專利名稱：緩和公共耦合點(diǎn)處的三相電流的電氣不平衡的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將已經(jīng)由包括多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)的風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)生成的電功率從風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)傳輸至電カ網(wǎng)的技術(shù)領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及ー種用于緩和位于包括多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)的風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)與電カ網(wǎng)之間的公共耦合點(diǎn)處的三相電流的電氣不平衡的系統(tǒng)和方法。此夕卜，本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)程序，其被配置為控制上述電氣不平衡緩和方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)カ渦輪機(jī)用于以清潔且高效的方式將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能。在風(fēng)カ渦輪機(jī)中，包括轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子直接地或利用變速箱驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。在發(fā)電機(jī)的定子端子處逐漸形成的交流電(AC)頻率與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度成正比。定子端子處的電壓還作為發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的函數(shù)而變化。對(duì)于最優(yōu)能量捕獲，該旋轉(zhuǎn)速度根據(jù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)速而變化。為了限制高風(fēng)速下的能量捕獲并避免對(duì)轉(zhuǎn)子的損壞，通過更改轉(zhuǎn)子葉片的螺距角來控制發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。 典型地，功率轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)將發(fā)電機(jī)的可變電壓和頻率適配至電カ網(wǎng)的額定固定電壓和頻率。典型地，功率轉(zhuǎn)換器包括發(fā)電機(jī)橋，該發(fā)電機(jī)橋在正常操作中作為有源整流器進(jìn)行操作以給直流(DC)鏈路供電。發(fā)電機(jī)橋可以具有任何合適的拓?fù)?，其中，使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)策略來完全控制和調(diào)節(jié)一系列半導(dǎo)體功率開關(guān)設(shè)備。典型地，功率轉(zhuǎn)換器包括兩個(gè)網(wǎng)橋，其中，第一網(wǎng)橋?qū)⒂砂l(fā)電機(jī)提供的AC功率信號(hào)轉(zhuǎn)換為DC功率信號(hào)，并且第二網(wǎng)橋?qū)⒃揇C功率信號(hào)轉(zhuǎn)換為AC功率信號(hào)，這在電壓、頻率和相位角上與電カ網(wǎng)相匹配。WO 2010/018424 Al公開了ー種控制功率轉(zhuǎn)換器以將有功功率的量和無功功率的量遞送至三相電カ網(wǎng)的方法。該方法包括提供在PWM模式中操作的風(fēng)カ多相發(fā)電機(jī)和AC-AC轉(zhuǎn)換器。AC-AC轉(zhuǎn)換器具有與三相發(fā)電機(jī)連接的轉(zhuǎn)換器輸入端子集合以及經(jīng)由轉(zhuǎn)換器阻抗與三相電網(wǎng)的電網(wǎng)輸入端子集合連接的轉(zhuǎn)換器輸出端子集合。該方法還包括提供控制單元，該控制単元包括用于測(cè)量電流和電壓的測(cè)量單元以及運(yùn)行用于生成電流參考值的控制算法的微控制器。測(cè)量單元測(cè)量轉(zhuǎn)換器輸出端子和/或電カ網(wǎng)輸入端子上的電流和/或電壓。AC-AC轉(zhuǎn)換器將電網(wǎng)輸入端子上的電流調(diào)節(jié)為使得其與電流參考值相對(duì)應(yīng)。EP I 995 863 A2公開了ー種控制可以用于與供電網(wǎng)或電カ網(wǎng)進(jìn)行接ロ連接的多個(gè)功率轉(zhuǎn)換器的方法。每個(gè)功率轉(zhuǎn)換器包括根據(jù)PWM策略而操作的網(wǎng)橋，其具有相同的開關(guān)時(shí)段并引起電カ網(wǎng)的電壓中的至少ー個(gè)不需要的諧波。該方法包括以下步驟給每個(gè)網(wǎng)橋的PWM策略的開關(guān)時(shí)段提供相對(duì)于時(shí)間數(shù)據(jù)的不同時(shí)間偏移，以使得至少部分地消除供電網(wǎng)電壓中的至少ー個(gè)不需要的諧波。風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)或風(fēng)電場(chǎng)(也被稱作風(fēng)カ發(fā)電廠)是關(guān)于彼此緊密鄰近安裝的ー批幾十個(gè)或幾百個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)。在風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)內(nèi)，在公共集電總線(母線)(在下文中也被稱為公共耦合點(diǎn)(PCC))處聚集由各種(various)風(fēng)カ渦輪機(jī)生成的電功率。風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)通常位于距電カ網(wǎng)若干英里的鄉(xiāng)村地方。因此，必須使用電功率傳輸鏈路，以便將PCC與電カ網(wǎng)的子站相連接。這通常產(chǎn)生PCC處的“弱”電網(wǎng)。在PCC處，例如由電カ網(wǎng)的非対稱負(fù)載引起的電カ網(wǎng)中的擾動(dòng)將被視為不平衡，其中，在示出每個(gè)相位的相位角和量值的電矢量圖中，相位偏移和量值在擾動(dòng)期間不相等。對(duì)于平衡系統(tǒng)，電壓矢量的量值彼此相等，并且不同相位之間的相位偏移是120°。對(duì)于不平衡系統(tǒng)，量值不相等，相位偏移也不相等。在電カエ程中，通過疊加對(duì)稱分量來處理不平衡系統(tǒng)是慣例。這意味著不平衡系統(tǒng)被組合至正序列、負(fù)序列和零序列中。正序列表示平衡系統(tǒng)的矢量圖，其中，矢量沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。負(fù)序列表示平衡系統(tǒng)的矢量圖，其中，矢量也沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。零序列僅表示也沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的單個(gè)矢量。 對(duì)于平衡系統(tǒng)，僅存在正序列。負(fù)序列將僅在ー些不平衡的情況下才顯露。零序列的存在是對(duì)電氣網(wǎng)絡(luò)中的故障的指示。對(duì)于典型的風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)應(yīng)用，正序列矢量可以具有例如132 kV的幅度。典型地，負(fù)序列矢量具有例如150 V至200 V的幅度。當(dāng)然，理想情況將是負(fù)序列矢量具有O V的幅度的情況，但這在現(xiàn)實(shí)中是極其不可能的。 可能存在使包括風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)和電カ網(wǎng)的電氣系統(tǒng)平衡的需要，以便得到更好的電
壓質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
這種需要可以被根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求所述的主題滿足。本發(fā)明的有利實(shí)施例由從屬權(quán)利要求描述。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了ー種用于緩和位于包括多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)的風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)與電カ網(wǎng)之間的公共耦合點(diǎn)處的三相電流的電氣不平衡的系統(tǒng)。所提供的系統(tǒng)包括(a)測(cè)量設(shè)備，其用于測(cè)量所述公共耦合點(diǎn)處的電氣不平衡并用于提供指示所測(cè)量到的電氣不平衡的測(cè)量信號(hào)；以及(b)中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器，其用于控制所述多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)的操作，其中，所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器耦合至所述測(cè)量設(shè)備，并且，其中響應(yīng)于所述測(cè)量信號(hào)，所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器被配置為提供用于緩和所述公共耦合點(diǎn)處的電氣不平衡的控制信號(hào)。所描述的電氣不平衡緩和系統(tǒng)基于以下思想用于協(xié)調(diào)所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)的多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的操作的中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器還可以用于相應(yīng)地控制電氣平衡，以便緩和所述公共耦合點(diǎn)(PCC)處的電氣不平衡。通過與用于結(jié)合風(fēng)カ渦輪機(jī)緩和電氣不平衡的已知技術(shù)相比，在被分配給ー個(gè)或多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)的端子處不執(zhí)行不平衡測(cè)量。根據(jù)本發(fā)明，直接在PCC處進(jìn)行不平衡測(cè)量。在本文檔中，術(shù)語PCC可以具體表示風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)的電氣節(jié)點(diǎn)，在所述電氣節(jié)點(diǎn)處，將聚集由風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)的各種風(fēng)カ渦輪機(jī)生成的電氣功率。PCC可能是利用與多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)中的每ー個(gè)相連接的公共集電總線(母線)來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述測(cè)量信號(hào)是由所述公共耦合點(diǎn)處的三相電流的電壓信號(hào)的負(fù)序列的幅度和正序列的幅度之間的比給出的電壓不平衡因子。如上文已經(jīng)提到的那樣，在這一點(diǎn)上，正序列和負(fù)序列是公共耦合點(diǎn)處的不平衡電壓信號(hào)的對(duì)稱(平衡)分量。具體地，正序列表示平衡系統(tǒng)的矢量圖，其中，矢量沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，并且，負(fù)序列表示平衡系統(tǒng)的矢量圖，其中，矢量也沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。
以描述性的方式來說，PCC處的電壓不平衡因子(VUF)由測(cè)量設(shè)備確定，并且VUF被轉(zhuǎn)發(fā)至中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器?；赩UF，中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器使各風(fēng)カ渦輪機(jī)中的至少ー些風(fēng)カ渦輪機(jī)和/或電氣不平衡補(bǔ)償單元以使得至少近似地減小PCC處的電氣不平衡的這種方式進(jìn)行操作。以下等式(I)示出對(duì)VUF的數(shù)學(xué)定義
ν v VUF = . ~(I)
從而，\v-\是負(fù)序列電壓幅度(的絕對(duì)值)，并且IドI是正序列電壓幅度(的絕對(duì)值)。在這一點(diǎn)上需要提到，完美平衡的電氣系統(tǒng)將不具有負(fù)序列(I Γ|=0)，并且因此VUF=O。對(duì)于風(fēng)カ渦輪機(jī)應(yīng)用，VUF的典型值處于1%至2%的范圍內(nèi)。需要提到，在所描述的實(shí)施例中，在中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器中結(jié)合有負(fù)序列控制器。這具有以下優(yōu)勢(shì)除了所描述的測(cè)量設(shè)備以外，不必要進(jìn)行進(jìn)一歩的實(shí)驗(yàn)努力以便完成不平衡緩和。因此，為了以協(xié)調(diào)的方式操作多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)而無論如何都必要的中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器可以用于有效地減小PCC處的電氣不平衡。因此，(a)可以改進(jìn)PCC處的電壓質(zhì)量；(b)可以減小由電氣不平衡引起的PCC處的諧波擾動(dòng)；和/或(c)可以最小化由這種諧波引起的附加功率損耗。根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施例，中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器被配置為確定所測(cè)量到的電壓不平衡因子與預(yù)定義參考電壓不平衡因子之間的差值。此外，中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器包括控制單元，所述控制単元被配置為處理所確定的差值并輸出負(fù)序列電壓補(bǔ)償信號(hào)，所述負(fù)序列電壓補(bǔ)償信號(hào)用于緩和公共耦合點(diǎn)處的電氣不平衡。以描述性的方式來說，中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器的控制單元被配置為對(duì)所測(cè)量到的VUF起作用。在中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器中設(shè)置表示VUF的參考值的預(yù)定義參考電壓不平衡因子。將所測(cè)量到的VUF與該參考值(即，被設(shè)置為O. 02或O. 03)進(jìn)行比較，并通過控制單元來饋送所測(cè)量到的VUF，該控制単元在其輸出端處提供負(fù)序列電壓補(bǔ)償信號(hào)。為了完成對(duì)公共耦合點(diǎn)處的電氣不平衡的所期望的緩和，可以將該信號(hào)注入或添加至所謂的相量電壓，該相量電壓被轉(zhuǎn)發(fā)至多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)中的至少ー些風(fēng)カ渦輪機(jī)的功率轉(zhuǎn)換器。在這一點(diǎn)上，相量電壓是被相應(yīng)功率轉(zhuǎn)換器使用以改變相應(yīng)功率轉(zhuǎn)換器的三相電流的每個(gè)相之間的相位偏移的信號(hào)。自然地，這種相位偏移改變將對(duì)公共耦合點(diǎn)處的電氣(不)平衡有影響。備選地或相結(jié)合地，還可以將負(fù)序列電壓補(bǔ)償信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至電氣不平衡補(bǔ)償單元。響應(yīng)于負(fù)序列電壓補(bǔ)償信號(hào)，電氣不平衡補(bǔ)償單元可以將調(diào)整電流注入至PCC處的三相電流的各種相，以使得至少近似地減小PCC處的電氣不平衡。根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施例，所述控制單元包括(a)比例(P)控制電路；(b)比例微分(PD)控制電路；(c)比例積分微分(PID)控制電路；和/或(d)超前/滯后控制電路。這可以提供以下優(yōu)勢(shì)所述控制単元可以由對(duì)所測(cè)量到的VUF與預(yù)定義參考VUF之間的差起作用的已知且完好建立的控制電路來實(shí)現(xiàn)。在這一點(diǎn)上需要提到，超前/滯后控制電路以已知的方式依賴于以下傳遞函數(shù)該傳遞函數(shù)被重新布置為使得從涉及輸入的項(xiàng)之和以及輸入和輸出的積分的方面表達(dá)超前/滯后控制電路的輸出。根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施例，由所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器提供的控制信號(hào)是用于所述多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)中的至少ー些風(fēng)カ渦輪機(jī)的功率轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償信號(hào)。這可能意味著所述控制信號(hào)是所謂的相量電壓信號(hào)，所述相量電壓信號(hào)由中央控制單元提供給相應(yīng)的風(fēng)力渦輪機(jī)功率轉(zhuǎn)換器，以便(a)改變相應(yīng)風(fēng)カ渦輪機(jī)功率轉(zhuǎn)換器的輸出端處的相應(yīng)三相電流的至少ー個(gè)相的相位值；和/或(b)改變相應(yīng)風(fēng)カ渦輪機(jī)功率轉(zhuǎn)換器的輸出端處的三相電流的各個(gè)相之間的偏移。自然地，這種相位值改變和/或相位偏移改變將對(duì)PCC處的電氣(不)平衡有影響。根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施例，所述系統(tǒng)還包括電氣不平衡補(bǔ)償單元，其耦合至中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器，并響應(yīng)于由中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器提供的控制信號(hào)，被配置為將調(diào)整電流注入至所述公共連接點(diǎn)處的三相電流的各種相。 所描述的電氣不平衡補(bǔ)償單元可以是與PCC緊密鄰近地安裝的。該電氣不平衡補(bǔ)償單元從中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器接收控制信號(hào)，并以緩和PCC處的電氣不平衡的這種方式來調(diào)整所注入的負(fù)序列電流。根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施例，所述系統(tǒng)還包括變壓器，其連接在所述公共耦合點(diǎn)與功率傳輸鏈路之間，所述功率傳輸鏈路將所述變壓器與電カ網(wǎng)的子站相連接。這可以提供以下優(yōu)勢(shì)可以以下面這種方式來改變或適配PCC處的電壓，所述方式為可以完成經(jīng)由功率傳輸鏈路的有效功率傳輸。優(yōu)選地，所述變壓器是電壓升壓變壓器，其從PCC接收特定電壓電平并將提高的電壓電平提供給功率傳輸鏈路。這可以提供以下優(yōu)勢(shì)可以降低功率傳輸鏈路內(nèi)的功率損耗。根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施例，所述測(cè)量設(shè)備連接在所述公共耦合點(diǎn)與所述變壓器之間。這可以提供以下優(yōu)勢(shì)可以從PCC直接精確地測(cè)量無摻雜的(unadulterated)電壓信號(hào)及其不平衡的程度，這在長的功率傳輸鏈路線纜的情況下具體表示風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)與電カ網(wǎng)的子站之間的功率連接的關(guān)鍵的“弱點(diǎn)”。根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施例，所述測(cè)量設(shè)備連接在所述變壓器與所述功率傳輸鏈路之間。在升壓變壓器的情況下，這意味著所述測(cè)量設(shè)備位于所述變壓器的更高電壓側(cè)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了ー種用于緩和位于包括多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)的風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)與電カ網(wǎng)之間的公共耦合點(diǎn)處的三相電流的電氣不平衡的方法。所提供的方法包括(a)利用測(cè)量設(shè)備來測(cè)量所述公共耦合點(diǎn)處的電氣不平衡；(b)將指示所測(cè)量到的電氣不平衡的測(cè)量信號(hào)從所述測(cè)量設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)至中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器，所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器適于控制所述多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)的操作；以及(C)由所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器響應(yīng)于所述測(cè)量信號(hào)，提供用于緩和所述公共耦合點(diǎn)處的電氣不平衡的控制信號(hào)。此外，所描述的電氣不平衡緩和系統(tǒng)基于以下思想用于協(xié)調(diào)所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)的多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)的操作的中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器還可以用于控制PCC處的電氣平衡。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了ー種用于緩和位于包括多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)的風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)與電カ網(wǎng)之間的公共耦合點(diǎn)處的三相電流的電氣不平衡的計(jì)算機(jī)程序。所述計(jì)算機(jī)程序在由數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行時(shí)適于控制和/或執(zhí)行上述方法，該方法用于緩和位于包括多個(gè)風(fēng) 力渦輪機(jī)的風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)與電カ網(wǎng)之間的公共耦合點(diǎn)處的三相電流的電氣不平衡。如這里所使用的那樣，對(duì)計(jì)算機(jī)程序的引用意在等效于與對(duì)程序元件和/或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的引用，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包含用于控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以協(xié)調(diào)對(duì)上述方法的執(zhí)行的指令?？梢砸匀魏魏线m的編程語言(諸如例如，JAVA、C++)將所述計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)為計(jì)算機(jī)可讀指令代碼，并可以將所述計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(可移動(dòng)磁盤、易失性或非易失性存儲(chǔ)器、嵌入式存儲(chǔ)器/處理器等)上。該指令代碼可操作用于將計(jì)算機(jī)或任何其他可編程設(shè)備編程為執(zhí)行所預(yù)期的功能。所述計(jì)算機(jī)程序可以從網(wǎng)絡(luò)(諸如萬維網(wǎng))得到，可以從該網(wǎng)絡(luò)下載所述計(jì)算機(jī)程序。本發(fā)明可以通過計(jì)算機(jī)程序(相應(yīng)地，軟件)而實(shí)現(xiàn)。然而，本發(fā)明也可以通過ー個(gè)或多個(gè)專用電子電路(相應(yīng)地，硬件)而實(shí)現(xiàn)。此外，本發(fā)明還可以以混合形式(即，以軟件模塊和硬件模塊的組合)實(shí)現(xiàn)。必須注意，已經(jīng)參照不同主題描述了本發(fā)明的實(shí)施例。具體地，已經(jīng)參照裝置類型的權(quán)利要求描述了ー些實(shí)施例，而已經(jīng)參照方法類型的權(quán)利要求了描述其他實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將從以上和以下描述中獲知，除了屬于ー種類型的主題的特征的任何組合以外，與不同主題相關(guān)的特征之間(具體地，裝置類型的權(quán)利要求的特征與方法類型的權(quán)利要求的特征之間)的任何組合也被認(rèn)為利用本文檔而公開，除非另有聲明。從以下要被描述的實(shí)施例的示例中顯而易見并參照實(shí)施例的示例來解釋本發(fā)明的以上定義的方面和其他方面。以下將參照實(shí)施例的示例來更詳細(xì)地描述本發(fā)明，但是，本發(fā)明不限于此。


圖I示出風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng),該風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)包括用于將風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的風(fēng)カ渦輪機(jī)與電カ網(wǎng)相連接的PCC，其中，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器(a)從要被連接到PCC的測(cè)量設(shè)備接收VUF ；以及(b)響應(yīng)于接收到的VUF，以緩和PCC處的電氣不平衡的這種方式來控制風(fēng)力渦輪機(jī)的功率轉(zhuǎn)換器的操作。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例、利用補(bǔ)償單元對(duì)風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)的PCC處的電氣不平衡的緩和，其中，響應(yīng)于由中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器提供的控制信號(hào)，該補(bǔ)償単元被配置為將調(diào)整電流注入至PCC處的三相電流的各種相，所述控制信號(hào)依賴于PCC處的VUF。
具體實(shí)施例方式附圖中的圖示是示意性的。需要注意，在不同圖中，給相似或相同元素提供了僅在第一個(gè)數(shù)字上與對(duì)應(yīng)的參考標(biāo)記不同的參考標(biāo)記。圖I示出風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)100，其包括多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)110。每個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)110 (其被不為“X”)包括未被描繪的各個(gè)控制單兀和未被描繪的電氣轉(zhuǎn)換器。該電氣轉(zhuǎn)換器以已知的方式將由風(fēng)力渦輪機(jī)110的風(fēng)カ驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)提供的異步AC功率輸出首先轉(zhuǎn)換為DC功率，并且其次轉(zhuǎn)換為具有給定AC頻率的同步AC功率輸出。風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)100還包括多個(gè)變壓器112，其中，相應(yīng)地，一個(gè)變壓器112被分配給ー個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)100并將相應(yīng)風(fēng)カ渦輪機(jī)110連接至母線114。根據(jù)這里描述的實(shí)施例，在一個(gè)母線114處收集分別由四個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)110生成的電力。如從圖I中可見的那樣，母線114經(jīng)由高壓線纜116連接至中央母線120，該中央母線120表示風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)的公共連接點(diǎn)(PCC)。高壓線纜118的阻抗被示意性地示為阻抗116a。風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)100還包括中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器130，該中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器130經(jīng)由數(shù)據(jù)連接網(wǎng)絡(luò)(在圖I中僅示出了ー個(gè)數(shù)據(jù)連接線路132)與風(fēng)カ渦輪機(jī)110的各個(gè)控制単元中的每ー個(gè)相連接。根據(jù)這里描述的實(shí)施例，中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器130充當(dāng)風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)100的所有風(fēng)カ渦輪機(jī)120的上級(jí)控制器。通過監(jiān)控各個(gè)控制単元，中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器130能夠以協(xié)調(diào)的方式控制風(fēng)力渦 輪機(jī)110的操作。在該上下文中，中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器130收集與各個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)110有關(guān)的操作信息，并將適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)傳輸至相應(yīng)的各個(gè)控制単元。需要提到，在這里描述的本發(fā)明的實(shí)施例的上下文中，控制風(fēng)力渦輪機(jī)110的操作還包括控制風(fēng)力渦輪機(jī)110的電氣轉(zhuǎn)換器的操作。如以下將更詳細(xì)描述的那樣，通過控制風(fēng)カ渦輪機(jī)轉(zhuǎn)換器的操作，可以影響PCC 120處的電氣平衡。如從圖I中還可以看出的那樣，PCC 120經(jīng)由中央變壓器125、母線144和AC功率傳輸鏈路150與子站180相連接。根據(jù)這里描述的實(shí)施例，中央變壓器125將電壓從(PCC120處的)33 kV提高至母線144處的275 kV。通過提高電壓，可以降低在電功率傳輸至子站180期間電功率的損耗。當(dāng)然，其他電壓步長也是可能的。此外，在所描述的實(shí)施例中，AC功率傳輸鏈路150包括海底線纜151，該海底線纜151具有阻抗(Z_Trans_line) 151a。在圖I中，子站180由其戴維南等效電壓源182和其戴維南等效阻抗184示意性地圖示。測(cè)量單元122連接在PCC與中央變壓器125之間。測(cè)量單元122測(cè)量PCC 120處的電氣不平衡并提供指示在PCC 120處測(cè)量到的電氣不平衡的測(cè)量信號(hào)122a。該測(cè)量信號(hào)122a經(jīng)由數(shù)據(jù)連接124而轉(zhuǎn)發(fā)至中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器130。根據(jù)這里描述的實(shí)施例，測(cè)量信號(hào)是由PCC 120處的三相電流的電壓信號(hào)的負(fù)序列的幅度和正序列的幅度之間的比給出的電壓不平衡因子(VUF) 122a?；赩UF 122a，中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器130確定通過數(shù)據(jù)連接線路132轉(zhuǎn)發(fā)至風(fēng)力渦輪機(jī)Iio的各種的各個(gè)控制単元的控制信號(hào)130a。根據(jù)這里描述的實(shí)施例，控制信號(hào)130a是PCC 120處的不平衡三相電壓信號(hào)的負(fù)序列的幅度。在圖I中，該幅度被稱為|V_|?；谪?fù)序列的幅度I V_し以至少近似地減小PCC 120處的電氣不平衡的這種方式來對(duì)風(fēng)カ渦輪機(jī)110的各個(gè)控制單元進(jìn)行操作。具體地，可以對(duì)各個(gè)控制單元進(jìn)行操作，從而調(diào)整由各個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)110提供的各個(gè)三相電流的相位角，以使得在將各種風(fēng)カ渦輪機(jī)110在PCC 120處的各個(gè)功率輸出進(jìn)行組合之后，緩和PCC 120處的不平衡。需要提到，還有可能將測(cè)量単元置于變壓器125與母線144之間。圖2示出本發(fā)明的第二實(shí)施例。風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)200經(jīng)由PCC 220連接至電カ網(wǎng)連接點(diǎn)290。電カ網(wǎng)連接點(diǎn)290由其戴維南等效電壓源290a、290b和290c示意性地圖示，該戴維南等效電壓源290a、290b和290c中的每ー個(gè)被分配給三相電流中的ー個(gè)相。再次，風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)200包括多個(gè)未描繪的風(fēng)カ渦輪機(jī)，這些風(fēng)力渦輪機(jī)被中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器230以監(jiān)控的方式控制。中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器230從測(cè)量単元222接收測(cè)量信號(hào)222a，該測(cè)量信號(hào)222a指示在PCC 220處測(cè)量到的電氣不平衡，并經(jīng)由數(shù)據(jù)連接224將該測(cè)量信號(hào)222a傳輸至中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器230。再次，測(cè)量信號(hào)是由PCC 220處的三相電流的電壓信號(hào)的負(fù)序列的幅度和正序列的幅度之間的比給出的電壓不平衡因子(VUF)?；赩UF 222a，中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器230確定經(jīng)由數(shù)據(jù)連接線路232轉(zhuǎn)發(fā)至電氣不平衡補(bǔ)償單元240的控制信號(hào)230a。根據(jù)這里描述的實(shí)施例，控制信號(hào)230a與PCC220處的(不平衡)電壓信號(hào)的負(fù)序列的幅度成比例。在圖2中，該幅度被稱為|V_|。基于負(fù)序列的幅度|V_|，電氣不平衡補(bǔ)償單元240生成調(diào)整電流Isa、Isb和Isc，分別經(jīng)由三個(gè)電流注入線路240a、240b和240c將該調(diào)整電流Isa、Isb和Isc注入至PCC220。調(diào)整電流Isa、Isb和Isc中的每ー個(gè)具有電流值，該電流值使PCC 220處的電氣不平衡得以緩和。應(yīng)當(dāng)注意，術(shù)語“包括”并不排除其他元素或步驟，并且對(duì)冠詞“一”或“ー個(gè)”的使用并不排除多個(gè)。還可以將與不同實(shí)施例相關(guān)聯(lián)地描述的元素進(jìn)行組合。還應(yīng)當(dāng)注意，權(quán) 利要求中的參考標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于緩和位于包括多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)(Iio)的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)(100、200)與電力網(wǎng)之間的公共耦合點(diǎn)(120、220)處的三相電流的電氣不平衡的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 測(cè)量設(shè)備(122、222)，其用于測(cè)量所述公共耦合點(diǎn)(120、220)處的電氣不平衡并用于提供指示所測(cè)量到的電氣不平衡的測(cè)量信號(hào)(122a、222a)；以及 中央風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器(130、230)，其用于控制所述多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)(110)的操作， 其中，所述中央風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器(130、230)耦合至所述測(cè)量設(shè)備(122、222)，并且其中響應(yīng)于所述測(cè)量信號(hào)(122a、222a)，所述中央風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器(130、230)被配置為提供用于緩和所述公共耦合點(diǎn)(120、220)處的電氣不平衡的控制信號(hào)(130a、230a)。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中，所述測(cè)量信號(hào)(122a、222a)是電壓不平衡因子，其是由所述公共耦合點(diǎn)(120、220)處的三相電流的電壓信號(hào)的負(fù)序列的幅度和正序列的幅度之間的比給出的。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中，所述中央風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器(130、230)被配置為確定所測(cè)量到的電壓不平衡因子與預(yù)定義的參考電壓不平衡因子之間的差值，并且 其中所述中央風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器(130、230)包括控制單元，所述控制單元被配置為處理所確定的差值并輸出負(fù)序列電壓補(bǔ)償信號(hào)，所述負(fù)序列電壓補(bǔ)償信號(hào)用于緩和所述公共耦合點(diǎn)(120、220)處的電氣不平衡。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中，所述控制單元包括 _比例控制電路； -比例微分控制電路； -比例積分微分控制電路；和/或 -超前/滯后控制電路。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中， 由所述中央風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器(130)提供的控制信號(hào)是用于所述多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)(110)中的至少一些風(fēng)力渦輪機(jī)的功率轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償信號(hào)(130a)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括 電氣不平衡補(bǔ)償單元(240)，其耦合至中央風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器(230)，并響應(yīng)于由中央風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器(230)提供的控制信號(hào)(230a)，被配置為將調(diào)整電流(Isa、Isb, Isc)注入至所述公共連接點(diǎn)(220)處的三相電流的各種相。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括 變壓器(125)，其連接在所述公共耦合點(diǎn)(120)與功率傳輸鏈路(150)之間，所述功率傳輸鏈路(150 )將所述變壓器(125 )與電力網(wǎng)的子站(180 )相連接。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述測(cè)量設(shè)備(122)連接在所述公共耦合點(diǎn)(120)與所述變壓器(125)之間。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述測(cè)量設(shè)備連接在所述變壓器與所述功率傳輸鏈路之間。
10.一種用于緩和位于包括多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)(110)的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)(100、200)與電力網(wǎng)之間的公共耦合點(diǎn)(120、220)處的三相電流的電氣不平衡的方法，所述方法包括 利用測(cè)量設(shè)備(122、222)來測(cè)量所述公共耦合點(diǎn)(120、220)處的電氣不平衡； 將指示所測(cè)量到的電氣不平衡的測(cè)量信號(hào)(122a、222a)從所述測(cè)量設(shè)備(122、222)轉(zhuǎn)發(fā)至中央風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器(130、230)，所述中央風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器(130、230)適于控制所述多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)(I 10)的操作；以及 由所述中央風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器(130,230)響應(yīng)于所述測(cè)量信號(hào)(122a、222a)，提供用于緩和所述公共耦合點(diǎn)(120,220)處的電氣不平衡的控制信號(hào)(130a、230a)。
11.一種用于緩和位于包括多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)(110)的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)(100、200)與電力網(wǎng)之間的公共耦合點(diǎn)(120、220)處的三相電流的電氣不平衡的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序在由數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行時(shí)適于控制和/或執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及緩和公共耦合點(diǎn)處的三相電流的電氣不平衡的系統(tǒng)和方法。描述了一種用于緩和位于包括多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)(110)的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)(100)與電力網(wǎng)之間的公共耦合點(diǎn)(120)處的三相電流的電氣不平衡的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括(a)測(cè)量設(shè)備(122)，用于測(cè)量所述公共耦合點(diǎn)(120)處的電氣不平衡并提供指示所測(cè)量到的電氣不平衡的測(cè)量信號(hào)(122a)；以及(b)中央風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器(130)，用于控制所述多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)(110)的操作。所述中央風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器(130)耦合至所述測(cè)量設(shè)備(122)。響應(yīng)于所述測(cè)量信號(hào)(122a)，所述中央風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器(130)被配置為提供用于緩和所述公共耦合點(diǎn)(120)處的電氣不平衡的控制信號(hào)(130a)。
文檔編號(hào)H02J3/26GK102629766SQ20121002616
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月7日
發(fā)明者S.庫馬 申請(qǐng)人:西門子公司