專利名稱：用于控制無功功率源的方法和控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制風(fēng)力發(fā)電廠設(shè)施中的無功功率源的方法和控制裝置。具體而言，本發(fā)明涉及一種用于在不同有功功率水平控制無功功率源的方法和控制裝置。
背景技術(shù)：
隨著風(fēng)力發(fā)電的滲透，由新興電網(wǎng)連接規(guī)范定義了將風(fēng)カ發(fā)電廠(WPP)連接到電網(wǎng)的要求。在世界的不同地方，電網(wǎng)連接要求各有不同，但它們有著共同的目的，例如允許開發(fā)、維護(hù)和運(yùn)營(yíng)協(xié)調(diào)、可靠且經(jīng)濟(jì)的傳輸或配電系統(tǒng)。新的要求一般需要WPP提供輔助服務(wù)以支持它們連接于其中的網(wǎng)絡(luò)。WPP與其他發(fā)電源不同，因此它們?cè)谀承┓矫嫫淇刂剖翘貏e的。 與同步發(fā)電機(jī)(SG)的主要區(qū)別如下-能源有波動(dòng)且不可預(yù)測(cè)，-WPP是高度模塊化的，由大量發(fā)電機(jī)組構(gòu)成，從而在發(fā)送操作設(shè)置點(diǎn)時(shí)引入通信延遲，這些可能在百分之幾毫秒的范圍中，-SG通過其單元變壓器直接向輸電系統(tǒng)提供無功功率饋送，単元變壓器提供更有效率的電壓調(diào)節(jié)，因?yàn)闊o功功率不是通過長(zhǎng)距離并通過幾個(gè)變壓器傳輸?shù)?，以?由于其電子功率變換器的尺寸原因，風(fēng)カ渦輪發(fā)電機(jī)(WTG)在其無功功率和電流能力方面有更大局限。因此，在強(qiáng)風(fēng)期間，取代傳統(tǒng)的發(fā)電廠，包括其控制特性可能是ー個(gè)問題。電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商利用WPP性能的電網(wǎng)規(guī)范中的編輯具體部分解決這個(gè)挑戰(zhàn)。通常，可以由風(fēng)力渦輪機(jī)和電廠控制器解決電カ公司的需求?？梢栽陲L(fēng)力渦輪機(jī)層次和/或電廠層次上進(jìn)行風(fēng)カ發(fā)電廠控制。WPP控制器能夠從簡(jiǎn)單地向風(fēng)カ渦輪機(jī)控制系統(tǒng)傳遞參考到執(zhí)行大部分閉環(huán)控制自身。由來自風(fēng)カ渦輪機(jī)的無功功率致動(dòng)電壓控制，能夠確認(rèn)，電壓控制設(shè)計(jì)將覆蓋位于渦輪機(jī)層次的內(nèi)部無功功率/電壓控制回路，與位于公共耦合(PCC)點(diǎn)的外部電壓控制回路組合，其中其意在控制電壓。不過，在高有功功率水平下，可能發(fā)生如下情況風(fēng)カ渦輪機(jī)，尤其是雙饋型電感應(yīng)發(fā)電機(jī)，不能為電壓控制提供充分多的無功功率。在這種狀況下，可以激活額外的無功功率源，以便確保風(fēng)カ發(fā)電廠滿足電網(wǎng)規(guī)范要求?？梢詫⑻峁┯糜诳刂茻o功功率源，尤其是在高有功功率水平下，的方法和控制裝置看作本發(fā)明實(shí)施例的目的。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面中，通過提供一種用于控制風(fēng)力發(fā)電廠中無功功率源的方法實(shí)現(xiàn)上述目的，該方法包括如下步驟-為風(fēng)カ發(fā)電廠的風(fēng)カ渦輪機(jī)提供風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)，
-提供有功功率參考信號(hào),所述有功功率參考信號(hào)是所述風(fēng)カ發(fā)電廠的有功功率的產(chǎn)生的度量，以及-通過組合所述風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)和所述有功功率參考信號(hào)產(chǎn)生用于所述無功功率源的控制信號(hào)。術(shù)語無功功率源可以是電容性或電感性能源，或者其組合。于是，無功功率源例如可以是靜態(tài)同步補(bǔ)償器(STATC0M)，其適于向電網(wǎng)中注入無功功率，以滿足所需的電網(wǎng)電壓支持。而且，應(yīng)當(dāng)寬泛地理解術(shù)語風(fēng)力發(fā)電廠，從而覆蓋完整規(guī)模的風(fēng)カ渦輪機(jī)設(shè)施和雙饋型電感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)配置。不過，上述方法對(duì)于DFIG配置而言尤其相關(guān)?？梢葬槍?duì)風(fēng)カ發(fā)電廠內(nèi)的每個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生風(fēng)力渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)。 有功功率參考信號(hào)也可以是用于風(fēng)カ發(fā)電廠處風(fēng)速的度量。可以組合圖4中表示為Vref的風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)和圖4中表示為K的有功功率參考信號(hào)，使得圖4中表示為Vref STATroM的無功功率源的控制信號(hào)是風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)的加權(quán)信號(hào)。應(yīng)當(dāng)指出，可以將用于無功功率源的控制信號(hào)應(yīng)用于除STATCOM之外的其他無功功率源。有利的是，將用于無功功率源的控制信號(hào)鏈接到風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)。加權(quán)因子可以取決于產(chǎn)生的有功功率的量或相對(duì)于有功功率的產(chǎn)生的其他信號(hào)，例如風(fēng)速，可以在嵌入芯片中的查找表中定義加權(quán)因子。有功功率參考信號(hào)可以隨著表2所示的風(fēng)カ發(fā)電廠的有功功率的產(chǎn)生單調(diào)増大。具體而言，所述有功功率參考信號(hào)可以根據(jù)所述風(fēng)カ發(fā)電廠的有功功率的產(chǎn)生而在零和一之間變化。作為范例，在不產(chǎn)生有功功率時(shí)，有功功率參考信號(hào)可以等于零，在標(biāo)稱有功功率產(chǎn)生時(shí)它可以等于一。優(yōu)選地,表示為VMf—STATaM的無功功率源控制信號(hào)是通過表示為Vref的風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)和表示為K的有功功率參考信號(hào)相乘產(chǎn)生的，參考圖4。通過這種方式，用于無功功率源的控制信號(hào)可以在零和風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)的實(shí)際值之間變化。圖4的更詳細(xì)描述將跟隨在后面。在第二方面中，本發(fā)明涉及ー種包括中央控制單元的風(fēng)カ發(fā)電廠，所述中央控制単元包括控制調(diào)度器，其適于依照根據(jù)本發(fā)明第一方面的方法向至少ー個(gè)無功功率源提供控制信號(hào)。在第三方面中，本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)カ發(fā)電廠的控制調(diào)度器，所述控制調(diào)度器適于至少部分控制風(fēng)力發(fā)電廠中的至少ー個(gè)無功功率源和至少ー個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)，所述控制調(diào)度器包括-用于為風(fēng)力發(fā)電廠的風(fēng)カ渦輪機(jī)接收風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)的模塊，-用于根據(jù)所述風(fēng)カ發(fā)電廠的有功功率的產(chǎn)生的度量產(chǎn)生有功功率參考信號(hào)的模塊，以及-用于通過組合所述風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)和所述有功功率參考信號(hào)產(chǎn)生用于所述無功功率源的控制信號(hào)的模塊。同樣，術(shù)語無功功率源可以是電容性或電感性能源，或者其組合。于是，無功功率源例如可以是STATC0M，其適于向電網(wǎng)中注入無功功率，以滿足所需的電網(wǎng)電壓支持。而且，應(yīng)當(dāng)寬泛地理解術(shù)語風(fēng)力發(fā)電廠，從而覆蓋完整規(guī)模的風(fēng)カ渦輪機(jī)設(shè)施和DFIG配置。不過，上述控制調(diào)度器對(duì)于DFIG配置而言尤其相關(guān)。類似于本發(fā)明的第一方面，有功功率參考信號(hào)也可以是風(fēng)力發(fā)電廠處風(fēng)速的度量?？刂普{(diào)度器可以形成WPP控制器的集成部分，其功能是將WPP控制器計(jì)算的參考值基本分到構(gòu)成WPP的不同發(fā)電機(jī)組中，這樣的機(jī)組通常是風(fēng)カ渦輪機(jī)和無功功率源。再次參考圖4，風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)表示為VMf，有功功率參考信號(hào)表示為K，無功功率源的控制信號(hào)被表示為Vref STATa)M。應(yīng)當(dāng)指出，可以將用于無功功率源的控制信號(hào)應(yīng)用于除STATCOM之外的其他無功功率源。用于產(chǎn)生有功功率參考信號(hào)的模塊可以包括低通濾波器，用于對(duì)所述風(fēng)カ發(fā)電廠的有功功率的產(chǎn)生的度量進(jìn)行低通濾波。 此外，用于產(chǎn)生用于所述無功功率源的控制信號(hào)的模塊可以包括用于將所述風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)和所述有功功率參考信號(hào)相乘的模塊。有利的是，通過這種相乘，用于無功功率源的控制信號(hào)變得通過加權(quán)鏈接到風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)。加權(quán)因子可以取決于產(chǎn)生的有功功率的量，可以在嵌入芯片中的查找表中定義加權(quán)因子。所述控制調(diào)度器可以被配置成使接收到的風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)通過，基本不修改所述接收的風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)。在第四方面中，本發(fā)明涉及ー種包括中央控制單元的風(fēng)カ發(fā)電廠，所述中央控制単元包括根據(jù)本發(fā)明第三方面的控制調(diào)度器。


現(xiàn)在將參考附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，其中圖I示出了 a)簡(jiǎn)化雙饋型圖示，和b)簡(jiǎn)化雙饋型控制器圖示，圖2示出了 P-Q雙饋型圖，圖3示出了風(fēng)カ發(fā)電廠圖示，以及圖4示出了控制調(diào)度器圖示。盡管本發(fā)明可以有各種修改和替代形式，但在附圖中以舉例方式示出了具體實(shí)施例，并將在這里詳細(xì)描述。不過要理解，本發(fā)明并非要限于公開的特定形式。相反，本發(fā)明要涵蓋落在由所附權(quán)利要求界定的本發(fā)明精神和范圍之內(nèi)的所有修改、等價(jià)方案和替代方案。
具體實(shí)施例方式原則上，本發(fā)明涉及各種風(fēng)カ渦輪機(jī)配置，包括完整尺度的風(fēng)カ渦輪機(jī)設(shè)施，尤其是DFIG配置。由于本發(fā)明對(duì)于DFIG配置而言特別相關(guān)，所以在下文中將參考這樣的配置描述本發(fā)明。參考圖la，變速雙饋型發(fā)電機(jī)能夠利用連接轉(zhuǎn)子的變頻器完全控制發(fā)電機(jī)的有功功率和無功功率。其額定值通常約為0. 3pu。與亞同步和超同步速度一起工作，可以在轉(zhuǎn)子電路中和外部饋送功率。連接轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)換器在嚴(yán)重瞬態(tài)過程期間能夠采用各種功率消耗方案。這些方案可能涉及位于轉(zhuǎn)子端子處的有功短路器或DC鏈路中的斬波器，Rdl,參見圖la。電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器用于調(diào)節(jié)DC鏈路的電壓電平。圖Ib中示出了 DIG控制器的簡(jiǎn)化控制圖，其中分別利用d和q軸控制有功功率P和無功功率Q。DFIG控制器從外部控制器計(jì)算或接收功率參考值P,ef、Qref。利用兩個(gè)級(jí)聯(lián)的Pi控制器處理這些功率參考值；它們將產(chǎn)生所需的電壓參考值Vt6fJff6f,由PWM對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以脈沖驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)換器。最后，為轉(zhuǎn)子饋送在定子端子處產(chǎn)生期望的P和Q的電壓。圖2示出了從DFIG機(jī)器的定子端子獲得的P-Q圖。相對(duì)于Q注入的不對(duì)稱性是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的激勵(lì)?？梢宰⑷肜L圖區(qū)域內(nèi)部的所有P-Q組合。顯然，最大Q注入取決于當(dāng)前P值，于是Qmax=HP)。在10%的有功功率注入附近比值Q/P達(dá)到其最大值。表I中列出了 P-Q DFIG圖坐標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種用于控制風(fēng)力發(fā)電廠中的無功功率源的方法，所述方法包括如下步驟 -為所述風(fēng)カ發(fā)電廠的風(fēng)カ渦輪機(jī)提供風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)， -提供有功功率參考信號(hào)，所述有功功率參考信號(hào)是所述風(fēng)カ發(fā)電廠的有功功率的產(chǎn)生的度量，以及 -通過組合所述風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)和所述有功功率參考信號(hào)來產(chǎn)生用于所述無功功率源的控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中組合所述風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)和所述有功功率參考信號(hào)，使得用于所述無功功率源的控制信號(hào)是所述風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)的加權(quán)信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中所述風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)包括用于所述風(fēng)カ渦輪機(jī)的電壓參考值。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述有功功率參考信號(hào)隨著所述風(fēng)カ發(fā)電廠的所述有功功率的產(chǎn)生而單調(diào)増大。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述有功功率參考信號(hào)根據(jù)所述風(fēng)カ發(fā)電廠的所述有功功率的產(chǎn)生而在零和一之間變化。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中通過將所述風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)和所述有功功率參考信號(hào)相乘來產(chǎn)生用于所述無功功率源的控制信號(hào)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中向電容性無功功率源提供用于所述無功功率源的所述控制信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中向STATCOM提供用于所述無功功率源的所述控制信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中向電感性無功功率源提供用于所述無功功率源的所述控制信號(hào)。
10.一種用于風(fēng)カ發(fā)電廠的控制調(diào)度器，所述控制調(diào)度器適于至少部分控制所述風(fēng)カ發(fā)電廠中的至少ー個(gè)無功功率源和至少ー個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)，所述控制調(diào)度器包括 -用于為所述風(fēng)カ發(fā)電廠的風(fēng)カ渦輪機(jī)接收風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)的模塊， -用于根據(jù)所述風(fēng)カ發(fā)電廠的有功功率的產(chǎn)生的度量來產(chǎn)生有功功率參考信號(hào)的模塊，以及 -用于通過組合所述風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)和所述有功功率參考信號(hào)來產(chǎn)生用于所述無功功率源的控制信號(hào)的模塊。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制調(diào)度器，其中用于產(chǎn)生有功功率參考信號(hào)的模塊包括低通濾波器，用于對(duì)所述風(fēng)カ發(fā)電廠的所述有功功率的產(chǎn)生的度量進(jìn)行低通濾波。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的控制調(diào)度器，其中用于產(chǎn)生用于所述無功功率源的所述控制信號(hào)的模塊包括用于將所述風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)和所述有功功率參考信號(hào)相乘的模塊。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中任一項(xiàng)所述的控制調(diào)度器，其中所述控制調(diào)度器被配置成使接收到的風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)通過，基本不修改所述接收到的風(fēng)カ渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)。
14.一種風(fēng)カ發(fā)電廠，包括中央控制單元，所述中央控制單元包括根據(jù)權(quán)利要求10-13中任 一項(xiàng)所述的控制調(diào)度器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制風(fēng)力發(fā)電廠設(shè)施中的無功功率源的方法，該方法包括如下步驟提供風(fēng)力渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)，以及提供有功功率參考信號(hào)，所述有功功率參考信號(hào)是風(fēng)力發(fā)電廠的有功功率的產(chǎn)生的度量。通過組合所述風(fēng)力渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)和所述有功功率參考信號(hào)來產(chǎn)生用于無功功率源的控制信號(hào)，使得所述無功功率源的控制信號(hào)成為所述風(fēng)力渦輪機(jī)無功功率控制信號(hào)的加權(quán)信號(hào)。此外，本發(fā)明涉及適于執(zhí)行本發(fā)明的控制單元和風(fēng)力發(fā)電廠。
文檔編號(hào)H02J3/18GK102822509SQ201180015909
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月25日
發(fā)明者J·M·加西亞 申請(qǐng)人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)集團(tuán)公司