專利名稱：用于風(fēng)力渦輪機的故障穿越方法、轉(zhuǎn)換器和發(fā)電單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明描述了一種用于風(fēng)力渦輪機的高級故障穿越恢復(fù)方法。此外，本發(fā)明描述了一種用于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)換器和包括這種轉(zhuǎn)換器的發(fā)電單元以及一種具有包括這種發(fā)電單元的至少一個風(fēng)力渦輪機的風(fēng)電場。
背景技術(shù)：
如果在電力電網(wǎng)中發(fā)生失真(例如短路故障)，則電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可能變得不穩(wěn)定。 如果例如電力線短路、電力系統(tǒng)組件不正常工作或者甚至損壞，則可能發(fā)生臨時短路。如果發(fā)電單元檢測到電壓暫降(voltage dip)，則饋入電網(wǎng)中的有功電流減小。具體地，在現(xiàn)有技術(shù)的故障穿越控制中，經(jīng)由連接電網(wǎng)饋入電力網(wǎng)絡(luò)中的有功電流作為電壓暫降的函數(shù)而減小。在相對較短的時間段內(nèi)將這種減小的有功電流供給至連接電網(wǎng)中。此后，有功功率提高至其電壓暫降前的值。圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于風(fēng)電園區(qū)的示例性電力傳輸情形。這種風(fēng)電園區(qū)包括多個風(fēng)力渦輪機2，其中每一個生成例如0.7 kV的電壓。通過風(fēng)力渦輪機連接線4將風(fēng)力渦輪機2的電力傳輸至風(fēng)力渦輪機變壓器6，該風(fēng)力渦輪機變壓器6將電壓變換為例如33 kV。通過電力線8將該電壓供給至風(fēng)電場集電器(collector)電網(wǎng)(S卩，低電壓母線) 10。風(fēng)電場升壓變壓器12將集電器電網(wǎng)電壓值變換為輸電系統(tǒng)電壓(如132 kV)。本地負(fù)載16連接至分支點或第一總線14。從分支點14 (還被稱作電網(wǎng)分支射線)，連接線18在公共連接點(還被稱作第二總線20)處連接至輸電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。開關(guān)電容器22作為輔助組件連接至公共連接點20。這些輔助組件用于系統(tǒng)電網(wǎng)電壓的一般無功功率控制目的。輸電網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)點觀構(gòu)成具有發(fā)電單元32的輸電電網(wǎng)系統(tǒng)的等效點。該系統(tǒng)經(jīng)由互連線或第一電力線24、公共連接點20和區(qū)域輸電線或第二電力線沈連接至區(qū)域輸電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該區(qū)域輸電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是利用具有消耗裝置36的區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)的消耗點30和第二發(fā)電單元34來表示的。在示例性情形中，經(jīng)由公共連接點20將電力從輸電網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)點或第三總線觀傳輸至消耗點或第四總線30。此外，經(jīng)由分別的連接電網(wǎng)和連接線18以及公共連接點20 將從風(fēng)電園區(qū)的風(fēng)力渦輪機2生成的功率饋入一般輸電電網(wǎng)中。在示例性故障情形中，區(qū)域輸電線沈遭受嚴(yán)重且有破壞性的短路故障并被網(wǎng)絡(luò)保護(hù)繼電器跳間。有故障的區(qū)域輸電線26在被修復(fù)前受到嚴(yán)重破壞并且不能重新連接。故障情形使得不再可以從位于網(wǎng)絡(luò)點28中的風(fēng)電場和電網(wǎng)系統(tǒng)對區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)的消耗點30 供應(yīng)功率。短路導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中嚴(yán)重的電壓暫降。參照圖2至9，說明了現(xiàn)有技術(shù)的故障穿越和故障后的有功功率恢復(fù)控制算法。具體地，圖2至5示出了其中49個風(fēng)力渦輪機2經(jīng)由連接線18連接至公共連接點20的情形的仿真的曲線圖。圖2示出了公共連接點20的相對電壓的仿真的曲線圖。在區(qū)域輸電線26中發(fā)生短路故障時的大約1秒的時間點處發(fā)生150 ms的嚴(yán)重電壓暫降。當(dāng)清除了故障時，公共連接點20處的電壓恢復(fù)，并且在故障后的電壓振蕩已漸弱之后，點20處的電壓達(dá)到與電壓暫降之前相同的電壓電平。圖3示出了各風(fēng)力渦輪機連接線4之一的相對電壓的仿真的曲線圖。由此，圖3 表示風(fēng)力渦輪機2的轉(zhuǎn)換器的相對電壓。在這種現(xiàn)有技術(shù)故障穿越控制中，轉(zhuǎn)換器將被饋入風(fēng)力渦輪機連接線4中的有功電流減小達(dá)取決于電壓暫降的值的值。圖4示出了從聚集的風(fēng)電場變壓器至風(fēng)電場變壓器12的低電壓母線10的總有功功率的仿真的曲線圖。在現(xiàn)有技術(shù)故障穿越控制中，具有從0.5至1的值的因子定義了電流減小與電壓暫降的值之間的關(guān)系。在當(dāng)前情形中，減小因子大約為0.5。有功功率減小至其故障前的值的15%，如圖4所示。風(fēng)力渦輪機連接線4處的電壓大約為故障前的值的 30%，如圖3所示。應(yīng)當(dāng)注意，在小于1秒的相對較小時間跨度內(nèi)，有功功率沿斜線回到其故障前的值。有功功率的振蕩實質(zhì)上在電壓暫降前的值處漸弱。圖5示出了由風(fēng)電場的聚集的風(fēng)力渦輪機2生成的無功功率的仿真的曲線圖。將來自聚集的風(fēng)電場變壓器的總無功功率饋入風(fēng)電場變壓器12的低電壓母線10中。無功功率的故障后的總量已改變，這是由于因為以下事實使得網(wǎng)絡(luò)電網(wǎng)情形已改變，所述事實為系統(tǒng)保護(hù)繼電器已斷開有故障的區(qū)域輸電線26。應(yīng)當(dāng)注意，在區(qū)域輸電線沈中的嚴(yán)重故障所導(dǎo)致的電壓暫降之后的相對較小時間跨度內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)保持穩(wěn)定并會聚。盡管區(qū)域輸電線26以及區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)30的消耗點從公共連接點20斷開，但網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)仍會聚。具體的故障穿越恢復(fù)需求由每個國家的每個輸電系統(tǒng)運營商、國家服務(wù)提供商和分發(fā)型服務(wù)運營商利用所謂的電網(wǎng)規(guī)程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。該電網(wǎng)規(guī)程定義了在電壓暫降的情況下發(fā)電單元必須如何作出反應(yīng)。圖6至9示出了其中50個風(fēng)力渦輪機2經(jīng)由風(fēng)電場變壓器12和連接線18連接至公共連接點20的情形。圖6示出了公共連接點20的電壓的仿真的曲線圖。圖6與圖2 相對應(yīng)，其中，圖2示出了其中僅49個風(fēng)力渦輪機形成風(fēng)電園區(qū)的情況。圖7示出了將功率饋入風(fēng)力渦輪機連接線4中的風(fēng)力渦輪機2的轉(zhuǎn)換器電壓的仿真的曲線圖。因此，圖7 與圖3相對應(yīng)，區(qū)別在于所連接的風(fēng)力渦輪機的數(shù)目。圖8示出了從聚集的風(fēng)電場變壓器至風(fēng)電場變壓器12的低電壓母線10的總有功功率的仿真的曲線圖。相應(yīng)地，圖8與圖4相對應(yīng)，圖4是連接至風(fēng)電園區(qū)變壓器12的僅 49個風(fēng)力渦輪機的仿真。最后，圖9示出了被饋入風(fēng)電場變壓器12的低電壓母線10中的無功功率的仿真的曲線圖。由此，圖9與圖5相對應(yīng)。如從圖6至9可以看到的那樣，在區(qū)域輸電線沈的損壞所導(dǎo)致的電壓暫降之后， 網(wǎng)絡(luò)變得不穩(wěn)定。網(wǎng)絡(luò)(以及具體地，來自風(fēng)力渦輪機2的電壓和所生成的功率)變得不穩(wěn)定，這是由于連接線(即，連接電網(wǎng))18是非常弱的電網(wǎng)系統(tǒng)。在這種情況下，整個風(fēng)電園區(qū)必須從負(fù)載16所連接至的分支點14斷開。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷并提供一種實現(xiàn)穩(wěn)定的故障穿越(例如在具有弱連接電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中)的故障穿越控制。
本發(fā)明的目的由根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障穿越恢復(fù)方法、根據(jù)權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)換器、根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)電單元、根據(jù)權(quán)利要求11所述的風(fēng)電場和根據(jù)權(quán)利要求12所述的計算機程序產(chǎn)品來實現(xiàn)。所述故障穿越恢復(fù)方法監(jiān)視電力線，以便檢測傳輸電力的電力線上的電壓暫降。 優(yōu)選地，所監(jiān)視的電力線是執(zhí)行故障穿越恢復(fù)方法的發(fā)電單元所連接至的電力線。如果在電力線上檢測到電壓暫降，則由發(fā)電單元在饋送點處饋入到具有多個電力線的電力網(wǎng)絡(luò)中的有功電流和/或有功功率減小至與電壓暫降的值無關(guān)的特定(例如固定和/或預(yù)定義)值。由于電力網(wǎng)絡(luò)中的短路，將發(fā)電單元連接至電力網(wǎng)絡(luò)的電力線中的電壓可以降至電壓暫降值。電壓暫降值可以是例如電壓暫降前的值的50%、30%、25%或10%。現(xiàn)有技術(shù)的故障穿越恢復(fù)方法根據(jù)故障前的發(fā)電和電壓暫降值來減小由發(fā)電單元饋入電力網(wǎng)絡(luò)中的有功電流和/或有功功率。即，如果故障前的發(fā)電是額定產(chǎn)生并且電壓暫降值是故障前的電壓的50%，則被供給至電力網(wǎng)絡(luò)中的有功電流和/或有功功率減小至例如發(fā)電單元的額定電流值的50%。如以上參照圖6至9討論的，如果多個(具體地，高數(shù)目的)發(fā)電單元(如風(fēng)力渦輪機)通過電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的弱連接電網(wǎng)而連接，則現(xiàn)有技術(shù)的故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)方法會導(dǎo)致不穩(wěn)定。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到，如果在電力線中檢測到電壓暫降的情況下有功電流和/或有功功率減小至特定值，則可以避免這種不穩(wěn)定。該特定值可以是特定的、預(yù)定和/ 或固定值。即，被饋入電力網(wǎng)絡(luò)中的有功電流和/或有功功率減小至與電壓暫降值無關(guān)或不必僅與電壓暫降值相關(guān)的特定值。從而，可以實現(xiàn)每個發(fā)電單元和整個網(wǎng)絡(luò)或電力電網(wǎng)的改進(jìn)且穩(wěn)定的故障穿越性能。如果網(wǎng)絡(luò)包括用于連接發(fā)電單元的弱連接電網(wǎng)、遭受嚴(yán)重的短路故障，則發(fā)電單元不必斷開。從而，改進(jìn)了整個電力網(wǎng)絡(luò)和每個發(fā)電單元的可用性。具體地，本發(fā)明的有利實施例和特征由從屬權(quán)利要求給出，如下面的描述中所展示的那樣。有功電流和/或有功功率的特定值(即，減小值)可以取決于發(fā)電單元所連接至的電力網(wǎng)絡(luò)的屬性。有功電流和/或有功功率的特定值可以取決于連接至電力網(wǎng)絡(luò)的饋送點的發(fā)電單元的數(shù)目。電力網(wǎng)絡(luò)的屬性可以由將饋送點耦合至其余電力網(wǎng)絡(luò)的連接電網(wǎng)確定。饋送點可以經(jīng)由連接電網(wǎng)耦合至構(gòu)成公共連接點的總線。所述屬性可以是短路容量、 功率傳送容量、電力線的阻抗等、連接電網(wǎng)和/或與其相連接的電氣組件(如變壓器)。如果多個發(fā)電單元連接至電力網(wǎng)絡(luò)的饋送點，則必須經(jīng)由將饋送點與電力網(wǎng)絡(luò)耦合的電力線或連接電網(wǎng)將更多功率傳送至電力網(wǎng)絡(luò)中。如果饋送點通過弱電力線或弱連接電網(wǎng)連接至其余電力網(wǎng)絡(luò)，則可以減小有功電流和/或有功功率的特定值。此外，如果較高數(shù)目的發(fā)電單元通過弱電力線或弱連接電網(wǎng)連接至電力網(wǎng)絡(luò)，則可以調(diào)整(例如減小)有功電流和/或有功功率的特定值。電力線或連接電網(wǎng)的屬性可以由電力線或連接電網(wǎng)的阻抗和功率傳輸屬性確定。與強電力線或連接電網(wǎng)相比，弱電力線或連接電網(wǎng)可以具有更高阻抗和/或更低功率傳送容量。故障穿越恢復(fù)方法可以是故障穿越有功功率恢復(fù)方法。故障穿越恢復(fù)方法可以具有以下步驟在由于電壓暫降而減小有功電流和/或有功功率之后，等待直到有功電流和/或有功功率的振蕩已漸弱為止。隨后，有功電流和/或有功功率可以沿斜線回(即增大)到電壓暫降之前的值。具體地，故障穿越恢復(fù)方法可以包括以下步驟等待直到有功電流和/或有功功率的振蕩已經(jīng)減小至低于預(yù)定閾值為止。由于有功恢復(fù)電流和/或有功功率僅在清除了故障并且發(fā)電機電壓已恢復(fù)至預(yù)定閾值之后才從特定值增大，因此可以確保發(fā)電機和整個電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性?？梢酝ㄟ^特定的(具體地，預(yù)定的)函數(shù)(例如通過線性函數(shù))來執(zhí)行沿斜線上升。該故障穿越恢復(fù)方法具體適用于多個發(fā)電單元通過弱電力線或弱連接電網(wǎng)在電力電網(wǎng)的饋送點處連接至電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的情況。高級的故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)方法可以被解釋為發(fā)電單元的新型且高級控制概念，以改進(jìn)并確保電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性(具體地，在其中高數(shù)目的發(fā)電單元通過電力網(wǎng)絡(luò)的弱電力線或連接電網(wǎng)連接至電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的情形下)。高級的故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)方法具體適用于風(fēng)電場，在越來越多的情況下，該風(fēng)電場連接至弱電網(wǎng)系統(tǒng)，這是由于越來越多的新型大風(fēng)電場位于遙遠(yuǎn)且人口稀少的區(qū)域內(nèi)。風(fēng)電場可以位于后部荒蕪區(qū)域或者海岸線或離岸處，并且從而與現(xiàn)有的強電力網(wǎng)絡(luò)電網(wǎng)相距遙遠(yuǎn)。高級的故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)方法還適用于由于地理原因而不具有強互連電網(wǎng)的電力網(wǎng)絡(luò)，例如澳大利亞、新西蘭和美國的鄉(xiāng)村且人口稀少的區(qū)域。高級的故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)方法利用特定函數(shù)在預(yù)定和/或特定時間段內(nèi)將有功電流和/或有功功率從電壓已重新獲得正常操作條件時的特定值增大至電壓暫降之前的故障前的值。具體地，實質(zhì)上線性地增大了故障后的有功電流和/或有功功率的恢復(fù)。從而可以顯著改進(jìn)與弱電網(wǎng)相連接的風(fēng)電場和發(fā)電單元的一般故障后穩(wěn)定性。預(yù)定的故障后有功電流和/或功率恢復(fù)時間段可以取決于電力網(wǎng)絡(luò)的屬性和/或發(fā)電單元的數(shù)目，其中，風(fēng)電場或發(fā)電單元在與電力系統(tǒng)的公共連接點處連接至所述電力網(wǎng)絡(luò)，并且，所述發(fā)電單元的有功功率產(chǎn)生連接至所述電力網(wǎng)絡(luò)的饋送點。憑經(jīng)驗來說，如果將更多發(fā)電單元以及由此將更高的有功功率產(chǎn)生注入電力網(wǎng)絡(luò)的饋送點中，則所述特定時間段更長。此外，如果電力網(wǎng)絡(luò)包括用于在饋送點處將發(fā)電單元與電力網(wǎng)絡(luò)相連接的弱電力線或連接電網(wǎng)，則所述特定時間段增大。典型地，根據(jù)公共連接網(wǎng)絡(luò)電網(wǎng)的靜態(tài)和動態(tài)屬性，所述特定時間段可以比1秒更長并且高達(dá)幾秒。故障后有功電流和/或特定時間段 (即，有功功率沿斜線返回的時間)的特定且優(yōu)化值可以由仿真確定。因此，本發(fā)明還公開了一種利用對故障穿越恢復(fù)事件進(jìn)行仿真的方法來確定適當(dāng)?shù)墓潭ㄖ档姆椒?。提供了聚集的發(fā)電單元所要連接至的電力網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)。與電力網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的數(shù)據(jù)可以包括將發(fā)電單元的饋送點連接至電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的連接電網(wǎng)或電力線的數(shù)據(jù)。提供了要連接至連接電網(wǎng)的至少一個聚集的發(fā)電單元的數(shù)據(jù)。所述至少一個聚集的發(fā)電單元的數(shù)據(jù)可以包括發(fā)電單元的阻抗、最大供給功率、轉(zhuǎn)換器的完整電氣控制和數(shù)據(jù)等?？梢酝ㄟ^對電力網(wǎng)絡(luò)和至少一個聚集的發(fā)電單元中的電壓、電流、功率和/或電壓暫降進(jìn)行仿真來仿真故障穿越恢復(fù)。不是必須要仿真整個電力網(wǎng)絡(luò)的電氣組件和值。典型地，僅必須考慮與將饋送點連接至其余網(wǎng)絡(luò)的電力線或連接電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)屬性相關(guān)的數(shù)據(jù)和電氣值。 有功電流和/或有功功率的適當(dāng)?shù)奶囟ㄖ等Q于電力網(wǎng)絡(luò)的至少一部分的屬性并通過仿真完整的故障穿越和/或故障后序列事件而確定。適當(dāng)?shù)奶囟ㄖ悼梢酝ㄟ^仿真故障穿越恢復(fù)、根據(jù)發(fā)電單元的數(shù)目和要連接至電力網(wǎng)絡(luò)的饋送點的生成的有功功率產(chǎn)生而確定。適當(dāng)?shù)奶囟ㄖ悼梢员淮_定為使得可以在不導(dǎo)致電力網(wǎng)絡(luò)的至少一部分不穩(wěn)定并且不使發(fā)電單元遭受不穩(wěn)定操作的危險的情況下在可接受的時間跨度內(nèi)重新開始正常操作。此外，本發(fā)明還公開了一種通過對故障穿越和/或恢復(fù)序列事件進(jìn)行仿真來確定適當(dāng)?shù)念A(yù)定時間段的方法。提供了發(fā)電單元所要連接至的電力網(wǎng)絡(luò)的至少一部分的數(shù)據(jù)。 提供了要連接至電力網(wǎng)絡(luò)的至少一個發(fā)電單元的數(shù)據(jù)。通過對電力網(wǎng)絡(luò)的至少一部分中以及至少一個發(fā)電單元中的電壓、功率和/或電壓暫降進(jìn)行仿真來仿真故障穿越和/或故障后有功電流和/或功率恢復(fù)。通過仿真故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)事件序列、根據(jù)電力網(wǎng)絡(luò)的至少一部分的屬性確定適當(dāng)?shù)墓收虾笥泄β驶謴?fù)時間和/或函數(shù)?？梢酝ㄟ^仿真故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)、根據(jù)在電力網(wǎng)絡(luò)的饋送點處注入的生成的有功功率產(chǎn)生和發(fā)電單元的數(shù)目來確定適當(dāng)?shù)念A(yù)定或特定時間段和/或函數(shù)。預(yù)定時間段和 /或函數(shù)可以被選擇為使得可以在電壓暫降之后的可接受的時間段內(nèi)重新開始正常操作并且使得在電力網(wǎng)絡(luò)或(一個或多個)發(fā)電單元中不出現(xiàn)不穩(wěn)定?？梢詫收洗┰胶?或故障后有功功率恢復(fù)進(jìn)行仿真的第一和第二方法進(jìn)行組合。本發(fā)明還公開了一種轉(zhuǎn)換器，所述轉(zhuǎn)換器包括檢測器，其用于檢測電壓暫降；以及減小器(reducer)，其適于執(zhí)行高級故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)方法。所述檢測器可以是從監(jiān)視單元接收信號的接口或指示發(fā)生電壓暫降的確定單元。每個風(fēng)力渦輪機包括一個轉(zhuǎn)換器。所述轉(zhuǎn)換器可以包括功率電子組件，例如晶閘管、TRIAC、功率 FET、IGBT, PWM 等。此外，本發(fā)明公開了一種包括這種轉(zhuǎn)換器的發(fā)電單元。所述發(fā)電單元可以是風(fēng)力渦輪機。本發(fā)明還公開了一種具有多個風(fēng)力渦輪機的風(fēng)電場，其中，至少一個風(fēng)力渦輪機包括上述發(fā)電單元。 本發(fā)明還公開了一種包括程序代碼裝置的計算機程序產(chǎn)品，所述程序代碼裝置用于執(zhí)行故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)方法和對故障穿越進(jìn)行仿真的方法的步驟。這些方法可以在可編程計算機上執(zhí)行。高級的故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)方法還可以由邏輯組件實現(xiàn)，所述邏輯組件可以包括可編程邏輯組件。


從結(jié)合附圖考慮的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他目的和特征將變得顯而易見。然而應(yīng)當(dāng)理解，附圖僅被設(shè)計用于圖示目的而不作為對本發(fā)明的限制的限定。圖1示出了具有經(jīng)由升壓變壓器和電力線連接至電力傳輸系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的互連點的發(fā)電單元的風(fēng)電場的示意圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)故障穿越方法的互連總線的相對電壓的仿真的曲線圖，其中，49 個風(fēng)力渦輪機連接至電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的饋送點；
圖3示出了現(xiàn)有技術(shù)故障穿越方法的風(fēng)力渦輪機連接線之一的相對電壓的仿真的曲線圖，其中，49個風(fēng)力渦輪機連接至電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的饋送點；
圖4示出了經(jīng)由現(xiàn)有技術(shù)故障穿越方法的風(fēng)電場變壓器供給的聚集風(fēng)電場的有功功率的仿真的曲線圖，其中，49個風(fēng)力渦輪機連接至電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的饋送點；圖5示出了由現(xiàn)有技術(shù)故障穿越方法的風(fēng)電場的聚集風(fēng)力渦輪機生成的無功功率的仿真的曲線圖，其中，49個風(fēng)力渦輪機連接至電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的饋送點；
圖6示出了現(xiàn)有技術(shù)故障穿越方法的互連總線的相對電壓的曲線圖，其中，50個風(fēng)力渦輪機連接至電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的饋送點；
圖7示出了現(xiàn)有技術(shù)故障穿越方法的風(fēng)力渦輪機連接線之一的相對電壓的仿真的曲線圖，其中，50個風(fēng)力渦輪機連接至電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的饋送點；
圖8示出了經(jīng)由現(xiàn)有技術(shù)故障穿越方法的風(fēng)電場變壓器供給的聚集風(fēng)電場的有功功率的仿真的曲線圖，其中，50個風(fēng)力渦輪機連接至電力網(wǎng)絡(luò)的饋送點；
圖9示出了由現(xiàn)有技術(shù)故障穿越方法的風(fēng)電場的聚集風(fēng)力渦輪機生成的無功功率的仿真的曲線圖，其中，50個風(fēng)力渦輪機連接至電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的饋送點；
圖10示出了在根據(jù)本發(fā)明的故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)控制方法期間的互連總線的相對電壓的曲線圖，其中，60個風(fēng)力渦輪機連接至電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的饋送點；
圖11示出了在根據(jù)本發(fā)明的故障穿越和故障后有功功率恢復(fù)控制方法期間的風(fēng)力渦輪機連接線之一的相對電壓的仿真的曲線圖，其中，60個風(fēng)力渦輪機連接至電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的饋送點；
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的高級故障穿越和故障后有功功率恢復(fù)控制序列； 圖13示出了經(jīng)由根據(jù)本發(fā)明的故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)控制方法的風(fēng)電場變壓器供給的聚集風(fēng)電場的有功功率的仿真的曲線圖，其中，60個風(fēng)力渦輪機連接至電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的饋送點；
圖14示出了由根據(jù)本發(fā)明的故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)控制方法的風(fēng)電場的聚集風(fēng)力渦輪機生成的無功功率的仿真的曲線圖，其中，60個風(fēng)力渦輪機連接至電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的饋送點；以及
圖15示出了與電力線相連接的風(fēng)力渦輪機的更多細(xì)節(jié)。在整個附圖中，相似的參考標(biāo)記指代相似的對象。圖中的對象不必按比例繪制。
具體實施例方式盡管以優(yōu)選實施例及其變型的形式公開了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對本發(fā)明進(jìn)行多種附加的修改和改變。參照圖1和10至14來說明根據(jù)本發(fā)明的高級故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)控制方法。參照圖1，60個風(fēng)力渦輪機2經(jīng)由風(fēng)電場集電器總線10連接至風(fēng)電場升壓變壓器12。60個風(fēng)力渦輪機經(jīng)由公共連接點或第二總線20和區(qū)域輸電線沈?qū)⒐β署伻雲(yún)^(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)30的消耗點中。如上所述，消耗裝置36消耗由風(fēng)力渦輪機2生成的功率以及從網(wǎng)絡(luò)電網(wǎng)系統(tǒng)(例如處于第一發(fā)電單元32中)傳送的功率。如上所述，所仿真的故障情形是區(qū)域輸電線沈的故障和跳閘。因此，所仿真的故障情形與參照圖1至9關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)故障穿越方法討論的故障情形相對應(yīng)，區(qū)別在于甚至更多(例如20%更多)的風(fēng)力渦輪機連接至具有弱連接電網(wǎng)或連接線18的電力網(wǎng)絡(luò)。圖10示出了在故障穿越期間公共連接點20的相對電壓的仿真的曲線圖。在1秒的時間點處發(fā)生電壓暫降，這是由于區(qū)域輸電線沈遭受短路故障并且此后斷開。在斷開區(qū)域輸電線26并發(fā)起高級故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)控制方法之后，公共連接點20的相對電壓返回至其故障前的值。圖11示出了在根據(jù)本發(fā)明的故障穿越期間聚集的風(fēng)力渦輪機連接線4之一的相對電壓的仿真的曲線圖。在斷開區(qū)域輸電線26并發(fā)起高級故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)控制方法之后，風(fēng)力渦輪機連接線4的相對電壓返回至其故障前的值。圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的高級故障穿越和故障后有功功率恢復(fù)控制序列。在檢測到故障之后，將有功功率和/或電流減小至預(yù)定值。還將有功功率參考減小至特定值。當(dāng)對故障穿越進(jìn)行去激活時，在沿斜線上升時間內(nèi)線性增大由風(fēng)力渦輪機供給的故障后有功功率。沿斜線上升時間可以比2秒更長，優(yōu)選地比4秒更長，更優(yōu)選地比6秒更長，最優(yōu)選地比8秒更長。圖13示出了經(jīng)由根據(jù)本發(fā)明的故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)控制方法的風(fēng)電場變壓器12供給的聚集風(fēng)電場的有功功率的仿真的曲線圖。在電壓暫降之后，將由每個風(fēng)力渦輪機2供給的有功功率減小至預(yù)定值。在已經(jīng)對故障穿越進(jìn)行去激活之后，在預(yù)定時間跨度內(nèi)增大故障后有功功率，優(yōu)選地，線性地增大有功功率。如從圖13所看到的那樣，在振蕩已經(jīng)減弱或下降至低于預(yù)定閾值之后，將有功功率增大至故障前的值。從而，可以提高風(fēng)電場和電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可用性，并且，更多風(fēng)力渦輪機2可以連接至具有弱連接電網(wǎng)18的電力網(wǎng)絡(luò)。圖14示出了由根據(jù)本發(fā)明的故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)控制方法的風(fēng)電場的聚集風(fēng)力渦輪機生成的無功功率的仿真的曲線圖。無功功率反映了對聚集風(fēng)力渦輪機的動態(tài)電壓控制，并且用于提供一般支持并穩(wěn)定化故障后的電網(wǎng)電壓。在振蕩下降至低于預(yù)定閾值之后，電流和/或功率沿斜線上升至穩(wěn)定值。這種方法改進(jìn)了電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可用性，并且，更多風(fēng)力渦輪機2可以連接至具有弱連接電網(wǎng)18的電力網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)當(dāng)注意，在根據(jù)圖14的仿真中，無功功率不返回至其故障前的值，這是由于網(wǎng)絡(luò)配置已經(jīng)通過斷開與區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)30的消耗點相連接的區(qū)域輸電線沈和/或附加電網(wǎng)組件而改變。參照圖15，圖15示出了風(fēng)力渦輪機的更多細(xì)節(jié)。風(fēng)力渦輪機包括3個葉片38。葉片38連接至發(fā)電機的轉(zhuǎn)子40，該轉(zhuǎn)子40被定子42圍住。經(jīng)由從AC至DC鏈路的轉(zhuǎn)換器機器橋來對由發(fā)電機產(chǎn)生的功率進(jìn)行整流，并且進(jìn)一步由網(wǎng)絡(luò)橋轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換該功率并經(jīng)由風(fēng)力渦輪機連接線8將其注入電力網(wǎng)絡(luò)中。風(fēng)力渦輪機還包括監(jiān)視單元50，其用于監(jiān)視風(fēng)力渦輪機連接線4的轉(zhuǎn)換器端子電壓和功率條件。在發(fā)生電壓暫降的情況下，監(jiān)視單元50 向轉(zhuǎn)換器46的檢測器48發(fā)信號通知發(fā)生電壓暫降。此后，觸發(fā)轉(zhuǎn)換器46的減小器52的高級故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)控制系統(tǒng)，以執(zhí)行上述高級故障穿越和故障后有功功率恢復(fù)方法。這種減小器52包括具有被配置為根據(jù)本發(fā)明適當(dāng)?shù)販p小有功電流和/或功率的功率電子組件(例如，晶閘管、TRIAC、功率FET、IGBT、PWM和/或軟件)的電路。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，各種配置是可能的。根據(jù)本發(fā)明的高級故障穿越方法可以定義針對電力網(wǎng)絡(luò)的新電網(wǎng)規(guī)程或輔助電網(wǎng)規(guī)程，在該電力網(wǎng)絡(luò)中，多個發(fā)電單元連接至具有弱連接電網(wǎng)的電力網(wǎng)絡(luò)。這種高級故障穿越方法提高了電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可用性，并且，更多發(fā)電單元可以連接至具有弱連接電網(wǎng)的電力網(wǎng)絡(luò)。
為了清楚起見，應(yīng)當(dāng)理解，貫穿本申請使用的“一”或“一個”并不排除多個，并且 “包括”并不排除其他步驟或元件。
權(quán)利要求
1.故障穿越方法，包括以下步驟-檢測傳輸電力的電力線(4)上的電壓暫降；以及-如果在電力線(4)上檢測到電壓暫降，則將由發(fā)電單元(2)在饋送點處饋入具有多個電力線的電力網(wǎng)絡(luò)中的有功電流和/或有功功率減小至特定值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障穿越方法，其中，有功電流和/或有功功率的特定值取決于發(fā)電單元(2)所連接至的電力網(wǎng)絡(luò)的至少一部分的屬性，和/或，其中有功電流的特定值和/或有功功率的特定值取決于連接至電力網(wǎng)絡(luò)的饋送點的發(fā)電單元(2)的數(shù)目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的故障穿越方法，還包括以下步驟-在減小有功電流和/或有功功率之后等待直到有功電流和/或有功功率的振蕩已經(jīng)實質(zhì)上漸弱為止；以及-隨后將有功電流和/或有功功率增大至電壓暫降之前達(dá)到的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障穿越方法，還包括以下步驟-利用特定函數(shù)，在特定時間段內(nèi)將有功電流和/或有功功率從固定值增大至電壓暫降之前達(dá)到的值，其中，優(yōu)選地，有功電流和/或有功功率線性地增大。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的故障穿越方法，其中，預(yù)定時間段取決于發(fā)電單元(2)在饋送點處連接至的電力網(wǎng)絡(luò)的至少一部分的屬性和/或要連接至電力網(wǎng)絡(luò)的饋送點的發(fā)電單元(2)的數(shù)目。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的故障穿越方法，其中，預(yù)定時間段比1秒更長，優(yōu)選地比 2秒更長，更優(yōu)選地比4秒更長，更優(yōu)選地比6秒更長，更優(yōu)選地比7秒更長。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的故障穿越恢復(fù)方法，其中，所述特定值和/或預(yù)定時間段由仿真確定。
8.借助于仿真方法來確定對根據(jù)權(quán)利要求1至7所述的故障穿越方法而言適當(dāng)?shù)奶囟ㄖ岛?或適當(dāng)?shù)奶囟〞r間段的方法，包括以下步驟-提供發(fā)電單元(2)要連接至的電力網(wǎng)絡(luò)的至少一部分的數(shù)據(jù)；-提供要連接至電力網(wǎng)絡(luò)的至少一個發(fā)電單元(2)的數(shù)據(jù)；以及-通過對電力網(wǎng)絡(luò)的至少一部分和至少一個發(fā)電單元(2)中的電壓、電流、功率和/或電壓暫降進(jìn)行仿真來仿真故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)；還包括以下步驟-通過對故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)進(jìn)行仿真，根據(jù)電力網(wǎng)絡(luò)的至少一部分的屬性，確定適當(dāng)?shù)奶囟ㄖ岛?或適當(dāng)?shù)念A(yù)定時間段；以及/或者-通過對故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)序列事件進(jìn)行仿真，根據(jù)要連接至電力網(wǎng)絡(luò)的饋送點的發(fā)電單元(2)的數(shù)目，確定適當(dāng)?shù)奶囟ㄖ岛?或適當(dāng)?shù)奶囟〞r間段。
9.轉(zhuǎn)換器(46)，包括檢測器(48)，其用于檢測電壓暫降；以及減小器(52)，其適于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的步驟。
10.發(fā)電單元(2)，包括根據(jù)權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)換器。
11.具有多個風(fēng)力渦輪機(2)的風(fēng)電場，其中，至少一個風(fēng)力渦輪機(2)包括根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)電單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于風(fēng)力渦輪機的故障穿越方法、轉(zhuǎn)換器和發(fā)電單元。所公開的故障穿越和/或故障后有功功率恢復(fù)控制方法包括以下步驟檢測傳輸電力的電力線上的電壓暫降；如果在電力線上檢測到電壓暫降，則將由發(fā)電單元在饋送點處饋入具有多個電力線的電力網(wǎng)絡(luò)中的有功電流和/或有功功率減小至特定值；以及當(dāng)對故障穿越進(jìn)行去激活時，使來自發(fā)電單元或多個單元的有功功率沿斜線回到優(yōu)化故障后功率值，其可以是特定優(yōu)化時間函數(shù)中的故障前的有功值。有功電流和/或有功功率的特定值取決于發(fā)電單元連接至的電力網(wǎng)絡(luò)的至少一部分的屬性，和/或有功電流和/或有功功率的特定值取決于連接至電力網(wǎng)絡(luò)的饋送點的發(fā)電單元的數(shù)目。
文檔編號F03D9/00GK102570496SQ20111040559
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者J.N.尼爾森, J.蒂斯泰德 申請人:西門子公司