用于功率系统的无功电流裕度调节器技术方案

一种用于在连接到电网的功率系统中维持足够的无功电流裕度的方法包括经由功率限制器系统接收针对功率系统的无功电流命令和无功电流上限。该方法还包括经由功率限制器系统确定作为无功电流命令和无功电流上限的函数的无功电流裕度信号。此外，该方法包括经由功率限制器系统基于无功电流裕度信号来产生功率命令信号。此外，该方法包括经由系统控制器至少部分地基于功率命令信号来控制功率系统的操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于功率系统的无功电流裕度调节器
本公开大体上涉及功率系统，并且更具体地涉及用于在连接到电网的功率系统中维持足够的无功电流裕度的系统和方法。
技术介绍
风力被认为是目前可用的最清洁、最环保的能源中的一种，且在这点上，风力涡轮已得到越来越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和转子。转子典型地包括可旋转的毂，该毂具有附接到其的一个或多个转子叶片。变桨轴承典型地可操作地配置在毂和转子叶片之间，以允许围绕变桨轴线旋转。转子叶片使用已知的翼型件原理来捕获风的动能。转子叶片传输呈旋转能的形式的动能，以便转动使转子叶片联接到齿轮箱或直接联接到发电机(如果未使用齿轮箱)的轴。发电机然后将机械能转换成可部署到公用电网的电能。发电机的功率输出随着风速增加，直到风速达到针对风力涡轮的额定风速。在处于和高于额定风速的情况下，发电机以额定功率操作。额定功率是如下的输出功率：在该输出功率下，发电机可在预确定为可接受的针对涡轮构件的疲劳水平的情况下操作。在高于某个速度的风速下，或者在超过典型地被称为“脱扣(trip)极限”或“监测设定点极限”的预确定量值的风湍流水平下，风力涡轮可关闭，或者可通过调节转子叶片的桨距或制动转子来减小负载，以便保护风力涡轮构件免受损坏。当与风力涡轮发电机的恒速操作相比时，发电机的变速操作有利于增强由发电机进行的能量捕获；然而，发电机的变速操作产生具有变化的电压和/或频率的电。更具体地，由变速发电机产生的电的频率与转子的旋转速度成比例。因此，功率转换器可联接在发电机和公用电网之间。功率转换器输出具有固定的电压和频率的电，以用于在电网上输送。在弱AC功率系统中，为了稳定，最大功率传输需要主动电压调节。电压稳定的重要方面是在电压调节器的无功电流输出中具有裕度。如果无功电流裕度丧失，则如果功率继续被推入传输系统，将发生电压崩溃。功率转换器控制件具有快速终端电压调节，以有利于弱系统中的电压稳定。在这样的系统中，电压调节器在可用极限内命令无功电流。如果无功电流命令达到可用极限，则电压调节不足，并且存在电压崩溃的显著风险。因此，本公开涉及一种系统和方法，其用于通过在系统故障之后限制有功电流恢复而在功率系统中维持足够的无功电流裕度以确保电压调节是可能的。
技术实现思路
本专利技术的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而为显然的，或可通过实践本专利技术而了解。在一个方面，本公开涉及一种用于在连接到电网的功率系统中维持足够的无功电流裕度的方法。该方法包括经由功率限制器系统接收针对功率系统的无功电流命令和无功电流上限。该方法还包括经由功率限制器系统确定作为无功电流命令和无功电流上限的函数的无功电流裕度信号。此外，该方法包括经由功率限制器系统基于无功电流裕度信号来产生功率命令信号。此外，该方法包括经由控制器至少部分地基于功率命令信号来控制功率系统的操作。在一个实施例中，确定作为无功电流命令和无功电流上限的函数的无功电流裕度信号的步骤可进一步包括计算无功电流命令和无功电流上限之间的差值。在另一个实施例中，该方法可包括经由比例-积分调节器处理无功电流裕度信号。在另外的实施例中，控制功率系统的操作的步骤可包括至少部分地基于功率命令来限制功率系统的操作。更具体地，在某些实施例中，该方法可包括经由转换器控制器向系统控制器发送指示功率命令极限值的信号。该方法然后包括经由系统控制器接收来自转换器控制器的信号以及基于功率命令极限值来修改在预确定持续时间内的扭矩和/或速度命令中的至少一个。备选地，该方法可包括经由系统控制器接收来自转换器控制器的信号以及实施功率系统关闭。在额外的实施例中，基于无功电流裕度信号来产生功率命令信号的步骤可从工厂级控制器基于例如工厂级有功功率产生来启用或禁用。在额外的实施例中，该方法可包括经由转换器控制器向工厂级控制器发送信号，该信号指示针对功率系统集合中的至少一个功率系统的功率命令极限值。在这样的实施例中，该方法可进一步包括：经由工厂级控制器接收来自功率系统集合中的所有功率系统的信号；经由工厂级控制器确定功率系统集合的稳定操作所需的功率削减命令；以及向功率系统中的每个发送功率削减命令。在若干实施例中，功率系统可对应于风力涡轮功率系统、太阳能功率系统、能量存储系统或任何其它合适的功率系统。在另一个方面，本公开涉及一种连接到电网的电功率系统。电功率系统包括发电机、联接到发电机的功率转换组件、通信地联接到功率转换组件的功率限制器系统以及联接到功率限制器系统的控制器。功率转换组件配置成接收由发电机产生的功率并将接收的功率转换成适合于传输到电网的功率。功率限制器系统配置成：接收针对电功率系统的无功电流命令和无功电流上限；确定作为无功电流命令和无功电流上限的函数的无功电流裕度信号；并且基于无功电流裕度信号来产生功率命令信号。照此，控制器配置成至少部分地基于功率命令信号来控制电功率系统的操作。应当理解，电功率系统可进一步包括如本文中所描述的额外的特征中的任何特征。在又一个方面，本公开涉及一种用于控制连接到电网的风力涡轮功率系统的操作的方法。该方法包括：经由功率限制器系统接收针对风力涡轮功率系统的无功电流命令和无功电流上限；经由功率限制器系统确定作为无功电流命令和无功电流上限的函数的无功电流裕度信号；测量风力涡轮功率系统的至少一个操作条件，操作条件包括取决于电网应急事件的发生的锁相环路(PLL)误差；经由功率限制器系统分析操作条件，以响应于PLL误差高于预限定水平来识别电网应急事件的发生；经由功率限制器系统至少部分地基于无功电流裕度信号来响应于电网应急事件产生功率命令信号；以及经由控制器至少部分地基于功率命令信号来控制风力涡轮功率系统的操作。应当理解，该方法可进一步包括如本文中所描述的额外的特征和/或步骤中的任何特征和/或步骤。参考以下描述和所附权利要求书，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书中并构成其部分的附图图示了本专利技术的实施例，并与描述一起用于解释本专利技术的原理。附图说明在参考附图的说明书中阐述了本专利技术(包括其最佳模式)的针对本领域普通技术人员的完整且能够实现的公开，在附图中：图1图示了根据本公开的风力涡轮的部分的一个实施例的透视图；图2图示了根据本公开的风力涡轮的机舱的一个实施例的内部透视图；图3图示了根据本公开的风力涡轮的多种电气构件的一个实施例的框图；图4图示了根据本公开的风电场的一个实施例的示意图；图5图示了可包括图1中所示出的风力涡轮的功率产生和输送系统的一个实施例的框图；图6图示了可被包括在图4中所示出的功率产生和输送系统内的功率限制器系统的一个实施例的框图；图7图示了可被包括在图5中所示出的功率限制器系统中的依赖于电网的功率限制器的一个实施例的框图；图8图示了根据本公开的用于控制连接到电网的功率系统的操作的方法的一个实施例的流程图；图9图示了根据本公开的操作风力涡轮功率系统的模拟结果；以及...

【技术保护点】
1.一种用于在连接到电网的功率系统中维持足够的无功电流裕度的方法，所述方法包括：/n经由功率限制器系统接收针对所述功率系统的无功电流命令和无功电流上限；/n经由所述功率限制器系统确定作为所述无功电流命令和所述无功电流上限的函数的无功电流裕度信号；/n经由所述功率限制器系统基于所述无功电流裕度信号来产生功率命令信号；以及/n经由控制器至少部分地基于所述功率命令信号来控制所述功率系统的操作。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180215 US 15/8976581.一种用于在连接到电网的功率系统中维持足够的无功电流裕度的方法，所述方法包括：
经由功率限制器系统接收针对所述功率系统的无功电流命令和无功电流上限；
经由所述功率限制器系统确定作为所述无功电流命令和所述无功电流上限的函数的无功电流裕度信号；
经由所述功率限制器系统基于所述无功电流裕度信号来产生功率命令信号；以及
经由控制器至少部分地基于所述功率命令信号来控制所述功率系统的操作。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定作为所述无功电流命令和所述无功电流上限的函数的所述无功电流裕度信号进一步包括计算所述无功电流命令和所述无功电流上限之间的差值。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括经由比例-积分调节器处理所述无功电流裕度信号。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述功率系统的操作进一步包括至少部分地基于所述功率命令来限制所述功率系统的操作。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括经由转换器控制器向系统控制器发送指示功率命令极限值的信号。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括经由所述系统控制器接收来自所述转换器控制器的所述信号以及基于所述功率命令极限值来修改在预确定持续时间内的扭矩和/或速度命令中的至少一个。


7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括经由所述系统控制器接收来自所述转换器控制器的所述信号以及实施功率系统关闭。


8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括经由转换器控制器向工厂级控制器发送指示针对功率系统集合中的至少一个功率系统的功率命令极限值的信号。


9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括：
经由所述工厂级控制器接收来自所述功率系统集合中的所有功率系统的信号；
经由所述工厂级控制器确定所述功率系统集合的稳定操作所需的功率削减命令；以及
向所述功率系统中的每个发送所述功率削减命令。


10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率系统包括风力涡轮功率系统、太阳能功率系统或能量存储系统中的至少一个。


11.一种连接到电网的电功率系统，包括：
发电机；
功率转换组件，其联接到所述发电机，所述功率转换组件配置成接收由所述发电机产生的功率并将接收的所述功率转换成适合于传输到所述电网的功率；
功率限制器系统，其通信地联接到所述功率转换组件，所述功率限制器系统配置成：
接收针对所述电功率系统的无功电流命令和无功电流上限；
确定作为所述无功电流命令和所述无功电流上...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·S·阿基勒斯，E·V·拉森，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US