TWI568123B - 用以將電能饋入供電網之方法及裝置 - Google Patents

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沃克 迪瑞區
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Description

用以將電能饋入供電網之方法及裝置
本發明係關於一種用以控制在一電網連接點上連接至一供電網之一發電機之方法。另外,本發明係關於此一發電機。
通常已知,將電能饋入一供電網(諸如歐洲電網或美國電網)。如下文所闡述之供電網指代廣泛接受之AC電壓電網。此並不排除電網中DC電壓區段之存在。同樣地,頻率無關之態樣可通常亦指代一DC電壓電網。歷史上,藉助使用初級能源(諸如煤、核能或氣體)驅動一同步發電機之一大型發電所將能量饋入一供電網。取決於該同步發電機之極對之數目及速度,此發電機以一特定頻率向供電網饋入。該同步發電機可經技術控制以便(舉例而言)調整輸出。然而,此調成程序可花費一較長時間。
在供電網中之情形改變之情況下,同步發電機之物理反應通常導致電網狀況之一改變(至少達一較短時間)。舉例而言,若供電網不能完全獲取係或可係由同步發電機提供之電力,則同步發電機之速度增加。此過量電力然後使同步發電機加速,此導致一增加之饋入頻率。因此,供電網中之頻率可能增加。
當饋入一供電網時,亦必須考量網路穩定性。網路穩定性之損失(亦即,供電網之穩定性之損失)可導致饋入發電機斷電。此一穩定性損失(其在德語專家當中如此稱謂且簡稱為「LOS」)描述不再允許一連續操作且必須藉由切斷而終止之物理程序。在發電廠之情形中, 此影響其輸出,且可因此促進所謂不足輸出之一逐步擴大在最糟情形中,此穩定性損失由於錯誤級聯及不足累積而導致一總能量系統故障。此一總故障係極其罕見的;然而,2004年9月24日在意大利發生過一次。
網路穩定性之損失(亦即,所謂穩定性損失)係涉及可最終導致電壓穩定性之一損失之角度穩定性之一損失之一現象。
將達成之過電流被判定為在一穩定性損失之情形中必須提供之穩定性準則。此需要系統具有一特定設計。一新發電廠(特定而言,欲新建之一發電廠)因此協調於供電網,如該發電廠將連接至之電網連接點上所表示。
當將大型發電廠連接至一供電網時,短路電流比係一重要準則;此係在德國專家當中稱為「電路比」且簡稱為「Scr」。此短路電流比係短路電力對連接負載之比率。短路電力係發電廠欲連接至之所考量之電網連接點上之各別供電網可在一短路之情形中提供之電力。連接負載係欲連接之發電廠之連接負載,特定而言欲連接之發電機之標稱能力。
為確保可靠操作,亦即,為儘可能最大程度避免一穩定性損失,發電廠通常針對各別電網連接點之一設計方式使得短路電流比高於10(通常甚至高於15)。供電網可然後在電網連接點上提供一相對高短路電力。上述情形意味著,電網具有一低阻抗且稱為一強電網。
在一弱電網之情形中(換言之,在存在一高阻抗之情況中),饋入僅在一低連接負載之情況下才可能,亦即,僅可連接具有一低連接負載之一發電廠。此通常導致一新發電廠未連接至此一電網連接點或電網必須改變(特定而言,藉由為其配備進一步更強線路)之事實。此通常稱為電網強化。
針對藉由分散發電機組(特定而言,風力發電設施)饋入電能,電 網之穩定性損失之問題基本上係未知的。已在九十年代末期,作出用以確保風力發電設施亦貢獻於對電網之電支援之第一提議。然而,此並未考量到一穩定性損失之原因,特定而言,至供電網之饋入可導致一穩定性損失。
舉例而言,德國專利申請案US 6,891,281闡述一種其中風力發電設施可改變且特定而言減小其電力饋入之方法。US 7,462,946建議在一電網故障之情形中,尤其在一短路之情形中,一風力發電設施替代自電網斷開連接而限制其饋入之電力以便達成一電網支援。US 6,965,174闡述一種藉助於一風力發電設施支援電網之方法,該風力發電設施依據於電網電壓而調整饋入電力之一相位角,且因此依據於電壓將無效電力饋入電網以便支援電網。US 6,984,898亦係關於藉助於一風力發電設施而支援電網之方法,其中風力發電設施依據於電網電壓減小欲饋入電網之電力,特定而言以便避免自電網之一斷開連接以便藉助於一風力發電設施支援電網。
尚未考量此等分散發電機組(諸如風力發電設施)可係電網中之穩定性損失之基本原因之事實。在V.Diedrichs等人之交付「10th International Workshop on Large-Scale Integration of Wind Power into Power Systems as well as on Transmission Networks for Offshore Wind Farms,阿爾路斯(丹麥),2011年10月25至26日」並在其處介紹之論文「Loss of (Angle) Stability of Wind Power Installations」中。在那時,基本上提及針對連接至供電網用以饋入之風力發電設施基本上亦可發生電網中之穩定性損失之問題。此論文基本上提高對問題之認識。明確地參考此論文及其內容。特定而言,其技術闡釋亦適用於本發明申請案。
基本上,發現大型發電廠至供電網之操作及連接之經驗及其他知識不可轉移至風力發電設施,包含具有連接至供電網用以饋入之眾 多風力發電設施之大型風力發電場。將一發電廠連接至一供電網以便在其處操作該發電廠之責任專家已係不同於想要將一風力發電設施連接至該供電網以便在彼處操作該風力發電設施之專家之一專家。風力發電設施(且下文中之大多數亦適用於分散發電機組)依賴於風能且因此必須考量一波動能源;其通常不藉助直接耦合至電網之一同步發電機來饋入供電網,而替代地使用一基於電壓之換流器;其具有不同於大型發電廠之一大小,藉此其標稱容量通常低於一大型發電廠之標稱容量10的3次方;其通常服從通常確保由供電網之業者進行之對服務提供之承擔之其他政法;其通常係分散的;且其通常饋入一中壓電網,而大型發電廠通常饋入一超高壓電網。
本發明之目的係解決上文所提及之問題中之至少一者。特定而言,將提出其中分散式發電機組(諸如風力發電設施)可以使得考量供電網之穩定性損失之現象操作之一解決方案。特定而言,將提出其中分散式發電機組(諸如風力發電設施或風力發電場)藉由防止關於電網之一穩定性損失而貢獻於網路穩定性之一解決方案。應至少提供一替代解決方案。
根據本發明,根據技術方案1提出一種方法。根據此,控制在一電網連接點上連接至一供電網之一發電機。純粹作為一預警措施,應指出,一發電機將現有能量轉換成電能,其在此處簡稱為發電。根據所提出之控制方法,併入關於電網連接點之供電網之至少一個電網特性。此處所併入之電網特性特定而言係在電網之不同操作狀況下及/或在饋入之不同狀況或饋入之邊界狀況下關於穩定性之電網行為。特定而言,併入描述在偏離標稱操作點之情形中之供電網行為之電網特性。
另外,提出,基於此併入電網特性將電力饋入供電網。因此,控制饋入取決於預定電網特性。此將與發電機之技術設計(其中控制 不考量電網特性)區分開。取決於所併入電網特性而控制饋入亦將與取決於實際電網狀況之控制區分開。同樣地,除了取決於所併入電網特性而控制饋入之外,根據所併入電網特性設計發電機及取決於電網狀況而執行控制亦係有利的,然而,此並非本申請案之主要標的物。
根據本發明,認識到,在設計連接發電機或欲連接之發電機時考量電網特性可係一不完整考量。此特定而言適用於能夠動態地適應於新情況之分散式發電機組或分散式發電機。然而,對新情況(亦即,供電網中之改變狀況)之一適應有冒著供電網中之任何當前問題可未完全解決之風險。僅當考量至少一個先前併入之電網特性,才可前瞻性控制將電力饋入供電網。此前瞻性控制主要旨在提早避免或至少偵測供電網之穩定性問題,特定而言,關於一穩定性損失。
提出,將此控制方法較佳地應用於一所謂分散式發電機及/或一風力發電設施或含有數個風力發電機之一風力發電場。一風力發電設施通常係一分散式發電機,此乃因其安裝於特定而言取決於風況之遙遠位置處,且如與大型發電廠對比,由於其連接負載,其不能視為一能源。上述情形通常亦適用於具有數個風力發電設施之一風力發電場。另外,風力發電設施及小型風力發電場基本上連接至一現有供電網。一連接線路或數個連接線路可提供用以至此供電網之一連接。然而,供電網之基本結構保持不改變。
迄今為止,已假定此等分散式發電機之一連接對各別供電網之基本特性及基本結構不具有重大影響。檢測各別電網是否具有用以分散式供應者之一連接之充足容量,亦即,其是否具有用以傳輸欲饋入且預期來自分散式發電機之額外電力之足夠容量。特定而言,實際上已忽略透過此發電機之饋入建立之電網穩定性之態樣。特定而言,關於此等分散式發電機,其饋入電能之程度將導致已忽略供電網之一穩定性損失。本發明方法因此特定而言係針對此等分散式供應者,特定 而言,風力發電設施及風力發電場。
特定而言由分散式發電機進行之饋入宜藉助於一電壓換流器執行。在藉助於一電壓換流器進行之此饋入之情況下,使用將欲饋入之能量提供至其之一換流器,例如,在一DC中間電路上,且該電壓換流器產生係儘可能正弦之一電壓改變信號。通常藉由使用一線路抗流線圈(line choke),此電壓改變信號將產生欲饋入供電網之電力。可提供藉助於一或數個變壓器進行之進一步電壓變換。
此處,特定而言提出一所謂全電力轉換概念,藉此藉助於此電壓換流器將欲饋入之全部電力如此饋入供電網。此處不考量損失。關於風力發電設施,將考量一電壓換流器之其他概念,藉此電壓換流器經由對產生電力之一發電機(特定而言,一雙饋入異步發電機)之控制而間接地控制電力之饋入。
特定而言根據全電力轉換概念使用一電壓換流器來饋入一供電網之電力基本上不同於透過一大型發電廠進行之饋入電力。電壓換流器可及/或必須取決於電網狀況不斷地調適其饋入之電壓振幅及頻率。因此,可能對電網之改變即時起反應。此承擔若不正確地執行此即時反應則其可能變得不穩定之風險。特定而言,本發明解決此問題。
根據一項實施例,提出,發電機之控制方式使得在一操作點中控制該發電機,此取決於所併入之電網特性。特定而言,其不僅取決於此等所併入之特性,而且取決於供電網中(即,在電網連接點上或其附近)之電壓振幅及頻率。此外,其可取決於當前饋入有效電力及/或當前饋入無效電力。此首先產生針對具有各別併入電網特性之此電網連接點及針對特定發電機設計之一標稱操作點。在電網或饋入之狀況改變之情況下,可選擇另一操作點,此考量先前所併入之電網特性。電網連接點上的發電機之操作點宜藉由發電機向供電網饋入之有 效電力及/或無效電力指定。
根據一項實施例,提出將取決於所併入之電網特性之至少一個控制特性用於設定操作點。此一控制特性亦可係多維的,亦即,其可取決於數個輸入參數及/或包括數個參數用以同時設定。特定而言,取決於電網連接點上的電網電壓之控制參數判定欲饋入之無效電力及/或有效電力。基於(至少)一個所併入之電網特性而形成控制特性。特定而言,特性經選擇以便確保發電機之操作不導致供電網之一穩定性損失。
根據一項提議,提出使用一非線性控制器,特定而言,具有一非線性及/或易變控制器特性之一控制器。特定而言,提出避免使用一PID控制器作為專有控制器。已認識到,一PID控制器不滿足某些要求且其不滿足最佳參數化之要求。一非線性控制器可較佳適應於欲控制之系統。一非線性控制器可係一模糊控制器,基於一神經網路之一控制器、一乘法控制器、具有一滯後功能之一控制器及/或使用一空載時間特性之一控制器。
根據一項實施例,使用導致根據控制特性調整操作點之一控制器。舉例而言,此一控制特性可取決於饋入有效電力P及電網中之電壓U而指定饋入無效電力Q,如由公式Q=f(P,U)所描述。
較佳地,併入至少一個電網特性(其亦可藉由計算電網特性而執行)包括併入饋入無效電力與電網連接點上的一電網電壓之間的一關聯。另外或另一選擇係,其包括併入饋入有效電力與電網連接點上的電網電壓之間的一關聯。較佳地,其包括併入饋入有效電力、饋入無效電力及電網連接點上的電網電壓之間的一關聯,以使得在此情形中,併入一個三維關聯。因此,併入無效電力、有效電力及電網電壓之間的一關聯,此揭示關於此電網連接點之供電網路之行為,且可用作當饋入供電網時對發電機之控制的一基礎。
根據一項實施例,提出併入電網特性包括併入一穩定性邊界。 此一穩定性邊界可經指定為取決於饋入無效電力及饋入有效電力的電網連接點上的電網電壓之一函數,此限制由三個參數定義,且可三維圖解說明。在此一個三維表示中,穩定性邊界基本上具有一彎曲或拱形表面,即一邊界表面。因此,在穩定性邊界之穩定側上挑選各別操作點及因此由操作點提供之特性。根據供電網及/或發電機亦及因此(在一風力發電設施之情形中)風之預期動態,可選擇各別操作點距穩定性邊界之一小或大距離。
根據一項實施例,提出根據一模型計算(至少)一個所併入之電網特性。出於此目的,首先執行供電網之一電網分析,舉例而言,考量線路系統、供電網中之變壓器、切換設備、消費者及發電機。一變壓器在下文中亦簡稱為一變壓器。特定而言,將其值輸入至一計算或模擬程式中。具體而言,針對現有或計劃性電網連接點執行電網分析。 因此,若個別元素明顯與電網連接點不再有顯著關聯性,則在電網分析中可忽視該等個別元素。透過使用等效模型,特定而言,使用替代阻抗,可考量各別電網區段。然後,基於電網分析,形成供電網之一模型;此模型可藉助用於一電網分析模型之一各別軟體來編輯及測試。接下來,特定而言,藉助此分析軟體,且針對具體電網連接點基於該電網模型,執行對不同操作點之一模擬,且記錄模擬結果。模擬之結果係(至少)一個所併入之電網特性。特定而言,出於此目的,將複數個經模擬之個別操作點判定或取作為一基礎。
應注意,術語「供電網」亦可以其簡單形式「電網」或「網路」使用。
較佳地,舉例而言,由上述模擬形成之穩定性邊界可儲存於一表中。另外或另一選擇係,其亦可用一分析函數來近似。亦可藉由內插法判定未記錄之中間值。
根據一項實施例,提出,當併入(至少)一個電網特性是,亦將考量發電機之特性(或至少一個特性),且將併入一短路電流比。在考量發電機之特性中,亦將連接節點之電網特性併入於此電力供應上。較佳地,提出,以<6之一電路電流比控制發電機。較佳地,短路電流比特此<4,且特性而言<2。因此,針對比通常小之一短路電流比建議一控制方法。此通常需要實施或至少接受此特定設計。謹慎地提出,饋入一弱電網,即特定而言藉助一發電機,關於連接點,與電網之短路電力相比,該發電機之連接負載係大的,即,比針對此連接點之電網之短路電力大六分之一、大四分之一或甚至大一半。藉此已認識到,將一風力發電設施與一電壓源轉換器(可簡稱為一電壓轉換器)(特定而言,一全轉換器結構)一起使用,其操作在一弱電網中係有利的。 謹慎地承認,藉由挑選或接受一低短路電流比,操作將發生在一穩定性邊界附近。已認識到,藉助一電壓轉換器之一控制可確保一各別控制,特定而言對饋入之一各別快速且相應精確的控制。因此,目前已認為不適合之電網連接點現在可用於連接一發電機。
根據一項實施例,提出,藉助關於穩定性邊界之一預定穩定性儲備選擇發電機之操作點。因此,提出對操作點之一特定選擇,以便確保穩定性。此尤其不同於預見具有一極其高短路電流比之一設計藉此未選擇一具體操作點之一概念。換言之,避免一過度慎重之設計。 操作點係以一特定穩定性儲備加以選擇,且藉此在控制期間藉助此穩定性儲備引導。在電網狀況或電網中之邊界狀況改變(舉例而言,此暫時減小穩定性儲備)之情況下,操作點相應地經調適以便再次觀察穩定性儲備。
根據一項實施例,若描述操作點及穩定性邊界之值係標準化的,則穩定性儲備係操作點距穩定性邊界之一最小准許距離。舉例而言,穩定性邊界亦及操作點可係由饋入無效電力、饋入有效電力及電 網連接點上的電壓之值定義。然後,有效電力可經標準化至發電機之標稱容量,且無效電力亦可經標準化至發電機之標稱容量。電壓較佳地經標準化至標稱電壓。因此,該等值無單位,且可彼此比較,此通常在不同單位之情況下不容易可能。
在所提及之實例中,穩定性邊界係一空間(即,在若無效電力、有效電力及電壓形成一笛卡爾(Cartesian)座標系統所形成之空間中)中之一彎曲表面。在此說明性實例中,穩定性儲備可係另一彎曲表面,舉例而言,其在原則上具有0.1之一距離。亦以生動方式描述之穩定性儲備然後形成類似於一緩衝層。
在數學方面,舉例而言,可藉由每一個別標準化值之差之平方之總和之根而計算此一最小准許距離。
較佳地,應針對不同穩定性儲備提供不同操作點。舉例而言,其中饋入額定有效電力而非無效電力之具有標稱電壓之一最佳操作點之穩定性儲備可選擇為小。在其他操作點之情況下,提供一較大安全距離可係有用的。緩衝層(出於說明性目的如此識別)然後並不具有一一致厚度。此一變化或恆定距離較佳係至少0.05、0.1或(特定而言)至少0.2。
較佳地,在操作期間,不斷地觀察實際操作點之穩定性儲備,且特定而言,若距穩定性儲備之距離減小,尤其若其下降低於各別穩定性儲備之值,則改變操作點。此觀察可線上或準線上(亦即,觀察時間之間具有小時間差)及/或透過一作用中觀察器(具有一稍微時間延遲)進行。此可用於快速且立即對與穩定性有關之改變作出回應,且因此甚至在穩定性邊界附近確保一溫度操作。
此外,提議一種風力發電設施,其包括與一空氣動力轉子耦合以由風產生電能之一發電機,且包括一頻率轉換器裝置以將電能饋入供電網,藉此根據上文所闡述實施例之至少一個方法來控制風力發電 設施。此處,風力發電設施係一發電機且經控制以進行饋入供電網。較佳地,頻率轉換器裝置包括整流發電機之交流電壓之一整流器且包括用以將DC電壓變換成AC電壓亦饋入供電網之一換流器。此一頻率轉換器裝置(其中,忽視損失,所產生之所有電能完全引導穿過整流器及穿過換流器)亦可稱為一全電力轉換概念或全電力轉換佈局。替代一整流器,亦可能提供數個整流器之一組合,及/或替代一單個換流器,可提供數個換流器,其在每一情形中僅換流一部分能量。
較佳地,風力發電設施連接至電網連接點,所產生電能在此電網連接點上饋入供電網,且選擇<10之一短路電流比(較佳地<6,甚至更較地<4,且特定而言<2)。在饋入期間,對一極其小短路電流比之此一選擇可能連同對發電機(即風力發電設施)之各別控制一起進行。因此,具有高連接負載(特定而言,高標稱容量)之風力發電設施可連接至相當弱電網,且因此可通常設立於遙遠位置處。因此,現在可能使用目前為止尚不適合(此乃因其供電網原本必須經顯著調整)之設施場。
較佳地,偵測及/或展示電網連接點上之一威脅性之穩定性損失。此將避免饋入之一中斷,或將使發電機為在一穩定性損失之情形中快速返回饋入作好準備。
若電網電壓之一部分放電之量根據饋入有效電力超過一預定有效電力限制,則較佳地偵測或展示威脅性之穩定性損失。
藉由考量根據有效電力部分放電電網電壓,可偵測一電網敏感度,且可使用放電之結果作為選擇一更穩定操作點之一指示。
較佳地,若電網電壓之一部分放電之一量超過一預定無效電力限制,則給予此部分放電之量且根據饋入有效電力而偵測或展示一威脅性之穩定性損失。此處再次,考量或判定電網敏感度。
藉由根據一對稱分量之方法分析供電網之一3相電壓而偵測或展 示威脅性之穩定性損失,藉此若一共電壓分量之量大於一共電壓限制,則呈現一威脅性之穩定性損失。另外且另一選擇係,提出,若一反電壓分量之量大於一反電壓限制,則呈現一威脅性之穩定性損失。已知對稱分量之方法特別地考量不對稱。若監視共電壓分量之量,簡言之,就3相電壓系統之對稱部分超過或下降低於一值而言,監視共電壓分量之量。透過對一反電壓分量之一考量,特定而言,可認識到一不對稱值是否係過高且指示電網中之可預期導致一穩定性損失之一故障。
亦可考量一參考頻率與一標稱頻率之間的一差之量。若差超過或不滿足一預定頻率限制或超過該預定頻率限制達其絕對值,則可呈現一威脅性之穩定性損失。
同樣地,提出具有數個風力發電設施之一風力發電場,藉此每一風力發電設施包括一空氣動力轉子、一發電機及一頻率轉換器裝置,如上文所闡述。此外,根據實施例中之一者,如上文所闡述,提出藉助於一方法進行場之操作。在此方面,整個廠在所闡述方法之意義上視為且操作為一發電機。特定而言,短路電流比就風力發電場之連接負載(特定而言,相關風力發電場之所有風力發電設施之標稱容量之總和)與連接點之供電網之短路電力比相關。亦提出,根據一項實施例,設計此風力發電場以使得其具有一低短路電流比,特定而言,<10、<6、<4,且特定而言,較佳地<2。特定而言,藉由將數個風力發電設施組合成一個風力發電場,如與個別風力發電設施對比,可達成大連接負載。出於此目的,現在提出允許關於連接點至一相當弱電網之一連接之一解決方案
電網敏感度係關於在將電能饋入電網中對發電機之所提供控制之重要資訊。此電網敏感度係(特定而言)與電網連接點相關之一特性。該電網敏感度取決於電網特性,諸如電網佈局,而且亦取決於當 前電網狀況。該電網敏感度基本上展示敏感度程度,藉助其,電壓在電網連接點上對影響起反應。若發電機係一風力發電設施或具有數個風力發電設施之一風力發電場,則波動之風速係可透過風力發電設施影響電網且因此影響連接點上之電壓之一外部因素。風速之波動可對連接點上之電壓具有一強或弱影響,且因此,將存在關於風敏感度之一強或弱電網敏感度。
此外,當前電網狀況可對電網連接點上之電壓之敏感度具有一影響。舉例而言,若電網對外部因素較不敏感,若電網(特定而言,關於電網連接點)在一穩定操作點中起作用,則電網連接點上之電壓較穩定。相反地,若電網在一較不穩定操作點(諸如在一風力發電設施之情形中,電廠已在其處支援電網之一操作點)中起作用,則電網連接點上之電壓可較容易受影響。
舉例而言,一風力發電設施可藉由饋入無效電力來支援電網。較佳地,因此提出,根據依據饋入無效電力的電網連接點上的電壓之部分放電而判定電網敏感度。若存在隨饋入無效電力之一改變的電網連接點上之一強電壓改變,則結果係一高電網敏感度,亦即,電壓可較容易受影響。
另一選擇係或另外,提出,基於由風力發電設施產生之電力(即,有效電力)之電網連接點上的電壓之一部分放電而判定電網敏感度。藉由風力發電設施產生及饋入之有效電力係對現有風速之一量度。若此饋入電力之一改變導致電網連接點上之一強電壓改變,則存在關於此電力且因此關於風速之改變之一高敏感度。
較佳地,電網敏感度將係此等部分放電中之兩者之一總和,藉此總和可經加權以便考量或接受變化強度之影響。
現在較佳地提出,基於此電網敏感度控制發電機。特定而言,若存在高敏感度且若在外部干擾之情形中需要一快速反應,則可或應 快速或放大地來執行一控制行為。另一方面,在弱敏感度之情況下,一慢控制器或具有小電力之一控制器可係足夠的。
下文所闡述之負載流計算用於分析能量供應系統之穩定操作狀況。基本基礎係各別電網透過其阻抗Z或其導納Y(複電導)之表示(圖9)。
傳統電網分析藉助描述n節之一相關之矩陣符號中之以下線性方程組經由歐姆定律判定電網。
亦即:(線性方程組)。
旨在判定n電網節中之每一者上之電壓(→電壓維護)。
由於電網中之電流係未知的但(計劃性)饋入及電下降係已知的,因此將電流錶達為輸出。
經由輸出表示電網方程式導致一非線性方程組之形成。
此非線性方程組經數值求解(通常藉由牛頓法。)當數值求解該方程組時,其必須經線性化。上述情形係藉由基於未知數(即,此處仍然係節電壓之振幅(U2...Un)及角度(δ 2...δ n))而使矩陣元素部分抵消來進行。
部分抵消之矩陣稱為一賈可比(Jacobian)矩陣。為求解方程組,此必須係可逆的,亦即,規則的。
1‧‧‧風力發電設施/發電機/分散式發電機/風力發電場
1'‧‧‧風力發電設施
2‧‧‧電網連接點/共用耦合點
2'‧‧‧電網連接點/連接點
2"‧‧‧電網連接點
4‧‧‧供電網/電網/網路/弱電網/供電網
4'‧‧‧電網
5'‧‧‧串聯阻抗
6‧‧‧發電機/電激發多相同步發電機
6'‧‧‧發電機
8‧‧‧整流器
8'‧‧‧整流器
10‧‧‧DC電流線路/DC線路
10'‧‧‧DC線路
12‧‧‧機艙
14‧‧‧塔架
16‧‧‧換流器/電壓換流器/頻率轉換器裝置
16'‧‧‧換流器
18‧‧‧變壓器
18'‧‧‧變壓器
20‧‧‧至電網4之饋入
22‧‧‧控制單元
23‧‧‧比較單元
24‧‧‧電力控制區塊
24'‧‧‧激發器控制
26‧‧‧電力評估區塊
28'‧‧‧中間電路電容器
32‧‧‧存取線路
34‧‧‧評估區塊
36‧‧‧量測區塊
38‧‧‧穩定性控制區塊
40‧‧‧觀察器區塊
42‧‧‧系統模型區塊
44‧‧‧靈活AC輸電系統控制區塊
50‧‧‧電網區塊
52‧‧‧有效電力區塊
54‧‧‧無效電力區塊
56‧‧‧求和區塊
58‧‧‧風力發電設施區塊
60‧‧‧控制區塊
62‧‧‧無效電力預設區塊
64‧‧‧靈活AC輸電系統區塊
100‧‧‧風力發電設施
102‧‧‧塔架
104‧‧‧機艙
106‧‧‧轉子/空氣動力轉子
108‧‧‧轉子葉片
110‧‧‧旋轉體
204‧‧‧不穩定區域
210‧‧‧增加之操作範圍
P‧‧‧有效電力/饋入電力/饋入有效電力/電力/標準化有效電力
P0‧‧‧值
Plimit‧‧‧限制性有效電力
Pmax‧‧‧最大有效電力
Q‧‧‧無效電力/饋入無效電力/標準化無效電力
QSET‧‧‧預設值/預設無效電力
t0‧‧‧時間點
tF‧‧‧時間點
tH‧‧‧起轉時間
tL‧‧‧時間點
tR‧‧‧時間點
tW‧‧‧回復時間/回復
V‧‧‧電壓
V0‧‧‧電壓/標稱電壓/標稱值
VGRID‧‧‧電網電壓/電壓
Vmin‧‧‧臨限值/電壓臨限值
VPCC‧‧‧電壓
VSET‧‧‧預設值
VWEC‧‧‧電壓
VWP‧‧‧電壓
△P‧‧‧有效電力之改變
△Q‧‧‧無效電力之改變
△V‧‧‧電壓偏差
△VSET‧‧‧預定電壓偏差
△VW‧‧‧風速之改變
下文參考附圖藉助作為實例之實施例更詳細闡述本發明。
圖1 以一透視圖展示一風力發電設施。
圖2 展示基於一電壓控制系統(VCS)之連接至一電網之一風力發電設施之一示意圖。
圖3 展示至一AC電網中之一風力發電設施之一電壓控制饋入之一電路配置之一示意圖。
圖4 展示經由一共同電網連接點連接至一電網之兩個風力發電設施之一示意圖。
圖5 圖解說明可影響連接至一電網之一風力發電設施之敏感度之參數。
圖6 展示取決於饋入無效電力及饋入有效電力而將電網連接點上之電網行為分析為電壓趨向之一圖式。
圖7 取決於饋入及標準化無效電力及有效電力將一敏感度展示為由有效電力之改變所致之一電壓改變。
圖8 取決於標準無效電力及有效電力將一敏感度展示為由無效電力之一改變所致之一電壓改變。
圖9 展示一一般化電網圖解說明。
下文,可為類似但非完全相同元件提供相同元件符號,或該等元件符號亦可提供用於僅示意性或象徵性圖解說明之元件,且其可具有不同細節,但其不與各別闡釋有關。
圖1展示具有塔架102及機艙104之風力發電設施100。具有三個轉子葉片108及旋轉體110之轉子106位於機艙104上。轉子106藉由風以一旋轉運動而進行操作,藉此驅動機艙104中之一發電機。
圖2展示經由電網連接點2連接至供電網4之一風力發電設施1之一示意圖。供電網4簡稱為電網4或網路4,藉此此等術語同義使用。
風力發電設施1包括發電機6,發電機6由風驅動,藉此產生電能。發電機6之實施例中之一者係具有2個分別經星形佈線之3相系統(其藉助於圖2之發電機6中之兩個星形符號來圖解說明)之一電激發多相同步發電機6。所產生交流電(即,在所提及實例中為6相交流電)藉由整流器8整流,且經由各別DC電流線路10(其可包括數個個別線路)作為直流電自機艙12沿著塔架14向下傳輸至換流器16。換流器16自該直流電產生交流電,即在所示之實例中,欲饋入電網4之一3相交流電。為此,由換流器16產生之交流電藉助於變壓器18而升壓以便在電 網連接點2上饋入電網4。所圖解說明之變壓器18使用一星角連接(即且主要係一星形連接,且其次係一個三角連接,其此處僅作為一項實施例之一實例來圖解說明)。除了有效電力P之饋入之外,至電網4之饋入亦可包含無效電力Q之饋入,其藉由箭頭20加以圖解說明。針對具體饋入,換流器16由各別控制單元22控制,藉此控制單元22可與換流器16一起在結構上組合。圖2將圖解說明基本構造,且可以不同於此處所圖解說明之方式挑選個別元件之特定配置。舉例而言,變壓器18可提供於塔架14外部。
特定而言,控制單元22控制換流器16以使得控制至電網之饋入的方式。藉此執行各任務,諸如依據電網4中之情況(特定而言電網中之電壓之頻率、相位及振幅)調整欲饋入之電力。另外,控制單元22經設計以控制實質上饋入電網4之電力之有效電力P及無效電力Q之部分。此處,在電網4中(特定而言,在電網連接點2上)執行量測,且相應地加以評估。除其他外,量測電網4中之實際電壓(特定而言,以電壓之實際有效值之形式)且與電壓之預設值(即預設值VSET)比較。
因此,所圖解說明系統及特定而言具有控制單元22之換流器16形成一電壓控制系統(其簡稱為VCS)。
為控制風力發電設施之發電機,在機艙之區域中提供電力控制區塊24及電力評估區塊26。在所圖解說明之實施例之實例中,電力控制區塊24特定而言控制激發,即單獨激發之同步發電機之激發電流。電力評估區塊26評估引導至整流器8之電力,且比較其與由整流器8經由DC電流線路10釋放至換流器16之輸出電力。將此評估之結果轉發至電力控制區塊24。
圖2亦圖解說明所展示系統應具有用以一智能饋入之一電壓控制系統以便儘可能穩定(特定而言,接近一穩定性邊界)地操作風力發電設施。
圖3圖解說明風力發電設施1'至所謂「弱電網4」之連接。一弱電網此處稱為具有高阻抗之一電網。此藉助於串聯阻抗5'在圖3中加以圖解說明。另外,該串聯阻抗5'提供於對應於圖3中之結構之一測試結構中,且其用於檢測風力發電設施1'在弱電網4'上之行為。
圖3之結構呈現由風驅動且作為一同步發電機提供之發電機6'。發電機6'之所產生電力在整流器8'中經整流,且藉助中間電路電容器28'提供至一DC鏈路上之輸入側上之換流器16'。所展示之結構比較DC線路10'與輸入側上之換流器16'之DC鏈路以簡化圖解說明。輸入側上之一DC線路可實際上與一中間電路電相同,或一升壓轉換器提供於輸入側上,此處未對其加以詳細闡釋。整流器1'及換流器16'亦可彼此實體分離,如圖2中關於整流器8及換流器16已闡釋。
最後,提供激發器控制24',該激發器控制可被饋入以來自由中間電路電容器28'表示之DC鏈路之能量。該激發器控制24'控制經單獨激發之發電機6'之激發電流且基本上對應於圖2之電力控制區塊24。
換流器16'可饋入有效電力P及/或無效電力Q。圖3將輸出側上換流器16'之電壓陳述為風力發電設施之電壓VWEC。針對饋入,此藉由變壓器18升壓,且然後在電網連接點2'上饋入電網4'。此處,電網4'亦包括電網變壓器30'。在電網變壓器30'之後開始之實際電網用元件符號4"指定。電網連接點2'上之電壓稱為電網電壓VGrid
為圖解說明弱電網,串聯阻抗5'經展示在電網連接點2'之前方。該串聯阻抗5'僅存在於此測試結構或圖解說明結構中,且指示電網阻抗。因此,所示緊接近變壓器18'之點亦可稱為電網連接點2"。此兩個電網連接點2'與2"之間的此區別可僅由串聯阻抗5'之此使用所致,且通常不以此形式存在於實際電網中。
圖4展示另一說明性及示意性實例,根據該實例,兩個風力發電設施1連接至供電網4。每一風力發電設施1基本上如圖2中所闡釋設 計,即具有發電機6、整流器8及DC線路10,DC線路10實際上包括至少兩條個別線路,即用於正電流及負電流,此亦適用於圖2之DC線路10。此外,風力發電設施1包括換流器16與變壓器18。存取線路32自兩個風力發電設施1中之每一者引導至風力發電設施側上之一或該電網連接點2'。因此,可係具有更多風力發電設施之一風力發電場之代表之作為實例展示之此兩個風力發電設施1將其所產生電力共同饋入於風力發電設施側上之此電網連接點2'上。饋入電力P及饋入無效電力Q(若存在)然後經引導至電網側上之連接點2',且饋入供電網4。
風力發電設施側上之電網連接點2'與電網側上之連接點2"之間的連接不可忽略,且因此,電壓VWP到達風力發電設施側在該風力發電設施側上之電網連接點2'上,而電壓VGrid到達於電網側上之連接點2"上。
判定風力發電設施側上之電壓VWP並在評估區塊34中對其進行評估用以控制。該評估之一首先執行之方式使得用量測區塊36記錄量測值。除其他外,將量測結果轉發至穩定性控制區塊38(其亦可稱為SVCS(穩定性電壓控制系統)區塊)。穩定性控制區塊38計算欲提供之無效電力之一預設值QSet。欲達到之此無效電力然後作為各別預設值傳送至兩個風力發電設施1,且因此將以一個量傳送至所有風力發電設施。特定而言,若風力發電設施1具有相同大小且經受相同風況,則此預設值可作為一絕對值傳送。然而,其亦可作為一預設值提供,諸如指代分別風力發電設施之性質之一百分比值,例如,作為相關風力發電設施之標稱容量。
此外,量測區塊36將該等值傳輸至觀察器區塊40,該觀察器區塊40基於所判定量測值計算進一步狀況(諸如饋入有效電力或饋入無效電力),且將其結果傳輸至系統模型區塊42。若需要,觀察器區塊40亦可獲得或導出關於電力需求之資訊。
系統模型區塊42之系統模型用於判定欲饋入之一最大有效電力Pmax,且將其饋入風力發電設施1。欲饋入之此最大有效電力可作為一絕對或相對值提供。應注意,對評估區塊34之圖解說明將闡釋該結構。一般而言,不需要將評估區塊34實體設計為一獨立裝置。
然後將預設無效電力Qset及最大有效電力Pmax傳送至每一風力發電設施1之FACTS控制區塊44。術語「FACTS」亦用於德語且係「靈活AC輸電系統」之一簡稱。FACTS控制區塊44然後實施預設值且相應地控制換流器16,藉此其亦可自風力發電設施狀況考量量測值。
特定而言但非排他性地,評估區塊34可針對至電網4之一穩定饋入提供穩定性相關預設值。特定而言,可設定關於欲饋入之能量之量或關於電力及穩定性之量係有利之一操作點,特定而言,此處可判定具有一穩定性儲備之一操作點。此處,穩定性控制區塊38可藉助於無效電力之一各別預設值Qset達到關於欲饋入之無效電力之一穩定性儲備。
圖5圖解說明連接至一電網之一風力發電設施之敏感度及對應影響因素。圖5之電網區塊50經代表性地指定用於電網行為(即,在電網連接點上)。電網區塊50圖解說明電網可對由於電壓之一改變所致之影響起反應。所有影響在此處圖解說明為有效電力之改變△P及無效電力之改變△Q。有效電力區塊52考量電力改變之影響,且無效電力區塊54考量無效電力之改變之影響。有效電力區塊52基於有效電力展示電壓之一部分放電,且因此,無效電力區塊54基於無效電力展示電壓之一部分放電。此係藉助於各別部分放電考量電網行為(亦即,電網敏感度,即對有效電力及無效電力之改變之反應)之各別動態之一可能性,在求和區塊56中將其結果相加。電網區塊50連同求和區塊56一起因此考量電網連接點上之電網電壓對兩個變數(即,有效電力及無效電力)之一相依性。此處藉由部分放電考量相依性。
有效電力之改變特定而言由影響風力發電設施區塊58之風速之改變△VW而引起。此風力發電設施區塊58圖解說明風速之改變△VW對有效電力之改變△P之影響,藉此對風力發電設施之控制亦將得以考量,且係由此區塊58考量。
無效電力之改變△Q亦可取決於風力發電設施,或至少對風力發電設施之控制;然而,其通常取決於獨立於風速之其他情境。其改變係由控制區塊60圖解說明。出於闡釋目的,將此控制區塊60劃分成無效電力預設區塊62及FACTS區塊64。控制區塊60及因此無效電力預設區塊62初始取決於一電壓偏差△V,即在電網連接點上,小於一預定電壓偏差△VSET。基於此所得電壓偏差,無效電力預設區塊62判定欲饋入之一無效電力,或取決於一電壓改變,判定欲饋入之無效電力之一預定改變。將此轉發至FACTS區塊64,該FACTS區塊相應地實施無效電力之饋入或無效電力之饋入之改變。
風力發電設施區塊58及控制區塊60亦可視為各別輸入值之一轉移函數,且無效電力預設區塊62及FACTS區塊64可各自視為在控制區塊60中互連之個別轉移函數。
圖6展示基於饋入無效電力Q及饋入有效電力P的電網連接點上之一項實施例之電壓之一相依性。無效電力Q在所檢測之電網連接點上經標準化為電網之短路電力SSC,且標繪於橫座標上。電力P亦經標準化為相同電網連接點之短路電力SSC,且建立於縱座標上。電壓VPCC係經標準化為標稱電壓VN之電網連接點上之電壓。電網連接點上之此標準化電壓經分別標繪為不同值之一曲線且取決於標準化無效電力Q及標準化有效電力P。因此,具有值1之曲線或特性係表示達成標稱電壓所需之無效電力及有效電力值之特性。
舉例而言,若關於短路電力SSC饋入10%之無效電力Q及50%之有效電力P,則達成標稱電壓。
圖6之曲線展示至少關於此電網連接點之具有高阻抗之一電網之一電網連接點之特性。
通常,針對電網之所圖解說明電網連接點之實例,一饋入將在一標準操作範圍200內實現。饋入將因此實現有短路電力SSC之大約10%之一有效電力P,具有短路電力SSC之無效電力之大約5%之一饋入。在饋入有效電力P對應於連接至電網連接點之發電機或全部發電機之額定功率或連接負載之理想假定下,短路電力SSC之10%之饋入將意指連接負載PGen係短路電力SSC之10%。短路電流比Scr=SSC/PGen因此係大約10。此對應於所圖解說明標準操作範圍200之大約中心。 圖6針對定向(即,針對10、6、4、2及1.5之Scr之值)將其他短路電流比Scr展示為短劃線。
然而,根據本發明,提出饋入顯著更多有效電力P,即在短路電力SSC之60%至70%之範圍內。因此,將提供與短路電力SSC有關之無效電力Q之20%至30%之一饋入以便針對此將電網連接點上之電壓維持在標稱電壓之100%至110%之範圍內。作為一預警措施,應指出,電網連接點上之標稱電壓之110%之饋入並不意指可在消費者側上量測到110%之一增加電壓。首先,在電網連接點與第一相關消費者之間通常存在一相當大電網區段。其次,電網中可提供升降壓變壓器,該等升降壓變壓器可在一特定程度上提供一平衡。對其應進行之各量測(該等量測取決於個別電網,包含消費者及發電機以及各種其他框架狀況)在此申請案中未能加以論述。一專家通常對所需量測較熟悉。
此所提出區段在圖6中展示為增加之操作範圍210。此增加之操作範圍具有大約1.5之一短路電流比Scr。在此短路電流比之情況下,目前無任何顯著發電機已連接至電網。
圖6之圖解說明係關於相關電網連接點對基本電網之一電網分析 之結果。出於此目的,如上文所闡釋,藉由求解賈可比矩陣來分別分析及判定電網中之相關元素。此產生圖6之目前圖解說明,根據此,簡言之,右側之特性(亦即,具有較高饋入無效電力Q)亦反映電網連接點上之增加之電壓。在減少之無效電力Q(亦即,在左側)之情況下,電網連接點上之電壓減少。然而,無效電力Q不能任意減少,且在過低(已經為負)之一無效電力Q之情況下,賈可比矩陣根據相關聯有效電力P變成奇異的,亦即,在數學意義上不能求解。一奇異賈可比矩陣意指存在一不穩定狀況。此導致穩定性邊界202,其相應地展示於圖6中之圖解說明之左側上。分別具有一較高有效電力P及/或一較低無效電力Q之在穩定性邊界202左側之區域係不穩定區域204。純粹作為一預警措施,應指出,穩定性邊界202並不與電網連接點上之一電壓值之一單一特性一致,而是似乎切割複數個特性。然而,未能切割複數個特性,此乃因不存在任何值,且因此無任何複數個特性超過穩定性邊界202。
較佳操縱範圍(即增加之操作範圍210)具有距穩定性邊界202比標準操作範圍200小之一距離。然而,應注意,如圖6中所示,未進行關於電網特性之任何特定考量或分析。特定而言,距一穩定性邊界(如其在圖6中展示為穩定性邊界202)之距離係未知的,至少不在圖6中所示之品質及數量中。更確切地,大型發電廠之設施以短路電流比之準則為目標,且該短路電流比係儘可能大,較佳地超過(或甚至顯著超過)10。小型發電機(諸如,風力發電設施)目前通常已連接至容易能夠處理另一風力發電設置之連接之強電網。因此,無論有意與否,以高短路電流比SSC進行連接。
所提出解決方案關於所提供之電網連接點準確地分析電網,特定而言,藉由在數量上併入如圖6中(且較佳地在下文將闡釋之圖7及圖8中)之情境。特定而言,藉由針對不同點之賈可比矩陣之一重複形 成及求解而執行此一分析基於此一電網分析,可判定根據穩定性邊界202之一穩定性邊界,且可挑選圖6中之根據增加之操作範圍210之一期望之操作範圍。
另外,提出,在一閉合控制環路之意義上控制風力發電設施,如特定而言在圖2及圖4中所示。在圖2中,控制環路基本上包括換流器16、變壓器18及控制單元22,考量電網連接點2上之量測值且控制換流器16以便根據箭頭20達成饋入有效電力P及無效電力Q。控制亦可影響對發電機6之區域中之風力發電設施之控制;然而,包括換流器16、變壓器18及控制單元22之所述控制環路不需要機械元件且能夠極其快速地起反應。針對上述情形,亦可(特定而言)在控制單元22中考量電網連接點(亦即,根據圖2之電網連接點2)上之電網特性之知識。因此,可實施辨識電網連接點上之電網行為(特定而言,穩定性邊界)之一快速控制。此使得可能在一所期望操作範圍(諸如圖6之增加之操作範圍210)內操作風力發電設施或風力發電場(及其他發電機,若適用)且同時確保高穩定性及安全性。
圖7及圖8展示取決於無效電力Q及有效電力P之電壓敏感度。圖7及圖8因此在橫座標及縱座標上使用相同值,即標準無效電力在橫座標上且標準有效電力在縱座標上。
所示電壓敏感度係隨有效電力之改變的電壓之改變(根據圖7)或隨無效電力之電壓之改變(根據圖8)。換言之,圖解說明圖7中之根據有效電力之電網連接點上的電壓之偏導數及圖8中之根據無效電力之電壓之部分放電。圖7因此展示圖5之有效電力區塊52之行為。圖8展示圖5之無效電力區塊54之行為,藉此在兩種情形中,取決於藉由當前饋入無效電力Q及饋入有效電力P判定之操作點展示圖解說明。各別特性之值與具有一短路電力SSC=3.73MVA之一電網連接點有關,作為一實例,具有2MW之一額定功率之兩個風力發電設施各自將連 接至該電網連接點。因此,此測試配置允許具有稍微小於1之一短路電流比之測試效能。然而,針對所執行測試,使用測試風力發電場之各別實際功率作為一基礎,且判定為目標風力發電場(亦即,欲檢測之(虛設)風力發電場)之一連接負載。
關於本發明實施例,亦即,例示性組態,闡述與功率P之一改變(以MW為單位)或無效電力Q之一改變(以MVAr為單位)有關之標準化電壓之改變。圖7及圖8亦圖解說明所期望(亦即,增加之)操作範圍210。因此,根據圖7關於有效電力之改變之電壓敏感度係大約-0.2至-0.4。根據圖8關於無效電力之改變之增加之操作範圍210中之電壓敏感度係大約0.3至0.5。因此提出,當設計風力發電設施時,該風力發電設施連接至具體點位連接點,以在控制中併入且考量關於有效電力之改變(如圖7中之實例中所示)及/或關於無效電力之改變(如圖8中之實例中所示)之此電壓敏感度。特定而言,此等值亦將在控制中且較佳地亦在控制之設計中考量。較佳地,取決於敏感度(特定而言然,電壓敏感度)挑選一控制器放大率。
特定而言,提出,在閉合環路中考量此等值,如由圖2中所示之元件(亦即,換流器16、變壓器18及控制單元22)示意性實現。此處,變壓器18較不重要;然而,其必須經常存在且係已在電網連接點2上饋入一分別高電壓所需。特定而言,考量關於控制單元22中之電壓敏感度之發現。以此方式,知曉此等值,可能設計及實施對具體電網連接點之一定製控制。此使得可能減小10及甚至更高之短路電流比之先前高值,且可能提供低值(諸如1.5)之短路電流比,且因此在圖6至圖8中所示之增加之操作範圍210中操作風力發電設施。
本發明因此特定而言提出,不再根據電網並聯操作之舊原理連接一風力發電設施亦及最終一風力發電場(假定電網容量係足夠的),而是,明確地分析連接點且在操作之前已考量結果,且然後在該連接 點處連接一定製風力發電設施或風力發電設施場。較佳地,欲挑選之控制及操作範圍(特定而言關於欲饋入之無效電力Q及有效電力P)經定製及配置較接近於由專家先前作出之一穩定性邊界。如此一來,一風力發電設施之益處以一目標方式使用,即用以對改變(特定而言,電網狀況之改變)迅速且以一目標方式作出回應。此將避免電網(特定而言,至少用以風力發電設施至電網之連接的特定電網連接點)之一過度大大小。然而,若控制或調節器極其良好地辨識關於電網連接點之電網連接點或電網之特性,且若其觀察電網狀況,則可能維持及甚至改良穩定性。
純粹作為一預警措施,應指出,一調節器基本上理解為具有回饋之一閉合環路,藉此一控制基本上稱為一開放「環路」,亦即,無回饋之一情況。然而,在一控制環路中可使用實施一控制方法之一控制區塊。關於圖2中之實例,此意指,控制單元22就其包括一特定控制函數或轉移函數(其亦可係非線性及/或波動性及/或與數個大小有關)而言係一控制。然而,此控制單元用於圖2中所示之環路中,該環路除了控制單元22以外基本上亦包括換流器16、變壓器18及最後電網連接點2上之一量測單元與一比較單元23。控制單元22控制換流器且因此整合於閉合環路中,使其成為一回饋控制之一部分。
1‧‧‧風力發電設施/發電機/分散式發電機/風力發電場
2'‧‧‧電網連接點/連接點
2"‧‧‧電網連接點
4‧‧‧供電網/電網/網路/弱電網/供電網
6‧‧‧發電機/電激發多相同步發電機
8‧‧‧整流器
10‧‧‧DC電流線路/DC線路
16‧‧‧換流器/電壓換流器/頻率轉換器裝置
18‧‧‧變壓器
32‧‧‧存取線路
34‧‧‧評估區塊
36‧‧‧量測區塊
38‧‧‧穩定性控制區塊
40‧‧‧觀察器區塊
42‧‧‧系統模型區塊
44‧‧‧靈活AC輸電系統控制區塊
P‧‧‧有效電力/饋入電力/饋入有效電力/電力/標準化有效電力
Pmax‧‧‧最大有效電力
Q‧‧‧無效電力/饋入無效電力/標準化無效電力
QSET‧‧‧預設值/預設無效電力
VWP‧‧‧電壓
VGRID‧‧‧電網電壓/電壓

Claims (18)

  1. 一種用以控制在一電網連接點(2)上連接至一供電網(4)之一發電機(1)之方法,該方法包括以下步驟:併入與該電網連接點(2)相關之該供電網(4)之至少一個電網特性,控制該發電機(1)以使得其以該所併入之電網特性為條件而將電力饋入該供電網(4),其中該併入至少一個電網特性包括併入一穩定性邊界(202),且該穩定性邊界(202)可指定為取決於饋入無效電力(Q)且取決於饋入有效電力(P)的該電網連接點(2)上之該電網電壓(V)之一函數,且/或該穩定性邊界(202)可圖解說明為由該電網連接點(2)上之該電網電壓(V)、該饋入無效電力(Q)及該饋入有效電力(8)形成之一空間中之一彎曲表面。
  2. 如請求項1之方法,其中該發電機(1)係一分散式發電機(1)及/或一風力發電設施(1)或包括數個風力發電設施(1)之一風力發電場,且特定而言藉助於一電壓換流器(16)來向該供電網(4)饋入。
  3. 如請求項1或2之方法,藉此使用至少一個風力發電設施(1)作為發電機(1),且其中針對該電網連接點(2)判定說明該電網連接點(2)上之電壓對當前風速及/或實際電網狀況之當前相依性之一電網敏感度。
  4. 如請求項3之方法,藉此該電網敏感度係取決於以下各項而形成根據由該風力發電設施(1)所產生之電力(8)的該電網連接點(2)上之該電壓(V)之部分放電,及/或 根據饋入無效電力(Q)的該電網連接點(2)上之該電壓(V)之部分放電,特定而言作為兩個部分放電之總和。
  5. 如請求項3之方法,其中取決於該當前電網敏感度而控制一發電機(1),藉此特定而言,在增加電網敏感度之情況下,使用一快速控制器特性及/或具有一較強放大率之一控制器特性,及/或使用一非線性控制器。
  6. 如請求項1或2之方法,其中併入該(至少)一個所併入之電網特性,其中藉由該供電網(4)執行一電網分析,基於該電網分析產生該供電網(4)之一模型,針對該電網連接點(2)基於該電網模型模擬不同操作點,且使用該模擬之結果作為該(至少)一個電網特性。
  7. 如請求項1或2之方法,其中將一個(或該)穩定性邊界(202)儲存於一表中及/或用一分析函數來近似。
  8. 如請求項1或2之方法,其中在併入該(至少)一個電網特性中,亦考量該發電機(1)之特性,且併入一短路電流比(Scr)。
  9. 如請求項1或2之方法,其中 若發生以下情形,則偵測到及/或展示該電網連接點(2)上之一威脅性之穩定性損失(LOS)根據該饋入有效電力的一電網電壓之一部分放電之值超過一預定值,根據該饋入無效電力的一電網電壓之一部分放電之值超過一預定無效值,根據對稱分量之方法對該供電網(4)之一3相電壓之分析導致高於共電壓限制之一共電壓分量之一值,根據該對稱分量之該方法對該供電網之一3相電壓之該分析導致高於或低於反電壓限制之一反電壓分量之一值,且/或一參考頻率與一標稱頻率之間的一差之值超過一預定頻率值之值。
  10. 如請求項1或2之方法,其中以小於6,較佳地小於4,且特定而言小於2之一短路電流比控制該發電機(1)。
  11. 如請求項1或2之方法,其中藉助一個(或該)穩定性邊界(202)之一預定穩定性儲備而選擇該發電機(1)之一個(或該)操作點。
  12. 如請求項11之方法,其中該穩定性邊界(202)之該穩定性儲備係該饋入無效電力(Q)與該穩定性邊界(202)之無效電力之間的最小差,該饋入有效電力(P)與該穩定性邊界(202)之有效電力之間的 最小差,或該電網連接點上之該電壓(V)與該穩定性邊界之電壓之間的最小差,或係取決於此等差中之至少一者而計算,特定而言用此等差中之至少一者來計算。
  13. 如請求項11之方法,其中將該穩定性邊界(202)之該穩定性儲備定義為以下各項之總和之根該饋入無效電力(Q)與該穩定性邊界(202)之該無效電力之間的一標準化最小差之平方,該饋入有效電力(P)與該穩定性邊界(202)之該有效電力之間的一標準化最小差之平方,及該電網連接點(2)上之該電壓(V)與該穩定性邊界(202)之該電壓之間的一標準化最小差之平方,藉此根據該電網連接點上的該供電網(4)之短路電力(Scr)來分別使該無效電力(Q)與該有效電力(P)標準化,且根據該電網連接點(2)上的該供電網(4)之標稱電壓(VN)來使該電網連接點(2)上之該電壓標準化,且距離係小於0.2,特定而言小於0.1。
  14. 如請求項1或2之方法,其中藉由該穩定性邊界觀察實際操作點之一個(或該)穩定性儲備,且特定而言,若該穩定性儲備減小至該穩定性邊界,則該操作點改變。
  15. 如請求項1或2之方法,其中, 取決於該(至少一個)所併入電網特性,及/或至少一個電網狀況,及/或控制與一預定操作點之一偏差,而識別一穩定性損失及/或一威脅性之穩定性損失。
  16. 如請求項1或2之方法,其中發電機(1)係具有數個風力發電設施(1)之一風力發電場,且針對每一風力發電設施(1)或該場之該風力發電設施之至少一子群組個別地識別一穩定性損失或一威脅性之穩定性損失。
  17. 一種風力發電設施(1),其包括一發電機(6),其具有一空氣動力轉子(106)以由風產生電能,及一頻率轉換器裝置(16),特定而言,與一整流器(8)耦合以將電能饋入供電網(4)之一換流器(16),藉此根據前述請求項之一方法來控制該風力發電設施。
  18. 如請求項17之風力發電設施(1),其中該風力發電設施(1)連接至電網連接點(2),且在此電網連接點(2)上將電能饋入該供電網(4),藉此此電網連接點上之短路電流比(Scr)係小於6,較佳地小於4且特定而言小於2。
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