专利名称：用于控制无功功率源的方法和控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制风力发电厂设施中的无功功率源的方法和控制装置。具体而言，本发明涉及一种用于在不同有功功率水平控制无功功率源的方法和控制装置。
背景技术：
随着风力发电的滲透，由新兴电网连接规范定义了将风カ发电厂(WPP)连接到电网的要求。在世界的不同地方，电网连接要求各有不同，但它们有着共同的目的，例如允许开发、维护和运营协调、可靠且经济的传输或配电系统。新的要求一般需要WPP提供辅助服务以支持它们连接于其中的网络。WPP与其他发电源不同，因此它们在某些方面其控制是特别的。 与同步发电机(SG)的主要区别如下-能源有波动且不可预测，-WPP是高度模块化的，由大量发电机组构成，从而在发送操作设置点时引入通信延迟，这些可能在百分之几毫秒的范围中，-SG通过其单元变压器直接向输电系统提供无功功率馈送，単元变压器提供更有效率的电压调节，因为无功功率不是通过长距离并通过几个变压器传输的，以及-由于其电子功率变换器的尺寸原因，风カ涡轮发电机(WTG)在其无功功率和电流能力方面有更大局限。因此，在强风期间，取代传统的发电厂，包括其控制特性可能是ー个问题。电网运营商利用WPP性能的电网规范中的编辑具体部分解决这个挑战。通常，可以由风力涡轮机和电厂控制器解决电カ公司的需求。可以在风力涡轮机层次和/或电厂层次上进行风カ发电厂控制。WPP控制器能够从简单地向风カ涡轮机控制系统传递參考到执行大部分闭环控制自身。由来自风カ涡轮机的无功功率致动电压控制，能够确认，电压控制设计将覆盖位于涡轮机层次的内部无功功率/电压控制回路，与位于公共耦合(PCC)点的外部电压控制回路组合，其中其意在控制电压。不过，在高有功功率水平下，可能发生如下情况风カ涡轮机，尤其是双馈型电感应发电机，不能为电压控制提供充分多的无功功率。在这种状况下，可以激活额外的无功功率源，以便确保风カ发电厂满足电网规范要求。可以将提供用于控制无功功率源，尤其是在高有功功率水平下，的方法和控制装置看作本发明实施例的目的。
发明内容
在第一方面中，通过提供一种用于控制风力发电厂中无功功率源的方法实现上述目的，该方法包括如下步骤-为风カ发电厂的风カ涡轮机提供风カ涡轮机无功功率控制信号，
-提供有功功率參考信号,所述有功功率參考信号是所述风カ发电厂的有功功率的产生的度量，以及-通过组合所述风カ涡轮机无功功率控制信号和所述有功功率參考信号产生用于所述无功功率源的控制信号。术语无功功率源可以是电容性或电感性能源，或者其组合。于是，无功功率源例如可以是静态同步补偿器(STATC0M)，其适于向电网中注入无功功率，以满足所需的电网电压支持。而且，应当宽泛地理解术语风力发电厂，从而覆盖完整规模的风カ涡轮机设施和双馈型电感应发电机(DFIG)配置。不过，上述方法对于DFIG配置而言尤其相关。可以针对风カ发电厂内的每个风力涡轮机产生风力涡轮机无功功率控制信号。 有功功率參考信号也可以是用于风カ发电厂处风速的度量。可以组合图4中表示为Vref的风カ涡轮机无功功率控制信号和图4中表示为K的有功功率參考信号，使得图4中表示为Vref STATroM的无功功率源的控制信号是风カ涡轮机无功功率控制信号的加权信号。应当指出，可以将用于无功功率源的控制信号应用于除STATCOM之外的其他无功功率源。有利的是，将用于无功功率源的控制信号链接到风カ涡轮机无功功率控制信号。加权因子可以取决于产生的有功功率的量或相对于有功功率的产生的其他信号，例如风速，可以在嵌入芯片中的查找表中定义加权因子。有功功率參考信号可以随着表2所示的风カ发电厂的有功功率的产生单调増大。具体而言，所述有功功率參考信号可以根据所述风カ发电厂的有功功率的产生而在零和一之间变化。作为范例，在不产生有功功率时，有功功率參考信号可以等于零，在标称有功功率产生时它可以等于一。优选地,表示为VMf—STATaM的无功功率源控制信号是通过表示为Vref的风カ涡轮机无功功率控制信号和表示为K的有功功率參考信号相乘产生的，參考图4。通过这种方式，用于无功功率源的控制信号可以在零和风カ涡轮机无功功率控制信号的实际值之间变化。图4的更详细描述将跟随在后面。在第二方面中，本发明涉及ー种包括中央控制单元的风カ发电厂，所述中央控制単元包括控制调度器，其适于依照根据本发明第一方面的方法向至少ー个无功功率源提供控制信号。在第三方面中，本发明涉及一种用于风カ发电厂的控制调度器，所述控制调度器适于至少部分控制风力发电厂中的至少ー个无功功率源和至少ー个风カ涡轮机，所述控制调度器包括-用于为风力发电厂的风カ涡轮机接收风カ涡轮机无功功率控制信号的模块，-用于根据所述风カ发电厂的有功功率的产生的度量产生有功功率參考信号的模块，以及-用于通过组合所述风カ涡轮机无功功率控制信号和所述有功功率參考信号产生用于所述无功功率源的控制信号的模块。同样，术语无功功率源可以是电容性或电感性能源，或者其组合。于是，无功功率源例如可以是STATC0M，其适于向电网中注入无功功率，以满足所需的电网电压支持。而且，应当宽泛地理解术语风力发电厂，从而覆盖完整规模的风カ涡轮机设施和DFIG配置。不过，上述控制调度器对于DFIG配置而言尤其相关。类似于本发明的第一方面，有功功率參考信号也可以是风力发电厂处风速的度量。控制调度器可以形成WPP控制器的集成部分，其功能是将WPP控制器计算的參考值基本分到构成WPP的不同发电机组中，这样的机组通常是风カ涡轮机和无功功率源。再次參考图4，风カ涡轮机无功功率控制信号表示为VMf，有功功率參考信号表示为K，无功功率源的控制信号被表示为Vref STATa)M。应当指出，可以将用于无功功率源的控制信号应用于除STATCOM之外的其他无功功率源。用于产生有功功率參考信号的模块可以包括低通滤波器，用于对所述风カ发电厂的有功功率的产生的度量进行低通滤波。 此外，用于产生用于所述无功功率源的控制信号的模块可以包括用于将所述风カ涡轮机无功功率控制信号和所述有功功率參考信号相乘的模块。有利的是，通过这种相乘，用于无功功率源的控制信号变得通过加权链接到风カ涡轮机无功功率控制信号。加权因子可以取决于产生的有功功率的量，可以在嵌入芯片中的查找表中定义加权因子。所述控制调度器可以被配置成使接收到的风カ涡轮机无功功率控制信号通过，基本不修改所述接收的风カ涡轮机无功功率控制信号。在第四方面中，本发明涉及ー种包括中央控制单元的风カ发电厂，所述中央控制単元包括根据本发明第三方面的控制调度器。
现在将參考附图更详细地解释本发明，其中图I示出了 a)简化双馈型图示，和b)简化双馈型控制器图示，图2示出了 P-Q双馈型图，图3示出了风カ发电厂图示，以及图4示出了控制调度器图示。尽管本发明可以有各种修改和替代形式，但在附图中以举例方式示出了具体实施例，并将在这里详细描述。不过要理解，本发明并非要限于公开的特定形式。相反，本发明要涵盖落在由所附权利要求界定的本发明精神和范围之内的所有修改、等价方案和替代方案。
具体实施例方式原则上，本发明涉及各种风カ涡轮机配置，包括完整尺度的风カ涡轮机设施，尤其是DFIG配置。由于本发明对于DFIG配置而言特别相关，所以在下文中将參考这样的配置描述本发明。參考图la，变速双馈型发电机能够利用连接转子的变频器完全控制发电机的有功功率和无功功率。其额定值通常约为0. 3pu。与亚同步和超同步速度一起工作，可以在转子电路中和外部馈送功率。连接转子的转换器在严重瞬态过程期间能够采用各种功率消耗方案。这些方案可能涉及位于转子端子处的有功短路器或DC链路中的斩波器，Rdl,參见图la。电网转换器用于调节DC链路的电压电平。图Ib中示出了 DIG控制器的简化控制图，其中分别利用d和q轴控制有功功率P和无功功率Q。DFIG控制器从外部控制器计算或接收功率參考值P,ef、Qref。利用两个级联的Pi控制器处理这些功率參考值；它们将产生所需的电压參考值Vt6fJff6f,由PWM对其进行转换，以脉冲驱动转子转换器。最后，为转子馈送在定子端子处产生期望的P和Q的电压。图2示出了从DFIG机器的定子端子获得的P-Q图。相对于Q注入的不对称性是因为发电机的激励。可以注入绘图区域内部的所有P-Q组合。显然，最大Q注入取决于当前P值，于是Qmax=HP)。在10%的有功功率注入附近比值Q/P达到其最大值。表I中列出了 P-Q DFIG图坐标
权利要求
1.一种用于控制风力发电厂中的无功功率源的方法，所述方法包括如下步骤 -为所述风カ发电厂的风カ涡轮机提供风カ涡轮机无功功率控制信号， -提供有功功率參考信号，所述有功功率參考信号是所述风カ发电厂的有功功率的产生的度量，以及 -通过组合所述风カ涡轮机无功功率控制信号和所述有功功率參考信号来产生用于所述无功功率源的控制信号。
2.根据权利要求I所述的方法，其中组合所述风カ涡轮机无功功率控制信号和所述有功功率參考信号，使得用于所述无功功率源的控制信号是所述风カ涡轮机无功功率控制信号的加权信号。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其中所述风カ涡轮机无功功率控制信号包括用于所述风カ涡轮机的电压參考值。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述有功功率參考信号随着所述风カ发电厂的所述有功功率的产生而单调増大。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述有功功率參考信号根据所述风カ发电厂的所述有功功率的产生而在零和一之间变化。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过将所述风カ涡轮机无功功率控制信号和所述有功功率參考信号相乘来产生用于所述无功功率源的控制信号。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中向电容性无功功率源提供用于所述无功功率源的所述控制信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其中向STATCOM提供用于所述无功功率源的所述控制信号。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中向电感性无功功率源提供用于所述无功功率源的所述控制信号。
10.一种用于风カ发电厂的控制调度器，所述控制调度器适于至少部分控制所述风カ发电厂中的至少ー个无功功率源和至少ー个风カ涡轮机，所述控制调度器包括 -用于为所述风カ发电厂的风カ涡轮机接收风カ涡轮机无功功率控制信号的模块， -用于根据所述风カ发电厂的有功功率的产生的度量来产生有功功率參考信号的模块，以及 -用于通过组合所述风カ涡轮机无功功率控制信号和所述有功功率參考信号来产生用于所述无功功率源的控制信号的模块。
11.根据权利要求10所述的控制调度器，其中用于产生有功功率參考信号的模块包括低通滤波器，用于对所述风カ发电厂的所述有功功率的产生的度量进行低通滤波。
12.根据权利要求10或11所述的控制调度器，其中用于产生用于所述无功功率源的所述控制信号的模块包括用于将所述风カ涡轮机无功功率控制信号和所述有功功率參考信号相乘的模块。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的控制调度器，其中所述控制调度器被配置成使接收到的风カ涡轮机无功功率控制信号通过，基本不修改所述接收到的风カ涡轮机无功功率控制信号。
14.一种风カ发电厂，包括中央控制单元，所述中央控制单元包括根据权利要求10-13中任 一项所述的控制调度器。
全文摘要
本发明涉及一种用于控制风力发电厂设施中的无功功率源的方法，该方法包括如下步骤提供风力涡轮机无功功率控制信号，以及提供有功功率参考信号，所述有功功率参考信号是风力发电厂的有功功率的产生的度量。通过组合所述风力涡轮机无功功率控制信号和所述有功功率参考信号来产生用于无功功率源的控制信号，使得所述无功功率源的控制信号成为所述风力涡轮机无功功率控制信号的加权信号。此外，本发明涉及适于执行本发明的控制单元和风力发电厂。
文档编号H02J3/18GK102822509SQ201180015909
公开日2012年12月12日 申请日期2011年2月23日 优先权日2010年2月25日
发明者J·M·加西亚 申请人:维斯塔斯风力系统集团公司