風電場的廣域傳輸控制的製作方法

2023-09-15 22:39:55 2

專利名稱：風電場的廣域傳輸控制的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用風電場電壓控制能力以提供傳輸系統的穩定性的系統和方 法。具體地，風電場電壓控制能力可用於l)避免壓力電網系統上的電壓驟降，以及2)為 風電場可連接於其上的輸電網中的機電振蕩提供減振。
增強起源於本地風電場控制器控制本地風力渦輪機的輸出無功功率的能力。由於
用於風力渦輪機的電力變換器以及它們甚至在零風速供應無功功率的能力，這是可能的。
可將合併到控制器中的廣域測量供應給風電場。有助於穩定傳輸電網的多個風電場的協同
也是本發明的特徵。改進的傳輸網絡的穩定性和電壓控制可以魯棒的方式在故障事件過程
中和故障事件後提供。這可最終增加利用風電場中可用設備的網絡裝備的應用。 根據本發明的第一方面，提供風力渦輪發電機控制系統。該控制系統提供給至少
一個風電場，其包括通過採集總線和主變壓器連接到功率傳輸網絡的共同連接點的至少一
個風力渦輪發電機。功率傳輸網絡包括物理地分配在傳輸網絡內並且包括至少一個不可再
生能量源的多個發電機/負載組。 風力渦輪發電機控制系統包括用於各至少一個風電場中的風電場控制器，其中， 風電場控制器控制風電場內至少一個風力渦輪發電機的運轉。控制系統還包括用於傳輸系 統運行參數測量的位於傳輸系統上的至少一個測量點以及用於涉及一個或多個風電場控 制的傳輸系統參數測量的多個傳感器。協同控制器使用測量到的風電場傳輸系統參數以產 生增強傳輸系統穩定性的輸出信號。提供通信部件以便將傳輸系統參數傳送到協同控制器 並且將控制信號傳送到至少一個風電場。
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根據本發明的第二方面，提供一種用於保持功率傳輸網絡上穩定性的方法。該傳 輸網絡可包括帶有物理地分配在傳輸網絡內的至少一個不可再生能量源的多個發電機/ 負載組以及具有風電場控制器的至少一個風電場。風電場可包括通過採集總線和主變壓器 連接到功率傳輸網絡的共同連接點的至少一個風力渦輪發電機。 該方法包括在傳輸網絡上的至少一個點測量至少一個傳輸系統運行參數。該方法 還包括將至少一個傳輸系統運行參數從傳輸網絡上的至少一個點傳送到協同風電場控制 器。協同控制器響應至少一個測量到的傳輸系統參數，確定用於至少一個風電場的涉及傳 輸系統穩定性的運行命令。將對風電場用於傳輸系統穩定性的運行命令從協同控制器傳送 到至少一個風電場。將來自風電場的命令輸出在共同連接點提供給傳輸網絡。


本發明的這些以及其它特徵、方面和優點在參考附圖閱讀下列詳細說明時將變得 更好理解，在附圖中同樣的標號表示同樣的部件，其中 圖l顯示響應曲線，其顯示由於過功率引起的傳輸系統崩潰的代表性的曲線，以 及用於風電場的有創造性的控制的應用怎樣可以延伸傳輸系統的運轉，防止電壓驟降；
圖2顯示合併了對於多個不可再生能量電功率發生源以及至少一個發電風電場 的系統參數測量位置的傳輸系統； 圖3顯示具有風電場控制器以及用於在傳輸系統控制中進行輔助的其它控制裝 置的風電場的構造； 圖4顯示用於改進發生在與圖1的傳輸系統相似的傳輸系統中的機電振蕩的減振 的發明的協同控制器的實施例； 圖5顯示為多個風電場的風力渦輪機提供控制的發明的協同控制器的實施例；
圖6顯示為多個風電場內的風力渦輪機以及相關聯的無功控制裝置提供控制的 發明的協同控制器的實施例。 圖7顯示現有技術傳輸網絡的圖示，該傳輸網絡包括連接到風電場的既具有發電 能力又具有負載供應能力的兩個區域(area); 圖8顯示用於機電振蕩的小信號分析的網絡的拉普拉斯框圖；
圖9A-9C顯示沒有穩定環的圖7中傳輸網絡的負載切換事件的時間模擬；
圖10顯示包括穩定環的用於機電振蕩的小信號分析的網絡的拉普拉斯框圖；
圖11顯示合併了用於網絡機電振蕩改進的減振的穩定環的發明的風電場控制器 實施例；以及 圖12A-12D顯示合併了發明的穩定環實施例的圖7中傳輸網絡的負載切換事件的
時間模擬。 標號說明 5傳輸系統 10組1 20組2 30組3 40風電場[OO38] 45風力渦輪發電機 50傳輸線 175電壓 180功率流 185電壓對功率流曲線 194Pmaxl 198Pmax2 300傳輸系統 305區域1 310區域2 315共同連接點 320傳輸線 325風電場 330傳輸線 340風力渦輪發電機 345連接變壓器 355主變壓器 360並聯電容器 365加載抽頭變換器 380點 381點 385本地風電場控制器 391，392，393檢測到的系統參數 395協同風電場控制器 397控制信號 400風力渦輪機控制系統 401第一點 402第二點 403區域1 404區域2 405測量工具 410本地風電場控制器 415通信網絡 425通信網絡 430協同風電場控制器 435衝失濾波器 440超前_滯後補償器 445增益 450輸出限制器
460協同風電場的輸出 461風電場電壓參考變化 465風電場無功功率參考變化 470風力渦輪機電壓參考變化 475風力渦輪機無功功率參考變化 480風電場操作員的計算機系統 485風電場管理系統 490公用系統操作員的計算機 495獨立的計算機系統 500協同風電場控制系統 511,512. 515系統參數的測量組 520， 521. . . . 525系統上的測量點 531,532.....535系統上的傳感器 540通信網絡 545通信網絡 550用於多個風電場的協同風電場控制器 561,562. . . . 563來自多個風電場的輸出 571,572. . . . 575多個風電場 605協同系統控制器 610Vref 615比較器 621,622， 623傳輸系統 625Vremote 626點1 627濾波器 630比例-積分調節器算法 640分配算法 645Q，V限制 655遠程無源並聯補償控制信號 665控制信號 670並聯電容器 675負載抽頭開關 680Qref(風電場) 685Vref(風電場) 690本地風電場控制器 695本地風電場 696點2 710發電機傳輸/負載區域1 715共同連接點
720發電機傳輸/負載區域2 723電抗 724本地區域負載 725傳輸線 740風力渦輪發電機 745連接變壓器 750採集總線(collection bus) 755主變壓器 760風電場 770輸出電壓E1 780輸出電壓E2 805區域1的等價慣量 806區域2的負載減振常數 810區域1 815區域1的負載減振常數 816區域2的等價慣量 820區域2 825E1 826E2 835 △ 836 A co2 845 A 5 j 846 A S2 850X-區域l和區域2之間的總電抗 865 A S lo 866 A S2。 880同步轉矩係數 885APL1 886APL2 888 A Ps 890比較器 895AP12 910流動在區域之間的電流 920流動在區域之間的功率 930在POCC處的電壓 940瞬變的T開始 970最大幅值電流 975最大幅值功率 980在POCC處的最大幅值電壓
1100風電場協同控制器1110 AP121115E01120 A I121140協同控制器1141衝失濾波器1142超前-滯後濾波器1143增益係數1150 AQref1160風電場控制器1170風電場1180 AVs11851。1190 APs1210電流1220功率1230風電場電壓1240無功功率命令1250T1開始時間
具體實施例方式
本發明的下列實施例具有許多優點，包括通過風電場的協同(coordinated)控制 改進的公用傳輸系統的動態和電壓穩定性。 將系統的電氣測量部件(具有或沒有同步相量)供應給一個或多個風電場控制 器，其再執行改進公用電網中的電壓性能和/或機電振蕩的減振的調節功能。控制結構可 具有分散的性質，其在通信失敗的情況下保持運轉。益處是更好電壓性能，對機電振蕩改進 的減振以及最終增加的裝備的利用，減少安裝其它網絡裝備的需要。 本發明利用本地風電場控制器的能力來控制本地風力渦輪機的輸出無功功率。由 於用於風力渦輪機的電力變換器和它們甚至在零風速供應無功功率的能力，這是可能的。 根據本發明的一個方面，輸電網中的一個或多個風電場可提供有傳輸系統的廣域測量。將 廣域測量輸入到協同控制器中。協同控制器可為單獨的風電場或多個風電場提供調節。由 協同控制器執行的調節可有助於保持輸電網上的電壓並且防止電壓驟降，可有助於提供輸 電網上的振蕩的減振，或者提供電壓控制和減振的結合。廣域測量可能是或者可能不是同 步相量的形式。 應用廣域測量來改進傳輸系統穩定性已經在文獻中提出。Kamwa、 Grondin和 Hebert("基於大型功率系統A _A分散/分級方法的穩定控制的廣域測量"，發表於IEEE Trans. Power Systems, Vol. 16， No. 1， PP. 136-152， 2001年2月)提出了在Hydro-Quebec 系統中，通過在少量PSS控制器中利用一些廣域測量和附加的控制信號而得到改進的外部 區域模式的減振，在遠程弱總線中增強的電壓外形以及整體更好的系統魯棒性。Quintero和Venkatasubramanian("用於減輕大型電力系統中的小信號不穩定性的實時廣域控制框 架"，發表於Proc. 38th Hawaii Intl. Conf. System Science A-2005)介紹了利用廣域測 量和分散的SVCs的集中控制器，以便在系統故障過程中以及在系統故障之後改進減振。
廣域測量(WAM)系統(還與術語廣域監測關聯)包括傳感器、電子裝置和通信網 絡以允許遠程位置的快速監測。通信網絡以高速度和可靠性在地理上分散的區域操作。在 系統中通信的信息必須"實時"傳送，就是說要保證數據在固定的和預先指定的時間延遲內 到達。電子裝置通常可為"智能電子裝置"，如在技術報告IEC TR61850-1，第一版2003-04， "變電所中的通信網絡和系統-第一部分介紹和綜述"中定義的。通信協議包括發表於 03/30/2001的IEEE標準1344_1995"功率系統的同步相量標準"。IEEE標準1344-1995用 於變電所中的同步相量測量系統，包括數據對相量轉換的同步、數據採樣、定時輸入和來自 相量測量單元(PMU)的相量數據輸出的格式。不指定響應時間、硬體、精度軟體或計算相量 的處理。上述標準介紹了在變電所或區域網(LAN)中的通信協議，諸如用於風電場或其它 發電/負載區域中的一個。這個標準不覆蓋變電所和遠程監測或控制中心之間的數據交 換。 圖2顯示傳輸系統5的圖示，傳輸系統5將若干組發電機和負載與設置在一個或 多個風電場中的一個(或多個)風力渦輪機連接在一起。組110、組220和組330發電機/ 負載組表示並且可包括從一個或多個能量源諸如煤、蒸汽、水、可燃流體諸如汽油、天然氣、 柴油燃料、太陽能、核動力，以及燃氣渦輪發電站供應電功率的一個或多個發電機。單個的 發電機/負載組可供應該組本地的負載，諸如工業的、商業的和住宅的設施。傳輸系統可通 過傳輸線50進一步與包括一個或多個風力渦輪發電機45的一個或多個風電場40聯繫在 一起。傳輸系統包括多個參數，諸如有功功率(P)、無功功率(Q)、電流值(I)以及發電機
組之間的電流相角(小)。這些參數包括表示發電機/負載組之間關係的下標符號。例如，
量P32表示在組3的輸出處測量到的沿著標記在圖表上的箭頭方向從組3到組2的有功功 率流。這個箭頭的方向是任意的並且僅描述在本文中使用的常規以指示正電流的方向。任 何一個量可以是負值。在各個組，量Si和Vi表示在組i測量到的電壓向量的相角和量值。
在各個發電機/負載組，可為參數P、Q、1、小、Si和Vi的測量提供適合的點。這 些參數可以遠程地提供給風電場控制器以促進可發生在發電機/負載組之間以及之中的 傳輸輸電網上的電壓穩定性以及機電振蕩的控制。上述參數的測量可以由可與技術報告 IECTR 61850-1 ，第一版2003-04中限定的那些工具類似的工具在風電場的發電機/負載組
以及在傳輸電網內的其它點完成。這些數據可以測量並且處理為同步相量。因為同步相量 被參考為非常精確和準確的共同時間參考，諸如全球定位系統時鐘，並且可合併在高速傳 輸系統內，甚至越過廣泛分布的地理區域取得的測量可以被準確地比較，以用於控制廣泛 分散的元件，諸如傳輸系統的部件。同步相量測量的數據處理可根據發表於03/30/2001的 IEEE標準1344-1995 "功率系統的同步相量標準"來執行。 圖3顯示帶有風電場控制器和位於包括發電/負載區域的傳輸系統內的其它控制 裝置的風電場的構造。傳輸系統300包括兩個風電場325，其代表可能通過共同連接點315 連接到傳輸系統300的任何數量的多個風電場。傳輸系統300進一步包括多個發電/負載 區域，由兩個區域，區域1305和區域2310表示。傳輸線330提供在區域1305和區域2310之間。傳輸系統參數表示成和先前關於圖2介紹的命名法一致。各風電場325可包括多個風力 渦輪發電機(WTG)340以及用於將各單個的WTG340連接到集電極總線(collectorbus) 350 的相關的連接變壓器345。主變壓器T355將各風電場的集電極總線350連接到傳輸線330 的共同連接點315。風電場325可進一步包括其它裝備，諸如並聯電容器360以及用於主 變壓器355的加載抽頭變換器(0LTCs)365。本地風電場控制器385可為風電場325內的 WTG340和其它控制元件的運轉提供整體控制。本地風電場控制器385可提供風力渦輪發電 機的有效功率以及無功功率控制。 在這個示例性的系統中，功率(P)通過傳輸線320從區域1305流向區域2310。 在可預先確定的系統上的一個或多個點380、381、315，通過工具390測量到系統參數並且 將其供應給協同風電場控制器395，協同風電場控制器395協同一個或多個風電場325和 /或其它裝備的響應，這些設備諸如風電場325內的並聯電容器360以及加載抽頭變換器 飢TCs)365。 信號391、392、393表示檢測到的傳輸系統參數，可將其提供給協同風電場控制器 395以有助於避免傳輸線上的電壓驟降。防止傳輸線上的電壓驟降可通過經由控制信號調 節風電場的無功功率來提供。風電場還可包括通過控制信號397在本地風電場控制器385 的方向下運行的並聯電容器360和其它控制裝置。並聯電容器可有助於防止傳輸線上的電 壓驟降。可將多個傳輸系統參數提供給協同風電場控制器。在進一步的方面，有功功率可 還原為用於控制電壓驟降的變量。 圖4顯示帶有控制器的風力渦輪機控制系統400，該控制器稱作"協同風電場控制 器"，其可用於限制發生在諸如圖3中顯示的傳輸系統中的電壓振蕩。系統參數的測量可從 位於多個位置的測量點的系統獲得。測量點可通過區域1403和區域2404的代表性的第一 點401和第二點402分別表示。上述測量可提供為同步相量。測量工具405檢測系統參數 並且將測量提供給通信網絡415以便傳送到協同風電場控制器430。協同風電場控制器430 的一個實施例包括算法的實現，可包含衝失濾波元件435、超前-滯後補償器440、增益445 以及輸出限制器450。 衝失濾波器435是高通濾波器，其排斥穩態和非常低頻的輸入，而使中到高頻輸 入的瞬態量通過。使用它使得控制器不影響系統的穩態運行點，而代之以允許在運行點周 圍修改。可以包括另外的濾波器，諸如低通濾波器。超前-滯後補償器440是設計成在所 希望的頻率下將頻率分量的相位提前或延遲的濾波器，並且應用於改進反饋控制電路內的 減振特性。由值K表示的增益445是輸出信號對輸入信號的比率。飽和部件450產生與輸 入值相同的輸出，除非輸入大於某預先確定的上極限或小於預先確定的下極限，在這種情 況下將輸出分別設定為上極限或下極限。 然後通過通信網絡425將協同風電場控制器430的輸出460傳送到本地風電場控 制器410。輸出信號430可為風電場電壓參考變化(AVref(WP))460、風電場無功功率參考 變化(AQref(WP))465、單個風力渦輪機電壓參考變化(A Vref (WT)) 470、單個風力渦輪機 無功功率參考變化(AQref (WT))475中的至少一個，或者以可用於風電場控制系統的其它 格式(諸如Larsen在美國專利第7， 119， 452號、第7， 166， 928號和第7， 224， 081號中介紹 的)。上述實施例介紹了單獨的風電場475的控制，但這樣的控制可延伸到多個風電場。協 同風電場控制器430可物理地定位在計算機系統480上，計算機系統480合併為風電場管理系統485的一部分，風電場管理系統485可出現在風電場475中，物理地定位在公用系統 操作員490的計算機系統上，或者它可以在獨立的計算機系統495上實現。
再次參考圖l，本發明通過控制連接於傳輸網絡的風電場演習的用於傳輸線電壓 的穩定性控制的應用可延伸傳輸系統的運轉，防止電壓驟降。例如，將在電壓驟降開始前要 傳送功率的系統容量延伸(虛線)195到Pmax2198。 圖5顯示發明的協同風電場控制器的實施例，其可用於限制發生在諸如圖1中顯 示的傳輸系統中的電壓振蕩。圖5表示圖4的情況的延伸，其中將控制延伸到多個風電場。 包括在控制器內的詳細元件未示出，但實際上圖4中的控制器的功能延伸到了多個輸入和 輸出的情況。 協同風電場控制系統500包括表示為風電場控制器1571、風電場控制器2572和 風電場控制器n 575的多個本地風電場控制器，以為傳輸電網提供穩定性控制。協同風電 場控制系統500不限於任何特定數量的風電場的控制。協同風電場控制器500接收多個測
量組(表示為測量組1511、測量組2512.......測量組n 515)。各個測量組可包括傳輸
系統參數，傳輸系統參數可包括來自傳輸網絡上多個不同的測量點520、521....... 525的
(P、 Q、 I、 (K S i和V》。測量組511、512、......515由通信網絡525從位於測量點的傳感
器531、532、...... 535傳送到協同風電場控制器550。來自協同風電場控制器550的輸出
信號由通信網絡545傳送到相應的風電場控制器571 、572....... 575。 協同控制器的輸出對m個不同的風電場提供控制信號以便改進傳輸線上的機電 振蕩的減振。協同控制器的元件可包括延伸到多輸入多輸出情況的衝失濾波器、表現出圖4 中的超前-滯後濾波器的性質(多輸入多輸出)的濾波器、放大矩陣以及輸出飽和限制。到 風電場的多個控制信號可包括先前關於圖4的單獨的風電場控制器430介紹了的風電場電 壓參考變化(AVref (WP))460、風電場無功功率參考變化(A Qref (WP)) 465、單個風力渦輪 機電壓參考變化(AVref(WT))470、單個風力渦輪機無功功率參考變化(A Qref (WT)) 475 中的至少一個。 圖6顯示發明的協同控制器的實施例，其將控制提供給多個風電場內的風力渦輪 機和相關的無功控制裝置。協同系統控制器605提供輸出以便控制多個系統無功控制裝 置，另外將穩定控制信號665提供給風電場695 。這樣的無功控制裝置可包括無源並聯電容 器670和加載抽頭變換器675。 輸入是參考電壓(Vref)610，其可由公用系統操作員預編程或設定，並且可以時常 更新。將(Vref)610與電壓測量(Vremote)625比較，電壓測量來自傳輸系統上限定的點 P1626並且相對風電場695連接於網絡系統的任何點P2696可以是遠程的。在這個示例中， 協同系統控制器605可包括比例-積分(P+I)調節器算法(濾波器)630以及分配算法(網 絡解決方案)640，其技術效果是將命令信號供應給一個或多個風電場和/或無源裝置，諸 如並聯電容器670和加載抽頭變換器675。限制645可包括用於各種風電場和傳輸電網的 節點的無功功率和電壓，其可在算法的處理中被考慮。到風電場的命令信號可包括無功功 率參考(Qref (WP))680或電壓參考(Vref (WP)) 685。 圖7顯示包括連接於風電場的既帶有發電能力又帶有負載供應能力的兩個區域 的傳輸網絡的圖示。發電機傳輸/負載區域1710和區域2720通過包括電抗723的傳輸線 725被連接。多個風力渦輪發電機740通過連接變壓器745連接到採集總線750。採集總線通過主變壓器755連接到共同連接點715。發電機傳輸/負載區域1710和發電機傳輸/ 負載區域2720分別供應本地區域負載Pu724和Pl2725。發電機傳輸/負載區域1710和發 電機傳輸/負載區域2720分別以參考角度、提供E1的輸出電壓，以及以參考角度32提 供E2的輸出電壓。 圖8顯示圖7的網絡的拉普拉斯框圖，用於機電振蕩的小信號分析。Ml和M2分別 表示區域1和區域2的等價慣量。Dl和D2分別表示區域1和區域2的負載-減振常數。 El和E2分別表示區域1和區域2的電壓量值。S工和S 2分別表示相對於區域1和區域2 的相同參考的電壓角度。Pu和P。分別表示區域l和區域2中的負載功率消耗。"jP co2 分別表示區域1和區域2的頻率。X表示區域l和區域2之間有效的總電抗。31和S2。 表示相對於相同參考的初始電壓角度。1。表示區域1和區域2之間電流的初始量值。T是 根據方程1確定的同步轉矩係數
T = (E1*E2/X) *cos ( S S 2。) 方程1 根據T的值，將差分功率流(differential power flow)驅動在區域1和區域2 之間。區域1和區域2之間的差分功率流必須足夠強以保持兩個區域同步。依靠系統的減 振特性，差分功率流可以減弱，可能振蕩，或者可能增長到系統跳閘(trip)發生的點。
圖9A-9C顯示沒有穩定環的圖7中傳輸網絡的負載切換事件的時間模擬。圖9A顯 示流動在區域之間的電流910的瞬態響應。圖9B顯示流動在區域之間的功率920的瞬態 響應。圖9C顯示在位於風電場和輸電網(圖7)之間的連接點(P0C)的電壓930的響應。 瞬變現象是由T1940處的負載移位開始的，其引起電流910、功率920和電壓930共振模式 的振蕩。顯示了電流、功率和電壓振蕩的最大幅值A^70， A2975和A3980。
圖10顯示包括穩定環的網絡的拉普拉斯框圖，用於機電振蕩的小信號分析。圖8 的拉普拉斯小信號模型可通過合併同步功率流AP^88修改，將同步功率流AP^88在加法 器890加到轉矩產生塊(block)T 880的輸出以產生修改的差分功率流AP12895。新的同 步功率流AP^88可用發明的風電場控制器產生。 圖11顯示發明的風電場協同控制器的實施例，其合併了穩定環以便改進網絡機 電振蕩的減振。系統參數(IpVp S工禾PP》以及(I2、V2、 S2禾PP》可通過如圖2和圖3中 的廣域測量系統測量。厶1121120(從區域1到區域2的電流)可從差分功率流AP121110 和E。 115推斷出來。A 1121120可應用於協同風電場控制器1140，該協同風電場控制器1140 包括衝失濾波器H41、超前-滯後濾波器1142、增益係數1143和系統限幅器1144以提供 AQref 1150使其傳送到傳輸系統內的風電場1170的本地風電場控制器1160以穩定振蕩。 風電場1170響應AQMf 1150可產生差分電壓輸出AV，導致差分電流輸出AI。1185，將差 分功率輸出APJ190提供給傳輸網絡。 圖12A-12D顯示合併了本發明穩定環的實施例的圖7的傳輸網絡的負載切換事件 的時間模擬。圖12A顯示在區域之間流動的電流1210的瞬態響應。圖12B顯示在區域之 間流動的功率1220的瞬態響應。圖12C顯示在位於風電場和輸電網之間(圖7)的連接點 (POC)的電壓1230的響應。圖12D顯示合併了圖11的穩定環的無功功率命令1250。瞬變 現象是由在T11250的負載移位開始的，其引起電流1210、功率1220和電壓1230的減弱的 振蕩響應。電流、功率和電壓瞬態響應1270、 1275和1280的最大幅值對於圖9A-9C未加穩 定措施的系統振蕩970、975和980的最大幅值顯著地減小。
風電場功率控制的有效性可通過利用廣域測量和高帶寬通信網絡進一步開發。考 慮到單獨的風電場實例，利用各渦輪機的電力變換器在互連的點提供無功功率的能力可改 進減振和電壓性能。對這些合併了廣域測量的控制器的附加條件用於改進系統穩定性。具 有一組協同控制器設置的一組風電場，各風電場供應有少量可能不同的廣域測量，其可進 一步改進整體系統性能。 一種備選的方法包括集中控制器，其用網絡寬測量和高帶寬控制 器來用於風電場促動信號的通信。 雖然在這裡介紹了各種實施例，從說明書應當意識到在其中可以做出各種元件的 結合、變型或改進，而在本發明的範圍內。
權利要求
一種風力渦輪發電機控制系統(300)，用於至少一個風電場(325)，所述風電場(325)包括至少一個通過採集總線(350)和主變壓器(355)連接到功率傳輸系統(5)的共同連接點(315)的風力渦輪發電機(340)，所述功率傳輸系統(5)包括物理地分配在所述傳輸系統(5)內的多個發電機/負載組(305，310)並且包括至少一個不可再生的能量源(325)，所述風力渦輪發電機控制系統(300)包括風電場控制器(385)，用於各所述至少一個風電場(325)，其中，所述風電場控制器(385)控制所述風電場(325)內的所述至少一個風力渦輪發電機(340)的運轉；在所述傳輸系統(5)上的至少一個測量點(381，382)，用於傳輸系統運行參數(391，392)的測量；多個傳感器(390)，用於涉及所述至少一個風電場(325)的控制的傳輸系統運行參數(391，392)的測量；協同控制器(395)，使用涉及所述至少一個風電場(325)的控制的至少一個所述測量到的傳輸系統運行參數(391，392)，以便產生用於所述傳輸系統(5)的穩定性的輸出控制信號(393，394)；通信部件(415，425)，用於將所述傳輸系統運行參數(391，392)傳送到所述協同控制器(395)並且將所述輸出控制信號(393，394)傳送到至少一個風電場(325)。
2. 根據權利要求l所述的風力渦輪發電機控制系統(300)，其特徵在於，用於各所述 至少一個風電場(325)的所述風電場控制器(385)控制所述風力渦輪發電機(340)的端電 壓、所述風電場(325)的電壓輸出、所述風力渦輪發電機(340)的無功功率輸出以及所述風 電場(325)的無功功率輸出中的至少一個。
3. 根據權利要求l所述的風力渦輪發電機控制系統(300)，其特徵在於，來自所述協同 控制器(395)的用於所述傳輸系統(5)的穩定性的所述輸出信號(393,394)包括下列信號 中的至少一個減輕所述傳輸系統(5)上的電壓驟降(185)的信號(1150);以及 為發生在所述傳輸系統(5)上的機電振蕩(975)提供減振控制的信號(888)。
4. 根據權利要求l所述的風力渦輪發電機控制系統(400)，其特徵在於，對於各所述至 少一個風電場控制器(410)，來自所述協同控制器(430)的所述輸出信號進一步包括下列 信號中的至少一個風電場無功功率參考信號(460); 風電場電壓參考信號(470); 風電場有功功率參考信號(465);以及 風電場無功功率參考信號(475)。
5. 根據權利要求l所述的風力渦輪發電機控制系統(500)，其特徵在於，所述風力渦輪 發電機控制系統(500)進一步包括被提供給所述協同控制器的網絡限制(645)，所述網絡限制(645)包括對於所述風電 場(690)的無功功率、所述風電場(690)的電壓、所述傳輸系統(5)的節點(621，622，623) 的無功功率以及所述傳輸系統(5)的節點(621,622,623)的電壓中的至少一個的約束。
6. 根據權利要求1所述的風力渦輪發電機控制系統，其特徵在於，所述風力渦輪發電 機控制系統進一步包括用於所述主變壓器(355)的加載抽頭變換器(675)，包括遠程控制能力； 包括遠程控制能力的無源並聯補償器(670);輸出信號(655)，從所述協同控制器(605)到所述加載抽頭變換器(675)以及所述無源 並聯補償器(670)中的至少一個，用於減輕至少一個電壓驟降並且用於減弱所述傳輸電網 (5)上的機電振蕩。
7. 根據權利要求1所述的風力渦輪控制系統(300)，其特徵在於，由所述傳感器(390) 測量的所述參數(392,393)包括所述傳輸系統(5)的所述發電/負載組(305,310)上的所 述至少一個測量點(381,382)的有效功率、無功功率、電流和相角中的至少一個，所述傳輸 系統(5)的所述發電/負載組(305,310)上的所述至少一個測量點(381,382)的電壓量值 和電壓參考角度增量。
8. 根據權利要求7所述的風力渦輪控制系統(300)，其特徵在於，由所述傳感器測量的 所述參數(392,393)作為同步相量被供應到所述協同控制器(395)。
9 根據權利要求l所述的風力渦輪控制系統(400)，其特徵在於，所述協同控制器 (430)包括衝失濾波器(435); 超前-滯後補償器(440); 增益係數(445);以及 鉗位輸出限制器(450)。
10. 根據權利要求9所述的風力渦輪控制系統(500)，其特徵在於，所述協同控制器 (605)進一步包括:可調節的參考電壓輸入(610);在所述傳輸系統上的至少一個位置(626)上的測量(電壓)參數(625); 所述可調節的參考電壓(610)和所述測量的電壓(625)的比較器(615); 比例積分濾波器(630);用於所述風電場(690)和網絡節點(626,696)中的至少一個的用於有效功率和無功功 率限制的輸入(645);以及 分配算法(640)。
全文摘要
通過風電場(325)的協同控制(395)提供一種用於改進公用傳輸系統(5)的動態和電壓穩定性的系統。將可包括同步相量的傳輸系統(5)的電氣測量(390)供應給一個或多個風電場控制器(385)，風電場控制器(385)再執行改進公用系統(5)中的機電振蕩的減振或電壓性能的調節功能。控制結構具有分散的性質，其在通信失敗的情況下保持運轉。益處是對機電振蕩的改進的減振和更好的電壓性能以及最終增加的裝備的利用，減少安裝其它的網絡裝備。
文檔編號F03D9/00GK101725480SQ20091020889
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月30日 優先權日2008年10月31日
發明者A·S·阿基裡斯, P·維亞斯, R·W·德爾梅裡科 申請人:通用電氣公司