CN103178515A - 用于确定电压边界范围的方法 - Google Patents

用于确定电压边界范围的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103178515A
CN103178515A CN201210561057XA CN201210561057A CN103178515A CN 103178515 A CN103178515 A CN 103178515A CN 201210561057X A CN201210561057X A CN 201210561057XA CN 201210561057 A CN201210561057 A CN 201210561057A CN 103178515 A CN103178515 A CN 103178515A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
wind energy
energy conversion
conversion system
bounds
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201210561057XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN103178515B (zh
Inventor
J.贝赫
殷波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Gamesa Renewable Energy
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=45440290&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=CN103178515(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of CN103178515A publication Critical patent/CN103178515A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103178515B publication Critical patent/CN103178515B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D7/00Controlling wind motors 
    • F03D7/02Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/028Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power
    • F03D7/0284Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power in relation to the state of the electric grid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D9/00Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F03D9/255Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor
    • F03D9/257Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor the wind motor being part of a wind farm
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/16Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by adjustment of reactive power
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381Dispersed generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28The renewable source being wind energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/76Power conversion electric or electronic aspects
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30Reactive power compensation

Abstract

本发明涉及用于确定电压边界范围的方法。描述的是一种用于确定限定风力机(101)的风力机参考电压(123)的范围的电压边界范围(125)的方法,用于控制风力机的在风力机输出端子(113)处的输出电压(Vturb),其中所述方法包括:获得关于把风力机输出端子(113)连接到公共耦合点(111)的输电线路(106)的电特征的信息,多于一个的其它风力机是可连接到所述公共耦合点(111)的;以及基于输电线路(106)的电特征来限定电压边界范围(125)。

Description

用于确定电压边界范围的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定风力机参考电压的范围的电压边界范围(bounding range)的方法,用于控制风力机的输出电压,本发明涉及一种用于通过使用用于确定电压边界范围的方法来确定风力机参考电压的方法和装置。
背景技术
风力机部分可以包括多于一个的风力机,所述多于一个的风力机可以被电连接到公共耦合点(PCC),并且所述风力机可以由场控制器或场导向器(park pilot)来控制。场导向器可以向风力机中的每个都发送电压参考。
从而,在常规的风力发电站中,电压参考被限制或必定在标称电压的例如[0.92; 1.08]的范围中,所述标称电压也可以被称为每单位(pu)。
然而,已经观察到的是,在一些情形下,特别是在改变电网特征的情况下,应用固定的范围并不导致风力机的满意的性能。此外,已经观察到的是,在导致不满意的特性的特定状况下,风力机电压控制器可能是饱和的。
可能存在对于用于确定限定风力机的风力机参考电压的范围的电压边界范围的方法的需求,存在对于用于通过使用用于确定电压边界范围的方法来确定风力机参考电压的方法的需求,并且存在对于用于确定风力机参考电压的装置的需求,其中特别是在改变电网特征的状况下,控制风力机可以被改进。
发明内容
该需求通过独立权利要求的主题被满足。从属权利要求详细说明本发明的特定实施例。
根据本发明的实施例,提供了一种用于确定限定风力机的风力机参考电压的范围的电压边界范围的方法,用于控制风力机的在风力机输出端子处的输出电压,其中所述方法包括:获得关于把风力机输出端子连接到公共耦合点的输电线路的电特征的信息,其中多于一个的其它风力机是可连接到所述公共耦合点的;以及基于输电线路的电特征来限定电压边界范围。
风力机可以包括风力机塔架、被安装在风力机塔架之上的吊舱,其中吊舱庇护一个或多个转子叶片在其被连接的旋转轴。旋转轴可以机械地被连接到发电机,用于在旋转轴旋转时生成电能。此外,风力机可以包括控制风力机的部件、特别是控制风力机的可以接收来自风力机的电转换器的可变频率功率流的转换器的风力机控制器。转换器可以被连接到风力发电机的定子(被称为完全转换器(full converter)),或者被连接到风力发电机的转子(被称为双馈风力发电机(double fed generator))。
风力机控制器可以特别地适应于(特别是从场控制器)接收风力机参考电压,基于所述风力机参考电压,风力机控制器可以向转换器供给(多个)控制信号,其中所述控制信号可以限定控制所述控制器内的可控开关的电导状态的(多个)点火模式(firing pattern)。所述点火模式可以特别地包括脉冲宽度调制模式,具有不同的或可变的宽度的脉冲被包括在所述脉冲宽度调制模式中,所述具有不同的或可变的宽度的脉冲限定了风力机的转换器内的诸如IGBT之类的多于一个的可控开关的接通状态和关断状态。从而,风力机的输出电压可以根据风力机参考电压被影响和被调整。
理想地,风力机输出电压应等于或者至少近似地等于风力机参考电压。此外,风力机参考电压可以控制或影响风力机的有功功率输出和/或无功功率输出。
因而,限定或确定电压边界范围(参考电压位于该电压边界范围中)可以(在网络/电网干扰之后)对风力机的输出有显著影响,因为风力机参考电压并且因而还有风力机的输出电压(至少近似地)被限制来位于电压边界范围之内。
特别地,电压边界范围可以被定制,从而对应于或反映风力机和/或把风力机连接到公共耦合点的输电线路的配置、布局和/或构成。因而,电压边界范围可以与输电线路的(电)特殊性有关,通过所述输电线路,风力机被连接到公共耦合点。
信息可以包括被布置在输电线路和风电场的集电电网内的(电)部件(诸如开关、电容器、电感器、电阻器、变压器等等)的信息,并且还可以包括关于输电线路的长度和输电线路的配置、特别是被用来制造输电线路的电缆种类或材料种类的信息。
获得信息可以包括获得关于构成输电线路的部件的信息,以及获得这些部件的相应的电性质(诸如电阻、电容、电感)。此外,被获得的信息可以包括关于被包括在输电线路中的部件的导电性和/或连接性的信息。可替换地或附加地,获得信息可以包括获得测量数据、特别是由在输电线路上或者在被包括在输电线路中的一个或多个部件或位置上执行电测量引起的电测量数据。特别地,电压和/或电流测量结果可以被包括在所述信息中。
电压边界范围可以与输电线路的电特征有关。此外,电压边界范围可以与其它因素有关。特别地,电压边界范围可以针对具有不同的电特征的两个不同的输电线路是不同的。因而,输电线路的(特别是关于电性质的)特殊性被考虑用于限定电压边界范围。
从而,可以保证的是,风力机电压控制器在工作期间可以不是饱和的。这对于具有非常低的短路比的系统(也被定义为弱电网)可以是特别重要的。特别地,在弱电网中,如果存在(风力机的)有功功率生产的增加,那么(电网的)电压可以由于有功功率产生的增加而下降。电压控制器可以反应得足够快,以使电压恢复并且避免低电压故障事件和电压崩溃。
如果在常规的系统中风力机电压控制器会具有不切实际的风力机参考电压,特别是如果风力机控制器是饱和的,那么无功功率支持可以被延迟,这最终可以导致高度不期望的电压崩溃。
因而,根据本发明的实施例,在考虑输电线路的电特征的情况下,电压边界范围被限定,以便避免风力机电压控制器是饱和的(如在常规的系统中已经被观察到的那样)的风险。
此外,本发明的实施例可以协助遵守针对风力机/风力发电场的电网连接的电网法规(grid code)或电网要求。特别地,可以是重要的是,在网络干扰之后,风电场电压控制系统应该以快速的方式使电压复原到它的故障前的标称值。从而,用于使故障前的电压复原的时间可以与电压控制系统中的电压边界范围高度相关。同样地,复原可以根据本发明的实施例被改进。
同样地,在常规的系统中,电压参考界限(或电压边界范围)与事实上可能的操作电压范围之间的失配可以尤其是在电网电压干扰期间引起问题。例如,在常规的系统中,当在电网中存在电压骤降时,场导向器中的电压控制器可以是饱和的,并且可以向所有的风力机电压控制器分派为每单位(pu)1.08的电压参考。因为涡轮不可能在1.02pu到1.08pu之间的电压内工作,所以电压控制器可以是在饱和模式下。因而,在常规的系统中,在电网电压干扰被清除或结束之后,涡轮可花费长的时间从饱和退出。因而,在常规的系统中,在一些情况下,来自电网法规的动态响应要求可以不被履行。本发明的实施例还改进了这些种类的工作条件。
根据本发明的实施例,电压边界范围被限定为在最大电压与最小电压之间的电压范围。
被允许的风力机参考电压可以横跨在最小电压与最大电压之间的范围。从而,限定电压边界范围的简单的方式被提供,因而简化该方法。特别地,最大电压和/或最小电压可以基于输电线路的电特征,可以特别地与输电线路的电特征有关。
根据本发明的实施例,电特征包括输电线路的阻抗和/或容量和/或电感和/或长度和/或电压变压比。
输电线路的阻抗的特征可以在于阻抗的幅度和阻抗的相位。因而,阻抗的特征可以在于复值(complex value)。输电线路的阻抗和/或容量和/或电感和/或长度和/或电压变压比可以贡献于输电线路的电特征,并且可以影响电压边界范围的选择。从而,适合于特定输电线路的电压边界范围的定制可以被实现,从而改进风力机的电压控制。
根据本发明的实施例,电特征包括被连接在风力机输出端子与公共耦合点之间的风力机变压器的变压比,其中该变压比是在风力机变压器的中压侧处的电压与低压侧处的电压之间的比。
风力机变压器可以把风力机输出电压变换到要被传输到特别是场变压器的中压,所述场变压器向公共耦合点传输功率流。风力机变压器可以包括分接开关(tap changer),所述分接开关可以允许改变风力机变压器的变压比。风力机变压器可以包括初级线圈和次级线圈,特别是包括针对电输出流或输出功率或输出电压的每个相位的初级线圈和次级线圈。风力机变压器的变压比可以贡献于输电线路的电特征。变压比是初级线圈电压与次级线圈电压之间的比,并且这个比可以通过使用分接开关而在1.1到0.9之间、特别是在1.05到0.95之间被调整。
根据本发明的实施例,风力机变压器的变压比被调整一次并且接着被维持不变,特别是还在风力机的用于产生电力的工作期间被调整一次并且接着被维持不变。从而,确定电压边界范围可以被改进。
根据本发明的实施例,变压比越小,最大电压越大,和/或其中变压比越大,最小电压越小。从而,可以被避免的是,风力机(由于太高的电压或太高的转换器电流)变得饱和。
根据本发明的实施例,最大电压和/或最小电压与被输送到电网的有功功率和/或无功功率有关,其中特别地,最大电压和/或最小电压与电网阻抗有关。
电网阻抗可以基于电网的电感、电阻和电容被确定。
根据本发明的实施例,电网阻抗越大,最大电压与最小电压之间的差越大。特别地,针对(具有高电网阻抗的)弱电网,(最大电压与最小电压之间的)差比针对(具有比弱电网低的电网阻抗的)强电网的差大。
根据本发明的实施例,限定电压边界范围包括建立被连接在风力机与公共耦合点之间的电部件的物理/数学模型;和/或执行对被连接在风力机与公共耦合点之间的电部件的模拟、特别是软件模拟。
物理/数学模型可以包括在输电线路中所包含的所有部件的电性质以及它们的连接性。模拟可以在计算机或通用处理器上被执行,特别地用于模拟在输电线路的不同位置处、特别是在风力机的输出端子处和在公共耦合点处的电压和电流、无功功率、有功功率。此外特别地,模拟和/或模型建立可以通过实际的实施方案或实际的电厂的测量数据来补充。
从而,输电线路或整个电厂的电特征可以精确地被确定。转而,电压边界范围的确定可以被更精确地进行。
根据本发明的实施例,电特征包括被连接在风力机变压器与公共耦合点之间的风电场变压器的变压比。
风电场变压器可以包括初级线圈和次级线圈,特别是包括针对功率串(power string)的每个相位的初级线圈和次级线圈。特别地,风电场变压器可以是具有可改变的变压比的抽头变压器。风电场变压器可以被连接在风力机变压器与公共耦合点之间。风电场变压器可以适合于把在风力机变压器的中压侧处所提供的中压变换到适合于跨越长距离的输电的高压。
特别地,风电场变压器的变压比在风力机的工作期间也可以被改变,以致保持风电场变压器的中压侧处的中压至少近似恒定。风电场变压器的变压比也可以影响输电线路的电特征。因而,通过还考虑风电场变压器的变压比,电压边界范围的确定可以进一步被改进。
包括有载分接开关的风电场变压器可以是合适的,以保证在风电场变压器的中压侧处的电压停留在标称的或另一被选择的电压处或者至少近似在所述标称的或另一被选择的电压附近。从而,不同的分接开关位置可以导致从风力机来看的不同的电网电厂/电网阻抗,这转而可以导致不同的风力机操作分布(operating profile)(例如不同的端子电压和不同的矫正功率)。在另一方面,不同的涡轮无功功率产生可以导致涡轮输出端子处的不同电压。这转而可以影响整个电网上的电压分布,并且可以再次引发场变压器的分接开关位置的改变。在这个情形下,可能非常重要的是,涡轮电压控制并不是饱和的,并且通过无功功率注入,其可以支持电压。在其它方面,在常规系统中,会存在在主变压器有载分接开关控制器与涡轮电压控制器之间的冲突。该冲突可以根据本发明的实施例被减少。
根据本发明的实施例,该方法进一步包括将电压边界范围局限为在绝对最大电压、特别是每单位1.08到绝对最小电压、特别是每单位0.92之间。
将电压边界范围局限在绝对最大电压到绝对最小电压之间可以是必需的,以便避免风力机部件的损坏。特别地,风力机可以被限定为在绝对最大电压到绝对最小电压之间的电压下工作。从而,风力机的部件的损坏可以被避免或被减少。
根据本发明的实施例,该方法进一步包括测量输电线路的特征,特别是关于输电线路处的可能电压的特征。特别地,电压和/或有功功率和/或无功功率和/或电流可以在公共耦合点处被测量。特别地,电压和/或有功功率和/或无功功率和/或电流可以在风力机输出端子处被测量。此外,这样的电量可以在沿着在风力机与公共耦合点之间的输电线路的多于一个的不同位置处被测量。从而,电压边界范围的确定可以进一步被改进。
根据本发明的实施例,提供了一种用于确定风力机的风力机参考电压的方法,用于控制风力机的在风力机输出端子处的输出电压,其中所述方法包括:执行根据上述实施例的用于确定电压边界范围的方法,所述电压边界范围限定风力机的风力机参考电压的范围;(特别是从风电场的运营商)获得运营商参考电压;获得指示公共耦合点处的电压的测量电压,风力机输出端子经由输电线路被连接到所述公共耦合点;以及基于运营商参考电压和测量电压来确定风力机参考电压,以致所述风力机参考电压在被确定的电压边界范围之内。
该方法可以特别地由控制被连接到公共耦合点的多个风力机的风电场导向器或风电场控制器来执行。此外,该方法可以包括获得在公共耦合点处被测量的无功功率,并且把公共耦合点处的(特别是被缩放的)无功功率与运营商参考电压进行比较。该方法可以进一步包括把公共耦合点处的无功功率与运营商参考电压之间的比较与公共耦合点处的测量电压相比较,以及向控制器、特别是PI控制器供给结果(特别是差),所述PI控制器最后输出风力机参考电压,所述风力机参考电压接着被约束或被局限在之前所确定的电压边界范围之内,并且被约束或被局限在绝对电压界限之内。
从而,可以避免或减少的是,该方法在饱和情况下工作。
根据本发明的实施例,所确定的电压边界范围在工作期间被维持恒定。特别地,所述所确定的电压边界范围在风力机的能量产生期间被保持恒定。
从而,控制风力机的方法可以被简化。
应该理解的是,针对用于确定电压边界范围的方法或针对用于确定风力机参考电压的方法的单独地或以任意组合被公开的、被描述的、被提及的或被利用的特征也可以(单独地或以任意组合)被应用于根据本发明的实施例的用于确定风力机参考电压的装置,并且反之亦然。
根据本发明的实施例,提供了一种用于确定风力机的风力机参考电压的装置,用于控制风力机的在风力机输出端子处的输出电压,所述装置包括:输入系统,所述输入系统适应于获得运营商参考电压并且适应于获得指示公共耦合点处的电压的测量电压,风力机输出端子经由输电线路被连接到所述公共耦合点;处理器,所述处理器适应于基于运营商参考电压和测量电压来确定风力机参考电压,以致所述风力机参考电压在电压边界范围之内,其中电压边界范围基于输电线路的电特征被限定。
该装置可以特别地被包括在风电场控制器或导向器中。
不得不注意的是,本发明的实施例已经参照不同的主题被描述。特别地,一些实施例已经参照方法类型权利要求被描述,而其它实施例已经参照设备类型权利要求被描述。然而,本领域技术人员将根据上面的和下面的描述来推测:除非另有通知,除了属于一种类型的主题的特征的任意组合之外,涉及不同主题的特征之间(特别是方法类型权利要求的特征与设备类型权利要求的特征之间)的任意组合也被视为与本文献一起被公开。
本发明的在上面所限定的方面和其它方面从将要在下面被描述的实施例的例子中是明显的,并且参照实施例的例子被解释。本发明将参照实施例的例子在下面更详细地被描述,但是本发明并不限于所述实施例的例子。
附图说明
本发明的实施例现在参照附图被描述。本发明并不被局限于所图示的或所描述的实施例。
图1示意性地图示了根据本发明的实施例的连接风力机和公共耦合点的输电线路,所述输电线路的电特征被考虑;
图2示意性地图示了根据本发明的实施例的风电场导向器或风电场控制器或用于确定风力机参考电压的装置;并且
图3至图7图示了描绘在根据本发明的实施例的方法和装置中被考虑的电性质的关系的曲线图。
具体实施方式
图1示意性地图示了风电场的部分100,其中风力机101经由电感器或电抗器103(XL)、电感器105(Xwt)、风力机理想变压器107(WTT)(电感器105表示变压器107的短路/漏电感)以及风电场变压器109(WPT)被连接到公共耦合点111,未被图示的其它风力机可以被连接到所述公共耦合点111。
在输出端子113处,风力机101(以由滤除高频分量的电抗器103来滤波的方式)生成包括有功功率P和无功功率Q的输出电压Vturb。在风力机变压器107的低压侧115,电压Vlv存在,并且在风力机变压器107的中压侧117,电压Vmv存在,其中Vmv通常是恒定的,但是根据电网状况可以偶然地改变。
风力机变压器107是提供可变的变压比m=Vmv/Vlv的抽头变压器。特别地,Xwt(电感器105)指的是风力机变压器107的聚合阻抗,并且P和Q分别指的是来自风力机101的聚合的有功功率和无功功率。
在图1中,假设:连续的分接开关被用于场变压器109,并且在风力机变压器107的中压侧处的电压在0.99pu到1.01pu之间。风力机变压器107具有对应于不同的变压比m的数个抽头位置(诸如五个抽头位置)。从而,在风力机变压器107的低压侧(115)处的电压是Vlv=Vmv/m,其中分别地针对在2、1、0、-1、2处的分接开关位置,m=1.5、1.025、1、0.5975、0.95。从而,假设Q从涡轮能力电荷(capability charge)中是已知的,风力机101的在端子113处的输出电压Vturb可以被确定为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中,
Figure 61733DEST_PATH_IMAGE002
风力机101经由控制线路119由场导向器121来控制,所述场导向器121经由控制线路119提供风力机参考电压123。
图2示意性地图示了用于控制风力机参考电压并且控制风力机101的装置,所述风力机参考电压可以例如被包括在风电场导向器(诸如在图1中所图示的风电场导向器121)中。
装置200包括输入系统201,所述输入系统201适应于获得运营商参考电压203,并且适应于获得表示公共耦合点(诸如例如在图1中所图示的节点111)处的电压的测量电压205(Uwf)。此外,装置200包括形成处理器的部件,所述处理器适应于基于运营商参考电压203和测量电压205来确定输出端子124处的风力机参考电压123,以致所述风力机参考电压123处于在被输入到边界或界限元件127的电压边界范围125内。
特别地,装置200在输入端子131处接收到电压和电流输入129。电压和电流输入由模块133来平均和低通滤波。模块133在第一输出端子135处输出公共耦合点111处的无功功率137(Qwf),并且把它供给到下垂控制器139。下垂控制器用常数Kd乘以无功功率137。下垂控制器139的结果(Ud)(作为其负值)被供给到求和元件141,运营商参考电压203也被供给到所述求和元件141。求和元件141的结果(事实上是在运营商参考电压203与Ud之间的差)被供给到另一求和元件143,公共耦合点处的测量电压205的负值也被供给到所述另一求和元件143。
求和元件143的结果被供给到PI控制器145,所述PI控制器145包括含有比例项和积分项的控制处理器。PI控制器145输出被供给界限模块127的初步的风力机参考电压147(Uwt_ref),所述界限模块127将风力机参考电压的最终输出123限制到电压边界范围125,所述电压边界范围125在界限模块127中被表示为一对Vmin和Vmax。
电压边界范围125之前已经通过获得关于输电线路的电特征的信息而离线地被确定,其中所述输电线路在风力机101与在图1中被示意性地图示的公共耦合点111之间。特别地,被供给到界限模块127的电压边界范围125是基于在图1中所图示的输电线路106的电特征的,其中输电线路106包括电感器105、风力机变压器107和风电场变压器109,但其它部件也可以被包括在该输电线路内,诸如为特定长度和特征的一个或多个电缆。
特别地,关于风电场中的电压分布的知识可以给出关于最大可能的电压可以是什么的信息。特别地,最大可能的电压通常可以低于根据常规的系统被设置为固定值的常规的最大电压界限。特别地,通过将电压控制系统中的最大电压界限设置为实际上可能的最大电压可以允许从错误情形更快的复原。从而,关于风电场或特别是在图1中所图示的输电线路106的电压分布或电特征的知识可以从电力系统研究中或者基于在输电线路处的测量或在图1中所图示的电厂的部分100内的测量被得到。
在用于确定电压边界范围125的装置200中,(如在常规的系统中所使用的)电压范围[0.92; 1.08]不被用于输电线路106或风电场的部分100的所有不同配置。风力机电压的实际上可能的操作范围而是可以被确定(被计算)并且被用来设置电压边界范围125,即Vmax和Vmin。最终得到的参考电压123接着进一步被限制为在诸如(标称电压的)[0.92; 1.08]之类的绝对界限区间之内,以避免意外地彻底进入低压和高压。
表1给出了针对Vmax和Vmin的可能的值,这些值限定了针对被布置在风力机101与公共耦合点111之间的在图1中所图示的风力机变压器107的不同变压比m(对应于不同的分接开关位置)的电压边界范围125。
表1:
m Vmax Vmin
1.05 1.02 0.92
1.025 1.04 0.92
1.0 1.06 0.93
0.975 1.08 0.96
0.95 1.08 0.98
如从表1中可以看出的那样,风力机变压器107的变压比m越大,最大电压Vmax越小。另外,风力机变压器107的变压比m越大,最小电压Vmin越小。
这也可以从图3至图7中被看出,所述图3至图7在它们的横坐标301、401、501、601、701上分别描绘在风力机端子113处的从-1pu变化到1pu的无功功率(1pu意指在为0.95的功率因子处的标称无功功率),并且在它们的纵坐标302、402、502、602、702上分别描绘以每单位为单位的风力机输出电压Vturb。从而,图3至图7中的上部曲线303、403、503、603、703对应于其中风力机变压器107的中等侧端子117处的电压是每单位1.01的情形。图3至图7中的下部线304、404、504、604、704对应于其中风力机变压器107的中压侧117处的电压是0.99pu的情形。从而,图3、图4、图5、图6、图7图示了变压比m分别是0.95、0.975、1、1.025和1.05的情况。
基于输电线路106的电特征来确定电压边界范围125可以改进由在图2中所图示的场控制器200对风力机的控制。
应该注意的是,术语“包括”并不排除其它要素或步骤,并且“一”或“一个”并不排除多个。同样地,与不同的实施例相关联描述的要素可以被组合。还应该注意的是,权利要求书中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (14)

1.一种用于确定限定风力机(101)的风力机参考电压(123)的范围的电压边界范围(125)的方法,用于控制风力机的在风力机输出端子(113)处的输出电压(Vturb),其中所述方法包括:
获得关于把风力机输出端子(113)连接到公共耦合点(111)的输电线路(106)的电特征的信息,多于一个的其它风力机是可连接到所述公共耦合点(111)的;以及
基于输电线路(106)的电特征来限定电压边界范围(125)。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,电压边界范围(125)被限定为在最大电压(Vmax)到最小电压(Vmin)之间的电压范围。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,电特征包括输电线路(106)的阻抗和/或容量和/或电感和/或长度和/或电压变压比。
4.根据权利要求2或3所述的方法,其中,电特征包括被连接在风力机输出端子(113)与公共耦合点(111)之间的风力机变压器(107)的变压比(m),其中变压比(m)是风力机变压器(107)的中压侧处的电压(Vmv)与低压侧处的电压(Vlv)之间的比,其中风力机输出端子(113)被连接到风力机变压器(107)的低压侧。
5.根据权利要求4所述的方法,其中,变压比(m)越大,最大电压(Vmax)越小,和/或
其中,变压比(m)越大,最小电压(Vmin)越小。
6.根据权利要求2至5之一所述的方法,其中,最大电压和/或最小电压与被输送到电网的有功功率和/或无功功率有关,
其中,特别地,最大电压和/或最小电压与电网阻抗有关。
7.根据权利要求2至6之一所述的方法,其中,电网阻抗越大,最大电压与最小电压之间的差越大。
8.根据前述权利要求之一所述的方法,其中,限定电压边界范围包括:
建立被连接在风力机与公共耦合点之间的电部件的物理/数学模型(100);和/或
执行对被连接在风力机与公共耦合点之间的电部件的模拟、特别是软件模拟。
9.根据前述权利要求之一所述的方法,其中,电特征包括被连接在风力机变压器与公共耦合点之间的风电场变压器(109)的变压比。
10.根据前述权利要求之一所述的方法,进一步包括:
将电压边界范围局限在绝对最大电压、特别是每单位1.08到绝对最小电压、特别是每单位0.92之间。
11.根据前述权利要求之一所述的方法,进一步包括:
测量输电线路的特征,特别是关于输电线路处的可能电压的特征。
12.一种用于确定风力机的风力机参考电压的方法,用于控制风力机的在风力机输出端子处的输出电压,其中,所述方法包括:
执行根据前述权利要求之一所述的用于确定限定风力机的风力机参考电压的范围的电压边界范围的方法;
获得运营商参考电压;
获得指示公共耦合点处的电压的测量电压,风力机输出端子经由输电线路被连接到所述公共耦合点;
基于运营商参考电压和测量电压来确定风力机参考电压,以致所述风力机参考电压在所确定的电压边界范围之内。
13.根据权利要求11所述的方法,其中,所确定的电压边界范围在工作期间被维持恒定。
14.一种用于确定风力机的风力机参考电压的装置(200),用于控制风力机的在风力机输出端子处的输出电压,所述装置包括:
输入系统(201、131、204),所述输入系统(201、131、204)适应于获得运营商参考电压(203)并且适应于获得指示公共耦合点(111)处的电压的测量电压(205),风力机输出端子经由输电线路被连接到所述公共耦合点(111);
处理器,所述处理器适应于基于运营商参考电压(203)和测量电压(205)来确定风力机参考电压(123),以致所述风力机参考电压(123)在电压边界范围(125)之内,
其中,电压边界范围基于输电线路的电特征被限定。
CN201210561057.XA 2011-12-22 2012-12-21 用于确定电压边界范围的方法 Active CN103178515B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11195355.0A EP2607692B1 (en) 2011-12-22 2011-12-22 Method for determining a voltage bounding range
EP11195355.0 2011-12-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103178515A true CN103178515A (zh) 2013-06-26
CN103178515B CN103178515B (zh) 2017-04-12

Family

ID=45440290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210561057.XA Active CN103178515B (zh) 2011-12-22 2012-12-21 用于确定电压边界范围的方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9057356B2 (zh)
EP (1) EP2607692B1 (zh)
CN (1) CN103178515B (zh)
BR (1) BR102012032002A2 (zh)
CA (1) CA2799867C (zh)
DK (1) DK2607692T3 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104659805A (zh) * 2013-11-20 2015-05-27 西门子公司 操作风电场的方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2607692B1 (en) * 2011-12-22 2015-04-15 Siemens Aktiengesellschaft Method for determining a voltage bounding range
EP2765668B1 (en) * 2013-02-11 2020-05-13 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Simulation of an electrical power distribution network in a wind farm
KR101480533B1 (ko) * 2013-06-28 2015-01-08 한국전력공사 분산전원 전력계통 연계 운전장치 및 방법
DE102014005168A1 (de) * 2014-04-09 2015-10-15 Rwe Deutschland Ag Blindleistungsmanagement
WO2016165739A1 (en) * 2015-04-14 2016-10-20 Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh Renewable energy system, renewable energy park, method for operating a renewable energy system, and method for operating a renewable energy park
US9970417B2 (en) * 2016-04-14 2018-05-15 General Electric Company Wind converter control for weak grid
CN112531748B (zh) * 2020-11-24 2022-12-20 南方电网调峰调频发电有限公司 电池储能系统有功无功控制的人机交互方法、终端及介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1595758A (zh) * 2003-09-03 2005-03-16 通用电气公司 用于风力发电机的电压控制
CN101521388A (zh) * 2008-02-28 2009-09-02 通用电气公司 风电场集流器系统损耗最优化
CN101719676A (zh) * 2008-10-09 2010-06-02 通用电气公司 风电场的电压控制
CN101861690A (zh) * 2007-09-19 2010-10-13 再生动力系统股份公司 具有风力发电装置的电压调节的风电场及运行方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4100064A1 (de) 1990-01-19 1991-07-25 Siemens Ag Verfahren und schaltungsanordnung zur vermeidung eines reset-windup-effektes bei einer regelschaltung
DE10136974A1 (de) 2001-04-24 2002-11-21 Aloys Wobben Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage
SE0200050L (sv) * 2002-01-09 2003-02-25 Abb Ab Utrustning och förfarande för att i en shuntkoppling utbyte effekt med ett elektriskt kraftnät samt användning av en sådan utrustning
JP2004320859A (ja) * 2003-04-14 2004-11-11 Hitachi Ltd 無効電力補償装置
US7583160B2 (en) * 2004-09-17 2009-09-01 Bae Systems Advanced Technologies, Inc. Broadband transmission line transformer
DE102004048341A1 (de) 2004-10-01 2006-04-13 Repower Systems Ag Windpark mit robuster Blindleistungsregelung und Verfahren zum Betrieb
DE102007018683A1 (de) 2006-09-23 2008-04-24 Kerber, Georg, Dipl.-Ing. Autonomes Regelkonzept zur Unterstützung des Energieversorgungsnetzes durch Anlagen mit Wechselrichtern (PV-Anlagen)
AU2007304636B2 (en) * 2006-10-02 2010-10-14 Vestas Wind Systems A/S Method for operating a wind turbine connected to a utility grid during utility grid disturbance, wind turbine and wind park
US7629705B2 (en) * 2006-10-20 2009-12-08 General Electric Company Method and apparatus for operating electrical machines
US7531911B2 (en) * 2006-12-22 2009-05-12 Ingeteam Energy, S.A. Reactive power control for operating a wind farm
EP2221957B1 (en) * 2007-12-14 2017-11-01 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind power generation system and its operation control method
US8355829B2 (en) * 2007-12-14 2013-01-15 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind-power generation system and operation control method therefor
DE102008018748A1 (de) 2008-04-14 2009-10-15 Repower Systems Ag Windenergieanlage mit Anschlussschutzeinrichtung
US7804184B2 (en) 2009-01-23 2010-09-28 General Electric Company System and method for control of a grid connected power generating system
DE102009017939A1 (de) * 2009-04-17 2010-11-11 Nordex Energy Gmbh Windpark mit mehreren Windenergieanlagen sowie Verfahren zur Regelung der Einspeisung von einem Windpark
CA2714820A1 (en) * 2009-09-09 2011-03-09 Universite Du Quebec A Trois-Rivieres Power converter system and method
JP2011125107A (ja) * 2009-12-09 2011-06-23 Sanyo Electric Co Ltd モータ制御装置、モータ駆動システム及びインバータ制御装置
EP2551515B1 (en) 2011-07-27 2013-09-18 Siemens Aktiengesellschaft Method and arrangement for operating a wind farm within voltage limit
EP2607692B1 (en) * 2011-12-22 2015-04-15 Siemens Aktiengesellschaft Method for determining a voltage bounding range

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1595758A (zh) * 2003-09-03 2005-03-16 通用电气公司 用于风力发电机的电压控制
CN101861690A (zh) * 2007-09-19 2010-10-13 再生动力系统股份公司 具有风力发电装置的电压调节的风电场及运行方法
CN101521388A (zh) * 2008-02-28 2009-09-02 通用电气公司 风电场集流器系统损耗最优化
CN101719676A (zh) * 2008-10-09 2010-06-02 通用电气公司 风电场的电压控制

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104659805A (zh) * 2013-11-20 2015-05-27 西门子公司 操作风电场的方法
CN104659805B (zh) * 2013-11-20 2020-07-03 西门子歌美飒可再生能源公司 操作风电场的方法

Also Published As

Publication number Publication date
BR102012032002A2 (pt) 2014-08-19
CA2799867C (en) 2018-11-06
EP2607692A1 (en) 2013-06-26
EP2607692B1 (en) 2015-04-15
DK2607692T3 (en) 2015-05-04
CN103178515B (zh) 2017-04-12
US9057356B2 (en) 2015-06-16
US20130161951A1 (en) 2013-06-27
CA2799867A1 (en) 2013-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103178515A (zh) 用于确定电压边界范围的方法
US10063059B2 (en) Wind power plant with optimal power output
Chen et al. Wind farm—A power source in future power systems
EP2662944B1 (en) Wind turbine control for a weak grid by reducing active power output
CN105119316A (zh) 用于海上风电场并网的vsc-mtdc直流电压控制方法
CN101521388A (zh) 风电场集流器系统损耗最优化
CN111384725A (zh) 一种新能源电站的短路电流计算方法和系统
Zhu et al. Accurate power sharing strategy for complex microgrid based on droop control method
Alobeidli et al. Novel coordinated secondary voltage control strategy for efficient utilisation of distributed generations
Beekmann et al. Wind energy converters with FACTS Capabilities for optimized integration of wind power into transmission and distribution systems
Abdel-Khalik et al. A droop control design for multiterminal HVDC of offshore wind farms with three-wire bipolar transmission lines
CN102159830A (zh) 风力发电场功率调节
Esslinger et al. Regulated distribution transformers in low-voltage networks with a high degree of distributed generation
CN103827483A (zh) 包含电站损失的快速回流控制
CN103078329B (zh) 海上风电场长距离220kV海缆送出无功补偿分析方法
CN105474498A (zh) 用于将电功率馈送到供电网中的方法
Al Riyami et al. Grid code compliance for integrating 50 MW wind farm into Dhofar power grid
Yongsheng et al. Research on VSC-MTDC for grid integration of wind farm
García et al. Control of large scale wind power plants
Ye et al. Influence of power system operation mode on wind power acceptance
Menzel et al. Controlling Strategies for Meshed Offshore DC Collector Grids
Gupta et al. Apparent power loss based equivalent model of wind farm collector system
Menzel et al. A decentralised controller for multi-terminal DC grids offering grid supporting functions
Ampofo et al. Active distribution network with efficient utilisation of distributed generation ancillary<? show [AQ ID= Q1]?> services
Song et al. Simplified method of doubly fed induction generator

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20190718

Address after: Tango barley

Patentee after: Siemens Gamesa Renewable Energy

Address before: Munich, Germany

Patentee before: Siemens AG

TR01 Transfer of patent right