具有自给自足的相位角调整功能的风力发电园制造技术

一种风力发电园，其具有风力发电设备（1）、发电园内部电网（3）以及集电站（8），其中，中央输电线（9）被连接至集电站。风力发电设备各自具有用于有功功率/无功功率的控制装置，其根据相位角作用于各自的变流器。根据本发明专利技术，风力发电园具有自给自足的参考角度产生装置（6），其产生限定发电园内部电网中的有功轴和无功轴的人工坐标系的参考角度（ϕext）。为此，风力发电设备的变流器依据相位被外部控制。风力发电设备并非恰好以如在其接线端处存在的相位角（ϕlcl）馈电，而是以外部预定的相位角馈电。提供了额外的自由度。如果相位角不一致，则出现导致局部电压向量扭转的偏差。由此，真正输出的有功功率/无功功率分布改变，直到它与发电园内部电网的物理边界条件适配。因此，发电园内部电网可以尤其适配于无法传输无功功率的集电站（8）（HGÜ段9的二极管整流器）。

Wind Power Park with Self-sufficient Phase Angle Adjustment Function

A wind power park has a wind power generation equipment (1), an internal power grid (3) and a collector (8), in which a central transmission line (9) is connected to the collector. Wind power generation equipments each have control devices for active power/reactive power, which act on their respective converters according to the phase angle. According to the invention, the wind power park has a self-sufficient reference angle generating device (6), which generates a reference angle (ext) that defines the artificial coordinate system of the active and reactive axes in the internal grid of the power park. For this reason, the converter of wind power generation equipment is controlled externally according to its phase. Wind power generation equipment is not fed at the phase angle (lcl) that exists at its terminal, but at a predetermined external phase angle. Additional degrees of freedom are provided. If the phase angle is inconsistent, there will be deviations leading to local voltage vector torsion. As a result, the distribution of the real output active power/reactive power changes until it is compatible with the physical boundary conditions of the power grid inside the power park. Therefore, the inner grid of the power park can be especially adapted to the collector (8) (HG segment 9 diode rectifier) which can not transmit reactive power.

【技术实现步骤摘要】
具有自给自足的相位角调整功能的风力发电园本专利技术涉及一种具有自给自足的相位调整功能的风力发电园。它包括多台用于产生电能的风力发电设备，它们通过发电园内部电网连接至集电站。用于连接至输电网的中央输电线被连接至集电站。偏远的风力发电园、尤其在公海上的风力发电园通常通过专用输电线被连接。在这样的远程输电路段中，通常存在与待传输的无功功率相关的限制。这在根据原理根本无法传输无功功率的DC链路中非常特别清楚。在DC链路（高压直流电流传输）中，在风力发电园侧设有整流器以用于将在发电园内部电网中流动的三相交流电转换为直流电，以便因此经直流电流连接线路对其进行传输。在陆地侧设置相应的配对站，其将传输的直流电再次转换为三相交流电并在连接点（PCC）馈入输电网。对于在风力发电园侧设于集电站上的整流器，有两种不同的主要类型：一种主要类型具有可控IGBT作为有源元件，而另一种具有带有功率二极管的不可控元件（例如西门子的DRU型）。后一变型在结构上明显更简单并且只需要低成本。它总体上不太复杂并且鉴于主要工作参数且尤其是功率、耐用性、紧凑性等提供显著优点。但此变型具有一个严重缺点：它无法从发电园内部电网汲取无功功率。这造成如下结果：风力发电设备无法产生任意的无功功率，而是总共恰好只产生能在发电园内部电网内补偿由因其线路、变压器和其他驱动机构带来的无功电流损失所造成的无功功率损失那样多的无功功率。但现代风力发电设备是针对加载预定无功功率来设计的。这基于以下前提，风力发电设备与之相连的电网能够传输无功功率。但是，该前提恰好不适合应用于偏远风力发电园就像在此示例性地描述的通过DC链路相连的离岸风力发电园中。无法传输无功功率，与之相比，存在加载一定无功功率的现代风力发电设备的性能。这是不相配的。就此，就无功功率来看，发电园内部电网是超定的。已知的是，通过常见手段对此做出应对，例如提供STATCOM或其他相移器类型。这全都需要附加设备，这在制造中成本高昂且导致更加的复杂，连带对应地更易出错。本专利技术基于以下目的，提出一种风力发电园以及一种对应的运行方法，借此避免所述缺点。根据本专利技术的解决方案在于独立权利要求的特征。有利的改进方案是从属权利要求的主题。在一种风力发电园中，该风力发电园包括多台风力发电设备，这些风力发电设备各自具有通过转子被驱动的、带有变流器的、用于产生电能的发电机并且与发电园内部电网相连，该发电园内部电网将该风力发电设备连接至集电站，其中，用于连接至输电网的中央输电线被连接至该集电站，其中，相位角是用于在发电园内部电网中的电流和电压之间的相位偏移的量度，并且其中，这些风力发电设备各自具有用于有功功率/无功功率的控制装置，该控制装置根据相位角作用于各自的变流器，根据本专利技术提出的是：在风力发电园内还设有自给自足的参考角度产生装置，它产生用于坐标系的参考角度，该坐标系限定该发电园内部电网中的风力发电设备的有功轴和无功轴，并且参与其中的至少部分风力发电设备的所述变流器是根据相位而以如下方式由外部控制的：由该参考角度产生装置产生的参考角度通过信号线被施加到相应风力发电设备的有功功率/无功功率控制装置上。首先解释其所用的一些术语：参考角度产生装置是指下述单元，其产生相对于发电园内部电网中的坐标系的参考角度（参考相位角或简称参考角度）。参考角度产生装置也产生用于发电园内部电网的参考频率。静态坐标系是指如下坐标系，其不绕行（旋转）。对此一个实例是三相交流电系统的静止坐标系，三个电压向量在其中针对三相绕行。该坐标系的绝对角位置不一定必然为零，即它可以是“倾斜的”。该角位置可以变化（浮动的零角）。本专利技术基于以下构想，风力发电设备连同其各自的变流器的调整与发电园内部电网配合地被改变，从而尽量补偿风力发电园内的无功功率。通过干预风力发电设备连同其变流器的调整，这可以在为此无需高成本的附加硬件、如相移器或STATCOM的情况下做到。本专利技术已经认识到这可以通过在风力发电园中产生一个自身的、本身完好的人工坐标系来做到。因此常见的是，风力发电设备在其连至发电园内部电网的接线端处采集针对电压和电流的值，由此确定实际相位并基于此完成分解为有功部分和无功部分。在该真实坐标系（在接线端处测量）中被调整。所述调整于是加入有功电流和无功电流。本专利技术避开了这种长久以来常见的原理并且现在提供自身的、风力发电园自给自足的、根本上是人工的坐标系，风力发电设备的有功功率输出和无功功率输出的调整基于这个人工坐标系。即，风力发电设备的局部调整关于有功功率和无功功率并非以其自身的局部电压相位系统工作，而是以外加到风力发电设备上的人工电压参考系统工作，即它就其相位而言被外部控制。这带来显著优点。出乎意料地，对各自风力发电设备的相位角的外部设定带来了额外的自由度。因为现在该风力发电设备并非恰好以如在其接线端上存在的相位角馈入其功率，而是以外部预定的相位角来馈入功率。即，可能且将在外加的外控相位角与实际存在于各自的风力发电设备的接线端上的实际相位角之间出现差异。就此而言出现一定的无关性。于是这造成当风力发电设备因外加相位角而以自身不合适的无功电流馈电时出现导致局部电压向量旋转的偏差，由此，真正输出的有功功率/无功功率分布改变，确切说改变至它与由发电园电网预定的物理边界条件适配的程度。通过本专利技术从外部预定该相位角，它使在变流器上的设定条件与实际存在的相位角无关。因为这种脱离关联，可以更好地针对风力发电园内实际存在的状况来调整风力发电设备。尤其当集电站不能传输无功功率时，为此抵制就像此外在风力发电园中因强制设定而出现的有害的超定性。当作为高压整流传输的整流器采用无源二极管整流器时，例如存在这种不容忍无功功率的集电站。因此，因外加相位角而反常地出现风力发电设备的较大自由度。为此可以有效避免在偏远风力发电园、尤其离岸风力发电园的发电园内部电网中的超定性。不需要昂贵的附加装备、如STATCOM或相移器。这在现有技术中没有实例。出乎意料地表明的是，根据本专利技术，也可以利用相位外加来相对于过大电流保护变流器。本专利技术已经认识到，全电流尽管有外相位设定而仍能够保持恒定。因为原则上有功电流和无功电流的各种组合可能导致相同的全电流。就此而言，当通过外部设定来预定未与实际状况相符的值时并不吃亏。根据本专利技术如此避免了有害的电流极限值超出。利用由参考角度产生装置产生的相位角，有利地产生一种综合坐标系。这是与此相关的，即其零角相对于发电园内部电网的实际坐标系本身是浮动的。借此是指该绝对相位可以改变。为此考虑如下事实，坐标系的绝对位置可能改变。通过这种方式提供以下可能，通过一方面在综合坐标系与另一方面在各自风力发电设备上的实际相位之间的合适相对扭转可以进行调整。这原则上允许最佳的自校准。适当地设有相位监测器，它测量该发电园内部电网中的实际相位角，并且被设计用于：形成在该发电园内部电网中的实际局部相位角与参考相位角之间的差，将其与极限值相比较并且在高出极限值时调整该参考角度产生装置。借此可以保证，关于相位角的真实状况没有过分偏离以参考相位角为特点的综合坐标系的真实状况。因此，针对各自的风力发电设备和总系统的有功功率和无功功率的调整的稳定性得到保证。有利地设有针对相位角的监测模块。它适当地设计用于在有偏差时调整参考本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电园，包括多台风力发电设备（1），这些风力发电设备各自具有通过转子（12）被驱动的、带有变流器（14）的、用于产生电能发电机（13）并且与发电园内部电网（3）相连，该发电园内部电网将该风力发电设备（1）连接至集电站（8），其中，用于连接至输电网的中央输电线（9）被连接至该集电站（8），其中，相位角（ϕ）是用于该发电园内部电网（3）中的电流和电压之间的相位偏移的量度，并且其中，这些风力发电设备各自具有用于有功功率/无功功率的控制装置（2），该控制装置根据相位角作用于各自的变流器（14），其特征在于，在风力发电园内还设有自给自足的参考角度产生装置（6），它产生用于坐标系的参考角度（ϕext），该坐标系限定该发电园内部电网（3）中的风力发电设备（1）的有功轴和无功轴，并且参与其中的至少部分风力发电设备的所述变流器（14）是根据相位而以如下方式由外部控制的：由该参考角度产生装置（6）产生的参考角度（ϕext）通过信号线（4）被施加到相应风力发电设备（1）的有功功率/无功功率控制装置（21，22）上。

【技术特征摘要】
2017.12.06 DE 102017011235.51.一种风力发电园，包括多台风力发电设备（1），这些风力发电设备各自具有通过转子（12）被驱动的、带有变流器（14）的、用于产生电能发电机（13）并且与发电园内部电网（3）相连，该发电园内部电网将该风力发电设备（1）连接至集电站（8），其中，用于连接至输电网的中央输电线（9）被连接至该集电站（8），其中，相位角（ϕ）是用于该发电园内部电网（3）中的电流和电压之间的相位偏移的量度，并且其中，这些风力发电设备各自具有用于有功功率/无功功率的控制装置（2），该控制装置根据相位角作用于各自的变流器（14），其特征在于，在风力发电园内还设有自给自足的参考角度产生装置（6），它产生用于坐标系的参考角度（ϕext），该坐标系限定该发电园内部电网（3）中的风力发电设备（1）的有功轴和无功轴，并且参与其中的至少部分风力发电设备的所述变流器（14）是根据相位而以如下方式由外部控制的：由该参考角度产生装置（6）产生的参考角度（ϕext）通过信号线（4）被施加到相应风力发电设备（1）的有功功率/无功功率控制装置（21，22）上。2.根据权利要求1所述的风力发电园，其特征在于，用该参考角度产生装置（6）的参考角度（ϕext）产生综合坐标系，该综合坐标系具有相对于发电园内部电网（3）的坐标系浮动的零角。3.根据权利要求1或2所述的风力发电园，其特征在于，设有相位监测器（64），它测量该发电园内部电网（3）中的实际相位角（ϕlcl），并且被设计用于：形成在该发电园内部电网（3）中的实际局部相位角（ϕlcl）与参考相位角（ϕext）之间的差，将其与极限值相比较并且在高出极限值时调整该参考角度产生装置（6）。4.根据前述权利要求之一所述的风力发电园，其特征在于，相应风力发电设备（1）的有功功率/无功功率调节器（21，22）具有基于该参考相位角和实际局部相位角之间的角度差（Δϕ）的预控装置（61，62）。5.根据权利要求4所述的风力发电园，其特征在于，该预控装置（61）设计用于采集实际输出的有功电流并且执行将坐标变换至该综合坐标系，其中，优选提出对功率设定的调整，尤其借助以相位角余弦值的增大。6.根据权利要求4或5所述的风力发电园，其特征在于，该预控装置（62）设计用于采集实际输出的无功电流并且执行将坐标变换至该综合坐标系，其中优选提出对功率设定的调整，尤其借助以相位角正弦值的增大。7.根据前述权利要求之一所述的风力发电园，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：HH莱塔斯，
申请(专利权)人：森维安有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE