[发明专利]用于风电场的无功功率控制的系统及方法

说明书

提供了一种用于风电场(105)的无功功率控制的方法，风电场(105)具有风力涡轮(100)的多个群集(137)，其中群集变压器(145,146,147)将风力涡轮(100)的各个群集(137)连接至电力网。该方法包括经由多个群集水平控制器(176)从场水平控制器(107)接收无功功率命令。该方法还包括经由群集水平控制器(176)基于无功功率命令对于风力涡轮(100)的各个群集(137)生成群集水平无功电流命令。此外，该方法包括经由群集水平控制器(176)基于群集水平无功电流命令将涡轮水平无功电流命令分配至风力涡轮(100)的涡轮水平控制器(136)。

技术领域

本公开内容大体上涉及用于控制风力涡轮的系统及方法，且更具体地涉及用于控制具有多个风力涡轮群集的风电场的无功功率(VAR或Q)的系统及方法。

背景技术

风能被认作是目前可用的最清洁的最环境友好的能源之一，且风力涡轮在这方面得到增加的关注。现代风力涡轮通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型件原理获得风的动能。例如，转子叶片通常具有翼型件的截面轮廓，使得在操作期间，空气在叶片上流动，在侧部之间产生压差。因此，从压力侧朝吸力侧引导的升力作用于叶片上。升力在主转子轴上生成转矩，主转子轴啮合至发电机以用于产生电力。

例如，图1和图2示出了根据常规结构的风力涡轮10和适于结合风力涡轮10使用的相关联的功率系统。如图所示，风力涡轮10包括机舱14，其通常容纳发电机28(图2)。机舱14安装在从支撑表面(未示出)延伸的塔架12上。风力涡轮10还包括转子16，其包括附接至旋转毂18的多个转子叶片20。当风冲击转子叶片20时，叶片20将风能转变成可旋转地驱动低速轴22的机械转矩。低速轴22构造成驱动齿轮箱24(在存在的情况下)，齿轮箱24随后升高低速轴22的低转速来在增大的转速下驱动高速轴26。高速轴26大体上可旋转地联接至发电机28(诸如双馈感应发电机或DFIG)，以便可旋转地驱动发电机转子30。因此，旋转磁场可由发电机转子30感生，且电压可在发电机定子32内感生，发电机定子32磁性地联接至发电机转子30。相关联的电功率可从发电机定子32传输至主三绕组变压器34，其通常经由电网断路器36连接至电力网(power grid)。因此，主变压器34升高电功率的电压幅度，使得变压的电功率可进一步传输至电力网。

此外，如图所示，发电机28通常电联接至双向功率变换器38，其包括经由调节的DC链路44接连至线路侧变换器42的转子侧变换器40。转子侧变换器40将从转子30提供的AC功率变换成DC功率，且将DC功率提供至DC链路44。线路侧变换器42将DC链路44上的DC功率变换成适合于电力网的AC输出功率。因此，来自功率变换器38的AC功率可与来自定子32的功率结合，以提供多相功率(例如，三相功率)，其具有大致保持在电力网的频率(例如，50Hz/60Hz)下的频率。

所示的三绕组变压器34通常具有(1)连接至电力网的33千伏(kV)中压(MV)一次绕组33，(2)连接至发电机定子32的6到13.8kV MV二次绕组35，以及(3)连接至线路侧功率变换器42的690到900伏(V)低压(LV)三次绕组37。

现在参看图3，多个风力涡轮10的独立功率系统可布置在预定的地理位置且电连接到一起来形成风电场46。更具体而言，如图所示，风力涡轮10可布置成多个组48，其中各组分别经由开关51、52、53单独地连接至主线路50。此外，如图所示，主线路50可电联接至另一个较大的变压器54，以用于在将功率发送至电网之前进一步升高来自风力涡轮10的组48的电功率的电压幅度。

随着近年来风力发电的不断成功，功率的这种形式获得了显著的市场份额。由于风能不是具有适时恒定的功率输出的能源，而是包括变化，例如，归因于风速的变化，故配电网络的操作者必须将此考虑在内。例如，结果之一在于分配和传输网络变得较难以管理。这也和网络中的无功功率流的量的管理有关。