專利名稱：風(fēng)力發(fā)電站與風(fēng)力發(fā)電站的運行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電站的運行方法，在所述方法中，風(fēng)力發(fā)電站所生產(chǎn)的電 能可以通過風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)輸送給一個變電站。電能被饋送給外部電網(wǎng)之前，會被轉(zhuǎn) 換成一種電壓，這種電壓比風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)的電壓高一個可選變壓比。另外，本發(fā)明還 涉及一種帶有變電站的風(fēng)力發(fā)電站，在所述變電站中，可以把風(fēng)力發(fā)電站生產(chǎn)的電能從風(fēng) 力發(fā)電站的內(nèi)部電網(wǎng)饋送給外部電網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電站包括一種分接開關(guān)與一個風(fēng)力發(fā)電站控 制器，所述分接開關(guān)用于調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)電壓與外部電網(wǎng)電壓之間的變壓比，所 述控制器用于給分接開關(guān)設(shè)定一個變壓比。
背景技術(shù)：
在風(fēng)力發(fā)電站中，由風(fēng)力發(fā)電機組生產(chǎn)的電能一般是通過一種中壓電網(wǎng)隨電壓 (例如20千伏)輸送給變電站的。要把電能輸送給外部電網(wǎng)(一般為高壓電網(wǎng))，需要利 用變壓器給電能加載一個電壓(例如110千伏)。如果高壓電網(wǎng)中的電壓發(fā)生了變化，那 么要通過如下方式保證中壓電網(wǎng)中的電壓保持穩(wěn)定，即，調(diào)整高壓與中壓之間的變壓比。在 現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開過這一點。眾所周知，在發(fā)電時，風(fēng)力發(fā)電機組主要取決于以下幾個方面，S卩，帶有規(guī)定電壓 的電能才能被輸送給風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)，其中，所述電壓只允許與額定電壓有輕微偏差。 如果電壓低于額定電壓，那么就會需要更高的電流才能輸出額定功率。而較高的電流會導(dǎo) 致增加風(fēng)力發(fā)電機組電器元件(發(fā)電機、電纜、變壓器等)的負荷。為了避免過載，在這種 情況下，在開始限制有效功率，首先一般會限制無功功率。如果與此相反，風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部 電網(wǎng)中的電壓高于額定電壓，那么同樣也會導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機組的各元件過載，例如變流器 過載。這種電壓也必須在一個較窄的頻帶內(nèi)在額定電壓上下波動，以便風(fēng)力發(fā)電機組在輸 出額定功率的同時又滿足無功功率的規(guī)定。即使當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機組在允許的范圍內(nèi)運行時， 如果在接近系統(tǒng)極限值的情況下運行，那么風(fēng)力發(fā)電機組的負荷也會上升。在系統(tǒng)極限值 邊緣運行也會降低風(fēng)力發(fā)電機組的使用壽命，從而導(dǎo)致維護成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本文開頭所述的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的任務(wù)在于，介紹一種風(fēng)力發(fā)電站的運行 方法以及一種風(fēng)力發(fā)電站，利用所述方法與風(fēng)力發(fā)電站可以降低風(fēng)力發(fā)電站風(fēng)力發(fā)電機組 的負荷。通過獨立權(quán)利要求所述的特征可以解決該任務(wù)。在從屬權(quán)利要求中描述了本發(fā)明 的有利實施方式。首先來解釋幾個概念。一個風(fēng)力發(fā)電站包括至少一臺風(fēng)力發(fā)電機組，但是一般會 包括多臺風(fēng)力發(fā)電機組，在所述風(fēng)力發(fā)電機組中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動能量會通過一個發(fā)電機轉(zhuǎn)化 成電能。通過一種風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)可以將電能輸送給一個變電站，在變電站將會給電 能加載更高的電壓，并饋送給外部電網(wǎng)。外部電網(wǎng)與風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)之間的電壓比值 就稱為變壓比。在本發(fā)明的框架下，變壓比是可以選擇的，并且可以分多步進行調(diào)節(jié)或進行無級調(diào)節(jié)。在現(xiàn)有技術(shù)中，分接開關(guān)是一種用于調(diào)整變壓比的工具。在大型供電網(wǎng)中，分接開 關(guān)可以用于調(diào)節(jié)高壓電網(wǎng)中的電壓，而同時又不會改變中壓電網(wǎng)中的電壓。關(guān)于風(fēng)力發(fā)電 機組，在專利WO 2006/120033 A2中已經(jīng)建議使用分接開關(guān)來轉(zhuǎn)化外部電網(wǎng)的無功功率設(shè) 定值。但是如果操作分接開關(guān)，那么風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)的電壓也會發(fā)生變化。各風(fēng)力發(fā) 電機組的控制器會通過如下方式均衡電壓變化，即，控制器要么提高無功功率的比例，要么 降低無功功率的比例。風(fēng)力發(fā)電機組的電負荷是電能流經(jīng)風(fēng)力發(fā)電機組各元件時引起的負荷。例如可 以根據(jù)實時視在功率(或者是視在電流)與最大可能的視在功率(或者是視在電流)測定 電負荷。例如根據(jù)發(fā)明所述，可以通過如下方式測定電負荷，S卩，觀察并檢測風(fēng)力發(fā)電機 組的工作點，看工作點離風(fēng)力發(fā)電機組系統(tǒng)邊緣的距離可以保持多大。如果在當(dāng)前工作點 上電壓過高，以至于要過調(diào)制變流器，那么就表示工作點的電負荷較高。相反，如果電壓過 低，以至于較高的電流會加熱風(fēng)力發(fā)電機組的各電器元件(如發(fā)電機、電纜、變壓器)，那 么同樣也會出現(xiàn)較高的電負荷。如果發(fā)現(xiàn)了較高的電負荷，那么根據(jù)本發(fā)明所述的方法可 以調(diào)節(jié)變壓比，從而使風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)中出現(xiàn)一個新的非常合適的電壓。風(fēng)力發(fā)電機 組可以利用新的電壓將生產(chǎn)的電能輸出，并由此而獲得一個新的具有較低電負荷的工作 點。這樣風(fēng)力發(fā)電機組的負荷就會降低。在一種有利的實施方式中，可以通過如下方式得出風(fēng)力發(fā)電機組的電負荷，S卩，將 在風(fēng)力發(fā)電機組中所生產(chǎn)的電能的電壓U和一種無功分量Q與U-Q特性曲線進行比較，其 中，無功分量要理解為一個總概念，其包括各種表現(xiàn)形式，如無功電流、無功功率、相位角 等等。U-Q特性曲線可以按照如下方式進行理解。風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)電機會生產(chǎn)出電壓較 低的電能，所述電壓大多數(shù)時候位于400伏至6千伏之間。在電能被輸送給風(fēng)力發(fā)電站內(nèi) 部電網(wǎng)之前，會利用一臺屬于風(fēng)力發(fā)電機組的變壓器將電能加載至20千伏的中壓。通過 風(fēng)力發(fā)電機組的變壓器既可以傳輸電能的有功分量，又可以傳輸電能的無功分量。已知變 壓器傳輸無功分量的能力取決于以何種電壓運行變壓器。在所允許電壓范圍的一端，風(fēng)力 發(fā)電機組可以毫無限制地產(chǎn)生電容無功分量(過激勵運行)，而在傳輸電感無功分量(欠 激勵運行)時，其會更快地靠近其系統(tǒng)邊緣。在所允許電壓范圍的另一端，風(fēng)力發(fā)電機組可 以產(chǎn)生很好的電感無功分量，而在傳輸電容無功分量時，其會更快地靠近其系統(tǒng)邊緣。在 專利DE 10 2008 018 748中詳細描述了這種關(guān)系。如果我們觀察根據(jù)這種理解推導(dǎo)出的 U-Q特性曲線，那么我們就會發(fā)現(xiàn)，與我們所期望的矩形(如果傳輸無功分量的能力在整個 允許的電壓范圍上相同的話)相比少了兩個角。這樣形成的U-Q特性曲線的形狀近似于一 個菱形。如果我們觀察風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)側(cè)的U-Q特性曲線，那么我們會發(fā)現(xiàn)，在電壓較 高時，饋送電容無功分量的能力就會降低，在電壓較低時，饋送電感無功分量的能力就會降 低。而在發(fā)電機側(cè)，正好相反。在本發(fā)明的框架下，優(yōu)選考慮風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)側(cè)的電壓 U，但是同樣也可以考慮發(fā)電機側(cè)的電壓。U-Q特性曲線會視風(fēng)力發(fā)電機組可以輸出多少功 率而變化。在有效功率較低時，饋送無功功率的比例較大。但是，U-Q特性曲線類似于菱形 的形狀會保持不變。如果我們選取一個由電壓U與無功分量Q定義的風(fēng)力發(fā)電機組工作點，并將其與U-Q特性曲線進行對比，那么當(dāng)工作點離U-Q特性曲線的所有邊緣都很遠時，就說明風(fēng)力發(fā) 電機組的電負荷較低。如果工作點靠近U-Q特性曲線的一個邊緣，那么電負荷就會變大。如 果工作點在與矩形相比缺少直角的地方靠近U-Q特性曲線的邊緣，那么這將是降低無功分 量Q的典型反應(yīng)，并且要容忍風(fēng)力發(fā)電機組不能再滿足無功功率設(shè)定值的要求。在本發(fā)明 的框架下，取而代之，可以通過調(diào)節(jié)變壓比的方式調(diào)整風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)的電壓。這樣， 風(fēng)力發(fā)電機組的工作點會離U-Q特性曲線的邊緣較遠，風(fēng)力發(fā)電機組的電負荷也會降低。 利用由此得出的間隙可以提高無功分量Q，從而再次滿足無功功率設(shè)定值的要求。不僅僅可以觀察工作點離U-Q特性曲線的距離，在特性曲線中，對于每個工作點 都可以看出，在需要的情況下其是否還可以提供額外的電容或電感無功分量。提供額外電 容或電感無功分量的能力稱為無功功率預(yù)留量。本發(fā)明的想法在于，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組的 工作點是否可以提供足夠的無功功率預(yù)留量來調(diào)整風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)電壓與外部電網(wǎng) 電壓之間的變壓比。一個風(fēng)力發(fā)電站一般包括多臺風(fēng)力發(fā)電機組。如果風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)電壓與外 部電網(wǎng)電壓之間的變壓比變化了，那么這涉及到的不是一臺單獨的風(fēng)力發(fā)電機組，而涉及 到風(fēng)力發(fā)電站的所有風(fēng)力發(fā)電機組。如果我們實施本發(fā)明所述的方法，那么當(dāng)在單臺風(fēng)力 發(fā)電機組中出現(xiàn)一個較高的電負荷時，變壓比已經(jīng)發(fā)生了變化，雖然這可以降低這臺風(fēng)力 發(fā)電機組的電負荷，但同時也可能會提高其它風(fēng)力發(fā)電機組的電負荷。優(yōu)選在風(fēng)力發(fā)電站 的多數(shù)或一定數(shù)量的風(fēng)力發(fā)電機組超過規(guī)定的極限值時才調(diào)節(jié)變壓比。用于調(diào)整變壓比的分接開關(guān)會遭受較高的磨損，并且只能經(jīng)受住有限的開關(guān)次 數(shù)。因此，只有當(dāng)對風(fēng)力發(fā)電機組進行減負所獲得的利益高于分接開關(guān)的磨損所造成的損 失時，才值得調(diào)節(jié)變壓比。例如通過如下方式就可達到這一點，即，只有滿足一個嚴(yán)格的條 件時，才會操作分接開關(guān)。條件可能是增加的電負荷必須在經(jīng)過規(guī)定的一段時間后(例 如一分鐘以上或十分鐘以上)才被報告。也可能是其它標(biāo)準(zhǔn)，即，整個風(fēng)力發(fā)電站不能再 提供所要求的無功功率，或者是超過了風(fēng)力發(fā)電機組的溫度極限。另外，分接開關(guān)的動作還 取決于，是否在一個過去的時間段內(nèi)(例如30分鐘、M小時或一個月)就已經(jīng)發(fā)生過一次 開關(guān)動作或一定次數(shù)的開關(guān)動作。特別是可以根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)做出是否操作分接開關(guān)的決定?？梢钥紤]一段時間內(nèi)的 電壓平均值，只有當(dāng)規(guī)定時間段內(nèi)的平均值位于規(guī)定的極限值之上時，才會操作分接開關(guān)。 這樣就可以避免，在短時電壓變化時操作分接開關(guān)。另外，也可以考慮風(fēng)力發(fā)電機組下一定 期維護之前的時間段。我們的出發(fā)點在于，兩次維護之間，分接開關(guān)只允許完成規(guī)定次數(shù)的 開關(guān)動作，這樣就可以在任何時候確定，在下一次維護之前還可以進行多少次開關(guān)動作。如 果離下一次維護之前的時間還長，但又沒有開關(guān)動作可用了，那么就要提高激發(fā)一次開關(guān) 動作的標(biāo)準(zhǔn)，反之亦然。另外，一次開關(guān)動作的激發(fā)也可以取決于一種成本效益的分析。根 據(jù)兩次維護之間的開關(guān)動作次數(shù)以及維護成本可以簡單地計算出每次開關(guān)動作的費用是 多少。同樣還可以利用如下信息，即，由于風(fēng)力發(fā)電機組較高的電負荷而需降低的功率饋送 會產(chǎn)生哪些費用。例如一次開關(guān)動作的費用為25歐元，而通過在15分鐘內(nèi)降低功率饋送 所產(chǎn)生的成本也為25歐元，如果風(fēng)力發(fā)電機組在15分鐘以上的時間段內(nèi)會以滿功率饋送 運行，而不是降低功率饋送的方式運行，那么一次開關(guān)過程在經(jīng)濟性上是比較有意義的。有 關(guān)操作分接開關(guān)的決定可以取決于以上一個或多個標(biāo)準(zhǔn)。在風(fēng)力發(fā)電站控制器中可設(shè)置一個可做作出決定的分析模塊。此外，還可以根據(jù)以下方式配置分析模塊，即，根據(jù)當(dāng)前的有 效功率輸出和/或電壓平均值和/或分接開關(guān)的狀態(tài)參數(shù)從多個U-Q特性曲線中選出一個 合適的U-Q特性曲線。如果風(fēng)力發(fā)電站風(fēng)力發(fā)電機組的電負荷非常高，而且工作點離所期望的區(qū)域也非 常遠，那么分接開關(guān)會在一次開關(guān)動作中將變壓比調(diào)節(jié)多個等級。相反，調(diào)節(jié)變壓比的前提條件不必強制是一個或多個風(fēng)力發(fā)電機組靠近其功率極 限。如果風(fēng)力發(fā)電機組離其系統(tǒng)極限值較遠，以至于不用達到系統(tǒng)極限就可以提高電壓，那 么可以出于降低電損失以及提高有效系數(shù)的目的提高電壓。如果變壓比更換了，并且風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)的電壓因此也改變了，那么風(fēng)力發(fā) 電機組的控制裝置也許會試圖反作用于電壓變化，并將電壓重新調(diào)至舊值上。在大多數(shù)情 況下，都不希望風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)生這種反應(yīng)。如果在更換變壓比時規(guī)定了電壓和/或無功 分量的新理論值，那么就可以避免這種反應(yīng)。因此要給風(fēng)力發(fā)電機組提供以下信息，即，風(fēng) 力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)中希望變化，并且不應(yīng)該對其進行反作用控制。在小于一個分接開關(guān)的范圍中，也可以通過采取有源或無源補償?shù)拇胧┯绊戯L(fēng)力 發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)的電壓水平。這種情況的例子有接通或斷開風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)的電 容。比較有意義的是，根據(jù)本發(fā)明所述的方法可以通過如下方式與補償裝置的控制聯(lián)系在 一起，即，首先通過風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部的補償進行較小的調(diào)整，當(dāng)需要較大的調(diào)整時才操作分 接開關(guān)。根據(jù)本發(fā)明所述的風(fēng)力發(fā)電站可以用于實施根據(jù)本發(fā)明所述的方法。其設(shè)置如 下風(fēng)力發(fā)電站控制裝置可以根據(jù)一臺風(fēng)力發(fā)電機組的電負荷給分接開關(guān)與設(shè)定變壓比。 通過設(shè)定一個合適的變壓比并由此而調(diào)整風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)中的電壓，那么就可以使風(fēng) 力發(fā)電站的風(fēng)力發(fā)電機組在一個風(fēng)力發(fā)電機組會承受較小負荷的工作點上運行。優(yōu)選設(shè)置一個特性曲線存儲器，在所述特性曲線存儲器中，可以存放一個不同于 矩形的U-Q特性曲線。根據(jù)U-Q特性曲線可以確定風(fēng)力發(fā)電機組所能承受的電負荷有多 高。此外，還可以直接在風(fēng)力發(fā)電機組中設(shè)置一個邏輯模塊，所述模塊可以將饋送到風(fēng)力發(fā) 電站內(nèi)部電網(wǎng)中的電能的電壓U和無功分量Q與U-Q特性曲線進行對比。如果對比結(jié)果是， 風(fēng)力發(fā)電機組承受的電負荷較高，那么會傳送一個相應(yīng)的信號給風(fēng)力發(fā)電站控制器。在風(fēng) 力發(fā)電站控制器中將會檢查，是否存在切換分接開關(guān)的條件。條件可能是，風(fēng)力發(fā)電站中超 過一臺或超過半數(shù)的風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)出了電負荷較高的信號。作為可選方法或補充方法，可以在風(fēng)力發(fā)電站控制器上安裝一個邏輯模塊，所述 邏輯模塊可以將風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)的電壓U和無功分量Q與U-Q特性曲線進行對比。各 種因素可能會導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)的電壓不是到處都相同。通向外部電網(wǎng)的變電站上 的電壓U與無功分量Q的值也不必一定要等于各風(fēng)力發(fā)電機組上的相應(yīng)值。但是可以根據(jù) 風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)中電壓U與無功分量Q的集中測量值推導(dǎo)出有關(guān)各風(fēng)力發(fā)電機組電負 荷的情況，并且可以規(guī)定為了調(diào)節(jié)變壓比而操作分接開關(guān)的條件。例如當(dāng)風(fēng)力發(fā)電站從外 部獲得一個新的無功功率設(shè)定值，并且已經(jīng)根據(jù)與U-Q特性曲線進行集中對比發(fā)現(xiàn)風(fēng)力發(fā) 電機組由于較高的電負荷而不能滿足新的無功功率設(shè)定值的要求，那么這時就應(yīng)該設(shè)置一 次分接開關(guān)的切換。分接開關(guān)可以單獨安裝或者在結(jié)構(gòu)上與變壓器連接在一起。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機組的工作點離所期望的工作點很遠時，為了快速做出反應(yīng)，可以這樣設(shè)置分接開關(guān)，即，在需要時， 分接開關(guān)可以在一個開關(guān)動作中完成多個開關(guān)等級。對于電壓的微調(diào)可以在風(fēng)力發(fā)電站內(nèi) 部電網(wǎng)中另外設(shè)置一個獨立于風(fēng)力發(fā)電機組的無功功率源，所述無功功率源可以被接通與 斷開。無功功率源也可以被控制或調(diào)節(jié)。也可以并聯(lián)多個由分接開關(guān)與變壓器組成的組合， 以便產(chǎn)生冗余?？梢栽O(shè)置，電能首先通過中繼線輸送給外部電網(wǎng)。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電站是一個海岸風(fēng)力 發(fā)電站時，并且電能是通過中繼線傳送給沿海地區(qū)時或者風(fēng)力發(fā)電站離公共供電網(wǎng)的下一 連接點很遠時，就可以考慮這種方式?？梢栽谥欣^線的第一端安裝一個第一分接開關(guān)，在中 繼線的第二端安裝一個第二分接開關(guān)，其中兩個分接開關(guān)可以通過風(fēng)力發(fā)電站控制器進行 控制或調(diào)節(jié)。因此，風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)中的電壓可以獨立于公共供電網(wǎng)中的電壓進行選 擇，也可以通過對兩個分接開關(guān)進行操作對整個中繼線上的電壓降進行反向控制。


下面將在參閱附圖的情況下根據(jù)有利的實施方式對本發(fā)明進行描述。其中圖1為一種本發(fā)明所述的風(fēng)力發(fā)電站；圖2為根據(jù)本發(fā)明所述風(fēng)力發(fā)電站的一個風(fēng)力發(fā)電機組的一個U-Q特性曲線；圖3，4為根據(jù)圖2所述U-Q特性曲線的風(fēng)力發(fā)電機組的示例工作點；圖5為一種可選的U-Q特性曲線。
具體實施例方式如圖1所述的風(fēng)力發(fā)電站包括多臺風(fēng)力發(fā)電機組10。每臺風(fēng)力發(fā)電機組10包括 一個轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動可以通過一個未示出的發(fā)電機轉(zhuǎn)化成電能。由發(fā)電機生產(chǎn)的具 有一定電壓(例如690伏)的電能在風(fēng)力發(fā)電機組10中就已經(jīng)被加載一種20千伏的中 壓。利用20千伏的電壓就可以把電能饋送給風(fēng)力發(fā)電站的內(nèi)部電網(wǎng)11中，并且通過風(fēng)力 發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)11輸送給變電站12。風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)11的一部分是以等效電路圖 15的方式表述的，以便說明它們各自都具有電感、電容與電阻的作用。在變電站12中，變壓 器配置有一個分接開關(guān)13，利用所述分接開關(guān)可以把電能從20千伏的中壓變成110千伏的 尚壓。在變電站12中，電能將被輸送給外部電網(wǎng)14。一般來說，外部電網(wǎng)是一種公共饋 電網(wǎng)，通過所述公共饋電網(wǎng)可以把電能分配給用戶。特別是在海岸風(fēng)力發(fā)電站中，在通過另 外一個位于中繼線另一端的分接開關(guān)把電能輸送到外部電網(wǎng)之前，首先會通過一個分接開 關(guān)把電能輸送給中繼線。在實施本發(fā)明所述方法時，可以設(shè)置兩個分接開關(guān)可相互協(xié)調(diào)地 完成開閉動作，其中對于本發(fā)明來說，兩種分接開關(guān)都視為屬于風(fēng)力發(fā)電站。這樣就可以分 離風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)11中的電壓與公共饋電網(wǎng)中的電壓，并且不用根據(jù)公共饋電網(wǎng)中 的電壓選擇風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)11中的電壓。另外還可以通過操作兩個分接開關(guān)之一防 止電壓變化，所述電壓變化只會出現(xiàn)在中繼線的一端。風(fēng)力發(fā)電站控制器20可以提供有關(guān)風(fēng)力發(fā)電站狀態(tài)的各種信息。信息包括風(fēng)力 發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)11中的實際電壓值與實際電流值、人為規(guī)定的電壓與無功功率值，以及有 關(guān)風(fēng)力發(fā)電機組10狀態(tài)的信息，其中電能應(yīng)該可以利用所述電壓與無功功率值一起饋送給外部電網(wǎng)14。風(fēng)力發(fā)電站控制器20處理這些信息，并由此計算出需要傳輸給風(fēng)力發(fā)電站 各元件的設(shè)定值。因此，分接開關(guān)13會收到一個有關(guān)變壓比的設(shè)定值。風(fēng)力發(fā)電機組10 會得到有關(guān)電壓與無功功率的設(shè)定值。圖2示出了一種U-Q特性曲線17，所述特性曲線示出了工作范圍，在所述工作范圍 內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機組10就可以將電能饋送給風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)11。在U-Q特性曲線17中， 在一根軸線上，以標(biāo)準(zhǔn)單位的形式給出電壓U，其中有一個值等于1. 00額定電壓。同樣，在 另外一根軸線上，以標(biāo)準(zhǔn)單位的形式給出了無功分量Q，其中，在Q = 0. 0時，電流與電壓同 相位。在Q = 0.0時，也只會傳輸有效功率，無功分量等于0。在Q值為正值時，會饋送電容 無功功率，在Q值為負值時，會饋送電感無功功率。如果風(fēng)力發(fā)電機組在0. 95至1. 06之間 的整個允許電壓范圍上可以提供相同大小的無功功率，那么U-Q特性曲線17就會形成一個 矩形。但是，如上所述，在電壓較低時，饋送電感無功功率的能力也會降低。相反，在電壓較 高時，饋送電容無功功率的能力就會降低。因此，與矩形相比，會缺少左下角與右上角，所以 特性曲線近似于菱形。如果我們測得風(fēng)力發(fā)電機組10在把電能饋送給風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)11時所帶的 電壓值U與無功分量Q，那么我們就可以在圖2的U-Q特性曲線17中標(biāo)出風(fēng)力發(fā)電機組10 的工作點。一般來說，位于U-Q特性曲線17中心的工作點說明風(fēng)力發(fā)電機組10的電負荷 較低。位于U-Q特性曲線17邊緣附件的工作點說明風(fēng)力發(fā)電機組10的電負荷較高。所示 附圖適用于較高或者正常的有效功率輸出。對于較低有效功率輸出的范圍，會形成另外一 種極限函數(shù)，在所述極限函數(shù)中，U-Q特性曲線的工作范圍會向左向右變大。在圖3所述的U-Q特性曲線中，標(biāo)出了風(fēng)力發(fā)電機組10的一個可能工作點16。電 壓U等于1. 04倍額定電壓，其饋送了很多電容無功功率，以至于工作點直接位于U-Q特性 曲線的邊緣。如果風(fēng)力發(fā)電機組10馬上提供所要求的無功功率，那么工作點16就會保持 不變。在另外一種情況中，風(fēng)力發(fā)電機組10本身必須提供更多的無功功率，才能滿足無 功功率設(shè)定值，但是由于較高的電負荷，所以它不能這樣做。提供無功功率分量會導(dǎo)致一個 工作點位于U-Q特性曲線之外，也就是說會導(dǎo)致位于所允許的范圍之外。在這種情況下，風(fēng) 力發(fā)電機組會向風(fēng)力發(fā)電站控制器20發(fā)出電負荷較高的信息。根據(jù)本發(fā)明所述的方法，風(fēng) 力發(fā)電站控制器20會操作分接開關(guān)13—個檔位，以便降低風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)11中的電 壓。工作點16就會變成工作點16a。風(fēng)力發(fā)電站控制器會確定，風(fēng)力發(fā)電機組在工作點16a上的電負荷相對于風(fēng)力發(fā) 電機組在工作點16上的電負荷有所降低。如果工作點16a上的電容無功功率不夠，那么風(fēng) 力發(fā)電站控制器會調(diào)整至工作點24。在工作點M上，風(fēng)力發(fā)電機組與工作點16的狀態(tài)也 不一樣，其可以滿足提高電容無功功率的要求。同時，工作點M上的電負荷也會低于工作 點16上的電負荷，因為工作點M離U-Q特性曲線的邊緣還有一定距離。通過本發(fā)明所述 的方法操作分接開關(guān)13，可以首先移動風(fēng)力發(fā)電機組的工作點，從而降低電負荷。利用由此 得出的一部分間隙可以饋送更多的電容無功功率。在圖4所示的工作點18中，電壓U等于額定電壓的98%，電感無功功率將會被饋 送入風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)11中。如果無功功率的設(shè)定值發(fā)生了如下變化，即，風(fēng)力發(fā)電機 組10應(yīng)該比之前饋送少一點的電感無功功率，那么風(fēng)力發(fā)電機組就完全可以滿足該設(shè)定值。風(fēng)力發(fā)電站控制器將會如箭頭19所示，將工作點18向右移動。這樣就可以在任何時 候把饋送的無功功率降低至軸Q = 0. 0。相反，如果需要更多的電感無功功率，那么風(fēng)力發(fā)電站控制器必須將工作點18繼 續(xù)向左移動。在一定范圍內(nèi)可以這樣做，因為工作點18離U-Q特性曲線的邊緣還有一定距 離。工作點18與U-Q特性曲線邊緣之間的距離21表明風(fēng)力發(fā)電機組在工作點18上還擁 有的無功功率預(yù)留量。如果無功功率預(yù)留量太低，而不能滿足所期望的電感無功功率設(shè)定 值，那么設(shè)備將會發(fā)出相應(yīng)的信號給風(fēng)力發(fā)電站控制器20。在圖1所述的風(fēng)力發(fā)電站中，在每臺風(fēng)力發(fā)電機組10中都儲存有一個U-Q特性曲 線17。如果風(fēng)力發(fā)電機組10根據(jù)U-Q特性曲線17發(fā)現(xiàn)電負荷有所增加，那么風(fēng)力發(fā)電站 控制器20就會通過數(shù)據(jù)線22從每臺風(fēng)力發(fā)電機組10中獲取信號。因為分接開關(guān)13會遭 受較大的磨損，因此應(yīng)該避免開關(guān)動作次數(shù)過多，在根據(jù)本發(fā)明所述的方法中，如果只有一 個單獨的風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)現(xiàn)電負荷增加，那么不會立即操作分接開關(guān)13。更確切地說，要給 風(fēng)力發(fā)電站控制器20設(shè)置合適的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)所述標(biāo)準(zhǔn)可以決定，降低風(fēng)力發(fā)電機組10的電 負荷所節(jié)約的成本是否大于分接開關(guān)13的磨損所造成的損失。圖1所述的風(fēng)力發(fā)電站包括5臺風(fēng)力發(fā)電機組10。例如只有當(dāng)風(fēng)力發(fā)電站控制 器20從5臺風(fēng)力發(fā)電機組中的3臺設(shè)備上收到電負荷增加的信號時，才會操作一次分接開 關(guān)13。也可以選擇當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機組中的兩臺設(shè)備出現(xiàn)如下情況時才操作分接開關(guān)13，即， 它們在當(dāng)前工作點上相距太遠而無法滿足無功功率設(shè)定值的要求。風(fēng)力發(fā)電站控制器20 可以通過如下方式推導(dǎo)出其它標(biāo)準(zhǔn)，即，它們可以把風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)11中的電壓與無 功功率的實際值與存儲在風(fēng)力發(fā)電站控制器20中的U-Q特性曲線17進行對比。如果風(fēng)力發(fā)電站控制器20得出結(jié)果表明要操作分接開關(guān)13，那么控制器將會給 分接開關(guān)13發(fā)送一個相應(yīng)的設(shè)定值。通過操作分接開關(guān)13可以調(diào)整外部電網(wǎng)14與風(fēng)力 發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)11之間電壓的變壓比。風(fēng)力發(fā)電站控制器20在把命令傳輸給分接開關(guān)13 的同時，還會給風(fēng)力發(fā)電機組10傳輸新的電壓和/或無功功率理論值，以便告知風(fēng)力發(fā)電 機組有關(guān)風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)中所期望變化的信息。否則，風(fēng)力發(fā)電機組10的控制器將會 試圖反向控制變化。在圖5中示出了另外一種U-Q特性曲線，所述特性曲線可以做出分級反應(yīng)。如果 工作點處于用實線限制起來的U-Q特性曲線內(nèi)部區(qū)域25中，那么就說明風(fēng)力發(fā)電機組的電 負荷較低，無需采取措施降低電負荷。如果工作點處于U-Q特性曲線的外圍區(qū)域23中，那 么雖然風(fēng)力發(fā)電機組的電負荷被提高了，但是還沒有達到需要立即發(fā)生反應(yīng)的那么高。讓 風(fēng)力發(fā)電機組以這個工作點運行較短的時間。經(jīng)過十多分鐘后，如果工作點還不能返回到 內(nèi)部區(qū)域25中，那么就開始操作分接開關(guān)13。相反，如果工作點處于外部區(qū)域23之外，那 么就表示風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)生了電過載，應(yīng)該立即操作分接開關(guān)13。在一種可選實施方式中，如果工作點處于U-Q特性曲線的內(nèi)部區(qū)域25中，那么就 不用操作分接開關(guān)13。如果工作點處于U-Q特性曲線的外部區(qū)域23中，分接開關(guān)13會被 操作一個等級。如果工作點位于外部區(qū)域23之外時，分接開關(guān)13在一個開關(guān)過程中會被 操作兩個等級。在所有情況下，根據(jù)本發(fā)明所述的方法都可以降低風(fēng)力發(fā)電機組的電負荷。
10
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電站的運行方法，在所述方法中，風(fēng)力發(fā)電站所生產(chǎn)的電能可以通過風(fēng) 力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)(11)輸送給一個變電站(12)，并且在所述方法中，電能被饋送給外部電 網(wǎng)(14)之前，會被轉(zhuǎn)換成一種電壓，這種電壓比風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)(11)的電壓高一個可 選變壓比，所述方法包括以下步驟a.確定風(fēng)力發(fā)電站一臺風(fēng)力發(fā)電機組(10)的電負荷；并b.根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組(10)的電負荷調(diào)節(jié)變壓比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電站的運行方法，其特征在于，通過將在風(fēng)力發(fā)電機 組(10)中所生產(chǎn)的電能的電壓U和無功分量Q與U-Q特性曲線進行對比，可以確定風(fēng)力發(fā) 電機組(10)的電負荷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電站的運行方法，其特征在于，根據(jù)U-Q特性曲線可以 確定風(fēng)力發(fā)電機組(10)的無功功率預(yù)留量01)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項權(quán)利要求所述的風(fēng)力發(fā)電站的運行方法，其特征在于， 只有當(dāng)風(fēng)力發(fā)電站多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機組(10)中的電負荷超過一個規(guī)定的極限值時，才會調(diào) 節(jié)變壓比。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項權(quán)利要求所述的風(fēng)力發(fā)電站的運行方法，其特征在于， 在調(diào)節(jié)變壓比時，會給風(fēng)力發(fā)電站的風(fēng)力發(fā)電機組(10)設(shè)定電壓和/或無功分量的新理論值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項權(quán)利要求所述的風(fēng)力發(fā)電站的運行方法，其特征在于， 通過接通與斷開一臺風(fēng)力發(fā)電機組(10)可以獨立于無功功率源對于風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng) (11)中電壓水平進行微調(diào)。
7.一種風(fēng)力發(fā)電站，包括變電站(12)，在所述變電站中，可以把風(fēng)力發(fā)電站生產(chǎn)的電 能從風(fēng)力發(fā)電站的內(nèi)部電網(wǎng)(11)饋送給外部電網(wǎng)(14)，所述風(fēng)力發(fā)電站還包括一種分接 開關(guān)(13)與一個風(fēng)力發(fā)電站控制器(20)，所述分接開關(guān)用于調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng) (11)電壓與外部電網(wǎng)(14)電壓之間的變壓比，所述控制器用于給分接開關(guān)設(shè)定一個變壓 比，其特征在于，風(fēng)力發(fā)電站控制器00)可以根據(jù)風(fēng)力發(fā)電站的風(fēng)力發(fā)電機組(10)的電負 荷給分接開關(guān)(1 設(shè)定變壓比。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力發(fā)電站，其特征在于，可以設(shè)定一個特性曲線，并且可以 在特性曲線存儲器中存放一個U-Q特性曲線(17)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)力發(fā)電站，其特征在于，風(fēng)力發(fā)電站的風(fēng)力發(fā)電機組(10) 具有一個邏輯模塊，所述邏輯模塊可以將由風(fēng)力發(fā)電機組所輸出電能的電壓U和無功分量 Q與U-Q特性曲線(17)進行對比。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9中任一項權(quán)利要求所述的風(fēng)力發(fā)電站，其特征在于，風(fēng)力發(fā)電 站控制器00)具有一個邏輯模塊，所述邏輯模塊可以將風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)的電壓U和無 功分量Q與U-Q特性曲線(17)進行對比。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項權(quán)利要求所述的風(fēng)力發(fā)電站，其特征在于，風(fēng)力發(fā)電 站控制器00)具有一個分析模塊，所述分析模塊可以根據(jù)實時有效功率輸出和/或電壓平 均值和/或分接開關(guān)(13)的狀態(tài)參數(shù)決定是否切換分接開關(guān)(13)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項權(quán)利要求所述的風(fēng)力發(fā)電站，其特征在于，分接開關(guān) (13)可以在一個開關(guān)動作中可以切換多個開關(guān)等級。
13.根據(jù)權(quán)利要求7至12中任一項權(quán)利要求所述的風(fēng)力發(fā)電站，其特征在于，要在風(fēng)力 發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)中額外設(shè)置一個獨立于風(fēng)力發(fā)電機組(10)的無功功率源用于影響電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求7至13中任一項權(quán)利要求所述的風(fēng)力發(fā)電站，其特征在于，電能可以 通過中繼線輸送給外部電網(wǎng)(14)，其中可以在中繼線的第一端安裝一個第一分接開關(guān)，在 中繼線的第二端安裝一個第二分接開關(guān)，其中兩個分接開關(guān)可以通過風(fēng)力發(fā)電站控制器進 行控制或調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電站的運行方法，在所述方法中，風(fēng)力發(fā)電站所生產(chǎn)的電能可以通過風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)(11)輸送給一個變電站(12)。電能被饋送給外部電網(wǎng)(14)之前，會被轉(zhuǎn)換成一種電壓，這種電壓比風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)(11)的電壓高一個可選變壓比。根據(jù)發(fā)明可以確定風(fēng)力發(fā)電站風(fēng)力發(fā)電機組(10)的電負荷，并且可以根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組(10)的電負荷調(diào)節(jié)變壓比。另外，本發(fā)明還涉及一種可以實施本發(fā)明所述方法的風(fēng)力發(fā)電站。根據(jù)發(fā)明所述，其可以影響風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)部電網(wǎng)(11)中的電壓，從而使風(fēng)力發(fā)電機組(10)承受較低的電負荷。
文檔編號H02J3/18GK102074969SQ20091022382
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月23日
發(fā)明者延斯·福特曼, 弗里德里?！た坪?申請人:瑞能系統(tǒng)股份公司