CN104704700B - 用于在高电压条件期间连续操作多个电能生成机器的方法和控制器 - Google Patents
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Abstract
描述了用于在多个电能生成机器的公共耦合点处的高电压条件期间连续操作多个电能生成机器的方法和控制器。所述方法包括a）感测（102）超过所准许的电压水平的公共耦合点处的电压水平；b）以使得多个电能生成机器的无功能力增加的方式缩减（104）多个电能生成机器的有功功率输出；c）以使得由多个电能生成机器可提供的无功电分量增加的方式建立（106）存在于公共耦合点处的电量的设定点；以及d）以使得公共耦合点处的高电压条件被至少部分地纠正的方式基于所建立的电量的设定点而控制（108）多个电能生成机器中的至少一个。
Description
技术领域
本发明涉及电能生成机器的领域。具体地，本发明涉及用于在多个电能生成机器的公共耦合点处的高电压条件期间连续操作多个电能生成机器的方法。另外，本发明涉及用于在多个电能生成机器的公共耦合点处的高电压条件期间连续操作多个电能生成机器的控制器。另外，本发明涉及能量设施，诸如风能或太阳能光伏电站（plant）和计算机程序或自动控制。
背景技术
为了向电力网供给功率，电能生成机器、特别是由集中式电站控制器控制的诸如风力场中的多个风轮机或太阳能电站中的多个太阳能光伏机之类的多个电能生成机器需要遵照某些要求。例如，电能生成机器可能需要提供在所连接的传输或分布系统上的高电压条件期间保持在线并且继续产生功率的能力。这可以被描述为高压穿越（HVRT）能力。HVRT能力将会要求电能生成机器在高电压条件期间保持连接到电力网以增强电网（grid）的稳定性。
EP 2 209 205 A1公开了一种用于操作具有转子驱动发电机的风电站以用于向提供电网电压的电网递送电功率的方法。该方法包括，当过量电压在电网中占优势时，将来自风电站的无效或无功功率馈送至电网以便降低电压，并且包括监视发生以确定是否电压在可预确定时间内降低至可预确定参考值和/或大于或等于可预确定无效电流参考值的无效或无功电流被递送。然而，该方案对调节有功功率产生以释放风轮机的无功能力没有做出规定。此外，这种所公开的方法排他地应用于具有可用无功电流的转子驱动风轮机。该方法还要求相当大量的分析以建立必要的可预确定值，其可能随站点不同而变化。
可能存在对于高电压条件期间通过使用中央电站控制器的简单、有效且高效的电压调整的需要。
发明内容
该需要可以通过根据独立权利要求的主题来满足。通过从属权利要求来描述本发明的有利实施例。
根据本发明的一方面，提供了一种用于在多个电能生成机器的公共耦合点处的高电压条件期间连续操作多个电能生成机器的方法。所述方法包括a）感测超过所准许的电压水平的公共耦合点处的电压水平；b）以使得多个电能生成机器的无功能力增加的方式来缩减（curtail）多个电能生成机器的有功功率输出；c）以使得从多个电能生成机器可得到或者可由其提供的无功电分量（electric component）（例如无功电流或无功功率）增加的方式建立存在于公共耦合点处的电量（electric quantity）的设定点；以及d）以使得公共耦合点处的高电压条件被至少部分地纠正（remedy）的方式基于所建立的电量的设定点而控制多个电能生成机器中的至少一个。
电能生成机器可以是涡轮机，特别是风轮机、太阳能光伏机或汽轮机或燃气轮机。多个电能生成机器可以安装在关于彼此的紧密邻近区域中并且可以形成电能生成田（farm）或场（park）或电站。在这样的电能生成电站内，由多个电能生成机器生成的电功率在公共集电器总线（总线汇流条）处聚集，所述公共集电器总线此后还被命名为公共耦合点（PCC）。当在公共耦合点处测量或感测的电压水平或电压值高于所准许的连续电压水平的情况下，人们论及高电压条件。
在包括产生交流电功率的电能生成机器的系统中的电功率输出通常被描述为有功功率输出P和无功功率输出Q的总和。有功功率或实际功率是用于在特定时间中执行耦合到系统的负载处的工作的系统的容量，而无功功率不执行耦合到系统的负载处的工作。对应于有功功率的电流部分（其与到接地电压的线同相）称为有功电流并且对应于无功功率的电流部分（其与到接地电压的线九十度异相）被称为无功电流。电能生成机器的无功能力是生成无功电流和无功功率的能力，其与无功电流幅度和电压幅度的乘积成比例。无功电流和无功功率可以用于控制系统电压。
生成设施或电能生成机器正常是电流受限或功率受限的。典型地，转换器是电流受限的并且同步发电机和其它电磁机是功率受限的。也就是说，转换器正常具有可以产生的总电流的限制。在发电机和其它电磁机中，存在电压和电流能力之间的某种折衷，但是电压和电流的乘积（与功率成比例）一般构成操作限制。无论如何，如果期望增加无功电流（或无功功率），降低来自生成源的有功电流或有功功率以使附加无功能力可用于电压调整是有益的。
依照本发明，如果感测或检测到高系统电压水平，换言之感测或测量到的电压水平或电压的值超过所准许的电压水平，多个电能生成机器的有功功率输出被缩减或降低以允许机器产生用于电压控制的更多无功电流。特别地，以使得多个电能生成机器的无功电流能力增加的方式缩减有功功率输出。因此，多个电能生成机器可以能够生成或产生更多无功电流以降低系统电压。
为了增加由多个电能生成机器提供的无功电流，可以建立或选取存在于公共耦合点处的电量的设定点。特别地，电量可以是存在于公共耦合点处的电流和/或电压。另外，所建立的设定点可以确保由多个电能生成机器提供的无功电流增加。可以以使得公共耦合点处的高电压条件被至少部分地纠正的方式基于所建立的电量的设定点而控制多个电能生成机器中的至少一个电能生成机器。
根据示例性实施例，无功电分量是无功电流Iq或无功功率Q。
根据另外的示例性实施例，所建立的电量的设定点是存在于公共耦合点处的电压的设定点。
建立存在于公共耦合点处的电压的设定点可以允许用于增加由多个电能生成机器提供的无功电流的高效方式。作为结果，这允许纠正公共耦合点处的高电压条件的高效方式。
根据另外的示例性实施例，以使得由多个电能生成机器可提供的无功电分量可以增加的方式降低由多个电能生成机器提供的有功电分量。
如熟悉本领域的技术人员所公知的，发电站通常被描述为当它们降低系统电压时吸收（而不是提供）无功功率。如在本文档中所使用的，所提供的无功功率有时通过使用发电机惯例而被表征为“超前”无功功率，因为无功电流的相位相比于到该相位的接地电压的相位提前90电角度（使用电流离开发电机的惯例）。尽管这有时按惯例被表征为负无功功率，但是附加超前无功功率要求附加无功电流和附加无功能力以降低系统电压。
降低有功电流Ip可以允许增加无功电流Iq的高效方式，并且因此允许纠正公共耦合点处的高电压条件的更加高效的方式。
根据另外的示例性实施例，有功电分量是有功电流Ip或有功功率P。
根据另外的示例性实施例，以使得获得多个电能生成机器所提供的最大电流Imax或最大视在功率（apparent power）Smax的方式增加无功电分量。
视在功率S被给定为，其中P为系统的有功功率并且Q为系统的无功功率。例如，同步机器的最大视在功率Smax由给定，其中Vg为rms相电压并且Ip为rms相线-地电流。
特别地，获得或保持在最大水平处的总电流或视在功率可以允许纠正公共耦合点处的高电压条件的更加高效且稳定的方式。
根据另外的示例性实施例，无功电流能力Iq依照关系增加或者超前无功功率能力依照关系 增加。
特别地，关系或可以通过以使得完全利用生成机器的方式降低有功电流或有功功率来允许可以由机器提供的无功电流或超前无功功率中的增加。
根据另外的示例性实施例，多个电能生成机器中的至少一个是风轮机。根据另外的示例性实施例，多个电能生成机器形成风电站。
特别地，连接到电力网的使用风能的电能生成机器需要满足某些电网要求以便维护电力网的总体稳定性。由于风不能被控制，将风轮机从电力网断开以便防止高电压条件可能是必要的。然而，由于一些区域中的增加量的风能产生，断开风轮机，特别是断开多个风轮机还可能负面地影响电力网的操作。特别地，所描述的方法可以有利地在高电压条件期间为风轮机提供高压穿越，使得涡轮机可以能够保持在线，这提供有功功率和电压支持，尽管是以降低的有功功率水平，其正在支持系统的操作。
根据另外的实施例，多个电能生成机器中的至少一个是太阳能光伏机。
根据另外的方面，提供了一种用于在多个电能生成机器的公共耦合点处的高电压条件期间连续操作多个电能生成机器的控制器。控制器包括用于从感测超过所准许的电压水平的公共耦合点处的电压水平的传感器接收传感器信号的接收单元和处理单元，所述处理单元用于a）以使得多个电能生成机器的无功能力增加的方式缩减多个电能生成机器的有功功率输出；b）以使得由多个电能生成机器可提供的无功电分量增加的方式建立存在于公共耦合点处的电量的设定点；以及c）以使得公共耦合点处的高电压条件被至少部分地纠正的方式基于所建立的电量的设定点而控制多个电能生成机器中的至少一个。
根据另外的方面，提供了一种能量设施，特别是风电站，其包括至少一个风轮机和以上描述的控制器。
根据另外的方面，提供了用于在多个电能生成机器的公共耦合点处的高电压条件期间连续操作多个电能生成机器的计算机程序或自动控件（control），其中计算机程序或控件，在由处理器运行时，被适配成执行以上描述的方法。
如本文所使用的，对计算机程序的参考旨在等同于对程序元件和/或对包含用于控制计算机系统以协调以上描述的方法的执行的指令的计算机可读介质的参考。
计算机程序或控件可以被实现为以任何适合的编程语言（诸如例如JAVA、C++）的计算机可读指令代码，并且可以存储在计算机可读介质（可移除盘、易失性或非易失性存储器、嵌入式存储器/处理器等）上。指令代码可操作成对计算机或任何其它可编程设备进行编程以执行意图的功能。计算机程序可以从诸如万维网之类的网络可得到，它可以从所述网络下载。
本发明可以借助于软件中的计算机程序实现。然而，本发明还可以借助于硬件中的一个或多个特定电子电路实现。另外，本发明还可以以混合形式实现，即以软件模块和硬件模块的组合实现。
特别地，计算机程序或控件可以被存储在计算机可读介质上。计算机可读介质可以是由计算机或处理器可读的。计算机可读介质可以是，例如但不限于，电学、磁性、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、计算机可读印刷品和计算机可读压缩软件包。
必须指出的是，已经参考不同主题描述了本发明的实施例。特别地，已经参考装置类型权利要求描述了一些实施例，而已经参考方法类型权利要求描述了其它实施例。然而，本领域技术人员将从以上和以下描述得知，除非另行通知，否则除属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，涉及不同主题的特征之间、特别是装置类型权利要求的特征与方法类型权利要求的特征之间的任何组合也被视为随本申请一起公开。
附图说明
以上定义的各方面和本发明另外的各方面从以下描述的实施例的示例是明显的并且参考实施例的示例来解释。以下将参考实施例的示例来更加详细地描述本发明，但是本发明不限于所述实施例的示例。
图1示出描述根据示例性实施例的用于在高电压条件期间连续操作多个电能生成机器的方法的流程图。
图2示出根据示例性实施例的用于在高电压条件期间连续操作多个电能生成机器的控制器。
具体实施方式
在图中的图示是示意性的。
图1示出描绘了用于在多个电能生成机器的公共耦合点处在高电压条件期间连续操作多个电能生成机器的方法的流程图100。如利用附图标记102所指示的，感测超过所准许的电压水平的公共耦合点处的电压水平。如果感测到高于或超过所准许的电压水平的公共耦合点处的电压水平，缩减多个电能生成机器的有功功率输出，如利用附图标记104所指示的那样。特别地，以使得多个电能生成机器的无功电流能力增加的方式缩减有功功率输出。多个电能生成机器的增加的无功功率能力进一步被用于增加由多个电能生成机器提供的无功电流。如附图标记106所指示的，这通过建立存在于公共耦合点处的电量的设定点来实现。所建立的设定点以使得由多个电能生成机器提供的无功电流增加的方式利用增加的无功电流能力。为了在公共耦合点处的高电压条件期间连续操作多个电能生成机器，以使得公共耦合点处的高电压条件被至少部分地纠正的方式基于所建立的电量的设定点而控制多个电能生成机器中的至少一个，如利用附图标记108所指示的那样。
图2示出用于在多个电能生成机器的公共耦合点处的高电压条件期间连续操作多个电能生成机器的控制器200。控制器包括用于从感测超过所准许的电压水平的公共耦合点处的电压水平的传感器接收传感器信号的接收单元202。控制器200还包括用于以使得多个电能生成机器的无功电流能力增加的方式缩减多个电能生成机器的有功功率输出的处理单元204。处理单元204还被适配成以使得由多个电能生成机器提供的无功电流增加的方式建立存在于公共耦合点处的电量的设定点。另外，以使得公共耦合点处的高电压条件被至少部分地纠正的方式基于所建立的电量的设定点控制多个电能生成机器中的至少一个。
应当指出的是术语“包括”不排除其它元件或步骤并且“一”或“一个”不排除多个。还可以组合与不同实施例相关联地描述的元件。还应当指出，权利要求中的附图标记不应当被解释为限制权利要求的范围。
附图标记列表：
100 流程图
102 感测公共耦合点处的电压水平
104 缩减有功功率输出
106 建立设定点
108 控制
200 控制器
202 接收单元
204 处理单元。
Claims (23)
1.一种用于在多个电能生成机器的公共耦合点处的高电压条件期间连续操作多个电能生成机器的方法（100），所述方法包括：
感测（102）超过所准许的电压水平的公共耦合点处的电压水平；
缩减（104）多个电能生成机器的有功功率输出，以增加多个电能生成机器的无功能力；
建立（106）存在于公共耦合点处的电量的设定点，从而确保由多个电能生成机器可提供的无功电分量被增加；以及
基于所建立的电量的设定点而控制（108）多个电能生成机器中的至少一个，以至少部分地纠正公共耦合点处的高电压条件。
2.根据权利要求1的方法，其中无功电分量是无功电流Iq或超前无功功率Q。
3.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中所建立的电量的设定点是存在于公共耦合点处的电压的设定点。
4.根据权利要求1至2中任一项的方法，其中以使得由多个电能生成机器可提供的无功电分量增加的方式降低由多个电能生成机器提供的有功电分量。
5.根据权利要求4的方法，其中有功电分量是有功电流Ip或有功功率P。
6.根据权利要求1、2和5中任一项的方法，其中以使得获得由多个电能生成机器可提供的最大电流Imax或最大视在功率Smax的方式增加无功电分量。
7.根据权利要求1、2和5中任一项的方法，其中无功电流能力Iq依照关系增加或者超前无功功率能力依照关系 增加，其中Ip和P是由多个电能生成机器提供的有功电分量的有功电流和有功功率，并且Imax和Smax是由多个电能生成机器可提供的最大电流和最大视在功率。
8.根据权利要求1、2和5中任一项的方法，其中多个电能生成机器中的至少一个是风轮机。
9.根据权利要求8的方法，其中多个电能生成机器形成风电站。
10.根据权利要求1、2、5和9中任一项的方法，其中多个电能生成机器中的至少一个是太阳能光伏机。
11.一种用于在多个电能生成机器的公共耦合点处的高电压条件期间连续操作多个电能生成机器的控制器（200），所述控制器包括
用于从感测超过所准许的电压水平的公共耦合点处的电压水平的传感器接收传感器信号的接收单元（202）；和
处理单元（204），其用于
缩减多个电能生成机器的有功功率输出，以增加多个电能生成机器的无功能力；
建立存在于公共耦合点处的电量的设定点，从而确保由多个电能生成机器可提供的无功电分量被增加；以及
基于所建立的电量的设定点而控制多个电能生成机器中的至少一个，以至少部分地纠正公共耦合点处的高电压条件。
12.一种能量设施，其包括至少一个风轮机和根据权利要求11的控制器。
13.根据权利要求12所述的能量设施，其中所述能量设施是风电站。
14.一种在多个电能生成机器的公共耦合点处的高电压条件期间连续操作多个电能生成机器的装置，包括：
用于感测超过所准许的电压水平的公共耦合点处的电压水平的装置；
用于缩减多个电能生成机器的有功功率输出，以增加多个电能生成机器的无功能力的装置；
用于建立存在于公共耦合点处的电量的设定点，从而确保由多个电能生成机器可提供的无功电分量被增加的装置；以及
用于基于所建立的电量的设定点而控制多个电能生成机器中的至少一个，以至少部分地纠正公共耦合点处的高电压条件的装置。
15.根据权利要求14的装置，其中无功电分量是无功电流Iq或超前无功功率Q。
16.根据权利要求14或权利要求15的装置，其中所建立的电量的设定点是存在于公共耦合点处的电压的设定点。
17.根据权利要求14至15中任一项的装置，其中以使得由多个电能生成机器可提供的无功电分量增加的方式降低由多个电能生成机器提供的有功电分量。
18.根据权利要求17的装置，其中有功电分量是有功电流Ip或有功功率P。
19.根据权利要求14、15和18中任一项的装置，其中以使得获得由多个电能生成机器可提供的最大电流Imax或最大视在功率Smax的方式增加无功电分量。
20.根据权利要求14、15和18中任一项的装置，其中无功电流能力Iq依照关系增加或者超前无功功率能力依照关系 增加，其中Ip和P是由多个电能生成机器提供的有功电分量的有功电流和有功功率，并且Imax和Smax是由多个电能生成机器可提供的最大电流和最大视在功率。
21.根据权利要求14、15和18中任一项的装置，其中多个电能生成机器中的至少一个是风轮机。
22.根据权利要求21的装置，其中多个电能生成机器形成风电站。
23.根据权利要求14、15、18和22中任一项的装置，其中多个电能生成机器中的至少一个是太阳能光伏机。
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