CN103362740B - 用于控制风场的方法、风场控制器和风场 - Google Patents

Abstract

公开了用于控制风场的方法、风场控制器和风场。描述了一种用于控制被连接到电网的风场的方法，其中，该风场包括风场应急发电机和至少第一风力涡轮机，其中，第一风力涡轮机包括风力涡轮机变压器、风力涡轮机转换器和辅助设备，其中，所述方法包括检测失去的电网连接、经由风场应急发电机向辅助设备提供有功功率、经由风力涡轮机转换器来提供无功功率。

Description

用于控制风场的方法、风场控制器和风场

技术领域

本发明涉及用于控制风场的方法的领域。此外，本发明涉及风场控制器和风场。此外，本发明涉及计算机可读介质和程序元件。

背景技术

风场通常包括被连接到电网的多个风力涡轮机，该电网在一方面将所产生的能量传送至消费者，并且另一方面提供频率、电压和无功功率支持。一般地，每个风力涡轮机包括风力涡轮机变压器、风力涡轮机转换器、风力涡轮机发电机和辅助设备，例如测量设备、闪光灯、偏航电动机等。

在失去电网连接的情况下，必须为辅助设备提供功率。例如偏航电动机在电网连接失去时能够操作可能是重要的。偏航电动机可以例如使风力涡轮机的吊舱旋转至其中机械应力被最小化的位置。因此，提供了一种中央风场应急发电机，其提供所需有功功率。然而，必须首先激励风力涡轮机变压器。因此，风场应急发电机也必须能够将对应于高合闸电流的高量的无功功率输送给所有变压器。

迄今为止，通过使用相对大的柴油发电机来解决此问题，其适合于向所有变压器输送合闸电流。然而，特别地，在离岸风场的情况下，提供用于此类巨大柴油发电机的平台可能是困难且昂贵的。

因此，可能需要一种用于控制风场的方法、风场控制器、风场、计算机可读介质和程序元件，其允许有较小的风场应急发电机。

发明内容

可以由根据独立权利要求的主题来满足此需要。用从属权利要求来描述本发明的有利实施例。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制被连接到电网的风场的方法，其中，该风场包括风场应急发电机和至少第一风力涡轮机，其中，第一风力涡轮机包括风力涡轮机变压器、风力涡轮机转换器和辅助设备，其中，所述方法包括检测失去的电网连接、经由风场应急发电机向辅助设备提供有功功率、经由风力涡轮机转换器来提供无功功率。例如，风力涡轮机转换器可以是频率转换器。特别地，风力涡轮机转换器可以是双馈和/或满标度系统。

执行所述方法所需的所有元件在当前风场中通常可用。因此，可以容易地用现有风场来执行该方法。

根据该方法的第一示例性实施例，该风场还包括用于连接第二风力涡轮机的风力涡轮机开关，并且该方法还包括闭合风力涡轮机开关以便连接第二风力涡轮机。风力涡轮机开关可以例如位于第一风力涡轮机中或第二风力涡轮机中。

将风力涡轮机一个接一个地连接可以减小无功功率需求峰值。替换地或另外，可以将风力涡轮机的辐板（radials）一个接一个地连接。

根据该方法的另一示例性实施例，经由风力涡轮机转换器来提供无功功率包括提供用于激励第二风力涡轮机的风力涡轮机变压器的无功功率。

本实施例还可以减少应急发电机在失去到电网的连接的情况下必须提供的无功功率。

根据该方法的另一示例性实施例，经由风场应急发电机来向辅助设备提供有功功率包括使风场应急发电机电压缓慢地从零斜坡向上至标称值。

本实施例可以增强电压稳定性。

根据该方法的又另一示例性实施例，风场包括分路电抗器，特别地可变分路电抗器，并且该方法包括经由分路电抗器来补偿无功功率。

因此，还可以减少风场应急发电机上的无功功率负载。可变分路电抗器可以随着负载变化而连续地补偿无功功率并从而可以保证电压稳定性。可变分路电抗器可以减少由于切入和切出传统固定分路电抗器而引起的电压跳跃。

根据该方法的又另一示例性实施例，风场包括静态同步补偿器且该方法还包括经由静态同步补偿器来补偿无功功率。

根据本发明的第二方面，提供了一种适合于执行根据上文已描述的实施例中的任一项所述的方法的风场控制器。

根据本发明的第三方面，提供了一种风场，包括如上文已介绍的风场控制器、风场应急发电机和第一风力涡轮机，其中，第一风力涡轮机包括风力涡轮机变压器和风力涡轮机转换器。

根据第一实施例，风场还包括第二风力涡轮机且第一风力涡轮机包括用于连接第二风力涡轮机的风力涡轮机开关。

根据另一实施例，风场还包括分路电抗器，特别是可变分路电抗器。

根据另一实施例，风场还包括静态同步补偿器。

根据本发明的第四方面，提供了一种在上面存储有用于处理物理对象的计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序在被数据处理器执行时适合于控制和/或执行如上文所阐述的方法。

计算机可读介质可以可被计算机或处理器读取。计算机可读介质可以是例如但不限于电、磁、光学、红外或半导体系统、设备或传输介质。计算机可读介质可以包括以下介质中的至少一个：计算机可分发介质、程序存储介质、记录介质、计算机可读存储器、随机存取存储器、可擦除可编程只读存储器、计算机可读软件分发包、计算机可读信号、计算机可读电信信号、计算机可读印刷品以及计算机可读压缩软件包。

根据本发明的第五方面，提供了一种用于处理物理对象的程序元件，该程序元件在被数据处理器执行时适合于控制和/或执行如上文所述的方法。

可以将该程序元件用任何适当的编程语言实现为计算机可读指令代码，诸如，例如JAVA、C++，并且可以将其存储在计算机可读介质（可移动磁盘、易失性或非易失性存储器、嵌入式存储器/处理器等）上。指令代码可操作用于对计算机或任何其他可编程设备进行编程以执行预定功能。该程序元件可以可从网络获得，诸如万维网，其可以从该网络被下载。

可以借助于计算机程序或软件来实现本发明。然而，还可以借助于一个或多个特定电子电路或硬件来实现本发明。此外，还可以以混合的形式、即以软件模块和硬件模块的组合来实现本发明。

应注意的是已参考不同的主题描述了本发明的实施例。特别地，已参考方法类型权利要求描述了某些实施例，而其他实施例是参考设备类型权利要求描述的。然而，本领域的技术人员将从以上和以下描述得出结论，除非被另外通知，除属于一个类型的主题的特征的任何组合之外，还将关于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何组合视为与本文档一起公开。

根据将在下文描述的实施例的示例，本发明的上文定义的方面和其他方面是显而易见的，并且参考实施例的示例来解释。下面将参考实施例的示例来更详细地描述本发明，但本发明不限于此。

附图说明

图1示出了风场的示例性实施例。

图2示出了典型稳态交流发电机无功功率能力曲线。

具体实施方式

图中的图示是示意性的。

图1示出了被连接到电网2的风场1的示例性实施例。风场1包括风力涡轮机3、4、5和6以及风场应急发电机7，其可分别经由风力涡轮机开关8、9、10、11和风场应急发电机开关12连接到电网2。然而，风场1可以包括多于明确地提到的四个风力涡轮机。每个风力涡轮机包括风力涡轮机变压器13、14、15、16、风力涡轮机转换器17、18、19、20、风力涡轮机发电机21、22、23、24以及辅助设备25、26、27、28。如图1中所示，辅助设备25、26、27、28可以被独立地连接到风力涡轮机变压器13、14、15、16并与风力涡轮机转换器17、18、19、20电流地隔离。风力涡轮机转换器17、18、19、20两者可以是用于双馈和/或满标度发生器系统的频率转换器。

此外，提供了风力涡轮机转换器开关29、30、31、32和风力涡轮机发电机开关33、34、35、36以分别地将风力涡轮机转换器17、18、19、20连接至风力涡轮机变压器13、14、15、16并将风力涡轮机发电机21、22、23、24连接至风力涡轮机转换器17、18、19、20。

此外，风力涡轮机3、4、5、6可以包括风力涡轮机开关37、38、39、40，其可以用来经由在各辐板上通向下一个风力涡轮机的电缆41、42、43、44来建立到其他风力涡轮机的连接。

即使在失去电网连接的情况下，也必须向风力涡轮机3、4、5、6的辅助设备25、26、27、28提供功率。因此，提供了风场应急发电机7。风场应急发电机7是同步发电机，其在离岸风场的情况下可以放置在离岸平台上。同步发电机可以提供具有恒定频率的有功功率。在失去电网连接的情况下，风场应急发电机7将通过集电极电网中的电缆和风力涡轮机变压器13、14、15、16来对辅助设备进行供电。

风场应急发电机可以提供的有功功率通常不仅取决于风场应急发电机的额定总功率，而且也取决于生成的有功功率。图2示出了风场应急发电机的通常功率能力曲线，其中，总功率已被归一化至1。

x轴示出了无功功率R。负值对应于无功功率导入，即超前功率因数，并且正值对应于导出无功功率，即滞后功率因数。在y轴上示出了有功功率A。

分别可以辨别第一、第二、第三、第四和第五操作区域45、46、47、48和49。应避免第一操作区域，因为电压不稳定。

使风场发电机在第五操作区域中操作可以导致风场应急发电机的转子过热。一般地，应在第三操作区域中、即可接受稳态操作区域中操作风力涡轮机应急发电机。

然而，风场应急发电机可以为瞬态事件消耗/提供更多无功功率达几秒。例如，在短时间段内，其可以在第二操作范围46内或在第四操作范围48内操作。按一般规律（as arule of thumb），风场应急发电机可以在不被损坏或失去输出电压的控制的情况下在超前功率因数负载中承载达到其额定无功功率能力的10%。然而，如果许多此类暂态事件相互前后地快速地发生，则可能出现问题。这可以导致过热的发电机。超前功率因数的最常见来源是具有用于电动机的输入滤波器和功率因数修正设备的轻负载通用电力系统（UPS）。在超前功率因数负载之前用滞后功率因数负载来加载风场应急发电机可以改善稳定性。

即使在失去电网连接的情况下，也必须激励风力涡轮机变压器。这可以导致高无功合闸电流，由于风力涡轮机变压器的非线性磁特性，其可以比标称电流高几倍。

根据图1中描述的示例性实施例，在失去到电网2的连接的情况下，风场应急发电机7将首先经由风力涡轮机开关8连接到风力涡轮机3以及其风力涡轮机变压器13。风力涡轮机应急发电机7可以处理风力涡轮机变压器13的无功功率需求。因此，风场应急发电机7可以经由风力涡轮机变压器13来供应风力涡轮机3的辅助设备25。

风力涡轮机转换器17然后可以提供附加无功功率。因此，可以在不用无功功率需求使风场应急发电机7过载的情况下经由风力涡轮机开关9、10、11将其他风力涡轮机、特别是风力涡轮机9、10和11连接到电网2。风力涡轮机转换器18、19、20然后可以提供其他无功功率，使得风力涡轮机开关37、38、39、40可以被闭合以连接在各个辐板上通向下一个风力涡轮机的电缆41、42、43、44。

为了概括本发明的上述实施例，可以陈述较小风场应急发电机可以是足够的。这在其中在平台上可获得有限地方的离岸风场的情况下可能是特别有利的。

应注意的是术语“包括”不排除其他元件或步骤且冠词“一”或“一个”的使用不排除多个。并且，可以将与不同实施例相关联地描述的元件组合。还应注意的是不应将权利要求中的参考标号理解为限制权利要求的范围。

Claims (13)

1.一种用于控制连接到电网（2）的风场（1）的方法，

其中，风场（1）包括：

风场应急发电机（7），以及

至少第一风力涡轮机（3），其中，第一风力涡轮机（3）包括

风力涡轮机变压器（13），

风力涡轮机转换器（17），以及

辅助设备（25），

其中，所述方法包括：

检测失去的电网连接，

经由风场应急发电机来向辅助设备提供有功功率，

经由风力涡轮机转换器来提供无功功率。

2.如前述权利要求1所述的用于控制连接到电网（2）的风场（1）的方法，

其中，风场（1）还包括：

风力涡轮机开关（37），用于连接第二风力涡轮机，

其中，所述方法还包括：

使风力涡轮机开关（37）闭合以便连接第二风力涡轮机。

3.如前述权利要求2所述的用于控制连接到电网（2）的风场（1）的方法，

其中，经由风力涡轮机转换器（17）来提供无功功率包括：

提供用于激励第二风力涡轮机的风力涡轮机变压器的无功功率。

4.如前述权利要求1至3中的任一项所述的用于控制连接到电网（2）的风场（1）的方法，

其中，经由风场应急发电机向辅助设备提供有功功率包括：

使风场应急发电机电压缓慢地从零斜坡向上至标称值。

5.如前述权利要求1至3中的任一项所述的用于控制连接到电网（2）的风场（1）的方法，

其中，所述风场包括分路电抗器，

其中，所述方法包括：

经由分路电抗器来补偿无功功率。

6.如前述权利要求5所述的用于控制连接到电网（2）的风场（1）的方法，

其中所述分路电抗器是可变分路电抗器。

7.如前述权利要求1至3中的任一项所述的用于控制连接到电网（2）的风场（1）的方法，

其中，所述风场包括静态同步补偿器，

其中，所述方法还包括：

经由静态同步补偿器来补偿无功功率。

8.一种适于执行根据前述权利要求1至7中的任一项所述的方法的风场控制器。

9.一种风场（1），包括：

根据前述权利要求8所述的风场控制器，

风场应急发电机（7），以及

第一风力涡轮机（3），

其中，第一风力涡轮机（3）包括：

风力涡轮机变压器（13），以及

风力涡轮机转换器（17）。

10.根据前述权利要求9所述的风场（1），

其中，所述风场（1）还包括第二风力涡轮机，以及

其中，第一风力涡轮机（3）包括用于连接第二风力涡轮机的风力涡轮机开关（37）。

11.根据前述权利要求9或10所述的风场（1），

其中，所述风场（1）还包括分路电抗器。

12.根据前述权利要求11所述的风场（1），

其中所述分路电抗器是可变分路电抗器。

13.根据前述权利要求9或10所述的风场（1），

其中，所述风场（1）还包括静态同步补偿器。