力涡轮机电压水平以便补偿区域电网阻抗。所述设备包括确定一定数量的风力涡轮机中的最高风力涡轮机电压水平的装置，以及用于根据所确定的最高风力涡轮机电压水平设置所述风力涡轮机组的公共输出电压水平的装置。
再次，设置所述风力涡轮机组的所述输出电压水平的装置可以包括用于给形成所述风力涡轮机组的所述多个风力涡轮机的每个设置和提供电压控制信号的装置，其中每个所述电压控制信号是由给定风力涡轮机将要生产的风力涡轮机电压水平的表示。
附图说明
参考附图，将会更详细地阐述本发明，在附图中：
图1显示了现有技术方法，和
图2显示了本发明的实施例。
虽然图中以实例的方式已经显示了本发明的具体实施例，并且将在下文中详细描述，本发明适用于多种改变和替代形式。但是，应当理解的是，本发明并不是意于限制在所公开的特定形式。相反，本发明意欲覆盖所有落在如所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的修改、等同替换以及替代。
具体实施方式
本发明的基本原则是应用于整个风力发电厂以及在风力发电厂内的风力涡轮机子组。
图1图示说明一种已知的内部电厂电网阻抗补偿方法。如图1所示，5个风力涡轮发电机WTG1至WTG5被可操作地连接到内部电厂电网。所述电厂电网在公共供电点PCC被连接到外部供电电网(未显示)。所述电厂在此公共供电点的电压水平应当与所述供电电网的所述电压水平相配。此电压用Vpcc表示。
为了补偿电网阻抗Z1至Z5，来自WTG1至WTG5各自产生的风力涡轮机电压V1至V5典型地如图1所示，其中WTG5产生最低电压，WTG1产生最高电压，所述最高电压和在所述PCC点的所述电压水平Vpcc之间的差值在图1中用ΔVmax表示。
为了防止内部电厂电网过压，将余量ΔVovp加到ΔVmax。因此，如果所述发电厂电网电压达到超过Vpcc的ΔVovp+ΔVmax水平，所述内部电网可能会损坏。同样的做法能够被应用到与装置损坏有关的过压保护。
本发明目的在于避免到达或者甚至超过在风力发电电厂内的最大和/或最小允许电压水平，从而防止损坏所述风力发电电厂内设备。
在图2示出了本发明的实施例。如图所示，所述风力发电电厂的所述输出电压Vpp已经被降低ΔVmax/2，使得Vpcc和Vpp之间的差值等于ΔVmax/2。但是，需要注意的是可以不同地选择Vpcc和Vpp之间的差值，例如，可以选择不同于ΔVmax/2的差值。通过以ΔVmax/2的量来偏移Vpp，提供对于所述过压保护水平的增加余量。
在图2所示的实施例中，所述过压保护水平的余量已经被增加ΔVmax/2的量。另一方面，所述欠压保护水平的余量已经被减少ΔVmax/2的量。但是，与已知方法相比，更均匀地分布了所述电压保护水平的余量。
可以应用各种不同的方案转换电压Vpp。这些各种不同的方案可能是动态特性或者静态特性的。事实上，所述方案可能是自适应特性的便于适应电源电网的动态变化。
例如，所述电厂的所述风力涡轮发电机提供的最高和最低输出电压可以用于计算平均值，所述平均值可以作为输出参数用于控制系统。可替代地，所述电厂的所述风力涡轮发电机的输出电压能够通过应用加权因子加权并且将这些因子乘以各自所述风力涡轮机的电压。能够从Vpp测量点和每个单独的风力涡轮机发电机之间的阻抗得到所述加权因子。所述阻抗值可以是基于实际的测量值或者依照缆线和变压器阻抗的计算。
为了恰当地连接到供电电网，Vpp需要被变换成匹配Vpcc的电压水平。为了实现这一电压变换，可以应用合适的变压器。通常所述变压器具有能够被用来改变变压比以便在Vpp和Vpcc之间调整的分接头转换装置。取决于现场具体参数，所述变压比能够被调节的范围可能会有所不同。
总之，本发明涉及一种思想，所述思想解决避免风力电厂内风力涡轮机电压水平超过预定过压和/或欠压保护水平的问题。特别是，为了防止内部电厂电网过压，本发明涉及风力发电厂输出电压水平的转换。
下列依据实数的电压水平可能应用到：
Vpp＝30kV＝1p.u.
ΔVmax＝1.1p.u.
ΔVovp＝1.12p.u.
Vpcc＝110kV
显然，需要用电力变压器使得Vpp与Vpcc相匹配。因为Vpp是变化的并且Vpcc应当保持110kV的常量，所述变压比应当是变化的。如前面所提到的，实现可变变压比的一种方式是使用包括分接头转换装置的变压器，用于改变所述变压比以便在Vpp和Vpcc之间调节。需要说明的是，上面提到的电压水平只是作为一个例子，并且，显然可以不同地选择所述电压水平。
任何在此给出的范围或者设备值可以被扩展或改变而不会失去所要求的效果，这对技术人员来说将会是很明显的。
需要理解的是，上述好处和优点可能涉及到一个实施例或者可能涉及到几个实施例。需要进一步理解的是，引用‘一个’项目指的是这些项目的一个或多个。
需要理解的是，上面所述的优选实施例只是以实例的方式描述的，并且本领域的技术人员可以对其做出多种改变。上述说明、实例和数据为本发明的结构和示范性实施例的使用提供完整描述。虽然上面已经描述的本发明的各种实施例具有一定程度上的特殊性，或者引用一个或多个个别实施例，但是在不脱离如所述权利要求所限定的本发明的精神和保护范围的前提下，那些本领域的普通技术人员能够对所公开的实施例做出大量变型。

Claims (16)

1.一种设置风力发电厂的输出电压水平的方法，其中，所述风力发电厂包括被可操作地连接到电厂电网的多个风力涡轮机；所述风力涡轮机被配置成给所述电厂电网提供各自的风力涡轮机电压水平以便对电网阻抗做出补偿，所述方法包括下述步骤：确定一定数量的风力涡轮机中的第一风力涡轮机电压水平，以及根据所确定的第一风力涡轮机电压水平设置所述风力发电厂的输出电压水平。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定每个风力涡轮机的风力涡轮机电压水平以便确定最高风力涡轮机电压水平。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，由一定数量的风力涡轮机中的最高和最低风力涡轮机电压水平确定平均电压水平，并且其中，根据所确定的平均电压水平设置所述风力发电厂的输出电压水平。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，应用权重因子，将其乘以每个确定的风力涡轮机电压水平，并且其中，据此设置所述风力发电厂的输出电压水平。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述风力发电厂的输出电压水平被设置成使其与公共供电点的电压水平之间相差的量值小于或者等于最高风力涡轮机电压水平与公共供电点的电压水平之间的差值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述风力发电厂的输出电压水平被设置成使其与公共供电点的电压水平之间相差的量值等于最高风力涡轮机电压水平与公共供电点的电压水平之间的差值的约一半。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述风力发电厂的输出电压水平被设置得低于公共供电点的电压水平。
8.根据权利要求5至7任意一项所述的方法，还包括下述步骤：提供用于将所述风力发电厂的输出电压水平转换成与公共供电点的电压水平相匹配的电压水平的装置。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，用于将所述风力发电厂的输出电压水平转换成与公共供电点的电压水平相匹配的电压水平的装置包括在初级和次级绕组之间具有可变比的变压器。
10.一种设置风力涡轮机组的公共输出电压水平的方法，其中，所述风力涡轮机组包括被可操作地连接到区域电网的多个风力涡轮机；所述风力涡轮机被配置成给所述区域电网提供各自的风力涡轮机电压水平以便对区域电网阻抗做出补偿，所述方法包括下述步骤：确定一定数量的风力涡轮机中的第一风力涡轮机电压水平，以及根据所确定的所述第一风力涡轮机电压水平设置所述风力涡轮机组的公共输出电压水平。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，确定每个风力涡轮机的风力涡轮机电压水平以便确定最高风力涡轮机电压水平。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述风力涡轮机组形成风力发电厂的一部分。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，当所述最高风力涡轮机电压水平超过预定水平时，所述风力涡轮机组的公共输出电压水平被变化，例如，被降低。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述预定水平被定义为过压或者欠压保护水平的百分比。
15.一种风力发电厂，其包括用于设置所述风力发电厂的输出电压水平的控制装置；所述风力发电厂包括可操作地连到电厂电网的多个风力涡轮机；所述风力涡轮机被配置成给所述电厂电网提供各自的风力涡轮机电压水平以便对电网阻抗做出补偿，所述控制装置包括用于确定一定数量的风力涡轮机中的最高风力涡轮机电压水平的装置、以及用于根据所确定的最高风力涡轮机电压水平设置所述风力发电厂的输出电压水平的装置。
16.一种设置风力涡轮机组的公共输出电压水平的控制设备，其中所述风力涡轮机组包括可操作地连到区域电网的多个风力涡轮机；所述风力涡轮机被配置成给所述区域电网提供各自的风力涡轮机电压水平以便对区域电网阻抗做出补偿，所述设备包括用于确定一定数量的风力涡轮机中的最高风力涡轮机电压水平的装置、以及用于根据所确定的最高风力涡轮机电压水平设置所述风力涡轮机组的公共输出电压水平的装置。
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