專利名稱：用于緊密耦合的風(fēng)力場(chǎng)的區(qū)域內(nèi)主無功控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及電力系統(tǒng)內(nèi)的多個(gè)電風(fēng)力場(chǎng)系統(tǒng)的控制，更具 體地，涉及用于控制在與電力系統(tǒng)的公共耦合點(diǎn)處互連的多個(gè)風(fēng)力場(chǎng) 的主控制器和方法。
背景技術(shù)：
典型地，電力系統(tǒng)包括多個(gè)發(fā)電資產(chǎn)(asset)，其遍布地理區(qū) 域內(nèi)。電力系統(tǒng)還包括也可能遍布該地理區(qū)域的消耗功率(負(fù)載)的 系統(tǒng)。電力系統(tǒng)還包括電力網(wǎng)(grid)， 一種用于在地理區(qū)域上送電 和配電的電力線和相關(guān)聯(lián)的裝備的網(wǎng)絡(luò)。該電力網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施可能包 括但不局限于用于電力系統(tǒng)操作的互連、控制、維護(hù)、和改善的設(shè)備。 典型地，電力系統(tǒng)包括集中控制系統(tǒng)，其可操作地連接到該發(fā)電資產(chǎn)， 用于例如使用處理邏輯來控制每一個(gè)發(fā)電資產(chǎn)的電力輸出。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng) 商(operator)通常操作集中控制系統(tǒng)。由集中控制系統(tǒng)控制的發(fā)電 資產(chǎn)的電力輸出可以包括但不局限于電力量和電力電壓。
發(fā)電資產(chǎn)可以包括各個(gè)發(fā)電站。每個(gè)發(fā)電站均可以例如，通過向 電力網(wǎng)內(nèi)的地理區(qū)域輸送電力來服務(wù)于這樣的區(qū)域。每個(gè)發(fā)電資產(chǎn)均 可以包括任何類型的電源。例如，發(fā)電資產(chǎn)可以包括至少部分通過煤， 水力，諸如汽油、天然氣、柴油等的燃料液體以及由核能、風(fēng)力和太 陽能而產(chǎn)生電力的電源。
風(fēng)能常常用于在發(fā)電廠(常被稱為風(fēng)力場(chǎng))產(chǎn)生電力，使用例如 大的風(fēng)力渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。風(fēng)力場(chǎng)和它們的相關(guān)聯(lián)風(fēng)力場(chǎng) 控制器可以控制無功功率供應(yīng)，以及在較有限的程度上控制有效功 率。在美國(guó)專利No. 7, 119， 456、 No. 7， 166， 928和No. 7， 224， 081中， Larsen描述了包括對(duì)于具有無功功率命令的場(chǎng)級(jí)控制器的風(fēng)力發(fā)電 機(jī)的電壓控制以及風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^由比發(fā)電機(jī)級(jí) 別高(變電站或場(chǎng)級(jí))的控制器所設(shè)置的基準(zhǔn)來調(diào)節(jié)電壓而提供風(fēng)力 渦輪發(fā)電機(jī)電壓控制?？梢栽谳^長(zhǎng)時(shí)間(例如幾秒)上調(diào)節(jié)無功功率，而在較短時(shí)間(例如幾分之一秒)上調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)端電壓，以 緩和快速的電力網(wǎng)瞬變的影響。
為了經(jīng)濟(jì)原因以及作為減小礦物燃料發(fā)電的環(huán)境影響的方法之 一，具有較大的電力輸出的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)正被生產(chǎn)，并且具有較多 數(shù)目的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的風(fēng)力場(chǎng)正投入使用。將來來自風(fēng)力場(chǎng)的電力 輸出可以組成沿著輸電網(wǎng)被供應(yīng)和傳輸?shù)目傠娏Φ娘@著較大的一部 分。通常，原始風(fēng)力場(chǎng)可以基于某些地理位置處的期望的風(fēng)力狀況而 坐落于該位置，后來，基于激發(fā)第一風(fēng)力場(chǎng)的期望的風(fēng)力狀況， 一個(gè) 或多個(gè)其他的風(fēng)力場(chǎng)可以坐落于相同的地理區(qū)域處。后來的風(fēng)力場(chǎng)可 以由與第一風(fēng)力場(chǎng)相同的運(yùn)營(yíng)商或者由完全不同的運(yùn)營(yíng)商來建造。風(fēng)
力場(chǎng)的輸出可以在各個(gè)點(diǎn)互連，這些點(diǎn)最終在公共耦合點(diǎn)處連接在一 起。公共耦合點(diǎn)也可以是到電力系統(tǒng)網(wǎng)的連接點(diǎn)。乂>共耦合點(diǎn)可以提 供用于來自多個(gè)互連的風(fēng)力場(chǎng)的組合輸出參數(shù)的測(cè)量位置?？商鎿Q 地，該公共耦合點(diǎn)可以遠(yuǎn)離與電力網(wǎng)互連的點(diǎn)。通常，期望在該測(cè)量 位置處調(diào)節(jié)來自多個(gè)風(fēng)力場(chǎng)的組合的功率相關(guān)輸出。但是，在其他時(shí) 候，可能期望或者必需在遠(yuǎn)離可以測(cè)量組合參數(shù)的位置的調(diào)節(jié)點(diǎn)(例 如在與電力網(wǎng)互連的點(diǎn))處調(diào)節(jié)多個(gè)風(fēng)力場(chǎng)的組合的功率相關(guān)輸出。
圖1示出了每個(gè)均具有局部風(fēng)力場(chǎng)控制器60的多個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng) 10、 15、 20 (盡管示出了三個(gè)風(fēng)力場(chǎng)，但是任何數(shù)量的局部風(fēng)力場(chǎng)可 以連接在一起)，它們?cè)诠柴詈宵c(diǎn)25處彼此互連。公共耦合點(diǎn)25 可以處于電力系統(tǒng)網(wǎng)30的相同的物理連接點(diǎn)27處。對(duì)于每個(gè)局部風(fēng) 力場(chǎng)10、 15、 20,分別示出一個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)35,表示通常存在 于局部風(fēng)力場(chǎng)中的多個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。局部風(fēng)力場(chǎng)的每個(gè)單獨(dú)的風(fēng) 力渦輪發(fā)電機(jī)35均可以通過輸出變壓器40連接到局部風(fēng)力場(chǎng)的公共 總線45,然后通過風(fēng)力場(chǎng)變壓器50連接到多個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)之間的互 連線55。局部風(fēng)力場(chǎng)控制器60可以可操作地連接到各個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā) 電機(jī)35，以提供用于控制功率相關(guān)參數(shù)的命令61。局部風(fēng)力場(chǎng)控制 器60還可以從風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)接收工作狀態(tài)信號(hào)62，并且在局部風(fēng) 力場(chǎng)IO、 15、 20的輸出測(cè)量點(diǎn)65處感測(cè)功率相關(guān)輸出參數(shù)63。
風(fēng)力場(chǎng)的互連可以是不同的配置。風(fēng)力場(chǎng)之間的距離可以改變。 各個(gè)風(fēng)力場(chǎng)中的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的數(shù)目可以不同。此外，與電力網(wǎng)連 接的物理連接點(diǎn)可以遠(yuǎn)離各個(gè)風(fēng)力場(chǎng)中的任意一個(gè)以及/^共耦合點(diǎn)。
6如前所述，集中控制系統(tǒng)可操作地連接到用于控制功率輸出參數(shù) 的發(fā)電資產(chǎn)。在具有各自的局部風(fēng)力場(chǎng)控制器的多個(gè)互連的風(fēng)力場(chǎng)的 情況下，各個(gè)局部功率相關(guān)命令可以被從中央控制系統(tǒng)提供給各個(gè)局 部風(fēng)力場(chǎng)控制器。典型地，提供給局部風(fēng)力場(chǎng)控制器的功率相關(guān)命令 可以指示局部風(fēng)力場(chǎng)控制器在公共連接點(diǎn)處提供特定的功率相關(guān)輸
出。但是，該多個(gè)單獨(dú)的局部風(fēng)力場(chǎng)控制器不能在7>共耦合點(diǎn)25處 進(jìn)行控制，這是因?yàn)榇它c(diǎn)處的功率相關(guān)參數(shù)是所有單獨(dú)風(fēng)力場(chǎng)的輸出 的組合。典型地，這樣的問題已經(jīng)通過降低調(diào)節(jié)要求或約束操作而被 避開。
人們已經(jīng)考慮用自然地最小化交互作用的方式將各個(gè)風(fēng)力場(chǎng)調(diào) 諧為較為不動(dòng)態(tài)。此方法通?？赡芙档驼{(diào)節(jié)質(zhì)量，并且最終可能不滿 足電力系統(tǒng)互連標(biāo)準(zhǔn)的要求。也可以為每個(gè)風(fēng)力場(chǎng)安裝儀表，以監(jiān)視 每個(gè)其它風(fēng)力場(chǎng)以及互連點(diǎn)的輸出，并且導(dǎo)出調(diào)節(jié)互連點(diǎn)的量所需的 它自身的貢獻(xiàn)。此解決方案是一種更昂貴的方法，需要額外的測(cè)量?jī)x 表和控制復(fù)雜性，從而該復(fù)雜性使得它難以應(yīng)用。
因此，存在對(duì)于提供用于控制多個(gè)互連的風(fēng)力場(chǎng)的結(jié)構(gòu)和方法的 需要，每個(gè)風(fēng)力場(chǎng)利用局部風(fēng)力場(chǎng)控制器工作，并且在與電力系統(tǒng)的 電力網(wǎng)連接的公共連接點(diǎn)處共同地提供功率相關(guān)參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第 一方面，風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)被適配為控制 在公共連接點(diǎn)處被連接并且被連接到電力網(wǎng)的多個(gè)緊密耦合的局部 風(fēng)力場(chǎng)的輸出，其中每個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)包括多個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。風(fēng)力 渦輪發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)可以包括多個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)中的每一個(gè)局部風(fēng)力 場(chǎng)的局部風(fēng)力場(chǎng)控制器，其中該局部風(fēng)力場(chǎng)控制器控制該局部風(fēng)力場(chǎng) 內(nèi)的多個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的操作，包括在各個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的電壓
功功率的產(chǎn)生的控制。接收裝置從用于電力網(wǎng)的集中系統(tǒng)控制器接受
功率相關(guān)基準(zhǔn)信號(hào)以及用于各個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)的操作的功率相關(guān)參數(shù)。
感測(cè)裝置確定多個(gè)緊密耦合的風(fēng)力場(chǎng)的公共耦合點(diǎn)處的多個(gè)功率相
主無功控制裝置(也被稱為主區(qū)域內(nèi)控制器)采用來自于用于電
7力網(wǎng)的中央系統(tǒng)控制器的功率相關(guān)基準(zhǔn)信號(hào)、來自于局部控制器的所 感測(cè)的多個(gè)功率相關(guān)參數(shù)以及在公共耦合點(diǎn)處感測(cè)的功率相關(guān)參數(shù)， 來產(chǎn)生到多個(gè)緊密耦合的局部風(fēng)力場(chǎng)的每個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)控制器的多 個(gè)功率相關(guān)命令，以命令公共耦合點(diǎn)處的公共功率相關(guān)參數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供了 一種用于操作風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控 制系統(tǒng)的方法，被適配為通過使用多個(gè)緊密耦合的局部風(fēng)力場(chǎng)的主無 功控制裝置來控制輸出，每個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)均具有局部風(fēng)力場(chǎng)控制器和 多個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，其中所述局部風(fēng)力場(chǎng)連接在公共連接點(diǎn)處，并 且連接到具有集中控制器的電力網(wǎng)。該方法包括操作多個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng) 中的每一個(gè)的局部風(fēng)力場(chǎng)控制器，其中該局部風(fēng)力場(chǎng)控制器控制該局 部風(fēng)力場(chǎng)內(nèi)的多個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的操作，包括在各個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電
功率和無功i率的產(chǎn)生的控制。該方法還包括從電力網(wǎng)的集中系統(tǒng)控 制器接收功率相關(guān)基準(zhǔn)信號(hào)，以及接收與每一個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)的操作相 關(guān)的多個(gè)功率相關(guān)參數(shù)。該方法還包括為多個(gè)緊密耦合的風(fēng)力場(chǎng)感測(cè) 公共耦合點(diǎn)處的多個(gè)功率相關(guān)參數(shù)。多個(gè)功率相關(guān)命令由多個(gè)緊密耦 合的局部風(fēng)力場(chǎng)的每個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)控制器的主無功控制裝置產(chǎn)生，以 控制多個(gè)緊密耦合的局部風(fēng)力場(chǎng)的公共耦合點(diǎn)處的功率相關(guān)參數(shù)。


當(dāng)參考相應(yīng)附圖閱讀下面的詳細(xì)說明時(shí)，本發(fā)明的這些及其它特 征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更易被理解，其中貫穿附圖相同的附圖標(biāo)記表
示相同的部分，其中
圖1示出了在與電力網(wǎng)的公共連接點(diǎn)處且彼此互連的多個(gè)風(fēng)力 場(chǎng)，每個(gè)風(fēng)力場(chǎng)均具有局部風(fēng)力場(chǎng)控制器；
圖2示意地示出了主無功控制裝置，其測(cè)量多個(gè)緊密耦合的局部 風(fēng)力場(chǎng)的公共耦合點(diǎn)處的功率相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)，并且使用測(cè)得的參數(shù)來 控制局部風(fēng)力場(chǎng)控制器，以建立公共耦合點(diǎn)處的功率相關(guān)參數(shù)；
圖3示出了可以被主無功控制裝置采用以用于控制局部風(fēng)力場(chǎng) 的操作的輸入和輸出參數(shù)；
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的電壓調(diào)節(jié)器，其中電壓基準(zhǔn) 被提供給調(diào)節(jié)器，而無功功率命令在輸出端處被提供；圖5示出了分配函數(shù)，通過該分配函數(shù)，可以將用于公共耦合點(diǎn) 處的電壓或功率因子控制的由電壓調(diào)節(jié)器所產(chǎn)生的總無功功率命令 指定給各個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)；
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的有功功率調(diào)節(jié)器，其中有功 功率基準(zhǔn)被提供給調(diào)節(jié)器，而在輸出端提供局部風(fēng)力場(chǎng)的有功功率命
令；
圖7示出了分配函數(shù)，通過該分配函數(shù)，可以將用于公共耦合點(diǎn) 處的總有功功率的由有功功率調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的總有功功率命令分配給 各個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)；以及
圖8示出了用于操作具有主無功控制裝置的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控 制系統(tǒng)的方法的流程圖，其中主無功控制裝置用于控制在與電力系統(tǒng) 的電力網(wǎng)連接的公共連接點(diǎn)處多個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)的輸出。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的以下實(shí)施例具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括調(diào)節(jié)連接到電力系統(tǒng)的 電力網(wǎng)(grid)的緊密耦合的風(fēng)力場(chǎng)的輸出，以便通過協(xié)調(diào)的有功功 率、無功功率和電壓響應(yīng)來共同調(diào)節(jié)電耦合的單個(gè)/>共點(diǎn)。主無功控 制裝置(MRCD)可以監(jiān)視功率相關(guān)參數(shù)(諸如電流、電壓、有功功率、 無功功率和功率因子)的公共測(cè)量點(diǎn)，其中所述測(cè)量點(diǎn)處的參數(shù)值是
每個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)的貢獻(xiàn)的總和。如果必要的話，線路電壓降補(bǔ)償可以 被應(yīng)用以補(bǔ)償有功功率損失、無功功率損失和電壓降，在測(cè)量點(diǎn)不是 系統(tǒng)中風(fēng)力場(chǎng)的組合輸出將被調(diào)節(jié)的點(diǎn)的情況下其可能是需要的。主 無功控制裝置可以包含無功功率輸出命令，該無功功率輸出命令可以 用于調(diào)節(jié)公共耦合點(diǎn)處的電壓或功率因子。MRCD還可以包含有效功 率調(diào)節(jié)器，其可以用于調(diào)節(jié)公共耦合點(diǎn)處的有功功率。到每個(gè)局部風(fēng) 力場(chǎng)的有功功率和無功功率命令可以被控制，以使得每個(gè)風(fēng)力場(chǎng)不被 要求貢獻(xiàn)或者干擾它自身的工作能力。提供一種用于實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制的 方法。
圖2示意地示出了主無功控制裝置，其被適配為測(cè)量多個(gè)緊密耦 合的局部風(fēng)力場(chǎng)在公共耦合點(diǎn)處的功率相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)，并且使用測(cè)得 的參數(shù)來控制局部風(fēng)力場(chǎng)控制器，以建立公共耦合點(diǎn)處的功率相關(guān)參 數(shù)。第一局部風(fēng)力場(chǎng)10、第二局部風(fēng)力場(chǎng)15和第三局部風(fēng)力場(chǎng)20可以表示在它們的輸出端處通過傳輸線55連接到公共耦合點(diǎn)的多個(gè) 任意數(shù)目的局部風(fēng)力場(chǎng)，它們分別表現(xiàn)為阻抗Z1、 Z2和Z3。局部風(fēng) 力場(chǎng)IO、 15、 20中的每一個(gè)被示出為具有一個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)35， 其可以代表局部風(fēng)力場(chǎng)內(nèi)的任意多個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。每個(gè)局部風(fēng)力 場(chǎng)10、 15、 20包括局部風(fēng)力場(chǎng)控制器60。局部風(fēng)力場(chǎng)控制器60可 以監(jiān)視來自于各個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)65的輸出端處的功率相關(guān)參數(shù)63，監(jiān) 視各個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)62，以及將控制信號(hào)61提供到各 個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)IO、 15、 20內(nèi)的各自的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)35。
典型地，電力網(wǎng)30可以在到互連的風(fēng)力場(chǎng)的^>共耦合點(diǎn)處表現(xiàn) 為阻抗Z^D，其中Z^D與局部風(fēng)力場(chǎng)表現(xiàn)的阻抗Zl、 Z2和Z3相比較 大。因此，由于局部風(fēng)力場(chǎng)的緊密耦合，試圖響應(yīng)于來自集中系統(tǒng)控 制器的信號(hào)以在公共耦合點(diǎn)25處提供輸出的任意單個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)控 制器將與其它局部風(fēng)力場(chǎng)控制器和它們的控制信號(hào)進(jìn)行竟?fàn)帲詫?shí)現(xiàn) 公共耦合點(diǎn)處的輸出。
公共耦合點(diǎn)25處的多個(gè)感測(cè)裝置70、 71可以感測(cè)公共耦合點(diǎn) 25處(在這種情況下，也是測(cè)量點(diǎn)26處)的多個(gè)功率相關(guān)參數(shù)85、 90、 91。功率相關(guān)參數(shù)可以包括有功功率、無功功率、電壓、線路電 流和功率因子。功率相關(guān)參數(shù)可以通過現(xiàn)有技術(shù)中已知的各種手段發(fā) 送(95、 96)到主無功控制裝置75。主無功控制裝置75可以使用上 述功率相關(guān)參數(shù)值以及其它局部風(fēng)力場(chǎng)功率相關(guān)參數(shù)信號(hào)76來用于 基于來自于集中(centralized)系統(tǒng)控制器5的基準(zhǔn)命令信號(hào)6控制 局部風(fēng)力場(chǎng)10、 15、 20的輸出。
主無功控制裝置75可以使用功率相關(guān)參數(shù)來協(xié)調(diào)各個(gè)局部風(fēng)力 場(chǎng)的瓦特和無功伏安(var )的產(chǎn)出，以調(diào)節(jié)公共連接點(diǎn)處的系統(tǒng)量。 多個(gè)風(fēng)力場(chǎng)可以被控制以使得除了最小化和消除這些緊密耦合的風(fēng) 力場(chǎng)之間的無功伏安和電壓振蕩之外，每個(gè)單獨(dú)的風(fēng)力場(chǎng)10、 15、 20保持它自身的電壓、功率和無功伏安(VAR)極限。此外，如果用 于互連的局部風(fēng)力場(chǎng)的電力系統(tǒng)的集中系統(tǒng)控制器5的調(diào)節(jié)點(diǎn)27在 不是局部風(fēng)力場(chǎng)的測(cè)量點(diǎn)26的位置處，則局部風(fēng)力場(chǎng)IO、 15、 20的 主無功控制裝置75可以利用測(cè)得的功率相關(guān)參數(shù)及其它線路參數(shù)， 為調(diào)節(jié)點(diǎn)27和測(cè)量點(diǎn)26之間的電壓降和功率損失提供補(bǔ)償。
通常上述測(cè)量的功率相關(guān)參數(shù)可以在公共耦合點(diǎn)25處被測(cè)量，
10當(dāng)該公共耦合點(diǎn)25被用于測(cè)量各個(gè)風(fēng)力場(chǎng)的公共輸出時(shí)也可以被稱 為測(cè)量點(diǎn)26?？商鎿Q地或作為失敗的測(cè)量的備份，對(duì)于每個(gè)單獨(dú)的 局部風(fēng)力，來自于局部風(fēng)力場(chǎng)控制器60的功率相關(guān)參數(shù)信號(hào)76,公 共耦合點(diǎn)處的有功功率、無功功率和電流可以被計(jì)算為各個(gè)有功功率 測(cè)量結(jié)果、無功功率測(cè)量結(jié)果和電流測(cè)量結(jié)果的總和。公共耦合點(diǎn) 25處的線路電壓可以近似為等于在輸出點(diǎn)65處來自于任意單獨(dú)的局 部風(fēng)力場(chǎng)的測(cè)量電壓。所計(jì)算的功率相關(guān)參數(shù)在下面的等式1-4中被 描述
2p一等式1; t歸 等式2; ，/一 等式 3; 和
其中P眼s、 Q陽s和I隱s可以是公共耦合點(diǎn)處的測(cè)量值，Pwfi、 Qwfi 和Iwfi是各個(gè)風(fēng)力場(chǎng)處的所測(cè)得的參數(shù)值；Vmw代表公共耦合點(diǎn)處的 所測(cè)得的線路電壓值，Vwfi是在各個(gè)風(fēng)力場(chǎng)的輸出處所測(cè)得的線路電 壓值；以及i代表各個(gè)風(fēng)力場(chǎng)的索引。
圖3示出了可以被主無功控制裝置采用以用于控制局部風(fēng)力場(chǎng) 的操作的輸入和輸出參數(shù)。MRCD 75可以從集中系統(tǒng)控制器5接收多 個(gè)控制輸入。所述輸入可以包括但是不限于用于公共耦合點(diǎn)處的控制
的電壓基準(zhǔn)值(Vref) 105、功率因子基準(zhǔn)值(PFref) 106和功率基準(zhǔn)值
(Pref) 107。
總有功功率110、總無功功率115、線路電壓120、線路電流125 和功率因子130可以在公共耦合點(diǎn)處被測(cè)量?？梢詮母鱾€(gè)風(fēng)力場(chǎng)提供 另外的測(cè)量參數(shù)，包括有功功率(PwfV..PwfJ 135、無功功率(QwfV.. Qwfn) 140、輸出電壓(Vwf一.VwfJ 145、輸出電流(Iwf!…IwfJ 150。 其他所算得的參數(shù)，諸如最大無功功率(MAXQw"…MAXQwO 155和可 能的最大有功功率P0SPwfV..P0SPwfn 160，可以從各個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)控制器被提供給主無功控制裝置。這里，單個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)的最大無功功
率155可以表示各個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的最大無功功率能力與在局部 風(fēng)力場(chǎng)內(nèi)工作的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的數(shù)目的合計(jì)。單個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)的最 大可能的有功功率160可以表示在各個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)內(nèi)工作的風(fēng)力渦 輪發(fā)電機(jī)的數(shù)目和現(xiàn)有環(huán)境條件下的各個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的可能的 有功功率能力的合計(jì)。
主無功控制裝置75的輸出可以包括到各個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)控制器的
有功功率命令(PiCMD…PnCMD)1 7 0和無功功率命令(Q 1CMI)…QnCMD)175。所
述命令根據(jù)算法被建立，所述算法的技術(shù)效果是提供公共耦合點(diǎn)處的 電壓調(diào)節(jié)、功率因子調(diào)節(jié)和功率調(diào)節(jié)中的至少一個(gè)。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的主無功控制裝置75的一個(gè)實(shí)施例，其 中電壓基準(zhǔn)V^105被提供給電壓調(diào)節(jié)器100A,而風(fēng)力場(chǎng)無功功率命 令298在輸出端處被提供。在一個(gè)方面，風(fēng)力渦輪機(jī)控制系統(tǒng)被適配 為在多個(gè)緊密耦合的局部風(fēng)力場(chǎng)10、 15、 20 (圖3 )的輸出端處調(diào) 節(jié)公共耦合點(diǎn)25處的電壓。到電壓調(diào)節(jié)器100A的輸入電壓基準(zhǔn)205 可以包括來自于功率因子調(diào)節(jié)器100B (稍后描述)的電壓基準(zhǔn)輸入 105或功率因子電壓命令215,其中可以分別通過開關(guān)220和221或 者其它合適的裝置將這兩個(gè)輸入二者擇一地切換到電路。輸入電壓基 準(zhǔn)205可以在加法器225處與電壓降信號(hào)230以及與線路電壓降補(bǔ)償
信號(hào)Vline— 235進(jìn)行比較。
組合的信號(hào)由限制器(limiter) 240測(cè)試以將局部連接點(diǎn)處的 電壓保持在極限范圍內(nèi)。組合的信號(hào)然后在加法器245中與Vmeas 120
比較以產(chǎn)生電壓誤差信號(hào)Verr 250，該電壓誤差信號(hào)Verr 2 5 0被應(yīng)用
于比例積分微分(PID)控制器255以產(chǎn)生總無功功率命令Qt肌md 265。 q麗m。 265被q限制器260限制，其中qlimits= 各個(gè)風(fēng)力場(chǎng)的ql腿...
265表示對(duì)于多個(gè)風(fēng)力場(chǎng)的正被命令的總無功功率。向 局部風(fēng)力場(chǎng)發(fā)送無功功率命令消除了局部風(fēng)力場(chǎng)電壓調(diào)節(jié)器之間的 沖突?？偀o功功率命令qtqtcmd 265然后可以根據(jù)下面將要進(jìn)一步描述 的分配函數(shù)被作為Qn(;MD分配到各個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)。
可以補(bǔ)償測(cè)量點(diǎn)26 (圖2)和調(diào)節(jié)點(diǎn)27 (圖2)之間的線路電壓 降98 (圖2)，這是因?yàn)橹鳠o功控制裝置"看見"從所有的局部風(fēng)力 場(chǎng)流出的組合電流。線路電壓降可以根據(jù)等式5確定
<formula>formula see original document page 12</formula>，等式5;其中I是相量電壓，X是補(bǔ)償?shù)木€路的復(fù)阻抗，B是線路充電時(shí)間。
VDr。。p可以根據(jù)等式6計(jì)算
,。。p = (y。加oop k w ， 等式6;
其中y。Droop是指定的下降值，Qmbas是測(cè)得的無功功率，V是標(biāo)稱電壓 或基準(zhǔn)電壓。
圖5示出了分配函數(shù)，通過該分配函數(shù)，可以將由電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn) 生的用于公共耦合點(diǎn)處的總無功功率的QT。徹n分配給各個(gè)局部風(fēng)力 場(chǎng)。根據(jù)Qm園265，可以通過分配算法295為每一個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)控 制器指定風(fēng)力場(chǎng)無功功率命令Q1GM".QnGMD "8。分配算法295的一個(gè) 實(shí)施例可以利用從各個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)或各個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)控制器提供給 主無功控制裝置75的局部最大在線無功功率額定值(rating)。局 部風(fēng)力場(chǎng)或局部風(fēng)力場(chǎng)控制器可以基于局部風(fēng)力場(chǎng)中工作的風(fēng)力渦 輪發(fā)電機(jī)的數(shù)目和各個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的無功功率額定值，產(chǎn)生它的 局部最大在線無功功率額定值Q 10NUNE 額定值…Q iONLINE 額定值155 (圖 3)。提供給風(fēng)力場(chǎng)i的無功功率命令可以以等式7來描述
g/C雄-6rorCA/￡)*g/OW，￡ft^77M ， 等式7 =i
如果發(fā)生來自風(fēng)力場(chǎng)的通信的丟失，則可以采用其它算法來分配
總無功功率命令。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，可以應(yīng)用以無功功率為單
位的配置常數(shù)來分配如等式8中的這樣的命令 g譜等式8;
其中Ki是無功伏安(VARS)形式的配置常數(shù)。
再次參考圖4，當(dāng)處于在開關(guān)221閉合的情況下控制公共耦合點(diǎn) 處的功率因子的模式中時(shí)，調(diào)節(jié)器可以接收功率因子電壓命令215。 但是，到調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)是以由中央系統(tǒng)控制器5 (圖2)所提供 的指定功率因子基準(zhǔn)(cos(p) 106的形式被提供的。指定的功率因子 基準(zhǔn)106可以被變換成功率因子電壓命令215，以便使用為電壓調(diào)節(jié) 和功率因子調(diào)節(jié)二者所共用的調(diào)節(jié)器控制。在變換的一個(gè)實(shí)施例中， 功率因子基準(zhǔn)PFRBF 106被轉(zhuǎn)換為無功功率基準(zhǔn)QREF 275,其中arc (cos(p)函數(shù)271輸出q>272,而tancp函數(shù)表示無功功率與有功功率 的比。當(dāng)被乘以有功功率P眼s時(shí)，QREP 275被建立。QRBF 275可以在 加法器287處與QMEAS 285相比較，以確定無功功率誤差信號(hào)QBRR 288。
13QBRR 288可以被輸入到比例積分微分(PID)控制器290，以產(chǎn)生功率 因子電壓命令Vc。MMAND 215。此外，可以通過限制器295對(duì)V，MAND 215 設(shè)立上下邊界，以將信號(hào)保持在局部連接點(diǎn)的邊界范圍內(nèi)。
對(duì)于公共系統(tǒng)點(diǎn)處而不是測(cè)量點(diǎn)處的功率因子控制，可以通過所 計(jì)算出的有功功率損耗PU)SS 278向PMBAS 110提供線路電壓降補(bǔ)償， 以及可以通過所計(jì)算出的無功功率損耗QL。SS 286向QMBAS 285提供線 路電壓降補(bǔ)償。根據(jù)等式9和10來計(jì)算補(bǔ)償性的功率損耗
<formula>formula see original document page 14</formula>等式9，和
<formula>formula see original document page 14</formula>等式10;
其中I肌AS和V肌AS在公共耦合點(diǎn)處被測(cè)量，R是公共耦合點(diǎn)和調(diào)節(jié)
點(diǎn)之間的線路電阻，B是線路充電時(shí)間。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方面的有功功率調(diào)節(jié)器300的實(shí)施 例，其中有功功率基準(zhǔn)107被從集中系統(tǒng)控制器5 (圖2)提供給調(diào) 節(jié)器，而有功功率命令390在輸出端處被提供。在本發(fā)明的一方面， 提供風(fēng)力渦輪機(jī)控制系統(tǒng)，其被適配為在多個(gè)緊密耦合的局部風(fēng)力場(chǎng) 的輸出端處調(diào)節(jié)公共耦合點(diǎn)處的有功功率。如果測(cè)量點(diǎn)不同于調(diào)節(jié) 點(diǎn)，則可以在有功功率基準(zhǔn)加法器305處利用線路電壓降補(bǔ)償信號(hào) PL0SS 310來調(diào)節(jié)有功功率基準(zhǔn)107。被校正損失的信號(hào)315可以由緩 變率(ramp rate)限制器320測(cè)試，以將功率變化率保持在上下界 限內(nèi)。被校正損失的信號(hào)315也可以由功率基準(zhǔn)限制器325測(cè)試，以 將功率信號(hào)保持在上下界限內(nèi)。然后在加法器335處將組合的基準(zhǔn) 330信號(hào)與來自測(cè)量點(diǎn)的Pneas 110進(jìn)行比較，以產(chǎn)生有功功率誤差信 號(hào)Perr 340，該有功功率誤差信號(hào)Perr 340被施加于比例積分微分
(PID)控制器350,以產(chǎn)生總的有功功率命令P TOTCMD 37 0o PtOTCMD 370
表示由多個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)提供的正被命令的總的無功功率。Pm師370 由功率命令限制器360限制。然后可以根據(jù)下面將要進(jìn)行進(jìn)一步的描 述的分配函數(shù)將總的有功功率命令PT。TCMD 370作為PnCMD 380分配到各 個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)。
圖7示出了分配函數(shù)，通過該分配函數(shù)，由有功功率調(diào)節(jié)器300 所形成的用于公共耦合點(diǎn)處的總功率的Pt。tcmd 360可以被指定給各個(gè) 局部風(fēng)力場(chǎng)。根據(jù)Pm論370，可以給每一個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)控制器指定 由分配算法390分配的風(fēng)力場(chǎng)有功功率命令Plcl^..PnCMD 380。分配算法的一個(gè)實(shí)施例可以利用從各個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)或各個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)控制 器提供給主無功控制裝置的局部最大可能的有功功率額定值。局部風(fēng) 力場(chǎng)或局部風(fēng)力場(chǎng)控制器可以基于局部風(fēng)力場(chǎng)中工作的風(fēng)力渦輪發(fā) 電機(jī)的數(shù)目以及各個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的可能的有功功率能力，產(chǎn)生它
的局部最大可能的功率額定值P1P。SS額定值…PnPQSS額定值160。提供給 風(fēng)力場(chǎng)n的有功功率命令可以以等式11被描述
，，等式11,
如果發(fā)生來自風(fēng)力場(chǎng)的通信的丟失，則可以采用其它算法來分配 總無功功率命令。在一個(gè)這樣的實(shí)施例中，以無功功率為單位的配置
常數(shù)可以被應(yīng)用于分配如等式12這樣的命令
=——^-等式12;
,'=1
其中Ki是瓦特形式的配置常數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于協(xié)調(diào)在與電力網(wǎng)的公共 連接點(diǎn)處相連接的緊密耦合的局部風(fēng)力場(chǎng)的控制的方法。該方法可以 包括從電力網(wǎng)的集中系統(tǒng)控制器接收功率相關(guān)基準(zhǔn)信號(hào)，以及還從多 個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)中的每一個(gè)接收功率相關(guān)操作信號(hào)。該方法還可以包括 感測(cè)與電力網(wǎng)連接的公共連接點(diǎn)處的多個(gè)功率相關(guān)參數(shù)。根據(jù)從集中 系統(tǒng)控制器提供的基準(zhǔn)信號(hào)和由多個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)提供的功率相關(guān)操 作信號(hào)，針對(duì)多個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)中的每一個(gè)產(chǎn)生多個(gè)功率相關(guān)命令。多 個(gè)功率相關(guān)命令被傳輸?shù)蕉鄠€(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)中的每一個(gè)，用于根據(jù)功率 相關(guān)基準(zhǔn)信號(hào)控制各個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)的輸出，以在公共耦合點(diǎn)處或者可 替換地在不同的調(diào)節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生組合的輸出。
從電力網(wǎng)的集中系統(tǒng)控制器接收到的功率相關(guān)基準(zhǔn)信號(hào)可以包 括基準(zhǔn)電壓命令、功率因子基準(zhǔn)命令和有功功率基準(zhǔn)命令。
公共連接點(diǎn)處所感測(cè)的功率相關(guān)信號(hào)可以包括有功功率Pmeas、無 功功率Q隨s、線路電壓V隨s、線路電流I眼s和功率因子PFMEAS。
輸出、無功功率輸:、電壓輸出?？梢詮母鱾€(gè)i;;提供當(dāng)前輸出測(cè)
量參數(shù)，包括有功功率(Pwf…Pwfn) 135、無功功率(Qwf…QwfJ 140、輸出電壓(Vwf"..Vwfn) 145、輸出電流(IwfV..Iwfn) 150。進(jìn)
15一步算得的參數(shù)，諸如最大無功功率(MAXQw卜…MAXQwfn) 155和可 能的最大有功功率P0SPw^…P0SPwfn 160可以從各個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)控制 器被提供給主無功控制裝置75。
當(dāng)功率相關(guān)參數(shù)正在調(diào)節(jié)點(diǎn)而不是測(cè)量點(diǎn)處被控制時(shí)，可以使用 線路電壓降補(bǔ)償。如前面在等式5中所述，可以應(yīng)用線路電壓降補(bǔ)償 來校正來自于集中控制器的電壓基準(zhǔn)命令，以用于電壓調(diào)節(jié)控制和功 率因子控制。如前面等式9和10中所述，可以應(yīng)用線路電壓降補(bǔ)償 作為有功功率調(diào)節(jié)中的功率損失校正，用于建立用于功率因子調(diào)節(jié)的
該方法還可以包括根據(jù)主無功控制裝置75的輸出來控制非風(fēng)力 場(chǎng)的局部控制器，該非風(fēng)力場(chǎng)的局部控制器用于控制非風(fēng)力場(chǎng)發(fā)電源 的局部控制器，其在公共耦合點(diǎn)25處與多個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)電耦合。
才艮據(jù)本發(fā)明的另一方面，該方法可以包括產(chǎn)生用于多個(gè)局部風(fēng)力 場(chǎng)的總無功功率命令和用于多個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)的總有功功率命令。
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，該方法可以包括調(diào)節(jié)公共耦合點(diǎn)處的調(diào) 節(jié)電壓和功率因子。如前所述，該方法還可以包括產(chǎn)生總無功功率命 令和總有功功率命令。如前所述，該方法還可以包括，根據(jù)分配算法 確定總無功功率命令到每個(gè)單獨(dú)的局部風(fēng)力場(chǎng)的分配，分配算法的技 術(shù)效果是根據(jù)各個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)的能力將無功負(fù)栽分配給風(fēng)力場(chǎng)以產(chǎn) 生無功功率，該方法還可以包括根據(jù)分配算法確定總有功功率命令到 每個(gè)單獨(dú)的局部風(fēng)力場(chǎng)的分配，該分配算法的技術(shù)效果是根據(jù)各個(gè)局 部風(fēng)力場(chǎng)的能力將有功負(fù)載分配給每個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)以產(chǎn)生有功功率。
圖8示出了用于操作具有主無功控制裝置的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控 制系統(tǒng)的方法的流程圖，其中主無功控制裝置用于控制在與電力系統(tǒng) 的電力網(wǎng)的公共連接點(diǎn)處多個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)的輸出。在步驟805中，多 個(gè)互連的局部風(fēng)力場(chǎng)在它們各自的局部風(fēng)力場(chǎng)控制器的控制下被操 作，以在它們的各個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的極限內(nèi)產(chǎn)生有功功率和無功功 率輸出。該操作可以包括互連的非風(fēng)力場(chǎng)發(fā)電源。在步驟810中，控 制系統(tǒng)(主無功控制裝置)可以從局部風(fēng)力場(chǎng)或局部風(fēng)力場(chǎng)控制器接 收多個(gè)功率相關(guān)參數(shù)。在步驟815中，可以在各個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)的輸出 的公共耦合處的測(cè)量點(diǎn)處感測(cè)多個(gè)功率相關(guān)參數(shù)。如果該測(cè)量點(diǎn)處于 遠(yuǎn)離功率相關(guān)參數(shù)要被控制的點(diǎn)的位置處，則可以應(yīng)用對(duì)電壓降、有功功率損失和無功功率損失的線路電壓降補(bǔ)償。在步驟820中，該方 法可以包括從局部風(fēng)力場(chǎng)被互連到的電力網(wǎng)的集中系統(tǒng)控制器接收 功率相關(guān)參數(shù)的多個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)。所述功率相關(guān)基準(zhǔn)信號(hào)可以包括電壓 基準(zhǔn)信號(hào)、功率因子基準(zhǔn)信號(hào)和有功功率基準(zhǔn)信號(hào)。在步驟825中， 確定公共耦合點(diǎn)處的測(cè)量點(diǎn)是否與功率相關(guān)參數(shù)要被調(diào)節(jié)的點(diǎn)相同。 如果調(diào)節(jié)點(diǎn)不同于測(cè)量點(diǎn)，則必須在用于將PF基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為電壓命令 的步驟835中應(yīng)用對(duì)線路電壓降的校正830。否則，在步驟835中， 在沒有線路電壓降校正的情況下執(zhí)行PF基準(zhǔn)到電壓命令的轉(zhuǎn)換。
在步驟840中，可以選擇是否要將電壓基準(zhǔn)信號(hào)或PF電壓命令 用于調(diào)節(jié)。在步驟845中，確定調(diào)節(jié)點(diǎn)是否不同于測(cè)量點(diǎn)。然后，在 步驟850中，線路電壓降校正電壓應(yīng)當(dāng)被應(yīng)用于電壓基準(zhǔn)?？梢栽诓?驟855中對(duì)電壓降進(jìn)行其他校正。在步驟860中，可以對(duì)校正后的電 壓基準(zhǔn)設(shè)置極限，以保持局部連接點(diǎn)的極限。在步驟865中，可以在 校正后的基準(zhǔn)信號(hào)和測(cè)得的輸出電壓之間進(jìn)行比較以產(chǎn)生誤差電壓 Verr。在步驟870中，在PID控制器中將電壓誤差信號(hào)轉(zhuǎn)換成總無功 功率輸出命令Q TOTCMDo 可以在步驟875中限制Q TOTCMD 以識(shí)別各個(gè)局部風(fēng) 力場(chǎng)的組合的無功功率輸出。在步驟880中，可以根據(jù)分配算法將限 制的QmcMD在各個(gè)風(fēng)力場(chǎng)之間分配，該分配算法的技術(shù)效果是將到各 個(gè)風(fēng)力場(chǎng)的無功功率命令限制為不超過根據(jù)如前所述的等式7和8的能力。
與有功功率的控制類似，在步驟900中，確定調(diào)節(jié)點(diǎn)是否不同于 測(cè)量點(diǎn)，在這種情況下，在步驟905中，如前所述，根據(jù)等式9，對(duì) 于線路電壓降應(yīng)用功率損耗校正?？梢栽诓襟E910中應(yīng)用對(duì)緩變率和 功率基準(zhǔn)的限制。在步驟915中比較限制的功率基準(zhǔn)信號(hào)和測(cè)得的功 率P^s以產(chǎn)生Perr信號(hào)。在步驟920中PID控制器轉(zhuǎn)換Perr信號(hào)以
產(chǎn)生總有功功率命令Pm哪。可以在步驟"5中限制PT肌MD以識(shí)別各個(gè)
局部風(fēng)力場(chǎng)的組合的有功功率輸出能力。在步驟930中，可以根據(jù)分
配算法將限制的PT。TCMD在各個(gè)風(fēng)力場(chǎng)之間分配，該分配算法的才支術(shù)效 果是將到各個(gè)風(fēng)力場(chǎng)的有功功率命令限制為不超過根據(jù)如前所述的
等式11和12的能力。
盡管這里描述了各種實(shí)施例，但是從該說明書中應(yīng)當(dāng)理解，可以 對(duì)其進(jìn)行元件的組合、變化或改進(jìn)，并且這些組合、變化或改進(jìn)都在
17附圖標(biāo)記列表
5集中電力系統(tǒng)控制器
6功率相關(guān)基準(zhǔn)命令
10局部風(fēng)力場(chǎng)
15局部風(fēng)力場(chǎng)
20局部風(fēng)力場(chǎng)
25公共連接點(diǎn)
26公共測(cè)量點(diǎn)
27與電力網(wǎng)的物理連接點(diǎn)
30電力系統(tǒng)網(wǎng)
35風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)
40發(fā)電機(jī)輸出變壓器
45公共總線
50風(fēng)力場(chǎng)變壓器
55互連線
60局部風(fēng)力場(chǎng)控制器
61風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)命令
62風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)輸出信號(hào)
63局部風(fēng)力場(chǎng)輸出公共輸出信號(hào)
65局部風(fēng)力場(chǎng)公共輸出測(cè)量點(diǎn)
70電壓感測(cè)裝置
71功率感測(cè)裝置
75主無功控制裝置(MRCD)
76從局部風(fēng)力場(chǎng)到MRCD的功率相關(guān)信號(hào)
80到局部風(fēng)力場(chǎng)的MRDC控制信號(hào)
85線路電壓
90相加的有功功率
91相加的無功功率
95測(cè)量的有功功率信號(hào)
96測(cè)量的無功功率
97測(cè)量的線路電流98公共測(cè)量點(diǎn)和到電力網(wǎng)的物理連接點(diǎn)之間的線路
100A電壓調(diào)節(jié)器
100B功率因子調(diào)節(jié)器
105電壓基準(zhǔn)
106 PF命令
107有功功率基準(zhǔn)
110在PCC-P,s處的總有功功率
115在PCC-Q^s處的總無功功率
120在PCC-V,s處的線路電壓
125在PCC-I自s處的線路電流
130在PCC-PF,s處的PF
135局部風(fēng)力場(chǎng)有功功率輸出
140局部風(fēng)力場(chǎng)無功功率輸出
145局部風(fēng)力場(chǎng)輸出電壓
150局部風(fēng)力場(chǎng)輸出電流
155最大無功功率
160最大可能有功功率
170有功功率命令
175無功功率命令
200電壓調(diào)節(jié)器
205輸入電壓基準(zhǔn)
210電壓基準(zhǔn)輸入
215來自PF調(diào)節(jié)器的電壓命令
220電壓調(diào)節(jié)開關(guān)
221 pf調(diào)節(jié)開關(guān)
225電壓基準(zhǔn)加法器
230 Vdroop信號(hào)
235 Vlinedroop信號(hào)
240電壓基準(zhǔn)限制器
245加法器
250電壓誤差信號(hào)
255 PID控制器
19260無功功率控制器 265總無功功率命令
271 arc (cos (phi))函數(shù)
272 phi
273 tan (phi)函數(shù) 275無功功率基準(zhǔn) 280乘法器
285 Qmeas
286 Qloss 287加法器
288無功功率誤差信號(hào) 290 PID控制器 292電壓命令限制器 295無功功率分配算法 298風(fēng)力場(chǎng)無功功率命令 300有功功率調(diào)節(jié)器 305功率基準(zhǔn)加法器 310 Ploss
315校正損失的功率基準(zhǔn)
320緩變率限制器
325組合基準(zhǔn)信號(hào)限制器
330組合功率基準(zhǔn)
335加法器
340功率誤差信號(hào)
350 PID
360功率命令限制器 370總有功功率命令 380風(fēng)力場(chǎng)有功功率命令 390有功功率分配算法
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，其被適配為控制在公共耦合點(diǎn)(25)處相連接并且連接到電力網(wǎng)(30)的多個(gè)緊密耦合的局部風(fēng)力場(chǎng)(10、15、20)的輸出，其中每個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)(10、15、20)包括多個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)(30)，該風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)包括用于多個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)(10、15、20)的每一個(gè)的局部風(fēng)力場(chǎng)控制器(60)，其中該局部風(fēng)力場(chǎng)控制器(60)控制局部風(fēng)力場(chǎng)內(nèi)的多個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)(35)的操作，包括在各個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)的電壓和熱極限內(nèi)對(duì)多個(gè)風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)中的各個(gè)發(fā)電機(jī)的有功功率和無功功率的產(chǎn)生的控制；感測(cè)裝置(70、71)，用于確定多個(gè)緊密耦合的風(fēng)力場(chǎng)(10、15、20)的在公共耦合點(diǎn)(25)處的多個(gè)功率相關(guān)參數(shù)(95、96)；接收裝置(75)，用于從各個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)(10、15、20)的輸出接收多個(gè)功率相關(guān)參數(shù)(76)；接收裝置(75)，用于從電力網(wǎng)的中央系統(tǒng)控制器接收多個(gè)功率相關(guān)基準(zhǔn)命令；和主無功區(qū)域內(nèi)控制器(75)，其采用所感測(cè)的多個(gè)功率相關(guān)參數(shù)(75、90、91)中的至少一個(gè)，被適配為產(chǎn)生到多個(gè)緊密耦合的局部風(fēng)力場(chǎng)(10、15、20)的每個(gè)單獨(dú)的局部風(fēng)力場(chǎng)控制器(60)的多個(gè)功率相關(guān)命令(170、175)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述 功率相關(guān)命令包括用于所述多個(gè)緊密耦合的風(fēng)力場(chǎng)(10、 15、 20)的總無功功率命 令(298 );和用于所述多個(gè)緊密耦合的風(fēng)力場(chǎng)(10、 15、 20)的總有功功率命 令(370 )。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，還包括 線路電壓降補(bǔ)償(98)，其使用公共耦合點(diǎn)(25)上的測(cè)量點(diǎn)(85) 處的電壓(70)、電流(71)、有功功率(90)、無功功率(91)和 功率因子測(cè)量結(jié)果(71)中的至少一個(gè)，并且被傳輸?shù)街鳠o功區(qū)域內(nèi) 控制器(75),以確定功率相關(guān)命令(298、 370 )。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述 功率相關(guān)命令還包括到多個(gè)風(fēng)力場(chǎng)(10、 15、 20)中的每個(gè)單獨(dú)的風(fēng)力場(chǎng)的無功功率 命令(175)和到多個(gè)風(fēng)力場(chǎng)(10、 15、 20)中的每個(gè)單獨(dú)的風(fēng)力場(chǎng)的5T^r#^， ^HNt至少一^f^^^法(加、則)由主無功區(qū) 域內(nèi)控制器(75 )分配總無功功率命令(265 )和總有功功率命令(370
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述 主無功區(qū)域內(nèi)控制器(75)根據(jù)算法(295 )將總無功功率命令(265 )分配到各個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)(10、 15、 20)中的每一個(gè)，該算法的技術(shù) 效果是基于由主無功區(qū)域內(nèi)控制器(75)從局部風(fēng)力場(chǎng)控制器接收到 的各個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)的在線無功額定值(155)與多個(gè)風(fēng)力場(chǎng)(10、 15 、20)的總在線無功額定值之比來分配總無功功率命令(265 )。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，其中如果 局部風(fēng)力場(chǎng)控制器(10、 15、 20)中的至少一個(gè)未能將它的在線無功 額定值傳遞給主無功區(qū)域內(nèi)控制器(75),則主無功區(qū)域內(nèi)控制器( 75 )根據(jù)算法(295 )將無功功率命令分配到該至少一個(gè)受影響的局部 風(fēng)力場(chǎng)控制器，該算法的技術(shù)效果是基于所指定的配置常數(shù)來分配總 無功功率命令(265 )。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述 主無功區(qū)域內(nèi)控制器(75)根據(jù)算法(380 )將總有功功率命令(370 )分配到各個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)(10、 15、 20)中的每一個(gè)，該算法的技術(shù) 效果是基于由主無功區(qū)域內(nèi)控制器(75)從局部風(fēng)力場(chǎng)控制器(60) 接收到的各個(gè)局部風(fēng)力場(chǎng)的在線可能的有功功率額定值與多個(gè)風(fēng)力場(chǎng)(10、 15、 20)的總在線可能的有功功率額定值之比來分配總有功功 率命令(390 )。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，其中如果 局部風(fēng)力場(chǎng)控制器(10、 15、 20)中的至少一個(gè)未能將它的在線可能 的有功功率額定值傳遞到主無功區(qū)域內(nèi)控制器(75)，則主無功區(qū)域 內(nèi)控制器(75)根據(jù)算法(380 )將總有功功率命令(370 )分配到該 受影響的局部風(fēng)力場(chǎng)控制器(10、 15、 20)，該算法的技術(shù)效果是基 于所指定的配置常數(shù)來分配總有功功率命令(390 )。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述 主無功區(qū)域內(nèi)控制器(75)還包括閉環(huán)控制器(300 )，其被適配為 根據(jù)包括電壓基準(zhǔn)命令(105)和功率因子電壓基準(zhǔn)命令(106)中的 至少一個(gè)的組合的電壓基準(zhǔn)命令(205 )，調(diào)節(jié)公共耦合點(diǎn)(25)處的 ^Wt^^t (2m 。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述 電壓基準(zhǔn)命令(105)和功率因子電壓基準(zhǔn)命令(106)中的至少一個(gè) 是由電力網(wǎng)(30)的系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(5)提供的。
全文摘要
一種用于緊密耦合的風(fēng)力場(chǎng)的區(qū)域內(nèi)主無功控制器。提供一種風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，用于控制在與電力系統(tǒng)網(wǎng)(30)的公共耦合點(diǎn)(25)處相連接的多個(gè)緊密耦合的風(fēng)力場(chǎng)(10、15、20)的輸出。主無功控制裝置(75)采用算法(295、380)，該算法的技術(shù)效果是協(xié)調(diào)多個(gè)風(fēng)力場(chǎng)的有功功率、無功功率和電壓輸出。主無功控制裝置(75)包含可以用于調(diào)節(jié)公共耦合點(diǎn)(25)處的無功功率、功率因子或電壓的無功功率調(diào)節(jié)器(100A)和可以用于調(diào)節(jié)公共耦合點(diǎn)(25)處的有功功率的有效功率調(diào)節(jié)器(300)，以使得每個(gè)風(fēng)力場(chǎng)(10、15、20)不需要貢獻(xiàn)或妨礙它自身的工作能力。
文檔編號(hào)H02J3/04GK101640419SQ20091016468
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月29日
發(fā)明者K·克拉克, M·E·卡迪納爾, N·W·米勒 申請(qǐng)人:通用電氣公司