用于风力发电机的电压控制的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种用于风力涡轮发电机的无功功率生成的系统和相关方法，所述系统和相关方法包括接收高于发电机级别的电压命令信号。响应于所述电压命令信号确定所述风力涡轮发动机的无功电流并将其传输到所述风力涡轮发电机的控制器以便基于所述无功电流命令生成有功功率和无功功率。可生成修整值并将其应用于所述电压命令信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及风力涡轮机领域，并且更具体地说，涉及用于风力涡轮发电机的电压控制系统和技术，所述系统和技术具有用于至少一部分的无功功率补偿功能的连续无功功率控制。
技术介绍
风力发电通常由具有大量(通常为100个或更多个)风力涡轮发电机的风力“发电厂”来提供。各个风力涡轮发电机可对与缓解由阵风引起的电压闪变和缓解由外部事件引起的电压偏差相关的电力系统操作提供重要的益处。 在风力发电厂环境中，每个风力涡轮发电机均可经历唯一的风力。因此，每个风力涡轮发电机通常包括本地控制器，以控制对阵风和其他外部事件的响应。现有技术的风力发电厂控制通常基于以下两种结构之一:具有恒定功率因数或无功功率和在电压控制中具有发电厂级别控制的本地控制；或在恒定电压控制中不具有发电厂级别控制的本地控制。 具有恒定功率因数的局部控制以及电压控制中的发电厂级别控制要求从发电厂级别到本地级别具有快速通信和积极采取措施的能力。如果发电厂级别控制处于不活动状态，则本地控制可能使电压闪变恶化。在每个发电机上的电压控制恒定的情况下，输电网上的负载的微小偏差都可能导致稳态操作显著不同。这导致风力涡轮发电机遇到稳态操作受限的问题，从而阻止对干扰做出响应，导致电压调节失效。由于在此操作模式期间无功电流高于必要水平，所以风力涡轮发电机的总效率降低。 美国专利第7，224，081号描述了一种用于风力涡轮机的电压控制方法和系统，其中无功功率调节器通过对电压调节器调整电压设定值来控制风力发电厂中的各个风力涡轮机的无功功率生成。这个方案依赖于针对每个风力涡轮发电机的无功功率命令的接收。在单独的风力涡轮机级别上，快速电压调节器将风力涡轮低压侧保持为设定值，所述设定值由无功功率调节器调整以遵循来自风力发电厂控制的命令。无功功率调节器具有第一时间常数，所述第一时间常数在数值上大于电压调节器的时间常数。这个控制方案在以下方面是有益的:它迫使风力发电厂内的所有风力涡轮机具有相同的无功功率输出。另外，如果风力发电厂级的控制关闭，那么风力涡轮机全部保持处于预设定的无功功率输出，即使电网电压发生变化。然而，这个方案的不利方面是，风力发电厂控制器必须通过无功功率调节器的时间常数起作用。
技术实现思路
本专利技术的各方面和优点将在以下说明中部分地阐明，或者可以根据本说明书而变得明显，或者可以通过实践本专利技术推导出。 —种用于风力涡轮发电机的无功功率发电的特定方法实施例包括从高于发电机级别的配置(如风力发电厂或变电站、控制器)接收电压命令信号。在本说明书中，术语“场级”通常指的是包括所有这类高于发电机级别的配置，如多个风力涡轮机的变电站、多个变电站或多个风力涡轮机的风力发电厂等。响应于所述电压命令信号产生所述风力涡轮发电机的无功电流命令。将所述无功电流命令传输到风力涡轮发电机的转换器控制器，以便基于所述无功电流命令生成无功功率。 在本说明书所描述的实施例中，电压命令信号是应用于风力发电厂内的所有风力涡轮机或其一个子集的风力发电厂级命令信号。 在特定实施例中，所述电压命令信号受限于基于发电机端子电压的上限和下限的范围，并且所述无功电流命令受限于基于所述风力涡轮发电机的电流额定值的范围。 所述无功电流命令通过所述电压命令信号的生成可以各种方式实现。例如，在一个实施例中，将所述电压命令信号与所述风力涡轮发电机的测得端子电压相比较，从而生成传输到电压调节器的误差电压信号。 [0011 ] 所述电压命令信号可在所述无功电流命令生成之前进行调整。在一个实施例中，根据所述风力涡轮发电机的本地无功功率下降(droop)特性调整所述电压命令信号。所述下降特性是预设定的，并且可在风力发电厂内的不同风力涡轮发电机之间变化。在这个实施例的情况下，可根据来自所述风力涡轮发电机的无功功率下降特性和测量到的无功功率反馈信号生成电压修整，其中所述电压修整信号应用于所述电压命令信号以生成调整后的电压命令信号。随后可将这个调整后的信号与测得端子电压相比较，从而生成用于生成所述无功电流命令的电压误差信号。 在另一个实施例中，根据有功功率偏移值调整所述电压命令信号，所述有功功率偏移值基于例如风力发电厂内的风力涡轮机的位置而分配给所述风力涡轮机。所述有功功率偏移值可以是预设定的，并且如所提及，可基于风力发电厂内的对应位置而在不同的风力涡轮发电机之间变化。在这个实施例的情况下，可根据来自所述风力涡轮发电机的有功功率偏移值和测量到的有功功率反馈信号生成电压修整信号，其中所述电压修整信号应用于所述电压命令信号以生成调整后的电压命令信号。随后可将这个调整后的信号与测得端子电压相比较，从而生成用于生成所述无功电流命令的电压误差信号。 在又一个实施例中，可结合根据所述风力涡轮发电机的本地无功功率下降特性和有功功率偏移值调整所述电压命令信号。所述下降特性和有功功率偏移值中的任一个或两个可在所述风力发电厂内的不同风力涡轮发动机之间变化。结合根据所述无功功率下降特性和所述有功功率偏移值生成电压修整信号，所述无功功率下降特性应用于针对所述风力涡轮发电机的测量到的无功功率反馈信号，并且所述有功功率偏移值应用于针所述风力涡轮发电机的测量到的有功功率反馈信号。将所述电压修整信号应用于所述电压命令信号以生成调整后的电压命令信号。随后可将这个调整后的信号与测得端子电压相比较，从而生成用于生成所述无功电流命令的电压误差信号。 所述场级控制器可不同地配置。在某些实施例中，所述场级控制器包括电压调节器，所述电压调节器具有来自各个涡轮机的(a)发电厂级别电压和(b)无功和有功功率输出的输入，以及发电厂级别电压命令的输出。 参考以下【具体实施方式】和所附权利要求书可以更好地理解本专利技术的这些和其他特征、方面和优点。附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分，展示了本专利技术的各项实施例，并与【具体实施方式】一起解释本专利技术的原理。 【附图说明】 本说明书参照附图向所属领域的一般技术人员阐述了本专利技术的完整且可实现的详细披露，包括其最佳模式，在附图中: 图1是风力发电厂的方框图，所述风力发电厂具有与输电网连接的多个风力涡轮发电机； 图2是风力涡轮发电机控制系统的一个实施例的控制图； 图3是风力涡轮发电机控制系统的替代实施例的控制图； 图4是风力涡轮发电机控制系统的另一个实施例的控制图；以及 图5是根据本专利技术各方面的风力涡轮发电机控制系统的又一个不同实施例的控制图。 【具体实施方式】 现在将详细参考本专利技术的各项实施例，附图中示出本专利技术实施例的一个或多个实例。每个实例均以解释本专利技术，而非限制本专利技术的方式提供。事实上，所属领域的技术人员容易了解，在不脱离本专利技术的范围或精神的前提下，可以对本专利技术做出各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分进行说明或描述的特征可用于其他实施例中，从而得到另一个实施例。因此，如果对本专利技术的修改和变化在所附权利要求书和其等效物的范围内，那么本专利技术应包括此类修改和变化。 根据本专利技术的各方面的风力涡轮发电机控制系统是基于将参考电压命令而不是无功功率命令发送到风力发电厂或变电站内的所有风力涡轮发电机，如同现有技术中所完成的那样。对于需要稳定化的电网来说，这个控制方案是有利的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于风力涡轮发电机的无功功率生成的方法，所述方法包括：接收场级电压命令信号；响应于所述电压命令信号确定所述风力涡轮发电机的无功电流命令；将所述无功电流命令传输到所述风力涡轮发电机的控制器，以及基于所述无功电流命令生成无功功率。

【技术特征摘要】
2013.09.05 US 14/018,4821.一种用于风力涡轮发电机的无功功率生成的方法，所述方法包括: 接收场级电压命令信号； 响应于所述电压命令信号确定所述风力涡轮发电机的无功电流命令； 将所述无功电流命令传输到所述风力涡轮发电机的控制器，以及基于所述无功电流命令生成无功功率。2.如权利要求1所述的方法，其中所述电压命令信号受限于基于发电机端子电压的上限和下限的范围，并且所述无功电流命令受限于基于所述风力涡轮发电机的电流额定值的范围。3.如权利要求2所述的方法，其中将所述电压命令信号与所述风力涡轮发电机的测得端子电压相比较以生成传输到电压调节器的误差电压信号。4.如权利要求1所述的方法，其中所述电压命令信号是适用于风力发电厂内的所有风力涡轮机或其一个子集的风力发电厂级命令信号。5.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括根据所述风力涡轮发电机的本地无功功率下降特性调整所述电压命令信号。6.如权利要求5所述的方法，其中所述下降特性是预设定放入并且对于风力发电厂或变电站内的不同风力涡轮发电机而有所不同。7.如权利要求5所述的方法，所述方法包括根据来自所述风力涡轮发电机的所述无功功率下降特性和测量到的无功功率反馈信号生成电压修整信号，以及将所述电压修整信号应用于所述电压命令信号以生成调整后的电压命令信号。8.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括根据所述风力涡轮机的有功功率偏移值调整所述电压命令信号。9.如权利要求8所述的方法，其中所述有功功率偏移值是预设定的并且对于风力发电厂或变电站内的不同风力涡轮发电机而有所不同。10.如权利要求8所述的方法，所述方法包括根据来自所述风力涡轮发电机的所述有功功率偏移值和测量到的有功功率反馈信号生成电压修整信号，以及将所述电压修整信号应用于所述电压命令信号以生成调整后的电压命令信号。11.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步...

【专利技术属性】
技术研发人员：EV拉森，AS阿基勒斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US