[发明专利]用于管理风力涡轮功率系统中的共振的系统和方法

说明书

提供用于管理或控制风力涡轮功率系统中的共振的系统和方法。具体而言，可提供一种用于控制功率系统的方法，该功率系统包括中央主控制器和通过互连点电连接于电力网的一个或多个风力涡轮，其中各个风力涡轮包括电压调节器。方法可包括由控制器从传感器接收与风力涡轮相关联的信号，以及至少部分地基于传感器信号确定哪些风力涡轮在指示风力涡轮电功率系统中的共振条件的条件下操作。方法还可包括至少部分地基于相交点处的功率需求来生成一个或多个控制信号，以及基于控制信号来控制电压调节器中的各个的操作状态。

技术领域

本公开大体上涉及用于控制风力涡轮的系统和方法，并且更具体而言，涉及用于管理或控制风力涡轮功率系统中的共振的系统和方法。

背景技术

风功率被认为是目前可用的最清洁、最环保的能源之一，并且风力涡轮在这方面获得越来越多的关注。如果利用控制系统和方法学来协调由可再生能源产生的功率、功率分配系统上的功率需求以及基于变化的操作状态(关于可再生能源为固有的)消耗的功率，则现有的电功率分配系统(例如，电力网)可用于分配来自可再生能源(如风)的功率。例如，风力涡轮的操作状态可基于风速或在没有风的情况下变化。

风功率并非总是具有恒定的功率输出，而是可包括变化；因此，功率分配系统的运营商必须考虑到这一点。结果之一是，例如，分配和传输网络变得更加难以管理。这还和包括风力涡轮的功率分配系统中的共振的管理有关。与常规发电厂一样，应当管理或控制风力发电厂或风电场，以向电力网提供稳定的功率(例如，具有恒定的电压和频率、最小的干扰，以及低谐波发射)，以确保可靠性和正确的功率输送。

可包括风力涡轮和风电场的风力涡轮功率系统具有多个机械和电气构件。电气和/或机械构件中的各个可具有独立或不同的操作限制，如电流、电压、功率和/或温度限制。在某些情况下，当风力涡轮功率系统、风力涡轮和/或风电场集成到功率分配系统(例如，主电力网和/或现有电力网)中或者与其连接时，共振可引起失真，其可负面地影响功率质量。共振可由风力涡轮功率系统的电气基础结构的某些构件(如与多个风力涡轮中的各个、电网或风电场相关联的互连功率转换器)之中和之间的相互作用引起。

在风力涡轮功率系统或风电场内，电气基础结构的若干构件可彼此共振(例如，变压器、电力电缆、电容器等)。当频率(电压或电流)经历等于或几乎等于电容元件电抗的电感元件电抗时，共振可发生。此外，关于可再生能源工厂(如风电场)，这些可再生能源工厂至电网的连接可包括长的高压传输线，这是由于这些工厂可定位的远程的地点。传输线(即，电力电缆)和附加的电气基础结构(例如，变压器、电抗器、电容器)可导致低频共振(例如，低于二次谐波或三次谐波)。低频共振由于与高压传输线相关联的电容而发生。传输线的电容随着传输线长度的增加而增加。低频处发生的共振可与风电场功率转换器或其构件(如转换器控制调节器(即，风力涡轮终端电压调节器))相互作用，并且导致关于由风电场提供的功率的不稳定。

共振可引起关于由风电场提供的功率的不稳定，因为共振可在风电场和/或电网的电流低于正常操作水平时，引起电压显著地高于用于风电场和/或电力网的正常操作水平。电功率分配系统内的电压的维持对系统关于功率输送和功率流的稳定性而言为重要的。未能维持电功率分配系统内的电压可对系统造成消极的后果和影响，包括电压崩溃，其可引起对生成、传输以及分配设备的损坏并且导致停电。电功率分配系统(例如，电网)的稳定性与共振有关；因此，通常必要的是管理与可再生源有关的共振以满足电气需求，同时为电网提供稳定性。

基于逆变器的资源(如风力涡轮)的操作需要电网强度，其使得电网能够以可靠且稳定的方式操作。然而，在许多情况下，由于许多风电场所定位的远程或恶劣的条件，风电场经常与弱电网集成在一起，该弱电网可被共振消极地影响。将基于逆变器的资源集成到弱电网中可呈现许多挑战(如在系统中产生共振条件的可能性)，其可由不同的方法减轻，该不同的方法包括传输线的增强或将附加的设备集成到电网中以提高强度。电网增强的这些方法包括缺点，其包括附加的空间需求、多个控制地点和设定、增加的系统构件成本、增加的系统安装成本，以及增加的系统维护成本。

发明内容