CN109995093B - 风电场的动态有功和无功功率容量 - Google Patents

风电场的动态有功和无功功率容量 Download PDF

Info

Publication number
CN109995093B
CN109995093B CN201811346208.3A CN201811346208A CN109995093B CN 109995093 B CN109995093 B CN 109995093B CN 201811346208 A CN201811346208 A CN 201811346208A CN 109995093 B CN109995093 B CN 109995093B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wind
reactive power
wind turbines
capacity
power capacity
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.)
Active
Application number
CN201811346208.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109995093A (zh
Inventor
E.W.小哈德维克
R.G.瓦戈纳
H.R.施内茨卡
S.萨拉马
R.K.布拉
V.N.文基塔纳拉亚南
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.)
General Electric Renovables Espana SL
Original Assignee
General Electric Co
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
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN109995093A publication Critical patent/CN109995093A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109995093B publication Critical patent/CN109995093B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • F03D7/048—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller controlling wind farms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0272—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor by measures acting on the electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/028—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/466—Scheduling the operation of the generators, e.g. connecting or disconnecting generators to meet a given demand
    • H02J3/472—For selectively connecting the AC sources in a particular order, e.g. sequential, alternating or subsets of sources
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/48—Controlling the sharing of the in-phase component
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/50—Controlling the sharing of the out-of-phase component
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/103—Purpose of the control system to affect the output of the engine
    • F05B2270/1033—Power (if explicitly mentioned)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/303—Temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/304—Spool rotational speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/32—Wind speeds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/321—Wind directions
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

一种用于动态控制风电场的有功和无功功率容量的控制方法包括获得风力涡轮机中的每个风力涡轮机的一个或多个实时操作参数。所述方法还包括获得风力涡轮机中的每个风力涡轮机的一个或多个系统极限。此外，所述方法包括测量风力涡轮机中的每个风力涡轮机处的至少一个实时风况。此外，所述方法包括连续计算风力涡轮机中的每个风力涡轮机的作为实时操作参数、系统极限和/或实时风况的函数的总的最大有功功率容量以及总的最大无功功率容量。此外，所述方法包括使用总的最大有功和无功功率容量生成风力涡轮机中的每个风力涡轮机的电机容量曲线并且将发电机容量曲线传递到可使用曲线来最大化风电场的瞬时功率输出的风电场的电场级控制器。

Description

风电场的动态有功和无功功率容量
技术领域
本公开通常涉及具有多个风力涡轮机的风电场，并且更具体地涉及用于确定风电场的动态有功和无功功率容量的系统和方法。
背景技术
风力被认为是目前可用的最清洁、最环境友好的能源之一，并且风力涡轮机在这点上已经获得了增长的关注。现代风力涡轮机通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱以及一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型原理来捕获风的动能。例如，转子叶片一般具有翼型的横截面轮廓，使得在操作期间空气从产生两侧之间的压力差的叶片上流过。因此，从压力侧指向吸力侧的升力作用于叶片上。升力在主转子轴上生成转矩，所述主转子轴被用齿轮连接到发电机以用于产生电力。另外，可将多个风力涡轮机布置在预定的地理位置并且电连接在一起以形成风电场。
在操作期间，风撞击风力涡轮机的转子叶片并且叶片将风能转化成可旋转地驱动低速轴的机械旋转转矩。低速轴被配置成驱动齿轮箱，所述齿轮箱随后提高低速轴的低旋转速度以便以增加的旋转速度驱动高速轴。高速轴通常被可旋转地耦合至发电机以便可旋转地驱动发电机转子。这样，可以由发电机转子感应出旋转磁场并且可以在被磁耦合至发电机转子的发电机定子内感应出电压。在某些配置中，可以将相关联的电功率传送到一般经由电网断路器被连接到电力网的涡轮变压器。因此，涡轮变压器提高电功率的电压幅值使得变换的电功率可以被进一步传送到电力网。
在许多风力涡轮机中，发电机转子可以被电耦合至包括经由调节的DC环节被连接到线路侧变流器的转子侧变流器的双向电力变流器。更具体地，诸如风力驱动的双馈感应发电机（DFIG）系统或全功率转换系统的一些风力涡轮机可包括具有AC-DC-AC拓扑的电力变流器。
DFIG可被配置成提供有功或有效功率（以瓦特为单位计量的）和无功功率（以VAR为单位计量的）两者。例如，通过控制转子侧变流器的开关周期，可控制由定子生成的有效和无功功率。类似地，通过控制线路侧变流器的开关周期，可控制由转子生成的有效和无功功率。因此，可控制由DFIG风力涡轮机系统生成的组合的无功功率的量以满足无功功率生产需求（诸如由公用事业公司的调度控制系统设定的无功功率生产需求）。在典型的配置中，DFIG的定子可被配置成为系统提供无功功率，除非定子用尽了电流裕度，在这种情况下，线路侧变流器可被用来帮助产生无功功率以满足无功功率生产需求。
在风电场中，并不会在任何时刻将风始终如一地推过电场，而是一些风力涡轮机在某个时刻遭遇疾风而有些在那个相同时间遭遇小得多的风。因此，本公开旨在用于确定风电场的考虑了变化的风的动态有效和无功功率容量的系统和方法。
发明内容
将在下面的描述中部分地阐述发明的方面和优势，或者发明的方面和优势由描述可以是显而易见的，或者可以通过发明的实施而认识到发明的方面或优势。
在一个方面，本公开旨在一种用于动态控制具有多个风力涡轮机的风电场的有效和无功功率容量的控制方法。多个风力涡轮机中的每个风力涡轮机具有双馈感应发电机（DFIG）和电力变流器。每个电力变流器具有线路侧变流器和转子侧变流器。所述控制方法包括通过包括一个或多个处理器和一个或多个存储器设备的控制设备来获得风力涡轮机中的每个风力涡轮机的一个或多个实时操作参数。所述方法还包括通过控制设备来获得风力涡轮机中的每个风力涡轮机的一个或多个系统极限。此外，所述方法包括经由一个或多个传感器来测量风力涡轮机中的每个风力涡轮机处的至少一个实时风况。此外，所述方法包括通过控制设备来连续计算风力涡轮机中的每个风力涡轮机的作为一个或多个实时操作参数、一个或多个系统极限和至少一个实时风况的函数的总的最大有功功率容量和总的最大无功功率容量。另外，所述方法包括通过控制设备使用总的最大有功和无功功率容量以及功率曲线来生成风力涡轮机中的每个风力涡轮机的发电机容量曲线。因此，所述方法包括将风力涡轮机中的每个风力涡轮机的发电机容量曲线传递到风电场的电场级控制器并且经由电场级控制器基于发电机容量曲线来控制风电场。
在另一方面，本公开旨在一种用于风力涡轮机的控制系统。风力涡轮机具有DFIG和电力变流器。电力变流器具有线路侧变流器和转子侧变流器。所述控制系统包括一个或多个处理器和一个或多个存储器设备。此外，所述控制系统被配置成执行一个或多个操作，包括但不限于：获得风力涡轮机中的每个风力涡轮机的一个或多个实时操作参数，获得风力涡轮机中的每个风力涡轮机的一个或多个系统极限，获得风力涡轮机中的每个风力涡轮机处的至少一个实时风况，连续计算风力涡轮机中的每个风力涡轮机的作为一个或多个实时操作参数、一个或多个系统极限和至少一个实时风况的函数的总的最大有功功率容量和总的最大无功功率容量，使用总的最大有功和无功功率容量以及功率曲线来生成风力涡轮机中的每个风力涡轮机的发电机容量曲线，以及将风力涡轮机中的每个风力涡轮机的发电机容量曲线传递到风电场的电场级控制器。
提供了技术方案1：一种用于动态控制具有多个风力涡轮机的风电场的有效和无功功率容量的控制方法，所述多个风力涡轮机中的每个风力涡轮机具有双馈感应发电机（DFIG）和电力变流器，所述电力变流器具有线路侧变流器和转子侧变流器，所述控制方法包括：
通过包括一个或多个处理器和一个或多个存储器设备的控制设备获得所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的一个或多个实时操作参数；
通过所述控制设备获得所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的一个或多个系统极限；
经由一个或多个传感器测量所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机处的至少一个实时风况；
通过所述控制设备连续计算所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的作为所述一个或多个实时操作参数、所述一个或多个系统极限以及所述至少一个实时风况的函数的总的最大有功功率容量和总的最大无功功率容量；
通过所述控制设备使用所述总的最大有功和无功功率容量来生成所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的发电机容量曲线；
将所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的所述发电机容量曲线传递到所述风电场的电场级控制器；以及，
经由所述电场级控制器基于所述发电机容量曲线来控制所述风电场。
提供了技术方案2：如技术方案1所述的控制方法，进一步包括经由所述电场级控制器基于所述风电场的一个或多个抽头切换开关设置或者无功功率设备设置中的至少一个来控制所述风电场，所述无功功率设备包括电容器组、电抗器组或静止同步补偿器（STATCOM）中的至少一个。
提供了技术方案3：如技术方案1所述的控制方法，其中连续计算所述一个或多个风力涡轮机的所述总的最大有功功率容量和所述总的最大无功功率容量进一步包括：
计算所述电力变流器的线路侧变流器的最大有功功率容量和最大无功功率容量；
计算所述电力变流器的转子侧变流器的最大有功功率容量和最大无功功率容量；以及，
基于所述线路侧变流器的所述最大有功和无功功率容量以及所述转子侧变流器的所述最大有功和无功功率容量来计算所述一个或多个风力涡轮机的所述总的最大有功功率容量和所述总的最大无功功率容量。
提供了技术方案4：如技术方案3所述的控制方法，其中计算所述电力变流器的所述转子侧变流器的所述最大有功功率容量和所述最大无功功率容量进一步包括在所述计算中合并实际的发电机无功功率容量、发电机无功功率放大系数或线路侧变流器无功功率容量中的至少一个。
提供了技术方案5：如技术方案1所述的控制方法，进一步包括立即计算所述最大有功功率容量和所述最大无功功率容量。
提供了技术方案6：如技术方案1所述的控制方法，进一步包括以预定的有规律的间隔计算所述最大有功功率容量和所述最大无功功率容量。
提供了技术方案7：如技术方案1所述的控制方法，其中基于所述发电机容量曲线来控制所述风电场进一步包括：
将所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的所述至少一个风况与预定阈值相比较；
如果所述风电场中的风力涡轮机的第一集合的所述至少一个风况高于所述预定阈值，则基于相关联的发电机容量曲线来最大化所述风力涡轮机的第一集合的有功功率输出；以及，
如果风力涡轮机的第二集合的所述至少一个风况低于所述预定阈值，则基于相关联的发电机容量曲线来最大化所述风力涡轮机的第二集合的无功功率输出以实现对于所述风电场的无功功率产生需求的至少一部分，所述风力涡轮机的第一集合和第二集合各自包括一个或多个风力涡轮机。
提供了技术方案8：如技术方案7所述的控制方法，其中基于相关联的发电机容量曲线来最大化所述风力涡轮机的第一集合的所述有功功率输出进一步包括最小化所述风力涡轮机的第一集合的无功功率输出并且调整施加于所述风力涡轮机的第一集合的所述DFIG的转子的至少一个电压或电流。
提供了技术方案9：如技术方案8所述的控制方法，其中基于相关联的发电机容量曲线来最大化所述风力涡轮机的第二集合的所述无功功率输出进一步包括调整所述风力涡轮机的第二集合的所述DFIG的所述转子的电压的相位。
提供了技术方案10：如技术方案1所述的控制方法，其中使用所述总的最大有功和无功功率容量来生成所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的所述发电机容量曲线进一步包括：
选择功率曲线上的操作点；
使用所述总的最大有功和无功功率容量以及所述操作点来生成所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的所述发电机容量曲线。
提供了技术方案11：如技术方案1所述的控制方法，其中基于所述发电机容量曲线来控制所述风电场进一步包括独立调整所述多个风力涡轮机中的每个风力涡轮机的无功功率输出以调节所述风电场中的预定电压。
提供了技术方案12：如技术方案1所述的控制方法，其中所述一个或多个实时操作参数包括所述多个风力涡轮机中的一个或多个风力涡轮机的每分钟操作旋转数（RPM）、温度、功率、高度、电流或电压中的至少一个。
提供了技术方案13：如技术方案1所述的控制方法，其中所述一个或多个系统极限包括所述风力涡轮机中的一个风力涡轮机的部件的电气限制、所述风力涡轮机中的一个风力涡轮机的部件的尺寸限制、VAR增益、预定的无功功率容量或预定的有效功率容量中的至少一个。
提供了技术方案14：如技术方案1所述的控制方法，其中所述至少一个实时风况包括风速、风湍流、阵风、风向、风加速度、风切变、风转向或尾流中的至少一个。
提供了技术方案15：一种用于风力涡轮机的控制系统，所述风力涡轮机具有双馈感应发电机（DFIG）和电力变流器，所述电力变流器具有线路侧变流器和转子侧变流器，所述控制系统包括：
一个或多个处理器和一个或多个存储器设备，所述控制系统被配置成执行一个或多个操作，所述一个或多个操作包括：
获得所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的一个或多个实时操作参数；
获得所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的一个或多个系统极限；
获得所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机处的至少一个实时风况；
连续计算所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的作为所述一个或多个实时操作参数、所述一个或多个系统极限以及所述至少一个实时风况的函数的总的最大有功功率容量和总的最大无功功率容量；
使用所述总的最大有功和无功功率容量生成所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的发电机容量曲线；
将所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的所述发电机容量曲线传递到所述风电场的电场级控制器。
提供了技术方案16：如技术方案15所述的控制系统，其中连续计算所述一个或多个风力涡轮机的所述总的最大有功功率容量和所述总的最大无功功率容量进一步包括：
计算所述电力变流器的线路侧变流器的最大有功功率容量和最大无功功率容量；
计算所述电力变流器的转子侧变流器计算最大有功功率容量和最大无功功率容量；以及，
基于所述线路侧变流器的所述最大有功和无功功率容量以及所述转子侧变流器的所述最大有功和无功功率容量来计算所述一个或多个风力涡轮机的所述总的最大有功功率容量和所述总的最大无功功率容量。
提供了技术方案17：如技术方案16所述的控制系统，其中计算所述电力变流器的所述转子侧变流器的所述最大有功功率容量和所述最大无功功率容量进一步包括在所述计算中合并实际的发电机无功功率容量、发电机无功功率放大系数或线路侧变流器无功功率容量中的至少一个。
提供了技术方案18：如技术方案15所述的控制系统，进一步包括立即计算所述最大有功功率容量和所述最大无功功率容量。
提供了技术方案19：如技术方案15所述的控制系统，进一步包括以预定的有规律的间隔计算所述最大有功功率容量和所述最大无功功率容量。
提供了技术方案20：如技术方案15所述的控制系统，其中所述一个或多个实时操作参数包括所述风力涡轮机的每分钟操作旋转数（RPM）、温度、功率、高度、电流或电压中的至少一个，所述一个或多个系统极限包括所述风力涡轮机中的一个风力涡轮机的部件的电气限制、所述风力涡轮机中的一个风力涡轮机的部件的尺寸限制、VAR增益、预定的无功功率容量或预定的有效功率容量中的至少一个，并且所述至少一个实时风况包括风速、风湍流、阵风、风向、风加速度、风切变、风转向或尾流中的至少一个。
可对本公开的这些示例实施例进行变更和修改。
参考下面的描述和所附的权利要求，本发明的这些以及其他特征、方面和优势将会变得更好理解。并入且构成本说明书的一部分的附图说明了发明的实施例并且与描述一起用来解释发明的原理。
附图说明
参考附图，在说明书中阐明针对本领域普通技术人员的包括其最佳实施方式的本发明的充分的且使能的公开，其中：
图1说明了根据本公开的DFIG风力涡轮机系统的一个实施例的示意图；
图2说明了根据本公开的DFIG风力涡轮机系统的另一实施例的示意图；
图3说明了根据本公开的具有多个风力涡轮机的风电场的一个实施例的示意图；
图4说明了根据本公开的用于动态控制具有多个风力涡轮机的风电场的有效和无功功率容量的方法的一个实施例的流程图；以及
图5说明了根据本公开的示例方面的示例控制设备。
具体实施方式
现在将详细提及发明的实施例，在附图中说明了发明的一个或多个示例。通过解释发明而不是限制发明的方式来提供每个示例。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，可在本发明中进行各种修改和变更而不会背离发明的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分说明或描述的特征可与另一个实施例一起使用以产生又一个实施例。因此，意图是本发明覆盖如在所附的权利要求和它们的等同物的范围内的这样的修改和变更。
通常，本公开的示例方面旨在用于生成风电场中的DFIG风力涡轮机系统的最大可用有功和无功功率容量并将风电场中的DFIG风力涡轮机系统的最大可用有功和无功功率容量传递到风电场的电场级控制器的系统和方法。在风电场中，并不会在任何时刻将风始终如一地推过电场，而是一些风力涡轮机在某一时刻经历疾风而其他风力涡轮机在那个相同时间经历更小的风。同样地，本公开旨在控制方法，所述控制方法使得经历疾风的风力涡轮机能够以处于或者甚至超出它们的铭牌上额定值的水平来输出最大有效功率（P）（即通过最小化它们的无功功率（Q）输出和/或通过增加涡轮机端电压），而不会超过风力涡轮机的电气约束（例如变压器尺寸、电力电缆尺寸、保护性尺寸等）。同时，经历更低的风的风力涡轮机被配置成提供更多的所需要的风电场的无功容量。
风电场中的各种风力涡轮机也可被独立控制以调整它们的无功功率输出从而调节风电场中的各种电压。因此，风电场的电场级控制器被配置成最大化它的瞬时有效功率输出容量以最大化电场AEP同时维持生成所需要的无功功率的能力。另外，经由控制和充分利用线路侧变流器的无功功率容量来优化风力涡轮机电系统内的无功功率分布被配置成增加用于涡轮机系统的有效功率生成的发电机设计内的可用容量。
为了支持这个容量，本公开的控制方法还可合并各种无功功率的源并且优化控制方式以最大化来自风力涡轮机的可用无功功率。这样的无功功率源可包括DFIG发电机VAR放大系数、实际的DFIG发电机VAR容量(而不是指定的并且因此受限的VAR容量)以及变流器的线路侧VAR容量。也考虑了每个涡轮机的瞬时操作温度和安装高度以扩充风力涡轮机的容量。因此，本公开的DFIG发电机的发电机容量曲线在顶部和底部不是平的，而是作为操作RPM、电压和温度的函数进行变化。
现在参见附图，图1说明了根据本公开的风力驱动的双馈感应发电机（DFIG）风力涡轮机系统100的一个实施例。为了说明和讨论的目的，参考图1的DFIG风力涡轮机系统100来讨论本公开的示例方面。使用本文中提供的公开内容的本领域普通技术人员应当理解本公开的示例方面在其他电力系统（诸如同步、异步、永磁体以及全功率转换风力涡轮机、太阳能、燃气轮机或其他适合的发电系统）中也是可适用的。
在示例系统100中，转子106包括耦合至旋转轮毂110的多个转子叶片108。转子106被耦合至可选的齿轮箱118，齿轮箱118又被耦合至发电机120。根据本公开的方面，发电机120是双馈感应发电机（DFIG）120。
DFIG 120可包括转子和定子。此外，如所示出的，DFIG 120通常被耦合至定子母线154并且经由转子母线156被耦合至电力变流器162。定子母线154从DFIG 120的定子提供输出多相功率（例如三相功率）并且转子母线156提供DFIG 120的转子的输出多相功率（例如三相功率）。参见电力变流器162，DFIG 120经由转子母线156被耦合至转子侧变流器166。转子侧变流器166被耦合至线路侧变流器168，线路侧变流器168又被耦合至线路侧母线188。
在示例配置中，转子侧变流器166和线路侧变流器168被配置用于使用绝缘栅双极晶体管（IGBT）或类似的开关元件的三相脉宽调制（PWM）布置中的正常操作模式。可经由DC环节136跨接其是DC环节电容器138的两端来耦合转子侧变流器166和线路侧变流器168。在实施例中，诸如三绕组变压器的变压器178可被耦合至线路母线188、定子母线154和系统母线160。变压器178可将来自线路母线188和定子母线154的功率的电压转换为适于经由系统母线160提供给电网184的电压。
功率转换系统162可被耦合至控制设备174以控制转子侧变流器166和线路侧变流器168的操作。应当注意控制设备174在典型的实施例中被配置为功率转换系统162和控制系统176之间的接口。在一个实现中，控制设备174可包括执行存储在计算机可读介质中的计算机可读指令的处理设备（例如微处理器、微控制器等）。指令在被处理设备运行时可促使处理设备执行操作，包括将控制命令（例如脉宽调制命令）提供给电力变流器162的开关元件和风力涡轮机系统100的其他方面。
在操作中，将通过转子106的旋转在DFIG 120处生成的交流功率经由双路径提供给电网184。双路径由定子母线154和转子母线156来定义。在转子母线侧156上，将正弦多相（例如三相）交流（AC）功率提供给电力变流器162。转子侧电力变流器166将从定子母线156提供的AC功率转换成直流（DC）功率并且将DC功率提供给DC环节136。在转子侧电力变流器166的桥接电路中使用的开关元件(例如IGBT)可被调制以将从转子母线156提供的AC功率转换成适于DC环节136的DC功率。
线路侧变流器168将DC环节136上的DC功率转换成诸如与电网184同步的AC功率的适于电网184的AC输出功率，所述AC输出功率在被提供给电网184之前可通过变压器178而被变换。具体地，在线路侧电力变流器168的桥接电路中使用的开关元件（例如IGBT）可被调制以将DC环节136上的DC功率转换成线路侧母线188上的AC功率。来自电力变流器162的AC功率可与来自DFIG 120的定子的功率组合以提供具有实质上维持在电网184的频率（例如50Hz/60Hz）的频率的多相功率（例如三相功率）。
电力变流器162可接收来自例如控制设备174的控制信号。控制信号可以是基于其中风力涡轮机系统100的感测的状态或操作特性。一般地，控制信号为电力变流器162的操作的控制而提供。例如，以DFIG 120的感测的速度的形式的反馈可被用来控制来自转子母线156的输出功率的转换以维持适当的且平衡的多相（例如三相）供电。来自其他传感器的其他反馈（包括例如定子和转子母线电压以及电流反馈）也可被控制器174用来控制电力变流器162。使用各种形式的反馈信息，可生成开关控制信号（例如用于IGBT的栅极定时命令）、定子同步控制信号以及断路器信号。
例如，当电流过大并且可损坏风力涡轮机系统100的部件时或者因为其他操作因素，可将诸如线路母线断路器186、定子母线断路器158和电网断路器182的各种断路器和开关包括在系统100中以连接或者断开对应的母线。也可将附加的保护部件包括在风力涡轮机系统100中。
现在参见图2，说明了根据本公开的附加示例方面的DFIG风力涡轮机系统100的备选实现。用相同的附图标记表示与如图1中的那些相同或相似的元件。如所示出的，在一些实现中，DFIG 120的定子可被耦合至定子母线154，定子母线154可被耦合至线路母线188。来自电力变流器162的功率可与来自定子母线154的功率组合并且被提供给耦合至系统母线160的变压器178。在一些实现中，如所示出的，变压器178可以是双绕组升压变压器或隔离变压器。此外，如所示出的，系统母线160可被耦合至电网184。在一些实现中，多个DFIG风力涡轮机系统100可被成群地耦合在一起，并且在将功率提供给电网184之前可将来自DFIG风力涡轮机系统100的群集的功率提供给群集变压器（未示出）。
现在参见图3，可在如风电场200的公共地理位置上将风力涡轮机100布置在一起并且将风力涡轮机100连接到电网184。更具体地，如所示出的，可经由主变压器178将风力涡轮机100中的每个风力涡轮机连接到电网184。此外，如所示出的，可经由变电站变压器202将风电场200连接到电网184。因此，如所示出的，风电场200还可包括变压器控制器210、自动电压调节器（例如抽头切换开关）和/或一个或多个电抗器功率设备214。例如，电抗器功率设备214可包括下列中的任何一个：电容器组216、电抗器组218和/或静止同步补偿器（STATCOM）220。
现在参见图4，说明了用于动态控制风电场200的有效和无功功率容量的示例方法300的流程图。可通过控制设备和/或控制系统（诸如图1中描绘的控制设备174或控制系统176或者图5中描绘的控制设备/系统510）来实现方法300。另外，为了说明和讨论的目的，图4描绘了以特定顺序执行的步骤。使用本文中提供的公开内容的本领域普通技术人员将会理解可以各种方式修改、省略、重新布置或扩充本文中公开的方法中的任何方法的各种步骤而不会背离本公开的范围。
如在302处所示出的，方法300可包括获得风电场200的风力涡轮机100中的每个风力涡轮机的一个或多个实时操作参数。在某些实施例中，一个或多个实时操作参数可包括风力涡轮机100中的一个风力涡轮机的每分钟操作旋转数（RPM）、温度、功率、高度、电流、电压或任何其他适合的操作参数。例如，控制设备174可被操作连接到一个或多个传感器（诸如一个或多个电压、电流、功率、温度或DFIG旋转速度传感器），并且可被配置成接收指示风电场200的一个或多个操作参数的测量。在一些实现中，控制设备174可被配置成基于从一个或多个传感器获得的一个或多个操作参数来确定一个或多个操作参数。
如在304处所示出的，方法300包括获得风电场200中的风力涡轮机100当中的每个风力涡轮机的一个或多个系统极限。例如，在某些实施例中，一个或多个系统极限可包括风力涡轮机100中的一个风力涡轮机的部件的电气极限（例如电压、电流等）、风力涡轮机100中的一个风力涡轮机的部件的尺寸限制（变压器尺寸、电力电缆尺寸、保护性尺寸等）、VAR增益、预定的无功功率容量或预定的有效功率容量。
如在306处所示出的，方法300包括测量风力涡轮机100中的每个风力涡轮机处的至少一个实时风况。例如，在一个实施例中，一个或多个实时风况可对应于风速、风湍流、阵风、风向、风加速度、风切变、风转向、尾流或任何其他风参数。此外，如所提及的，控制设备174可被操作连接到一个或多个传感器（诸如一个或多个风传感器）并且可被配置成接收指示风电场200中的各种风况的测量。
如在308处所示出的，方法300包括连续计算风电场200中的风力涡轮机100当中的每个风力涡轮机的作为一个或多个实时操作参数、一个或多个系统极限以及实时风速的函数的总的最大有功功率容量和总的最大无功功率容量。更具体地，在一个实施例中，可以立即计算最大有功和无功功率容量。在备选实施例中，可以预定的有规律的间隔来计算最大有功和无功功率容量。
在特定实施例中，控制设备174可使用电流操作参数、电压操作参数、温度操作参数或其他操作参数以及一个或多个系统极限和实时风速来确定特定时间点的总的无功功率容量（即产生无功功率的无功功率源的最大容量）。使用查找表或者计算，可由控制设备174基于正在由有功和无功功率源（例如DFIG 120）产生的有功功率的量来确定无功功率容量。在一些实现中，可基于其他参数（诸如部件的操作温度、部件的一个或多个电压或电流极限或者其他操作参数）来进一步确定无功功率容量。
例如，在一个实施例中，控制设备174被配置成计算电力变流器162的线路侧变流器168的最大有功和无功功率容量以及电力变流器162的转子侧变流器166的最大有功和无功功率容量。更具体地，在一个实施例中，当计算转子侧变流器166的最大无功功率容量时，控制设备174可考虑来自每个单独的涡轮机100的所有无功功率的源，其可包括例如实际的DFIG发电机VAR容量、发电机VAR放大系数、线路侧变流器VAR容量和瞬时操作温度以及每个涡轮机的安装高度。例如，DFIG表现出由定子124经由转子122放大无功功率发电机的能力。放大的水平是操作RPM和DFIG 120的设计的函数。从转子122到定子124的增益是操作RPM的函数。
因此，控制设备174可接着基于线路侧变流器168的最大有功和无功功率容量和转子侧变流器166的最大有功和无功功率容量以及发电机120容量来计算风电场200中的风力涡轮机100的总的最大有功和无功功率容量。在这样的实施例中，控制设备174可使用来自线路侧和转子侧变流器166、168和/或发电机120的电流、电压、温度等的任何组合以及一个或多个系统极限和实时风速来确定特定时间点的总的无功功率容量（即产生无功功率的无功功率源的最大容量）。
仍然参见图4，如在310处所示出的，方法300包括使用总的最大有功和无功功率容量以及功率曲线来生成风力涡轮机100中的每个风力涡轮机的发电机容量曲线。更具体地，如在本文中使用的，发电机容量曲线（还通常被称为D曲线）通常指代表系统的有功和无功输出极限的曲线。常规的发电机容量曲线常常将矩形或平的约束用于有功和无功输出极限。然而，本公开的发电机容量曲线表现出作为操作速度（RPM）的函数来变化的弯曲约束。
如在312处所示出的，方法300包括将风力涡轮机100中的每个风力涡轮机的发电机容量曲线传递到风电场200的电场级控制器204（图3）。在备选实施例中，方法300可包括以不同格式（例如包括可控的操作状态连同期望的容量、呈现操作状态或容量的期望的变化和/或指示改进的容量的任何其他函数的向量集合）传递包含在发电机容量曲线中的信息。
如在314处所示出的，方法300包括经由风电场200的电场级控制器204、抽头切换开关212的一个或多个抽头切换开关设置或者一个或多个无功功率设备214的设置基于发电机容量曲线来控制风电场200。更具体地，在一个实施例中，控制设备174可将风力涡轮机100中的每个风力涡轮机处的风速与预定阈值相比较。可以测量每个单独的风力涡轮机100处的风速，或者如图3中示出的，可将风力涡轮机100分成风力涡轮机的一个或多个集合206、208，并且可为每个集合测量风速。然而，应当理解，本文中描述的风力涡轮机100的第一和第二集合206、208可包括一个或多个风力涡轮机100。因而，如果风电场200中的风力涡轮机100的第一集合206（图3）（或单个风力涡轮100）的风速高于预定阈值，控制设备174被配置成基于相关联的发电机容量曲线来最大化风力涡轮机100的第一集合206的有功功率输出。在特定实施例中，最大化风力涡轮机100的第一集合206的有功功率输出的步骤可包括最小化风力涡轮机100的第一集合206的无功功率输出并且调整施加于风力涡轮机100的第一集合206的DFIG 120的转子122的至少一个电压或电流。
相反，如果风力涡轮机100的第二集合208的风速低于预定阈值，控制系统176和/或控制设备174被配置成基于相关联的发电机容量曲线来最大化风力涡轮机100的第二集合208的无功功率输出从而实现对于风电场200的无功功率产生需求的至少一部分。例如，在一个实施例中，控制系统176和/或控制设备174可通过调整风力涡轮机100的第二集合208的DFIG的转子122的电压的相位来最大化风力涡轮机100的第二集合208的无功功率输出。更具体地，控制系统176和/或控制设备174可控制风力涡轮机100中的每个风力涡轮机的线路侧变流器168的开关周期以便产生无功功率。例如，控制系统176和/或控制设备174可控制线路侧变流器168的开关行为使得来自线路侧变流器168的电流与电网184的正弦电压同相或者异相以便产生或者吸收无功功率。类似地，控制系统176和/或控制设备174可控制转子侧变流器166的开关周期以便产生或者吸收来自DFIG 120的无功功率。
如本文中描述的无功功率产生需求可以是从诸如外部控制系统190（例如公用事业调度控制系统）的控制系统接收的无功功率产生设定点。例如，风力涡轮机100可被调度以提供无功功率以便支持电网184。控制设备174可被配置成通过例如从控制系统190接收指示无功功率产生需求的命令来接收无功功率产生需求。因此，控制设备174可至少部分地基于无功功率产生需求来控制风电场200。例如，控制设备174可控制风力涡轮机100中的每个风力涡轮机使得来自风力涡轮机的组合的无功功率产生满足无功功率产生需求。
在另外的实施例中，基于发电机容量曲线来控制风电场200的步骤可包括独立调整多个风力涡轮机100中的每个风力涡轮机的无功功率输出以调节风电场200中的预定电压。
图5说明了根据本公开的示例实施例的示例控制设备/系统510。控制设备/系统510可以是例如控制设备174或控制系统176并且可与单独的风力涡轮机系统、风电场（例如群集级或电场级控制设备）相关联和/或可包括与风力涡轮机系统的方面相关联的一个或多个控制设备（诸如被配置成控制电力变流器162的一个或多个控制设备）。在一些实施例中，一个或多个控制设备510可包括一个或多个处理器512和一个或多个存储器设备514。可以分布一个或多个处理器512和一个或多个存储器设备514使得它们被定位在一个或多个场所或者与不同设备一起被定位。
一个或多个处理器512和一个或多个存储器设备514可被配置成执行各种计算机实现的功能和/或指令（例如如本文中公开的那样执行方法、步骤、计算等等并且存储相关数据）。指令在被一个或多个处理器512执行时可促使一个或多个处理器512根据本公开的示例方面来执行操作。例如，指令在被一个或多个处理器512执行时可促使一个或多个处理器512实现本文中讨论的方法。
另外，控制设备510可包括通信接口516以方便控制设备510与风力涡轮机系统、风电场或电力系统的各种部件之间的通信，包括如本文中描述的无功功率产生需求或感测的操作参数。此外，通信接口518可包括传感器接口518（例如一个或多个模拟-数字转换器）以允许从一个或多个传感器520、522传送的信号被转换成为可以被一个或多个处理器512理解并且处理的信号。应当意识到，可使用诸如有线或无线连接的任何适当的方式将传感器（例如传感器520、522）通信耦合至通信接口518。可使用任何适当的通信协议来传递信号。传感器（520、522）可以是例如电压传感器、电流传感器、功率传感器、DFIG旋转速度传感器、温度传感器或本文中描述的任何其他传感器设备。
同样地，一个或多个处理器512可被配置成从传感器520、522接收一个或多个信号。例如，在一些实施例中，一个或多个处理器512可从传感器520接收指示电压或电流的信号。在一些实施例中，一个或多个处理器512可从传感器522接收指示温度（例如DFIG温度、线路侧变流器温度）的信号。
如本文中使用的，术语“处理器”不仅指在本领域中被称为包括在计算机中的集成电路，而且还指控制设备、微控制设备、微型计算机、可编程逻辑控制器件（PLC）、专用集成电路以及其他可编程电路。另外，一个或多个存储器设备514可通常包括一个或多个存储器元件，包括但不限于计算机可读介质（例如随机存取存储器（RAM））、计算机可读非易失性介质（例如闪速存储器）、只读光盘（CD-ROM）、磁光盘（MOD）、数字化视频光盘（DVD）和/或其他适合的存储器元件。一个或多个这样的存储器设备514可通常被配置成存储适合的计算机可读指令，所述计算机可读指令在被一个或多个处理器512实现时配置控制设备510以执行如本文中描述的各种功能。
本文中讨论的技术提及基于计算机的系统和由基于计算机的系统采取的动作以及发送到基于计算机的系统的和从基于计算机的系统发送的信息。本领域普通技术人员将会认识到基于计算机的系统的内在灵活性考虑了各种各样可能的配置、组合以及部件之间和之中的任务和功能性的划分。例如，可使用单个计算设备或联合工作的多个计算设备来实现本文中讨论的过程。可在单个系统上实现数据库、存储器、指令以及应用或者可跨多个系统来分布数据库、存储器、指令以及应用。分布式部件可串行或并行地进行操作。
尽管可在一些附图并且不是在有些中示出了各种实施例的具体特征，但是这只是为了方便。根据本公开的原理，可与任何其他附图的任何特征结合来引用和/或请求保护附图的任何特征。
本书面描述使用示例来公开发明（包括最佳实施方式）并且还使得任何本领域技术人员能够实施发明（包括制造和使用任何设备或系统并且执行任何合并的方法）。发明的可取得专利权的范围由权利要求来限定并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例包括与权利要求的字面语言并无不同的结构元件或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同的结构元件，则这样的其他示例的意图是在权利要求的范围内。
部件列表
100 DFIG风力涡轮机系统
106 转子
108 转子叶片
110 旋转轮毂
118 齿轮箱
120 双馈感应发电机
122 转子
124 定子
136 DC环节
138 DC环节电容器
154 定子母线
156 转子母线
158 定子母线断路器
160 系统母线
162 功率转换系统
166 转子侧变流器
168 线路侧变流器
174 控制设备
176 控制系统
178 变压器
182 电网断路器
184 电网
186 线路母线断路器
188 线路侧母线
190 外部控制系统
200 风电场
202 变电站变压器
204 电场级控制器
206 风力涡轮机的第一集合
208 风力涡轮机的第二集合
210 变电站/变压器控制器
212 自动电压调节器
214 一个或多个无功功率设备
216 电容器组
218 电抗器组
220 STATCOM
300 方法
302 方法步骤
304 方法步骤
306 方法步骤
308 方法步骤
310 方法步骤
312 方法步骤
314 方法步骤
510 控制设备/系统
512 一个或多个处理器
514 一个或多个存储器设备
516 通信接口
518 传感器接口
520 传感器
522 传感器

Claims (20)

1.一种用于动态控制具有多个风力涡轮机的风电场的有效和无功功率容量的控制方法，所述多个风力涡轮机中的每个风力涡轮机具有双馈感应发电机(DFIG)和电力变流器，所述电力变流器具有线路侧变流器和转子侧变流器，所述控制方法包括：
通过包括一个或多个处理器和一个或多个存储器设备的控制设备获得所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的一个或多个实时操作参数；
通过所述控制设备获得所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的一个或多个系统极限；
经由一个或多个传感器测量所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机处的至少一个实时风况；
通过所述控制设备连续计算所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的作为所述一个或多个实时操作参数、所述一个或多个系统极限以及所述至少一个实时风况的函数的总的最大有功功率容量和总的最大无功功率容量；
通过所述控制设备使用所述总的最大有功和无功功率容量来生成所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的发电机容量曲线；
将所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的所述发电机容量曲线传递到所述风电场的电场级控制器；以及，
经由所述电场级控制器基于所述发电机容量曲线来控制所述风电场。
2.如权利要求1所述的控制方法，进一步包括经由所述电场级控制器基于所述风电场的一个或多个抽头切换开关设置或者无功功率设备设置中的至少一个来控制所述风电场，所述无功功率设备包括电容器组、电抗器组或静止同步补偿器(STATCOM)中的至少一个。
3.如权利要求1所述的控制方法，其中连续计算所述一个或多个风力涡轮机的所述总的最大有功功率容量和所述总的最大无功功率容量进一步包括：
计算所述电力变流器的线路侧变流器的最大有功功率容量和最大无功功率容量；
计算所述电力变流器的转子侧变流器的最大有功功率容量和最大无功功率容量；以及，
基于所述线路侧变流器的所述最大有功和无功功率容量以及所述转子侧变流器的所述最大有功和无功功率容量来计算所述一个或多个风力涡轮机的所述总的最大有功功率容量和所述总的最大无功功率容量。
4.如权利要求3所述的控制方法，其中计算所述电力变流器的所述转子侧变流器的所述最大有功功率容量和所述最大无功功率容量进一步包括在所述计算中合并实际的发电机无功功率容量、发电机无功功率放大系数或线路侧变流器无功功率容量中的至少一个。
5.如权利要求1所述的控制方法，进一步包括立即计算所述最大有功功率容量和所述最大无功功率容量。
6.如权利要求1所述的控制方法，进一步包括以预定的有规律的间隔计算所述最大有功功率容量和所述最大无功功率容量。
7.如权利要求1所述的控制方法，其中基于所述发电机容量曲线来控制所述风电场进一步包括：
将所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的所述至少一个风况与预定阈值相比较；
如果所述风电场中的风力涡轮机的第一集合的所述至少一个风况高于所述预定阈值，则基于相关联的发电机容量曲线来最大化所述风力涡轮机的第一集合的有功功率输出；以及，
如果风力涡轮机的第二集合的所述至少一个风况低于所述预定阈值，则基于相关联的发电机容量曲线来最大化所述风力涡轮机的第二集合的无功功率输出以实现对于所述风电场的无功功率产生需求的至少一部分，所述风力涡轮机的第一集合和第二集合各自包括一个或多个风力涡轮机。
8.如权利要求7所述的控制方法，其中基于相关联的发电机容量曲线来最大化所述风力涡轮机的第一集合的所述有功功率输出进一步包括最小化所述风力涡轮机的第一集合的无功功率输出并且调整施加于所述风力涡轮机的第一集合的所述双馈感应发电机(DFIG)的转子的至少一个电压或电流。
9.如权利要求8所述的控制方法，其中基于相关联的发电机容量曲线来最大化所述风力涡轮机的第二集合的所述无功功率输出进一步包括调整所述风力涡轮机的第二集合的所述双馈感应发电机(DFIG)的所述转子的电压的相位。
10.如权利要求1所述的控制方法，其中使用所述总的最大有功和无功功率容量来生成所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的所述发电机容量曲线进一步包括：
选择功率曲线上的操作点；
使用所述总的最大有功和无功功率容量以及所述操作点来生成所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的所述发电机容量曲线。
11.如权利要求1所述的控制方法，其中基于所述发电机容量曲线来控制所述风电场进一步包括独立调整所述多个风力涡轮机中的每个风力涡轮机的无功功率输出以调节所述风电场中的预定电压。
12.如权利要求1所述的控制方法，其中所述一个或多个实时操作参数包括所述多个风力涡轮机中的一个或多个风力涡轮机的每分钟操作旋转数(RPM)、温度、功率、高度、电流或电压中的至少一个。
13.如权利要求1所述的控制方法，其中所述一个或多个系统极限包括所述风力涡轮机中的一个风力涡轮机的部件的电气限制、所述风力涡轮机中的一个风力涡轮机的部件的尺寸限制、VAR增益、预定的无功功率容量或预定的有效功率容量中的至少一个。
14.如权利要求1所述的控制方法，其中所述至少一个实时风况包括风速、风湍流、阵风、风向、风加速度、风切变、风转向或尾流中的至少一个。
15.一种用于风力涡轮机的控制系统，所述风力涡轮机具有双馈感应发电机(DFIG)和电力变流器，所述电力变流器具有线路侧变流器和转子侧变流器，所述控制系统包括：
一个或多个处理器和一个或多个存储器设备，所述控制系统被配置成执行一个或多个操作，所述一个或多个操作包括：
获得所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的一个或多个实时操作参数；
获得所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的一个或多个系统极限；
获得所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机处的至少一个实时风况；
连续计算所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的作为所述一个或多个实时操作参数、所述一个或多个系统极限以及所述至少一个实时风况的函数的总的最大有功功率容量和总的最大无功功率容量；
使用所述总的最大有功和无功功率容量生成所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的发电机容量曲线；
将所述风力涡轮机中的每个风力涡轮机的所述发电机容量曲线传递到风电场的电场级控制器。
16.如权利要求15所述的控制系统，其中连续计算所述一个或多个风力涡轮机的所述总的最大有功功率容量和所述总的最大无功功率容量进一步包括：
计算所述电力变流器的线路侧变流器的最大有功功率容量和最大无功功率容量；
计算所述电力变流器的转子侧变流器计算最大有功功率容量和最大无功功率容量；以及，
基于所述线路侧变流器的所述最大有功和无功功率容量以及所述转子侧变流器的所述最大有功和无功功率容量来计算所述一个或多个风力涡轮机的所述总的最大有功功率容量和所述总的最大无功功率容量。
17.如权利要求16所述的控制系统，其中计算所述电力变流器的所述转子侧变流器的所述最大有功功率容量和所述最大无功功率容量进一步包括在所述计算中合并实际的发电机无功功率容量、发电机无功功率放大系数或线路侧变流器无功功率容量中的至少一个。
18.如权利要求15所述的控制系统，进一步包括立即计算所述最大有功功率容量和所述最大无功功率容量。
19.如权利要求15所述的控制系统，进一步包括以预定的有规律的间隔计算所述最大有功功率容量和所述最大无功功率容量。
20.如权利要求15所述的控制系统，其中所述一个或多个实时操作参数包括所述风力涡轮机的每分钟操作旋转数(RPM)、温度、功率、高度、电流或电压中的至少一个，所述一个或多个系统极限包括所述风力涡轮机中的一个风力涡轮机的部件的电气限制、所述风力涡轮机中的一个风力涡轮机的部件的尺寸限制、VAR增益、预定的无功功率容量或预定的有效功率容量中的至少一个，并且所述至少一个实时风况包括风速、风湍流、阵风、风向、风加速度、风切变、风转向或尾流中的至少一个。
CN201811346208.3A 2017-11-13 2018-11-13 风电场的动态有功和无功功率容量 Active CN109995093B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/810,269 US10570882B2 (en) 2017-11-13 2017-11-13 Dynamic active and reactive power capability for wind farms
US15/810269 2017-11-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109995093A CN109995093A (zh) 2019-07-09
CN109995093B true CN109995093B (zh) 2023-07-18

Family

ID=64109751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811346208.3A Active CN109995093B (zh) 2017-11-13 2018-11-13 风电场的动态有功和无功功率容量

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10570882B2 (zh)
EP (1) EP3484008B1 (zh)
CN (1) CN109995093B (zh)
DK (1) DK3484008T3 (zh)
ES (1) ES2842929T3 (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016105662A1 (de) * 2016-03-29 2017-10-05 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum Einspeisen elektrischer Leistung in ein elektrisches Versorgungsnetz mit einem Windpark sowie Windpark
EP3497323A1 (en) * 2016-08-09 2019-06-19 MHI Vestas Offshore Wind A/S Wind turbine control method and system
US10826297B2 (en) * 2018-11-06 2020-11-03 General Electric Company System and method for wind power generation and transmission in electrical power systems
US10767630B1 (en) * 2019-05-28 2020-09-08 General Electric Company System and method for operating a wind farm during low wind speeds
CN111030193A (zh) * 2019-12-06 2020-04-17 国网电力科学研究院有限公司 一种风电场参与电网快速调频调压的控制方法、装置和系统
CN110970941B (zh) * 2019-12-26 2024-03-01 国网内蒙古东部电力有限公司通辽供电公司 一种双馈风力发电机组无功输出范围的精确计算方法
US11444461B2 (en) * 2020-06-19 2022-09-13 General Electric Company System and method for dynamically estimating inverter-based resource reactive power capability
ES2941641T3 (es) * 2020-09-14 2023-05-24 Vestas Wind Sys As Método de control de un generador de aerogenerador
CN112084611B (zh) * 2020-11-16 2021-02-02 华自科技股份有限公司 一种电站拓扑生成方法及存储介质
EP4060889A1 (en) 2021-03-19 2022-09-21 Siemens Gamesa Renewable Energy Innovation & Technology S.L. Dynamically obtaining maximum capacities in a dfim electric drive
US20230361569A1 (en) * 2022-05-06 2023-11-09 General Electric Renovables Espana, S.L. System and method for controlling a plurality of power generators
CN115912484B (zh) * 2022-12-08 2024-02-20 南方电网数字电网研究院有限公司 一种提供电网主动支撑能力的风电场功率快速控制系统

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009083446A2 (en) * 2007-12-28 2009-07-09 Vestas Wind Systems A/S Apparatus and method for controlling reactive power from clusters of wind turbines connected to a utility grid
CN101995529A (zh) * 2009-08-21 2011-03-30 维斯塔斯风力系统集团公司 用于风力涡轮发电机中的电力滤波器的监视以及电力滤波器失效的检测的系统和方法
CN102570496A (zh) * 2010-12-08 2012-07-11 西门子公司 用于风力涡轮机的故障穿越方法、转换器和发电单元
CN102979674A (zh) * 2011-09-05 2013-03-20 西门子公司 使用自适应参考变量操作风力涡轮机的系统和方法
CN103683318A (zh) * 2012-08-31 2014-03-26 通用电气公司 响应于高压电网事件控制双馈感应发电机的系统和方法
CN103856129A (zh) * 2012-11-30 2014-06-11 通用电气公司 用于从电网意外事件中恢复时操作风机的方法和系统
WO2015086022A1 (en) * 2013-12-11 2015-06-18 Vestas Wind Systems A/S A wind power plant, and a method for controlling a reactive current injection in a wind power plant
CN105850000A (zh) * 2013-12-11 2016-08-10 维斯塔斯风力系统有限公司 风力发电厂和用于增加风力发电厂的无功功率容量的方法
EP3098923A1 (en) * 2015-05-29 2016-11-30 General Electric Company Hybrid ac and dc distribution system and method of use

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6137187A (en) 1997-08-08 2000-10-24 Zond Energy Systems, Inc. Variable speed wind turbine generator
DE10059018C2 (de) 2000-11-28 2002-10-24 Aloys Wobben Windenergieanlage bzw. Windpark bestehend aus einer Vielzahl von Windenergieanlagen
US6924565B2 (en) 2003-08-18 2005-08-02 General Electric Company Continuous reactive power support for wind turbine generators
CN101401294B (zh) * 2006-03-17 2013-04-17 英捷电力技术有限公司 具有激励器设备和不连接至电网的功率变换器的变速风机
BRPI0716012A2 (pt) 2006-09-01 2013-07-30 Vestas Wind Sys As controlador central, usina eàlica, mÉtodo para controlar uma turbina eàlica em uma usina eàlica, e turbina eàlica
US7531911B2 (en) 2006-12-22 2009-05-12 Ingeteam Energy, S.A. Reactive power control for operating a wind farm
CN100561857C (zh) 2007-01-15 2009-11-18 陈亚洲 多级调整功率的发变电系统
JP4441549B2 (ja) 2007-06-12 2010-03-31 株式会社水道技術開発機構 管継手部の離脱防止装置
US7884492B2 (en) 2007-11-13 2011-02-08 General Electric Company Methods and systems for wind turbine generators
ES2327484B1 (es) 2008-01-22 2010-08-03 Acciona Windpower S,A, Sistema y metodo de control de un parque eolico.
US7994658B2 (en) 2008-02-28 2011-08-09 General Electric Company Windfarm collector system loss optimization
US7839024B2 (en) 2008-07-29 2010-11-23 General Electric Company Intra-area master reactive controller for tightly coupled windfarms
JP5320311B2 (ja) 2010-01-18 2013-10-23 三菱重工業株式会社 可変速発電装置及びその制御方法
US8432052B2 (en) 2010-05-27 2013-04-30 Rockwell Automation Technologies, Inc. Wind power converter system with grid side reactive power control
BR112013002727B1 (pt) 2010-08-02 2020-01-14 Ge Renewable Technologies Wind B.V. método de regulação de potência reativa em um parque eólico conectado a uma rede elétrica, método de regulação de potência reativa em uma turbina eólica e parque eólico conectado a uma rede elétrica
US8664800B2 (en) 2010-08-31 2014-03-04 General Electric Company System and method for distribution of inverter VAR support
CN103190054B (zh) * 2010-08-31 2016-08-10 维斯塔斯风力系统集团公司 风力发电场的电输出的控制
WO2012062323A2 (en) 2010-11-10 2012-05-18 Vestas Wind Systems A/S Method and system for operating a wind turbine
CN102667144A (zh) 2010-11-25 2012-09-12 三菱重工业株式会社 用于风力发电站的输出控制方法和输出控制单元
DE102011008615A1 (de) 2011-01-14 2012-07-19 Repower Systems Ag Ansteuerschaltung und -verfahren für Umrichter von Windenergieanlagen
US8957535B2 (en) 2011-01-17 2015-02-17 Vestas Wind Systems A/S Fault tolerant wind turbine converter
US9588557B2 (en) 2011-11-11 2017-03-07 Thomas Alexander Wilkins Reactive following for distributed generation and loads of other reactive controller(s)
US20120136494A1 (en) 2011-12-21 2012-05-31 Andreas Kirchner Method of controlling reactive power in a wind farm
CN103457270B (zh) 2012-05-31 2017-12-12 黄留欣 变压器集中动态无功补偿装置
EP2679812B1 (en) 2012-06-28 2014-12-31 Siemens Aktiengesellschaft Wind park control system
CN104641529B (zh) 2012-09-17 2018-09-18 维斯塔斯风力系统集团公司 用于确定发电设备控制器中的个体设定点的方法和发电设备控制器
CN102882229B (zh) 2012-09-21 2015-06-17 北京金风科创风电设备有限公司 风电场动态电压自动控制系统
BR112015009413B1 (pt) 2012-10-30 2021-09-14 Siemens Aktiengesellschaft Método para regulagem de uma instalação de fornecimento de energia
EP2851558B1 (en) 2013-09-18 2017-07-19 Siemens Aktiengesellschaft Method of controlling a wind turbine
JP5946810B2 (ja) 2013-10-18 2016-07-06 三菱重工業株式会社 電力システム及びその運転方法、並びに電力システムの制御装置
US9453497B2 (en) * 2014-03-18 2016-09-27 General Electric Company Method for operating a wind farm
US9780710B2 (en) 2014-04-15 2017-10-03 General Electric Company Reactive power control for wind turbine generators
CN203942292U (zh) 2014-07-14 2014-11-12 国家电网公司 一种含多源电网的无延时最优无功协调控制系统
EP3204996A1 (en) 2014-10-07 2017-08-16 Vestas Wind Systems A/S Reactive power support from wind turbine facilities
US9447772B2 (en) 2014-12-18 2016-09-20 General Electric Company Systems and methods for increasing wind turbine power output
CN105762838B (zh) 2016-05-13 2018-08-14 国电南瑞科技股份有限公司 一种风电集群无功电压多目标控制方法
CN105914758B (zh) 2016-05-17 2018-04-10 华北电力大学 考虑分布式电源无功补偿成本的电网无功优化方法
CN106684881A (zh) 2016-11-28 2017-05-17 国家电网公司 一种地调avc系统中的母线电压调整方法及装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009083446A2 (en) * 2007-12-28 2009-07-09 Vestas Wind Systems A/S Apparatus and method for controlling reactive power from clusters of wind turbines connected to a utility grid
CN101995529A (zh) * 2009-08-21 2011-03-30 维斯塔斯风力系统集团公司 用于风力涡轮发电机中的电力滤波器的监视以及电力滤波器失效的检测的系统和方法
CN102570496A (zh) * 2010-12-08 2012-07-11 西门子公司 用于风力涡轮机的故障穿越方法、转换器和发电单元
CN102979674A (zh) * 2011-09-05 2013-03-20 西门子公司 使用自适应参考变量操作风力涡轮机的系统和方法
CN103683318A (zh) * 2012-08-31 2014-03-26 通用电气公司 响应于高压电网事件控制双馈感应发电机的系统和方法
CN103856129A (zh) * 2012-11-30 2014-06-11 通用电气公司 用于从电网意外事件中恢复时操作风机的方法和系统
WO2015086022A1 (en) * 2013-12-11 2015-06-18 Vestas Wind Systems A/S A wind power plant, and a method for controlling a reactive current injection in a wind power plant
CN105850000A (zh) * 2013-12-11 2016-08-10 维斯塔斯风力系统有限公司 风力发电厂和用于增加风力发电厂的无功功率容量的方法
EP3098923A1 (en) * 2015-05-29 2016-11-30 General Electric Company Hybrid ac and dc distribution system and method of use

Also Published As

Publication number Publication date
US10570882B2 (en) 2020-02-25
ES2842929T3 (es) 2021-07-15
DK3484008T3 (da) 2020-12-21
CN109995093A (zh) 2019-07-09
US20190145376A1 (en) 2019-05-16
EP3484008A1 (en) 2019-05-15
BR102018073252A2 (pt) 2019-10-22
EP3484008B1 (en) 2020-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109995093B (zh) 风电场的动态有功和无功功率容量
US10731630B2 (en) Extended reaction power for wind farms
EP3189391B1 (en) System and method for optimizing wind turbine operation
EP2323251B1 (en) Method and apparatus for controlling a wind turbine
CN105715452B (zh) 用于增加风力涡轮机功率输出的系统和方法
AU2018258268A1 (en) Energy storage system for doubly fed induction generator
CN114930711A (zh) 用于为双馈风力涡轮发电机提供电网形成控制的系统和方法
EP3614520A1 (en) Systems and methods for controlling electrical power systems connected to a power grid
EP3816435A1 (en) System and method for operating a wind turbine power system based on statistical analysis of operational and/or grid data thereof
US10054108B2 (en) Wind turbine system and method for controlling a wind turbine system by power monitoring
EP3457417B1 (en) Control method for protecting transformers
US10871145B2 (en) System and method for preventing voltage collapse of wind turbine power systems connected to a power grid
US10218298B2 (en) Spillover of reactive current to line side converter
EP3767772A1 (en) System and method for reducing oscillations in a renewable energy power system
EP3410556A1 (en) Control method for protecting generators
US11682990B2 (en) System and method for dynamically estimating active power capability of an inverter-based resource
US10975847B1 (en) System and method for farm-level control of transient power boost during frequency events
US11901735B2 (en) System and method for reducing instability in reactive power command of an inverter-based resource
EP4175103A1 (en) Adaptive gain control for a reactive power regulator of an inverter-based resource
BR102018073252B1 (pt) Método de controle e sistema de controle para uma turbina eólica
CN115342024A (zh) 用于操作风力涡轮的方法和功率装置

Legal Events

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

Effective date of registration: 20240110

Address after: Barcelona, Spain

Patentee after: Ge renewable energy Spain Ltd.

Address before: New York State, USA

Patentee before: General Electric Co.