CN115735310A - 用于可再生能量发电机的电压控制的方法和控制系统 - Google Patents

用于可再生能量发电机的电压控制的方法和控制系统 Download PDF

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CN115735310A CN202180046569.XA CN202180046569A CN115735310A CN 115735310 A CN115735310 A CN 115735310A CN 202180046569 A CN202180046569 A CN 202180046569A CN 115735310 A CN115735310 A CN 115735310A
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Abstract

本发明的方面涉及一种用于控制多个可再生能量发电机(14)的方法(100)。该方法(100)包括：基于无功功率参考值确定(102)用于发电机(14)的初步无功功率设定点；确定(104)用于发电机(14)的基于发电机的无功功率限值和基于电压的无功功率限值；基于初步无功功率设定点和限值生成(106)用于从发电机请求无功功率的分派信号；以及将分派信号分派(108)给发电机(14)。基于发电机的无功功率限值与发电机的无功功率能力相对应。基于电压的限值是通过以下各项确定的：确定(112)发电机的端子电压；将所确定的端子电压与电压限值进行比较(114)；以及基于比较来确定(116)基于电压的无功功率限值。

Description

用于可再生能量发电机的电压控制的方法和控制系统
技术领域
本公开涉及一种用于可再生能量发电厂中的电压控制的方法和控制系统。
背景技术
可再生发电厂(例如风力发电厂)需要为它们连接到的电力网络的电压电平提供支持。就是说，控制发电厂以满足由发电厂控制器和电力网络运营商提出的指定应当如何控制无功功率交换以调节电压的要求。在该“电压控制”期间的主要目的是将电力网络的电压电平维持在电压死区(dead-band)内，该电压死区处于大约0.9p.u.与1.1p.u.电压之间。具体的重点放在将电压电平引导至标称或自然电压电平，典型地是1p.u.。将电压电平维持在死区内以及标称电压附近防止造成应用非常措施(例如欠电压或过电压穿越协议)的偏差。
为了在下降(即，在死区内的低于1p.u.的偏差)期间支持电压恢复，控制可再生发电厂的可再生能量发电机以供应无功功率。在电压电平升高到高于标称电平的情况下，吸收无功功率以降低电压电平。可以在实现供应和吸收的方式的方面考虑无功功率的供应和吸收，并且因此可以分别在容性无功功率和感性无功功率的方面考虑无功功率的供应和吸收。
在控制发电机以提供容性或感性无功功率支持时，修改本地电压电平和网络的电压电平两者。在具有所谓的“弱电网互连”的一些网络中，无功功率交换的较小改变导致本地电压的较大变化。因此，容性无功功率支持可能导致本地电压电平升高超出死区，这可能促使实施紧急措施。类似地，感性无功功率支持可能使本地电压电平下降超出死区，其结果是启动欠压穿越。
本发明的目的是设法解决与现有技术相关联的一个或多个缺点。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于控制可再生能量发电厂的多个可再生能量发电机的方法。该方法包括：基于用于发电厂的无功功率参考值来确定用于发电机的初步无功功率设定点；确定用于发电机的基于发电机的无功功率限值和基于电压的无功功率限值；生成用于从发电机请求无功功率的分派信号，该分派信号是基于初步无功功率设定点和所确定的无功功率限值生成的；以及将分派信号分派给发电机。用于每个发电机的基于发电机的无功功率限值与发电机的无功功率能力相对应。对于每个发电机，确定基于电压的无功功率限值包括：确定可再生能量发电机的端子电压；将所确定的端子电压与电压限值进行比较；以及基于比较来确定基于电压的无功功率限值。
基于发电机的无功功率限值可以从发电机的转换器的电流限值导出。该方法可以由发电厂控制器来执行。发电厂控制器可以被配置为与多个可再生能量发电机的单个控制器进行通信。端子电压电平可以是在发电机的线路侧转换器的端子处测量的电压电平。
从上述方法可以看出，确定了两个不同的无功功率限值。第一基于发电机的限值指示可用无功功率，并且指示发电机的物理能力，其典型地是发电机的转换器的电流能力。第二限值是基于电压的限值，其从本地电压电平与电压限值的比较导出。基于电压的限值从该比较导出以具体地了解本地电压状况。电压电平可以跨发电厂而变化，这取决于由发电机生成有功功率和/或无功功率的不同水平、不同的网络阻抗以及将发电机连接在一起以形成发电厂的线路的其他电性能。因此，获得对电压电平的了解以及实施特定于单个发电机的基于电压的无功功率限值是有用的。
因此，在实施这样的方法时，根据两个指定的限值来控制发电机，并且因此保护发电机以免超过其自身的能力和以免通过其无功功率生成导致超过电压限值。因为无功功率的改变对电压电平，特别是对较弱的电网互连中的本地电压电平有影响，所以重要的是监测电压电平并在电压接近其限值时作出反应。根据这些电压电平控制无功功率防止超过限值，否则其可能导致采取将在总体上扰乱发电厂运行的非常措施。
确定基于电压的无功功率限值可以包括：如果用于发电机的端子电压等于或超过电压限值，则将用于该发电机的基于电压的无功功率限值确定为减少或防止端子电压进一步超过电压限值。
确定无功功率限值可以包括：确定允许的电压范围中的电压子范围，该电压子范围是由电压限值限制的。如果用于发电机的端子电压处于电压子范围内，则确定无功功率限值可以包括：将用于该发电机的基于电压的无功功率限值确定为防止端子电压向电压限值的进一步改变。
利用由电压限值限制的子范围使得阈值能够被设置成高于采取行动的值。在电压正在接近电压限值但尚未到达电压限值的情况下，该方法作出反应以抵消电压向限值的改变，从而减小高于限值的偏差的可能性。
确定基于电压的无功功率限值可以包括：确定用于发电机的无功功率输出值，并且将基于电压的无功功率限值设置为等于无功功率输出值。
替代地，确定基于电压的无功功率限值可以包括：确定用于发电机的最新无功功率设定点值，并且将基于电压的无功功率限值设置为等于最新无功功率设定点值。
在任一情况下，将基于电压的无功功率限值设置为无功功率的先前值，因为这代表发电机在其电压限值内被操作的值。
该方法还可以包括：将无功功率限值与相应的初步无功功率设定点进行比较；如果用于发电机的初步无功功率设定点超过用于该发电机的无功功率限值中的一个或多个无功功率限值，则基于超过的限值与初步设定点之间的差异来确定用于发电机的无功功率的短缺；将用于发电厂的无功功率的总短缺确定为用于每个发电机的所确定的短缺之和；以及根据总短缺的分配，确定将由每个发电机提供的无功功率的额外量，用于每个发电机的初步无功功率设定点未超过用于发电机的无功功率限值。
分配可以是基于发电机的端子电压与电压限值之间的差异的。分配可以包括：与从在端子电压电平与电压限值之间具有更小差异的发电机请求的总短缺的比例相比，从在端子电压电平与电压限值之间具有更大差异的发电机请求更高比例的总短缺。
另外地或替代地，该方法可以包括：监测发电机的无功功率输出水平，并且其中，分配是基于无功功率输出水平与无功功率限值水平中的一个或多个无功功率限值水平之间的差异的。另外地或替代地，该方法可以包括：监测发电机的无功功率输出水平；以及确定无功功率输出水平的产生标志，其中，分配是基于所确定的产生标志的。另外地或替代地，该方法可以包括：监测多个可再生能量发电机中的每个可再生能量发电机的有功功率值，其中，分配是基于有功功率值的。
确定初步无功功率设定点可以包括：在发电厂中的多个发电机之间划分无功功率参考。
可以通过参考基于有功功率测量来指定无功功率限值水平的P-Q数据结构来确定用于每个发电机的基于发电机的无功功率限值。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于具有多个可再生能量发电机的发电厂的发电厂控制器。控制器包括处理器和存储器模块。存储器包括程序代码指令的集合，该程序代码指令的集合在由处理器执行时，实施上文描述的方法。
在控制器或该方法中，可再生能量发电机可以包括风力涡轮发电机。
在本申请的范围内，意图明确的是，前述段落、权利要求和/或以下描述和附图中阐述的各个方面、实施例、示例和替代方案以及特别是其单个特征可以独立地或以任何组合的方式使用。就是说，所有实施例和/或任何实施例的特征可以以任何方式和/或组合来进行组合，除非这样的特征不兼容。尽管原先没有以此方式声明，但是申请人保留改变任何原先提交的权利要求或相应地提交任何新的权利要求的权利，包括将任何原先提交的权利要求修改为从属于任何其他权利要求和/或合并任何其他权利要求的任何特征的权利。
附图说明
现在将参照附图，仅以示例的方式描述本发明的一个或多个实施例，其中：
图1示出了电力网络的示意性图示；
图2示出了用于发电厂控制器的电压控制器的框图；
图3示出了用于风力涡轮发电机的典型PQ图表；
图4示出了根据本发明的实施例的用于风力涡轮发电机的电压控制单元的框图；
图5示出了根据本发明的实施例的用于图2中的电压控制器的分派器的一般操作方法；并且
图6示出了用于对无功功率的短缺进行分配的分派器的操作方法。
具体实施方式
一般而言，本文中描述的本发明提供了一种用于实施用于可再生能量发电机的电压控制的方法和控制器。该方法和控制器确保用于根据接收的设定点来提供无功功率支持的发电机以及尤其是发电机的转换器的操作不导致成问题的电压偏差，并且减轻现有偏差。这是通过在发电厂控制器处实施无功功率限值来实现的，该无功功率限值将发电机的物理能力和电压电平两者考虑在内，使得本地电压保留在允许的水平内。
图1示出了一种典型架构，其中风力发电厂(WPP)(其也可以被称为风力园或风力场)连接到主电网作为更广泛的电力网络的部分。熟练的读者将理解的是，WPP包括至少一个风力涡轮发电机(WTG)，并且也被称为风力园或风力场。WTG通常被称为风力涡轮机。所示的示例仅是代表性的，并且熟练的读者将理解，关于风力发电厂、用于其他可再生能源的发电厂(例如，太阳能发电厂、生物能发电厂或海洋/波浪/潮汐能发电厂)以及具有不同类型的可再生能量发电厂的组合的混合动力发电厂，其他特定架构是可能的。因此，本发明一般还涉及可再生能量发电厂和可再生能量发电机，而不是特定于附图中的风力发电厂和发电机。风力发电厂和电力网络的部件是常规的，并且因此，将为熟练的读者所熟悉。预期除了图1所示和所描述的部件之外，可以合并其他公知的部件，或者可以合并其他公知的部件作为图1所示和所描述的部件的替代物。这样的改变将在技术人员的能力范围之内。
图1示出了合并了WPP 12和发电厂控制器22(在下文中称为PPC 22)的电力网络。WPP 12包括多个WTG 14。多个WTG 14中的每个WTG将风能转换成电能，电能作为有功功率和/或电流被从WPP 12输送到主传输网络或主电网16以用于分配。在本说明书中，单个发电机可以均被称为“单元”。
虽然没有在该图中示出，但是WPP 12还可以包括被配置为根据需要提供无功功率或无功电流支持的补偿设备，例如静止同步补偿器(STATCOM)或另一类型的同步补偿器。WPP 12还可以包括电池能量存储系统。
WTG 14中的每个WTG与相应的WTG控制器15相关联。在一些示例中，一组WTG可以共享单一的半集中式WTG控制器，使得WTG控制器比WTG少。技术人员将理解的是，WTG控制器15可以被认为是能够以本文规定的方式操作WTG 14的计算机系统，并且可以包括控制WTG的单个部件的多个模块或仅是单一的控制器。WTG控制器15的计算机系统可以根据软件来操作，软件经由通信网络下载，或者从计算机可读存储介质编程到该计算机系统上。
在WPP 12的正常操作期间，WTG控制器15操作以实施从PPC 22接收的有功和无功电流和/或功率请求以向主电网16提供频率和电压支持。在非常状况期间，WTG控制器15操作以满足预先确定的网络要求，并且还起到保护WTG 14免受任何潜在有害的状况的作用。
WPP 12通过连接网络18连接到主电网16(也被称为主电力网络)。WPP 12和主电网16在互连点(PoI)20处连接，其是WPP 12与主电网16之间的接口。PoI 20还可以被称为公共连接点，其可以简称为“PCC”或“PoCC”。
WTG 14通过本地电网19(也被称为本地电力网络或园电网)在本地彼此连接。本地电网的功能是将从WTG 14中的每个WTG到连接网络18的电力传送给主电网16。
发电厂控制器(PPC)22在测量点(PoM)24处连接到主电网16，并且连接到WTG控制器15。PPC 22的作用是充当WPP 12与电网16之间的命令和控制接口，并且更具体地，充当WPP 12与电网运营商(例如传输系统运营商(TSO)或配电系统运营商(DSO)26)之间的命令和控制接口。PPC 22是用于执行如上所述的控制和命令的适当的计算机系统，并且因此合并了处理模块28、连接性模块30、存储器模块32和感测模块34。PPC 22还可以从能量管理系统(未示出)接收关于电网16和/或本地总线、变电站和网络的信息。WPP 12能够修改其功率或电流输出，作为对从PPC 22接收的命令的反应。
作为其操作的部分，PPC 22生成分派信号，并将其发送给WTG控制器15。WTG控制器15根据包含在分派信号内的设定点来控制WTG。
在正常操作期间，PPC 22以多种模式中的一种模式操作。一种这样的模式是电压调节，其也可以被称为电压控制模式，其中PPC 22发出被配置为使WTG 14供应或吸收无功功率以调节电力网络的电压电平的分派信号。具体地，PPC 22向WTG 14供应信号用于将电压电平维持在电压范围(特别是死区或“可接受的电压范围”)之内，该电压范围在大约0.9每单位(p.u.)电压和1.1p.u.电压(在PoI 20或PoM 24处测量的)之间。在具体的示例中，死区处于0.87p.u.的电压下界或下限与1.13p.u.的电压上界或上限之间。
技术人员将理解的是，每单位电压是相对于用作参考的基准值的电压的表达。使用单位量系统允许跨变压器和其他部件的值的归一化，该归一化可以使值改变数量级。
PPC 22可以向WTG控制器15发出各种不同的分派信号和设定点，用于根据PPC 22正在操作的模式来实施。在本实施例中，PPC 22被配置为向WTG控制器15发出信号，该信号指示WTG14应满足的无功功率设定点。
为了调节电压，WTG控制器15生成指示用于控制WTG 14的线路侧转换器的无功电流设定点的控制信号。无功电流设定点是基于由PPC 22分派给WTG控制器15的无功功率设定点的。
对于WTG 14能够供应的无功功率的量存在多个限值。常规地，已经基于WTG 14的物理限值生成了用于无功功率支持的限值。技术人员将熟悉的是，可用无功功率与WTG的转换器能够处理的最大电流相关。因此，用于每个WTG 14的这些物理限值与WTG的转换器的电流限值相关。然而，由于无功功率直接影响电压，如在电压控制模式期间将预期的，重要的是也确保不超过电压限值，即电压死区的界限，和/或在电压偏移确实发生的情况下减轻电压偏移。具体地，重要的是控制在PPC 22或在WTG控制器15处做出的无功功率支持的改变，从而确保实施电压限值以提供这样的减轻或预防。因此，下文描述了由发明人指出的用于电压控制的措施，该措施确保无功功率支持遵守通过WTG的物理能力设置的无功功率限值和电网的电压限值两者。
对于上下文，关于图2和图4初始描述了由PPC 22生成无功功率设定点和由WTG控制器15实施这些设定点。
图2示出了包含在PPC 22的处理模块28内的PPC电压控制单元40的示意性图示。控制单元40被配置为确定无功功率参考值以及生成一起实现参考值的多个无功功率设定点。其随后将这些设定点分派给WTG控制器15。
如图2所示，PPC电压控制单元40包括无功功率控制器42。无功功率控制器42接收电压参考“U参考”，以及在PoI 20处的测量电压“UPoI”。无功功率控制器42确定测量电压与电压参考的偏差，并且生成和输出无功功率参考值“Q参考”。无功功率参考值Q参考是在PoI 20处的将由WPP 12满足的无功功率输出。
当在这些示例中讨论测量值时，这被设想为涵盖通过其他方式进行的直接测量和确定。可以基于代理值来间接确定或测量被描述为所测量的值。
无功功率参考值通过无功功率参考限制器44来传递。限制器44将无功功率限值施加到参考值，并且输出受限的参考值“Q参考限值”。为了计算由限制器44施加的参考限值，PPC22从每个WTG14接收无功功率能力值。能力值包括容性无功功率能力“Q可用容性”和感性无功功率能力“Q可用感性”。这些能力值与每个WTG 14可以分别供应和吸收的最大可用无功功率相对应。能力值指示WTG 14的物理限值，即，它们是WTG 14不能够超过从而不会对系统导致损坏的无功功率值。具体地，这些物理限值与WTG的转换器的电流限值相关，或者从WTG的转换器的电流限值导出。在一些情况下，可以控制WTG 14以吸收或供应较多的无功功率，但是仅持续非常短的时间段。在实施例中，可用无功功率或无功功率能力包括WTG可以提供的绝对最大无功功率，即不考虑WTG的电流生成。在其他实施例中，可用无功功率或无功功率能力可以是除了电流生成之外的可用无功功率，即最大值与测量值之间的差异。在每种情况下，PPC和WTG控制器适于考虑该读出，并且分配的设定点可以相应地不同。一般而言，在本申请中，在无功功率能力是绝对值的假设下来呈现实施例。
通过对WPP 12中的所有WTG 14的容性无功功率能力和WPP 12中的所有WTG 14的感性无功功率能力进行求和来生成用于无功功率参考限制器44的限值，从而提供用于参考值的上限和下限。因此，限值可以通过公式表示：
Figure BDA0004025592130000051
从WTG 14接收的容性和感性无功功率能力典型地是基于P-Q图表生成的。P-Q图表(其示例在图3中示出)基于WTG 14的有功功率输出水平和电压电平来定义WTG 14的无功功率能力。图3中的P-Q图表绘出了以兆瓦为单位的有功功率(在x轴上)，相对于以兆伏安为单位的无功功率(在y轴上)。在该示例中，形成梯形形状的实线代表当功率转换器正在以标称电压(1p.u.)操作时的WTG 14的功率生成能力。还示出了由短划线形成的线，其用于在其电压下限(0.87p.u.)处的端子电压；以及由较长划线形成的线，其用于在上限(1.13p.u.)处的端子电压。熟练的读者将理解的是，该形状对于用于WTG的发电机的任何P-Q图表是典型的。因此，在P-Q图表上示出的线定义WTG 14的长期功率生成能力。如将要理解的，可以为处于电压死区内的多个电压电平生成P-Q图表。
回到图2，将受限的参考值Q参考限值传递给无功功率分派器46。无功功率分派器46生成单个无功功率设定点“Q设定点n”以分派给每个WTG 14。无功功率分派器46通过在WTG 14之间分配受限的参考值并且基于相应的WTG的能力值和WTG的端子电压对它们进行进一步限制来生成无功功率设定点。如将在下文中描述的，在施加进一步的限制的情况下，分派器46可以重新分配额外的无功功率。在已经生成了无功功率设定点之后，分派器46将设定点发送给其相应的WTG控制器15。
图4示出了用于WTG 14的WTG电压控制单元60的示例，其被容纳在WTG控制器15内。
WTG电压控制单元60包括无功功率控制器62。无功功率控制器62接收设定点Q设定点n，作为来自PPC电压控制单元40的分派信号的部分。此外，控制器62接收本地测量的无功功率水平Q测量。通过本地测量，这意味着水平是在WTG 14的端子处测量的。到图4中描述的方框的输入可以被过滤，以在方框中被利用之前移除异常数据。
基于从PPC电压控制单元40接收的设定点Q设定点n和测量的无功功率水平Q测量，无功功率控制器62生成用于控制WTG 14的控制信号以满足无功功率设定点。在电压控制单元60被容纳在线路侧转换器内的情况下，控制信号包括用于控制线路侧转换器的无功电流设定点。
重要的是，为了确保不超过WTG能力限值，由无功功率控制器62相对于来自无功功率上限单元64和无功功率下限单元66的输入来生成控制信号。这些单元64、66根据风力涡轮机的能力值Q可用容性和Q可用感性施加无功功率限值，并且将信号提供给无功功率控制器62以限制可以由控制信号请求的无功功率的允许范围。
因此，控制WTG 14以根据其由在PPC和WTG电压控制单元两者中的P-Q图表定义的物理能力来提供无功功率支持。
如上所述，实施在PPC 22和WTG控制器15之间实施的电压控制以确保WTG 14遵守本地电压限值。为了实施这些限值，PPC 22监测WTG 14的端子的电压电平，并且将基于电压的无功功率限值施加到其基于监测的电压电平分配的无功功率设定点。另外，对由无功功率分派器46进行的无功功率的分配进行调整以将电压限值考虑在内，使得无功功率设定点被分配以有助于将涡轮机维持在它们的电压限值内。
PPC 22利用所确定的本地电压电平以确保根据WTG 14的个体情况来对其进行控制。就是说，本地电压电平取决于WTG连接到的电网的特性。取决于多个参数，电压电平是可变的，并且因此，在不同的发电机处，本地电压电平可以不同。例如，WTG的有功功率生成和无功功率生成可以不同，并且两者都影响本地电压电平。另外，不同的阻抗可能存在于WTG与本地连接网络之间，并且影响电压的其他参数也可能在WTG之间变化。因此，确定用于WTG的本地电压以及其在与电压电平的比较中的使用确保充分地满足每个WTG，并且它们不独自超过为它们设定的限值。
可以根据图5和图6中所示的方法100、200来描述分派器46响应于接收受限的参考值Q参考限值的操作。图5示出了用于分派器46的一般操作的方法100，其中如果WTG 14的监测的电压接近电压限值，则将电压限值施加到WTG设定点。图6示出了如何在一些WTG之间对无功功率的短缺(如果实施限值，其可能会发生)进行分配以确保WPP 12符合请求的无功功率参考值的方法200。
虽然这些方法100、200被讨论为由分派器46执行，但是将理解的是，方法100、200可以根据需要在PPC 22中的其他地方执行。例如，分派器46可以执行将设定点分派给WTG14的任务，而其他中间模块可以执行方法100和200以施加限值和对短缺进行分配。
首先转向图5中的方法100，在第一步102处，确定用于WPP 12中的WTG 14的初步无功功率设定点。初步无功功率设定点是基于用于WPP 12的无功功率参考值的，其在上述实施例中是受限的无功功率参考值Q参考限值。如将在下文描述的，可以通过在WTG 14之间均等地划分参考值来确定初步无功功率设定点，使得用于WTG中的每个WTG的初步无功功率设定点是相等的。这可以被写为将受限的参考值Q参考限值除以WTG 14的数量N，从而给出初步无功功率设定点Q参考限值WTG，使得Q参考限值WTG＝Q参考限值/N。可以以其他方式确定初步设定点。
在方法100的下一步骤104处，确定用于每个WTG的至少一个无功功率限值。该步骤104包括示出在方法100的右侧的步骤110、112、114、116。这些步骤包括：确定110与发电机的无功功率能力相对应的基于发电机的无功功率限值。确定104无功功率限值还包括：确定112测量的端子电压；将测量的端子电压与电压限值进行比较114；以及取决于或基于比较，确定116第二基于电压的无功功率限值。在下文中更详细地探讨这些步骤中的每个步骤。
在步骤104处已经确定了限值之后，在步骤106处生成分派信号。分派信号是用于分派给WTG14以根据设定点从WTG 14请求无功功率的信号。分派信号是基于来自步骤102的所确定的初步设定点和在步骤104中的确定的限值生成的。分派信号可以包括总体的受限设定点，其中，初步设定点已经与所确定的限值进行过比较，并且如果初步设定点超过限值，则受限设定点是限值，并且否则是初步设定点。替代地，分派信号可以分别包括初步设定点和限值，用于由WTG控制器15将限值施加给设定点。在进一步的替代方案中，包括在分派信号中的设定点可以是已经由限值中的一个限值(即，无功功率能力限值)限制的初步设定点，并且分派信号还可以将基于电压的无功功率限值传递到WTG控制器15以用于随后的施加。
在步骤108处，将用于WTG 14中的每个WTG的分派信号分派给相关的WTG控制器15。
因此，方法100基于电压电平与电压限值的比较来实施基于电压的无功功率限值，以确保端子对电压限值的本地遵守。
为了扩大对限值的确定，在步骤110处确定的第一基于发电机的无功功率限值包括确定已经由PPC 22接收的无功功率能力值Q可用感性和Q可用容性。
接下来，在步骤112、114和116处确定基于电压的无功功率限值。方法100总体上的目的是防止提供给WTG的无功功率设定点导致超过电压限值。因此，在方法100中，确定限值并将其置于设定点上，以防止对电压电平的成问题的改变，即减少或防止端子电压进一步超过电压限值。
根据具体实施例，基于电压的无功功率限值是基于电压子范围的。电压子范围是处于电压死区内的子范围，也被称为允许的电压范围，其典型地处于大约0.9p.u.与1.1p.u.之间。子范围均是由较宽的范围的外限中的一个外限限制的，并且具有预定义的宽度。因此，例如，在允许的范围是0.9p.u.到1.1p.u.并且子范围具有0.03p.u.的宽度的情况下，子范围从0.9p.u.扩展到0.93p.u.，并且从1.07p.u.扩展到1.1p.u.。
在该实施例中，当监测的电压落入允许的范围内，但不在子范围(即，在0.93p.u.与1.07p.u.之间)内时，PPC 22确定不需要额外的无功功率限制，因为监测的电压电平与电压限值之间的差异足够大。当监测的电压落入子范围中的一个子范围内时，PPC 22通过实时无功功率限值来起到防止向外限0.9p.u.和1.1p.u.的进一步的电压改变。基于现有无功功率水平(测量的无功功率水平或最新无功功率设定点)来实施限值。PPC 22采取现有无功功率水平，并将WTG 14的无功功率输出有效地“保持”到该无功功率水平——将限值(是上限或下限取决于电压落入其内的子范围)设置为现有无功功率水平，以防止将导致电压向其限值移动的无功功率输出的进一步改变。
基于限值与初步设定点之间的比较来施加限值，以确定设定点是否超过限值中的一个或多个限值。如果初步设定点确实超过了限值，则将设定点重置为其超过的限值。否则，设定点仍然为初步设定点。因此，如果因为监测的电压电平接近电压限值而计算基于电压的无功功率限值，则仅在PPC 22试图在测量的无功功率或先前的设定点以上增加设定点的情况下施加限值。因此，PPC 22限制发送给WTG 14的单个无功功率设定点的变化，以防止超过本地电压限值和无功功率能力限值。
在电压电平超过电压限值的实例中，PPC 22实施在子范围内施加的无功功率限值，以防止自电压限值的进一步偏差。换言之，在监测的电压超过电压限值并且处于死区和子范围之外的情况下，将基于电压的无功功率限值确定为等于测量的无功功率输出或确定为用于无功功率的最新设定点。
在其他实施例中，可以施加与监测的电压电平与限值之间的差异成比例的电压限值。在这些实施例中的一些实施例中，可以在子范围内执行将限值保持或冻结到现有无功功率水平，但是在子范围之外，限值可能与差异成比例。
一旦端子电压返回到可接受的范围之内(子范围之外)，可以改变对设定点的限值。
为了保护WTG 14免受电压振荡，还可以引入斜变率限值，使得无功功率的改变平滑且足够慢以防止对电压电平的扰动。如果不采用斜变率，则无功功率的改变可能过快，并且可能导致电压电平迅速升高，导致超过限值。使用斜变率限制器特别适合于在弱电网环境中采用本发明的实例。
当在生成设定点中施加限值有益于确保不超过电压电平时，PPC 22操作以满足请求的参考值。在对设定点进行限制时，一些无功功率固有地“损失”并且不被考虑。因此，虽然不是必要的，但是有用的是能够为损失的无功功率提供某种形式的补偿。
补偿的方法的示例见图6。在图6中的方法200中，对由对用于WTG的设定点实施一个或多个限值导致的无功功率短缺进行求和，并且在能够容纳增加的无功功率的WTG之间进行重新分配。
在第一步202处，对于每个WTG，分派器46将初步无功功率设定点与用于WTG 14的相关的所确定的无功功率限值进行比较。这一比较确定初步设定点是否超过限值或者初步设定点是否等于或小于限值。
在步骤204处，对于初步设定点超过用于WTG的限值中的一个限值的WTG，将WTG短缺值确定为限值与初步设定点之间的差异。该WTG短缺值指示当初步设定点被所确定的限值限制时的损失的无功功率的量。对于其初步设定点未超过相关的限值的WTG，确定无短缺。该步骤没有被描绘在方法200中。
在步骤206处，对WTG短缺进行求和以达到被称为WPP短缺的总短缺，用于作为整体的WPP12。
在步骤208处，用于WTG的设定点，在步骤202的比较中，初步设定点没有超过WTG的限值。初步设定点不超过限值指示WTG将具有用于接收比具有短缺的WTG高的对无功功率的需求的某个备用容量。在步骤208处，在用于其的初步设定点没有超过用于该WTG的无功功率限值的WTG之间对WPP短缺进行分配，并且PPC 22确定将由这些WTG中的每个WTG提供的无功功率的额外量或者分配部分。额外量是根据对WPP短缺的分配确定的。因此，用于这些WTG的设定点是初步设定点加上额外量。换言之，没有超过其限值的WTG 14补充无功功率中的不足，使得WPP 12和PPC 22满足它们接收的无功功率参考值。
随后，形成分派设定点的部分的分派设定点因此或者是基于所确定的限值而被限制，仅是初步设定点，或者是包括初步设定点和根据分配的附加额外量的新设定点。
分配可以是基于一个或多个具体的参数的，或者可以是在WTG之间对短缺均等地进行分配。
在一些示例中，对于每个WTG 14，分派器64利用监测的本地电压电平，并且确定本地电压电平与电压限值之间的差异。本地电压电平一般是WTG的端子电压电平，尽管在一些实施例中，其可能是另一本地电压电平。因此，分派器基于所确定的电压的差异在具有多余能力的WTG之间对短缺进行分配。
根据电压电平的该分配可以以多种方式执行。根据一些实施例，使用阈值差异值来执行总体短缺的分配。就是说，短缺被分配给它们的本地电压电平与限值之间的差异小于阈值的WTG。在一示例中，电压的子范围也可以用于实施分配。在这些实施例中，在其测量的电压电平处于子范围之外并且因此大于远离限值的预先确定的值的WTG之间对短缺进行分配。使用其中限值是0.9p.u.和1.1p.u.的上述示例，这将意味着总短缺将分配给其监测的本地电压处于值0.93p.u.与1.07p.u.之间的WTG。在一些实施例中，用于计算分配的子范围可以比用于确定基于电压的无功功率限值的子范围宽。
在一些实施例中，总体短缺的分配可以是基于测量的电压与限值电压之间的差异的量级的。具体地，分配可以直接或间接地与差异成比例。换言之，从其电压差异较高的WTG请求的以占用短缺的额外无功功率的量可以高于从其电压差异较低的WTG请求的额外无功功率的量。因此，其电压电平较接近标称电平(1p.u.)的WTG将被分配比其电压电平距离标称电平较远的WTG更高比例的短缺。
这可以是直接成比例的分配，由此，差异的大小直接指示额外的请求功率的量。在其他实施例中，分配可以是间接成比例的，由此，在分配发生之前，对电压差异以中间方式进行分类。间接分配的示例例如可以包括根据其差异电平定义用于对WTG进行分类的多个仓，并且其中，每个仓均分配一定量的短缺。替代地，可以根据WTG的电压差异电平对WTG进行排序，并且基于其在次序中的位置来分配一定量的无功功率。
在一些实施例中，分配还可以基于不同参数，例如无功功率和/或有功功率值，以及电压差异电平。分配还可以基于的参数包括：测量的无功功率水平与一个或多个能力限值之间的差异；阈值与一个或多个能力限值之间的差异；无功功率产生标志，即无功功率是容性无功功率还是感性无功功率；以及WTG的有功功率输出水平或设定点水平。除了电压差异之外，也可以利用这些参数中一个或多个参数来确定分配。
将要理解的是，将相对于每个WTG的能力值来作出对总体短缺的分配。分派器46利用能力值来与分配进行比较，以确保遵守限值。在具体的示例中，计算用于在其之间分配第一总体短缺的WTG的进一步短缺值，并且将进一步短缺再一次重新分配给具有剩余容量的WTG。可以迭代重复该计算短缺值的过程，直到没有短缺为止。
虽然图6展示了可以补偿无功功率的一种方式，但是可以以其他方式执行补偿。例如，在一些实施例中，PPC 22可以基于由施加限值造成的预期损失，通过校正因子增加设定点以确保满足设定点。
简单地返回到图5，在以上描述中，假设生成分派信号和对分派信号进行分派的步骤106和108包含WTG可以遵守的设定点。然而，在一些实施例中，分派信号可以包括初步设定点和限值，使得PPC 22确定这些值，但是WTG控制器15对电压控制器内的初步设定点实施限值。在其他实施例中，初步设定点可以是被部分限制的，并且另一限值可以与部分限制的设定点一起传递到WTG控制器15。另外，分派给WTG的设定点可以是电压设定点以及无功功率设定点的替代物，或者作为无功功率设定点的替代物。在WTG控制器15包括用于实施电压设定点、无功功率设定点和无功功率斜率控制的电压下降或下落控制器的情况下，这些选项是可用的。
将要理解的是，可以对本发明作出各种改变和修改而不脱离本申请的范围。

Claims (15)

1.一种用于控制可再生能量发电厂(22)的多个可再生能量发电机(14)的方法(100)，所述方法(100)包括：
基于用于所述发电厂的无功功率参考值来确定(102)用于所述发电机(14)的初步无功功率设定点；
确定(104)用于所述发电机(14)的基于发电机的无功功率限值和基于电压的无功功率限值；
生成(106)用于从所述发电机请求无功功率的分派信号，所述分派信号是基于所述初步无功功率设定点和所述所确定的无功功率限值生成的；以及
将所述分派信号分派(108)给所述发电机(14)；
其中，用于每个发电机的所述基于发电机的无功功率限值与所述发电机的无功功率能力相对应，并且其中，对于每个发电机(14)，确定(104)所述基于电压的无功功率限值包括：
确定(112)所述可再生能量发电机的端子电压；
将所确定的端子电压与电压限值进行比较(114)；以及
基于所述比较来确定(116)所述基于电压的无功功率限值。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，确定(104)所述基于电压的无功功率限值包括：如果用于发电机(14)的所述端子电压等于或超过所述电压限值，则将用于所述发电机(14)的所述基于电压的无功功率限值确定为减少或防止所述端子电压进一步超过所述电压限值。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法(100)，其中，确定(104)所述基于电压的无功功率限值包括：确定允许的电压范围中的电压子范围，所述电压子范围是由所述电压限值限制的；以及如果用于发电机的所述端子电压处于所述电压子范围内，则将用于所述发电机的所述基于电压的无功功率限值确定为防止所述端子电压向所述电压限值的进一步改变。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法(100)，其中，确定(104)所述基于电压的无功功率限值包括：确定用于所述发电机的无功功率输出值，并且将所述基于电压的无功功率限值设置为等于所述无功功率输出值。
5.根据权利要求2或权利要求3所述的方法(100)，其中，确定(104)所述基于电压的无功功率限值包括：确定用于所述发电机的最新无功功率设定点值，并且将所述基于电压的无功功率限值设置为等于所述最新无功功率设定点值。
6.根据权利要求1至5中的任何一项所述的方法(100)，包括：
将所述无功功率限值与相应的所述初步无功功率设定点进行比较(202)；
如果用于发电机的初步无功功率设定点超过用于所述发电机的所述无功功率限值中的一个或多个无功功率限值，则基于所超过的限值与所述初步设定点之间的差异来确定(204)用于所述发电机的无功功率的短缺；
将用于所述发电厂的所述无功功率的总短缺确定(206)为用于每个发电机的所确定的短缺之和；以及
根据所述总短缺的分配，确定(208)将由每个发电机提供的无功功率的额外量，用于所述每个发电机的所述初步无功功率设定点未超过用于所述发电机的所述无功功率限值。
7.根据权利要求6所述的方法(100)，其中，所述分配是基于所述发电机的所述端子电压与所述电压限值之间的差异的。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的方法(100)，其中，所述分配包括：与从在所述端子电压电平与所述电压限值之间具有更小差异的发电机(14)请求的总短缺的比例相比，从在所述端子电压电平与所述电压限值之间具有更大差异的发电机(14)请求更高比例的所述总短缺。
9.根据权利要求6至8中的任何一项所述的方法(100)，包括：监测所述发电机(14)的无功功率输出水平，并且其中，所述分配是基于所述无功功率输出水平与所述无功功率限值水平中的一个或多个无功功率限值水平之间的差异的。
10.根据权利要求6至9中的任何一项所述的方法(100)，包括：
监测所述发电机(14)的无功功率输出水平；以及
确定所述无功功率输出水平的产生标志，其中，所述分配是基于所确定的产生标志的。
11.根据权利要求6至10中的任何一项所述的方法(100)，包括：
监测所述多个可再生能量发电机(14)中的每个可再生能量发电机的有功功率值，其中，所述分配是基于所述有功功率值的。
12.根据权利要求1至11中的任何一项所述的方法(100)，其中，确定(102)所述初步无功功率设定点包括：在所述发电厂中的所述多个发电机之间划分无功功率参考。
13.根据权利要求1至12中的任何一项所述的方法(100)，其中，通过参考基于有功功率测量来指定无功功率限值水平的P-Q数据结构来确定用于每个发电机的所述基于发电机的无功功率限值。
14.一种用于具有多个可再生能量发电机(14)的发电厂(12)的发电厂控制器(22)，其中，所述控制器(22)包括处理器(28)和存储器模块(32)，并且其中，所述存储器(32)包括程序代码指令的集合，所述程序代码指令的集合在由所述处理器(28)执行时，实施根据权利要求1至13中的任何一项所述的方法(100)。
15.根据权利要求1至13中的任何一项所述的方法(100)，或者根据权利要求14所述的发电厂控制器(22)，其中，所述可再生能量发电机包括风力涡轮发电机。
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