CN109314395A - 与多个可再生能源发电厂的互连有关的改进 - Google Patents

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Abstract

一种用于包括一个或多个可再生能源发电机的第一可再生能源发电厂的发电厂控制系统。该发电厂控制系统包括：接收装置，其用于从传输电网操作者接收电力输送需求；控制装置，其被构造成控制第一可再生能源发电厂的一个或多个可再生能源发电机，以便供应以接收到的电力输送需求为目标的电力；以及通信装置，其被构造成向一个或多个其它可再生能源发电厂的控制系统传输请求，以请求运行与其它可再生能源发电厂中的相应可再生能源发电厂相关的一个或多个功率补偿单元。本发明的实施方式的有益之处在于，第一可再生能源发电厂的发电厂控制系统具有管理跨多个发电厂的电力输送的功能，并且因此充当能量管理系统，其能够激活其它发电厂的资产以便对可能检测到的任何电网不稳定性做出快速反应。这给电网不稳定性提供了有力的响应。本发明尤其适用于风力发电厂，但也适用于其它类型的可再生能源发电厂，例如光伏发电厂、水力发电厂等。

Description

与多个可再生能源发电厂的互连有关的改进
技术领域
本发明涉及配电网络中的发电厂控制系统的运行，并且具体应用于风能发电厂的发电厂控制系统的运行，并且更总体应用于可再生能源发电厂的运行。
背景技术
风能和其它可再生形式的能源的普及正在增加。现在常见的是，新投入使用的风力发电厂设施能够调节它们提供给电网的电力。传输系统操作者(TSO)管控风力发电厂进入电网的连接要求，并定义风力发电厂在与电网的互连点(POI)处必须遵守的电压和功率特性。连接要求可以包括电网规范要求。风力发电厂是位于相同地理位置的一组产生电的风力涡轮发电机。它也被称为风电园或风电场。
风力发电厂的运行由发电厂控制系统或发电厂控制器(PPC)控制。PPC用于从TSO接收电力输送需求，PPC响应于该电力输送需求来确定传输给受其控制的风力涡轮机的适当的有功功率(P)和无功功率(Q)参考或“设定点”。PPC可用于监测发电厂的输出处的电网，以确保这些电参数与TSO所要求的性能一致。对于有功功率控制，发电厂中的风力涡轮机可以按照缩减模式(curtailed mode)运行，使得它们在需要时能够以高达满有功功率输送来运行。对于无功功率控制，风力涡轮机可以供应额外的无功功率，该额外的无功功率高达由在那些风力涡轮机中使用的转换器系统的运行所管控的最大水平。然而，可以通过在相关发电厂的变电站处设置附加设备(诸如电容器组、并联电抗器或静态补偿器(STATCOM)来提供进一步的无功功率控制。
由于可再生能源资源大规模集成到输电系统，尤其是风力发电厂中，电网管理对TSO来说变得更加复杂。例如，与这种发电厂相关的变电站往往远离主传输电网，这引起从TSO发送到发电厂的命令的延迟。此外，由于不能够足够快地执行纠正措施来确保系统稳定性，因此大量发电厂由TSO控制可能意味着控制不太准确。而且，即使在多个风力发电厂在相当紧凑的地理区域中连接到电网，所有这些发电厂也至少需要无功补偿设备。这增加了风力发电厂的成本，对发电成本造成压力。
在这种背景下，设计了本发明的实施方式。
发明内容
在第一方面中，本发明提供了一种用于包括一个或多个可再生能源发电机的第一可再生能源发电厂的发电厂控制系统。该发电厂控制系统包括：
接收装置，其用于接收来自传输电网操作者的电力输送需求；
控制装置，其被构造成控制第一可再生能源发电厂的一个或多个可再生能源发电机，以便供应以接收到的电力输送需求为目标的电力；
以及通信装置，其被构造成向一个或多个其它可再生能源发电厂的控制系统传输请求，以请求运行与其它可再生能源发电厂中的相应可再生能源发电厂相关的一个或多个功率补偿单元。
本发明扩展到还涉及包括第一可再生能源发电厂和一个或多个其它可再生能源发电厂的电力系统，其中第一可再生能源发电厂包括如上定义的发电厂控制系统。
本发明尤其适用于风力发电厂，但也适用于其它类型的可再生能源发电厂，例如光伏发电厂、水力发电厂等。
本发明还存在于一种运行第一可再生能源发电厂的方法，其包括：
接收来自传输电网操作者的电力输送需求；
控制第一可再生能源发电厂的一个或多个可再生能源发电机，以便供应以接收到的电力输送需求为目标的电力；以及
向一个或多个其它可再生能源发电厂传输请求，以请求运行与其它可再生能源发电厂中的相应可再生能源发电厂相关的一个或多个功率补偿单元。
本发明还可以表示为可从通信网络下载和/或存储在机器可读介质上的计算机程序产品，其包括用于实施如上定义的方法的程序代码指令。
由本发明实施方式提供的优点在于，第一可再生能源发电厂的发电厂控制系统具有管理跨多个发电厂的电力输送的功能，并且因此充当能量管理系统，能够激活其它发电厂的资产(asset)以便对可能检测到的任何电网不稳定性做出快速反应。这为电网不稳定性提供了有力的响应。
在所示实施方式中，第一可再生能源发电厂还包括功率补偿单元，其中发电厂控制系统可用于控制所述功率补偿单元。
有利地，通信装置允许第一可再生能源发电厂的发电厂控制系统与一个或多个其它可再生能源发电厂的相应发电厂控制系统之间的通信。在一个实施方式中，第一可再生能源发电厂和一个或多个其它可再生能源发电厂通过相应的馈线联接到同一集电总线。然而，设想到了替代实施方式，其中发电厂通过单独的馈线/传输线而不是通过公共集电总线联接到配电网。
一个或多个功率补偿单元可以包括以下中的一个或多个：电容器组；电抗器组；静态补偿器(STATCOM)；有载分接开关变压器(online tap changer transformer)；以及用于启动相关发电厂的低发电量模式的装置。
在一个实施方式中，该系统可以包括电压检测装置，其至少包括第一电压测量装置和一个或多个其它电压测量装置，第一电压测量装置用于测量在第一可再生能源发电厂处的电压，一个或多个其它电压测量装置用于测量在其它可再生能源发电厂的相应可再生能源发电厂处的电压。因此，发电厂控制系统可用于监测在其它可再生能源发电厂处或在每个其它可再生能源发电厂处的电压；监测来自传输电网操作者的有功功率需求；以及经由通信装置向其它可再生能源发电厂中的一个或多个发送请求消息，以激活与之相关的电容器组。
发电厂控制系统还可用于监测在第一可再生能源发电厂处的电压；检测低电压事件；以及作为响应，经由通信装置向一个或多个其它可再生能源发电厂发送请求消息，以激活与其相关的电容器组。此外，发电厂控制系统可用于监测在其它可再生能源发电厂或每个其它可再生能源发电厂处的电压；监测来自传输电网操作者的有功功率需求；以及经由通信装置向其它可再生能源发电厂中的一个或多个发送请求消息，以改变与之相关的相应有载分接开关变压器的分接点。
在其它实施方式中，发电厂控制系统可以包括相量测量装置，其至少包括第一相量测量单元和一个或多个其它相量测量单元，第一相量测量单元用于测量在第一可再生能源发电厂处的电相量参数，一个或多个其它相量测量单元用于测量在其它可再生能源发电厂中的相应可再生能源发电厂处的电相量参数。因此，发电厂控制系统可用于监控相量测量装置，以确定电网故障的存在，并且作为响应，经由通信装置向其它可再生能源发电厂中的一个或多个发送请求消息，以启动与之相关的发电单元的低发电量模式。
在本申请的范围内，明确表达的是，在前面段落、权利要求和/或以下描述和附图中阐述的各种方面、实施方式、示例和替代方案，并且尤其是其相应特征，可以单独采用，或以任何组合采用。也就是说，任何实施方式的所有实施方案和/或特征可以以任何方式和/或组合进行组合，除非这些特征是不兼容的。申请人保留更改任何原始提出的权利要求或相应提交任何新权利要求的权利，包括将任何最初提交的权利要求修改为基于和/或包含任何其它权利要求的任何特征的权利，尽管最初未在该权利要求中要求保护该特征。
附图说明
为了更全面地理解本发明，现在将仅以示例的方式参考以下附图来描述本发明，其中：
图1是发电网络的示意图，该发电网络包括被构造成向电力传输电网供应电力的多个可再生能源发电厂；
图2是更详细示出图1的风力发电厂的风力涡轮机的示意图；
图3是示出了发电厂控制系统执行用于稳定电网稳定性的响应的效果的曲线图；以及
图4是描绘根据本发明的实施方式的方法的过程流程图。
具体实施方式
本发明的实施方式提供了一种方法和技术，用于运行可再生能源发电厂(尤其是风力发电厂)的发电厂控制系统，以便调节给电力网络的电力输送从而满足电网互连需求。常规上，风力发电厂通过专用传输线连接到区域(local)配电网或国家配电网，并且在运行上彼此分离。也就是，一个风力发电厂的发电厂控制系统对另一个风力发电厂的运行没有影响。因此，与那些相应发电厂相关的发电厂控制系统可以配备有用于控制发电厂的电力输出的控制策略，以便调节在互连点或POI处通入配电网中的电力，传输线在互连点或POI处连接到配电网。这确保了由发电厂在POI处输送的实际功率满足由与配电网相关的传输系统操作者或TSO指定的电网规范要求。
实际上，控制发电厂的风力涡轮机可以包含针对构成发电厂的每个风力涡轮机提供电压(V)、有功功率(P)和无功功率(Q)的参考值。如本领域技术人员将充分理解的，这些参考值可以由发电厂控制系统的分派器分派。针对发电厂中的所有风力涡轮机，所分派的参考值可以是相同的，或者考虑到任何没有运行的风力涡轮机，适当地，可以基于将诸如风力涡轮机的运行容量(capacity)、在特定场所或每个风力涡轮机处占主流的风况、能量存储需求等问题纳入考虑的计算来分别确定每个风力涡轮机的参考值。
政府政策已经部分推动了风力发电在英国和全球范围内的混合发电领域的日益普及。规划和使用大量不同容量的风力发电厂以及可再生发电的其它形式，诸如光伏(PV)发电厂和甚至波浪能发电厂，意味着将这些发电厂中的每一个通过其自己的专用传输线连接到配电网不一定是合适的、可能的、或经济上可行的。相反，可能期望多个发电厂通过公共传输线接入配电网。因此，多个可再生能源发电厂可以联接到一个电网络以进入公共传输线。这种电网络可以称为集电总线(collectorbus)或集电电网，或者也可以称为区域电网。这种集电总线可以是单根缆线，例如地下缆线，或者可以是由公共传输线连接的多于一根缆线，例如高架传输线。但是，通常整个集电总线将处于同一总线电压。
这种类型的基础设施的挑战在于，联接到集电总线的多个发电厂可能具有不同的容量，可能由不同的电力公司运行，并且可能包括来自不同制造商的涡轮机。因此，就确保在公共传输线与配电网的POI处的电力输送满足电网规范而言，这种混合具有挑战性。确定应如何运行风力发电厂以适应这种复杂的运行问题混合不是明确的。
在下面的讨论中，将描述电力网络的示例性布局，其中包括风力发电厂和PV发电厂的多个可再生能源发电厂以非限制性示例的方式连接到公共点或总线，并且此后通过公共传输线连接到主电力传输或配电网。还将解释合适的控制策略，其可以由与相应风力发电厂相关的发电厂控制系统中的一个来实施，以便更有效地调节在与主传输电网的互连点处输送的电力特性，以便那些电力特性或更简单地讲“输送的电力”更密切地匹配由电网操作者设定的或支持电网稳定性可能需要的电网规范。
现在参考图1，其示出了在更宽的电力网络11中的风力发电厂10的示例，可以对风力发电厂10应用根据本发明的实施方式的控制概念。所示的示例仅是代表性的，并且技术人员将理解，下面描述的方法、系统和技术可以适用于电力网络的许多不同构型。此外，风力发电厂10的部件是常规的，并且因此对于技术人员来说是熟悉的，所以将仅概略描述。
图1中所示的风力发电厂10包括多个风力涡轮发电机12或更简单地说“风力涡轮机”，但是单个风力涡轮机也是可能的。风力涡轮机12连接到工厂级电力网络或“电网”16，工厂级电力网络或“电网”16进一步经由第一馈线19连接到集电总线18。尽管图1中仅示出了第二风力发电厂20，但集电总线18提供用于多个风力发电厂的公共联接点(PCC)。集电总线18可以处于适合于相对短距离的电力传输的中间电压电平，例如在10-150kV的范围内，最通常在110kV和150kV之间。
集电总线18通过传输线26在互连点27处连接到电力传输电网24。而集电总线18可以被构造成与不同发电厂联网，并且因此可能需要跨越长达约100km的距离，传输电网24可以是区域级或国家级网络，并且因此可能需要跨越长达约250km或更长的距离。因此，为了更好的传输效率，传输电网24的电压电平可以远高于集电总线18的电压电平。为了说明这一点，传输电网通常以高达和甚至高于300kV(通常为150-400kV)的量级(order)运行。应该注意的是，本文中没有示出升高集电总线18与传输线26之间的电压所需要的变压器，但暗示了它们的存在。
尽管图1总体上是示出电力网络11中的主要项的高级示意图，但是为了完整性，图2示意性地示出了风力发电厂10的风力涡轮机12中的一个，并且现在将在此进行描述。风力涡轮机12包括发电机30，发电机30由转子(未示出)驱动，以产生经由低电压链路36通过功率转换器系统32传输到耦合变压器34的电力。
由发电机30产生的电力通过耦合变压器34输送到工厂级电力网络16，耦合变压器34用于将电力系统32产生的电压(通常是400-500V的线电压)升高到与工厂级电力网16的电压相匹配的电压。
发电机30中产生的电力是三相AC，但不是适于输送到工厂级电力网16的形式，具体是因为它通常不处于正确的频率或相位角。因此，功率转换器系统32包括功率转换器40和滤波器42，功率转换器40和滤波器42设置在发电机30与耦合变压器34之间以将发电机输出处理成合适的波形，该合适的波形具有与工厂级电力网16相同的频率并且具有适当的相位角。
功率转换器40的AC输出通过低电压链路36馈送到耦合变压器34。通常，举例而言，低电压链路36将具有低于约1kV的线电压。这里将低电压链路36描绘为包括三条线，这反映了它是三相系统的实际情况。功率转换器40的功率输出由滤波器42调节，滤波器42在此由合适的电感器/电容器网络表示，以提供用于从AC波形中去除高频噪声的低通滤波。
现代风力涡轮机可具有不同的架构，因此以下讨论应被视为仅是示例。在所示的示例中，功率转换器40具有全尺寸背对背功率转换器架构，这在本领域中是公知的。这样，功率转换器40通过经过AC-DC转换器44和DC-AC转换器46(也称为逆变器)馈送电流来提供满量程AC到AC转换。AC-DC转换器44通过常规的DC链路48连接到DC-AC转换器46，DC链路48包括为DC输出提供平滑的电容器50和用作泄放负载(dump load)的开关电阻器52，以便如果运行情况表明有必要，则能够放出多余的能量。AC-DC转换器44的平滑的DC输出由DC-AC转换器46接收作为DC输入，DC-AC转换器46产生三相AC输出用于输送到耦合变压器34。作为示例，用于实用规模风力涡轮机的另一种合适的架构将是双馈感应发电机(DFIG)转换器系统。如技术人员读者将理解的，DC-AC转换器46被构造成对所产生的AC电力的特性提供一定水平的控制，例如调节由风力涡轮机输送给工厂级网络16并从而输送给集电总线18的电压(V)、有功功率(P)和无功功率(Q)。从实际的角度来看，DFIG(也被称为类型3)和满量程转换器(也被称为类型4)风力涡轮机用于商业规模风力发电，并且本讨论涉及商业规模风力发电。
注意到风力涡轮机12的输出的量、角度和频率由TSO设定的电网需求指定，并且电压根据低电压链路36的规格被设定在基本恒定的水平，在实践中，仅AC输出的电流受到控制，并且为此目的设置风力涡轮机控制器54。风力涡轮机控制器54被构造为接收AC输出中所包含的有功功率PREF和无功功率QREF的目标值，并相应地调节AC输出。如已知的，PREF和QREF的值由风力发电厂10的发电厂控制系统60传输或“分派”到风力涡轮机控制器54。应当注意，发电厂控制系统60可以由硬件和软件的适当构型实现，以实现其所需的控制目标。此外，它可以实施为包括合适的处理器、存储器模块和接口的专门设计的硬件模块，或者它可以实施为通用计算机。在任一情况下，可以实施计算单元或控制器来运行合适的软件算法以执行将在下面描述的功能，并且因此该计算单元或控制器将设置有适当的硬件和存储器。
回到图1，将理解的是，风力发电厂10的运行响应于传输系统操作者(TSO)70的需求。具体地，TSO 70将向发电厂控制系统60的接收装置或接收器69传输电压(V)、有功功率(P)和无功功率(Q)的目标值，发电厂控制系统60在控制风力涡轮机12向工厂级电力网络16输送电力、以及经由集电变电站72从工厂级电力网络16向集电总线18输送电力时必须尝试和满足上述目标值。
响应于TSO 70对其提出的要求，发电厂控制系统60可用于解释目标电压和功率参考，并将相应的参考值(Vref、Pref和Qref)通过分派模块60a分派给发电厂10中的每个风力涡轮机12，分派模块60a充当控制风力涡轮机12的控制装置。
发电厂控制系统60还可用于控制功率补偿资产或设备，其提供了对发电厂控制系统60能够输送到集电总线18的有功功率、无功功率和电压的进一步控制。在该实施方式中，功率补偿设备包括一个或多个电抗器组74、一个或多个电容器组76以及设置有分接开关(OLTC)功能的变压器78。其它设备也是可能的，诸如静态补偿器(STATCOM)。电抗器组74/电容器组76和变压器78可以位于发电厂10的变电站72处或附近。还注意到，尽管发电厂控制系统60被示为与图1中的变电站72分开，但这仅仅是使相应部件清楚，并且实际上，发电厂控制系统60可以位于变电站72内。
为了说明发电厂控制系统60可以如何运行的示例，响应于TSO 70增加无功功率参考Qref，如果发电厂10仅通过风力涡轮机的运行没有额外的容量来增加无功功率，则发电厂控制系统60可以决定运行其电容器组76以增加无功功率。作为其它示例，在发电厂控制系统60检测到集电总线18上的无功功率下降的情况中，它可以通过运行电容器组76来增加输送到集电总线18的无功功率。
发电厂控制系统60除了实施上述功能以控制其自己的发电和功率补偿资产(诸如风力涡轮机12、电抗器组74、电容器组76和OLTC 78)从而向集电总线18输送目标电力输送且帮助维持系统稳定性以外，发电厂控制系统60还可用于使用其它发电厂的功率补偿资产。因此，发电厂控制系统60可以激活或促使激活网络中的其它可再生能源发电厂的功率补偿设备，包括发电单元，以便实现某些电力输送目标，例如以便给集电总线18提供比其自身能够提供的更多的无功功率，从而支持集电总线18的稳定性。
再次参考图1，将理解的是，第二风力发电厂20与第一风力发电厂10基本相同，其中第二风力发电厂20包括多个风力涡轮机12和相关的发电厂控制系统80，发电厂控制系统80经由分派模块80a将有功和无功功率参考分派给风力涡轮机。此外，第二风力涡轮机发电厂20包括相应功率补偿设备，功率补偿设备包括一个或多个电抗器组82、一个或多个电容器组84、以及设置有有载分接开关(OLTC)功能的变压器88。在该实施方式中，OLTC变压器88被示为在变电站89的边界内，尽管这不是必需的，并且电抗器组82/电容器组84也可以包含在变电站89内。在此，第二风力发电厂20被示为通过第二馈线86连接到集电总线18。
除了第二风力发电厂20之外，电力网络11被示出还包括光伏(PV)发电厂90，其也联接到集电总线18。更详细地，PV发电厂包括PV阵列92，如本领域公知的那样，PV阵列92经由功率逆变器94联接到低电压AC传输线96。PV发电厂控制系统95用于控制功率逆变器94的运行。为了将低电压AC传输线96的电压增加到适合集电总线18的电压，在变电站100处，将所输送的电力提供给可具有OLTC功能的变压器98。PV发电厂90从变电站通过第三馈线102联接到集电总线18。
PV发电厂控制系统95具有一定程度的灵活性，以借助于功率逆变器94的功能确定PV发电厂90提供给集电总线18的电压(V)、有功功率(P)和无功功率(Q)。然而，在该实施方式中，PV发电厂90还设有功率补偿设备，以给PV发电厂90提供更大容量来控制产生的有功和无功功率平衡，以便它可以根据需要帮助支持电网的稳定性。在此处，以与电力网络11的风力发电厂10、20类似的方式，除了变压器98的OLTC功能之外，PV发电厂90还包括电抗器组104和电容器组106。
应当注意，第二风力发电厂20和PV发电厂90中的每个都能够独立运行，以根据由TSO 70传输给控制系统的功率参考要求向集电总线18输送电力。
然而，这里应当理解，所有可再生能源发电厂10、20、90的元件的运行由通信系统110相互链接。在图1中，通信系统110由从第一风力发电厂10的发电厂控制系统60延伸到第二风力发电厂20的发电厂控制系统80以及PV发电厂90的PV发电厂控制系统95的虚线示出。
通信系统110包括在每个发电厂控制系统处向系统110提供电子接口的合适的计算设备，以及在这些接口之间的通信链路。通信链路可以是有线链路，例如以广域网(WAN)的形式，或者可以是通过蜂窝电信网络或专用点对点通信系统使用合适的消息传递协议的无线链路。另外或替代地，通信系统110可以连接到每个发电厂的各种变电站。因此，可以由发电厂控制系统60直接从变电站检索信息，发电厂控制系统60充当“主控制器”，或者经由相应发电厂的每个控制系统间接地从变电站检索信息。已知的是，变电站包括监控和数据采集(SCADA)系统的合适的组件，以允许它们与诸如TSO的外部系统通信。因此，相同的SCADA通信组件可用于将变电站信息馈送到通信系统110，如虚线111所示。
借助于通信系统110，第一发电厂控制系统60能够将控制请求消息传输到第二风力发电厂20的发电厂控制系统80以及PV发电厂90的PV发电厂控制系统95，以获得对其功率补偿资产的控制。这为第一发电厂控制系统60提供了增强的能力以满足其电力输送目标，并且尤其是支持集电电网18的稳定性及更广泛地支持电力传输电网24的稳定性。
以这种方式，第一发电厂控制系统60能够以与微电网控制器类似的方式起作用，因为它能够要求从其相邻的风力发电厂或PV发电厂输送无功功率，并且还可以请求运行这些发电厂的电抗器组和电容器组，这支持将更多的有功功率输送到电网中。因此，有利地，由于发电厂控制系统60具有管理跨多个发电厂的电力输送的功能，因此其充当能量管理系统。由于发电厂10、20、90相对紧密地接近，因此通信系统110可以被构造成提供相对高速的通信，这允许第一发电厂控制系统60对其检测到的任何电网不稳定性做出快速反应。与每个发电厂单独响应于来自TSO 70的命令而作用相比，这提供了对电网不稳定性的更有力的响应。应当理解，来自TSO 70的命令通常将通过SCADA系统传输。。
为了说明本发明的实施方式提供的功能，现在将描述多个运行场景。
控制附近发电厂的无功功率输出
如图1所示，PV发电厂90也连接到集电总线18。第一发电厂控制系统60具有关于PV发电厂90的电力输送容量的信息，例如其可提供的最大有功和无功功率，以及处于什么电压电平。发电厂控制系统60可用于通过测量其相应变电站72处的电压来监测集电总线18的稳定性。由于电力网络11上某处的电网事件，电网电压可能下降到某一电平，例如0.9pu。这种电压降可被发电厂控制系统60检测到，发电厂控制系统60包括集成在变电站72处的电压测量装置71。其它电压测量装置可以设置在其它发电厂10、20处并且在图1中分别由附图标记85和101标记。由于其它电压测量装置为第一发电厂控制系统60提供了用于监测该系统的远程点处的电网电压的装置，因此在某种意义上，可以认为其它电压测量装置形成第一发电厂控制系统60的一部分。在第一发电厂10不具有任何更大容量以增加其无功功率输出的情况下，例如在风力涡轮机处于最大容量并且所有电容器组都在运行的情况下，发电厂控制系统60的能力不足以通过增加无功功率供应来支持电网稳定性。然而，借助于所示实施方式，发电厂控制系统60可以确定更高的无功功率并且可以将请求传输到电力网络上的另一个发电厂，以便增加给电力网络的无功功率输送。例如，发电厂控制系统60可以向PV发电厂90的发电厂控制系统95传输请求以激活其电容器组106。
这里应当理解，电压值表示为“pu”或每单位值，如已知的，这是其中电气系统的数量(在这种情况下是电压)表示为预定义基本量的比例的单位制。
根据上面的讨论中，读者将理解，该功能使得第一发电厂10的发电厂控制系统60能够充当“主控制器”，以使用其它变电站的资产来增加电网的稳定性并满足所需要的控制功能，诸如需要更高的无功功率供应。
控制远程发电厂的变压器的分接开关功能
如上所述，发电厂10、20、90的变电站72、89、100包括变压器，该变压器包括分接开关功能，使得可以通过控制变压器的分接点来调节所述变压器的电压变换因数。
在某些情况下，可能需要增加电力网络上的电压，以便实现预定的电压控制方案，以帮助稳定电网电压并有助于电压稳定性。
在所示实施方式中，与第一发电厂10相关的发电厂控制系统60可以做出快速决定，在那些情况下，正确的方法是调整将发电厂10、20、90连接到集电总线18的一个或多个变电站中的变压器的分接点，并且可以使用通信系统110向连接到集电总线18的其它可再生能源发电厂中的一个或多个发出适当的请求消息，以实现对具有OLTC调整功能的相应变压器的适当控制。因此，由于增加的电网稳定支持，通入电网的有功功率输送量可以增加。
控制其它发电厂进入低发电量模式
出于多种原因，网络故障在电力网络上不时发生。在所示实施方式中，第一风力发电厂10的发电厂控制系统60包括用于确定是否存在电网故障的设备。
故障检测设备包括与第一发电厂10的变电站72相关的相量测量单元(PMU)112。这种PMU在本领域中通常是已知的，并且有时被称为“同步相量”，由于技术人员能理解这种设备，因此不需要对其进行完整描述。PMU的例子是ABB AB销售的RES670系列产品。
PMU 112可用于测量与风力发电厂和输出电力输送相关的电参数，诸如相对于同步时基的电压和电流相位角、功率角、频率以及频率变化率，如由合适的全球定位系统(GPS)确定的。
除了与第一风力发电厂10的变电站72相关的PMU 112之外，发电厂控制系统60还与位于第二风力发电厂20和PV发电厂90处的PMU通信。因此，第二发电厂20的变电站80包括第二PMU 114，并且PV发电厂90的变电站100包括第三PMU 116。
因此，第二PMU 114与第二风力发电厂20的第二变电站89相关，并且第三PMU 116与PV发电厂90的第三变电站100相关。
PMU 112-116形成与第一发电厂10的发电厂控制系统60通信的广域监测系统(WAMS)。WAMS可以由单独的通信网络基础设施定义，或者可以包括通信系统110，如本文所示。第一发电厂10的发电厂控制系统60可以包括合适的功能以解释来自PMU 112-116的数据，以便基于从其接收的数据做出控制决定。通常，发电厂控制系统60将包括相量数据集中器(PDC)以同化来自PMU的相量数据。
位于发电厂的相应变电站72、89、100处的PMU 112-116的存在使发电厂控制系统60能够收集、存储和处理与电力网络中的关键点处(也就是将每个变电站连接到集电总线18的馈线处)的电力网络性能有关的临界数据。因此，发电厂控制系统60能够使用由PMU112-116收集的数据来检测异常网络状况并采取措施以保持系统稳定性和性能。此外，由于发电厂控制系统60位于与网络上的其它发电厂相邻的地理区域中，因此能够快速采取行动以使用或摆脱那些其它发电厂的发电资产，以便维持系统稳定性。
借助于与其各自发电厂的馈线相关的PMU 112-116，发电厂控制系统60能够确保系统中不同总线之间的相位差，例如，第一馈线19和第二馈线86之间、第一馈线19和第三馈线102之间、或第二馈线86和第三馈线102之间的相位角。由于相位角差异是电网的电力系统稳定程度的指示，因此第一发电厂10的发电厂控制系统60能够快速确定系统在一个或多个点处的状态。此外，由于PMU通常以高达200Hz的测量频率运行，因此发电厂控制系统60可以非常快速地采取行动以维持系统稳定性。
除了监测电力网络11中的PMU 112-116之间的相位差之外，发电厂控制系统60还可以确定两个PMU测量点之间的相位差的变化率。如果相位差的变化率大于临界值，则这可能表明存在严重的干扰或系统稳定性的崩溃。当PMU检测到电网问题时，发电厂控制系统60能够决定向在其影响下的所有发电厂发送请求消息，在该示例中，第二风力发电厂20和PV发电厂90可以命令它们进入低发电量模式。这种来自发电厂控制系统60的命令可以被构造成，使得其它发电厂将其识别为优先于来自TSO 70的任何其它操作命令的高优先级请求消息。有利地，在通过PMU检测临界电网状况时，命令所有发电厂控制系统进入低发电量模块(例如在所述相应发电厂的额定功率的20％至50％之间)的步骤可以非常快速地发生，在大约100ms至120ms内，例如，使得可以避免电网上的相位差的进一步增加以及那些发电厂与电网断开。因此，来自发电厂控制系统60的这种响应增强了连接到集电总线18的发电厂的低电压穿越能力。这将改善电网的稳定裕度，这在难以由发电厂仅根据其终端处的电压测量值检测故障(诸如远程线接地故障)的条件下特别有用。
因此，应当理解，在这些情况下，发电厂控制系统60直接影响其它发电厂的发电厂控制系统，以将由它们控制的发电资产转变为低发电量模式。因此，这些工厂控制系统可以被认为是响应于发电厂控制系统60的适当请求而启动低发电量模式的设备。
控制电容器组以支持增加的有功功率供应
众所周知，向电网供应无功功率支持从连接到电网的发电厂输送有功功率。只有通过也增加无功功率才能在给定电压下增加有功功率的输送。试图在给定电压下驱动更多有功功率进入电网可能具有使电网不稳定并导致电压下降的影响。
由于第一发电厂10的发电厂控制系统60对联接到集电总线18的其它发电厂20、90进行监督控制，因此根据来自TSO 70的对于更大有功功率的需求，控制系统60可以采取适当的行动以满足TSO 70的需求。
例如，可以推送到集电总线18上的有功功率部分基于在每个变电站72、89、100处的电压。在稳态状态运行期间，如果发电厂控制系统60从TSO 70接收命令以暂时增加有功功率，则它可能不具有基于其自己的发电资产的运行来驱动该需求的能力。因此，发电厂控制系统60可以确定，可运行连接到集电总线18的其它发电厂的功率补偿资产，以便满足针对额外电力输送的需求。在这种情况下，发电厂控制系统60可以向第二风力发电厂20的发电厂控制系统80和PV发电厂90的发电厂控制系统95中的任一个或两者发送请求消息，以便运行它们各自的电容器组，并且因此在集电总线18上实现升高的电压。
这可以在图3中看到，其中如竖直轴线所示，当有功功率增加时，电压下降到0.9pu，于是发电厂控制系统60在点P处命令其它发电厂20、90的电容器组的运行，这改善了集电总线18的电压分布，这意味着可以将更多有功功率推送到集电总线18中。技术人员将理解的是，传输线上的有功功率的增加也将增加无功功率损耗。除非通过适当的电网控制抵消，否则这种增加的无功功率损耗往往会导致电网电压下降，如图3中的虚线所示。如果附近变电站的区域性无功支持(local reactive support)可用，并且可由作为主控制器的发电厂控制系统60控制，则等于无功功率损耗的电流可用于更多有功功率流，这增加了线路的有功功率容量。
上面讨论的场景解释了设想本发明的实施方式特别有用的具体情况。然而，技术人员将理解，本发明构思不限于那些具体情况。图4示出了本发明的实施方式，其作为由图1的发电厂控制系统60执行的过程200，并且由上面讨论的具体情况实现。在步骤202处，发电厂控制系统60从TSO70接收电力输送需求并监测电网状况。在步骤204处，发电厂控制系统60然后控制其发电资产，即其风力涡轮机12、电抗器组74、电容器组76和OLTC变压器78，以便达到来自TSO 70的所需电力输送。如果发电厂控制系统60确定它自己不能满足电力输送需求，或者如果它检测到电网不稳定性问题，则它可用于在步骤206处控制电力网络中其它发电厂的功率补偿资产以便满足TSO 70的电力输送需求或达成电网稳定性目标。
应当理解，在不脱离由权利要求限定的发明构思的情况下，可以对上面讨论的具体实施方式进行各种修改。
例如，在上述电力网络11中，每个发电厂10、20和90连接到同一集电总线18。然而，不一定是这种情况，也设想到了其中发电厂可以不连接到公共集电总线而是可以单独连接到传输线的替代电力网络构型。

Claims (15)

1.一种用于包括一个或多个可再生能源发电机的第一可再生能源发电厂的发电厂控制系统，所述发电厂控制系统包括：
接收装置，所述接收装置用于接收来自传输电网操作者的电力输送需求；
控制装置，所述控制装置被构造成控制所述第一可再生能源发电厂的所述一个或多个可再生能源发电机，以便供应以接收到的所述电力输送需求为目标的电力；以及
通信装置，所述通信装置被构造成向一个或多个其它可再生能源发电厂的控制系统传输请求，以请求运行与所述其它可再生能源发电厂中的相应可再生能源发电厂相关的一个或多个功率补偿单元。
2.根据权利要求1所述的发电厂控制系统，其特征在于，所述第一可再生能源发电厂包括功率补偿单元，并且所述发电厂控制系统能够用于控制所述功率补偿单元。
3.根据权利要求1或2所述的发电厂控制系统，其特征在于，所述通信装置包括能量管理网络，所述能量管理网络允许所述第一可再生能源发电厂的所述发电厂控制系统与所述一个或多个其它可再生能源发电厂的相应发电厂控制系统之间的通信。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的发电厂控制系统，其特征在于，所述第一可再生能源发电厂和所述一个或多个其它可再生能源发电厂通过相应的馈线联接到同一集电总线。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的发电厂控制系统，其特征在于，所述一个或多个其它可再生能源发电厂包括风能发电厂和光伏发电厂。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的发电厂控制系统，其特征在于，所述一个或多个功率补偿单元是以下项中的一个或多个：电容器组；电抗器组；静态补偿器(STATCOM)；有载分接开关变压器；以及用于启动相关发电厂的低发电量模式的设备。
7.根据权利要求6所述的发电厂控制系统，其特征在于，所述发电厂控制系统包括电压检测装置，所述电压检测装置至少包括第一电压测量设备和一个或多个其它电压测量设备，所述第一电压测量设备用于测量在所述第一可再生能源发电厂处的电压，所述一个或多个其它电压测量设备用于测量在所述其它可再生能源发电厂中的相应可再生能源发电厂处的电压。
8.根据权利要求7所述的发电厂控制系统，其特征在于，所述发电厂控制系统能够用于监测在所述其它可再生能源发电厂处或在每个所述其它可再生能源发电厂处的电压；监测来自所述传输电网操作者的有功功率需求；以及经由所述通信装置向所述其它可再生能源发电厂中的一个或多个发送请求消息，以激活与之相关的电容器组。
9.根据权利要求7或8所述的发电厂控制系统，其特征在于，所述发电厂控制系统能够用于监测在所述第一可再生能源发电厂处的电压；检测低电压事件；以及作为响应，经由所述通信装置向所述其它可再生能源发电厂中的一个或多个发送请求消息，以激活与之相关的电容器组。
10.根据权利要求7至9所述的发电厂控制系统，其特征在于，所述发电厂控制系统能够用于监测在所述其它可再生能源发电厂处或在每个所述其它可再生能源发电厂处的电压；监测来自所述传输电网操作者的有功功率需求；以及经由所述通过通信装置向所述其它可再生能源发电厂中的一个或多个发送请求消息，以改变与之相关的相应有载分接开关变压器的分接点。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的发电厂控制系统，其特征在于，所述发电厂控制系统包括相量测量装置，所述相量测量装置至少包括第一相量测量单元和一个或多个其它相量测量单元，所述第一相量测量单元用于测量在所述第一可再生能源发电厂处的电相量参数，所述一个或多个其它相量测量单元用于测量在所述其它可再生能源发电厂的相应可再生能源发电厂处的电相量参数。
12.根据权利要求11所述的发电厂控制系统，其特征在于，所述发电厂控制系统能够用于监测所述相量测量装置，以确定电网故障的存在，并且作为响应，经由所述通信装置向所述其它可再生能源发电厂中的一个或多个发送请求消息，以启动与之相关的发电单元的低发电量模式。
13.一种运行第一可再生能源发电厂的方法，所述方法包括：
接收来自传输电网操作者的电力输送需求；
控制所述第一可再生能源发电厂的一个或多个可再生能源发电机，以便供应以接收到的所述电力输送需求为目标的电力；以及
向一个或多个其它可再生能源发电厂传输请求，以请求运行与所述其它可再生能源发电厂中的相应可再生能源发电厂相关的一个或多个功率补偿单元。
14.一种能够从通信网络下载和/或存储在机器可读介质上的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括用于实施根据权利要求13所述的方法的程序代码指令。
15.一种包括第一可再生能源发电厂和一个或多个其它可再生能源发电厂的电力供应系统，其中所述第一可再生能源发电厂包括根据权利要求1至12中的任一项所述的发电厂控制系统。
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