CN103053088B - 无功功率调节 - Google Patents

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Abstract

风力发电机组的无功功率调节。本发明涉及一种在包括适用于在中央控制模式和本机控制模式下工作的本机无功功率控制系统的风力涡轮机中的无功功率调节方法、连接到电网的风力发电机组中的无功功率调节方法以及一种风力发电机组。

Description

无功功率调节
技术领域
本发明涉及一种用于风力发电机组中的无功功率调节的方法、风力涡轮机中的无功功率调节的方法以及风力发电机组。
背景技术
随着电力生产中使用风能的增加，关于支持电网的有功和无功功率发电，电网经营者（TSO经营者或者输电系统经营者）对风力发电机组（windpark）经营者提出了更严格的要求。例如，可以要求风力发电机组经营者不始终产生根据风力条件可得到的最大有功功率。此外，根据某些电网标准(gridcode)，风力发电机组必须在电压下降期间支持电网并且例如不从电网断开。
在这方面，公知的是根据公共耦接点（PCC）的电网电压，改变风力发电机组中产生的无功功率。此外，还公知根据测量的电网频率，改变风力发电机组中产生的有功功率。
EP1850002公开了一种风力发电机组，该风力发电机组包括：许多定速风力涡轮机和许多变速风力涡轮机。变速风力涡轮机适用于通过补偿定速风力涡轮机的变化输出来均化风力发电机组的输出。这些变速风力涡轮机可以是独立的，或中央管理装置可以被提供用于将控制命令送到每个变速风力涡轮机。
US7,531,911公开了一种在风力发电场（windfarm）中的无功功率调节的方法，其中将测量的风力发电场的无功功率输出与无功功率设定点进行比较；根据它们之间的差，产生无功功率命令。以每台风力涡轮机的瞬时最大无功功率容量的百分比，确定每台风力涡轮机的无功功率命令。
US2008/0073912公开了一种风力发电场，该风力发电场包含至少两个风力涡轮机和被配置为用于功率因数控制和用于将全局功率系数信号送到位于风力涡轮机的低电平调节器的发电机组管理器(farmmaster)。通常，公知现有技术控制系统或者基于集中控制或者基于分散控制。集中控制方案的好处通常是控制稳定。然而，集中控制的缺点是这种控制不能始终足够快速地对电网异常做出反应。分散控制的优点是可以较快速地对电网异常做出反应，但是缺点是控制可能不稳定。因此，风力发电场中仍然存在需要一种结合稳定控制与对电网异常快速反应的功率控制。本发明的目的是部分地满足或者完全满足该需要。根据下面的描述，其他优点将是明显的。
发明内容
在第一方面，本发明提供了一种连接到电网的风力发电机组中的无功功率调节的方法，风力发电机组包括多台风力涡轮机和中央无功功率控制系统，其中多台风力涡轮机的至少第一部分包括适用于在中央控制模式和本机控制模式下工作的本机无功功率控制系统，其中根据电网的至少一个测量的变量，中央无功功率控制系统将表示本机无功功率需求的命令送到本机无功功率控制系统；并且其中在中央控制模式下，根据所述命令，本机无功功率控制系统使风力涡轮机工作，以产生无功功率；并且其中在本机控制模式下，本机无功功率控制系统确定要产生的无功功率的数量，并且控制风力涡轮机，以产生所述数量的无功功率。
根据本发明的该方面，集中控制和分散控制的组合被提供，这样结合了两种方案的优点。
在一些实施例中，当测量的本机变量超过风力涡轮机的本机极限值时，本机无功功率控制系统从中央控制模式切换到本机控制模式。异常电网状况通常被解释为风力发电机组内的异常电网状况。这些实施例的一个方面是本机控制系统不必等待中央控制系统检测异常性并将该异常性解释为控制信号。而是本机控制系统能够测量该异常性并且快速响应。任选地，仅当至少在预定时间周期期间，测量的本机变量超过本机极限值时，才切换到本机控制模式。优选地，基本上确定每台风力涡轮机的本机极限值，使得在正常电网状况下，风力发电机组在中央控制模式下工作，而在处于或者接近异常电网状况时，所述风力发电机组在所述本机控制模式下工作。这些实施例的一个方面是在正常电网状况下，可以采用更稳定的集中控制，而在处于或者接近异常电网状况下，以本机控制的快速响应是可用的。根据这些实施例，在异常电网状况下，具有本机无功功率控制系统的所有风力涡轮机或者它们中的一部分可以处于本机控制模式。TSO可以确定什么是“正常”电网状况。不被看作“正常”的任何电网状况都可以被看作“异常”。异常电网状况的例子可以是例如超过预定边界值的电网电压。在一些实施例中，每台风力涡轮机的本机极限值是电压，并且所述测量的本机变量是本机电压。在这些实施例的一些实施例中，每台风力涡轮机的本机极限值包括最小和最大电压。
在一些实施例中，本机极限值可以是常数。在变型实施例中，可以根据至少一个测量的变量，确定本机极限值。
在一些实施例中，在本机控制模式下，所产生的无功功率的数量可以是风力涡轮机实际上能够产生的无功功率的最大量或者最小量。在一些实施例中，本机控制系统可以根据风力发电机组和/或者每台风力涡轮机的工作状况确定风力涡轮机能够产生的无功功率的最大量和最小量。可以被考虑的情况包含例如发电机和/或者变换器的部件的热状况。作为一种选择，本机控制系统可以使用预定最大值和/或者最小值（它们必须在发电机和/或者转换器的实际工作极限内）。
在一些实施例中，当测量的本机变量（例如，本机电压）的变化率的绝对值超过本机极限率时，本机无功功率控制系统可以从中央控制模式切换到本机控制模式。在这些实施例中，当变化率（或者正的或者负的）超过极限率时，本机控制模式可以被激活。任选地，本机极限率可以是常数。还可以根据至少一个测量的变量，确定本机极限率。在一些实施例中，当测量的本机变量的突变超过本机极限比例时，本机无功功率控制系统从中央控制模式切换到本机控制模式。任选地，所述本机极限比例包括绝对本机极限差值。在这些实施例中，切换不一定由电压的变化率的瞬间值确定，而是由在一定时间内的一定大小的“跳跃”确定。因此，在这些实施例中，不直接考虑变化率。
在一些实施例中，当本机控制系统响应测量的本机变量的变化率超过本机极限率而从中央控制模式切换到本机控制模式时，在本机控制模式下，可以根据风力发电机组的变化率和/或者工作状况，和/或者风力涡轮机的工作状况，确定要产生的无功功率的数量。
在一些实施例中，当本机控制系统响应测量的本机变量的突变超过本机极限比例而从中央控制模式切换到本机控制模式时，在本机控制模式下，可以根据风力发电机组的记录的突变和/或者工作状况，和/或者风力涡轮机的工作状况，确定要产生的无功功率的数量。
在一些实施例中，可以（由中央控制系统或者本机控制系统）周期性地计算本机极限值和/或者本机极限率和/或者突变的本机极限比例，或者也可以例如利用事先计算的查阅表提供。还可以根据利用人造神经网络获得的算法，确定本机极限值和/或者本机极限率和/或者本机极限比例。
在一些实施例中，本机极限值和/或者本机极限率和/或者变量突变的本机极限比例可以由中央无功功率控制系统确定，并且可以被送到每个本机无功功率控制系统。在其他实施例中，本机极限值和/或者本机极限率和/或者本机极限比例可以由每个本机无功功率控制系统确定。
在一些实施例中，在本机控制模式下预定时间量的工作已经过去之后，本机无功功率控制系统可以从本机控制模式切换到中央控制模式。在其他实施例中，根据风力发电机组和/或者电网和/或者风力涡轮机的工作状况，本机无功功率控制系统可以从本机控制模式切换到中央控制模式。
在一些实施例中，在中央控制模式下，响应测量的电网电压，可以确定中央无功功率需求。任选地，通过在多台风力涡轮机之间发布中央无功功率命令，使得每个本机功率控制命令代表每台风力涡轮机的最大可用本机无功功率的相同比例，可以确定表示本机无功功率需求的命令。在变型实施例中，可以采用不同的发布算法或者发布密钥。
在另一个方面，本发明提供了一种风力涡轮机中的无功功率调节方法，包括：从中央无功功率控制系统接收表示本机无功功率需求的命令；获得最大和最小本机电压；从测量装置获得本机电压的瞬间值，并且将本机电压的所述瞬间值与极限值进行比较；以及如果本机电压高于最大本机电压，则将控制命令送到用于产生最大可用感性无功功率的至少一个风力涡轮机部件；并且如果本机电压低于最小本机电压，则将控制命令送到用于产生最大可用容性功率的至少一个风力涡轮机部件。在这方面，提供了一种能够快速地并且稳定提供对电网的支持的风力涡轮机控制方法。
在一些实施例中，风力涡轮机中的无功功率调节方法还可以包括：获得本机电压的绝对变化率极限；根据来自测量装置的本机电压的获得值，确定本机电压的变化率；并且如果所确定的绝对电压变化率大于绝对变化率极限，则在本机确定要产生的无功功率的数量，并且将控制命令送到用于产生所述数量的无功功率的至少一个风力涡轮机部件。在这些实施例中，风力涡轮机不仅对电网上特别高的电压或者特别低的电压迅速做出反应，而且考虑到电压变化。
任选地，获得本机电压的绝对变化率极限包括从中央无功功率控制系统接收绝对变化率极限。另一种选择是获得本机电压的绝对变化率极限包括计算绝对变化率极限。
在变型实施例中，该方法还包括：获得电压突变的本机极限比例；根据来自测量装置的本机值的获得值，确定电压的突变；并且如果电压的突变超过本机极限比例，则在本机确定要产生的无功功率的数量，并且将控制命令送到至少一个风力涡轮机部件，用于产生所述数量的无功功率。在这些实施例中，风力涡轮机能够对电网上电压的“跳跃”（正的和负的）做出快速反应。
在另一方面，本发明还提供了一种包括用于使计算系统执行如上面大致描述的风力涡轮机中的无功功率调节方法的程序指令的计算机程序产品。所述计算机程序可以嵌入存储装置（例如，记录介质、计算机存储器或者只读存储器）或者承载于例如可以从计算机下载或者通过电子邮件（例如，在电或者光载波信号上）发送的载波信号。
在又一个方面，本发明提供了一种连接到电网并且包括多台风力涡轮机的风力发电机组，其中多台风力涡轮机中的至少一部分包括能够控制风力涡轮机产生的无功功率的本机无功功率控制系统，该风力发电机组还包括：中央无功功率控制系统，能够响应电网的至少一个测量的变量，确定表示每个本机无功功率控制系统的本机无功功率需求的命令，并且将该命令送到本机无功功率控制系统；以及本机无功功率控制系统，适用于在中央控制模式和本机控制模式下工作，其中在中央控制模式下，根据从中央无功功率控制系统收到的命令，本机无功功率控制系统控制风力涡轮机，以产生无功功率，并且其中在本机控制模式下，本机无功功率控制系统确定要由相应风力涡轮机产生的无功功率的数量，并且控制风力涡轮机，以产生所述数量的无功功率。
在一些实施例中，本机无功功率控制系统适用于控制转换器和/或俯仰系统（pitchsystem）。
在一些实施例中，该风力发电机组可以包括附加无功功率补偿装置，诸如，例如，电容器组和/或者电感器组，并且中央无功功率控制可以适用于控制这些无功功率补偿装置。在这些实施例中，风力发电机组包括更多的可能性，用于控制产生的无功功率。
在又一个方面，本发明提供了一种风力涡轮机中的无功功率调节方法，包括：接收表示本机无功功率控制系统的命令；获得本机电压的绝对变化率极限；从测量装置获得本机电压的瞬时值；根据来自测量装置的本机电压的获得值，确定本机电压的变化率；以及如果绝对电压变化率小于变化率极限，则将控制命令送到用于根据从中央无功功率控制系统收到的命令产生无功功率的至少一个风力涡轮机部件；并且如果确定的绝对电压变化率大于变化率极限，则在本机确定要产生的无功功率的数量，并且将控制命令送到用于产生所述数量的无功功率的至少一个风力涡轮机部件。
此外，在又一个方面，本发明提供了一种风力涡轮机中的无功功率调节方法，包括：接收表示本机无功功率控制系统的命令；获得本机电压突变的本机极限比例；从测量装置获得本机电压的瞬时值；根据来自测量装置的本机电压的获得值，确定电压的突变；以及如果电压的突变小于本机极限比例，则将控制命令送到用于根据从中央无功功率控制系统收到的命令产生无功功率的至少一个风力涡轮机部件；并且如果电压的突变超过本机极限比例，则在本机确定要产生的无功功率的数量，并且将控制命令送到用于产生所述数量的无功功率的至少一个风力涡轮机部件。
附图说明
下面将参考附图利用非极限性例子描述本发明的具体实施例，其中
图1a示出根据本发明的风力发电机组的第一实施例的示意图；
图1b示出所述第一实施例中的通信线的示意图；
图2a－2b示出根据本发明某些实施例的中央无功功率控制；
图3a和3b分别示出根据本发明的在中央控制系统和本机控制系统中的控制方法的实施例。
具体实施方式
在整个说明书中，将涉及无功功率的最大数量或者最小数量、无功功率的正数量或者负数量、以及无功功率的升高或者降低。在该说明书的范围内，正无功功率被看作容性无功功率；因此，无功功率的最大数量被看作最大可能容性无功功率，并且因此无功功率的升高被看作容性功率的升高（或者感性功率降低）。负无功功率被看作感性无功功率，因此，无功功率的最小数量被看作最大可能感性无功功率，并且因此无功功率的降低被看作感性功率的升高（或者容性功率的降低）。
图1a示意画出包括n个风力涡轮机100、200、…、n00的风力发电机组。n个风力涡轮机中的至少一部分包括本机无功功率控制系统120、220、…、n20。本机无功功率控制系统可以合并进大型通用本机控制系统中，或者可以是专用独立控制系统。每台风力涡轮机包括发电机110、210、…、n10。
风力发电机组还包括中央无功功率控制系统20。此外，中央无功功率控制系统20可以是通用中央风力发电机组控制系统的一部分，或者可以是专用独立控制系统。
在公共耦接点（PCC），风力发电机组被连接到电网10。每台风力涡轮机的发电机可以通过适当变压器130、230、…、n30被连接到中压风力发电机组电网40。中压风力发电机组电网40可以通过适当变压器30被连接到高压电网。
以虚线示意画出的是中央无功功率控制系统20与本机无功功率控制系统120、220、…、n20中每个之间的通信线路。因此，可以交换数据，并且中央控制系统20可以将命令送到本机控制系统。每个本机控制系统还都能够与其相应发电机和变换器（如果存在）通信。因此，来自发电机和变换器的数据（电流、电压）可以被本机控制系统采集，并且本机控制系统可以给予命令，以控制风力涡轮机和其部件中的至少一些。
图1b示意画出所述第一实施例中的通信线路。TSO5可以将其请求送到风力涡轮机中央无功功率控制系统20。中央控制系统可以根据一个或者多个测量值15将指令送到本机无功功率控制系统x20。在该实施例中，根据这些指令并且根据一个或者多个测量值x15，本机控制系统x20可以控制变换器控制系统x22和俯仰控制系统x24。变换器控制系统x22和俯仰控制系统x24能够将它们的作用施加到本机控制系统x20。通过控制俯仰和变换器两者，本机控制系统能够控制例如风力涡轮机的有功功率、风力涡轮机的速度、无功功率生成、频率控制、电压控制和LFRT（线路故障穿越）性能。
中央控制系统20根据测量值15，其指令可以是位于或者接近PCC的电网电压。被本机控制120、220、x20等考虑到的测量值x15可以是本机电压。
根据本发明实施例，响应本机测量的电压，一个或者多个本机无功功率控制系统的控制模式可以从中央控制模式（其中本机控制系统随送到本机控制x20的指令操作）切换到本机控制模式（其中本机控制系统确定要产生的无功功率的数量，并且由此控制风力涡轮机）。在一些实施例中以及在某些情况下，要产生的无功功率的数量可以例如是最少数量或者最大数量的无功功率。
图2a示出了TSO可以对风力发电机组经营者提出的要求之一。在电网电压的一定范围内，要求风力发电机组经营者传送的无功功率的数量可以根据所示的线之一线性变化。在图2a中，所示的例子是4950kVAR并且PCC的电压为33kV的风力发电机组。TSO可以根据环境要求风力发电机组经营者根据所示的直线a、b或者c之一传送无功功率。TSO可以提供多条这种直线。作为一种选择，可以以规定响应于电网的变化情况产生多少无功功率的一个或者多个表的形式，将相应值提供给风力发电机组经营者。
通常，利用下面的等式描述直线a、b和c中的每个：
Q WF = U measured - U ref U b · k 等式1
其中QWF是基准无功功率（风力发电机组要产生的无功功率），Umeasured是在PCC处的测量的电压，Uref是可以由TSO提供的在PCC处的基准电压，Ub是电压（中压或者高压），k是常数。Ub和k都可以由TSO提供。图2a中的线a、b和c中的每条表示具有不同常数k的线。
实际上，TSO可以要求通常以百分比“g”形式的一定斜率的直线（a、b或者c）。然而，常数k会取决于风力发电机组的无功功率容量，并且可以根据如下等式确定：
k = - 100 · Q max g 等式2
其中Qmax是风力发电机组的最大无功功率容量。当电网电压位于图2a所示边界外时，可以要求风力发电机组经营者产生最大（容性）可用无功功率，或者产生最小（感性）可用无功功率。在所示的具体实施例中，当电网电压位于边界内（并且没有出现其他异常性）时，可以称电网处于“正常状况”。当电网电压位于边界外时，可以称电网处于“异常状况”。正常电网状况和异常电网状况的定义可以取决于电网并取决于TSO。
图2b还示出了根据本发明某些实施例的可能中央控制方法。一旦根据TSO的要求已经确定了要求无功功率Q* WF的数量，就将该Q* WF与在那个时刻实际产生的无功功率的数量QWF进行比较。可以将这两个值之间的差值（“误差”）输入PID控制器，该PID控制器产生中央无功功率控制命令Qref。
对于本发明的不同实施例，比例常数的值、积分分量和导数分量可以变化，而对于一些实施例，一些常数可以等于0。然而，PID控制仅是在本发明实施例的中央无功功率控制系统中可以采用的可能控制方法之一。可以附加补偿因子Qcom，以补偿风力发电机组的电容。在本发明的一些实施例中，根据如下等式可以确定补偿因子Qcom：
Q com = Σ i = 0 N F i · X cci · I 2 i + X ccwf · I trwf 2 ; I i = I trwf Σ i = 1 N t F i 等式3
其中对于每台风力涡轮机，Fi表示具体风力涡轮机是否在工作（如果在工作，则F=1，如果未工作，则F=0），Xcci是具体风力涡轮机的变压器的电抗，Ii是具体风力涡轮机的变压器中的电流，Xccwf是风力发电机组变压器的电抗，以及Itrwf是风力发电机组变压器的电流。如果风力发电机组包括电容器组或者其他无功功率补偿装置（象例如电感器组），并且如果它们是起作用的，则还要在补偿因子中考虑到它们。
根据图2b，补偿因子Qcom可以被附加到中央无功功率控制需求Qref。结果是补偿中央无功功率控制需求Q* ref。
该中央无功功率控制需求Q* ref可以被输入到调度功能块，该调度功能块确定每台风力涡轮机本机控制系统可以请求的无功功率Q100、Q200等的数量。根据一个实施例，中央控制命令Q* ref可以简单地在所有风力涡轮机之间相等地分配。
根据其他实施例，可以以在每台风力涡轮机产生基本上相同百分比的可用无功功率的方式，分配中央控制需求。例如，可以根据下面的等式确定送到每个本机控制系统的命令：
Qnec=Q* ref-∑(1-Ei)·Qimax等式4
Q* ref是补偿的中央无功功率控制需求，Ei表示每台风力涡轮机是否都在其操作边界内（如果位于操作边界内，则E=1；如果风力涡轮机处于其操作边界，则E=0，因此，风力涡轮机产生其最大或者最小可能无功功率），Qimax是每个风力涡轮机的最大可用无功功率，并且结果Qnec是在中央控制模式下由风力涡轮机必须产生的无功功率的数量：
Q max total = Σ i N E i · F i · Q i max 等式5
其中Qmaxtotal是处于中央控制模式下的风力涡轮机的无功功率的最大可用量，而Fi仍表示对每台风力涡轮机具体风力涡轮机是否在工作（如果在工作，则F=1，而如果未工作，则F=0）；并且
α = Q nec abs ( Q max total ) 等式6
其中α是表示每台风力涡轮机应当产生多少可用无功功率的因子。中央控制系统可以将因子α送到每个本机控制，或者可以将相应数量的信号送到每台风力涡轮机。
除了由具有本机控制系统的每台风力涡轮机要产生的无功功率的数量，还可以将其他信息送到每个本机控制系统。在一些实施例中，中央控制系统可以把动态（非固定）极限值送到本机控制系统，用于表示本机控制系统何时切换到本机控制模式。因此，本机控制系统可以自己确定切换到本机控制模式，而不需要等待具体命令才这样做。基本上可以确定极限值，使得在正常电网状况下，风力发电机组以中央控制模式工作，而在处于或者接近异常电网状况下，风力发电机组以本机控制模式工作。因此，在异常电网状况下，本机控制能够响应本机测量的参数更快速反应。例如，可以根据下面的等式确定送到本机控制系统的极限值：
Limsupi＝(1+g·0.01+Δutraf+∑Δuline+Δutrafi-hi)*Ubt
，等式7
Limmini＝(1-g·0.01+Δutraf+∑Δuline+Δutrafi+hi)*Ubt
其中g是TSO规定的以前确定的斜率，ΔUtraf是风力发电机组变压器的归一化电压降，∑ΔUline是电连接线路的归一化电压降之和，ΔUtrafi是风力涡轮机i的变压器的归一化电压降，Ubt是变压器的风力发电机组侧的低压，而hi是风力涡轮机i的调节参数。
在该实施例中，可以根据如下等式确定风力涡轮机i的调节参数：
upcc＝Δutraf+∑Δuline+Δutrafi+hi+ulocal,等式8
其中Upcc是在PCC处的归一化电压，而Ulocal是在风力涡轮机处的归一化本机电压。
可以根据如下等式计算每个单独部件的归一化电压降：
等式9a
其中I是流过风力发电机组具体部分（例如，一段电缆或者变压器）的电流，R是风力发电机组具体部分的电阻，X是风力发电机组具体部分的电抗，而是功率因数角。
作为一种选择，可以根据如下等式计算归一化电压降：
Δu = P · R + Q · X U 2 , 等式9b
其中例如对于风力发电机组变压器：
P是风力发电机组的有功功率，Q是风力发电机组的无功功率，R是变压器的电阻，以及X是变压器的电抗，U是在PCC处的正常电压。可以利用适当电阻、电抗、有功功率和无功功率，以相同方式确定每段电线和每台风力涡轮机变压器的电压降。
在上述方式中，可以将最大和最小本机电压送到风力涡轮机的本机控制系统。当具体风力涡轮机的本机电压达到或者超过极限值之一时，该具体风力涡轮机可以切换到本机控制模式。应当注意，其他风力涡轮机可能仍处于中央控制模式下，并且可以继续接收并遵循中央控制系统的命令。处于本机控制模式下的风力涡轮机可以输送预定数量的无功功率，该数量例如可以是最大或者最小可能无功功率容量。
在本发明的范围内，通过中央控制系统计算极限值的方法可以被改变。例如，在等式7中，因子1+0.01g可以被限制到最大1.05，并且因子1-0.01g可以被限制到最小0.95。其他改变也是可能的。此外，在本发明的一些实施例中，可以由本机控制系统计算本机极限值。在其他实施例中，本机极限值可以是常数，并且例如在风力发电机组的实验或者测试阶段，可以确定本机极限值。
在本发明的其他实施例中，本机电压的高变化率可以促进本机控制系统从中央控制模式切换到本机控制模式。在另一个例子中，一定比例的电压突变（例如，在非常短的时间周期内实现预定压差）可以促进这种切换。本机控制系统自己可以确定极限变化率和/或突变极限比例，它们可以由中央无功功率控制系统提供，或者可以是常数。
图3a示出根据本发明实施例的在中央控制模式下的控制方法。在步骤1000，开始中央控制方法，并且确定参数的初始值（例如，风力发电机组部件的电抗）。步骤1001－1002包括分别从PCC和本机控制系统采集数据。可以从PCC采集的数据可以包含（但并不局限于）在PCC处的电压、在PCC处的电流、电网频率、由风力发电机组产生的有功功率、以及由风力发电机组产生的无功功率。可以从风力发电机组内的一台或者多台风力涡轮机采集的数据可以包含（但并不局限于）所产生的有功功率、所产生的无功功率、风力涡轮机的状态（是否在工作；是否在工作边界内；是处于本机控制模式还是处于中央控制模式）、最大可用无功功率容量（容性）、最小无功功率容量（感性）、本机电压、电流和频率。
最大和最小可用无功功率可以随本机电压变化而变化。最大和最小可用无功功率的值可以由本机控制系统计算，并且可以被送到中央无功功率控制系统。
步骤1003包括计算中央无功功率控制命令和计算要送到本机控制系统的指令。该计算例如可以是根据等式1和2。如果电网电压在预定边界外（请参见例如图2a），则中央无功功率控制命令可以是风力发电机组的最大或者最小可用无功功率。
送到本机控制系统的指令可以包含但并不局限于：本机无功功率命令（在一些实施例中，它们可以根据等式3－6计算）、本机极限值（在一些实施例中，它们可以根据等式7－9计算）、以及本机极限率。
步骤1004包括将表示要在本机产生的无功功率的命令送到本机控制系统。本机控制系统实现该命令，并且改变电网状况可以对一个或者多个变量产生新值，因此，步骤1001、1002和1003被连续地重复。
图3b示出根据本发明一些实施例的本机控制系统中的控制方法。在方法的步骤2000，该控制方法开始。在步骤2001，可以测量某些变量，诸如例如本机电压、电流、有功功率和无功功率。在步骤2002，这些变量的值可以被送到中央控制系统。可以被送到中央控制系统的其他参数/变量可以包含例如风力涡轮机的状态（工作或不工作）、风力涡轮机的运行状态（在或不在工作边界内）、控制模式（中央控制模式或本机控制模式）。
在步骤2003，可以计算例如变换器的控制信号，并且在步骤2004，可以将这些控制信号送到变换器。如在图3b中可以看出，单独的方法步骤不是必须按顺序，而是可以连续地和同时地发生。它们可以每个具有其自己的操作速度和频率：在一些实施例中，例如可以每0.01秒进行测量某些变量，而可以例如每0.3秒进行将该数据送到中央控制系统。
步骤2010包括接收来自中央控制系统的本机极限值，并且将它们与瞬时本机变量进行比较。该比较可以导致在步骤2011中确定“在极限内”，或者在步骤2012中确定“在极限外”。如果确定“在极限外”，则本机控制系统将切换到本机控制模式。
一旦本机无功功率控制系统已经切换到本机控制模式，本机控制系统就确定要产生的无功功率的数量（而不考虑从中央控制系统收到的命令）。在一些实施例中，本机控制系统可以在预定时间量之后切换回到中央控制模式。可以根据例如TSO规定的电压－无功功率线的斜率，确定返回中央控制模式之前的时间量。返回中央控制模式之前的时间量可以是常数、可以由中央控制系统计算、或者可以由本机控制系统计算。在某些实施例中，返回中央控制模式之前的时间量还可以取决于例如从中央控制模式切换到本机控制模式的原因（例如，电压值在极限外、电压变化率在极限外、或者电压突然变化在极限比例外）。当切换回到中央控制模式时，如果再一次确定“在极限外”，本机控制模式将被恢复。
在其他实施例中，当一个或者多个测量的变量满足预定要求时，本机控制切换回到中央控制模式。此外，还可以采用基于时间返回中央控制模式和基于变量返回中央控制模式的组合。
风力发电机组的无功功率控制方法还可以适用于包含如果例如风力涡轮机不遵循中央控制系统的命令，或者例如如果具体风力涡轮机保持在（或切换到）本机控制模式下工作，或者如果风力发电机组不能提供规定的无功功率值，或者例如如果通信失败被注意到，等等，则使某些风力涡轮机停止工作的算法。
此外，在本发明的实施例中，同一个风力发电机组内的风力涡轮机可以包括不同的本机无功功率控制系统。例如，一些本机无功功率控制系统可以适用于仅响应瞬时电压切换到本机控制模式，而其他本机无功功率控制系统仅响应（或者还响应）电压变化率而切换，还可以是无功功率本机功率控制系统被适用于仅响应（或者还响应）规定比例的电压跳跃而切换。
尽管在某些优选实施例和例子的语境下已经公开了本发明，但是本技术领域内的熟练技术人员明白，本发明不局限于具体公开的实施例可以延伸到其他变型实施例和/或者本发明的用途和明显的修改及其等同。因此，在此公开的本发明的范围不应当受具体公开的上述实施例的限制，而是应当仅通过仔细阅读下面的权利要求来确定。

Claims (35)

1.一种连接到电网的风力发电机组中的无功功率调节方法，
所述风力发电机组包括多台风力涡轮机(100，200，n00)和中央无功功率控制系统(20)，其中所述多台风力涡轮机的至少第一部分包括适用于在中央控制模式和本机控制模式下工作的本机无功功率控制系统(120，220，n20；x20)，其中
根据所述电网(10)的至少一个测量的变量，所述中央无功功率控制系统(20)将表示本机无功功率需求的命令送到所述本机无功功率控制系统，
并且其特征在于
在中央控制模式下，根据从所述中央无功功率控制系统(20)收到的命令，本机无功功率控制系统(120，220，n20；x20)使风力涡轮机(100，200，n00)工作，以产生无功功率，并且其中
在本机控制模式下，本机无功功率控制系统(120，220，n20；x20)确定要产生的无功功率的数量，并且控制风力涡轮机(100，200，n00)以产生所述数量的无功功率，而不管从所述中央无功功率控制系统收到的命令。
2.根据权利要求1所述的方法，其中当测量的本机变量超过所述风力涡轮机的本机极限值时，本机无功功率控制系统从所述中央控制模式切换到所述本机控制模式。
3.根据权利要求2所述的方法，其中至少在预定时间周期内，当测量的本机变量超过所述风力涡轮机的本机极限值时，本机无功功率控制系统从所述中央控制模式切换到本机控制模式。
4.根据权利要求2所述的方法，其中每台风力涡轮机(100，200，n00)的所述本机极限值被确定为使得在正常电网状况下，所述风力发电机组在所述中央控制模式下工作，而在处于或者接近异常电网状况时，所述风力发电机组在所述本机控制模式下工作。
5.根据权利要求2所述的方法，其中每台风力涡轮机(100，200，n00)的所述本机极限值是电压，并且所述测量的本机变量是本机电压。
6.根据权利要求5所述的方法，其中每台风力涡轮机的所述本机极限值包括最小电压和最大电压。
7.根据权利要求2所述的方法，其中所述本机极限值是常数。
8.根据权利要求2所述的方法，其中根据至少一个测量的变量，确定所述本机极限值。
9.根据权利要求1所述的方法，其中在所述本机控制模式下，要产生的无功功率的数量是风力涡轮机能够产生的无功功率的最大量或者最小量。
10.根据权利要求9所述的方法，其中根据所述风力发电机组和/或者风力涡轮机的工作状况，确定风力涡轮机能够产生的无功功率的所述最大量和最小量。
11.根据权利要求1所述的方法，其中当测量的本机变量的变化率的绝对值超过本机极限率时，本机无功功率控制系统从所述中央控制模式切换到所述本机控制模式。
12.根据权利要求1所述的方法，其中当测量的本机变量的突变超过本机极限比例时，本机无功功率控制系统从所述中央控制模式切换到所述本机控制模式。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述本机极限比例包括绝对本机极限差值。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述测量的本机变量是本机电压。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述本机极限率是常数。
16.根据权利要求11所述的方法，其中根据至少一个测量的变量，确定所述本机极限率。
17.根据权利要求11所述的方法，其中当本机无功功率控制系统(120，220，n20；x20)响应测量的本机变量的变化率超过本机极限率从中央控制模式切换到本机控制模式时，在本机控制模式下，根据该风力发电机组的所述变化率和/或工作状况，和/或风力涡轮机的工作状况，确定要产生的无功功率的数量。
18.根据权利要求12所述的方法，其中当本机无功功率控制系统响应本机测量的变量的突变超过本机极限比例而从中央控制模式切换到本机控制模式时，在本机控制模式下，根据所述风力发电机组的所述突变和/或工作状况，和/或所述风力涡轮机的工作状况，确定要产生的无功功率的数量。
19.根据权利要求11所述的方法，其中利用查阅表，确定所述本机极限率。
20.根据权利要求11所述的方法，其中周期性地计算所述本机极限率。
21.根据权利要求2所述的方法，其中所述本机极限值由所述中央无功功率控制系统(20)确定，并且被提供给每个所述本机无功功率控制系统(120，220，n20；x20)。
22.根据权利要求2所述的方法，其中所述本机极限值由每个所述本机无功功率控制系统(120，220，n20；x20)确定。
23.根据权利要求1所述的方法，其中在所述本机控制模式下工作预定时间量之后，所述本机无功功率控制系统从所述本机控制模式切换到所述中央控制模式。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述预定时间量由本机无功功率控制系统(120，220，n20；x20)计算。
25.根据权利要求1所述的方法，其中在所述中央控制模式下，响应测量的电网电压，确定中央无功功率需求(Q*ref)。
26.根据权利要求25所述的方法，其中利用PID控制方法，确定所述中央无功功率需求(Q*ref)。
27.一种连接到电网并且包括多台风力涡轮机(100，200，n00)的风力发电机组，其中
所述多台风力涡轮机(100，200，n00)中的至少一部分包括能够控制风力涡轮机产生的无功功率的本机无功功率控制系统(120，220，n20；x20)，所述风力发电机组还包括：
中央无功功率控制系统(20)，能够响应所述电网的至少一个测量的变量，确定表示每个所述本机无功功率控制系统(120，220，n20；x20)的本机无功功率需求(Q100，Q200，Q300，Q400，Qn00)的命令，并且将所述命令送到本机无功功率控制系统(120，220，n20；x20)，其特征在于
所述本机无功功率控制系统(120，220，n20；x20)适用于在中央控制模式和本机控制模式下工作，其中
在中央控制模式下，根据从所述中央无功功率控制系统收到的命令，所述本机无功功率控制系统控制风力涡轮机，以产生无功功率，并且其中
在本机控制模式下，本机无功功率控制系统确定要由相应风力涡轮机产生的无功功率的数量，并且控制所述风力涡轮机以产生所述数量的无功功率，而不管从所述中央无功功率控制系统收到的命令。
28.根据权利要求27所述的风力发电机组，其中所述本机无功功率控制系统能够响应至少一个测量的变量在所述中央控制模式与所述本机控制模式之间切换。
29.根据权利要求27所述的风力发电机组，其中所述中央无功功率控制系统(20)适用于根据测量的电网电压确定所述风力发电机组的无功功率需求(Q*ref)。
30.根据权利要求27所述的风力发电机组，其中所述本机无功功率控制(120，220，n20；x20)适用于控制转换器。
31.根据权利要求27所述的风力发电机组，还包括单独的有源或者无源无功功率补偿系统，其中所述中央无功功率控制系统适用于控制所述无功功率补偿系统。
32.根据权利要求31所述的风力发电机组，其中所述无功功率补偿系统包括一个或者多个电容器组和一个或者多个电感器组。
33.根据权利要求27所述的风力发电机组，其中所述中央无功功率控制系统(20)是所述风力发电机组的中央控制系统的一部分。
34.根据权利要求27所述的风力发电机组，其中所述本机无功功率控制系统(120，220，n20；x20)是所述风力涡轮机的通用控制系统的一部分。
35.根据权利要求27所述的风力发电机组，其中所述风力发电机组的全部所述风力涡轮机(100，200，n00)都包括本机无功功率控制系统(120，220，n20；x20)。
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