CN104659805B - 操作风电场的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了操作风电场的方法，风电场包括多个风力涡轮（WT），该方法包括确定指示风电场馈送到其中的电网（N1、N2）的条件的电网条件指标（GCI）；基于电网条件指标（GCI）确定风电场的第一最大功率值（P_WP）；基于电网条件指标（GCI）确定针对指示弱电网的电网条件指标（GCI）的操作裕度（Imargin）；基于操作裕度（Imargin）确定第二最大功率值（P_WT_n）；和根据最大功率值（P_WP，P_WT_n）缩减风电场的有功功率输出。本发明还描述了用于执行此类方法的步骤的计算机程序产品；被实现用于在操作风电场的风力涡轮（WT）中使用的有功功率控制器（2）；风力涡轮（WT）；和风电场。

Description

操作风电场的方法
技术领域
本发明描述了一种操作风电场的方法；一种被实现用于在操作风电场中使用的有功功率控制器；一种风力涡轮；以及一种风电场。
背景技术
传输线一般被实现来能够将一定量的功率从发电厂输送到公用电网（utilitygrid）。例如，传输线可以被实现来输送电厂的装机容量，即可以由电厂递送的最大或“装机”功率。例如，具有二十个3 MW涡轮的风力发电厂（wind farm）具有60 MW的装机容量，即该风电场可以递送高达60 MW的有功功率，并且将风电场连接到电力网或“电网”的传输线将被设计来能够输送至少该量的功率。
当传输线无论出于什么原因而不能输送装机容量时，问题出现了。例如，当双传输线中的一个传输线业务中止时，由于在系统的短路比（SCR）中的变更，双线的最大功率传送容量被减少。在这样的情况下，双线不再能够运送其连接到的电厂的装机容量。在风电厂的情况下，该情况可以导致涡轮级的不稳定性，从而导致在电压、功率、电流等等中可见的持续或弱阻尼的振荡。因此，风电场的最大功率输出由传输线的有限容量确定。
当传输线故障或者业务中止时，电网将因此被削弱。可以以若干方式量化电网的条件。表示“电网条件”的一个方式是通过电网的短路比。这是通过确定电网的短路容量、即如果发生短路则在电网中的点处的功率的量获得的。短路容量取决于在该点处的电网阻抗、额定电压和在电网上的任何负载。风电场的风力涡轮可以被视为在电网上的有功负载。因此，风电场的短路比（SCR）可以通过电网三相短路容量（SCC）除以馈送到电网中的风力涡轮的额定功率确定。将电网分类为“弱”的SCR的值可以取决于网络操作者。例如，根据VDN传输代码2007（Verband der Netzbetreiber, 1.1版本, 2007年八月），当电网的SCR下降到4.0之下时，其被认为是“弱”的。一般地，由低SCR和高电网阻抗表征弱电网。所述问题在较低的SCR处加剧，当系统关于风厂变得越来越“弱”时，阻抗越来越高。一般地，在大约2.5之下的SCR被认为接近现代风电厂持续操作的限制。在SCR的非常低的水平处（例如在2.5之下），任何小的扰动或干扰可以使得一个或多个风力涡轮在不期望的操作点处操作，并且这些涡轮可能不能够返回到正常的操作。因此，所述涡轮可能跳闸（trip）并且从系统断开。一般认为，具有小于1.25的SCR的风电场的实际操作是有挑战性的，并且在没有有功功率缩减的情况下使用现有技术，具有小于大约0.9的SCR的风电场的操作可能是不可能的。
处理这样的情况的现有技术方法一般涉及减少或缩减风电场的风力涡轮的有功功率输出，以便确保风力涡轮继续以稳定的方式操作。在这些方法中，基于“最坏情况”设计，缩减恒定量的有功功率。然而，这意味着风电场的功率输出被一般地减少超过所严格必须的，并且这继而导致收入的不必要的损失。
发明内容
因此，本发明的目的是提供控制馈送到弱电网中的风力涡轮的改进的方式。
该目的通过操作风电场的权利要求1的方法、通过权利要求12的计算机程序产品、通过权利要求13的有功功率控制器、通过权利要求14的风力涡轮、以及通过权利要求15的风电场实现。
根据本发明，操作由多个风力涡轮组成的风电场的方法包括确定电网条件指标以及基于电网条件指标确定风电场的第一最大功率的步骤。“第一最大功率”应被理解为允许被传送到电网的最大有功功率，并且“电网条件”在很大程度上支配可以被传送到其中的有功功率的量。根据本发明，所述方法进一步包括以下步骤：基于电网条件指标计算操作裕度；基于限定的操作裕度确定第二最大功率；以及当电网条件指标指示弱电网时将风电场的有功功率输出缩减到与风电场的稳定操作相关联的最低的最大功率值。
根据本发明的方法的优势是可以控制风电场的涡轮来递送功率输出，在所述功率输出处其操作稳定，而无论风电场是否必须馈送到弱电网中。电网可以出于各种原因而变得弱化，如在介绍中解释的那样。例如，若干传输线中的一个可能由于故障而“停机”。根据本发明的方法甚至可以处理电网的短路比下降到非常低的值的情况，如在下文中将变得清楚的那样。根据本发明，仅当必要时并且仅根据电网条件指标才缩减风力涡轮的有功功率输出。
“第一最大功率”可以被视为可以施加到整个风电场的“全局”功率值。然而，因为从功率生成的观点，风力涡轮也必须被视为单独的实体，所以根据本发明的方法允许按需针对每个单独的涡轮计算“局部”第二最大功率值。该局部最大功率值被订制（tailored）成该风力涡轮的功率生成容量并且确保维持安全裕度或操作裕度。以该方式，根据本发明的方法使得对于风电场而言一直以稳定的方式并且根据电网条件地递送尽可能多的有功功率是可能的。
换言之，根据实际电网条件动态地确定缩减的程度。因此，可以增加风电场的年发电量，因为有功功率输出可以在某个传输线故障或者电网是“弱”的其他情况的期间被缩减大体上较少的程度——即不多于所严格必须的。
根据本发明，计算机程序产品可以执行加载到风力涡轮控制器和/或风电场控制器的可编程设备的存储器中的这样的方法的步骤。
根据本发明的计算机程序产品的优势是其可以基本上连续地监视电网条件，并且结果可以用于生成缩减风力涡轮的有功功率输出的适合的控制信号。
根据本发明，被实现用于在操作（包括多个风力涡轮的）风电场中使用的有功功率控制器包括用于确定电网条件指标的电网条件确定单元；用于基于电网条件指标确定第一最大功率的第一最大功率计算单元；用于基于电网条件指标确定操作裕度的单元；用于基于操作裕度确定第二最大功率的第二最大功率计算单元；以及用于根据功率值指示风电场的有功功率输出的缩减的调节输出。
根据本发明的有功功率控制器的优势是其允许风电场的风力涡轮在对瞬时的电网条件的订制响应中操作，以这样的方式考虑瞬时电网条件：风电场的风力涡轮的有功功率输出仅被缩减用于维持稳定操作所需的量。以该方式，归因于过度的有功功率缩减——即超过严格必须的缩减——的收入损失可以被有利地最小化。
根据本发明，风力涡轮被布置在风电场中，并且包括风力涡轮控制器，该风力涡轮控制器包括根据本发明的有功功率控制器。
根据本发明的风力涡轮的优势是其可以一直被控制来递送尽可能多的有功功率，而同时考虑电网条件，使得风力涡轮的功率输出仅被缩减用于确保保证弱电网场景的连续稳定的操作所需的量。
根据本发明，风电场包括多个风力涡轮和风电场控制器，其中风电场控制器包括根据本发明的有功功率控制器。
根据本发明的风电场的优势是其风力涡轮中的某些或全部可以一直被控制来递送尽可能多的有功功率，甚至在弱电网情况期间，由此最大化风电场的年收入。
由从属权利要求给出本发明的特别有利的实施例和特征，如在下文的描述中揭示的那样。可以适当地组合不同权利要求类别的特征来给出本文未描述的进一步的实施例。
风电场实际上是将风力转换成馈送到电网或电力网中的电力的电厂。因此，在下文中，可以可互换地使用术语“风电工厂”、“风力电厂”和“风电场”。在该上下文中，“风电场控制器”可以是“场导向器（park pilot）”或者被实现来调节一个或多个风电场的全部风力涡轮的性能的其他控制布置。而且，可以由风力涡轮控制器，即被布置来调节该风力涡轮的性能的控制器来局部地控制风力涡轮的有功功率输出。在该上下文中，“风力涡轮控制器”可以是风力涡轮的主计算机。根据本发明，风力涡轮控制器每当确立了风力涡轮不具有足够的有功电流储备时就可以承担其风力涡轮的有功功率的缩减的责任。否则，可以由风电场控制器缩减风力电厂的有功功率输出。在下文中，可以可互换地使用术语“第一最大功率值”、“风电场最大功率值”和“全局最大功率值”。这同样应用于术语“第二最大功率值”、“风力涡轮最大功率值”和“局部最大功率值”。
在下文中，可以假设风电场馈送到其中的电力网是诸如公用电网的电网。在被馈送到电网中之前，由风电场生成的功率一般由诸如空中或水下传输线的传输线输送。传输线可以是AC或DC线，并且电力网包括用于将风电场功率转换到用于在传输线中输送的高电压电平的各种变压器模块，以及用于将功率转换到适合用于传送通过诸如消费者电网（consumer grid）或公用电网的电网的电压电平的其他的变压器模块。
电网条件指标优选地基于风电场连接到的电力网的传输线容量。传输线容量可以被表示为视在功率的测量。如上文提及的那样，电网的短路比（SCR）一般是电网强度的好的指标，并且高值的SCR一般与“强电网”相关联，而低值的SCR一般指示“弱电网”。因此，在本发明的特别的优选实施例中，从风电场连接到的电网的三相短路容量（SCC）导出电网条件指标。所述三相短路容量（以MVA为单位）可以被表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中VSYS是传输系统线-线电压（line-line voltage）（以kV为单位），并且ZSYS是正序阻抗（以Ω为单位）。SCR（无量纲的数）可以被表示为：
Figure 680371DEST_PATH_IMAGE002
其中Prated是风电场的额定功率（以MW为单位）。具有小于大约4.0的SCR的风电场的操作可能导致不稳定的振荡行为，如上文解释的那样。
在一个示例中，针对50 MW的风电场以及69 kV的线-线电压ULL，95 Ω的系统阻抗将导致大约50 MVA的SCC，并且在该情况下的SCR将是大约1.0，其是相对低的值。根据本发明，风电场的功率输出将被向下调节，以便确保连续的稳定操作，如下文将解释的那样。
稳定的风力涡轮操作仍是可能的SCR的下限可以从一个制造商到另一制造商变化。SCR是电网强度的测量，并且被视为在评估基于转换器的风电厂的稳定和持续的操作中的主要感兴趣的参数。因此，在本发明的优选实施例中，SCR被用作电网条件指标。然而，电网条件指标也可以考虑其他相关的系统特性。因此，在本发明的进一步的优选实施例中，可以从针对三相短路电流的视在电抗与视在电阻的比导出电网条件指标。风电场连接到的电力网的该电抗与电阻的比（也被称为“X/R比”或“X2R比”）取决于系统阻抗，并且可以被表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
其中RSYS是系统电阻（以Ω为单位）并且XSYS是系统电抗（以Ω为单位）。
在95 Ω的系统阻抗的上文列举的示例中，电阻RSYS和电抗XSYS的值可能分别是30和90，从而给出3.0的X2R比。另一方面，14 Ω的电阻RSYS和94 Ω的电抗XSYS粗略地给出相同的阻抗，但是给出大约6.7的X2R比，这是显著较高的。X2R比的关联性某种程度上取决于瞬时SCR值。如上文解释的那样，低的SCR值指示弱电网。然而，低的SCR和低的X2R比组合相比于低的SCR和高的X2R比组合相对容易来处理，因为与具有低SCR和高X2R比的电网比较，可以将更多的功率传送到具有低SCR和低X2R比的电网。在高电网X2R比的情况下，如果在两个情况下SCR的值是相同的，则与低X2R比较，传送相同量的有功功率需要更多的无功功率支持。
如上文指示的那样，由电网的SCR和X2R比主要地确定可以被馈送到电网中的有功功率的最大量。也可以考虑电网电压。在非常弱的电网中，来自风力电厂的有功功率注入显著地增加在连接的电网中的无功功率的消耗，其继而要求更多的无功功率用于电压支持。如果不能实现所述要求，则涡轮端子电压将被抑制或降低，并且不可以安全地返回到正常操作。如众所周知的那样，在弱电网中，来自风力电厂的有功功率注入显著地增加在连接的电网中的无功功率的消耗，其继而要求更多的无功功率用于电压支持。如果不能实现所述要求，则涡轮端子的电压将被降低并且风力涡轮将不能够安全地返回到正常操作。通过部署诸如电容器组、静态同步补偿器或“静止同步补偿器（statcom）”、静态无功补偿（varcompensation）等等的附加的无功功率补偿设备，将电压恢复到安全操作范围是可能的。因此，在本发明的进一步的优选实施例中，当确定可以被馈送到电网中的有功功率的最大量时，也考虑风力涡轮的有功/无功功率容量（“PQ容量”）——即它们来吸收或注入无功功率或者递送有功功率的能力的测量。由风电场部署的任何无功功率支持设备可以改变在风力电厂之内和在公共耦合点（PCC）处的电压分布（voltage profile），并且因此可以影响可以被馈送到电网中的有功功率的最大量。因此，电网条件指标和第一最大功率值优选地考虑对风电场可用的任何无功功率支持设备。无功功率支持设备的效果可以被测量为在连接点处的电压。因此，PCC电压是针对某个电网的最大有功功率传送容量的有效指标。如果PCC电压太低，则应该传送较少的有功功率，以便将将电压带到较高的电平。如果电压太高，则可以以在正常操作范围之内的电压分布传送更多的有功功率。
通过编辑（compile）考虑上文提及的变量的电网条件指标，并且通过基于该电网条件指标调节或缩减风力涡轮的有功功率输出，根据本发明的方法使得在某些“弱电网”情况下将风电厂的有功功率输出缩减到与在现有技术的技术方案中使用的更激进的“最坏情况”响应模式比较显著地较少的程度是可能的。
在本发明的优选实施例中，在实时估计或测量程序中动态地确定电网条件指标。可以使用在电力网中的某些适合的点处收集的测量来计算电网条件指标。例如，有功功率、有功电流、无功功率、无功电流和电压的测量可以用于计算SCR值，并且这些测量可以在诸如互连点或公共连接点的适合的点处获得。测量可以被记录并且供应到处理单元，例如在风电场控制器中的计算机，其然后评价数据来确定电网条件指标。替代地或另外地，在本发明的进一步的优选实施例中，可以借助于仿真模型确定电网条件指标。
在本发明的进一步的优选实施例中，由外部源将电网条件指标的值提供到风力涡轮或风电场的控制器。例如，电网的操作者也可以利用确定或计算电网的SCR值的手段，并且也可以能够确定电网的X2R比等等。
电网的条件基本上可以在任何时间处并且出于各种原因而波动。因此，在本发明的进一步的优选实施例中，在在线计算或测量程序中确定第一最大有功功率，使得动态的有功功率缩减成为可能。在该上下文中，“在线”意味着在风力涡轮控制器或风电场控制器中优选地即时地（on-the-fly）计算第一最大功率的值，例如通过应用考虑上文描述的变量和因素的适合的算法。当然，替代地，可以由适合的算法基于在风力电厂中的给定的操作点或操作条件“离线”计算第一最大有功功率的值。
第二最大功率值随着操作条件动态地改变并且被针对每个风力涡轮计算。风力涡轮的第二最大功率值是基于风力涡轮的动态PQ容量确定的，并且维持如由操作裕度限定的电流储备。电流储备或操作裕度考虑需要不同的有功和无功电流量以便在不同的涡轮电压处递送相同量的有功功率。较高的涡轮电压意味着需要较少的有功电流，针对无功电流留下更多的“净空（headroom）”。
在本发明的优选实施例中，操作裕度是在电网条件的考虑下确定的电流裕度。在该实施例中，为确定第二最大功率值，向涡轮的无功电流分量分配比其有功电流分量高的优先级，并且以预定义的裕度限制有功电流（并且因此也限制有功功率），如下文将解释的那样。
电流裕度确定针对在PCC处的预定义的电压分布需要的PQ容量储备，所述PQ容量储备可以被预定义。例如，电流裕度可以是电网强度、在PCC处的电压分布）和X2R比的函数：
Figure 535194DEST_PATH_IMAGE004
其中VP是在PCC处的电压分布。电流裕度Imargin可以由控制器计算，或者可以使用针对风力涡轮和风力电厂的数学模型、或者通过使用其中风力涡轮和风力电厂已经被建模的已知仿真工具在离线计算中确定。电流裕度的值可以被提供到风力涡轮控制器作为查找表（LUT）。例如，针对SCR、X2R和电压值的具体组合，可以容易地标识无功电流裕度的相应的值。针对风力涡轮的无功电流裕度然后可以用于确定针对该风力涡轮的最大无功电流如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
其中Imax是风力涡轮的转换器的电流限制；并且Id_Ref是该风力涡轮的无功电流参考。Iq_max_N是针对涡轮的最大有功电流限制。
针对风力涡轮的功率限制——即为了连续稳定的操作必须将风力涡轮缩减到的有功功率的水平——然后可以被表示为：
Figure 751149DEST_PATH_IMAGE006
其中Pmax_turb_N是第二最大功率值，即针对风力涡轮N的功率限制；Iq_max_N是针对该涡轮的最大有功电流限制，并且Uturb是该涡轮的端子电压。第二最大有功功率值将与涡轮端子电压协调地动态和自动地改变。以上文描述的创造性方法，向有功电流分配比无功电流低的优先级，并且风力涡轮将首先供应针对电压或无功功率调节需要的无功电流。
剩余的电流的“净空”或操作裕度Imargin被有效地储备用于有功电流和/或有功功率产生。使用该策略，基于涡轮的操作点并且基于储备的“操作裕度”执行风力涡轮的有功功率缩减。根据本发明的方法当判定缩减多少有功功率时有效地考虑单独涡轮的电流容量。第一最大有功功率值指定在风力电厂级别处的有功功率缩减。因此，如果可能，则风电场控制器将根据第一最大功率值缩减全部风力涡轮的有功功率。然而，如上文指示的那样，根据本发明的方法虑及某些操作裕度或稳定性裕度，并且第二最大有功功率值允许在单独涡轮级别处执行有功功率缩减来确保针对每个单独的风力涡轮一直考虑该“储备”。为了这样做，有功电流参考应该一直小于针对涡轮的最大有功电流限制。
Figure DEST_PATH_IMAGE007
其中Iq_ref是由诸如有功功率控制器的控制器确定的有功电流参考。例如，这样的控制器可以取决于风速确定可用的有功功率。然后，有功电流参考可以从以下获得：
Figure 84042DEST_PATH_IMAGE008
其中Pactive是针对该风速可用的有功功率，并且Uturb是涡轮电压，使用每单位值。
如果在弱电网情况期间针对风力涡轮满足等式（7），则需要的储备是可用的，并且风力涡轮可以被缩减到第一最大功率值。然而，可能出现其中参考有功电流超过针对特定风力涡轮计算的稳定性裕度值的情况：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
在该情况下，由该风力涡轮的风力涡轮控制器局部地执行有功功率缩减。为此，根据本发明，使用如上文描述的相同的方法，但是通过将操作裕度、即电流裕度设置到零可以来分离地计算针对该风力涡轮的第二最大功率输出限制。实际上，在弱电网情况期间，风电场的风力涡轮被缩减到允许稳定操作的较低的功率值，而同时递送尽可能多的有功功率。具体风力涡轮被缩减到的功率值是“全局”最大功率值或者“局部”最大功率值，这取决于该风力涡轮是否可以维持如上文描述的稳定性裕度或操作裕度。“局部”最大功率值大于“全局”最大功率值，因为其包括稳定性裕度。
风电场可以馈送到多于一个电网中，并且因此可以包括到这些电网的多个连接点。电网可以变弱到这样的程度：馈送到该电网中的涡轮的有功功率输出将必须被急剧地缩减，以便保持连接。因此，在本发明的优选实施例中，方法包括将馈线从第一连接点移动到第二连接点的步骤。以该方式，如果电网拓扑准许这样的步骤，则风电场（或风电场的部分）的有功功率可以被转移到别的地方，而不是必须被缩减不利的大量。可以通过闭合在那些馈线之间的开关或接触器来完成将馈线从一个连接点移动到另一连接点。
附图说明
根据结合附图考虑的以下详细的描述，本发明的其他目的和特征将变得清楚。然而，应理解，仅出于图示的目的设计所述图，并且所述图不作为本发明的限制的定义。
图1示出了针对线电抗的不同值的传输线的某些功率角曲线PA1、PA2、PA3；
图2示出了根据本发明的实施例的有功功率控制器2的框图；
图3是根据本发明的实施例的风电场的示意图；
图4示出了连接到弱电网的图1的风电场。
在图中，贯穿全文，相似的标号表示相似的对象。
具体实施方式
图1示出了针对线电抗的不同值的传输线的某些功率角曲线PA1、PA2、PA3。这里，SCR被表示为电抗的倒数，假设标称电压（1.0 每单位或pu）和无损系统（Rsys=0）。Y轴示出功率P[pu]并且X轴示出度[°]。功率角曲线PA1示出了针对0.3的线电抗和3.33的SCR的传输线的功率传送容量，并且在该情况下的最大功率（在90°处）是大约3.4 pu。针对0.6的线电抗和1.67的SCR，最大功率是大约1.7 pu，如由功率角曲线PA2示出的那样。功率角曲线PA3示出了针对1.0的线电抗的传输线的功率传送容量，对其SCR也是1.0，并且相应的最大功率仅是1.0 pu。
图2示出了根据本发明的实施例的有功功率控制器2的框图，其被实现用于在操作包括多个风力涡轮的风电场中使用。有功功率控制器2包括用于确定电网条件指标GCI的电网条件确定单元20。各种系统变量可以用于计算电网条件指标。在该情况下，如上文描述的那样使用短路比SCR、PCC电压或线-线电压ULL、系统阻抗ZSYS和电抗与电阻的比X2R的值。电网条件指标GCI被转发到第一最大功率计算单元21，其基于电网条件指标GCI确定第一最大功率P_WP。该步骤在风力电厂的有功功率控制器中执行。
在PCC处的高电压可以与较高的第一最大有功功率值P_WP相关联。该值P_WP可以用于缩减由风力电厂的全部操作的风力涡轮产生的最大有功功率。然而，将在风力电厂中的最大有功功率缩减到第一最大有功功率值P_WP不能确保单独的风力涡轮具有预定义的电流储备。因此，在该实施例中，针对由在图中的多个边界框指示的单独的风力涡轮WT确定操作裕度Imargin或“电流储备”。例如在风力涡轮的第二最大功率计算单元23中针对每个风力涡轮局部地执行该步骤。例如，风力涡轮控制器可以查阅查找表LUT来推导出与诸如电网条件指标GCI、电压稳定性裕度Vmargin、在公共耦合点处的电压分布VP等等的相关参数相关联的电流裕度Imargin。确定的操作裕度Imargin将针对单独的风力涡轮确定第二最大有功功率值P_WT_n。第二最大有功功率P_WT_n（对应于在等式（6）中的变量“Pmax_turb_N”）可以与该涡轮的端子电压Uturb（对应于在等式（6）中的变量“Uturb”）协调地动态和自动地改变。
而且，可能需要被缩减的有功功率的量将取决于风力涡轮的操作点。例如，当在较高电压，比如1.05 pu（每单位）电压处操作时，风力涡轮需要较少的有功电流来产生相同的功率，并且因此在弱电网的情况下需要较少的缩减。如果风力涡轮在1.0 pu电压处操作，则其在弱电网的情况下将需要较多的缩减。
有效地，第一最大有功功率值P_WP指定在风力电厂级别处的潜在或可能的有功功率缩减，而第二最大有功功率值P_WT_n允许针对单独涡轮WT的潜在有功功率缩减来具有某些储备。因为风电场的风力涡轮WT将产生不同量的有功功率并且可以在不同的操作点处运行，所以不同的涡轮可能缩减到不同的有功功率水平，这取决于由风力电厂有功功率控制器使用的有功功率分布策略。在示例场景中，风力涡轮中的一个可能严重缩减，并且另一涡轮可能根本不缩减。为了确保针对风力涡轮中的每个的预定义的电流储备，可以将风力涡轮WT中的一个或多个替代地缩减到如等式（6）计算的第二最大有功功率值P_WT_n，从而在每个情况下考虑适当的稳定性裕度Imargin。根据本发明，风力涡轮WT仅当其不具有足够的无功电流储备时才将被单独地缩减，即由其自己的控制器而不是由风电场控制器缩减。
在该情况下，通过向相关的风力涡轮的发布更新的设置点（updated setpoint）影响有功功率缩减，使得即使电网是弱的，它们的输出功率也被缩减足够大的量以确保连续的稳定操作。根据本发明，计算设置点使得有功功率不被缩减多于绝对必须的量。
图3是风电场1的示意图，其中风力涡轮WT连接到经由场控制器C1、C2和两个传输线馈送到两个电力网N1、N2中的馈线FLG、FLP。可以在一个或两个场控制器C1、C2中和/或在风力涡轮WT的任何控制器（CWT）中实现根据本发明的有功功率控制器2。一个传输线L1、L2将功率从一个连接点PCC1、PCC2输送到一个电力网N1、N2。这里，风力涡轮WT的组G被布置来将功率馈送到组馈线FLG中。局部开关SG控制来自风力涡轮WT的功率输入。组馈线FLG继而被布置来馈送到场馈线FLP中。再次，开关SGG、SGP被操作来将功率从组馈线FLG按路线发送到场馈线FLP。由箭头指示有功功率流的方向。可以根据需要打开或闭合开关SGG、SGP。在这里示出的拓扑中，电网N1、N2两者都是“强”的，使得来自风力涡轮WT的输出功率被馈送到电力网N1、N2两者中，并且风力涡轮WT的输出功率不需要被缩减。
图4示出了在其中第二电网N2是这样地弱以至于场控制器C2的有功功率控制器2已经决定将来自其风力涡轮WT的功率按路线发送到第一电网N1的情况下的图1的风电场1。为此，某些开关SGP被闭合，并且其他的开关SGG被打开以将来自第二场控制器C2的风力涡轮WT的组馈线FLG的功率按路线发送到第一场控制器C1的场馈线FLP并且按路线发送到第一电力网N1中。由箭头指示有功功率流的新方向。
虽然以优选实施例和其变型的形式公开了本发明，但是应理解在没有脱离本发明的范围的情况下，可以对其做出许多附加的修改和变化。
为了清楚，应理解贯穿本申请的“一”或“一个”的使用不排除多个，并且“包括”不排除其他步骤或元素。“单元”或“模块”的提及不排除多于一个单元或模块的使用。

Claims (13)

1.一种操作包括多个风力涡轮（WT）的风电场（1）的方法，该方法包括：
确定指示风电场（1）馈送到其中的电网（N1、N2）的条件的电网条件指标（GCI）；
基于电网条件指标（GCI）确定风电场（1）的第一最大功率值（P_WP）；
基于电网条件指标（GCI）确定操作裕度（Imargin）；
基于操作裕度（Imargin）确定第二最大功率值（P_WT_n）；以及
当电网条件指标（GCI）指示弱电网时，由风电场控制器（C1、C2）将风电场（1）的风力涡轮（WT）的有功功率输出缩减到第一最大功率值（P_WP）或者当操作裕度（Imargin）超过该风力涡轮（WT）的电流储备时，由风力涡轮控制器（CWT）将风力涡轮（WT）的有功功率输出缩减到第二最大功率值（P_WT_n）。
2.根据权利要求1所述的方法，其中电网条件指标（GCI）基于风电场（1）连接到的电网（N1、N2）的短路比（SCR）。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中电网条件指标（GCI）基于风电场（1）连接到的电网（N1、N2）的电抗与电阻的比（X2R）。
4.根据权利要求1所述的方法，其中电网条件指标（GCI）基于在风电场（1）的公共耦合点（PCC）处的电压分布或者在风电场（1）之内的电压分布。
5.根据权利要求1所述的方法，其中电网条件指标（GCI）基于风电场（1）的风力涡轮（WT）的压敏有功/无功功率容量（PQ）。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中以实时方式动态地确定电网条件指标（GCI）。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中操作裕度（Imargin）包括从一个或多个参数导出的无功电流裕度（Imargin），所述一个或多个参数来自包括以下内容的参数的集合：短路比（SCR）；电抗与电阻的比（X2R）；电压稳定性裕度（Vmargin）；在公共耦合点（PCC1、PCC2）处的电压分布（VP）。
8.根据权利要求7所述的方法，包括向有功功率控制器（2）提供查找表（LUT）的步骤，该查找表（LUT）使操作裕度（Imargin）与相关参数：短路比（SCR）、电抗与电阻的比（X2R）、电压稳定性裕度（Vmargin）、电压分布（VP）相关。
9.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中风电场（1）包括到电网（N1、N2）的多个公共耦合点（PCC1、PCC2），所述方法包括将馈线（FLG）从第一公共耦合点（PCC1）切换到第二公共耦合点（PCC2）的步骤。
10.一种具有存储于其上的指令的计算机可读介质，当所述指令被加载到风力涡轮控制器（CWT）和/或风电场控制器（C1、C2）的可编程设备的存储器中时，使得可编程设备执行根据权利要求1到9中的任一项的方法的步骤。
11.一种有功功率控制器（2），其被实现用于在操作风电场（1）的风力涡轮（WT）中使用，该控制器包括：
电网条件确定单元（20），其用于确定指示风电场（1）馈送到其中的电网（N1、N2）的条件的电网条件指标（GCI）；
第一最大功率计算单元（21），其用于基于电网条件指标（GCI）确定风电场（1）的第一最大功率值（P_WP）；
单元（22），其用于基于电网条件指标（GCI）确定操作裕度（Imargin）；
第二最大功率计算单元（23），其用于基于操作裕度（Imargin）确定第二最大功率值（P_WT_n）；以及
调节输出，其用于针对指示弱电网的电网条件指标（GCI），指示由风电场控制器（C1、C2）将风电场（1）的风力涡轮（WT）的有功功率输出缩减到第一最大功率值（P_WP）或者当操作裕度（Imargin）超过该风力涡轮（WT）的电流储备时由风力涡轮控制器（CWT）将风力涡轮（WT）的有功功率输出缩减到第二最大功率值（P_WT_n）。
12.一种风力涡轮（WT），其被布置在风电场（1）中，并且包括风力涡轮控制器（CWT），该风力涡轮控制器（CWT）包括根据权利要求11的有功功率控制器（2）。
13.一种风电场（1），其包括多个风力涡轮（WT）和风电场控制器（C1、C2），其中风电场控制器（C1、C2）包括根据权利要求11的有功功率控制器（2）。
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