專利名稱：控制器、風(fēng)電園區(qū)和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制器(特別是用于控制園區(qū)變壓器的控制器)、一種風(fēng)電園區(qū)以及一種用于控制園區(qū)變壓器的控制方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)或風(fēng)電園區(qū)可以包括一臺(tái)或多臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)，其將包含在風(fēng)中的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。風(fēng)力渦輪機(jī)可以被連接到一個(gè)共同耦合點(diǎn)(PCC)，在該點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)處必須滿足多個(gè)電氣條件或?qū)傩浴Ｌ貏e地，共同耦合點(diǎn)處的電氣屬性即無功功率Q、電壓V和功率因數(shù)COS ( ψ )可以滿足特定要求。EP 2 108 828 A2公開了一種風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)收集器系統(tǒng)損耗優(yōu)化，其中收集器系統(tǒng)包括連接到每一臺(tái)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的多個(gè)變壓器以及將所述風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)收集器系統(tǒng)連接到電網(wǎng)的子站變壓器。控制功能可以包括針對(duì)各臺(tái)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的電壓以及有效功率和無功功率命令，其中一種算法具有最小化風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)系統(tǒng)的電氣損耗的技術(shù)效果?？赡苄枰环N控制器(特別是用于控制園區(qū)變壓器的控制器)、一種風(fēng)電園區(qū)以及一種用于控制園區(qū)變壓器的控制方法，其中改進(jìn)了對(duì)于公用電網(wǎng)的能量產(chǎn)生和/或供給的效率，并且其中同時(shí)在風(fēng)力渦輪機(jī)所連接的共同耦合點(diǎn)處滿足所期望的或所要求的電氣條件。

發(fā)明內(nèi)容
所述需要可以通過根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的主題得到滿足。本發(fā)明的有利實(shí)施例由從屬權(quán)利要求描述。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種控制器(其特別包括一個(gè)或多個(gè)電子處理器(比如半導(dǎo)體芯片)、一個(gè)或多個(gè)輸入端子以及一個(gè)或多個(gè)輸出端子以用于接收和提供電氣控制信號(hào)，所述一個(gè)或多個(gè)處理器特別地是可編程的)，特別是用于控制園區(qū)變壓器的變壓比的控制器，其中所述控制器被適配成(特別地所述控制器可以被適配成實(shí)施一種控制方法)控制(特別通過向園區(qū)變壓器提供控制信號(hào)來進(jìn)行控制，其中所述控制信號(hào)可以是光學(xué)信號(hào)、電氣信號(hào)或者可以在控制器與園區(qū)變壓器之間傳送的任何其他信號(hào))風(fēng)力渦輪機(jī)園區(qū)(或風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電場(chǎng))的園區(qū)變壓器(用于將初級(jí)電壓變換成不同于初級(jí)電壓的次級(jí)電壓的電氣/電子器件，其中所述園區(qū)變壓器特別包括在其上施加初級(jí)電壓的初級(jí)線圈以及次級(jí)線圈，其在第一線圈處施加了初級(jí)電壓之后提供次級(jí)電壓，其中特別地第一線圈包括纏繞鐵磁性材料的第一導(dǎo)線，并且第二線圈包括纏繞鐵電性材料的第二導(dǎo)線，其中在于初級(jí)線圈處施加初級(jí)電壓之后在所述鐵磁性材料內(nèi)生成磁場(chǎng)，并且由于穿過次級(jí)線圈的磁通量而感生出次級(jí)電壓)的變壓比(特別地指定初級(jí)電壓相對(duì)于次級(jí)電壓的比例或者反之亦然)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)園區(qū)包括連接到第一節(jié)點(diǎn)(其也被稱作共同耦合點(diǎn)(PCC)或中壓節(jié)點(diǎn))的多臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)(每一臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)特別包括風(fēng)力渦輪機(jī)塔架、安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)塔架頂上的機(jī)艙、在機(jī)艙內(nèi)可旋轉(zhuǎn)地支撐并且在一側(cè)連接到發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸，其中在旋轉(zhuǎn)軸的另一側(cè)連接一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，所述轉(zhuǎn)子葉片把提取自風(fēng)的機(jī)械能傳遞到旋轉(zhuǎn)軸，從而使得旋轉(zhuǎn)軸由于沖擊的風(fēng)而旋轉(zhuǎn)，其中風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)電機(jī)可以特別連接到轉(zhuǎn)換器，其將從發(fā)電機(jī)遞送的可變頻率能量流轉(zhuǎn)換成具有對(duì)應(yīng)于公用電網(wǎng)的額定頻率的頻率的固定頻率能量流)，其中所述園區(qū)變壓器被連接在第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)(第二節(jié)點(diǎn)也可以被稱作高壓節(jié)點(diǎn)，并且第一節(jié)點(diǎn)也可以被稱作中壓節(jié)點(diǎn))之間，其中第一節(jié)點(diǎn)處的電壓可以等于O. 5kv-l. OkV，并且第二節(jié)點(diǎn)處的電壓可以處于20kV和50kV之間，其中第二節(jié)點(diǎn)被連接到公用電網(wǎng)(一個(gè)或多個(gè)消費(fèi)者被連接到所述公用電網(wǎng)以便接收電能)，將由風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的電能遞送到所述公用電網(wǎng)。通過控制園區(qū)變壓器的變壓比來允許設(shè)定第一節(jié)點(diǎn)處的電壓以及/或者設(shè)定第二節(jié)點(diǎn)處的電壓。特別地，公用電網(wǎng)可能對(duì)于無功功率具有特定要求，所述要求可以通過調(diào)節(jié)或控制園區(qū)變壓器的變壓比而得到滿足。因此，不需要通過附加的組件執(zhí)行從公用電網(wǎng)遞送無功功率或吸收無功功率，從而簡(jiǎn)化了風(fēng)力渦輪機(jī)園區(qū)并且也簡(jiǎn)化了控制器。
特別地，本發(fā)明的實(shí)施例使得能夠控制第一節(jié)點(diǎn)或共同耦合點(diǎn)處的量即無功功率Q、電壓V和/或功率因數(shù)，這是通過引入被安裝在園區(qū)中的電力系統(tǒng)組件而實(shí)現(xiàn)的。特別地，所述園區(qū)變壓器可以允許設(shè)定對(duì)應(yīng)于不同變壓比的不同抽頭位置，比如3到10的不同變壓比。因此，特別地，所述園區(qū)變壓器可能能夠控制風(fēng)力渦輪機(jī)園區(qū)中的(特別是共同耦合點(diǎn)處的)電壓和/或無功功率流。此外，通過控制變壓比，還可以減少在把電功率從單獨(dú)的風(fēng)力渦輪機(jī)傳輸?shù)焦秒娋W(wǎng)時(shí)發(fā)生的總有功功率損耗，特別是可以將其最小化。特別地，通過提供具有可調(diào)節(jié)變壓比的園區(qū)變壓器來允許更加靈活地控制風(fēng)電園區(qū)。特別地，在第一節(jié)點(diǎn)或共同耦合點(diǎn)處(園區(qū)變壓器的中壓側(cè))，在把由單獨(dú)的風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的功率饋送通過風(fēng)力渦輪機(jī)變壓器之后，各電動(dòng)率部分被全部相加并且饋送通過具有可變變壓比能力的園區(qū)變壓器。特別地，可以在園區(qū)變壓器的高壓側(cè)和/或中壓側(cè)執(zhí)行電氣測(cè)量并且將其發(fā)送到控制器，所述控制器也被稱作風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器或HPPP。特別地，所述控制器還可以將電壓設(shè)定點(diǎn)分配到單獨(dú)的風(fēng)力渦輪機(jī)。特別地，可以把電壓設(shè)定點(diǎn)提供到風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)換器，所述轉(zhuǎn)換器可以對(duì)應(yīng)于電壓設(shè)定點(diǎn)適配其功率輸出，正如本領(lǐng)域內(nèi)已知的那樣。通過提供具有可變變壓比的園區(qū)變壓器，可以拓寬控制無功功率和電壓的方式。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述控制器還被適配成控制(特別地其包括向阻抗元件提供電氣控制信號(hào))被連接到第二節(jié)點(diǎn)或者連接在園區(qū)變壓器與至少一臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)變壓器之間的至少一個(gè)阻抗元件(特別地具有復(fù)數(shù)阻抗的電氣/電子構(gòu)件，從而所述阻抗元件導(dǎo)致電壓V與電流I之間的相位偏移)。特別地，所述阻抗元件可以被連接到第一節(jié)點(diǎn)，在這種情況下，可能只需要一個(gè)阻抗元件。備選地，可以在每一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)變壓器與第一節(jié)點(diǎn)之間連接阻抗元件。特別地，所述阻抗元件被布置地離風(fēng)力渦輪機(jī)變壓器處越近，功率損耗降低地就可以越高，這是因?yàn)樗鲎杩乖梢愿淖兡芰苛?，以使得可以減少從風(fēng)力渦輪機(jī)到共同耦合點(diǎn)的傳輸損耗。通過控制至少一個(gè)阻抗元件，可以按照簡(jiǎn)單的方式控制特別是第一節(jié)點(diǎn)處的無功功率。此外，可以通過特別以步進(jìn)方式或連續(xù)方式控制園區(qū)變壓器的變壓比與控制所述至少一個(gè)阻抗元件的阻抗的組合來控制無功功率。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述阻抗元件包括電容器(其特別允許在布置成彼此相對(duì)的兩個(gè)極板或電極上存儲(chǔ)電荷，其中特別將電介質(zhì)夾在所述兩個(gè)極板或兩個(gè)電極之間)。特別地，所述控制器可以被適配成調(diào)節(jié)所述電容器的阻抗以便生成無功功率，特別是在共同耦合點(diǎn)處生成無功功率。特別地，可以在對(duì)應(yīng)于所述阻抗元件的阻抗的不同值的多個(gè)步中控制所述阻抗元件的阻抗。通過如前所述將電容器連接到風(fēng)力渦輪機(jī)園區(qū)，使得能夠使用所述電容器來產(chǎn)生特定數(shù)量的無功功率，同時(shí)降低從單獨(dú)的風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生無功功率的需求。從而可以特別減少由風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的總電流以及由此的電能傳輸損耗。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可以連續(xù)地調(diào)節(jié)所述電容器的阻抗。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述阻抗元件包括電感器(其特別包括特別纏繞鐵磁性材料的線圈)。特別地，所述電感器可以被利用來在其中在共同耦合點(diǎn)處由于大且長(zhǎng)的傳輸線而存在過多無功功率的情況下吸收無功功率。特別地，通過增大電感器的阻抗可以偏移電流I與電壓V之間的相對(duì)相位，從而使得電流I需要在電壓V的后面。與此相對(duì)，通過增大電容器的阻抗可以導(dǎo)致電流I相對(duì)于電壓V的相對(duì)偏移，從而使得電流I提前于電壓V。 特別地，所述電感器還可以被稱作分路電抗器，并且所述電容器還可以被稱作分路電容器或電容器組。特別地，可以按照步進(jìn)方式調(diào)節(jié)分路電抗器或電感器的阻抗。在備選實(shí)施例中，連續(xù)改變分路電抗器的阻抗。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述控制器被適配成基于在第一節(jié)點(diǎn)和/或第二節(jié)點(diǎn)處測(cè)量的電氣屬性(例如電壓、電流、功率、功率因數(shù)、阻抗等等)來控制變壓比和/或阻抗元件的阻抗。因此，所述控制器可以特別通過一條或多條電氣線路連接到一個(gè)或多個(gè)測(cè)量?jī)x器或測(cè)量傳感器。測(cè)量所述電氣屬性可以使得能夠更加精確地執(zhí)行控制。在特定情況下，可以把高壓側(cè)的電壓保持恒定。為了把高壓側(cè)的電壓保持恒定，可以通過一個(gè)或多個(gè)測(cè)量?jī)x器來監(jiān)測(cè)高壓側(cè)的電壓。如果所述測(cè)量?jī)x器檢測(cè)到高壓側(cè)的電壓相對(duì)于高壓側(cè)的額定電壓有偏差，則所述控制器可以對(duì)應(yīng)地控制園區(qū)變壓器的變壓比、所述至少一個(gè)阻抗元件的阻抗或者這二者，從而導(dǎo)致高壓側(cè)的測(cè)量電壓與高壓側(cè)的額定電壓的偏差減小。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述控制器被適配成控制所述阻抗元件的阻抗，從而改變風(fēng)力渦輪機(jī)園區(qū)的阻抗的幅度(或者量值或大小)和/或相位。特別地，風(fēng)力渦輪機(jī)園區(qū)可以由一個(gè)或多個(gè)共振頻率表征(其中所述阻抗與其他頻率相比特別高)，這是由于多個(gè)電子和電元件的互連導(dǎo)致電壓與電流之間的相位偏移，并且導(dǎo)致對(duì)于不同頻率的不同阻抗。當(dāng)失真的功率流也包括具有對(duì)應(yīng)于所述共振頻率的頻率的分量時(shí)，所述共振頻率可能會(huì)導(dǎo)致問題(特別是阻尼或功率損耗)。因此，偏移風(fēng)力渦輪機(jī)園區(qū)的阻抗的幅度和/或相位可以改進(jìn)風(fēng)力渦輪機(jī)園區(qū)的操作。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述控制器被適配成控制所述阻抗元件的阻抗，以使得減小風(fēng)力渦輪機(jī)園區(qū)在預(yù)定頻率下的阻抗的幅度。從而，可以減少功率損耗。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述控制器被適配成控制變壓比和/或所述阻抗元件的阻抗，以使得減少發(fā)生在園區(qū)變壓器與所述多臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)當(dāng)中的至少一臺(tái)的風(fēng)力渦輪機(jī)變壓器之間的功率損耗(特別是由風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的功率與遞送到共同耦合點(diǎn)或電網(wǎng)的功率之間的差)，特別地將其最小化。為了適當(dāng)?shù)乜刂谱儔罕群?或所述阻抗元件的阻抗，所述控制器可以采用考慮到導(dǎo)致電壓與電流之間的相位偏移以及共振頻率的不同電和電子元件的互連的風(fēng)電園區(qū)的(電/電子)模型。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種風(fēng)電園區(qū)，其包括連接到第一節(jié)點(diǎn)的多臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)；具有可變變壓比的園區(qū)變壓器，其中所述園區(qū)變壓器被連接在第一節(jié)點(diǎn)與能夠連接到公用電網(wǎng)的第二節(jié)點(diǎn)之間；以及根據(jù)前述實(shí)施例中的一個(gè)的控制器，其中所述控制器可通信地連接到園區(qū)變壓器，以便控制園區(qū)變壓器的變壓比。通過為風(fēng)電園區(qū)提供根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的控制器使得能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)電園區(qū)的更加高效的操作。此外，關(guān)于園區(qū)變壓器的中壓側(cè)和/或高壓側(cè)的電氣條件的要求可以得到滿足。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述園區(qū)變壓器包括兩繞組變壓器(對(duì)于每一相具有一個(gè)初級(jí)線圈和一個(gè)次級(jí)線圈)或三繞組變壓器(對(duì)于每一相具有一個(gè)初級(jí)線圈和兩個(gè)次級(jí)線圈)。特別地，所述風(fēng)電園區(qū)可以提供采用幾相(特別是三相)的能量流。在這種情況下，當(dāng)園區(qū)變壓器包括兩繞組變壓器時(shí)，園區(qū)變壓器對(duì)于每一相包括兩個(gè)繞組。當(dāng)園區(qū)變壓器包括三繞組變壓器時(shí)，對(duì)于三相當(dāng)中的每一相提供三個(gè)繞組。因此，只要傳統(tǒng)的變壓器允許調(diào)節(jié)其變壓比就可以使用該傳統(tǒng)的變壓器。特別地，園區(qū)變壓器可以允許連續(xù)地或者步進(jìn)地改變其變壓比，其中特別地可以在5-10步中改變變壓比。因此，就可以簡(jiǎn)化園區(qū)變壓器的構(gòu)造。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述園區(qū)變壓器允許調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)于變壓比的不同值的至少兩個(gè)抽頭位置。特別地，所述園區(qū)變壓器可以包括至少兩個(gè)變壓器抽頭，其中每一個(gè)變壓器抽頭可以包括沿著變壓器繞組的連接點(diǎn)，其允許選擇特定的匝數(shù)。特別地，可以通過抽頭變換器機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)抽頭選擇。特別地，抽頭點(diǎn)可以采取連接端子的形式，其特別地可以得到旋轉(zhuǎn)或滑動(dòng)器開關(guān)的幫助。特別地，在切換事件期間，可以短暫地把抽頭變壓器與初級(jí)電壓斷開。應(yīng)當(dāng)理解的是，關(guān)于控制器的一個(gè)實(shí)施例公開的各項(xiàng)特征(單獨(dú)地或者按照任意組合)還可以被(單獨(dú)地或者按照任意組合)應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的控制方法，并且反之亦然。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種控制方法，其包括控制包括連接到第一節(jié)點(diǎn)的多臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)園區(qū)的園區(qū)變壓器的變壓比，其中所述園區(qū)變壓器被連接在第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)之間，該第二節(jié)點(diǎn)被連接到將向其遞送由風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的電能的公用電網(wǎng)。應(yīng)當(dāng)提到的是，已經(jīng)參考不同的主題描述了本發(fā)明的實(shí)施例。特別地，已經(jīng)參考方法類型權(quán)利要求描述了某些實(shí)施例，而已經(jīng)參考設(shè)備類型權(quán)利要求描述了其它實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)從以上和以下描述推斷，除了屬于一種類型的主題的特征的任何組合之外，在涉及不同主題的特征之間、特別地在方法類型權(quán)利要求的特征和設(shè)備類型權(quán)利要求的特征之間的任何組合也被視為被本文獻(xiàn)所公開，除非另有指出。以上限定的方面和本發(fā)明的其它方面根據(jù)將在下文中描述的實(shí)施例的示例是明顯的并且是參考實(shí)施例的示例解釋的。將在下文中參考實(shí)施例的示例更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于所述實(shí)施例的示例。


現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明不限于所示出或描述的實(shí)施例。相似的參考標(biāo)記指代結(jié)構(gòu)或功能上相似的元件，其中類似的或相似的元件可以只有首位數(shù)字不同。圖I示意性地示出了包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的控制器的風(fēng)電園區(qū)；
圖2、3、4示出了與根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方法有關(guān)的圖表；
圖5示意性地示出了包括根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的控制器的風(fēng)電園區(qū)；
圖6示意性地示出了包括根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的控制器的風(fēng)電園區(qū)；以及 圖7示出了不同操作狀態(tài)下的風(fēng)電園區(qū)的阻抗特性的圖表。
具體實(shí)施例方式附圖中的圖示是示意性的形式。應(yīng)當(dāng)提到的是，在不同的圖中，為類似的或完全相同的元件提供了相同的參考標(biāo)記或者與對(duì)應(yīng)的參考標(biāo)記僅有首位數(shù)字不同的參考標(biāo)記。圖I示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的風(fēng)電園區(qū)100，其包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的控制器103。風(fēng)電園區(qū)100包括多臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)105，在圖I中示出了來自其的四臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)，但是可以存在多臺(tái)。每一臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)105具有產(chǎn)生2. 3麗的功率的能力。每一臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)105被連接到第一總線107，所述第一總線107通過線纜連接到風(fēng)力渦輪機(jī)變壓器109。所述風(fēng)力渦輪機(jī)變壓器將從風(fēng)力渦輪機(jī)105輸出的能量流從O. 69kV變換到33kV。變壓器109的輸出被連接到第二總線111，所述第二總線111接著又連接到包括阻抗115的傳輸線113。所述多臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)105通過第三總線117連接到第一節(jié)點(diǎn)119 (其也被稱作共同耦合點(diǎn))。第一節(jié)點(diǎn)119位于園區(qū)變壓器121的中壓側(cè)，所述園區(qū)變壓器121提供可調(diào)節(jié)的變壓比，以便把中壓33kV變換到第二節(jié)點(diǎn)123處的可以總計(jì)高達(dá)132kV的高壓，所述第二節(jié)點(diǎn)123也可以被稱作園區(qū)變壓器121的高壓側(cè)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，園區(qū)變壓器121包括抽頭變換器以用于改變園區(qū)變壓器121的變壓比，其中響應(yīng)于通過控制線125從控制器103接收的控制信號(hào)來改變抽頭位置。園區(qū)變壓器121被適配成支持120MVA的功率?？刂破?03通過測(cè)量線127(其連接到第一節(jié)點(diǎn)119)和129 (其連接到第二節(jié)點(diǎn)123)接收第一節(jié)點(diǎn)119和/或第二節(jié)點(diǎn)123處的電氣測(cè)量值，比如電壓、頻率、有功功率的功率流、無功功率的功率流?；谟蓞⒖紭?biāo)記131標(biāo)記的電氣測(cè)量值，控制器103導(dǎo)出控制信號(hào)并且將所述控制信號(hào)通過控制線125提供到園區(qū)變壓器121，以便調(diào)節(jié)園區(qū)變壓器的變壓比。通過阻抗133和總線135，電氣流被提供到操作在132kV的電壓(額定電壓)下的公用電網(wǎng)137。一個(gè)或多個(gè)消費(fèi)者被連接到公用電網(wǎng)137并且從公用電網(wǎng)137為其提供電倉泛。所述控制器通過控制線126向渦輪機(jī)105提供其他控制指令或命令。圖2、3、4示出了關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的控制方法的圖表或曲線圖(時(shí)間進(jìn)程，其中橫坐標(biāo)表示以秒s計(jì)的時(shí)間)。由此，圖2的曲線圖(在其縱坐標(biāo)上)示出了圖I中所示的園區(qū)變壓器121的高壓側(cè)(即第二節(jié)點(diǎn)123處)的每單位電壓239。圖3中的曲線圖(在其縱坐標(biāo)上)示出了圖I中所示的園區(qū)變壓器121的中壓側(cè)(即第一節(jié)點(diǎn)119處)的每單位電壓241。下方的曲線圖是從中性(O)增加到最大(5)并且回到中性的抽頭位置243。抽頭中的每一步都會(huì)增大中壓側(cè)的電壓電平，正如圖3的曲線圖中的曲線241中所示出的那樣。圖I中所示的控制器103所提供的抽頭控制特征在圖I中所示的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)100中的功率損耗方面具有重要作用。功率損耗由Pi^=I2XR給出。控制器103所提供的抽頭控制可以被利用來保持高壓側(cè)電壓固定，并且增加第一節(jié)點(diǎn)119處或風(fēng)力渦輪機(jī)端子處(例如總線107處或總線111處)的電壓電平。電流的量值對(duì)于較高的電壓可以較低，并且因此可以最小化有功功率損耗。此外，可以利用抽頭變換器提升風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)中的功率，從而在需要的情況下增加無功功率產(chǎn)生。在圖2的曲線圖中，曲線239示出了第二節(jié)點(diǎn)123處的恒定電壓。在圖3的圖表中，曲線241示出了園區(qū)變壓器121的中壓側(cè)(即第一節(jié)點(diǎn)119處)的步進(jìn)改變的電壓，其中 電壓241以五步步進(jìn)地增大并且隨后步進(jìn)地減小。圖4的圖表中的曲線243示出了由控制器103生成并且通過控制線125提供到園區(qū)變壓器121的控制信號(hào)，其中控制信號(hào)243控制園區(qū)變壓器121的抽頭位置。圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的風(fēng)電園區(qū)300，其包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的控制器303。由于圖5中所示的風(fēng)電園區(qū)300以及還有圖6中所示的風(fēng)電園區(qū)400的許多特征或元件與圖I中所示的風(fēng)電園區(qū)100的特征或元件類似或甚至完全相同，因此取消對(duì)這些元件的詳細(xì)描述，并且可以從圖I中所示的風(fēng)電園區(qū)100的對(duì)應(yīng)描述
中獲得。除了在圖I中所示的風(fēng)電園區(qū)100之外，圖5中所示的風(fēng)電園區(qū)300還包括電感器345，其在所示實(shí)施例中被連接到對(duì)應(yīng)于園區(qū)變壓器321的中壓側(cè)的第一節(jié)點(diǎn)319。電感器345也被稱作分路電抗器。分路電抗器的阻抗由控制器303通過控制線347來控制。分路電抗器345的目的特別地是在其中在共同耦合點(diǎn)或第一節(jié)點(diǎn)319處例如由于大或長(zhǎng)的傳輸線而看到過多無功功率的情況下吸收無功功率?？赡芤?特別地由傳輸系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(TSO)要求)在第一節(jié)點(diǎn)319處具有例如80MVAr，但是可能會(huì)超出該值。在這種情況下，將由風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器303控制分路電抗器步，從而控制所吸收的無功功率。特別地，可以按照連續(xù)方式或步進(jìn)方式來控制分路電抗器345的阻抗。由此，可以由控制器303來控制步長(zhǎng)。特別地，分路電抗器345可以具有多步，其中每一步可以指代所吸收的無功功率的特定數(shù)量(或者可以對(duì)應(yīng)于所述阻抗的特定值)。分路電抗器345的位置可以處于園區(qū)變壓器321的中壓側(cè)319或高壓側(cè)(即第二節(jié)點(diǎn)323處)。此外，分路電抗器345可以位于第一節(jié)點(diǎn)319與每一臺(tái)單獨(dú)的風(fēng)力渦輪機(jī)305之間的任意位置。把分路電抗器345放置得靠近風(fēng)力渦輪機(jī)305可以減少由于從風(fēng)力潤(rùn)輪機(jī)305到共同稱合點(diǎn)319的電能傳輸而造成的傳輸損耗?？刂破?03還通過控制線325向園區(qū)變壓器321提供控制信號(hào)，以便按照與參照?qǐng)DI所描述的類似方式調(diào)節(jié)園區(qū)變壓器321的變壓比。圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的風(fēng)電園區(qū)400，其包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的控制器403。
除了在圖I中所示的風(fēng)電園區(qū)100和圖5中所示的風(fēng)電園區(qū)300之外，風(fēng)電園區(qū)400還包括分路電容器449，其在所示實(shí)施例中連接到共同耦合點(diǎn)419。在其他實(shí)施例中，分路電容器449可以連接到第二節(jié)點(diǎn)423 (即園區(qū)變壓器421的高壓側(cè))。分路電容器449的阻抗由控制器403通過控制線451控制。分路電容器449的目的是在其中在共同耦合點(diǎn)419處發(fā)生缺少無功功率的情況下生成無功功率?？赡芤?特別是由傳輸系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商要求)在共同耦合點(diǎn)419處具有例如SOMVAr，但是可能達(dá)不到該值，這是因?yàn)?多臺(tái))風(fēng)力渦輪機(jī)405的轉(zhuǎn)換器(未示出)的無功能力可能不夠大。在這種情況下，將由風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器403控制分路電容器步，從而控制無功功率的生成。特別地，可以按照連續(xù)方式或步進(jìn)方式改變分路電容器的阻抗。由此，可以由控制器403控制步長(zhǎng)。特別地，分路電容器可以具有多步，其中每一步可以指代所生成的無功功率的特定數(shù)量(或者可以對(duì)應(yīng)于特定阻抗值)。分路電容器449的位置可以處于中壓側(cè)(第一節(jié)點(diǎn)419處)或高壓側(cè)(第二節(jié)點(diǎn)423處)，或者備選地處于第一節(jié)點(diǎn)419與任一臺(tái)單獨(dú)的風(fēng)力渦輪機(jī)405之間的位置。當(dāng)達(dá)到風(fēng)力渦輪機(jī)405的(多臺(tái))轉(zhuǎn)換器(未示出)的無功能力時(shí)，分路電容器449的功能可能是至關(guān) 重要的，因?yàn)槠淇梢蕴峁┨囟〝?shù)量的Wkr。分路電容器可能具有以下優(yōu)點(diǎn)其可以被用來產(chǎn)生特定數(shù)量的無功功率(以MVAr測(cè)量)，同時(shí)降低來自風(fēng)力渦輪機(jī)405的轉(zhuǎn)換器的無功功率產(chǎn)生。由此，可以減小來自風(fēng)力渦輪機(jī)的總電流，從而還降低了傳輸損耗。備選地，可以通過不使用類似于前述的多步的動(dòng)態(tài)無功電力系統(tǒng)來調(diào)節(jié)電容。如圖I中所示的控制器103和圖5中所示的控制器303那樣，圖6中所示的控制器403也通過控制線425向園區(qū)變壓器421提供控制信號(hào)，以便控制其變壓比。特別地，在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的風(fēng)電園區(qū)中可以把控制園區(qū)變壓器121、321、421、控制分路電抗器349與控制分路電容器449相組合，所述風(fēng)電園區(qū)包括具有可調(diào)節(jié)變壓比的園區(qū)變壓器、分路電抗器以及分路電容器(其連接到園區(qū)變壓器的高壓側(cè)或低壓側(cè))。特別地，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的控制器能夠控制所有三個(gè)組件，并且從而可以滿足來自傳輸系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商或者公用電網(wǎng)消費(fèi)者或提供商的一些要求。尤其是，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器可以控制分路電抗器和分路電容器時(shí)，可以關(guān)于位置和量值改變或移動(dòng)風(fēng)電園區(qū)的共振頻率。圖7示出了具有兩條曲線的圖表,在橫坐標(biāo)上示出了頻率,并且在縱坐標(biāo)上示出了兩種不同配置下的根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的風(fēng)電園區(qū)的阻抗。曲線553示出了不具有將分路電容器449連接到第一節(jié)點(diǎn)419的圖6中所示的風(fēng)電園區(qū)400的阻抗特性。從圖7 (曲線553)中可以觀察到，所述阻抗特性表現(xiàn)出共振峰值553a、553b、553c···，以示出一些示例。特別地，由風(fēng)力渦輪機(jī)405的轉(zhuǎn)換器提供的電流可能包含與具有曲線553所示的阻抗特性的電氣網(wǎng)絡(luò)的共振峰值對(duì)準(zhǔn)的諧波。諧波與阻抗峰值的這種重合可能是不合期望的，因?yàn)榭赡軙?huì)導(dǎo)致能量損耗。曲線555示出了當(dāng)把分路電容器449連接到第一節(jié)點(diǎn)419時(shí)的圖6中所示的風(fēng)電園區(qū)400的阻抗特性，其中已經(jīng)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)了分路電容器449的阻抗。如從圖7(曲線555)中可以看出，峰值555a、555b、555c (示出一些示例)具有與峰值553a、553b和553c相比減小的量值。從而，可以減少特定頻率下的功率損耗，以便改進(jìn)風(fēng)電園區(qū)400的效率。
備選地或附加地，控制器103、303或403可以被適配成使用分路電抗器和/或分路電容器來調(diào)節(jié)一些共振頻率，這是因?yàn)閬碜噪姼泻碗娙莸呢暙I(xiàn)可能會(huì)對(duì)風(fēng)電園區(qū)的共振具有很大影響。應(yīng)當(dāng)提到的是，術(shù)語“包括”并不排除其它元件或者步驟并且“一”或者“一個(gè)”并不排除多個(gè)。還可以組合與不同的實(shí) 施例關(guān)聯(lián)描述的元件。還應(yīng)該指出，在權(quán)利要求中的參考標(biāo)記不應(yīng)該被理解為限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.控制器(103，303，403)，其中所述控制器被適配成 控制包括被連接到第一節(jié)點(diǎn)(119，319，419)的多臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)(105，305,405)的風(fēng)力渦輪機(jī)園區(qū)(100，300,400)的園區(qū)變壓器(121，321，421)的變壓比，其中所述園區(qū)變壓器被連接在第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)(123，323，423)之間，所述第二節(jié)點(diǎn)被連接到將向其遞送由風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的電能的公用電網(wǎng)(137，337，437)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的控制器，其還被配置成 控制被連接到第二節(jié)點(diǎn)(323，423)或者被連接在園區(qū)變壓器(321，421)與至少一臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)(305，405)的風(fēng)力渦輪機(jī)變壓器(309，409)之間的至少一個(gè)阻抗元件(345，449)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2的控制器，其中，所述阻抗元件包括電容器(449)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求的控制器，其被適配成調(diào)節(jié)所述電容器(449)的阻抗以便生成無 功功率(Q)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的控制器，其中，所述阻抗元件包括電感器(345)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求的控制器，其被適配成調(diào)節(jié)所述電感器(345)的阻抗以便吸收無功功率(Q)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的控制器，其被適配成基于在第一節(jié)點(diǎn)(119，319，419)和/或第二節(jié)點(diǎn)(123，323，423)處測(cè)量的電氣屬性(131，313，413)來控制變壓比和/或所述阻抗元件的阻抗。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的控制器，其被適配成控制所述阻抗元件(345，449)的阻抗，從而改變風(fēng)力渦輪機(jī)園區(qū)的阻抗的幅度和/或相位。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求的控制器，其被適配成控制所述阻抗元件(345，449)的阻抗，從而減小預(yù)定頻率下的風(fēng)力渦輪機(jī)園區(qū)的阻抗的幅度。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的控制器，其被適配成控制變壓比和/或所述阻抗元件的阻抗，從而減小發(fā)生在所述多臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)當(dāng)中的至少一臺(tái)的風(fēng)力渦輪機(jī)變壓器(109，309,409)與園區(qū)變壓器(121，321，421)之間的功率損耗(PigftX
11.根據(jù)前述權(quán)利要求的控制器，其被適配成基于風(fēng)電園區(qū)的模型來控制變壓比和/或所述阻抗元件的阻抗，以便減小功率損耗。
12.風(fēng)電園區(qū)，其包括 連接到第一節(jié)點(diǎn)(119，319，419)的多臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)(105，305,405)； 具有可變變壓比的園區(qū)變壓器(121，321，421)，其中所述園區(qū)變壓器被連接在第一節(jié)點(diǎn)(119，319，419)與第二節(jié)點(diǎn)(123，323,423)之間，所述第二節(jié)點(diǎn)能夠連接到公用電網(wǎng)(137，337,437);以及 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的控制器(103，303，403)，其中所述控制器通信連接(125，325,425)到園區(qū)變壓器(121，321，421)，以便控制園區(qū)變壓器的變壓比。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的風(fēng)電園區(qū)，其中，所述園區(qū)變壓器包括兩繞組變壓器或三繞組變壓器。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13的風(fēng)電園區(qū)，其中，所述園區(qū)變壓器允許調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)于變壓比的不同值的至少兩個(gè)抽頭位置。
15.控制方法，其包括 控制包括被連接到第一節(jié)點(diǎn)的多臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)園區(qū)的園區(qū)變壓器的變壓比，其中所述園區(qū)變壓器被連接在第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)之間，所述第二節(jié)點(diǎn)被連接到將向其遞送由風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的電能的公用電網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及控制器、風(fēng)電園區(qū)和控制方法。其描述了一種控制器(103,303,403)，其中所述控制器被適配成控制包括被連接到第一節(jié)點(diǎn)(119,319,419)的多臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)(105,305,405)的風(fēng)力渦輪機(jī)園區(qū)(100,300,400)的園區(qū)變壓器(121,321,421)的變壓比，其中所述園區(qū)變壓器被連接在第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)(123,323,423)之間，該第二節(jié)點(diǎn)被連接到將向其遞送由風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的電能的公用電網(wǎng)(137,337,437)。此外描述了一種風(fēng)電園區(qū)和一種控制方法。
文檔編號(hào)F03D9/00GK102856923SQ20121022030
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者P.埃格達(dá)爾, S.庫馬, K.S.尼爾森 申請(qǐng)人:西門子公司