用于控制發(fā)電機(jī)的方法和布置的制作方法
【專利說明】用于控制發(fā)電機(jī)的方法和布置
[0001] 本申請(qǐng)要求于2013年1月22日提交的第13382025. 8號(hào)歐洲專利申請(qǐng)和2013年 3月22日提交的第61/804, 567號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的權(quán)益。
[0002] 本發(fā)明設(shè)及發(fā)電機(jī)，更具體地，設(shè)及用于控制發(fā)電機(jī)的無功功率的方法和布置。
【背景技術(shù)】
[0003] 在電力產(chǎn)業(yè)，術(shù)語"電網(wǎng)"用于電力網(wǎng)絡(luò)，電力網(wǎng)絡(luò)包括電力生成、電力輸送和電力 分配。
[0004] 發(fā)電設(shè)施或發(fā)電場(chǎng)通常遠(yuǎn)離人口集中區(qū)域并通常極大W從規(guī)模經(jīng)濟(jì)中獲益。發(fā)電 場(chǎng)產(chǎn)生的電力被升到更高的電壓，并在該電壓處連接至輸電網(wǎng)。輸電網(wǎng)將產(chǎn)生的電力長(zhǎng)距 離運(yùn)輸，通常穿過鄉(xiāng)村，有時(shí)甚至橫越國(guó)際邊界，直至其抵達(dá)它的大規(guī)模顧客（通常為擁有 當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)的公司）。當(dāng)?shù)诌_(dá)變電所時(shí)，電力從傳輸電平電壓降到配送電平電壓。當(dāng)電力出 現(xiàn)在變電所時(shí)，其進(jìn)入配電線路。最終，當(dāng)電力到達(dá)供電場(chǎng)所時(shí)，再次從配電電壓降低到要 求的服務(wù)電壓。 陽〇化]典型地，發(fā)電場(chǎng)為位于同一場(chǎng)所的、用于生產(chǎn)電力的一組發(fā)電機(jī)。大的發(fā)電場(chǎng)可由 多個(gè)單個(gè)發(fā)電機(jī)組成，并可包括成百上千平方公里的擴(kuò)展面積。發(fā)電場(chǎng)的一個(gè)示例是包括 多個(gè)風(fēng)力滿輪機(jī)的風(fēng)電場(chǎng)。風(fēng)力滿輪機(jī)甚至于風(fēng)電場(chǎng)也可位于離岸位置并經(jīng)由水下輸電電 纜連接至電網(wǎng)。
[0006] 公用事業(yè)規(guī)模的風(fēng)電場(chǎng)必須具有至電網(wǎng)傳輸線的通路W運(yùn)輸能量。風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)者 將有義務(wù)在風(fēng)電場(chǎng)中安裝附加設(shè)備或控制系統(tǒng)W符合傳輸線經(jīng)營(yíng)者設(shè)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)樣 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)通常稱為"電網(wǎng)準(zhǔn)則"。
[0007] 在某個(gè)國(guó)家或地區(qū)特定的電網(wǎng)準(zhǔn)則中（如英國(guó)電網(wǎng)準(zhǔn)則），存在特殊的性能需求， 運(yùn)些需求需要被滿足W便電廠或電場(chǎng)被允許連接至電力網(wǎng)（或簡(jiǎn)稱"電網(wǎng)")。對(duì)于發(fā)電場(chǎng)， 在發(fā)電場(chǎng)的交接點(diǎn)處評(píng)估對(duì)連接要求的服從情況。具體對(duì)于發(fā)電場(chǎng)與電網(wǎng)之間的交接點(diǎn)， 用于相對(duì)于瞬變電壓控制連續(xù)動(dòng)作自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的連接要求可能非常嚴(yán)格。
[0008] 對(duì)于傳輸交接點(diǎn)（TransmissionInterface化int)電壓中的帶載階躍變化，可W 要求連續(xù)動(dòng)作自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)下列最低標(biāo)準(zhǔn)作出響應(yīng)：
[0009] (i)無功功率輸出響應(yīng)可被要求在施加階躍的預(yù)定的第一時(shí)間周期內(nèi)開始。在一 些電網(wǎng)準(zhǔn)則中，例如在英國(guó)電網(wǎng)準(zhǔn)則中，運(yùn)個(gè)預(yù)定的第一時(shí)間周期低至0.2秒。此外，無功 功率輸出響應(yīng)可被要求線性地前進(jìn)或不同于線性特性，只要在高達(dá)第二周期的任何時(shí)間下 輸送的MVAR秒為至少將產(chǎn)生于線性響應(yīng)的那些MVAR秒。在英國(guó)電網(wǎng)準(zhǔn)則中，第二周期周 期等于1秒。
[0010] (ii)對(duì)于足夠大的階躍，響應(yīng)可被要求為使得完整無功容量的第一百分比需要在 第S周期內(nèi)產(chǎn)生。就英國(guó)電網(wǎng)準(zhǔn)則而言，運(yùn)個(gè)百分比是90%并且第S周期等于1秒。
[0011] (iii)第四周期內(nèi)產(chǎn)生的無功功率輸出響應(yīng)的幅值可被要求與階躍變化的大小成 比例地線性變化。就英國(guó)電網(wǎng)準(zhǔn)則而言，第四周期等于1秒。
[0012] (iv)建立時(shí)間可被要求不大于從施加階躍起到第五周期。在英國(guó)電網(wǎng)準(zhǔn)則中，第 五周期等于2秒。
[0013] (V)無功功率的任何變化W及任何震蕩的峰峰幅值可被要求小于本次內(nèi)穩(wěn)態(tài)無功 功率的變化的第二百分比。在英國(guó)電網(wǎng)準(zhǔn)則中，第二百分比為5%。
[0014] 然而，在一些情況中，發(fā)電場(chǎng)的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)與局部發(fā)電機(jī)之間的通信可滯 后超過第一時(shí)間周期。對(duì)于通信可能具有不確定因素的海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，尤其是運(yùn)樣。結(jié) 果，死區(qū)時(shí)間可W是可變且長(zhǎng)的。因此，如果局部發(fā)電機(jī)等待來自發(fā)電場(chǎng)的自動(dòng)電壓控制 系統(tǒng)的命令或信號(hào)W作出反應(yīng)，那么來自風(fēng)電場(chǎng)控制器的無功功率需求可能遲到風(fēng)力發(fā)電 機(jī)并因此不能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)準(zhǔn)則要求。此外，當(dāng)在第一階段中使用就地控制并之后在幾毫秒后 切換到遠(yuǎn)程控制，突然的和不受控的反應(yīng)跳躍可引起風(fēng)電場(chǎng)的無功功率的不穩(wěn)定和極度震 蕩，運(yùn)違反電網(wǎng)準(zhǔn)則要求的電壓躍變要求。
[0015] 可能的技術(shù)方案會(huì)是改善發(fā)電場(chǎng)的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)與局部發(fā)電機(jī)控制器之間 通信基礎(chǔ)設(shè)施。然而，有些情況，諸如在海上風(fēng)電場(chǎng)，如此改善可能實(shí)現(xiàn)起來過于昂貴或甚 至在技術(shù)上存在過大挑戰(zhàn)，因?yàn)橥ㄐ啪€的大部分將需要位于水下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 需要控制發(fā)電機(jī)的方法和布置，所述方法和布置至少部分解決上述提及的問題。 本發(fā)明的目的是滿足運(yùn)個(gè)需求。
[0017] 在本發(fā)明的第一個(gè)方面中，公開了將發(fā)電機(jī)從初始無功功率狀態(tài)轉(zhuǎn)換到期望的無 功功率狀態(tài)的方法。發(fā)電機(jī)可屬于發(fā)電場(chǎng)。發(fā)電機(jī)可包括局部電壓控制器。發(fā)電場(chǎng)可具有 主無功功率控制器。初始和期望的無功功率狀態(tài)可W由主無功功率控制器確定。
[0018] 在本方法的第一步驟中，可在發(fā)電機(jī)處檢測(cè)高于第一預(yù)定闊值的絕對(duì)電壓變化。 在第二步驟中，進(jìn)行從初始無功功率狀態(tài)到第一無功功率狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。由發(fā)電機(jī)在第一無 功功率狀態(tài)期間產(chǎn)生的無功功率可W由局部電壓控制器響應(yīng)于檢測(cè)到的電壓變化來確定。 可W在發(fā)電機(jī)處接收一系列無功功率需求值，運(yùn)些值發(fā)送自主無功功率控制器。之后，當(dāng)接 受到的無功功率需求值與前次接受到的無功功率需求值之間的絕對(duì)差高于第二預(yù)定闊值 時(shí)，接收到的無功功率需求值可W被識(shí)別為觸發(fā)值。然后，在下一步中，當(dāng)檢測(cè)到觸發(fā)值時(shí)， 進(jìn)行向第二無功功率狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。由發(fā)電機(jī)在第二無功功率狀態(tài)期間的任何給定時(shí)刻產(chǎn)生 的無功功率可W由轉(zhuǎn)換控制器根據(jù)最后接收到的無功功率需求值與在前一時(shí)刻處的無功 功率值的計(jì)算。當(dāng)運(yùn)個(gè)計(jì)算滿足預(yù)定條件時(shí)，那么在下一個(gè)步驟，可進(jìn)行到期望的無功功率 狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。由發(fā)電機(jī)在期望的無功功率狀態(tài)期間產(chǎn)生的無功功率可基于由主無功功率控 制器發(fā)送的期望的無功功率需求值。
[0019] 所提方法的一個(gè)方面是，其可解決在通信不良的電場(chǎng)例如不需要通信基礎(chǔ)設(shè)施變 化（其可能特別昂貴）的風(fēng)電場(chǎng)中的電壓控制的死區(qū)時(shí)間問題，因此在遠(yuǎn)程發(fā)電場(chǎng)或離岸 風(fēng)電場(chǎng)中節(jié)約花費(fèi)。第三因?yàn)榭蒞不必知道死區(qū)時(shí)間值所W是穩(wěn)定的，死區(qū)時(shí)間對(duì)于每個(gè) 電壓階躍變化W及在每個(gè)發(fā)電機(jī)中都可能不同。轉(zhuǎn)換相對(duì)于接收自發(fā)電場(chǎng)的數(shù)值較差的數(shù) 據(jù)樣本是穩(wěn)定的。運(yùn)可能是因?yàn)殄e(cuò)誤的電網(wǎng)儀表電壓測(cè)量的情況。最后，局部無功功率控 制器（WT)和主無功功率控制器（W巧可W是平穩(wěn)的和累進(jìn)的，從而避免投入請(qǐng)求的無功功 率。運(yùn)可有助于實(shí)現(xiàn)任何電網(wǎng)需求。
[0020] 在一些實(shí)施方式中，向所述第一無功功率狀態(tài)的轉(zhuǎn)換可在預(yù)定的第一時(shí)間周期內(nèi) 開始。運(yùn)可w是特別重要的，因?yàn)橐恍╇娋W(wǎng)準(zhǔn)則要求在無功功率需求已經(jīng)從主無功功率控 制器發(fā)送后的運(yùn)個(gè)預(yù)定的第一時(shí)間周期內(nèi)采取動(dòng)作。因?yàn)檫\(yùn)個(gè)預(yù)定的第一時(shí)間周期可能比 無功功率需求到達(dá)發(fā)電機(jī)的時(shí)間短，在運(yùn)些情況中，發(fā)電機(jī)在第一個(gè)重要事件到達(dá)之前執(zhí) 行一些電抗性動(dòng)作是至關(guān)重要的。對(duì)于允許發(fā)電場(chǎng)連接至輸電網(wǎng)，運(yùn)個(gè)要求可能是決定性 的。就英國(guó)電網(wǎng)準(zhǔn)則來說，運(yùn)個(gè)預(yù)定的第一時(shí)間周期等于0. 2秒。
[0021] 在一些實(shí)施方式中，計(jì)算可包括計(jì)算一系列誤差值。每個(gè)誤差值可在接收到的無