风场的黑启动制造技术

描述了一种在风场的黑启动或孤岛模式期间控制可连接到风场的风场电网的至少一个风力涡轮机的至少一个转换器的方法，所述方法包括：使转换器电压参考（Vref、105、77）斜升（9），除非违反功率相关条件和/或风场电网频率相关条件或转换器电流相关条件。条件或转换器电流相关条件。条件或转换器电流相关条件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】风场的黑启动


[0001]本专利技术涉及一种在风场的黑启动期间控制连接到风场的风场电网的至少一个风力涡轮机的至少一个转换器的方法，涉及对应的设备（arrangement），并且进一步涉及包括多个风力涡轮机的风场，其中至少一个风力涡轮机包括被适配成在黑启动期间控制或执行控制方法的设备。

技术介绍

[0002]EP 3 116 085 A1公开了一种通过具有功率和电压控制的网桥控制器来操作风力涡轮机的方法，该风力涡轮机经由脐带式AC线缆连接到公用电网。
[0003]WO 2012/139667 A1公开了一种风力涡轮机设备，在一个实施例中，该风力涡轮机设备具有柴油发电机，以在该风力涡轮机设备可耦合到的电网停电（blackout）的情况下初始化黑启动。为了执行黑启动，柴油发电机向该风力涡轮机设备的功率输出提供预定电压。
[0004]黑启动涉及当风场与公用电网断开时风场的启动。因此，在黑启动期间，没有来自公用电网供应的功率能够用于启动风场的一个或多个风力涡轮机。
[0005]执行黑启动的常规方法涉及大型热电站（thermal power station）；由于形成风力涡轮机的电网接口的功率转换器需要稳定的电压和频率来操作，因此风场目前不执行这种角色。在未来，常规热电站的可用性和可靠性将被限制，并且因此可能需要风场具备对它们自己进行黑启动的能力。
[0006]因此，可能需要一种在黑启动期间控制连接（或可连接）到风场的风场电网的至少一个风力涡轮机的至少一个转换器的方法，可能需要一种对应的设备，并且可能需要一种具有执行黑启动的能力的风场。

技术实现思路

[0007]根据独立权利要求的主题可以满足该需要。从属权利要求描述了本专利技术的有利实施例。
[0008]当使用电网形成控制算法来黑启动功率转换器的本地母线（bus bar）、其本地电气串线缆、诸如风场的整个电气网络之类的较大网络、和/或初始处于断电状态（de
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energized state）的电网的预定部分时，本专利技术的实施例覆盖或承认在电网形成控制算法的情况下对功率转换器的有功功率、频率和电流的限制。
[0009]根据本专利技术的实施例，提供了一种在风场的黑启动或孤岛模式（特别是从公用电网断开）期间控制可连接（或连接）到风场的风场电网的至少一个风力涡轮机的至少一个转换器的方法，该方法包括：使转换器电压参考斜升（ramp up），除非违反功率相关条件和/或风场电网频率相关条件或转换器电流相关条件。
[0010]转换器可以耦合到发电机，发电机由在其处安装了多个转子叶片的旋转轴来驱动。转换器可以例如包括或者是AC
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DC、DC
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AC转换器。特别地，转换器可以包括：发电机侧部分，特别是AC
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DC转换器部分；DC链路；以及公用电网侧转换器部分，例如DC
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AC转换器部分。
特别地，可以根据本专利技术的实施例来控制公用电网转换器部分，特别地，不会也控制发电机侧转换器部分。
[0011]在正常操作期间，当风场或风力涡轮机正在产生能量时，公用电网转换器部分可以例如经由公共耦合点和经由一个或多个变压器而连接到公用电网，公用电网向多个消耗器提供功率。特别地，可以根据本专利技术的实施例的控制方法来控制风场的每个风力涡轮机的每个转换器。在执行该方法时，风力涡轮机、并且特别是整个风场可以与公用电网断开。可以向转换器供应控制信号，包括转换器电压参考、转换器功率参考、特别是转换器有功功率参考等。基于去往转换器的控制信号，可以导出脉宽调制信号，该脉宽调制信号可以被供应给被包括在转换器内的可控开关（诸如，IGBT）的栅极。
[0012]在黑启动过程期间，转换器的网桥可以使其端子处的电压从零伏斜升至标称电压，并且从而对风力发电机（WTG）外部的AC电气系统进行激励（energize）。取决于其所连接到的电气网络配置，转换器端子处的电压的斜升可以导致电气网络中的电压增加，并且因此导致该外部AC网络上任何无源负载的激励。例如，无源负载可以是线缆的电容、变压器的电感、和/或电阻性功率损耗。
[0013]执行电压斜升（voltage ramp）的功率转换器必须平衡电气系统的有功和无功功率负载两者，同时遵守对其可以向电气网络提供的有功功率量的有限限制、其可以允许的与目标频率的最大可允许频率偏离、以及功率转换器的电流限制。
[0014]为了遵守这些限制，功率转换器的网桥控制器（例如，执行该控制方法）可以包含允许（理想地）自主控制电压增加、同时考虑所有三组限制的特征。也就是说，参与该激励的任何WTG可以在其能力内支持外部AC电气系统的负载，而不知道风场中的其余WTG的状态；并且任何WTG增加电压水平的本地决策必须（或可能）不会导致其余参与的WTG违反它们关于功率、频率和电流的限制。
[0015]类似地，当转换器已经将电压增加至标称水平时，它必须继续确保频率、有功功率和电流限制被遵守。当转换器处于这种状态时，它被描述为在孤岛模式中进行操作；这指示由（一个或多个）转换器支持的外部AC电气网络没有连接到更大的电网，并且转换器因此必须采取必要的动作来独立地支持电网并且平衡有功和无功负载。
[0016]本专利技术的实施例公开了允许在黑启动电压斜升期间或在孤岛模式中操作时遵守（一个或多个）转换器的各种限制的特征的设计细节。因此，该控制方法的实施例可以在黑启动期间或在其中整个风场与公用电网断开的孤岛模式期间被应用。
[0017]风场电网可以是电气网络，多个风力涡轮机经由该电气网络彼此连接，特别是在其功率输出端子处彼此连接。通过相应的断路器或开关，每个个体风力涡轮机可以与风场电网断开或者可以连接到风场电网。类似地，通过相应的断路器或开关，风场电网可以与公用电网断开或者可以连接到公用电网。特别地，在执行该控制方法时，在最开始，当风场电网电压与公用电网电压不相等（例如，低于公用电网电压）时，风场电网可能与公用电网断开。当风场电压基本等于（或大于）公用电网电压时，相应的风场可能连接到公用电网。
[0018]在执行黑启动时，所涉及的风力涡轮机将连接到风场电网，并且一起工作以将风场电网电压增加到可能接近或大于公用电网电压的目标电压。
[0019]还可以约束对转换器电压参考的斜升，使得转换器电压参考不超过目标风场电网电压。当功率相关条件和/或风场电网频率相关条件或转换器电流相关条件被遵守时，可以
保护转换器免受损坏，并且进一步地，可以实现风场电网的期望频率。
[0020]本专利技术的实施例可能需要风力涡轮机在黑启动期间限制它们在风场电网的激励（黑启动）期间的有功功率、频率和/或电流。因此，黑启动可以以更可靠的方式、并且特别地以快速的方式来执行，而没有损坏风力涡轮机的组件、特别是转换器的风险。
[0021]功率相关条件可以包括对转换器功率参考和可用功率的考虑。风场电网频率相关条件可以考虑风场电网上限和下限频率以及实际风场电网频率。转换器电流相关条件可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种控制至少一个风力涡轮机的至少一个转换器的公用电网侧转换器部分的方法，所述至少一个风力涡轮机的所述至少一个转换器经由发电机侧转换器部分连接到所述风力涡轮机的发电机，所述公用电网侧转换器部分在风场的黑启动期间可连接到风场的风场电网，所述方法包括：使转换器电压参考（Vref、105、77）斜升（9），除非违反功率相关条件和/或风场电网频率相关条件或转换器电流相关条件，所述转换器电压参考定义了所述公用电网侧转换器部分到风场电网的期望输出电压，所述功率相关条件包括对转换器能够提供的有功功率的量的限制，所述风场电网频率相关条件包括与目标风场电网频率的最大可允许频率偏离，所述转换器电流相关条件包括转换器电流限制。2.根据前一项权利要求所述的方法，进一步包括：测量（5）风场电网电压（127）；其中使所述转换器电压参考斜升包括：向转换器供应（9）风场电网电压和正增量的总和作为转换器电压参考；当风场电网频率（ω、57）落在目标风场电网频率（83）以下时，增加（15）转换器功率参考（Pref、53）；继续将所述转换器电压参考增加（9）至风场电网电压的目标值（72），除非：所述转换器功率参考大于可用转换器功率（Pavail）和/或转换器电流（112）、特别是其绝对值大于转换器电流限制（119、121）。3.根据前一项权利要求所述的方法，其中所述可用转换器功率（Pavail）基于由旋转轴驱动的发电机的可用功率，多个转子叶片连接在所述旋转轴处。4.根据前述权利要求2或3中的一项所述的方法，进一步包括：如果所述转换器功率参考（Pref）大于所述可用转换器功率（Pavail）：中断（23）进一步增加所述转换器电压参考；使用平稳控制（25）将风场电网频率（ω）保持在风场电网频率限制（85）处。5.根据前一项权利要求所述的方法，其中使用平稳控制包括：取决于风场电网频率与风场电网频率限制之间的频率差来改变、特别是减小所述转换器电压参考（Vref），以便防止风场电网频率进一步减小，特别是以便保持风场电网频率（ω...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：