分布式能量资源的电力网电压调节的方法和系统技术方案

一种用于调节连接至电力网(37)的分布式能量资源场(1)的公共耦合点(35)(PCC)处的电压的系统和方法。分布式能量资源场包括多个连接的分布式能量资源(2,3)，每个分布式能量资源供应端电压。该系统包括用于测量PCC处的PCC电压的部件(50)，以及用于基于与死区电压区域(66)有关的PCC处的预定电压与所测量的PCC电压之间的关系来确定第一值的另一部件(39,41)。另外的部件(39,41)响应于预定电压与PCC处的测量电压之间的关系通过控制多个分布式能量资源中的每一个的端电压来调节公共耦合点处的电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】分布式能量资源的电力网电压调节的方法和系统
本专利技术总体上涉及分布式能量资源(例如，风力涡轮发电机)领域，更具体地涉及用于通过分布式能量资源的行为来调节电力网上的电压的方法和系统。
技术介绍
分布式能量资源(DER)是直接连接至电力分配系统的相对小的电源。通常，多个邻近的DER在公共点处被汇总并连接至电力网以供应满足负载需求所必需的电力。有利地产生接近终端用户负载的电的DER可以包括模块化且能量可再生的发电机，诸如光伏系统、风力涡轮发电机、垃圾燃烧器、柴油发电机和小型地热系统。与远离负载中心的几个大型发电站的使用相比，传统电力系统即分布式发电系统中使用的方法采用大量但小型的DER，其以对分配和传输系统的最小依赖为邻近负载提供电力。多个邻近的DER可以连接在一起并在公共耦合点(PCC)处连接至电力网并且可以统称为园区或场区。DER提供范围从千瓦(kW)到约10兆瓦(MW)并且可以扩展到100MW的功率容量。大的公用事业规模发电厂的容量可以超过1,000MW。在风力涡轮发电机(WTG)中，DER的一个示例，风动能被转换为电能。风力涡轮发电机包括用于将风能转换成旋转能量的转子叶片，该旋转能量用于驱动连接至变速箱的轴。变速箱将低速轴旋转转换为驱动生成电的发电机所需的高速旋转。某些WTG设计缺乏变速箱，并且代替地，直接由轴驱动发电机。风力涡轮发电机还包括(例如，改变叶片桨距的)各种控制部件、结构支撑件诸如塔架，以及用于将转子平面垂直于迎面而来的风定向的转子偏转系统。定速的风力涡轮机——即变速箱输出轴以固定的速度旋转——是简单、可靠、低成本、已证实的WTG。但其缺点包括不可控制的无功功率消耗(如在发电机定子中生成旋转磁通所需的)、机械应力、有限的电力质量控制以及相对低效的操作。实际上，风速波动会导致机械扭矩波动，从而导致电力网上的电力的波动。仅通过将电力网频率与机械转子频率解耦可以实现变速WTG操作。可以控制变速WTG的旋转叶片速度以连续适应风速并使由风力涡轮机生成的电力最大化。由于发电机通常通过固定比率的齿轮传动装置耦接至变速WTG转子，所以发电机产生的电力具有可变频率。将电网频率与转子机械频率解耦通常需要使用电子功率转换器。通常，功率转换器为生成的电力提供与电网上流动的电力匹配所需要的包括有功功率、电压幅度和频率的特性。因此，转换器将从发电机定子输出的可变电频率和电压转换为电网频率和电网电压。尽管变速WTG从增加的能量转换和减小的机械应力的观点看是有利的，但是该电力生成系统主要由于需要电力转换器而比恒速风力涡轮机的电力生成系统更复杂。定速WTG和变速WTG两者均被设计成与同步发电机并行运行，使得两者均向电网供应电力。WTG的输出电力与电网频率同步，以产生恒定频率的电力输出，并如集中式电力系统控制器的命令的那样贡献有功和无功功率(称为动态功率因数控制)。动态功率因数控制可以在WTG接通或断开电力网的电容器组时或者通过WTG控制器的动作来实现，该WTG控制器控制所生成的电流与电压之间的角度(即，控制所生成的电力的功率因数)。实质上，由于功率因数角的正弦表示无功功率，而功率因数角的余弦表示有功功率，所以动态功率因数控制建立了有功与无功功率生成之间的划分。在风电场(即，多个邻近和连接的WTG)中实施动态功率因数控制也可能需要考虑每个WTG在园区内的位置，因为每个WTG通过表现出不同电阻、电抗和电容值的线连接至公共点耦合。过去，根据电气和电子工程师协会(IEEE)和各国电力网规范颁布的标准，不允许DER(诸如WTG)调节公共耦合点处的电压。然而，现今这些标准和规范正在进行修订，以要求通过DER进行电压调节。修订的标准和规范下的优选电压调节技术被称为具有无功功率下垂或电压无功控制的电压调节。该技术基于公共耦合点(PCC)处到分配系统的电压与PCC处的预定电压(也称为PCC处的期望或参考电压)之间的差异来提供一定量的无功功率。无功下垂概念也已应用于同步发电机应用，以确保发电机之间共享无功功率。该技术已用于大型发电机应用多年。附图说明在下面的描述中参照附图解释本专利技术，所述附图示出：图1示出了可以应用本专利技术的教导的风力涡轮机场。图2示出了基于pu(每单位)的公共耦合点电压与也基于pu的DER电压之间的示例性函数关系。图3示出了供本专利技术使用的示例性开环控制系统。图4示出了供本专利技术使用的软件流程图。具体实施方式本专利技术人已认识到，尽管其成功应用于大型发电机已有很长历史，但是仍存在与无功功率下垂技术相关的缺点。DER资源是小型发电机组。典型应用DER可以具有1MW或更少的容量。而且，这些资源可能与负载和无功资源混合在一起，因此甚至可能无法提供所需量的无功功率。例如，如果DER与开关电容器共址并且电容器在线，则由于PCC电压低，所以DER可能不适合单独提供无功功率。事实上，这样的行为可能导致DER的过电压和随后的跳闸。而且，本专利技术人已认识到，DER操作者通常在电力系统操作方面没有得到良好训练，并且无功功率的概念可能使DER操作者感到困惑。例如，提升系统电压的无功功率在涉及发电机(即，发电机惯例)时被认为是滞后的，但在涉及负载(即，负载惯例)时被认为是领先的。并不少见的是，DER操作者误解无功功率并且经常在需要正无功功率时提供负无功功率，以及经常在需要负无功功率时提供正无功功率。由于用于负载的惯例与用于发电机的惯例相反，所以无功功率的惯例甚至使电气工程师感到困惑。此外，某些设备诸如转换器在某些情况下被认为是负载，而在其他情况下被认为是生成源。另外，无功功率控制需要连续的闭环控制系统。在系统电压变化后，DER必须测量它提供的无功功率(需要来自电流互感器和电压互感器两者的输入，这两者均必须提供计量准确测量)，并且将无功功率调节适当的量。然后，根据闭环控制系统再次测量无功功率。根据其他资源、无功功率控制设备等的响应，确定合适的响应时间和无功功率斜坡率(ramprate)可能变得过于复杂，对于非常小的资源可能确实不合理。本专利技术利用如下方法和系统来克服现有技术方案的限制：通过仅依赖于开环电压控制(即，不需要闭环反馈回路)的下垂控制来调节PCC处的电压。根据该方案，在不考虑无功功率的情况下，DER电压被控制成随PCC电压(其中，电压之间的关系可以是线性的、阶梯式的、或者体现另一数学的或基于表格的或基于计划表的关系)相反地变化。本专利技术以符合系统要求的方式控制DER端电压，而不对DER或对DER操作者施加困难的无功功率控制或性能要求。DER端电压仅基于由电压互感器(PT)测量的公共耦合点处的电压来调节。根据一个实施方式，针对连接至PCC的一个或更多个DER中的每一个确定DER输出电压的表格或计划表。DER输出或端电压计划表基于PCC电压。可替选地，代替包括固定值的计划表，可以根据PCC电压与一个或更多个DER电压之间的等式(例如，函数关系)来控制一个或更多个DER处的输出电压。在后一种替选方案中，将PCC电压值插入等式中以确定DER端电压。该控制DER输出电压的技术对DER所有者理解和实施而言比与加/减正/负无功功率相关的概念简单得多、不易混淆得多并且容易得多。对于电力系统所有者而言，指定期望的PCC电压比要求DER生成或吸收无功功率更容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制分布式能量资源(2,3)的方法，所述分布式能量资源(2,3)通过公共耦合点(35)向电力系统(37)供应电力，所述方法包括在不考虑无功功率的情况下，控制(39,41)所述分布式能量资源中的至少一个的输出电压以随所述公共耦合点处测量的电压(50)相反地变化(60,62)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制分布式能量资源(2,3)的方法，所述分布式能量资源(2,3)通过公共耦合点(35)向电力系统(37)供应电力，所述方法包括在不考虑无功功率的情况下，控制(39,41)所述分布式能量资源中的至少一个的输出电压以随所述公共耦合点处测量的电压(50)相反地变化(60,62)。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：根据在所述公共耦合点处测量的电压与受控输出电压之间建立的关系来控制所述分布式能量资源中的所述至少一个的输出电压；其中，所述关系包括由死区区域(66)分开的低电压区域(60)和高电压区域(62)；并且所述关系在所述高电压区域中和所述低电压区域中是反向关系，但是在所述死区区域中所述受控输出电压不随所述公共耦合点处测量的变化电压而变化。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述低电压区域和所述高电压区域中的所述反向关系是线性的(60,62)。4.根据权利要求1所述的方法，还包括：根据在所述公共耦合点处测量的电压与受控输出电压之间建立的关系来控制所述分布式能量资源中的所述至少一个的输出电压；并且其中，所述关系在所述关系的高电压区域与低电压区域之间不对称。5.根据权利要求4所述的方法，还包括所述关系，所述关系包括所述低电压区域中比所述高电压区域中更鲁棒的响应。6.根据权利要求1所述的方法，还包括：根据在所述公共耦合点处测量的所述电压与相应分布式能量资源的相应受控输出电压之间的相应关系来控制所述分布式能量资源中的至少两个(17,19)的输出电压，其中，所述关系对所述至少两个分布式能量资源是不同的。7.根据权利要求1所述的方法，还包括：建立所述公共耦合点处测量的所述电压与受控输出电压之间的关系；以及根据所述关系控制所述分布式能量资源中的所述至少一个的输出电压；其中，所述关系是线性、阶梯式、基于表格、基于计划表和以数学关系体现的组中的至少一个。8.一种用于调节连接至电力网(37)的公共耦合点(35)处的电压的系统，其中，分布式能量资源场(1)向所述公共耦合点供应所述电压，所述分布式能量资源场包括多个连接的分布式能量资源(2,3)，每个连接的分布式能量资源(2,3)供应端电压，所述系统包括：电压确定装置(50)，其响应于所述公共耦合点处的PCC电压来提供输出；以及控制装置(21,23)，其可操作地连接至所述电压确定装置并且在不考虑无功功率的情况下响应于...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·J·纳尔逊，纳贾莱·亚兹吉，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE