风力发电场的控制方法及风力发电场技术

一种用于控制风力发电场的方法，风力风电场连接到电网(1)并包括多个发电单元(2)。利用该方法确定电网(1)中是否存在电压干扰，并且当确定存在干扰时，在干扰存在期间对发电单元(2)进行控制，使得它们产生所需的功率，由此风力发电场(100)参与稳定电网(1)。此外，在该方法中，当确定所述干扰消失时，利用发电单元(2)继续以有限时间间隔产生所需功率，以便提供平稳且受控的瞬态，直到电网的电压(1)稳定。连接到电网(1)的风力发电场包括多个发电单元(2)。

【技术实现步骤摘要】
风力发电场的控制方法及风力发电场
本专利技术涉及在电网中发生干扰的情况下连接到电网的风力发电场的控制方法以及相关的风力发电场。现有技术当今将风能作为电能来源广为人知。风能从风力涡轮机获得，风力涡轮机将风的动能转换成机械能，并将所述机械能转换成电能。风力涡轮机通常包括塔架、位于塔架顶点的机舱以及通过轴支撑在机舱上的转子。此外，多个不同风力涡轮机的发电机可被分组以形成风力发电场。风能发电的接受度显著提高，导致许多国家和电网运营商对风力发电场实施严格的并网要求，这些要求也被称为电网规范。一些电网规范，例如德国和西班牙等国家实施的电网规范(举两个例子)要求风力发电场的风力涡轮机发电机组，在电网稳定状态和受干扰期间，都连续地、并且在干扰之前、期间和之后满足特定要求，使得风力发电场在电网干扰期间维持连接到电网，并且使得其在电网干扰期间根据基于电压降的注入方案在公共耦合点(PCC)处执行无功控制。在当前的现有技术中，在电网干扰期间，在构成风力发电场的部分的每个元件中本地地执行改变风力发电场的公共耦合点的电压使得其处于永久运行范围之外的风力发电场响应(例如风力涡轮机和/或无功补偿单元，例如STATCOM(“STATicsynchronousCOMpensator”))。该解决方案利用发电场的每个动态元件的快速响应能力，但是该响应没有被优化，因为这些元件中的每一个都不与其余元件通信，也不能访问公共耦合点的测量值。采用这种解决方案不可能保证整个风力发电场的合适运行，而风力发电场每个可控元件的适当运行是单独保证的，并且需要通过限定风力发电场的所有元件的估计行为，外推风力发电场作为整体的运行应该是什么，诸如：每个风力涡轮机中的风力、运行风力涡轮机的数量以及可变子站元件的状态(补偿单元、电容器、电感、开关等)。这种估算必须针对单一情景进行，因此它并不总是代表风力发电场的实际状态，也不能确保在公共耦合点适当的符合要求。通过协商在公共耦合点可能发生的可能偏差，使风力发电场运营商(TSO，“传输系统运营商”)对该限制进行补偿，并且如果不可能进行协商，则通过在风力发电场中安装允许覆盖最坏情况场景的更大的可控发电容量(例如，使用更多的风力涡轮机容量、和/或安装具有更高性能的风力涡轮机、和/或安装补偿单元，诸如，STATCOM，和/或增加补偿单元容量)。专利文献WO2015078472A1描述了控制风力发电场中无功功率的注入和吸收的控制。除了风力涡轮机之外，本文描述的风力发电场还包括无功功率调节装置(无功补偿单元)，诸如，MSU(“机械开关单元”)和STATCOM装置。由调节装置产生的无功功率通过发电场控制器来控制，使得由风力涡轮机和调节装置产生的无功功率的总量满足期望的无功功率量。在发电场控制器和其中一个调节装置之间发生通讯故障的情况下，发电场控制器被重新配置以补偿所述装置的容量并且向电网注入或从电网吸收所需量的无功功率。专利文献WO2015086022A1公开了一种用于在电网故障期间控制风力发电场中的无功电流的注入的方法。测量故障期间，风力发电场必须向电网注入一定量的无功电流，确定正被注入的无功电流与必须注入的无功电流之间的差值，并且控制风力发电场的风力涡轮机以产生特定的有源电流差异。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供如权利要求中所限定的用于风力发电场的控制方法和相关风力发电场。本专利技术的第一方面涉及一种风力发电场的控制方法，该风力发电场连接到电网并且包括多个发电单元(诸如，风力涡轮机)以及与每个发电单元相关联的局部控制器。用该方法以动态和循环(recurrent)的方式确定电网中是否存在电压干扰(voltagedisturbance)。当确定存在干扰时，在所述存在持续时，以动态且循环的方式实施控制阶段，，在此期间发电单元被控制，以便它们控制风力发电场上的公共耦合点上的(有功和/或无功)功率，并由此参与稳定电网电压。一旦确定所述干扰消失，该方法停止实施该控制阶段。当确定干扰消失并且在没有其他干扰的情况下，除了停止执行控制阶段之外，以动态且循环方式以有限的时间间隔来实施稳定阶段。有限的时间间隔可以基于先前的经验和/或研究来预先确定，例如，在干扰消失和电网稳定完全之间流逝的时间被估计或测量，尽管其也可以实时确定，例如，基于测量值(优选地，电网的电气特性)。这意味着有限的时间间隔可能因发电场和情况而异，在电网较弱和/或大型风力发电场和/或更突然干扰的情况下较大。这个有限的时间间隔通常是几秒的量级。在稳定阶段，发电单元继续受到控制，以便控制风力发电场公共耦合点的功率，从而提供平稳和受控的瞬态，直到电网电压稳定。总之，通过所提出的方法以动态和循环方式确定电网中是否存在电压干扰，并且：-当检测到干扰时，在其存在期间以动态和循环方式实施控制阶段；和-当检测到所述干扰消失时，停止实施控制阶段并且以动态且循环方式在足以使电网稳定的有限时间间隔内实施稳定阶段。只要没有确定存在干扰(并且没有被实施稳定阶段)，该方法就实施稳态阶段，在该稳态阶段中，其目标是通过发电单元产生符合应用于电网的要求。与现有技术中发生的情况不同，在现有技术中，为了稳定电网，仅在所述电网中存在干扰的情况下独立地执行动作，而此处所提出的方法不仅有助于在存在干扰的情况下以协调的方式利用发电单元稳定电网，而且也有助于在所述干扰消失和电网的稳态状态之间发生的瞬态期间稳定电网，一旦干扰消失，很大程度上保证了电网的正确稳定，而不会进一步影响风力发电场的能力。这还防止了风力发电场发电的突然变化，例如，防止突然变化能够对其所连接的电网带来负面影响。本专利技术的第二方面涉及一种风力发电场，其连接到电网并包括多个发电单元。该风力发电场适用并配置用于支持和实施一种方法，诸如，本专利技术的第一方面中的一个，因此获得与所述方法相同的优点。鉴于本专利技术的附图和详细公开内容，本专利技术的这些和其它优点和特征将变得明显。附图说明图1示意性地示出了根据本专利技术的风力发电场的实施例。具体实施方式本专利技术的第一方面涉及用于风力发电场100的控制方法，风力发电场100连接到电网1且包括多个发电单元2(诸如，风力涡轮机)以及与每个发电单元2相关联的局部控制器3。风力发电场100还包括与每个发电单元2相关联的相关转换器2a，每个局部控制器3作用在其相关转换器2a上，用于控制来自相应的发电单元2的电力的产生。该方法以动态和循环方式执行。图1示出了风力发电场100的实施例，其还包括用作风力发电场100的控制器的发电场控制器5。发电场控制器5与局部控制器3通信，使得其能够通过各自的局部控制器3控制发电单元2的发电。用该方法确定电网1中电压干扰的是否存在，并且当确定干扰存在时，对风力发电场100的发电单元2执行特定控制以稳定电网1，维持单元2连接到电网1。在本专利技术的文中，电网1中的电压干扰必须被解释为通常称为低电压干扰或LVRT(Low-voltageRideThrough，低电压穿越)或高电压干扰干扰或HVRT(High-voltageRideThrough，高压穿越)。为了确定是否存在干扰，该方法以动态和循环方式实施以下测量：-测量风力发电场100的公共耦合点PCC处的电网1的至少一个电气特性，优选地测量所述公共耦合点PCC处的电压，所述公共本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于风力发电场的控制方法，所述风力风电场连接到电网(1)并且包括：多个发电单元(2)和与每个发电单元(2)相关联的局部控制器(3)，由此以动态和循环的方式确定电网(1)中是否存在电压干扰，当确定干扰存在时，以动态和循环的方式实施控制阶段，并且在所述干扰存在期间控制发电单元(2)，使得它们在所述控制阶段期间产生功率并且参与稳定电网(1)的电压，当所述方法确定所述干扰消失并且在没有另外的干扰时，停止实施所述控制阶段，并且在有限的时间间隔内以动态和循环的方式实施稳定阶段，同时在所述稳定阶段继续控制发电单元(2)以产生功率，用于提供平稳且受控的瞬态，直到电网(1)的电压稳定。

【技术特征摘要】
2017.04.28 ES ES2017005631.用于风力发电场的控制方法，所述风力风电场连接到电网(1)并且包括：多个发电单元(2)和与每个发电单元(2)相关联的局部控制器(3)，由此以动态和循环的方式确定电网(1)中是否存在电压干扰，当确定干扰存在时，以动态和循环的方式实施控制阶段，并且在所述干扰存在期间控制发电单元(2)，使得它们在所述控制阶段期间产生功率并且参与稳定电网(1)的电压，当所述方法确定所述干扰消失并且在没有另外的干扰时，停止实施所述控制阶段，并且在有限的时间间隔内以动态和循环的方式实施稳定阶段，同时在所述稳定阶段继续控制发电单元(2)以产生功率，用于提供平稳且受控的瞬态，直到电网(1)的电压稳定。2.根据权利要求1所述的用于风力发电场的控制方法，其中，以循环方式测量所述风力发电场(100)的公共耦合点(PCC)处的所述电网(1)的电气特性和与风力发电场(100)的每个发电单元(2)相关联的局部耦合点(5)处的电气特性，并且如果在公共耦合点(PCC)处测量的电气特性超过对应的预定最大阈值或低于对应的预定最小阈值，或者如果处在局部干扰状态中局部控制器(3)存在预定数量，则发电场控制器(5)确定存在干扰，的如果在相应的耦合点(LV)处测得的电气特性超过相关的预定最大阈值或低于相关的预定最小阈值，则局部控制器(3)确定存在局部干扰并进入局部干扰状态。3.根据权利要求2所述的用于风力发电场的控制方法，其中，所述风力发电场(100)还包括用于在需要时向所述电网(1)提供无功电流和/或功率的至少一个补偿单元(4)以及与所述补偿单元(4)相关的局部控制器(6)，以循环方式测量所述风力发电场(100)的公共耦合点(PCC)处的所述电网(1)的电气特性、与风力发电场(100)的每个发电单元(2)相关联的耦合点(LV)处的电气特性以及电网(1)的无功补偿单元(4)的耦合点(PC)处的电气特性，如果在公共耦合点(PCC)处测量的电气特性超过相应的预定最大阈值或者低于相应的预定最小阈值，或者如果处在局部干扰状态中的局部控制器(3，6)存在预定数量，则发电场控制器(5)确定存在干扰，如果在对应的耦合点(LV，PC)处测量的电气特性超过对应的相关预定最大阈值或者低于对应的相关联的预定最小阈值，则局部控制器(3，6)确定存在局部干扰并进入局部干扰状态。4.根据权利要求2或3所述的用于风力发电场的控制方法，其中当局部控制器(3，6)还没有确定存在任何干扰并且正在实施所述控制阶段或稳定阶段时，所述局部控制器(3，6)被配置为根据来自发电场控制器(5)的指令作用在其相关联的单元(2，4)上。5.根据权利要求2至4中任一项所述的用于风力发电场的控制方法，其中，当局部控制器(3，6)确定存在干扰时，所述局部控制器(3，6)被配置为在整个控制阶段和整个稳定阶段遵循来自发电场控制器(5)的指令作用在其相关联的单元(2，4)上。6.根据权利要求2至4中任一项所述的用于风力发电场的控制方法，其中，当局部控制器(3，6)确定存在干扰时，所述局部控制器(3，6)被配置为在控制阶段的开...

【专利技术属性】
技术研发人员：约斯·伊格纳西奥·贝拉森·巴尔达，帕西西·蒙迪萨巴勒·阿巴索洛，采萨尔·安东尼·奥洛佩兹·塞古拉，阿尔伯托·贝拉森·巴尔达，
申请(专利权)人：歌美飒创新技术公司，
类型：发明
国别省市：西班牙,ES