本公開內容描述了總體上涉及控制風力發(fā)電廠的方法的實施例。實施例可以提供一種控制風力渦輪發(fā)電廠的有功功率生成的方法。本公開內容還描述了被配置為執(zhí)行控制風力發(fā)電廠的方法的風力發(fā)電廠。

背景技術：

作為清潔和多產的替代能源，風能的發(fā)展和接受度在增長。風能可以由風力渦輪發(fā)電機采集，風力渦輪發(fā)電機是將風的動能轉化為機械能并隨后將機械能轉化為電功率的旋轉機器。常見的水平軸風力渦輪機包括塔架、位于塔架頂部的機艙和借助于軸在機艙中支撐的轉子。軸將轉子與容納在機艙內部的發(fā)電機的轉子組件直接或間接耦合。多個風力渦輪發(fā)電機可以被布置在一起以形成風力發(fā)電場或風力發(fā)電廠。

風力發(fā)電接受度的顯著增長導致各國和電網運營商實施嚴格的電網連接要求，這也被稱為電網規(guī)則(gridcode)。一些電網規(guī)則要求風力發(fā)電廠滿足特定的無功功率要求，以使得風力發(fā)電廠能夠在電網電壓擾動期間輸入和/或輸出無功功率。

功率因數通?？梢员欢x為電路中流向負載的有效功率與視在功率的比值。一般來說，電網要求是根據功率因數絕對值定義的，功率因數絕對值取決于風力發(fā)電廠在公共耦合點處調度的有功功率。

然而，一些電網規(guī)則確實將其功率因數要求定義為基于風力發(fā)電廠的標稱額定值而輸入或輸出的無功功率的量，而不考慮有功功率生成。因此，功率因數要求可以被確定為無功功率要求。在這種情況下，風力發(fā)電廠需要額外的無功功率補償來滿足電網規(guī)則。

通常，該補償可以由諸如靜態(tài)同步補償器(statcom)或靜態(tài)var補償器(svc)之類的動態(tài)無功功率源或者由諸如msc(機械轉換電容器)之類的靜態(tài)設備來提供。然而，如果出于某些原因，風力發(fā)電廠所依賴的無功功率補償對于電網規(guī)則的遵守變得不可用，例如由于設備故障甚至數據通信故障或錯誤，則會導致復雜化。結果，風力發(fā)電廠將不能夠控制msc或statcom，并且將不能滿足整整一代電網規(guī)則要求，這可能導致對風力發(fā)電廠運營商的經濟處罰或更有害的情況下導致與電網斷開連接，因為風力發(fā)電廠不能夠按照電網規(guī)則所要求的來保持所需無功容量，并存在電網內無功功率可用性的潛在風險。

技術實現(xiàn)要素：

對于操作風力發(fā)電廠的方法存在這樣的需求，其提供了相對于風力發(fā)電廠的容量的對電網規(guī)則功率因數或無功功率要求的遵守。

根據各種實施例，提供了一種控制耦合到電網的風力發(fā)電廠的有功功率生成的方法，所述風力發(fā)電廠包括用于控制多個風力渦輪發(fā)電機的發(fā)電廠控制器，所述方法包括：監(jiān)測工廠補償設備的操作狀態(tài)；當工廠補償設備的操作狀態(tài)指示工廠補償設備中有故障時，調整工廠無功功率容量；控制風力發(fā)電廠以將由風力發(fā)電廠生成的有功功率削減基于所調整的工廠無功功率容量而確定的削減量。

根據各種實施例，提供了一種風力發(fā)電場，包括多個風力渦輪發(fā)電機；工廠補償設備，其包括多個補償模塊；以及發(fā)電廠控制器，其被配置為用于控制所述多個風力渦輪發(fā)電機，其包括：監(jiān)測模塊，其被配置為監(jiān)測所述工廠補償設備的操作狀態(tài)；無功功率容量模塊，其被配置為當所述工廠補償設備的操作狀態(tài)指示所述工廠補償設備中有故障時，調整工廠無功功率容量；削減模塊，其被配置為控制風力發(fā)電廠以將由風力發(fā)電廠生成的有功功率削減基于所調整的工廠無功功率容量而確定的削減量。

附圖說明

在附圖中，在所有不同的視圖中，相同的附圖標記通常指代相同的部分。附圖不一定按比例繪制，而是通常將重點放在對本公開內容的原理進行例示。要注意的是，附圖僅示出了本公開內容的實施例的示例，并且因此不應被認為是限制其范圍，因為本公開內容可以允許其它同等有效的實施例。在下面的描述中，參考以下附圖描述了本公開內容的各種實施例，在附圖中：

圖1示出了根據實施例的風力發(fā)電廠。

圖2示出了根據實施例的風力發(fā)電廠的操作中的控制原理圖。

圖3示出了根據實施例的回退方法(fallbackmethod)的方框原理圖。

圖4a示出了具有完全可操作的裝機無功功率容量的風力發(fā)電廠的pq圖。

圖4b示出了圖4a的具有降低的無功功率容量的風力發(fā)電廠的pq圖。

圖5示出了根據實施例的用于操作風力發(fā)電廠的方法。

圖6示出了根據實施例的風力發(fā)電廠。

具體實施方式

以下參考附圖詳細描述了操作風力發(fā)電廠的方法和風力發(fā)電廠的實施例。然而，應當理解，本公開內容不限于具體描述的實施例。將理解的是，下面描述的實施例可以對各個方面、特征和要素進行修改，而不改變本公開內容的實質。此外，對各種實施例的任何引用不應被解釋為本文中所公開的任何發(fā)明主題的概括，并且不應被認為是所附權利要求的要素或限制，除非在(多項)權利要求中明確敘述。

根據各種實施例，給定元件的圖示或特定圖中特定元件編號的考慮或使用，或對其對應的說明性材料的引用都可以包括在另一圖或與之相關的說明性材料中標識的相同的、等效的或類似的元件或元件編號。本文中使用的“/”是指“和/或”，除非另行指明。

本公開內容可以描述可以以各種取向操作的系統(tǒng)和/或裝置的實施例，因此應當理解，術語“頂部”、“底部”、“基座”、“下”、“側向”、“向下”等中的任一項在以下描述中使用時是出于方便而使用的并且有助于理解相對位置或方向，并且不旨在限制系統(tǒng)或裝置的取向。

根據本公開內容中的各種實施例，可以呈現(xiàn)計算系統(tǒng)或控制器或微控制器或提供處理能力的任何其它系統(tǒng)。可以采用這樣的系統(tǒng)來包括處理器。根據各種實施例的系統(tǒng)或裝置可以包括控制器，控制器可以包括例如在由控制器執(zhí)行的處理中使用的存儲器。在實施例中使用的存儲器可以是易失性存儲器，例如dram(動態(tài)隨機存取存儲器)，或非易失性存儲器，例如prom(可編程只讀存儲器)、eprom(可擦除prom)、eeprom(電可擦除prom)或閃速存儲器，例如浮柵存儲器、電荷俘獲存儲器、mram(磁阻式隨機存取存儲器)或pcram(相變隨機存取存儲器)。

在各種實施例中，“電路”可以被理解為任何種類的邏輯實施實體，其可以是專用電路或執(zhí)行存儲在存儲器、固件或其任何組合中的軟件的處理器。因此，在實施例中，“電路”可以是硬連線邏輯電路或可編程邏輯電路，例如可編程處理器，例如微處理器(例如，復雜指令集計算機(cisc)處理器或精簡指令集計算機(risc)處理器)?！半娐贰边€可以是執(zhí)行軟件的處理器，軟件例如是任何種類的計算機程序，例如使用諸如java的虛擬機代碼的計算機程序。將在下面更詳細描述的各個功能的任何其它種類的實施方式也可以被理解為根據各種替代實施例的“電路”。類似地，“模塊”因此被定義為根據本公開內容中的各種實施例的系統(tǒng)的一部分，并且可以包含如上所述的“電路”，或者可以被理解為是來自于其的任何種類的邏輯實施實體。

圖1示出了根據實施例的風力發(fā)電廠。在實施例中，提供了風力渦輪發(fā)電廠或風力發(fā)電廠100。風力發(fā)電廠典型地被形成為風力發(fā)電單元或風力渦輪發(fā)電機的集合，以便于使控制集中，并且構成到電網或輸電網或配電網或電力網160的單個耦合。在各種實施例中，風力發(fā)電廠100可以連接到電網160。

在實施例中，風力發(fā)電廠100可以包括與風力發(fā)電廠100電耦合的多個風力渦輪發(fā)電機或風力渦輪機120。在實施例中，風力發(fā)電廠100包括一隊類似的風力渦輪發(fā)電機120。在其它實施例中，可以將各種風力渦輪發(fā)電機連接到風力發(fā)電廠中的傳輸支路。這是因為風力渦輪發(fā)電機典型在地理上分布在不同的位置，其中盛行風將被不同類型的風力渦輪發(fā)電機更好地利用。

風力渦輪發(fā)電機120通過傳輸支路110耦合到工廠配電母線(busbar)130，其可以被稱為主母線或中壓(mv)總線。風力發(fā)電廠100可以包括多個傳輸支路110，其均包括電連接到相對應的傳輸支路的多個風力渦輪發(fā)電機120。在實施例中，存在連接到傳輸支路的兩個風力渦輪機。然而，典型地沒有關于每個傳輸支路的風力渦輪機的數量的準則(僅根據物理位置的偏好)。

在實施例中，傳輸支路110可以包括斷路器112，斷路器112可以被配置為保護連接到傳輸支路110的風力渦輪發(fā)電機120和風力發(fā)電廠100的其它部分免受在電網160或工廠100中存在故障時發(fā)生的電力浪涌或尖峰的影響。在這種實例中，斷路器112跳到開路狀態(tài)，并將傳輸支路110與風力發(fā)電廠100隔離，直到識別并解決了故障，并且工廠電氣系統(tǒng)返回以便重新連接傳輸支路110。

風力發(fā)電廠100可以包括工廠變電站140，其可以耦合到工廠配電母線130。工廠變電站可以是風力發(fā)電廠的物理區(qū)域，也可以是分布在工廠上的特征的聚集數。在實施例中，變電站140被呈現(xiàn)為位于一個物理區(qū)域中。根據實施例，變電站140的主要組件是：主變壓器142，其將工廠中所生成的電力升高到要提供給電網160的適當電壓；以及主開關設備144，其定義用于風力發(fā)電廠的有源開關。工廠變電站140位于風力發(fā)電廠100的風力渦輪機120與到電網160的公共耦合點146之間。

風力發(fā)電廠100的操作由發(fā)電廠控制器(“ppc”)150控制，發(fā)電廠控制器150將各種參考設定點調度到風力發(fā)電廠100中的各個風力渦輪發(fā)電機120。發(fā)電廠控制器150還從風力渦輪發(fā)電機120以及傳輸支路110、配電母線130、工廠變電站140和電網160上的各個位置接收多個源的測量結果或輸出讀數，并且使用所接收到的信息來優(yōu)化風力發(fā)電廠對電網的幫助。發(fā)電廠控制器150還可以從風力發(fā)電廠100所耦合到的電網160的電網運營商接收用于操作的設定點。

根據實施例，風力發(fā)電廠100的ppc150是將工廠100和工廠100中的多個風力渦輪發(fā)電機120耦合到遠程數據和控制中心的監(jiān)控和數據采集(scada)網絡154的一部分。工廠scada網絡154可以包括由鋪設的光纖傳輸提供的工廠和渦輪機控制器之間的數據傳輸耦合。此外，scada網絡154可以包括工廠控制器150和風力發(fā)電廠100中的各種輔助設備(例如功率補償設備、能量儲存系統(tǒng)、高級控制系統(tǒng)、天氣檢測系統(tǒng)等)之間的連接。scada網絡154還可以便于數據信息和測量信息的通信。在實施例中，可以提供單獨的通信線路以用于數據信息和測量信息的通信。在各種實施例中，在風力發(fā)電廠100中提供了數據通信線路157。也可以在風力發(fā)電廠100中提供測量通信線路158。

在各種實施例中，風力發(fā)電廠100包括scada控制模塊156，其被配置為提供對scada網絡154的控制和監(jiān)管。scada控制模塊156可以包括子系統(tǒng)以用于整合從工廠的組件接收到的測量數據，以進行信息和各種其它操作功能的通信。在實施例中，scada控制模塊156和ppc150可以物理地位于工廠變電站中。在實施例中，scada控制模塊156和ppc150可以位于風力發(fā)電廠100的附件中。要理解的是，物理位置對風力發(fā)電廠100的操作沒有限制。

在實施例中，在公共耦合點146處提供了傳感器152，并且將所得到的輸出提供給ppc150，以用于監(jiān)測電網160的電氣特性。電壓、電流和功率特性可以由ppc150監(jiān)測并被后處理為各種有用的特性格式。風力發(fā)電廠100的測量點(pom)可以位于主變壓器142的高壓側，或者位于公共耦合點146處。在pom處可以提供額外的設備，例如但不限于電能表、以及電流互感器或電位互感器。

根據各種實施例，多個風力渦輪發(fā)電機可以包括一種或多種類型或形式的風力渦輪發(fā)電機。示意性地示出了風力渦輪發(fā)電機121，并且風力渦輪發(fā)電機121可以代表性地例示多個風力渦輪發(fā)電機中的風力渦輪發(fā)電機。風力渦輪發(fā)電機121可以包括驅動旋轉主軸的多個轉子葉片，該旋轉主軸機械地耦合到齒輪箱，該齒輪箱提升了用于發(fā)電系統(tǒng)122的高速發(fā)電機軸的旋轉。在實施例中，發(fā)電系統(tǒng)122包括雙饋感應發(fā)電機(dfig，其中，發(fā)電機軸耦合到發(fā)電機轉子或類型3)。在實施例中，發(fā)電機是全轉換器發(fā)電機(類型4)發(fā)電機。類型4發(fā)電機耦合到全尺寸功率轉換器。本公開內容的實施例中描述的方法可應用于類型3和類型4機器。在雙饋感應發(fā)電機中，機械轉矩被轉換為電力，電力此后被提供給用于功率調節(jié)的頻率轉換器。頻率轉換器的輸出借助渦輪機中提供的變壓器而升高，其隨后產生額定為30kv的電力(其可以是10kv至35kv的任何額定電壓)到傳輸支路110。在各種實施例中，變壓器可以將電力升高到從10kv至35kv的額定電壓。

在其它實施例中，工廠中的渦輪機可以包括發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電系統(tǒng)包括發(fā)電機，發(fā)電機可以是單饋同步發(fā)電機、感應發(fā)電機、永磁發(fā)電機或包括定子繞組的任何其它類型的發(fā)電機。此外，在其它實施例中的渦輪機可以包括具有直接驅動或其它替代驅動系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)，其不使用傳統(tǒng)的齒輪箱。任何風力渦輪機發(fā)電系統(tǒng)電氣配置都可以滿足從動能風力捕獲發(fā)電的目的。

根據實施例，在正常操作中，風力渦輪發(fā)電機121從ppc150接收功率參考，以使得生成受控的功率輸出。由ppc150生成的功率參考取決于電網160運營商所經歷的電網操作狀態(tài)，以及目前經歷的用于能量轉換的風。在實施例中，來自ppc150的功率參考可以作為有功功率參考p*和無功功率參考q*提供，其向風力渦輪發(fā)電機121指示要由風力渦輪發(fā)電機121生成和供應的所需功率量，作為風力發(fā)電廠對電網160的貢獻的一部分。在實施例中，來自ppc150的功率參考也可以是功率因數參考，其可以被定義為電路中的有效功率與視在功率的比值。

在實施例中，風力渦輪發(fā)電機121包括風力渦輪機控制器(未示出)。風力渦輪機控制器包括用于控制風力渦輪機功能的各個方面的控制能力，例如，對機艙偏航和葉片間距的風力捕獲優(yōu)化的能力，諸如緊急制動或渦輪機關閉之類的緊急程序、或發(fā)電控制。在各種實施例中，風力渦輪機控制器被配置為使得發(fā)電最大化，同時防止對風力渦輪機或負載的損壞。

在實施例中，風力渦輪機控制器可以包括風力渦輪機功率控制器124。風力渦輪機功率控制器124可以提供有處理能力，例如提供有計算機、微處理器、微控制器、數字信號處理(dsp)板、專用集成電路(asic)或任何其它的處理能力以及附隨的適當存儲器模塊或任何非暫態(tài)計算機可讀儲存介質。

風力渦輪機功率控制器124被提供用于監(jiān)管風力渦輪發(fā)電機121的發(fā)電能力。在各種實施例中，風力渦輪機功率控制器124耦合到ppc150，并且從ppc150接收有功功率參考p*和無功功率參考q*，以用于風力渦輪發(fā)電機121到工廠100的供應要求。此外，風力渦輪機功率控制器124耦合到風力渦輪機控制器并且與風力渦輪機控制器不斷通信。在各種實施例中，將關于風力渦輪發(fā)電機121的控制的信息提供給風力渦輪機控制器以用于執(zhí)行，并且將傳感器信息提供給風力渦輪機功率控制器124，以用于優(yōu)化風力渦輪發(fā)電機120的發(fā)電。在正常操作條件下，渦輪機將遵循來自ppc的p*和q*參考。

根據實施例，風力發(fā)電廠100可以包括功率補償設備或工廠補償設備170。功率補償設備170可以耦合到工廠配電母線130上。功率補償設備170可以包括動態(tài)無功功率支持設備，例如，svc或靜態(tài)同步補償器(statcom)172，其中，statcom可以包括較小的功率輸送單元的組合。功率補償設備170還可以包括靜態(tài)無功功率支持設備，例如開關電容器組174和開關電感器組176。此外，其他種類的功率補償設備也是可能的，例如靜態(tài)調相機和同步調相機。根據各種實施例，功率補償設備170可以包括一組補償器模塊178。這種補償模塊178可以包括電容器組、statcom模塊、svc組或可以提供用于調節(jié)的無功功率的任何其它補償設備。在實施例中，補償模塊178可以包括3組電容器組。

功率補償設備170可以用于控制功率因數、貢獻的無功功率的電平或公共耦合點146的電壓電平。在實施例中，功率補償設備也可以與工廠變電站140位于一起。在其它實施例中，可以將功率補償設備分配并定位在每個風力渦輪發(fā)電機121處。

功率補償設備170可以被配置為通過電網160中的各種干擾來支持風力發(fā)電廠100。例如，功率補償設備170可以被配置為在例如電壓驟降和下陷、電壓驟升、電壓波動、短時間中斷、不平衡或其它形式的干擾期間支持電網160。

根據實施例，功率補償設備170中的各種組件可以為了通信目的耦合在一起。在實施例中，statcom172、電容器組174和電感器組176可以為了在內部通信網絡180中通信的目的而耦合在一起。中央補償控制器171可以提供對功率補償設備170的操作功能的監(jiān)管。此外，可以在內部測量網絡179中獲得補償設備170中的各種組件的輸出信息并將其提供給補償控制器171以用于測量目的。在實施例中，ppc150可以通過數據通信線路157和測量通信線路158耦合到補償控制器171，并且通過補償控制器171實現(xiàn)對功率補償設備170的各種組件的操作控制和監(jiān)測。在實施例中，ppc可以與工廠補償設備的各種組件直接通信。例如，scada網絡154可以包括與statcom172的直接連接。在實施例中，statcom172可以耦合到數據通信線路157和測量通信線路158。以這種方式，可以由ppc150直接并且有效地控制statcom172。在實施例中，補償器模塊178中的每一個直接耦合到ppc150，并且可以由ppc150直接且有效地進行控制。

在操作中，工廠補償設備170被接通以通過電網160中的各種干擾來支持風力發(fā)電廠100。ppc150可以通過傳感器152監(jiān)測電網160并確定對額外功率的需求。在例如電網電壓驟降的情況下，需要來自風力發(fā)電廠100的額外無功功率以支持電網恢復。如所示的，無功功率參考q*由ppc150確定。如果無功功率注入不能完全由風力渦輪發(fā)電機120支持，則ppc150進一步將設備170接通，以提供額外的無功功率。

根據實施例，工廠補償設備可以包括在執(zhí)行風力發(fā)電廠100的補償功能時耦合在一起的多個補償器模塊178。根據實施例，補償器模塊178可以是電容器組。在代表性的實施例中，由多個風力渦輪發(fā)電機120構成的風力發(fā)電廠100可以處于滿容量、額定值為83mw。在支持這種額定風力發(fā)電廠100時，補償器模塊178可以包括18.5mvar的額定值，以支持風力發(fā)電廠100，以符合電網要求或電網無功功率要求。在實施例中，補償器模塊178可以分別包括6、6和6.5mvar的三個電容器組178、179、180。

圖2示出了根據實施例的風力發(fā)電廠的操作中的控制原理圖。在各種實施例中，風力發(fā)電廠100可以包括諸如微控制器或微處理器之類的相關控制機構，其被配置為在風力發(fā)電廠100的操作中執(zhí)行控制方案200。根據實施例，測量模塊210被配置為接收關于電網160的信息。測量模塊210可以包括設置為測量電網160的電氣特性的傳感器。測量模塊210可以測量公共耦合點(pcc)處的電氣參數，例如電壓、電流、有功功率、無功功率等。此外，測量模塊210還可以包括被布置為測量由風力發(fā)電廠100生成的并被布置為輸送到電網160的電能的電氣特性的傳感器。

測量模塊210此后提供電網和風力發(fā)電廠生成的功率的測量的電讀數并將測量結果傳送到ppc250。ppc250可以包括q控制模塊252，q控制模塊252被配置為從測量模塊210接收電網160的測量讀數，并被布置為產生和發(fā)出無功功率參考qref。q控制模塊252可以包括qref控制器254，qref控制器254被配置為接收測量的電網和工廠的電氣特性并由其產生qref輸出。隨后將qref值提供給qref調度模塊256，qref調度模塊256將qref值傳送給風力發(fā)電廠100中的各種組件。在實施例中，qref調度模塊256可以將無功功率參考分解到子系統(tǒng)級，并將q設定點提供給各個組件。

ppc250還可以包括p控制模塊258，p控制模塊258被配置為從測量模塊210接收電網160的測量讀數，并被布置為產生并發(fā)出有功率參考pref。p控制模塊258可以包括pref控制器260，pref控制器260被配置為接收測量的電網和工廠的電氣特性并由其產生pref輸出。隨后將pref值提供給pref調度模塊262，pref調度模塊262將pref值傳送給風力發(fā)電廠100中的各種組件。

ppc250通信地耦合到風力發(fā)電廠100中的多個風力渦輪機。塊220代表性地示出了與單個風力渦輪機有關的控制方案200。塊220可以代表風力渦輪機功率控制器。在實施例中，相關于控制方案類似地控制風力發(fā)電廠的風力渦輪機。當然，根據渦輪機額定值和條件，各個參數和設定點可能會相對于各個風力渦輪發(fā)電機不同。通常，每個風力渦輪機220包括q控制器222和p控制器224，其被布置為分別從ppc250中的q控制模塊252和p控制模塊258接收qref和pref。在接收到無功功率參考qref和有功功率參考pref時，風力發(fā)電機功率控制器220配置發(fā)電系統(tǒng)以生成和輸出所需功率類型和功率量。

在實施例中，ppc250通信地耦合到補償控制器270。補償控制器270可以監(jiān)管補償設備的操作，補償設備可以包括多個補償器模塊，例如電容器組，其被布置為根據要求提供一定量的無功功率。要注意的是，補償控制器不僅還包括對補償器模塊的監(jiān)管和操作，還包括對工廠補償設備的各種其它組件(例如statcom172、電容器174和電感器176)的監(jiān)管和操作。然而，本說明書特別僅針對補償器模塊178的操作和功能，但可以容易地擴展到各種其它組件。例如，statcom172可以包括多個小的生成單元。例如，額定值為20mvar的statcom可以包括10個單元的2mvar額定模塊。這樣的模塊可以由補償控制器270或ppc250進行監(jiān)管。

由補償器模塊提供的無功功率的量可以依據從ppc250中的qref調度模塊256接收到的qref值得出。qref值由補償控制器270中的q控制器272接收，其隨后控制補償器模塊以提供所請求的無功功率。

要注意，補償控制器270監(jiān)視補償器模塊的操作能力。在實施例中，補償控制器270可以與補償器模塊178中的每一個通信地耦合。因此，在各種實施例中，ppc250通信地耦合到補償器模塊178中的每一個?？梢员O(jiān)測補償器模塊的操作狀態(tài)和輸出功能和效率以及其它參數。可以通過補償控制器270將這樣的監(jiān)測信息提供回ppc250用于進一步的動作。

根據實施例，補償控制器270可以包括q可用性模塊274，q可用性模塊274可以包括操作狀態(tài)監(jiān)測數據的處理，并向ppc250提供指示補償器模塊178能夠支持的無功功率容量的量的反饋。

監(jiān)測信息可以包括在工廠補償設備的操作中指示故障所在的位置。在實施例中，監(jiān)測信息可以包括在補償器模塊的操作中指示故障所在的位置。如上所述，存在安裝的補償器模塊可能沒有以滿容量進行操作的情況。例如，一個或多個單獨的補償器模塊可以由于物理組件故障而以非最佳效率進行操作，或者處于部分或完全故障的狀態(tài)。另外，故障可能包括任何一個補償器模塊和補償控制器之間的，或者在將ppc鏈接到補償控制器和補償器模塊的scada網絡中的通信故障。此外，故障可以包括例如電開關或組件故障，其可以防止安裝的補償器模塊免于被ppc接通或切斷。

在安裝的補償器模塊中指示故障，并且補償器模塊以非最佳容量進行操作或完全不進行操作，或者部分或全部補償模塊不能夠被ppc操作的情況下，風力發(fā)電廠的無功功率貢獻受到影響。在目前的方法中，在ppc識別出工廠補償設備中有故障時，ppc記錄降低的無功功率容量，例如在一個或多個補償模塊不可操作的情況下，ppc的q控制模塊進行修改并降低qref并由此進行調度。這種目前方法的缺點在于，由于風力發(fā)電廠的無功功率注入容量與工廠補償設備的故障相妥協(xié)，所以可能無法遵守電網規(guī)則。這種違規(guī)行為可能導致電網運營商對違反電網規(guī)則的嚴重處罰。

圖3示出了根據實施例的回退方法的方框示意圖。根據本公開內容的各種實施例，提供了回退策略300。這種回退方法提供了考慮風力發(fā)電廠100的無功功率容量的風力發(fā)電廠100對各種電網規(guī)則的動態(tài)遵守。根據實施例，在310中，該方法可以包括監(jiān)測工廠補償設備的操作狀態(tài)。在320中，該方法考慮了補償設備的可用性。如果補償設備可用，則不需要削減有功功率，如根據330。此后該方法循環(huán)回到310，以繼續(xù)監(jiān)測操作狀態(tài)。

根據實施例，如果補償設備的部分或全部不可用，則該方法執(zhí)行塊340，其中，削減有功功率。在實施例中，在340中，將有功功率削減一個量δp以滿足來自風力渦輪發(fā)電機的mvar中的額外無功功率的需求。根據實施例，該方法還可以包括基于不可用的補償設備來識別風力發(fā)電廠的無功功率容量的不足。

不足可能是由于補償設備中的故障而產生的，包括補償設備的操作狀態(tài)降低，從而導致非最佳的貢獻。故障還可以包括補償設備的完全不運行。這種故障還可以包括與補償設備的數據通信故障，從而導致無法進行補償設備的操作或使其能力降低。

在削減有功功率的情況下，該方法可以包括削減風力發(fā)電廠的有功功率生成，以遵守根據耦合電網的電網連接規(guī)則的風力發(fā)電廠的操作。根據實施例，削減風力發(fā)電廠的有功功率以遵守需要基于風力發(fā)電廠的標稱額定值的固定量的無功功率輸出的電網規(guī)則要求。在實施例中，削減風力發(fā)電廠的有功功率以克服風力發(fā)電廠相對于風力發(fā)電廠的標稱額定值的無功功率容量的不足。在實施例中，風力發(fā)電廠根據降低的無功功率容量來調整風力發(fā)電廠的標稱額定值。在實施例中，基于降低的無功功率容量來優(yōu)化風力發(fā)電廠的有功功率容量。在實施例中，在優(yōu)化有功功率生成中基于降低的無功功率容量來削減風力發(fā)電廠的有功功率生成。

根據各種實施例，引入回退策略并將其并入風力發(fā)電廠操作方案中。響應于識別出風力發(fā)電廠100的工廠補償設備170中的故障，啟動并執(zhí)行這種回退策略。再次參考圖2，補償控制器270執(zhí)行對工廠補償設備170的操作狀態(tài)的監(jiān)測。在實施例中，補償控制器270執(zhí)行對補償器模塊178的操作狀態(tài)的監(jiān)測。此外，補償控制器270監(jiān)測與補償器模塊178的數據通信，作為操作狀態(tài)監(jiān)測的一部分。

在檢測到故障的情況下，補償器模塊的操作狀態(tài)可能受到損害，并且工廠補償設備170不再能夠提供額定量的無功功率，從而導致工廠補償設備170的無功功率容量的向下調整。statcom控制器270可以利用q可用性模塊274對工廠補償設備無功功率容量進行這種調整，并向ppc250提供這樣的反饋。ppc250接收這樣的反饋信息并向下調整風力發(fā)電廠100的總工廠無功功率容量。

根據各種實施例，為了遵守電網規(guī)則要求，向下調整風力發(fā)電廠100的有功功率容量。ppc250可以包括削減模塊264，削減模塊264可以被配置為削減可以由風力發(fā)電廠100提供給電網的有功功率量。如上所述，削減或減小風力發(fā)電廠100的有功功率容量或標稱額定值，從而允許風力發(fā)電廠100在功能上遵守電網要求。在實施例中，削減有功功率容量以遵守電網要求，但被優(yōu)化以基于電網要求和無功功率容量提供最大可允許有功功率。

削減模塊264可以包括q容量模塊266，q容量模塊266可以被配置為編輯風力發(fā)電廠的無功功率容量。這種無功功率容量可以考慮到風力渦輪發(fā)電機120的無功功率生成容量以及工廠補償設備170的無功功率容量。根據實施例，當在工廠補償設備170中檢測到故障時，q可用性模塊274減少了工廠補償設備無功功率容量，并且將減小的容量值提供給削減模塊264和q容量模塊266以用于進一步處理。

在編輯和向下調整風力發(fā)電廠的無功功率容量時，q容量模塊266識別風力發(fā)電廠在需要時可以提供的無功功率量。此后將無功功率容量值提供給p確定模塊268，p確定模塊268可以被配置為得出要削減的有功功率的量。p確定模塊268從風力發(fā)電廠100的額定功率確定要削減的有功功率量，從而得出風力發(fā)電廠100降低的有功功率容量。

在各種實施例中，在相對于所需的無功功率容量確定風力發(fā)電廠要產生的最佳有功功率量時執(zhí)行參考比較。根據各種實施例，削減模塊264可以包括查找表(lut)模塊269，lut模塊269能夠作為p確定模塊268的一部分進行操作。在實施例中，lut模塊269可以提供相對于無功功率容量，在電網規(guī)則要求內優(yōu)化的風力發(fā)電廠的降低的有功功率容量。要注意，根據本實施例的回退策略方法，風力發(fā)電廠能夠在電網規(guī)則要求內連續(xù)運行，而不需要任何昂貴的硬件升級。

要注意，基于在風力發(fā)電廠的安裝或調試之前可以執(zhí)行的全面和完整的工程設計電力系統(tǒng)研究來綜合性地計算和提取用于在lut模塊269內進行比較的值。這樣的工程設計研究是相對于相關聯(lián)的電網規(guī)則要求根據多個風力發(fā)電廠參數生成的，并且需要相當大的處理能力和計算時間來編輯?？梢宰⒁獾?，確定導致遵守電網規(guī)則要求的lut值的這種研究同時針對根據相同要求的生產進行了優(yōu)化。預先確定lut值可以使ppc免于必須基于無功功率容量執(zhí)行降低的有功功率容量的同時計算，這可能需要強大的處理能力，并且花費相當長的時間來完成這種復雜的計算，因為這些計算考慮了現(xiàn)場條件和安裝參數。在這種情況下，與計算減少的有功功率容量相比，利用查找表提供了降低的有功功率容量的快速且足夠準確的返回結果。然而，在各種實施例中，p確定模塊可以包括計算模塊，以基于無功功率容量提供降低的有功功率容量。

根據各種實施例，lut模塊269可以包括用于在無功功率容量和優(yōu)化的有功功率容量之間進行比較的表。在實施例中，該表可以提供根據電網規(guī)則遵守的可用補償器模塊的數量與最大有功功率之間的比較結果。在示例性實施例中，風力發(fā)電廠可以處于滿容量、額定值為83mw，并且包括分別以6、6和6.5mva的三個電容器組形式的功率補償設備。調諧這樣的風力發(fā)電廠以便根據電網規(guī)則要求在滿容量下進行優(yōu)化的操作。在實施例中，可以在lut模塊269中提供以下表1以用于有功功率確定。

表1

從表中可以注意到，每當補償器模塊或電容器組故障并從操作中去除時，風力渦輪機可以提供給電網的有功功率的量相應地減少。針對補償電容器組的各種組合可用性提供了該表。可以注意到，上表代表了這種回退策略中所涉及的參數，替代地可以利用指示無功功率容量和有功功率容量的其它參數。根據各種實施例，可以使用基于先前確定的工程設計模擬的控制算法代替lut來確定由風力發(fā)電廠產生的有功功率的優(yōu)化量。

一旦確定了，就將無功功率容量值和優(yōu)化的有功功率能量值提供給qref控制模塊254和pref控制模塊260，以用于進一步處理并相應地將功率控制設定點傳遞到風力渦輪發(fā)電機120和功率補償設備170。根據各種實施例，pref控制器260可以包括功率限制模塊，功率限制模塊被配置為根據從削減模塊264接收到的優(yōu)化有功功率值來限制由風力發(fā)電廠產生的功率。

在各種實施例中，ppc250能夠基于lut模塊269來優(yōu)化風力發(fā)電廠應產生的有功功率的量，以便于在工廠補償設備故障的情況下一直滿足電網規(guī)則?？梢岳脤νㄐ判盘柕谋O(jiān)測，以1秒采樣時間來修正有功功率容量。此外，如果補償器模塊存在通信信號故障，則識別補償器模塊，并且可以用p確定模塊268來修正有功功率容量。

在實施例中，ppc150還可以測量工廠配電母線130或主變壓器142的lv端子處的總無功功率注入，以找出沒有與之通信的電容器組是接通還是關閉。如果電容器組接通且如果這不是預期的狀況，則ppc150可以觸發(fā)警報或修正qref，并且反之亦然。

圖4a示出了具有完全可操作的裝機無功功率容量的風力發(fā)電廠的pq圖。根據代表性示例，為風力發(fā)電廠提供83mw的標稱額定功率。圖400包括電網pq要求或功率因數要求410的指示，其中可以觀察到，當風力發(fā)電廠生成83mw的標稱有功功率輸出時，要求風力發(fā)電廠提供約27mvar的無功功率生成容量。無功功率生成容量可以由工廠中的風力渦輪發(fā)電機提供，由功率補償設備補充。在實施例中，當需要時，電容器組可以提供高達18.5mmar的補償。

曲線422、424、426涉及根據代表性示例的風力發(fā)電廠的無功功率容量，分別對應于0.9、1.0和1.1p.u.的電網電壓。可以觀察到，在有功功率生成的每一點，風力發(fā)電廠的無功功率容量遵守電網要求410。提供功率補償設備為風力發(fā)電廠的實際無功功率容量提供了積極的抵消和補充。

圖4b示出了圖4a的具有降低的無功功率容量的風力發(fā)電廠的pq圖。在圖450中，對于額定值為83mw的風力發(fā)電廠，類似地提供電網pq要求410。在這個代表性示例中，補償器模塊的其中之一，額定值為6.5mvar的電容器組被認為有故障，并且因此不可進行操作。因此，功率補償設備的無功功率容量處于12mvar。曲線462、464、466示出了根據代表性示例的風力發(fā)電廠的無功功率容量，分別對應于0.9、1.0和1.1p.u.的電網電壓。依據參考線470可以觀察到，當風力發(fā)電廠以標稱容量(即83mw)進行操作時，不能滿足電網規(guī)則功率因數要求。

參考線472指示曲線462和電網要求410的交點，該曲線462展示了電網電壓為0.9p.u.的電廠的無功功率容量?？梢杂^察到，參考線指示工廠在遵守電網要求的情況下執(zhí)行時可以生成并提供給電網的最大或優(yōu)化的有功功率量。可以觀察到削減量δp是參考線470和472的有功功率值之間的差值。這是風力發(fā)電廠響應于功率補償設備的損耗而減小的有功功率的量。此外，這個削減量可以被認為是最佳削減量。這個削減量可以基于由于無功補償設備的不可用性而需要的額外無功功率。

根據各種實施例，當執(zhí)行根據本公開內容的這種回退策略方法時，風力發(fā)電廠100可以支持電網頻率調節(jié)活動。目前，電網運營商有時包括運轉備用(spinningreserves)，以支持頻率波動并恢復操作頻率。通常，將有功功率增大并提供給電網以支持頻率恢復。在執(zhí)行如上所述的這種回退策略時，風力發(fā)電廠可以如此保持運轉備用的形式，工廠操作者可以使其可用于電網。

風力發(fā)電廠可以考慮由于在減小的無功功率容量下遵守電網規(guī)則而產生的削減的有功功率量，作為提供給電網的儲備形式。在頻率波動的情況下，需要來自耦合到電網的發(fā)電機組的全有功功率。因此，使得電網規(guī)則功率因數要求暫時忽略不計。在電網頻率恢復后，風力發(fā)電廠可以穩(wěn)定回到以降低的標稱功率生成水平進行操作。

圖5示出了根據實施例的用于操作風力發(fā)電廠的方法500。在實施例中，該方法是用于控制風力發(fā)電廠的發(fā)電的方法。風力發(fā)電廠可以包括用于控制風力發(fā)電廠中的多個風力渦輪發(fā)電機的發(fā)電廠控制器。在510中，該方法包括監(jiān)測工廠補償設備的操作狀態(tài)。在520中，該方法包括當工廠補償設備的操作狀態(tài)指示工廠補償設備中有故障時調整工廠無功功率容量。在530中，該方法包括控制風力發(fā)電廠，以將由風力發(fā)電廠產生的有功功率削減基于調整的無功功率容量而確定的削減量。

通過提供用于控制風力發(fā)電廠有功功率容量的這種方法，為風力發(fā)電廠提供了遵守電網規(guī)則功率因數要求的容量。用于控制風力發(fā)電廠的有功功率生成的這種方法在諸如電容器組或statcom的無功補償模塊由于故障或維修等而導致的暫時失效的情況下允許風力發(fā)電廠滿足由適用的電網規(guī)則制定的無功功率或功率因數要求。即使在功率補償設備的一個或多個組件發(fā)生故障的情況下也能夠實現(xiàn)這樣的容量。借助對有功功率容量的控制的這個動態(tài)調整，風力發(fā)電廠不需要從電網斷開，直到有故障的設備得到維修或更換，也不會受到不遵守電網規(guī)則要求的處罰。

利用該方法，還可以基于風力發(fā)電廠的無功功率容量來動態(tài)地調整工廠的再確定額定值。有利的是，遵守電網規(guī)則要求可以通過軟件或固件的改進來執(zhí)行，而不是實際昂貴的設備或硬件變化。

在實施例中，該方法還包括基于電網規(guī)則要求優(yōu)化由風力發(fā)電廠生成的有功功率。在實施例中，該方法還包括基于由于工廠補償設備的不可用性而需要的額外的無功功率來優(yōu)化由風力發(fā)電廠生成的有功功率。

在實施例中，該方法還包括將工廠無功功率容量與電網規(guī)則要求進行比較，以優(yōu)化由風力發(fā)電廠生成的有功功率。有功功率的優(yōu)化可以包括優(yōu)化所生成的有功功率的削減。

在實施例中，該方法還包括根據查找表比較來獲得削減量。

在實施例中，查找表中的削減量的值由電力系統(tǒng)研究預先確定。

在實施例中，監(jiān)測工廠補償設備的操作狀態(tài)包括監(jiān)測工廠補償設備的操作容量和監(jiān)測工廠補償設備與發(fā)電廠控制器之間的通信中的任一項。

在實施例中，該方法還包括在監(jiān)測工廠補償設備的操作狀態(tài)中的約1秒的采樣率。

在實施例中，該方法還包括針對電網頻率中的下降來監(jiān)測電網頻率；

在實施例中，該方法還包括控制風力發(fā)電廠以最大化有功功率輸出，包括使用削減量，以支持電網頻率恢復。

在實施例中，該方法還包括將削減量分配給電網的電網運營商作為用于支持電網頻率下降的運轉備用。

圖6示出了根據實施例的風力發(fā)電廠。提供了風力發(fā)電廠600。在實施例中，風力發(fā)電廠被配置為執(zhí)行用于控制風力發(fā)電廠的上述方法。在實施例中，風力發(fā)電廠被配置為執(zhí)行用于控制風力發(fā)電廠的有功功率生成的方法。風力發(fā)電廠600包括多個風力渦輪發(fā)電機610。風力發(fā)電廠600還包括可以包括多個補償模塊622的工廠補償設備620。風力發(fā)電廠還包括發(fā)電廠控制器630。根據實施例中，發(fā)電廠控制器630被配置為控制多個風力渦輪發(fā)電機610。此外，發(fā)電廠控制器630可以包括監(jiān)測模塊632，監(jiān)測模塊632被配置為監(jiān)測工廠補償設備的操作狀態(tài)。發(fā)電廠控制器630可以包括無功功率容量模塊634，無功功率容量模塊634被配置為當工廠補償設備的操作狀態(tài)指示工廠補償設備中有故障時調整工廠無功功率容量。另外，發(fā)電廠控制器630可以包括削減模塊636，削減模塊636被配置為控制風力發(fā)電廠，以將由風力發(fā)電廠生成的有功功率削減基于調整的工廠無功功率容量而確定的削減量。

在實施例中，發(fā)電廠控制器被配置為基于電網規(guī)則要求來優(yōu)化由風力發(fā)電廠生成的有功功率。

在實施例中，電廠控制器被配置為將工廠無功功率容量與電網規(guī)則要求進行比較，以優(yōu)化由風力發(fā)電廠生成的有功功率。

在實施例中，發(fā)電廠控制器被配置為根據查找表比較來獲得削減量。

在實施例中，查找表中的削減量的值由電力系統(tǒng)研究預先確定。

在實施例中，發(fā)電廠控制器被配置為監(jiān)測工廠補償設備的操作容量并且監(jiān)測工廠補償設備與發(fā)電廠控制器之間的通信。

在實施例中，發(fā)電廠控制器包括在監(jiān)測工廠補償設備的操作狀態(tài)中的約1秒的采樣率。

在實施例中，發(fā)電廠控制器被配置為針對電網頻率中的下降來監(jiān)測電網頻率；

在實施例中，發(fā)電廠控制器被配置為控制風力發(fā)電廠以最大化有功功率輸出，包括使用削減量，以支持電網頻率恢復。

在實施例中，發(fā)電廠控制器被配置為由以上進行操作的風力渦輪發(fā)電機生成的有功功率將削減量分配給電網的電網運營商作為用于支持電網頻率的運轉備用。

在實施例中，補償模塊可以包括電容器模塊、statcom模塊、svc模塊或電感器模塊中的任何一個。

在實施例中，在發(fā)電廠控制器與補償模塊之間進行數據通信耦合。

在實施例中，在發(fā)電廠控制器與每個補償模塊之間提供數據通信耦合。

根據各種實施例，提供了一種能夠直接加載到風力發(fā)電廠中所提供的至少一個數字計算機的內部存儲器中的計算機程序產品，包括用于當計算機程序產品在至少一個數字計算機上運行時執(zhí)行根據本公開內容的實施例的方法的步驟的軟件代碼部分。

在各種實施例中，用于在風力發(fā)電廠中執(zhí)行操作功能的控制器，其包括例如但不限于工廠控制器、發(fā)電廠控制器、scada控制器、補償控制器、風力渦輪機控制器、風力渦輪機功率控制器或無功電流控制器，包括被配置為接收計算機程序產品的數字計算機。在實施例中，在風力發(fā)電廠中提供的數字計算機是同步的，并且作為整個系統(tǒng)的一部分協(xié)同操作。

如在對應的圖中描述和示出的上述裝置、方法和/或系統(tǒng)并非旨在限制根據實施例的一個或任何裝置、方法或系統(tǒng)以及本公開內容的范圍。該說明書還明確或隱含地包括根據本公開內容的方法或系統(tǒng)的各種特征和優(yōu)點，其可以包含在根據本公開內容的裝置、方法或系統(tǒng)內。

雖然已經參考具體實施例具體示出和說明了本公開內容的實施例，但是本領域技術人員應當理解，在不脫離由所附權利要求限定的本公開內容的精神和范圍的情況下，可以在形式和細節(jié)上進行各種改變。因此，本公開內容的范圍由所附權利要求指示，并且因此旨在包含權利要求的等同物的含義和范圍內的所有變化。