專利名稱：風(fēng)電場(chǎng)中的電流控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及風(fēng)電場(chǎng)中的電流控制以及特別地涉及一種在輸電網(wǎng)不規(guī)則狀 態(tài)期間控制由風(fēng)電場(chǎng)提供的電流的方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電廠或者風(fēng)電場(chǎng)通常包括多個(gè)單獨(dú)的風(fēng)輪機(jī)。由風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生的電能形成了 通過風(fēng)電場(chǎng)而輸送到公用系統(tǒng)或者輸電網(wǎng)的全部電能。風(fēng)電場(chǎng)通常將產(chǎn)生的電能通過公共 連接點(diǎn)(PCC)輸送到輸電網(wǎng)。當(dāng)輸電網(wǎng)存在故障時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)通常與輸電網(wǎng)斷開連接，從而保護(hù)其風(fēng)輪機(jī)免受電 流的突然沖擊，這會(huì)損壞風(fēng)輪機(jī)的部件。當(dāng)故障清除時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)以及由此風(fēng)輪機(jī)與輸電網(wǎng)重 新連接，從而再次向其供應(yīng)電能。隨著風(fēng)力發(fā)電日益增加的覆蓋面，風(fēng)電場(chǎng)與輸電網(wǎng)斷開連接不再能夠由輸電網(wǎng)操 作員來完成。原因是故障清除之后可能由于高的無功能耗以及同步性破壞而引起回復(fù)階段 中的電壓崩潰。許多國(guó)家的輸電網(wǎng)操作員目前都需要風(fēng)電場(chǎng)操作員在允許連接到輸電網(wǎng)之 前遵守輸電網(wǎng)規(guī)范中規(guī)定的特定的輸電網(wǎng)需要。不同國(guó)家的輸電網(wǎng)需要有所不同，但是他 們共同的目標(biāo)是允許對(duì)協(xié)調(diào)、可靠且經(jīng)濟(jì)的輸送或分配系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)展、維護(hù)和操作。輸電網(wǎng)規(guī)范通常需要風(fēng)輪機(jī)能夠穿越故障，這個(gè)故障使得PCC處的電壓在0. 5秒 時(shí)間內(nèi)降低到例如0. 2pu。此外，輸電網(wǎng)規(guī)范通常在這種輸電網(wǎng)故障期間還需要來自于單獨(dú) 風(fēng)輪機(jī)和/或風(fēng)電場(chǎng)的無功電流貢獻(xiàn)。為了符合輸電網(wǎng)需要，風(fēng)輪機(jī)通常具有解決方案，使得風(fēng)輪機(jī)能夠控制無功功率 的產(chǎn)生。由此，當(dāng)輸電網(wǎng)故障引起輸電網(wǎng)電壓下降時(shí)，風(fēng)輪機(jī)能夠增加它們的無功電流輸 出。風(fēng)輪機(jī)的無功電流的全部增加能夠通過風(fēng)電場(chǎng)的PCC而被加入到輸電網(wǎng)，從而使輸電 網(wǎng)穩(wěn)定。US 6，924，565公開了一種變速風(fēng)輪機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的電網(wǎng)。每個(gè)發(fā)電機(jī)都能夠產(chǎn)生 有功功率和無功功率，并且包括連接到發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)控制器，用于基于單個(gè)發(fā)電機(jī)的熱性 能和/或電壓極限來控制發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的有功和無功功率。由此，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的電網(wǎng)能夠通 過閉環(huán)電壓系統(tǒng)來提供聽?wèi){指令的有效及無功功率。在該專利文獻(xiàn)中，電壓控制器監(jiān)視著 風(fēng)輪機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)與公用輸電網(wǎng)之間的PCC。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，無功功率指令被發(fā)送到單獨(dú)發(fā) 電機(jī)，以產(chǎn)生風(fēng)輪機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)需要的無功功率。由此，系統(tǒng)提供了閉環(huán)控制。由此，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的技術(shù)方案，從而在輸電網(wǎng)故障期間控制在 PCC處提供的電流。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種在風(fēng)電場(chǎng)中控制電流的方法。所述風(fēng)電場(chǎng)包 括至少一個(gè)風(fēng)輪機(jī)和至少一個(gè)電流發(fā)生器。所述方法包括檢測(cè)輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)、確定在 輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)期間在所述風(fēng)電場(chǎng)中預(yù)定位置處將要提供的最優(yōu)電流；以及確定由所述至少一個(gè)電流發(fā)生器所產(chǎn)生的、用于在所述預(yù)定位置處提供最優(yōu)電流的對(duì)應(yīng)電流。所述對(duì) 應(yīng)電流至少基于所述電流發(fā)生器與所述預(yù)定位置之間的阻抗被確定。檢測(cè)到的輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)指的是輸電網(wǎng)中導(dǎo)致輸電網(wǎng)不穩(wěn)定的事件。這種事件 包括電壓水平的突然降低或增加、功率相位或頻率的改變等。當(dāng)檢測(cè)到這種輸電網(wǎng)不規(guī)則 狀態(tài)時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)提供了風(fēng)電場(chǎng)中預(yù)定位置處的最優(yōu)電流。該預(yù)定位置處的最優(yōu)電流隨后被 加入到輸電網(wǎng)，從而幫助穩(wěn)定輸電網(wǎng)。該預(yù)定位置是風(fēng)電場(chǎng)中被輸電網(wǎng)看得見的位置。該 位置可以是風(fēng)電場(chǎng)主變壓器與輸電網(wǎng)之間的點(diǎn)，在風(fēng)輪機(jī)與風(fēng)電場(chǎng)主變壓器之間的共用電 力線上，等等。最優(yōu)電流是由風(fēng)電場(chǎng)中的一個(gè)或多個(gè)電流發(fā)生器所提供。來自于電流發(fā)生器的組 合電流不一定與預(yù)定位置處所需要的最優(yōu)電流相對(duì)應(yīng)。這是由于電流發(fā)生器與預(yù)定位置之 間會(huì)設(shè)置有部件。所述部件可以沿著從電流發(fā)生器到預(yù)定位置的線路引入阻抗，并且由此 影響到在預(yù)定位置處提供的電流。根據(jù)本發(fā)明，在確定出由電流發(fā)生器所產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)電流 時(shí)，電流發(fā)生器與預(yù)定位置之間的阻抗被納入考慮。由此，由電流發(fā)生器產(chǎn)生的電流將會(huì)在 預(yù)定位置處獲得期望的最優(yōu)電流。有利地，本發(fā)明提供了一種方法，該方法允許風(fēng)電場(chǎng)管理者向公用系統(tǒng)提供最優(yōu) 電流，并且還允許公用系統(tǒng)管理者獲得需要的電流，在輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)的情況下穩(wěn)定輸 電網(wǎng)。最優(yōu)/需要的電流是由風(fēng)電場(chǎng)提供，而不需要現(xiàn)有技術(shù)中提到的任何復(fù)雜的反饋回 路。在輸電網(wǎng)中出現(xiàn)突然的電壓驟降的情況下，這種方法對(duì)于特別容易損壞的輸電網(wǎng)而言 至關(guān)重要。根據(jù)本發(fā)明，在輸電網(wǎng)故障期間或者在輸電網(wǎng)容易損壞時(shí)，具有改進(jìn)的可控性， 由此滿足了多個(gè)國(guó)家輸電網(wǎng)規(guī)范的需要。根據(jù)實(shí)施例，預(yù)定位置包括風(fēng)電場(chǎng)與輸電網(wǎng)或者公用系統(tǒng)的公共連接點(diǎn)。公共連 接點(diǎn)(PCC)是風(fēng)電場(chǎng)與輸電網(wǎng)相互連接的點(diǎn)。一般地，輸電網(wǎng)只能看到風(fēng)電場(chǎng)整體，而看不 到風(fēng)電場(chǎng)中的單個(gè)風(fēng)輪機(jī)。當(dāng)輸電網(wǎng)規(guī)范需要風(fēng)電場(chǎng)提供特定電壓或功率參數(shù)時(shí)，這些參 數(shù)通常需要在風(fēng)電場(chǎng)的PCC處提供。根據(jù)實(shí)施例，輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)包括低電壓事件。低電壓事件是指輸電網(wǎng)電壓突 發(fā)且陡然下降時(shí)的情況，例如在幾毫秒內(nèi)下降到其額定電壓的大約20% (0.2pu)。通常地， 輸電網(wǎng)電壓在幾百毫秒內(nèi)恢復(fù)。輸電網(wǎng)規(guī)范通常需要風(fēng)電場(chǎng)保持連接或者“穿越”低電壓 事件。此外，輸電網(wǎng)規(guī)范需要風(fēng)電場(chǎng)供應(yīng)一定量的電流，從而幫助輸電網(wǎng)從低電壓事件中恢 復(fù)，由此使輸電網(wǎng)穩(wěn)定。根據(jù)實(shí)施例，最優(yōu)電流是最優(yōu)無功電流。最優(yōu)無功電流遵循向在輸電網(wǎng)不規(guī)則狀 態(tài)期間電壓水平加入的無功電流的預(yù)定模式。當(dāng)出現(xiàn)輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)時(shí)，由風(fēng)電場(chǎng)在預(yù) 定位置處提供期望量的無功電流。這種加入的最優(yōu)無功電流對(duì)于保持輸電網(wǎng)穩(wěn)定性是有利 的。被提供或者加入到輸電網(wǎng)中的無功電流的量依賴于輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)的情況。在一個(gè) 示例中，加入無功電流的預(yù)定模式依賴于基于輸電網(wǎng)規(guī)范需要的加入無功電流模式。該基 于輸電網(wǎng)規(guī)范需要的加入無功電流模式通常是指當(dāng)輸電網(wǎng)電壓下降時(shí)加入無功電流的增 加。應(yīng)當(dāng)知道的是，加入無功電流的預(yù)定模式可以是自定義的。例如，可以確定的是在預(yù) 定位置處提供特定模式的無功電流在穩(wěn)定公用系統(tǒng)時(shí)是有利的。由此在另一個(gè)實(shí)施例中， 加入無功電流的預(yù)定模式是基于加入無功電流的這種自定義模式。根據(jù)實(shí)施例，電流發(fā)生器包括用于產(chǎn)生無功電流的無功電流發(fā)生器以及用于產(chǎn)生有功電流的有功電流發(fā)生器。由此，風(fēng)電場(chǎng)能夠在風(fēng)電場(chǎng)中的預(yù)定位置處提供最優(yōu)無功電 流或者最優(yōu)有功電流，或者兩者的組合。根據(jù)輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)的類型，可以提供用于穩(wěn)定 公用系統(tǒng)的最優(yōu)電流(有功和/或無功電流)的適當(dāng)形式。由此，在該實(shí)施例中，提供了一 種有助于確保輸電網(wǎng)穩(wěn)定性的通用方法。根據(jù)實(shí)施例，該方法包括控制由有功電流發(fā)生器所產(chǎn)生的有功電流，從而在預(yù)定
位置處提供最優(yōu)的無功電流。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，為了提供最優(yōu)無功電流而產(chǎn)生的有功電
流的量通過以下公式所確定 Ids_opt=R/X(Iqs±vGKG/√Z2+4X2(Kwf-Kwf)其中Ids。pt是由有功電流發(fā)生器所產(chǎn)生的有功電流，Ids是由無功電流發(fā)生器所產(chǎn)生的無功電流，R是電流發(fā)生器與預(yù)定位置之間的電阻，Z是電流發(fā)生器與預(yù)定位置之間的阻抗，X是電流發(fā)生器與預(yù)定位置之間的無功阻抗，是輸電網(wǎng)的電壓幅度，以及Ke和Kwf是輸電網(wǎng)常數(shù)。根據(jù)實(shí)施例，風(fēng)電場(chǎng)中的風(fēng)輪機(jī)包括有功電流發(fā)生器以及無功電流發(fā)生器。在該 實(shí)施例中，風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生有功和無功電流。有功和無功電流可由風(fēng)輪機(jī)中的部件(例如通過 功率或頻率轉(zhuǎn)換器)所產(chǎn)生。這種功率轉(zhuǎn)換器會(huì)出現(xiàn)在變速風(fēng)輪機(jī)中，用于將風(fēng)輪機(jī)的發(fā) 電機(jī)的變頻功率輸出轉(zhuǎn)換成定頻功率輸出。功率輸出可以被功率轉(zhuǎn)換器所控制，從而使得 它具有確定的有功和/或無功電流部件，用于在預(yù)定位置處提供最優(yōu)電流。根據(jù)實(shí)施例，無功電流發(fā)生器包括靜止同步補(bǔ)償器(STATC0M)。在該實(shí)施例中，無 功電流由STATC0M所產(chǎn)生。STATC0M可被設(shè)置在風(fēng)輪機(jī)中、在風(fēng)輪機(jī)旁邊、在變電站或者在 風(fēng)電場(chǎng)中的任一其它位置。該實(shí)施例中的有功電流可由風(fēng)輪機(jī)或者由任一其它類型有功電 流發(fā)生器(例如能量存儲(chǔ)單元)所產(chǎn)生。根據(jù)實(shí)施例，有功電流發(fā)生器包括用于提供有功電流的能量存儲(chǔ)單元。能量存儲(chǔ) 單元的示例包括但不局限于電化學(xué)元件(即電池)、電容器、不間斷電源(UPS)、液壓蓄電 器、輔助發(fā)電機(jī)，等等。類似地，能量存儲(chǔ)單元可被設(shè)置在風(fēng)輪機(jī)中、在風(fēng)輪機(jī)旁邊、在變電 站或者在風(fēng)電場(chǎng)中的任一其它位置。在該實(shí)施例中，無功電流可由風(fēng)輪機(jī)或者由STATC0M 所產(chǎn)生。在發(fā)明的第二方面，提供了風(fēng)電場(chǎng)。風(fēng)電場(chǎng)包括一個(gè)或多個(gè)風(fēng)輪機(jī)以及風(fēng)電場(chǎng)控 制器。風(fēng)電場(chǎng)控制器適合于實(shí)現(xiàn)上面所述的方法。特別地，風(fēng)電場(chǎng)控制器適合于檢測(cè)輸電 網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)、確定在輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)期間在所述風(fēng)電場(chǎng)中預(yù)定位置處將要提供的最優(yōu) 電流；以及確定由電流發(fā)生器所產(chǎn)生的、用于在所述預(yù)定位置處提供最優(yōu)電流的對(duì)應(yīng)電流。 所述對(duì)應(yīng)電流至少基于所述電流發(fā)生器與所述預(yù)定位置之間的阻抗被確定。應(yīng)當(dāng)知道的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠輕易地認(rèn)識(shí)到結(jié)合本發(fā)明第一方面進(jìn)行描 述的任一特征也可以與本發(fā)明的第二方面相結(jié)合，反之亦然。根據(jù)本發(fā)明第二方面的風(fēng)電場(chǎng)可以有利地適合于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第一方面的方法。在發(fā)明的第三方面，提供了一種用于包括一個(gè)或多個(gè)風(fēng)輪機(jī)的風(fēng)電場(chǎng)的控制器。 該控制器適合于完成本發(fā)明第一方面所述的方法。特別地，控制器適合于檢測(cè)輸電網(wǎng)不規(guī) 則狀態(tài)、確定在輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)期間在所述風(fēng)電場(chǎng)中預(yù)定位置處將要提供的最優(yōu)電流； 以及確定由電流發(fā)生器所產(chǎn)生的、用于在所述預(yù)定位置處提供最優(yōu)電流的對(duì)應(yīng)電流。所述 對(duì)應(yīng)電流至少基于所述電流發(fā)生器與所述預(yù)定位置之間的阻抗被確定。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器進(jìn)一步適合于計(jì)算出由風(fēng)電場(chǎng)中的每個(gè)電流發(fā)生器所產(chǎn) 生的、用于在預(yù)定位置處提供最優(yōu)電流的電流。在可選實(shí)施例中，每個(gè)電流發(fā)生器包括適于 執(zhí)行該方法的控制器。應(yīng)當(dāng)知道的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易地認(rèn)識(shí)到結(jié)合本發(fā)明第一方面描述的 任一特征都可以與本發(fā)明的第三方面相結(jié)合，反之亦然。根據(jù)發(fā)明的第四方面，提供一種用于處理器的程序。該程序在加載到處理器中時(shí) 執(zhí)行上述實(shí)施例的方法。


在結(jié)合非限制性示例以及附圖進(jìn)行考慮的情況下，本發(fā)明將會(huì)參考詳細(xì)描述而得 到更好的理解。圖1顯示了風(fēng)電場(chǎng)的總體布局。圖2a是顯示了低電壓事件時(shí)輸電網(wǎng)電壓水平的示意圖。圖2b是顯示了響應(yīng)輸電網(wǎng)電壓水平而需要被加入到公用輸電網(wǎng)中的無功電流量 的示意圖。圖3a顯示了根據(jù)實(shí)施例的風(fēng)電場(chǎng)的示意性布局。圖3b顯示了根據(jù)實(shí)施例的圖3a的風(fēng)電場(chǎng)的簡(jiǎn)化示意性布局。圖4顯示了根據(jù)實(shí)施例的具有或者不具有有功電流控制時(shí)風(fēng)電場(chǎng)公共連接點(diǎn)處 的無功電流水平。圖5顯示了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的風(fēng)電場(chǎng)的示意性布局。圖6顯示了根據(jù)實(shí)施例的用于風(fēng)電場(chǎng)中電流控制的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1顯示了風(fēng)電場(chǎng)100的總體布局。風(fēng)電場(chǎng)100包括多個(gè)風(fēng)輪機(jī)101、風(fēng)電場(chǎng)控制 器102、補(bǔ)償裝置103、風(fēng)電場(chǎng)變壓器104以及風(fēng)輪機(jī)電網(wǎng)。風(fēng)電場(chǎng)100通過輸電線112并 且經(jīng)由風(fēng)電場(chǎng)變壓器104而連接到公用系統(tǒng)或輸電網(wǎng)110。風(fēng)電場(chǎng)100與公用系統(tǒng)110之 間的相互連接點(diǎn)被稱為公共連接點(diǎn)(PCC) 111。由風(fēng)輪機(jī)101所產(chǎn)生的電能被分配到輸電線112上并且通過PCC111提供給輸電 網(wǎng)110。補(bǔ)償裝置103是無功功率發(fā)生裝置，用于補(bǔ)償風(fēng)電場(chǎng)100的無功功率。補(bǔ)償裝置 103的示例包括但不局限于晶閘管投切電容器組以及靜止無功補(bǔ)償器(SVC)。來自補(bǔ)償裝 置103的無功功率也通過輸電線112輸送給輸電網(wǎng)110。風(fēng)電場(chǎng)變壓器104使風(fēng)電場(chǎng)100 的電壓逐步降低到適用于在輸電網(wǎng)110中輸送的較低電壓。風(fēng)電場(chǎng)控制器102基本上實(shí)現(xiàn)了多種控制功能。例如，發(fā)電廠控制器可以收集到表現(xiàn)風(fēng)輪機(jī)101或者其部件當(dāng)前狀態(tài)的不同類型數(shù)據(jù)，并且對(duì)其進(jìn)行響應(yīng)以控制風(fēng)輪機(jī) 101的運(yùn)行。風(fēng)輪機(jī)101通過控制線路113、經(jīng)由風(fēng)力發(fā)電廠電網(wǎng)105與控制器102互通， 如圖1中虛線所示?？刂破?02與風(fēng)輪機(jī)101之間通信的信號(hào)可包括功率輸出信號(hào)、葉片 狀態(tài)、參考電源、葉片指令等?？刂破?02還通過控制線路113連接到PCC111。這允許控制 102檢測(cè)到功率參數(shù)，例如PCC111處的電壓及電流水平。應(yīng)當(dāng)知道的是，圖1中所示的風(fēng)電場(chǎng)100的布局僅為示例，并且本發(fā)明并不被限定 為圖1中所示風(fēng)電場(chǎng)的原樣布局。例如，盡管風(fēng)電場(chǎng)100中顯示了 4個(gè)風(fēng)輪機(jī)101，但是可 以使得風(fēng)電場(chǎng)包括多于或者少于4個(gè)風(fēng)輪機(jī)101。還能夠使得風(fēng)電場(chǎng)僅有1個(gè)風(fēng)輪機(jī)101。 類似地，在另外示例中風(fēng)電場(chǎng)101可包括超過1個(gè)補(bǔ)償裝置。圖2a顯示了在低電壓事件時(shí)表現(xiàn)輸電網(wǎng)電壓水平的示意圖。垂直軸線201顯示 了輸電網(wǎng)的電壓水平，以及水平軸線202顯示了時(shí)間。在t0到tl之間，輸電網(wǎng)是穩(wěn)定的， 輸電網(wǎng)電壓是相對(duì)恒定的，如203所表示。在11發(fā)生低電壓事件，輸電網(wǎng)電壓突發(fā)且陡然 地下降，如204所表示。輸電網(wǎng)電壓會(huì)在短于1毫秒內(nèi)下降到初始數(shù)值的大約10% (或者 0. lpu)。輸電網(wǎng)電壓停留在低數(shù)值大約幾百毫秒，如205所表示。在t2，輸電網(wǎng)恢復(fù)并且輸 電網(wǎng)電壓在大約50-150毫秒內(nèi)上升到初始數(shù)值的大約80%，如206所表示。為了保持輸電 網(wǎng)的穩(wěn)定性，輸電網(wǎng)所有者會(huì)在它們的輸電網(wǎng)規(guī)范中規(guī)定，連接到輸電網(wǎng)的風(fēng)電場(chǎng)需要在 低電壓事件期間加入特定量的無功電流。被加入的無功電流的量通常依賴于輸電網(wǎng)的電壓 水平。圖2b顯示了示意圖，其表現(xiàn)了與輸電網(wǎng)電壓水平相對(duì)應(yīng)而需要被加入到輸電網(wǎng) 中的無功電流量的示例。垂直軸線211顯示了需要被加入的無功電流的量，以及水平軸線 212顯示了輸電網(wǎng)的對(duì)應(yīng)電壓水平。當(dāng)輸電網(wǎng)電壓小于0. 5pu時(shí)，無功電流的量為0. 9pu， 如213所表示。當(dāng)輸電網(wǎng)電壓從0. 5pu開始增加時(shí)，需要的無功電流的量降低，如214所表 示。當(dāng)輸電網(wǎng)電壓恢復(fù)到0. 85pu時(shí)，需要被加入到輸電網(wǎng)中的無功電流的量為0。然而，由風(fēng)輪機(jī)101和/或補(bǔ)償裝置103所產(chǎn)生的無功電流的量不會(huì)在PCC111處 獲得期望的無功電流。這是由于風(fēng)輪機(jī)101和/或補(bǔ)償裝置103與PCC111之間具有部件 和纜線。這種部件和纜線在傳輸線路中引入了阻抗，導(dǎo)致達(dá)到PCC111的無功電流與從風(fēng)輪 機(jī)101和補(bǔ)償裝置103發(fā)送出的電流不同。根據(jù)實(shí)施例，當(dāng)檢測(cè)到輸電網(wǎng)110中的低電壓事件時(shí)(在PCC111或者101WTG進(jìn) 行檢測(cè))，控制器102確定出在PCC111處提供的、即被加入到輸電網(wǎng)110中的最優(yōu)無功電 流。被加入到輸電網(wǎng)110中的無功電流的量可以基于由輸電網(wǎng)所有者規(guī)定的模式，例如圖 2b中的模式，或者基于自定義模式。此外，控制器102還確定出由風(fēng)輪機(jī)101和/或補(bǔ)償裝 置103所產(chǎn)生的、用于在PCC111處獲得最優(yōu)無功電流的對(duì)應(yīng)無功和有功電流。有功和無功 電流要考慮到風(fēng)輪機(jī)101、補(bǔ)償裝置103與PCC111之間的任意阻抗而確定出來。圖3a顯示了根據(jù)實(shí)施例的風(fēng)電場(chǎng)300的示意性布局。圖3中的示意性布局顯示 了被引入到風(fēng)電場(chǎng)300中的阻抗。出于清楚的緣故，圖3中僅僅顯示了一個(gè)風(fēng)輪機(jī)301。應(yīng) 當(dāng)知道的是，風(fēng)電場(chǎng)300可包括超過1個(gè)風(fēng)輪機(jī)301。還假設(shè)無功和有功電流都由風(fēng)輪機(jī) 301所產(chǎn)生。風(fēng)輪機(jī)301連接到風(fēng)輪機(jī)變壓器302。風(fēng)輪機(jī)變壓302又通過電力纜線305 連接到風(fēng)電場(chǎng)變壓器304。電力纜線305的阻抗由纜線阻抗303所表示。風(fēng)電場(chǎng)300通過 架空線(0VL)310而連接到公用系統(tǒng)或者輸電網(wǎng)311。0VL310的阻抗由0VL阻抗306所表
8示。風(fēng)電場(chǎng)300通過PCC312與輸電網(wǎng)311相互連接。輸電網(wǎng)311將電能供應(yīng)到負(fù)載，例如 家庭單元320。另外的發(fā)電廠、例如傳統(tǒng)的煤炭發(fā)電廠321也可將電能供應(yīng)到輸電網(wǎng)311。 根據(jù)實(shí)施例，當(dāng)確定將要產(chǎn)生的有功和無功電流時(shí)，纜線阻抗303以及0VL阻抗306被納入 考慮，從而在PCC312處提供最優(yōu)無功電流。圖3a可以進(jìn)一步通過圖3b中所示的示意性圖示所表示。參考圖3b描述了確定 由風(fēng)輪機(jī)301所產(chǎn)生的、用于在PCC312處獲得最優(yōu)無功電流的最優(yōu)有功電流的示例。在圖 3b中，風(fēng)輪機(jī)301與PCC312之間的阻抗331被表示成Z。從PCC312到輸電網(wǎng)故障處的阻 抗332被表示成ZF。從PCC312到輸電網(wǎng)311的阻抗333被表示成Ze。假定阻抗Z、。、^都具有相同的角度(即，對(duì)于每個(gè)阻抗而言，實(shí)部和虛部之間的 角度是相同的)VPCC=KGVG+KwfVwfVwf = Es (cos(a) + sin(a) j)VG=vG其中ve是在輸電網(wǎng)311處的電壓幅度，Es是在風(fēng)輪機(jī)301處的電壓幅度，a是向量^^與。之間的角度， 尺^f^一 K2Ki 以及
ZGZ + ZFZ + ZGZF Kx + KxK2 + K2 涉及到PCC312與輸電網(wǎng)之間的短路比，以及K2涉及到故障點(diǎn)到PCC312的距離 (或者在PCC312處的剩余電壓)。&和K2可以通過以下公式獲得ZF = K2Zg，乏二，以及Z = R + jX從風(fēng)輪機(jī)301輸送到PCC312的電能為
廠— — 1*§PCC = PPCC + QPCCj = Vpccr = VPCC Vwf ~JPCC其中fKC是在PCC312處的電壓向量，7是流經(jīng)阻抗331的電流向量，以及是在風(fēng)輪機(jī)301處的電壓向量。通過以下公式所表示
IqsZ2 +vGKG(Rsm(a) + Xcos(a))
&-^^-，
9
其中Iqs是在風(fēng)輪機(jī)301處的電流。PCC312處的有功電流Id和無功電流Iq是
以及 使用上述公式，PCC312處的有功電流Id和無功電流1,被確定為 以及 在PCC312處獲得最大無功電流Iq的角度a。pt被確定如下 通過確定的角度a。pt，由風(fēng)輪機(jī)301所產(chǎn)生的、用于在PCC312處獲得最大無功電
流Iq的最優(yōu)有功電流Ids—。pt被確定如下 知道的是，當(dāng)2Kwf < 1時(shí)，上面提到的、用于最優(yōu)有功電流的公式中的第二項(xiàng)是負(fù) 值。這是在該方法被用于低電壓事件以及Kwf與PCC312處剩余電壓成比例時(shí)的情況。對(duì)于 極低電壓，最優(yōu)有功電流Ids—。pt可以進(jìn)行估算以用于較簡(jiǎn)單的控制實(shí)施 從在該示例中推導(dǎo)出來的公式，可以看到PCC312處的無功電流Iq基本上受到 PCC312處的電壓水平、風(fēng)輪機(jī)301與PCC312之間的阻抗以及風(fēng)輪機(jī)301處的有功電流Id 的影響。圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的、具有或不具有有功電流控制時(shí)PCC312處無功電流Id的 值。圖4中示意圖的垂直軸線401是由風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生的無功電流值，以及水平軸線402是在 PCC312處獲得的無功電流值。曲線403顯示出當(dāng)沒有對(duì)由風(fēng)輪機(jī)301所產(chǎn)生的有功電流進(jìn) 行任何控制時(shí)PCC處的無功電流值相對(duì)于由風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生的無功電流的值。曲線404顯示出 當(dāng)由風(fēng)輪機(jī)所生成的有功電流根據(jù)實(shí)施例而進(jìn)行控制時(shí)、PCC處的無功電流值相對(duì)于由風(fēng) 輪機(jī)所生成的無功電流的值。通過有功電流控制，可以看到對(duì)于由風(fēng)輪機(jī)所生成的任意無 功電流，PCC處的無功電流值都達(dá)到最大。
上述實(shí)施例描述了由風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生有功電流和無功電流。應(yīng)當(dāng)知道的是，有功電 流和/或無功電流可由風(fēng)輪機(jī)外部的其它部件產(chǎn)生。例如，無功電流可由STATC0M產(chǎn)生。 STATC0M可被設(shè)置在風(fēng)輪機(jī)旁邊或者設(shè)置在風(fēng)電場(chǎng)中任意其它位置。有功電流還可由能量 存儲(chǔ)單元(例如液流電池)所產(chǎn)生。該液流電池可被結(jié)合到風(fēng)輪機(jī)中，或者可設(shè)置在風(fēng)電 場(chǎng)中任意其它位置。圖5顯示了圖1中風(fēng)電場(chǎng)100的布局，其中根據(jù)實(shí)施例，能量存儲(chǔ)單元500被用于 產(chǎn)生將在風(fēng)電場(chǎng)100的PCC111處提供的有功電流。無功電流由補(bǔ)償裝置103產(chǎn)生，該裝置 可以是STATC0M。當(dāng)期望在PCC111處提供特定的無功電流時(shí)，PCC102將控制信號(hào)發(fā)送到 STATC0M103用于產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的無功電流，以及發(fā)送到能量存儲(chǔ)單元500用于產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的有功 電流。如前面所述，有功電流的產(chǎn)生得被控制，從而使得PCC111處的無功電流達(dá)到最大。為 了在PCC111獲得期望量的無功電流而生成的對(duì)應(yīng)無功電流的量可根據(jù)圖4確定。產(chǎn)生的 有功和無功電流被提供給輸電線或者集電器系統(tǒng)112，從而使得它們?cè)赑CC111處獲得期望 的無功電流。風(fēng)電場(chǎng)100中的所有其它部件都已經(jīng)參考圖1進(jìn)行了描述。圖6顯示了根據(jù)實(shí)施例用于在風(fēng)電場(chǎng)中控制電流的方法的流程圖。方法的步驟 601包括檢測(cè)輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)?？梢栽赑CC111處通過風(fēng)電場(chǎng)控制器102檢測(cè)輸電網(wǎng)不規(guī) 則狀態(tài)(參見圖5)。如前面所述，被檢測(cè)的輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)可以是低電壓事件。步驟602包括確定出在風(fēng)電場(chǎng)中預(yù)定位置處提供的最優(yōu)電流。最優(yōu)電流可以是在 風(fēng)電場(chǎng)100中PCC111處提供的無功電流。被提供的無功電流的值可以按照輸電網(wǎng)所有者 的要求(在輸電網(wǎng)規(guī)范中規(guī)定)或者自己定義。步驟603包括確定出要生成的、用于在風(fēng) 電場(chǎng)中預(yù)定位置處提供最優(yōu)電流的對(duì)應(yīng)電流。要生成的對(duì)應(yīng)電流可以是有功電流或者是無 功電流。如前面所述，生成的有功電流可以被控制，從而提供在PCC111處提供的最優(yōu)無功 電流。有功和無功電流可由風(fēng)輪機(jī)101所生成。可選擇地，有功電流由風(fēng)輪機(jī)101所生成 以及無功電流由STATC0M500所生成。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，上述實(shí)施例也可被用于控制無功電流的生 成，從而在PCC111處提供期望的有功電流。例如，如果在輸電網(wǎng)事件期間需要將特定量的 有功電流加入到輸電網(wǎng)，風(fēng)電場(chǎng)控制器102可根據(jù)實(shí)施例將控制信號(hào)發(fā)送到風(fēng)輪機(jī)101、補(bǔ) 償裝置103和/或能量存儲(chǔ)單元500，以生成對(duì)應(yīng)的有功和無功電流，從而在PCC111處提供 期望的有功電流。特別地，對(duì)應(yīng)的無功電流的生成被控制，從而使得PCC111處的有功電流 達(dá)到最大。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，上面描述的實(shí)施例是實(shí)施方式的可行示例，該實(shí)施方式僅僅提出 用于清楚地理解發(fā)明的原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)上述實(shí)施例作出多種變型和改進(jìn)，所 述變型和改進(jìn)被認(rèn)為是包括在隨附權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種在風(fēng)電場(chǎng)中控制電流的方法，所述風(fēng)電場(chǎng)包括至少一個(gè)風(fēng)輪機(jī)，其中，所述風(fēng)電場(chǎng)包括至少一個(gè)電流發(fā)生器，所述方法包括檢測(cè)輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)；確定在輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)期間在所述風(fēng)電場(chǎng)中預(yù)定位置處將要提供的最優(yōu)電流；以及確定由所述至少一個(gè)電流發(fā)生器所產(chǎn)生的、用于在所述預(yù)定位置處提供最優(yōu)電流的對(duì)應(yīng)電流，其特征在于，所述對(duì)應(yīng)電流至少基于所述電流發(fā)生器與所述預(yù)定位置之間的阻抗被確定。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定位置包括風(fēng)電場(chǎng)與輸電網(wǎng)或者公 用系統(tǒng)的公共連接點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)包括輸電網(wǎng)中的 低電壓事件。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述最優(yōu)電流是最優(yōu)無功電流，所述 最優(yōu)無功電流遵循向輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)期間電壓水平加入的無功電流的預(yù)定模式。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)電流發(fā)生器包括用于 生成無功電流的無功電流發(fā)生器以及用于生成有功電流的有功電流發(fā)生器。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括對(duì)有功電流發(fā)生器所生成的有功電 流進(jìn)行控制，從而在所述預(yù)定位置提供所述最優(yōu)無功電流。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述有功電流根據(jù)下述公式確定/ds _ optI +-認(rèn)gs —^Z2+4X\K2wf-Kwf)其中Ids—。pt是由有功電流發(fā)生器所生成的有功電流， Iqs是由無功電流發(fā)生器所生成的無功電流， R是所述風(fēng)輪機(jī)與所述預(yù)定位置之間的電阻， Z是所述風(fēng)輪機(jī)與所述預(yù)定位置之間的阻抗， X是所述風(fēng)輪機(jī)與所述預(yù)定位置之間的無功阻抗， vG是輸電網(wǎng)的電壓幅度，以及 Kg和Kwf是輸電網(wǎng)常量。
8.如權(quán)利要求5-7任一所述的方法，其特征在于，所述風(fēng)輪機(jī)包括所述有功電流發(fā)生 器以及所述無功電流發(fā)生器中的至少一個(gè)。
9.如權(quán)利要求5-8任一所述的方法，其特征在于，所述無功電流發(fā)生器包括靜止同步 補(bǔ)償器(STATC0M)。
10.如權(quán)利要求5-8任一所述的方法，其特征在于，所述有功電流發(fā)生器包括能量存儲(chǔ)單元。
11.一種風(fēng)電場(chǎng)，包括 -至少一個(gè)風(fēng)輪機(jī)；以及-適合于進(jìn)行如下操作的風(fēng)電場(chǎng)控制器 -檢測(cè)輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)；_確定在輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)期間在所述風(fēng)電場(chǎng)中預(yù)定位置處將要提供的最優(yōu)電流；以及_確定由電流發(fā)生器所產(chǎn)生的、用于在所述預(yù)定位置處提供最優(yōu)電流的對(duì)應(yīng)電流，其 中，所述對(duì)應(yīng)電流至少基于所述電流發(fā)生器與所述預(yù)定位置之間的阻抗被確定。
12.如權(quán)利要求11所述的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于，所述預(yù)定位置包括所述風(fēng)電場(chǎng)與輸電 網(wǎng)或者公用系統(tǒng)的公共連接點(diǎn)。
13.如權(quán)利要求11或12所述的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于，所述風(fēng)電場(chǎng)控制器適合于檢測(cè)輸 電網(wǎng)中的低電壓事件。
14.如權(quán)利要求11-13任一所述的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于，所述風(fēng)電場(chǎng)控制器適合于確定 在所述預(yù)定位置處將要提供的最優(yōu)無功電流，所述最優(yōu)無功電流遵循向輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài) 期間電壓水平加入的無功電流的預(yù)定模式。
15.如權(quán)利要求11-14任一所述的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于，所述電流發(fā)生器包括用于生成 無功電流的無功電流發(fā)生器以及用于生成有功電流的有功電流發(fā)生器。
16.如權(quán)利要求15所述的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于，所述風(fēng)電場(chǎng)控制器適合于控制由有功 電流發(fā)生器所生成的有功電流，從而在所述預(yù)定位置提供最優(yōu)無功電流。
17.如權(quán)利要求15或16所述的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于，所述風(fēng)輪機(jī)包括有功電流發(fā)生器 以及無功電流發(fā)生器中的至少一種。
18.如權(quán)利要求15-17任一所述的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于，還包括靜止同步補(bǔ)償器 (STATC0M)，其中STATC0M是用于生成無功電流的無功電流發(fā)生器。
19.如權(quán)利要求15-17任一所述的風(fēng)電場(chǎng)，其特征在于，還包括能量存儲(chǔ)單元，其中能 量存儲(chǔ)單元是用于生成有功電流的有功電流發(fā)生器。
20.一種用于風(fēng)電場(chǎng)中的控制器，所述風(fēng)電場(chǎng)包括至少一個(gè)風(fēng)輪機(jī)，所述控制器適合于 進(jìn)行如下操作-檢測(cè)輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)；-確定在輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)期間在所述風(fēng)電場(chǎng)中預(yù)定位置處將要提供的最優(yōu)電流；以及_確定由電流發(fā)生器所產(chǎn)生的、用于在所述預(yù)定位置處提供最優(yōu)電流的對(duì)應(yīng)電流，其 中，所述對(duì)應(yīng)電流至少基于所述電流發(fā)生器與所述預(yù)定位置之間的阻抗被確定。
21.一種用于處理器的程序，其中，所述程序在被加載到處理器中時(shí)完成根據(jù)權(quán)利要求 1-10任一所述的方法。
全文摘要
提供了一種在風(fēng)電場(chǎng)中控制電流的方法。所述風(fēng)電場(chǎng)包括至少一個(gè)風(fēng)輪機(jī)以及至少一個(gè)電流發(fā)生器。所述方法包括檢測(cè)輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)；在輸電網(wǎng)不規(guī)則狀態(tài)期間確定出在風(fēng)電場(chǎng)中預(yù)定位置處提供的最優(yōu)電流；以及確定出由至少一個(gè)電流發(fā)生器所產(chǎn)生的、用于在預(yù)定位置處提供最優(yōu)電流的對(duì)應(yīng)電流。對(duì)應(yīng)電流至少是基于至少一個(gè)電流發(fā)生器與預(yù)定位置之間的阻抗數(shù)值而確定出來。
文檔編號(hào)H02P9/00GK101929439SQ20101019033
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月24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