CN111082452A - 用于提供无功功率的风力涡轮的动态管理的系统和方法 - Google Patents

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E.乌本
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Abstract

提供用于控制提供无功功率的风力涡轮的系统和方法。具体而言，可提供一种用于控制功率系统的方法，该功率系统包括控制器和通过互连点电连接于电力网的一个或多个风力涡轮。方法可包括从传感器接收信号，该信号与风力涡轮相关联。方法还可包括至少部分地基于传感器信号中的一个或多个来确定在低风或无风操作条件下操作的风力涡轮。方法还可包括确定在低风或无风条件下操作的风力涡轮的无功功率能力，并且至少部分地基于风力涡轮的无功功率能力来生成控制信号。方法还可包括基于控制信号来控制风力涡轮的操作状态。

Description

用于提供无功功率的风力涡轮的动态管理的系统和方法
技术领域
本公开大体上涉及用于控制风力涡轮的系统和方法，并且更具体而言，涉及用于控制提供无功功率的风力涡轮的系统和方法。
背景技术
风功率被认为是目前可用的最清洁、最环保的能源之一，并且风力涡轮在这方面获得越来越多的关注。如果利用控制系统和方法学来协调由可再生能源产生的功率、功率分配系统上的功率需求以及基于变化的操作状态(关于可再生能源为固有的)消耗的功率，则现有的电功率分配系统(例如，电力网)可用于分配来自可再生能源(如风)的功率。例如，风力涡轮的操作状态可基于风速或在没有风的情况下变化。
由于风功率不是具有及时恒定功率输出的功率源，而是包括变化，故功率分配系统的运营商必须考虑到这一点。结果之一是，例如，分配和传输网络变得更加难以管理。这还与引入到功率分配系统中的无功功率的量的管理有关。
有效功率在电压和电流同相时生成或消耗。无功功率在电压和电流异相(例如，90度)时生成或消耗。电压在电功率分配系统内的维持对系统关于功率输送和功率流的稳定性而言为重要的。未能在电功率分配系统内维持电压可对系统造成不良后果和影响，包括电压崩溃，其可引起对生成、传输以及分配设备的损坏并且导致停电。无功功率由电功率分配系统内的构件生成或吸收，以维持系统电压水平，通常称为提供“电压支持”或“电压调节”。因此，无功功率是为了电功率分配系统的维护和正确操作而必须产生的能量。电功率分配系统(例如，电网)的稳定性与无功功率的生成和/或消耗有关；因此，通常必要的是控制来自可再生能源的无功功率输出以满足电力需求，同时为电网提供稳定性。
风力涡轮和风电场可用于提供无功功率。电压调节所需的无功功率经常由风电场中的一个或多个风力涡轮并且在它们之间基于各个风力涡轮的无功功率能力成比例地生成。然而，当风力涡轮保持操作以提供无功功率时，风力涡轮将消耗一定量的有功功率或有效功率，甚至在风力涡轮的无功功率能力不被充分地利用时。在一些情况下，用于提供无功功率的风力涡轮可引起有功功率消耗，其与提供显著有功功率生成的风力涡轮的有功功率消耗相当。因此，在风电场设定中，保持操作以提供无功功率的多个风力涡轮的低效使用可导致显著且不必要的有功功率消耗。此类显著且不必要的有功功率消耗浪费可用的有效功率，并且可导致风电场或风力涡轮运营商不必要的成本。
因此，用于控制提供无功功率的风力涡轮的系统和方法将为有用且受欢迎的，该系统和方法关于有功或有效功率消耗提高效率或者降低有功或有效功率消耗，但是维持风力涡轮和风电场将适合量的无功功率提供至电功率分配系统的能力。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可从描述为明显的，或者可通过本公开的示例性实施例的实践学习。
本公开的一个示例性方面涉及一种用于控制风电场电功率系统的方法。风电场电功率系统可包括控制器和通过互连点电连接于电力网的一个或多个风力涡轮。方法包括由控制器从传感器接收一个或多个信号，该一个或多个信号与一个或多个风力涡轮相关联。控制器可基于传感器信号来确定在低风或无风条件下操作的一个或多个风力涡轮。控制器还用于确定在低风或无风条件下操作的风力涡轮的无功功率能力。方法包括至少部分地基于在低风或无风条件下操作的一个或多个风力涡轮的无功功率能力来由控制器生成一个或多个控制信号，以及至少部分地基于一个或多个控制信号来控制一个或多个风力涡轮的操作状态。
本公开的另一示例性方面涉及一种用于操作风电场电功率系统的控制系统。风电场电功率系统包括通过互连点电连接于电力网的一个或多个风力涡轮。控制系统包括一个或多个处理器和一个或多个存储装置。存储装置可构造成储存指令，该指令在由处理器执行时，可使处理器执行操作。操作可包括从传感器接收一个或多个信号，该一个或多个信号与一个或多个风力涡轮相关联，以及至少部分地基于一个或多个传感器信号来确定在低风或无风操作条件下操作的一个或多个风力涡轮。操作还可包括确定在低风或无风条件下操作的一个或多个风力涡轮的无功功率能力，至少部分地基于在低风或无风条件下操作的一个或多个风力涡轮的无功功率能力来生成一个或多个控制信号，以及至少部分地基于一个或多个控制信号来控制一个或多个风力涡轮的操作状态。
本公开的另一示例性方面涉及一种风电场。风电场可包括一个或多个风力涡轮，其通过互连点电连接于电力网。风电场可包括控制器，其构造成执行一个或多个操作。操作可包括从传感器接收一个或多个信号，该一个或多个信号与一个或多个风力涡轮相关联，以及至少部分地基于一个或多个传感器信号来确定在低风或无风操作条件下操作的一个或多个风力涡轮。操作还可包括确定在低风或无风条件下操作的一个或多个风力涡轮的无功功率能力，和至少部分地基于在低风或无风条件下操作的一个或多个风力涡轮的无功功率能力来生成一个或多个控制信号，以及至少部分地基于一个或多个控制信号来控制一个或多个风力涡轮的操作状态。
技术方案1. 一种用于控制风电场电功率系统的方法，其中所述风电场电功率系统包括控制器和通过互连点电连接于电力网的一个或多个风力涡轮，所述方法包括：
由所述控制器从传感器接收一个或多个信号，所述一个或多个信号与所述一个或多个风力涡轮相关联；
至少部分地基于所述传感器信号中的所述一个或多个来由所述控制器确定在低风或无风条件下操作的一个或多个风力涡轮；
由所述控制器确定在低风或无风条件下操作的所述一个或多个风力涡轮的无功功率能力；
至少部分地基于在低风或无风条件下操作的所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力来由所述控制器生成一个或多个控制信号；以及
至少部分地基于所述一个或多个控制信号来控制所述一个或多个风力涡轮的操作状态。
技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
至少部分地基于所述互连点处所需的无功功率的水平来由所述控制器确定一个或多个阈值；
由所述控制器将在低风或无风条件下操作的所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力与所述一个或多个阈值比较；以及
至少部分地基于所述比较来由所述控制器生成所述一个或多个控制信号。
技术方案3. 根据技术方案2所述的方法，其特征在于，所述一个或多个阈值至少部分地基于与所述互连点处的所述无功功率要求相关联的迟滞窗，并且其中所述一个或多个阈值至少包括上阈值和下阈值。
技术方案4. 根据技术方案3所述的方法，其特征在于，至少部分地基于所述一个或多个控制信号来控制所述一个或多个风力涡轮的操作状态还包括：
当在低风或无风条件下操作的所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力超过所述上阈值时，停用在低风或无风条件下操作的一个或多个风力涡轮。
技术方案5. 根据技术方案3所述的方法，其特征在于，至少部分地基于所述一个或多个控制信号来控制所述一个或多个风力涡轮的操作状态还包括：
至少部分地基于所述传感器信号中的所述一个或多个来由所述控制器确定被停用并在低风或无风条件下定位的一个或多个风力涡轮；
当在低风或无风条件下操作的所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力小于所述下阈值时，激活所述停用的风力涡轮中的一个或多个。
技术方案6. 根据技术方案3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
由所述控制器识别用于所述一个或多个风力涡轮中的各个的操作运行时间，其中所述操作运行时间对应于时间段，所述一个或多个风力涡轮在所述时间段期间处于操作状态并将无功功率或有效功率提供至所述电力网；以及
至少部分地基于所述风力涡轮中的所述一个或多个的所述操作运行时间来控制一个或多个风力涡轮的所述操作状态。
技术方案7. 根据技术方案3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
由所述控制器识别所述一个或多个风力涡轮中的各个与所述互连点之间的距离；以及
至少部分地基于所述一个或多个风力涡轮中的各个与所述互连点之间的所述距离来控制一个或多个风力涡轮的所述操作状态。
技术方案8. 根据技术方案3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
由所述控制器将所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力与所述上阈值比较；
当所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力小于所述上阈值时，由所述控制器将所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力与所述下阈值比较；
当所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力小于所述下阈值时，由所述控制器生成一个或多个控制信号；以及
至少部分地基于所述一个或多个控制信号来控制一个或多个风力涡轮的所述操作状态，使得所述风力涡轮中的一个或多个被激活并且以操作状态放置，使得所述一个或多个风力涡轮将无功功率能力提供至所述电力网。
技术方案9. 根据技术方案3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
由所述控制器识别用于所述一个或多个风力涡轮中的各个的非操作时间段，其中所述非操作时间段对应于时间段，所述一个或多个风力涡轮在所述时间段期间不能够将无功功率或有效功率提供至所述电力网；以及
至少部分地基于所述非操作时间段来控制一个或多个风力涡轮的所述操作状态。
技术方案10. 根据技术方案3所述的方法，其特征在于，所述低风条件包括低于风阈值的风速，所述风阈值对应于所述风力涡轮中的一个可以以其生成有效功率的量的风量，所述有效功率的量小于由所述风力涡轮消耗的有效功率的量。
技术方案11. 一种用于操作风电场电功率系统的控制系统，其中所述风电场电功率系统包括通过互连点电连接于电力网的一个或多个风力涡轮，所述控制系统包括：
一个或多个处理器；
一个或多个存储装置，其中所述一个或多个存储装置构造成储存指令，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器执行操作，所述操作包括：
由所述控制器从传感器接收一个或多个信号，所述一个或多个信号与所述一个或多个风力涡轮相关联；
至少部分地基于所述传感器信号中的所述一个或多个来由所述控制器确定在低风或无风操作条件下操作的一个或多个风力涡轮；
由所述控制器确定在低风或无风条件下操作的所述一个或多个风力涡轮的无功功率能力；
至少部分地基于在低风或无风条件下操作的所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力来由所述控制器生成一个或多个控制信号；以及
至少部分地基于所述一个或多个控制信号来控制所述一个或多个风力涡轮的操作状态。
技术方案12. 根据技术方案11所述的控制系统，其特征在于，操作还包括：
至少部分地基于所述互连点处所需的无功功率的水平来由所述控制器确定一个或多个阈值；
由所述控制器将在低风或无风条件下操作的所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力与所述一个或多个阈值比较；以及
至少部分地基于所述比较来由所述控制器生成所述一个或多个控制信号。
技术方案13. 根据技术方案12所述的控制系统，其特征在于，所述一个或多个阈值至少部分地基于与所述互连点处的所述无功功率要求相关联的迟滞窗，并且其中所述一个或多个阈值至少包括上阈值和下阈值。
技术方案14. 根据技术方案13所述的控制系统，其特征在于，操作还包括：
当在低风或无风条件下操作的所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力超过所述上阈值时，停用在低风或无风条件下操作的一个或多个风力涡轮。
技术方案15. 根据技术方案13所述的控制系统，其特征在于，至少部分地基于所述一个或多个控制信号来控制所述一个或多个风力涡轮的操作状态的所述操作还包括：
至少部分地基于所述传感器信号中的所述一个或多个来由所述控制器确定被停用并在低风或无风条件下定位的一个或多个风力涡轮；
当在低风或无风条件下操作的所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力小于所述下阈值时，激活所述停用的风力涡轮中的一个或多个。
技术方案16. 根据技术方案13所述的控制系统，其特征在于，操作还包括：
由所述控制器识别用于所述一个或多个风力涡轮中的各个的操作运行时间，其中所述操作运行时间为时间段，所述一个或多个风力涡轮在所述时间段期间处于操作状态以将无功功率或有效功率提供至所述电力网；以及
至少部分地基于所述风力涡轮中的所述一个或多个的所述操作运行时间来控制一个或多个风力涡轮的所述操作状态。
技术方案17. 根据技术方案13所述的控制系统，其特征在于，操作还包括：
由所述控制器识别所述一个或多个风力涡轮中的各个与所述互连点之间的距离；以及
至少部分地基于所述一个或多个风力涡轮中的各个与所述互连点之间的所述距离来控制一个或多个风力涡轮的所述操作状态。
技术方案18. 根据技术方案13所述的控制系统，其特征在于，操作还包括：
由所述控制器将所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力与所述上阈值比较；
当所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力小于所述上阈值时，由所述控制器将所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力与所述下阈值比较；
当所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力小于所述下阈值时，由所述控制器生成一个或多个控制信号；以及
至少部分地基于所述一个或多个控制信号来控制一个或多个风力涡轮的所述操作状态，使得所述风力涡轮中的一个或多个被激活并且以操作状态放置，使得所述一个或多个风力涡轮将无功功率能力提供至所述电力网。
技术方案19. 根据技术方案13所述的控制系统，其特征在于，操作还包括：
由所述控制器识别用于所述一个或多个风力涡轮中的各个的非操作时间段，其中所述非操作时间段为时间段，所述一个或多个风力涡轮在所述时间段期间不能够将无功功率或有效功率提供至所述电力网；以及
至少部分地基于所述非操作时间段来控制一个或多个风力涡轮的所述操作状态。
技术方案20. 一种风电场，其包括：
一个或多个风力涡轮，其通过互连点电连接于电力网；
控制器，其构造成执行一个或多个操作，所述一个或多个操作包括：
由所述控制器从传感器接收一个或多个信号，所述一个或多个信号与所述一个或多个风力涡轮相关联；
至少部分地基于所述传感器信号中的所述一个或多个来由所述控制器确定在低风或无风操作条件下操作的一个或多个风力涡轮；
由所述控制器确定在低风或无风条件下操作的所述一个或多个风力涡轮的无功功率能力；
至少部分地基于所述互连点处所需的无功功率的水平来由所述控制器确定一个或多个阈值；
由所述控制器将在低风或无风条件下操作的所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力与所述一个或多个阈值比较；
至少部分地基于所述比较来由所述控制器生成所述一个或多个控制信号；以及
至少部分地基于所述一个或多个控制信号来控制所述一个或多个风力涡轮的操作状态。
可对本公开的这些示例性方面作出变型和改型。各个实施例的这些及其它的特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入在本说明书中并且构成本说明书的部分的附图示出本公开的实施例，并且连同描述用于阐释相关的原理。
附图说明
针对本领域技术人员的实施例的详细论述在参照附图的说明书中阐述，在该附图中：
图1描绘根据本公开的示例性实施例的风力涡轮的部分的透视图；
图2描绘根据本公开的示例性实施例的风力涡轮电功率系统的示意图，该风力涡轮电功率系统适合于与图1中示出的风力涡轮一起使用；
图3描绘根据本公开的示例性实施例的风电场电功率系统的示意图；
图4描绘根据本公开的示例性实施例的控制器的框图；
图5描绘控制提供无功功率的风力涡轮且用于减少风力涡轮的有功功率消耗的示例性方法的流程图；
图6描绘控制提供无功功率的风力涡轮且用于减少风力涡轮的有功功率消耗的示例性方法的部分的流程图；以及
图7描绘控制提供无功功率的风力涡轮且用于减少风力涡轮的有功功率消耗的示例性方法的部分的流程图。
具体实施方式
现在将详细参照本公开的实施例，其一个或多个实例在附图中示出。各个实例经由阐释本公开提供，而不限制本公开。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，可在本公开中作出各种改型和变型，而不脱离本公开的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的部分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，本公开覆盖归入所附权利要求和它们的等同物的范围内的此类改型和变型。
随着风力发电的成功发展，该形式的功率获得了巨大的市场份额。由于风功率不是具有及时恒定功率输出的功率源，而是包括例如由于风速的变化而引起的变化，故功率分配网络的运营商必须考虑到这一点。结果之一是，例如，分配和传输网络变得更加难以管理。这还和网络中的无功功率流的量的管理有关。
本公开的示例性方面涉及用于控制风力涡轮的系统和方法，并且更具体而言，涉及用于控制提供无功功率的风力涡轮的系统和方法。用以产生有效功率的风力涡轮的能力基于环境条件，包括风力条件。在无风或低风条件期间，风力涡轮可用于提供无功功率能力，用于电压调节(例如，电压支持)、无功功率(例如，VAR、伏安无功)和功率因数(Pf)调节。无风条件在风力涡轮处的风速低于风速阈值时存在，该风速阈值表示使转子和转子叶片转动所必需的最小风量。低风条件在风速低于风速阈值时存在，在该风速阈值处，存在不充足的风量，以容许风力涡轮产生或生成有效功率的量，其超过风力涡轮保持操作所消耗的有效功率的量。换言之，在风力涡轮处可用的风速使得风力涡轮不可生成足够的有效功率来满足风力涡轮的有效率功率需求或需要。低风条件还可表示稳定的风条件，其将使风力涡轮的转子移动超过涡轮的切入速度(该稳定的风条件典型地为近似3到4 m/s的稳定状态风速)。
在许多情况下，除了基于当前电网条件的电压调节、VAR和功率因数调节所需的无功功率以外，不存在对无功功率能力的要求或需要。在许多情况下，连接于电力网的风力涡轮具有无功功率能力，其超出电力网的要求。就此而言，本公开的示例性方面涉及系统和方法，该系统和方法用于控制风力涡轮和风电场，使得当风电场中的风力涡轮或者一个或多个风力涡轮不用于有功或有效功率生成时，无功功率可在风电场或风力涡轮与电力网的互连点(POI)处提供。
根据本公开的系统和方法的示例性方面，可动态地管理或控制风力涡轮和风电场，使得这些可再生能源(例如，风力涡轮)关于有效功率消耗更有效地操作，同时还维持风力涡轮和风电场将适合量的无功功率提供至电功率分配系统或电力网的能力。当风力涡轮在低风或无风条件期间保持操作时，风力涡轮和风电场消耗一定量的有效功率或者引起一定量的有功功率消耗，甚至在风电场控制器未充分地利用风力涡轮中的一些或全部来提供无功功率时。当操作风电场内的风力涡轮或多个风力涡轮以提供无功功率时，至少部分地基于调节风力涡轮或风电场与电力网之间的POI处的电压、VAR和/或Pf所需的无功功率来调节或控制哪些风力涡轮提供无功功率可为有益的。在无风或低风条件下操作的风力涡轮或在其它条件下提供无功功率的那些风力涡轮，可经由基于风力涡轮的一个或多个特性(例如，风力涡轮大小、地点、使用年限、维护状态)、电力网的特性(例如，电网的强度或状况、风电场或风力涡轮至电网的连接的强度或状况、电网架构、电网地点)、电网上的负载的特性(例如，重或可变的负载)，和/或环境条件(例如，用于一个或多个风力涡轮的风力条件)选择性地激活或停用风力涡轮中的一个或多个，通过本公开的系统和方法的示例性实施例来动态地且有效地管理。
根据本公开的系统和方法的示例性方面，可动态地管理风力涡轮，使得最小或接近最小数量的风力涡轮保持激活，以在无风或低风条件期间维持POI处的期望的无功功率条件。通过基于风力涡轮、电力网、电网上的负载和/或环境条件的一个或多个特性的选择性激活(即，打开或进入操作状态)或停用(即，关闭或进入非操作状态)来提供无功功率的风力涡轮的动态管理，关于风电场或风力涡轮的操作为有利的，并且在大多数(如果不是全部)操作条件下允许平滑、连续、合适且快速的电压调节和电压支持，并且可具有提供电网加固以及适当或所需量的无功功率的技术效果和益处，同时同步提供减少未充分利用它们的无功功率能力的非活动风力涡轮和/或风力涡轮所消耗的有效功率的优点。以该方式，本公开的示例性方面可提供许多技术效果和益处，包括减少或消除可用有效功率由风力涡轮的不必要消耗和浪费，以及减少风电场或风力涡轮所有者或运营商的操作成本。
通过选择性激活和停用来提供无功功率的风力涡轮的动态管理还可允许针对无风或低风条件而特别设计或需要的电网加固的减少或消除。此类系统和方法还提供现有风力涡轮的优点，以提供电网支持所必需的无功功率，以使可连接于电网的其它生成资源可更有效地或经济地用于功率生成和分配。此类优点的技术效果和益处包括通过减少或消除对传输加固的要求，以及减少或消除有效功率由风力涡轮(对满足电网的无功功率要求没有贡献)的消耗的更经济的系统操作。本公开的示例性系统或方法的此类优点的其它技术效果和益处包括针对电网事件的增强的电网安全性、在变化条件下的严格电压调节、免受系统电压干扰的安全性，以及对用于连接于电网的其它生成资源的必须运行生成的降低的要求，该必须运行生成可对将有效功率供应至非活动风力涡轮和/或风电场而言为必要的。以该方式，本公开的示例性方面可提供许多技术效果和益处。
现在参照附图，将更详细地论述本公开的示例性方面。
图1描绘根据本公开的示例性实施例的风力涡轮10。如示出的，风力涡轮10包括机舱14，其典型地收纳发生器28(在图2中示出)。机舱14安装在从支承表面延伸的塔架12上。风力涡轮10还包括转子16，其包括附接于旋转毂18的多个转子叶片20。
图2描绘风力涡轮功率系统100，其包括风力涡轮10和适合于与风力涡轮10一起使用的相关联的功率系统102。在风撞击转子叶片20时，叶片20将风能转化成机械旋转扭矩，其可旋转地驱动低速轴22。低速轴22构造成驱动齿轮箱24(在存在的情况下)，其随后逐步升高低速轴22的低旋转速度，用以以增加的旋转速度驱动高速轴26。高速轴26大体上可旋转地联接于发生器28(如双馈感应发生器或DFIG)，以便可旋转地驱动发生器转子30。就此而言，旋转磁场可由发生器转子30感应，并且电压可在磁耦合于发生器转子30的发生器定子32内感应。相关联的电功率可从发生器定子32传输至主三绕组变压器34，其经由电网断路器36在POI 56处连接于电力网。因此，主变压器34逐步升高电功率的电压幅度，使得转化的电功率可进一步传输至电力网。
此外，如示出的，发生器28电耦合于双向功率转换器38，其包括经由调节的DC链路44连结于线路侧转换器42的转子侧转换器40。转子侧转换器40将从转子30提供的AC功率转换成DC功率，并且将DC功率提供至DC链路44。线路侧转换器42将DC链路44上的DC功率转换成适合于电力网的AC输出功率。因此，来自功率转换器38的AC功率可与来自定子32的功率组合，以提供具有大致上维持在电力网的频率(例如，50Hz/60Hz)的频率的多相功率(例如，三相功率)。
示出的三绕组变压器34可具有(1)连接于电力网的33千伏(kV)中压(MV)一次绕组33、(2)连接于发生器定子32的6到13.8 kV MV二次绕组35，以及(3)连接于线路侧功率转换器42的690到900伏(V)低压(LV)三次绕组37。
图3描绘根据本公开的示例性实施例的风电场电功率系统200的一个实施例的示意图。风电场电功率系统200可包括经由POI 56连接于电力网的多个风力涡轮功率系统100。风电场电功率系统200可包括至少两个集群204，以形成电功率系统200。包括多个风力涡轮10的单个风力涡轮功率系统100可布置在预定的地理地点并且电连接在一起，以形成风电场202。
与各个风力涡轮功率系统100相关联的电功率可经由一个或多个集群线220传输至干线206。各个风力涡轮功率系统100可经由一个或多个开关或断路器222连接于一个或多个集群线220或与其断开连接。风力涡轮功率系统100可布置成多个组(或集群)204，其中各个组分别经由开关208、210、212单独地连接于干线206。因此，如示出的，各个集群204可分别经由开关208、210、212连接于单独的变压器214、216、218，用于逐步升高来自各个集群204的电功率的电压幅度，使得转化的电功率可进一步传输至电力网。此外，如示出的，变压器214、216、218连接于干线206，其在经由POI 56将功率发送至电网之前组合来自各个集群204的电压。POI 56可为断路器、开关，或连接于电力网的其它已知方法。
各个风力涡轮功率系统100可包括一个或多个控制器，如涡轮控制器224。涡轮控制器224可构造成控制风力涡轮功率系统100的构件(包括开关222)，并且/或者实施如本文中描述的方法步骤中的一些或全部。涡轮控制器224可定位在各个风力涡轮10上或内，或者可从各个风力涡轮10远程地定位。涡轮控制器224可为与风力涡轮功率系统100和/或风电场电功率系统200相关联的其它控制器中的一个或多个的部分或者关于其被包括。涡轮控制器224可至少部分地基于POI 56处所需的无功功率并且/或者至少部分地基于风力涡轮功率系统100、风电场电功率系统200的特性，和/或风力涡轮10的特性(例如，风力涡轮大小、地点、使用年限、维护状态)、电力网(例如，电网的强度或状况、风电场或风力涡轮至电网的连接的强度或状况、电网架构、电网地点)、电网上的负载(例如，重或可变的负载)和/或环境条件(例如，用于一个或多个风力涡轮的风力条件)来操作开关222，以使一个或多个风力涡轮功率系统100从集群线220连接或断开连接。
风电场电功率系统200可包括一个或多个控制器，如风电场控制器226。风电场控制器226可构造成控制风电场电功率系统200的构件(包括开关208、210和212)，并且/或者实施如本文中描述的方法步骤中的一些或全部。风电场控制器226可定位在风电场电功率系统200或其任何部分的地理区域内，或者可从风电场电功率系统200或其任何部分远程地定位。风电场控制器226可为与风力涡轮功率系统100中的一个或多个和/或风电场电功率系统200相关联的其它控制器中的一个或多个的部分或者关于其被包括。集群204、风力涡轮功率系统100或涡轮控制器224中的各个可与风电场控制器226通信地耦合。
风电场控制器226可至少部分地基于POI 56处所需的无功功率来生成控制信号并且将其发送至涡轮控制器224以操作开关222，以将一个或多个风力涡轮功率系统100从集群线220连接或断开连接。风电场控制器226可至少部分地基于POI 56处所需的无功功率并且/或者至少部分地基于风力涡轮功率系统100、风电场电功率系统200的特性，和/或风力涡轮10的特性(例如，风力涡轮大小、地点、使用年限、维护状态)、电力网(例如，电网的强度或状况、风电场或风力涡轮至电网的连接的强度或状况、电网架构、电网地点)、电网上的负载(例如，重或可变的负载)和/或环境条件(例如，用于一个或多个风力涡轮的风力条件)，来生成控制信号并且将其发送至开关208、210和/或212，以连接集群204中的一个或多个或使其断开连接。
图4描绘根据本公开的示例性实施例的控制器400的框图。控制器400可为涡轮控制器224或风电场控制器226。控制器400可包括一个或多个(多个)处理器402和相关联的(多个)存储装置404，其构造成执行多种计算机实施的功能(例如，执行方法、步骤、计算等，并且储存相关数据，如本文中公开的)。存储装置404还可储存与风力涡轮功率系统100、风电场电功率系统200的某些特性，和/或风力涡轮10的特性(例如，风力涡轮大小、地点、使用年限、维护状态)、电力网(例如，电网的强度或状况、风电场或风力涡轮至电网的连接的强度或状况、电网架构、电网地点)、电网上的负载(例如，重或可变的负载)和/或环境条件(例如，用于一个或多个风力涡轮的风力条件)有关的数据。
此外，控制器400可包括通信模块406，以促进控制器与风力涡轮功率系统100、风电场电功率系统200和/或风电场控制器226的各个构件之间的通信，包括风电场控制器226与涡轮控制器224之间的通信。此外，通信模块406可包括传感器接口408(例如，一个或多个模拟-数字转换器)，以容许从一个或多个传感器410、412和414传输的信号转换成可由处理器402理解和处理的信号。传感器410、412和414可用于测量，确定或收集关于风力涡轮功率系统100、风电场电功率系统200的特性，和/或风力涡轮10的特性(例如，风力涡轮大小、地点、使用年限、维护状态)、电力网(例如，电网的强度或状况、风电场或风力涡轮至电网的连接的强度或状况、电网架构、电网地点)、电网上的负载(例如，重或可变的负载)和/或环境条件(例如，用于一个或多个风力涡轮的风力条件)的数据。
控制器400还可包括用户界面416。用户界面416可具有各种构造和控制机构，其可安装在用户界面416中或者位于用户界面416中。用户界面416还可定位在风电场电功率系统200或其任何部分的地理区域内，或者可从风电场电功率系统200或其任何部分远程地定位。用户界面416可包括输入构件418。输入构件418可为例如电容式触摸屏。输入构件418可允许风电场控制器226和涡轮控制器224以及任何计时器特征或其它用户可调节输入的选择性激活、调节或控制。包括旋转式拔号盘、按钮以及触摸板的多种电气、机械或机电输入装置中的一个或多种还可单独地或组合地用作输入构件418。用户界面416可包括显示构件，如数字或模拟显示装置，其设计成将操作反馈提供至用户。
应当认识到的是，传感器410、412和414可使用任何合适的器件通信地耦合于通信模块406。例如，传感器410、412和414可经由有线连接耦合于传感器接口408。然而，在其它实施例中，传感器410、412和414可经由无线连接(如通过使用本领域中已知的任何合适的无线通信协议)耦合于传感器接口408。就此而言，处理器402可构造成从传感器410、412和414接收一个或多个信号。传感器410、412和414可为与风力涡轮功率系统100中的一个或多个和/或风电场电功率系统200相关联的其它控制器中的一个或多个的部分或者关于其被包括。传感器410、412和414还可定位在风电场电功率系统200或其任何部分的地理区域内，或者可从风电场电功率系统200或其任何部分远程地定位。
还应当理解的是，传感器410、412和414可为任何数量或类型的电压和/或电流传感器，其可在风力涡轮功率系统100内以及在任何地点处采用。例如，传感器可为电流变压器、分流传感器、罗戈夫斯基线圈、霍尔效应电流传感器、微惯性测量单元(MIMU)，或类似物，和/或本领域中现在已知或以后开发的任何其它合适的电压或电流传感器。因此，一个或多个控制器(如风电场控制器226和涡轮控制器224)构造成从传感器410、412和414接收一个或多个电压和/或电流反馈信号。
如本文中使用的，用语“处理器”不仅是指本领域中称为包括在计算机中的集成电路，而且是指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路以及其它可编程电路。处理器402还构造成计算先进的控制算法，并且与多种以太网或基于串行的协议(Modbus、OPC、CAN等)通信。此外，(多个)存储装置404可大体上包括(多个)存储元件，其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，闪存)、软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能光盘(DVD)，和/或其它合适的存储元件。此类(多个)存储装置140可大体上构造成储存合适的计算机可读指令，其在由(多个)处理器402实施时将控制器构造成执行各种功能，如本文中描述的。
图5描绘根据本公开的示例性实施例的、控制提供无功功率的风电场中的风力涡轮并且减少风力涡轮的有功功率消耗的示例性方法500的流程图。方法500可由一个或多个控制器(如风电场控制器226和/或涡轮控制器224)执行，并且由关于风力涡轮功率系统100和/或风电场电功率系统200被包括的其它装置执行。图5描绘出于说明和论述目的以特定顺序执行的方法500的步骤。使用本文中提供的公开的本领域技术人员将理解的是，本文中论述的方法可以以各种方式来改变，重新布置，扩展，省略，同步执行或修改，而不脱离本公开的范围。
在(502)处，方法可包括接收启动信号，其使控制算法开始，用于提供无功功率并且减少基于风力涡轮的有功功率消耗。启动信号可由一个或多个控制器(如风电场控制器226和/或涡轮控制器224)生成和/或接收。响应于指示使方法500开始的期望的用户输入或与一个或多个控制器的交互，启动信号可由一个或多个控制器(如风电场控制器226和/或涡轮控制器224)生成。用户输入可通过用户界面(如用户界面416(图4))提供。响应于指示在POI 56处针对无功功率的需要或者指示一个或多个环境条件(例如，一个或多个风力涡轮10处的低风或无风条件)的、从传感器410、412和414接收的一个或多个信号，启动信号可由一个或多个控制器(如风电场控制器226和/或涡轮控制器224)生成。
在(504)处，方法可包括由一个或多个控制器确定当前激活并能够提供无功功率的风力涡轮10的数量。此类确定可至少部分地基于一个或多个信号作出，该一个或多个信号由一个或多个控制器(如风电场控制器226和/或涡轮控制器224)从传感器410、412和414接收，指示一个或多个风力涡轮10的操作状态或者指示一个或多个环境条件(例如，一个或多个风力涡轮10处的低风或无风条件)。在(504)处，如果能够提供无功功率的风力涡轮10的数量大于零，则方法500进行至(506)。如果没有风力涡轮10能够提供无功功率，则方法500返回至(502)。
在(506)处，方法可包括由风电场控制器226确定无功功率的量，其可由在(504)处确定的、待当前激活并能够提供无功功率的一个或多个风力涡轮10提供。更具体而言，在(506)处，风电场控制器226确定能够从一个或多个风力涡轮10获得的无功功率的总量(即，QCAP_margin)，一个或多个风力涡轮10被激活或为操作的并且能够提供无功功率。
在(508)处，方法可包括由风电场控制器226确定POI 56处所需的无功功率的量。风电场控制器226经由无功功率(VAR)调节器确定POI 56处所需的无功功率的量(即，Q_UppThd，上阈值)。POI 56处所需的无功功率的量为基于当前电网条件的电压调节、VAR和功率因数调节所需的无功功率的量。
在(508)处，方法还包括由风电场控制器226将能够从一个或多个风力涡轮10(被激活或为操作的并且能够提供无功功率)获得的无功功率的总量(即，QCAP_margin)与POI 56处所需的无功功率的量(即，Q_UppThd)比较。在一些情况下，Q_UppThd可对应于与POI 56处所需的无功功率的量相关联的迟滞窗的上限。与POI 56相关联的迟滞窗表示存在于POI 56处的无功功率的量的波动，其并未不利地影响电力网的稳定性。在某些情况下，迟滞窗基于POI56处或电功率系统200中的电气设备的容差。在某些情况下，迟滞窗在POI 56处所需的无功功率的量的10％内，以维持电力网的稳定性。如果QCAP_margin大于Q_UppThd，则方法500进行至(510)。如果QCAP_margin小于Q_UppThd，则方法500进行至(511)。
在(510)处，方法可包括重置或取消由风电场控制器226利用的一个或多个控制信号或设定(即，TurnOn_Integrator)，以建立预定的时间段，在此之后，激活控制信号可由风电场控制器226生成，用于打开或激活一个或多个风力涡轮10或者带动操作一个或多个风力涡轮10，使得一个或多个风力涡轮10能够提供无功功率。
在(512)处，方法可包括风电场控制器226生成或实施由风电场控制器226利用的一个或多个控制信号或设定(即，TurnOff_Integrator)，以建立预定的时间段，在此之后，停用控制信号可由风电场控制器226生成，用于关闭或停用一个或多个风力涡轮10，使得一个或多个风力涡轮10不能够提供无功功率并且不消耗有效功率。例如，TurnOff_Integrator可与预定的时间段相关联，该预定的时间段特定于或者至少部分地基于特别风力涡轮功率系统100、特别风电场电功率系统200的特性，和/或风力涡轮10的特性(例如，风力涡轮大小、地点、使用年限、维护状态)、电力网(例如，电网的强度或状况、风电场或风力涡轮至电网的连接的强度或状况、电网架构、电网地点)、电网上的负载(例如，重或可变的负载)和/或环境条件(例如，用于一个或多个风力涡轮的风力条件)。
在(514)处，方法可包括风电场控制器226将TurnOff_Integrator控制信号与阈值(即，Cnt_Thd)比较。Cnt_Thd可对应于零或与TurnOff_Integrator控制信号相关联的预定时间段的到期(expiration)。在(514)处，如果TurnOff_Integrator大于Cnt_Thd，则方法500返回至(502)。如果TurnOff_Integrator小于或等于Cnt_Thd，则方法500进行至(516)。
在(516)处，方法可包括风电场控制器226生成停用控制命令，以停用一个或多个风力涡轮，使得一个或多个涡轮的操作状态使得一个或多个风力涡轮不能够提供无功功率，并且因此不消耗有效功率。停用控制命令可由风电场控制器226执行。作为备选，停用控制命令可从风电场控制器226传送至一个或多个风力涡轮控制器224，并且由一个或多个风力涡轮控制器224执行。
在(518)处，方法可包括重置或取消由风电场控制器226利用的一个或多个控制信号或设定(即，TurnOff_Integrator)，以建立预定的时间段，在此之后，停用控制信号可由风电场控制器226生成，用于关闭或停用一个或多个风力涡轮10，使得一个或多个涡轮10不能够提供无功功率。在TurnOff_Integrator在(518)处重置或取消之后，方法500返回至(502)。
在(511)处，方法还包括由风电场控制器226将能够从一个或多个风力涡轮10(被激活或为操作的并且能够提供无功功率)获得的无功功率的总量(即，QCAP_margin)与下阈值(即，Q_LowThd，下阈值)比较。在一些情况下，下阈值Q_LowThd可对应于与POI 56处所需的无功功率的量相关联的迟滞窗的下限。在(511)处，如果QCAP_margin大于Q_LowThd，则方法500进行至(513)。然而，如果QCAP_margin小于Q_LowThd，则方法500进行至(515)。
在(513)处，方法可包括重置或取消由风电场控制器226利用的一个或多个控制信号或设定(即，TurnOn_Integrator和TurnOff_Integrator)，以建立一个或多个预定的时间段，在此之后，激活控制信号可至少部分地基于互连点(如图3中示出的POI 56)处的无功功率要求来由风电场控制器226生成，用于打开或激活并且/或者关闭或停用一个或多个风力涡轮10。在(513)之后，方法500返回至(502)。
在(515)处，方法可包括重置或取消由风电场控制器226利用的一个或多个控制信号或设定(即，TurnOff_Integrator)，以建立预定的时间段，在此之后，停用控制信号可由风电场控制器226生成，用于关闭或停用一个或多个风力涡轮10，使得一个或多个涡轮10不能够提供无功功率并且不消耗有效功率。
在(517)处，方法可包括风电场控制器226生成或实施由风电场控制器226利用的一个或多个控制信号或设定(即，TurnOn_Integrator)，以建立预定的时间段，在此之后，激活控制信号可由风电场控制器226生成，用于打开或激活一个或多个风力涡轮10，使得一个或多个涡轮10能够提供无功功率，以满足POI(如图3中示出的POI 56)处的无功功率要求。例如，TurnOn_Integrator可与预定的时间段相关联，该预定的时间段特定于或者至少部分地基于特别风力涡轮功率系统100、特别风电场电功率系统200的特性，和/或风力涡轮10的特性(例如，风力涡轮大小、地点、使用年限、维护状态)、电力网(例如，电网的强度或状况、风电场或风力涡轮至电网的连接的强度或状况、电网架构、电网地点)、电网上的负载(例如，重或可变的负载)和/或环境条件(例如，用于一个或多个风力涡轮的风力条件)。
在(519)处，方法可包括由一个或多个控制器(如风电场控制器226)将TurnOn_Integrator控制信号与阈值(即，TurnOn_Cnt_Thd)比较。TurnOn_Cnt_Thd可对应于零或与TurnOn_Integrator控制信号相关联的预定时间段的到期。在(514)处，如果TurnOn_Integrator大于TurnOn_Cnt_Thd，则方法500返回至(502)。如果TurnOn_Integrator小于或等于TurnOn_Cnt_Thd，则方法500进行至(521)。
在(521)处，方法可包括一个或多个控制器(如风电场控制器226)生成激活控制命令，以激活一个或多个风力涡轮，使得一个或多个涡轮的操作状态使得一个或多个风力涡轮能够提供无功功率。激活控制命令可由风电场控制器226执行。作为备选，激活控制命令可从风电场控制器226传送至一个或多个风力涡轮控制器224，并且由一个或多个风力涡轮控制器224执行。
在(523)处，方法可包括重置或取消由风电场控制器226利用的一个或多个控制信号或设定(即，TurnOn_Integrator)，以建立预定的时间段，在此之后，激活控制信号可由风电场控制器226生成，用于打开或激活一个或多个风力涡轮10，使得一个或多个涡轮10能够提供无功功率。在TurnOn_Integrator在(523)处重置或取消之后，方法500返回至(502)。
图6描绘根据本公开的示例性实施例的、控制提供无功功率的风电场中的风力涡轮并且减少风力涡轮的有功功率消耗的示例性方法600的部分的流程图。更具体而言，图6描绘根据本公开的示例性实施例的、选择性地激活和/或停用提供无功功率的风电场中的风力涡轮并且减少风力涡轮的有功功率消耗的示例性方法600的流程图。方法600可由一个或多个控制器(如风电场控制器226和/或涡轮控制器224)执行，并且由关于风力涡轮功率系统100和/或风电场电功率系统200被包括的其它装置执行。方法600可连同方法500执行或者与方法500同时执行。更具体而言，方法600可在方法500的方法步骤(516)和/或(521)之后执行。图6描绘出于说明和论述目的以特定顺序执行的方法600的步骤。使用本文中提供的公开的本领域技术人员将理解的是，本文中论述的方法可以以各种方式来改变，重新布置，扩展，省略，同步执行或修改，而不脱离本公开的范围。
在(602)处，方法可包括接收启动信号，其使控制算法开始，用于选择性地激活和/或停用提供无功功率的风力涡轮并且减少基于风力涡轮的有功功率消耗。启动信号可由一个或多个控制器(如风电场控制器226和/或涡轮控制器224)生成和/或接收。响应于指示使方法500开始的期望的用户输入或与一个或多个控制器的交互，启动信号可由一个或多个控制器(如风电场控制器226和/或涡轮控制器224)生成。用户输入可通过用户界面(如用户界面416(图4))提供。作为备选，在(602)处的启动信号可为在(516)处生成的停用控制命令或在(521)处生成的激活控制命令。
在(604)处，方法可包括由一个或多个控制器(如风力涡轮控制器224或风电场控制器226)检测停用命令(如在方法500的(516)处生成的命令)由风电场控制器226的生成。如果检测到停用命令，则方法进行至(606)。如果未检测到停用命令，则方法进行至(605)。
在(606)处，方法可包括由一个或多个控制器(如风力涡轮控制器224或风电场控制器226)确定一个或多个风力涡轮10的某些特性，包括确定哪些涡轮激活成提供无功功率能力。在(606)处，方法还包括由一个或多个控制器(如风力涡轮控制器224或风电场控制器226)确定包括最长运行时间或激活达最长时间段的风力涡轮10。此类确定至少部分地基于与时间段有关的、在风力涡轮控制器224处收集和/或储存的数据，一个或多个风力涡轮10中的各个在该时间段期间操作。
在(608)处，方法可包括至少部分地基于计时器时段的比较，由一个或多个控制器选择一个或多个风力涡轮10来停用，一个或多个风力涡轮10中的各个在该计时器时段期间不操作。在(608)处，方法还可包括至少部分地基于时间段的比较来生成停用控制命令，以停用一个或多个风力涡轮，使得不操作达最小时间量的一个或多个涡轮的操作状态使得一个或多个风力涡轮不能够提供无功功率并且因此不消耗有效功率，一个或多个风力涡轮中的各个在该时间段期间不操作。
在(610)处，方法可包括激活由风电场控制器226或风力涡轮控制器224利用的一个或多个计时器或控制设定，以监测或记录与时间段有关的数据，使得一个或多个风力涡轮不能够提供无功功率并且因此不消耗有效功率，一个或多个风力涡轮10在该时间段期间保持禁用或处于非操作状态。在一个或多个计时器在(610)处设定之后，方法600返回至(602)。
在(605)处，方法可包括由一个或多个控制器(如风力涡轮控制器224或风电场控制器226)检测激活命令(如在方法500的(521)处生成的命令)由风电场控制器226的生成。如果检测到激活命令，则方法进行至(607)。如果未检测到激活命令，则方法返回至(602)。
在(607)处，方法可包括由一个或多个控制器(如风力涡轮控制器224或风电场控制器226)确定一个或多个风力涡轮10的某些特性，包括确定哪些涡轮不激活成提供无功功率。在(607)处，方法还包括由一个或多个控制器(如风力涡轮控制器224或风电场控制器226)确定包括最长非操作时间或停用达最长时间段的风力涡轮10。此类确定至少部分地基于与时间段有关的、在风力涡轮控制器224处收集和/或储存的数据，一个或多个风力涡轮10中的各个在该时间段期间不操作。
在(609)处，方法可包括至少部分地基于时间段的比较，由一个或多个控制器选择一个或多个风力涡轮10来激活，一个或多个风力涡轮10中的各个在该时间段期间不操作。在(609)处，方法还可包括至少部分地基于时间段的比较来生成激活控制命令，以激活一个或多个风力涡轮，使得不操作达最大时间量的一个或多个涡轮的操作状态使得一个或多个风力涡轮能够提供无功功率，一个或多个风力涡轮中的各个在该时间段期间不操作。
在(611)处，方法可包括激活由风电场控制器226或风力涡轮控制器224利用的一个或多个计时器或控制设定，以监测或记录与时间段有关的数据，使得一个或多个风力涡轮能够提供无功功率，一个或多个风力涡轮10在该时间段期间保持激活或处于操作状态。在一个或多个计时器在(611)处设定之后，方法600返回至(602)。
图7描绘根据本公开的示例性实施例的、控制提供无功功率的风电场中的风力涡轮并且减少风力涡轮的有功功率消耗的示例性方法700的部分的流程图。更具体而言，图7描绘根据本公开的示例性实施例的、选择性地激活和/或停用提供无功功率的风电场中的风力涡轮并且减少风力涡轮的有功功率消耗的示例性方法6700的流程图。方法700可由一个或多个控制器(如风电场控制器226和/或涡轮控制器224)执行，并且由关于风力涡轮功率系统100和/或风电场电功率系统200被包括的其它装置执行。方法700可连同方法500和/或600执行或者与方法500和/或600同时执行。更具体而言，方法700可在方法500的方法步骤(516)和/或(521)之后执行。图7描绘出于说明和论述目的以特定顺序执行的方法700的步骤。使用本文中提供的公开的本领域技术人员将理解的是，本文中论述的方法可以以各种方式来改变，重新布置，扩展，省略，同步执行或修改，而不脱离本公开的范围。
在(702)处，方法可包括接收启动信号，其使控制算法开始，用于选择性地激活和/或停用提供无功功率的风力涡轮并且减少基于风力涡轮的有功功率消耗。启动信号可由一个或多个控制器(如风电场控制器226和/或涡轮控制器224)生成和/或接收。响应于指示使方法700开始的期望的用户输入或与一个或多个控制器的交互，启动信号可由一个或多个控制器(如风电场控制器226和/或涡轮控制器224)生成。用户输入可通过用户界面(如用户界面416(图4))提供。作为备选，在(702)处的启动信号可为在(516)处生成的停用控制命令或在(521)处生成的激活控制命令。
在(704)处，方法可包括由一个或多个控制器(如风力涡轮控制器224或风电场控制器226)检测停用命令(如在方法500的(516)处生成的命令)由风电场控制器226的生成。如果检测到停用命令，则方法进行至(706)。如果未检测到停用命令，则方法进行至(705)。
在(706)处，方法可包括由一个或多个控制器(如风力涡轮控制器224或风电场控制器226)确定一个或多个风力涡轮10的某些特性，包括确定哪些涡轮激活成提供无功功率能力。在(606)处，方法还包括由一个或多个控制器(如风力涡轮控制器224或风电场控制器226)确定位于最远离互连点(如POI 56)的地点的风力涡轮10。此类确定至少部分地基于与一个或多个风力涡轮10中的各个的物理地点有关的、在风力涡轮控制器224或风电场控制器226处收集和/或储存的数据。
在(708)处，方法可包括至少部分地基于一个或多个风力涡轮10中的各个距POI56的物理距离的比较，由一个或多个控制器选择一个或多个风力涡轮10来停用。在(708)处，方法还可包括至少部分地基于针对一个或多个风力涡轮中的各个距该POI 56的物理距离的比较来生成停用控制命令，以停用一个或多个风力涡轮，使得最远离POI的一个或多个涡轮的操作状态停用成使得一个或多个风力涡轮不能够提供无功功率并且因此不消耗有效功率。在(708)之后，方法700返回至(702)。
在(705)处，方法可包括由一个或多个控制器(如风力涡轮控制器224或风电场控制器226)检测激活命令(如在方法500的(521)处生成的命令)由风电场控制器226的生成。如果检测到激活命令，则方法进行至(707)。如果未检测到激活命令，则方法返回至(702)。
在(707)处，方法可包括由一个或多个控制器(如风力涡轮控制器224或风电场控制器226)确定一个或多个风力涡轮10的某些特性，包括确定哪些涡轮在物理上最接近POI56。在(707)处，方法还包括由一个或多个控制器(如风力涡轮控制器224或风电场控制器226)确定物理上最接近POI 56的风力涡轮10。此类确定至少部分地基于与一个或多个风力涡轮10中的各个的物理地点有关的、在风力涡轮控制器224或风电场控制器226处收集和/或储存的数据。
在(709)处，方法可包括至少部分地基于一个或多个风力涡轮10中的各个距POI56的物理距离的比较，由一个或多个控制器选择一个或多个风力涡轮10来激活。在(709)处，方法还可包括至少部分地基于针对一个或多个风力涡轮中的各个距POI 56的物理距离的比较来生成激活控制命令，以激活一个或多个风力涡轮，使得物理上最接近POI的一个或多个涡轮的操作状态激活成使得一个或多个风力涡轮能够将无功功率提供至电力网。在(709)之后，方法700返回至(702)。
该书面的描述使用实例以公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于控制风电场电功率系统的方法，其中所述风电场电功率系统包括控制器和通过互连点电连接于电力网的一个或多个风力涡轮，所述方法包括：
由所述控制器从传感器接收一个或多个信号，所述一个或多个信号与所述一个或多个风力涡轮相关联；
至少部分地基于所述传感器信号中的所述一个或多个来由所述控制器确定在低风或无风条件下操作的一个或多个风力涡轮；
由所述控制器确定在低风或无风条件下操作的所述一个或多个风力涡轮的无功功率能力；
至少部分地基于在低风或无风条件下操作的所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力来由所述控制器生成一个或多个控制信号；以及
至少部分地基于所述一个或多个控制信号来控制所述一个或多个风力涡轮的操作状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
至少部分地基于所述互连点处所需的无功功率的水平来由所述控制器确定一个或多个阈值；
由所述控制器将在低风或无风条件下操作的所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力与所述一个或多个阈值比较；以及
至少部分地基于所述比较来由所述控制器生成所述一个或多个控制信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述一个或多个阈值至少部分地基于与所述互连点处的所述无功功率要求相关联的迟滞窗，并且其中所述一个或多个阈值至少包括上阈值和下阈值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，至少部分地基于所述一个或多个控制信号来控制所述一个或多个风力涡轮的操作状态还包括：
当在低风或无风条件下操作的所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力超过所述上阈值时，停用在低风或无风条件下操作的一个或多个风力涡轮。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，至少部分地基于所述一个或多个控制信号来控制所述一个或多个风力涡轮的操作状态还包括：
至少部分地基于所述传感器信号中的所述一个或多个来由所述控制器确定被停用并在低风或无风条件下定位的一个或多个风力涡轮；
当在低风或无风条件下操作的所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力小于所述下阈值时，激活所述停用的风力涡轮中的一个或多个。
6. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
由所述控制器识别用于所述一个或多个风力涡轮中的各个的操作运行时间，其中所述操作运行时间对应于时间段，所述一个或多个风力涡轮在所述时间段期间处于操作状态并将无功功率或有效功率提供至所述电力网；以及
至少部分地基于所述风力涡轮中的所述一个或多个的所述操作运行时间来控制一个或多个风力涡轮的所述操作状态。
7. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
由所述控制器识别所述一个或多个风力涡轮中的各个与所述互连点之间的距离；以及
至少部分地基于所述一个或多个风力涡轮中的各个与所述互连点之间的所述距离来控制一个或多个风力涡轮的所述操作状态。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
由所述控制器将所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力与所述上阈值比较；
当所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力小于所述上阈值时，由所述控制器将所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力与所述下阈值比较；
当所述一个或多个风力涡轮的所述无功功率能力小于所述下阈值时，由所述控制器生成一个或多个控制信号；以及
至少部分地基于所述一个或多个控制信号来控制一个或多个风力涡轮的所述操作状态，使得所述风力涡轮中的一个或多个被激活并且以操作状态放置，使得所述一个或多个风力涡轮将无功功率能力提供至所述电力网。
9. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
由所述控制器识别用于所述一个或多个风力涡轮中的各个的非操作时间段，其中所述非操作时间段对应于时间段，所述一个或多个风力涡轮在所述时间段期间不能够将无功功率或有效功率提供至所述电力网；以及
至少部分地基于所述非操作时间段来控制一个或多个风力涡轮的所述操作状态。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述低风条件包括低于风阈值的风速，所述风阈值对应于所述风力涡轮中的一个可以以其生成有效功率的量的风量，所述有效功率的量小于由所述风力涡轮消耗的有效功率的量。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3599376B1 (en) * 2018-07-24 2021-06-09 General Electric Renovables España S.L. Wind turbines and methods
EP4084260A1 (en) * 2021-04-28 2022-11-02 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Method of supplying power to a wind farm in a low wind condition
US11967824B2 (en) 2021-10-27 2024-04-23 General Electric Renovables Espana, S.L. Adaptive gain control for a reactive power regulator of an inverter-based resource
CN114741612B (zh) * 2022-06-13 2022-09-02 北京融信数联科技有限公司 一种基于大数据的消费习惯分类方法、系统和存储介质

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009083445A1 (en) * 2007-12-28 2009-07-09 Vestas Wind Systems A/S Apparatus and method for controlling the reactive power from a cluster of wind turbines connected to a utility grid
ES2327484B1 (es) * 2008-01-22 2010-08-03 Acciona Windpower S,A, Sistema y metodo de control de un parque eolico.
US7839024B2 (en) * 2008-07-29 2010-11-23 General Electric Company Intra-area master reactive controller for tightly coupled windfarms
US8121739B2 (en) * 2010-12-29 2012-02-21 Vestas Wind Systems A/S Reactive power management for wind power plant internal grid
US9046077B2 (en) * 2011-12-28 2015-06-02 General Electric Company Reactive power controller for controlling reactive power in a wind farm
EP2896102B1 (en) * 2012-09-17 2017-02-22 Vestas Wind Systems A/S A method of determining individual set points in a power plant controller, and a power plant controller
US9244506B2 (en) * 2012-11-16 2016-01-26 Siemens Aktiengesellschaft Method of controlling a power plant
US9780710B2 (en) * 2014-04-15 2017-10-03 General Electric Company Reactive power control for wind turbine generators
EP3149325B1 (en) * 2014-05-30 2020-09-30 Vestas Wind Systems A/S A wind power plant with reduced losses
US9458831B2 (en) * 2015-02-18 2016-10-04 General Electric Company Determining reactive power capability of a renewable energy system
ES2618298B1 (es) * 2015-12-18 2018-04-13 Gamesa Innovation & Technology S.L. Sistema de generación de energía eléctrica de una turbina eólica de convertidores múltiples y procedimiento de control del mismo
CA3013435C (en) 2016-02-03 2020-03-24 Siemens Aktiengesellschaft Fault ride-through capability for wind turbine

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