用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓控制的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種用于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率生成的方法，所述方法包括接收電壓命令信號(hào)以及根據(jù)所述風(fēng)力渦輪機(jī)的無(wú)功功率調(diào)整所述電壓命令信號(hào)。響應(yīng)于所述調(diào)整后的電壓命令信號(hào)確定所述風(fēng)力渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的無(wú)功電流命令，并且將其傳輸?shù)剿鲲L(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的控制器以便基于所述無(wú)功電流命令生成有功功率和無(wú)功功率。
【專利說(shuō)明】用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電壓控制的系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及風(fēng)力渦輪機(jī)領(lǐng)域，并且更具體地說(shuō)，涉及用于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的電壓控制系統(tǒng)和技術(shù)，所述系統(tǒng)和技術(shù)具有用于至少一部分的無(wú)功功率補(bǔ)償功能的連續(xù)無(wú)功功率控制。

【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電通常由具有大量(通常為100個(gè)或更多個(gè))風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的風(fēng)力“發(fā)電廠”來(lái)提供。各個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)可對(duì)與緩解由陣風(fēng)引起的電壓閃變和緩解由外部事件引起的電壓偏差相關(guān)的電力系統(tǒng)操作提供重要的益處。
[0003]在風(fēng)力發(fā)電廠環(huán)境中，每個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)可經(jīng)歷唯一的風(fēng)力。因此，每個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)通常包括本地控制器，以控制對(duì)陣風(fēng)和其他外部事件的響應(yīng)?，F(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力發(fā)電廠控制通?；谝韵聝煞N結(jié)構(gòu)之一:具有恒定功率因數(shù)或無(wú)功功率和在電壓控制中具有發(fā)電廠級(jí)控制的本地控制；或在恒定電壓控制中不具有發(fā)電廠級(jí)控制的本地控制。
[0004]具有恒定功率因數(shù)的局部控制以及電壓控制中的發(fā)電廠級(jí)別控制要求從發(fā)電廠級(jí)別到本地級(jí)別具有快速通信和積極采取措施的能力。如果發(fā)電廠級(jí)控制處于不活動(dòng)狀態(tài)，則本地控制可能使電壓閃變惡化。在每個(gè)發(fā)電機(jī)上的電壓控制恒定的情況下，輸電網(wǎng)上的負(fù)載的微小偏差都可能導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)操作顯著不同。這導(dǎo)致風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)遇到穩(wěn)態(tài)操作受限的問(wèn)題，從而阻止對(duì)干擾做出響應(yīng)，導(dǎo)致電壓調(diào)節(jié)失效。由于在此操作模式期間無(wú)功電流高于必要水平，所以風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的總效率降低。
[0005]美國(guó)專利第7，224，081號(hào)描述了一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的電壓控制方法和系統(tǒng)，其中無(wú)功功率調(diào)節(jié)器通過(guò)對(duì)電壓調(diào)節(jié)器調(diào)整電壓設(shè)定值來(lái)控制風(fēng)力發(fā)電廠中的各個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的無(wú)功功率生成。所述方案依賴于針對(duì)每個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率命令的接收。在單獨(dú)的風(fēng)力渦輪機(jī)級(jí)別上，快速電壓調(diào)節(jié)器將風(fēng)力渦輪低壓側(cè)保持為設(shè)定值，所述設(shè)定值由無(wú)功功率調(diào)節(jié)器調(diào)整以遵循來(lái)自風(fēng)力發(fā)電廠控制的命令。無(wú)功功率調(diào)節(jié)器具有第一時(shí)間常數(shù)，所述第一時(shí)間常數(shù)在數(shù)值上大于電壓調(diào)節(jié)器的時(shí)間常數(shù)。所述控制方案在以下方面是有益的:它迫使風(fēng)力發(fā)電廠內(nèi)的所有風(fēng)力渦輪機(jī)具有相同的無(wú)功功率輸出。另外，如果風(fēng)力發(fā)電廠級(jí)的控制關(guān)閉，那么風(fēng)力渦輪機(jī)全部保持處于預(yù)設(shè)定的無(wú)功功率輸出，即使電網(wǎng)電壓發(fā)生變化。然而，所述方案的不利方面是，風(fēng)力發(fā)電廠控制器必須通過(guò)無(wú)功功率調(diào)節(jié)器的時(shí)間常數(shù)起作用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的各方面和優(yōu)點(diǎn)將在以下說(shuō)明中部分地闡明，或者可以根據(jù)本說(shuō)明書而變得明顯，或者可以通過(guò)實(shí)踐本發(fā)明推導(dǎo)出。
[0007]一種用于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率生成的特定方法實(shí)施例包括從高于發(fā)電機(jī)級(jí)別的配置(如風(fēng)力發(fā)電廠或變電站、控制器)接收電壓命令信號(hào)。在本說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“場(chǎng)級(jí)”通常指的是包括所有這類高于發(fā)電機(jī)級(jí)別的配置，如多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的變電站、多個(gè)變電站或多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)力發(fā)電廠等。根據(jù)風(fēng)力渦輪機(jī)的實(shí)際無(wú)功功率調(diào)整每個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的電壓命令信號(hào)。響應(yīng)于調(diào)整后的電壓命令信號(hào)生成風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的無(wú)功電流命令。將所述無(wú)功電流命令傳輸?shù)斤L(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)換器控制器，以便基于所述無(wú)功電流命令生成無(wú)功功率。
[0008]在特定的實(shí)施例中，根據(jù)所述風(fēng)力渦輪的無(wú)功功率(例如)使用無(wú)功功率調(diào)節(jié)器生成電壓修整值，并且將其應(yīng)用于所述電壓命令，以便生成所述調(diào)整后的電壓命令信號(hào)。在某些實(shí)施例中，所述調(diào)整后的電壓命令信號(hào)受限于基于發(fā)電機(jī)端子電壓的上限和下限的范圍，并且所述無(wú)功電流命令受限于基于所述風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的電流額定值的范圍。
[0009]可將所述調(diào)整后的電壓命令信號(hào)與所述風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的測(cè)得端子電壓相比較，從而生成作為輸入或設(shè)定值傳輸?shù)诫妷赫{(diào)節(jié)器的誤差電壓信號(hào)。
[0010]在特定的實(shí)施例中，所述電壓命令信號(hào)是適用于風(fēng)力發(fā)電廠或變電站內(nèi)的所有風(fēng)力渦輪機(jī)或其一個(gè)子集的場(chǎng)級(jí)信號(hào)。
[0011]在某些實(shí)施例中,將來(lái)自所述風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率反饋信號(hào)和參考無(wú)功功率信號(hào)傳輸?shù)剿鰺o(wú)功功率調(diào)節(jié)器，以便生成所述電壓修整值。所述增量(delta)電壓修整值可受所述無(wú)功功率調(diào)節(jié)器限制。
[0012]所述參考無(wú)功功率信號(hào)可以各種方式生成。例如，可生成指示風(fēng)力發(fā)電廠或變電站內(nèi)的所有風(fēng)力渦輪機(jī)或其一個(gè)子集的平均無(wú)功功率的場(chǎng)級(jí)無(wú)功功率信號(hào)。所述信號(hào)可由場(chǎng)級(jí)控制器生成，所述場(chǎng)級(jí)控制器從所述風(fēng)力發(fā)電廠或變電站內(nèi)的所有風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)或其一個(gè)子集接收測(cè)量到的無(wú)功電流，并且根據(jù)所述功率電流計(jì)算平均無(wú)功功率信號(hào)。在替代實(shí)施例中，所述場(chǎng)級(jí)無(wú)功功率信號(hào)由場(chǎng)級(jí)控制器生成，所述場(chǎng)級(jí)控制器測(cè)量所述場(chǎng)級(jí)處的總功率電流，并且根據(jù)所述總功率電流來(lái)確定各個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的估計(jì)的平均無(wú)功功率信號(hào)。
[0013]一種用于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率生成的替代方法包括:從場(chǎng)級(jí)控制器接收風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的電壓命令，以及接收所述單獨(dú)的風(fēng)力渦輪機(jī)的參考無(wú)功功率信號(hào)和反饋無(wú)功功率信號(hào)。電壓修整值從所述參考無(wú)功功率信號(hào)和所述反饋無(wú)功功率信號(hào)生成，并且受限于預(yù)確定的電壓范圍。將所述增量電壓修整值應(yīng)用于所述電壓命令以生成調(diào)整后的電壓命令信號(hào)，所述調(diào)整后的電壓命令信號(hào)受限于預(yù)確定的電壓范圍?；谒鰡为?dú)的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的測(cè)量到的電壓和所述調(diào)整后的電壓命令生成電壓誤差信號(hào)。電流命令基于所述電壓誤差信號(hào)生成并且受限于預(yù)確定的電流范圍。
[0014]在特定實(shí)施例中，所述電壓修整值由所述風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)中的無(wú)功功率調(diào)節(jié)器生成，并且所述電流命令由所述風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)中的電壓調(diào)節(jié)器生成，其中所述無(wú)功功率調(diào)節(jié)器具有控制器，所述控制器的時(shí)間常數(shù)大于所述電壓調(diào)節(jié)器控制器的時(shí)間常數(shù)。例如，所述無(wú)功功率調(diào)節(jié)器可具有比例積分(PI)控制器，所述比例積分控制器具有相當(dāng)于在I秒至10秒范圍中的時(shí)間常數(shù)的閉合回路響應(yīng)，并且所述電壓調(diào)節(jié)器可具有比例積分(PI)控制器，所述比例積分控制器具有相當(dāng)于小于I秒的時(shí)間常數(shù)的閉合回路響應(yīng)。
[0015]所述場(chǎng)級(jí)控制器可不同地配置。在某些實(shí)施例中，所述場(chǎng)級(jí)控制器包括電壓調(diào)節(jié)器，所述電壓調(diào)節(jié)器具有來(lái)自各個(gè)渦輪機(jī)的(a)發(fā)電廠級(jí)別電壓和(b)無(wú)功功率輸出的輸入，以及(a)電壓命令和(b)無(wú)功功率命令的輸出。
[0016]參考以下【具體實(shí)施方式】和所附權(quán)利要求書可更好地理解本發(fā)明的這些以及其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。附圖并入本說(shuō)明書中并構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分，展示了本發(fā)明的各項(xiàng)實(shí)施例，并與【具體實(shí)施方式】一起解釋本發(fā)明的原理。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]本說(shuō)明書參照附圖向所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員闡述了本發(fā)明的完整且可實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)披露，包括其最佳模式，在附圖中:
[0018]圖1是風(fēng)力發(fā)電廠的方框圖，所述風(fēng)力發(fā)電廠具有與輸電網(wǎng)連接的多個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)；
[0019]圖2是風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的控制圖；以及
[0020]圖3是處于手動(dòng)或本地控制中的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的替代實(shí)施例的控制圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的各項(xiàng)實(shí)施例，附圖中示出本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例。每個(gè)實(shí)例均以解釋本發(fā)明，而非限制本發(fā)明的方式提供。事實(shí)上，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員容易了解，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的前提下，可以對(duì)本發(fā)明做出各種修改和變化。例如，作為一個(gè)實(shí)施例的一部分進(jìn)行說(shuō)明或描述的特征可用于其他實(shí)施例，從而得到另一個(gè)實(shí)施例。因此，如果對(duì)本發(fā)明的修改和變化在所附權(quán)利要求書和其等效物的范圍內(nèi)，那么本發(fā)明應(yīng)包括此類修改和變化。
[0022]根據(jù)本發(fā)明各方面的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)是基于將參考電壓命令而不是無(wú)功功率命令發(fā)送到風(fēng)力發(fā)電廠或變電站內(nèi)的所有風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，如同現(xiàn)有技術(shù)中所完成的那樣。對(duì)于需要穩(wěn)定化的電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，所述控制方案是有利的，因?yàn)殡妷簠⒖夹薷目筛煊绊戯L(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。所述參考電壓控制方案通過(guò)在發(fā)電機(jī)端子處或合成遠(yuǎn)程點(diǎn)(例如，介于所述發(fā)電機(jī)端子與所述集電極總線之間)處對(duì)各個(gè)發(fā)電機(jī)的電壓進(jìn)行相對(duì)快速的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)施。相對(duì)緩慢的無(wú)功功率調(diào)節(jié)器根據(jù)從風(fēng)場(chǎng)控制器所接收的參考無(wú)功功率命令和無(wú)功功率反饋調(diào)整相對(duì)快速的電壓調(diào)節(jié)器的設(shè)定值。因此，電壓修整信號(hào)用于調(diào)整相對(duì)快速的電壓調(diào)節(jié)器的電壓設(shè)定值，所述相對(duì)快速的電壓調(diào)節(jié)器生成渦輪發(fā)電機(jī)的無(wú)功電流命令。
[0023]應(yīng)了解，參考電壓命令信號(hào)可由任何場(chǎng)級(jí)(B卩，高于發(fā)電機(jī)級(jí)別)的控制器(如變電站控制器或風(fēng)力發(fā)電廠級(jí)控制器)生成。出于說(shuō)明性目的，本說(shuō)明書相對(duì)于風(fēng)力發(fā)電廠來(lái)描述各項(xiàng)實(shí)施例，在所述風(fēng)力發(fā)電廠中多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)與風(fēng)力發(fā)電廠級(jí)控制器通信。
[0024]圖1是風(fēng)力發(fā)電廠100的方框圖，所述風(fēng)力發(fā)電廠100具有與輸電網(wǎng)連接的多個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。圖1僅示出三個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)；然而，風(fēng)力發(fā)電廠可包括任何數(shù)量的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
[0025]每個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)110都包括本地控制器，所述本地控制器對(duì)受控制風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的條件做出響應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的控制器僅感測(cè)端子電壓和電流(通過(guò)電壓電流變壓器)。感測(cè)到的電壓和電流由本地控制器用來(lái)提供適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，以使風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)提供所需無(wú)功功率和電壓。與風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控制器的一個(gè)實(shí)施例相對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)圖將在下文相對(duì)于圖2更詳細(xì)地描述。
[0026]每個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)110均通過(guò)發(fā)電機(jī)連接變壓器115連接到集電極總線120，以便將有功功率和無(wú)功功率(分別標(biāo)記為Pwg和Qwg)提供到集電極總線120。發(fā)電機(jī)連接變壓器和集電極總線在所屬領(lǐng)域中是已知的。
[0027]風(fēng)力發(fā)電廠100通過(guò)風(fēng)力發(fā)電廠主變壓器130提供有功功率輸出和無(wú)功功率輸出(分別標(biāo)記為Pwf和Qwf)。發(fā)電廠級(jí)控制器150感測(cè)風(fēng)力發(fā)電廠輸出和公共連接點(diǎn)(PCC) 140處的電壓，以便提供發(fā)電廠級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)端子電壓命令(發(fā)電廠級(jí)Vwtg0J 155。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)電廠級(jí)控制器150將單個(gè)Vwtg Μ信號(hào)155提供到風(fēng)力發(fā)電廠100中的所有風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。在替代實(shí)施例中，發(fā)電廠級(jí)控制器150可提供用于風(fēng)力發(fā)電廠100的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的子集的多個(gè)命令。針對(duì)風(fēng)力渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的子集的命令可基于例如發(fā)電廠級(jí)電壓調(diào)節(jié)器。
[0028]仍然參照?qǐng)D1，每個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)110的本地控制器還可設(shè)置有來(lái)自發(fā)電廠級(jí)控制器的、指示發(fā)電機(jī)端子處的所需無(wú)功功率的Q命令信號(hào)105 (Qand),以便確保無(wú)功功率在風(fēng)力渦輪機(jī)中的合理分配。在替代實(shí)施例中，例如在風(fēng)力渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)處于手動(dòng)模式或以其他方式不與風(fēng)力發(fā)電廠控制器150通信的情況下，所述Q命令信號(hào)(Qm) 105可生成為本地級(jí)別或操作員級(jí)別(在圖1中由“本地”線指示)，如下文更詳細(xì)地闡釋。
[0029]圖2的控制系統(tǒng)提供涉及渦輪機(jī)和發(fā)電廠級(jí)控制二者的改進(jìn)的控制結(jié)構(gòu)，所述控制結(jié)構(gòu)可通過(guò)風(fēng)力渦輪機(jī)的統(tǒng)一無(wú)功功率輸出來(lái)執(zhí)行強(qiáng)大的發(fā)電廠級(jí)電壓控制性能。
[0030]參照?qǐng)D2的實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)控制系統(tǒng)圖，所述控制系統(tǒng)通常包括兩個(gè)回路:電壓調(diào)節(jié)器回路和無(wú)功(Q)平衡調(diào)節(jié)器回路。與Q平衡調(diào)節(jié)器回路(例如，通常慢于I秒閉合回路時(shí)間常數(shù))相比，電壓調(diào)節(jié)器回路運(yùn)轉(zhuǎn)相對(duì)較快(例如，20弧度/秒)。Q平衡調(diào)節(jié)器調(diào)整電壓調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，如下文描述。
[0031]從概念上來(lái)說(shuō)，圖2的控制系統(tǒng)通過(guò)根據(jù)由高于發(fā)電機(jī)級(jí)別(例如，變電站或風(fēng)力發(fā)電廠)的控制器設(shè)定的參考值調(diào)節(jié)電壓來(lái)提供風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)端子電壓控制。在當(dāng)前情況下，所述較高的參考值是發(fā)電廠級(jí)Vwtg0lld信號(hào)155。無(wú)功功率在較長(zhǎng)期限(例如，幾秒)內(nèi)調(diào)節(jié)，以便將無(wú)功功率均勻地分配在風(fēng)力渦輪機(jī)之中，而風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)端子電壓在較短期限(例如，小于幾秒)內(nèi)調(diào)節(jié)，以便緩和快速電網(wǎng)瞬變的影響。
[0032]仍然參照?qǐng)D2的風(fēng)力渦輪控制器實(shí)施例，Q平衡調(diào)節(jié)器220從所有風(fēng)力渦輪機(jī)110接收指示平均無(wú)功功率輸出的平均渦輪機(jī)無(wú)功功率輸出信號(hào)200 (Qavs)。所述信號(hào)Qavs 200可以各種方式生成。在一個(gè)實(shí)施例中，將來(lái)自每個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)110的測(cè)量到的無(wú)功電流發(fā)送到風(fēng)力發(fā)電廠控制器150，所述風(fēng)力發(fā)電廠控制器150計(jì)算平均值并且將信號(hào)Qavs 200傳輸?shù)矫總€(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)110。在另一個(gè)實(shí)施例中,可在風(fēng)力發(fā)電廠級(jí)處感測(cè)到總無(wú)功功率,所述總無(wú)功功率由風(fēng)力發(fā)電廠控制器150用來(lái)基于風(fēng)力渦輪機(jī)110的數(shù)量確定近似平均值，同時(shí)所述近似平均值作為信號(hào)Qavs 200傳輸?shù)礁鱾€(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)110。
[0033]Q平衡調(diào)節(jié)器220還接收指示各個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的實(shí)際無(wú)功功率輸出的反饋Q值(Qpbk)信號(hào)202，所述反饋Q值信號(hào)202可以由指示發(fā)電機(jī)處的所需無(wú)功功率輸出的Q命令信號(hào)105 (Qemd)來(lái)調(diào)整或修改。
[0034]Q平衡調(diào)節(jié)器220用于產(chǎn)生增量電壓修整值或信號(hào)(dVtHm)208，以便添加到發(fā)電廠級(jí)電壓命令信號(hào)(Vwtg oJ 155，從而得到調(diào)整后的命令電壓信號(hào)(VA(U _) 210，所述調(diào)整后的命令電壓信號(hào)210實(shí)質(zhì)上是用于下游電壓調(diào)節(jié)器270的設(shè)定值電壓。信號(hào)dVtHm 208以設(shè)定極限dVmax 204和dVmin 206來(lái)保持。因此，發(fā)電廠級(jí)電壓命令信號(hào)Vwtg M 155(這是下游電壓調(diào)節(jié)器270的電壓設(shè)定值的基礎(chǔ))由Q平衡調(diào)節(jié)器220修改或調(diào)整。
[0035]Q平衡調(diào)節(jié)器220用于使相應(yīng)風(fēng)力渦輪機(jī)的無(wú)功輸出與平均無(wú)功輸出Qavs 200之間的差最小化。在一個(gè)實(shí)施例中，Q平衡調(diào)節(jié)器220是具有相對(duì)緩慢的響應(yīng)時(shí)間(例如，約I秒至10秒(例如，3秒、5秒、5.5秒))的比例積分(PI)控制器。應(yīng)理解，也可使用其他類型的控制器和時(shí)間常數(shù)，例如比例微分(PD)控制器、比例積分微分(PID)控制器、狀態(tài)空間控制器等。其他時(shí)間常數(shù)也可以用于Q平衡調(diào)節(jié)器220，只要Q調(diào)節(jié)器220的時(shí)間常數(shù)在數(shù)值上大于電壓調(diào)節(jié)器270的時(shí)間常數(shù)。
[0036]將調(diào)整后的命令電壓信號(hào)VAdj Cffld 210傳輸?shù)较拗破麟娐?40，所述限制器電路240用于將信號(hào)值保持在限定極限內(nèi)并且生成向發(fā)電機(jī)指示將由所述發(fā)電機(jī)提供的無(wú)功功率的設(shè)定值電壓命令信號(hào) Vcommand250。
[0037]Vcommand 250由限制器240限制于Vmax 242與Vmin 244之間的預(yù)確定范圍。在一個(gè)實(shí)施例中，Vmax 242和Vmin 244根據(jù)額定發(fā)電機(jī)輸出的百分比限定。例如，Vmax 242可以是額定發(fā)電機(jī)電壓的105%，并且Vmin 244可以是額定發(fā)電機(jī)電壓的95%。也可使用替代限制。
[0038]在某些實(shí)施例中，將Ve_and 250與指示發(fā)電機(jī)的測(cè)得端子電壓的信號(hào)255相比較。Vconmand 250與測(cè)得端子電壓255之間的差是電壓誤差信號(hào)260 (Vara)，所述電壓誤差信號(hào)260由電壓調(diào)節(jié)器270減小以使測(cè)量到的電壓遵從電壓命令。
[0039]電壓調(diào)節(jié)器270基于電壓誤差信號(hào)260 (VError)生成無(wú)功電流命令280 (Ira Cmd)，所述無(wú)功電流命令280用于控制發(fā)電機(jī)的電流。在一個(gè)實(shí)施例中，電壓調(diào)節(jié)器270是PI控制器，所述控制器具有約50毫秒的閉合回路時(shí)間常數(shù)。也可使用其他類型的控制器，例如ro控制器、PID控制器等。其他時(shí)間常數(shù)(例如，I秒、20毫秒、75毫秒、45毫秒)也可用于電壓調(diào)節(jié)器270，只要電壓調(diào)節(jié)器270的時(shí)間常數(shù)小于用于Q平衡調(diào)節(jié)器220的時(shí)間常數(shù)。
[0040]一般來(lái)說(shuō)，發(fā)電機(jī)電流命令有兩個(gè)部分。它們是表示為Id Cffld的有功功率部分和表示為I, Cffld的無(wú)功功率部分。如相對(duì)于圖2所描述的所生成的電流命令280是電流命令的無(wú)功部分有功部分或Id _可以所屬領(lǐng)域中已知的任何方式生成。無(wú)功電流命令280受限于I, max 272和I, min 274。Iq max 272和I, min 274的值可基于發(fā)電機(jī)電流額定值。例如，Iqmax 272可設(shè)定為發(fā)電機(jī)的額定電流的百分比，并且Iqmin 274可設(shè)定為-1, _。也可使用替代限制。
[0041]將電流命令280傳輸?shù)斤L(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的控制器，以便基于所述電流命令生成有功功率和無(wú)功功率。在一個(gè)實(shí)施例中，上文相對(duì)于圖2所討論的所有限制是非終結(jié)性限制；但在替代實(shí)施例中，限制的子集可以是非終結(jié)性限制。所述限制已根據(jù)固定的參數(shù)進(jìn)行討論；但是，例如由查找表或執(zhí)行控制算法的處理器或狀態(tài)機(jī)所提供的動(dòng)態(tài)可變參數(shù)可提供所述限制。這種動(dòng)態(tài)可變限制可基于發(fā)電機(jī)的電流額定值和同時(shí)期的有功功率輸出。
[0042]如上文所提及，指示發(fā)電機(jī)端子處的所需無(wú)功功率的本地或操作員Q命令信號(hào)(Qcmd) 105可在以下情況下供應(yīng)到本地控制器110:風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)處于手動(dòng)模式或以其他方式不與風(fēng)力發(fā)電廠控制器150通信。在這種模式下，控制系統(tǒng)將如圖3中所描繪的那樣起作用。在所述實(shí)施例中，Qemd信號(hào)105與QFbk信號(hào)202結(jié)合在一起以便產(chǎn)生供應(yīng)到VAR(Q)調(diào)節(jié)器240的Qfcror信號(hào)235。調(diào)節(jié)器240生成受限的Vcommand 250，將所述Vconmand 250與測(cè)得端子電壓信號(hào)255相比較，從而生成針對(duì)電壓調(diào)節(jié)器270的電壓誤差信號(hào)260(VEmJ輸入，如上文詳細(xì)地討論。
[0043]在說(shuō)明書中引用“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”表示結(jié)合所述實(shí)施例所描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。在本說(shuō)明書中不同地方出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”不必全部指代同一個(gè)實(shí)施例。另外，雖然本發(fā)明已相對(duì)于特定示例性實(shí)施例及其方法得到了詳細(xì)說(shuō)明，但應(yīng)了解，所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員在獲得對(duì)上述內(nèi)容的了解后，可容易地制作出此類實(shí)施例的修改、變化和等效實(shí)施例。因此，本發(fā)明的范圍是以示例的方式，而非限制的方式說(shuō)明的，并且本發(fā)明并不排除將對(duì)于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員明顯的對(duì)本發(fā)明的修改、變化和/或補(bǔ)充包括在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率生成的方法，所述方法包括: 接收電壓命令信號(hào)； 根據(jù)所述風(fēng)力渦輪機(jī)的實(shí)際無(wú)功功率調(diào)整所述電壓命令信號(hào)； 響應(yīng)于所述調(diào)整后的電壓命令信號(hào)確定所述風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的無(wú)功電流命令； 將所述無(wú)功電流命令傳輸?shù)剿鲲L(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的控制器，以及基于所述無(wú)功電流命令生成無(wú)功功率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述調(diào)整后的電壓命令信號(hào)受限于基于發(fā)電機(jī)端子電壓的上限和下限的范圍，并且所述無(wú)功電流命令受限于基于所述風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的電流額定值的范圍。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中將所述調(diào)整后的電壓命令信號(hào)與所述風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的測(cè)得端子電壓相比較以生成傳輸?shù)诫妷赫{(diào)節(jié)器的誤差電壓信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電壓命令信號(hào)是適用于風(fēng)力發(fā)電廠內(nèi)的所有風(fēng)力渦輪機(jī)或其一個(gè)子集的發(fā)電廠級(jí)命令信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法包括根據(jù)參考無(wú)功功率信號(hào)和所述風(fēng)力渦輪機(jī)的實(shí)際無(wú)功功率生成電壓修整值，以及將所述電壓修整值應(yīng)用于所述電壓命令信號(hào)以生成所述調(diào)整后的電壓命令信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述參考無(wú)功功率信號(hào)與用于風(fēng)力發(fā)電廠或變電站內(nèi)的所有風(fēng)力渦輪機(jī)或其一個(gè)子集的場(chǎng)級(jí)平均無(wú)功功率輸出信號(hào)相對(duì)應(yīng)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述場(chǎng)級(jí)平均無(wú)功功率輸出信號(hào)輸出由場(chǎng)級(jí)控制器生成，所述場(chǎng)級(jí)控制器從所述風(fēng)力渦輪機(jī)接收測(cè)量到的無(wú)功電流并且計(jì)算用于所述風(fēng)力渦輪機(jī)的所述平均無(wú)功功率輸出。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述場(chǎng)級(jí)平均無(wú)功功率輸出信號(hào)輸出由場(chǎng)級(jí)控制器生成，所述場(chǎng)級(jí)控制器感測(cè)所述場(chǎng)級(jí)的總無(wú)功功率并且計(jì)算用于所述風(fēng)力渦輪機(jī)的估計(jì)的平均無(wú)功功率輸出。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中將來(lái)自所述風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率反饋信號(hào)和所述參考無(wú)功功率信號(hào)傳輸?shù)綗o(wú)功功率調(diào)節(jié)器，以便生成所述電壓修整值。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述電壓修整值受所述無(wú)功功率調(diào)節(jié)器限制。
11.一種用于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率生成的方法，所述方法包括: 從場(chǎng)級(jí)控制器接收用于風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的電壓命令； 接收用于所述單獨(dú)的風(fēng)力渦輪機(jī)的參考無(wú)功功率信號(hào)和反饋無(wú)功功率信號(hào)； 從所述參考無(wú)功功率信號(hào)和所述反饋無(wú)功功率信號(hào)生成電壓修整值； 將所述電壓修整值限制于預(yù)確定的電壓范圍； 將所述電壓修整值應(yīng)用于所述電壓命令以生成調(diào)整后的電壓命令； 將所述調(diào)整后的電壓命令限制于預(yù)確定的電壓范圍； 基于所述風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的測(cè)量到的電壓和所述調(diào)整后的電壓命令生成電壓誤差信號(hào)；以及 基于所述電壓誤差信號(hào)生成電流命令，以及將所述電流命令限制于預(yù)定的電流范圍。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述電壓修整值由所述風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)中的無(wú)功功率調(diào)節(jié)器生成，并且所述電流命令由所述風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)中的電壓調(diào)節(jié)器生成，其中所述無(wú)功功率調(diào)節(jié)器具有控制器，所述控制器的時(shí)間常數(shù)大于所述電壓調(diào)節(jié)器控制器的時(shí)間常數(shù)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述無(wú)功功率調(diào)節(jié)器具有時(shí)間常數(shù)在I秒至10秒范圍中的比例積分(PI)控制器，并且所述電壓調(diào)節(jié)器具有時(shí)間常數(shù)小于I秒的比例積分(PD控制器。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述場(chǎng)級(jí)控制器具有電壓調(diào)節(jié)器或無(wú)功功率調(diào)節(jié)器，并且接收與電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)(PCC)處的電壓信號(hào)，所述場(chǎng)級(jí)控制器生成所述電壓命令并將其發(fā)送到風(fēng)力發(fā)電廠或變電站內(nèi)的多個(gè)單獨(dú)的風(fēng)力渦輪機(jī)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述場(chǎng)級(jí)控制器還生成指示所述風(fēng)力渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)端子處的所需無(wú)功功率的操作員無(wú)功功率命令信號(hào)(Qm)并將其發(fā)送到所述各個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK104426156SQ201410450100
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】E.V.拉森, A.S.阿基勒斯 申請(qǐng)人:通用電氣公司