用于控制风电场的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于控制风能系统(304)，即风能设备(100)或包括多个风能设备的风电场的方法，所述方法用于将来自风的电功率馈入供电网(302)中，并且用于衰减在供电网(302)中的低频振荡，尤其是次同步谐振，其中所述网(302)具有电网电压，所述电网电压具有电网额定频率，其中为了衰减低频振荡使用具有闭合的闭环控制回路的衰减闭环控制装置(300)，并且用于衰减低频振荡的衰减闭环控制装置通过使用风能系统控制装置(306)控制电功率到供电网(302)中的馈入，衰减闭环控制装置针对闭环控制段设计，并且闭环控制段包括供电网(302)或其一部分，风能系统(304)或其一部分，和风能系统控制装置(306)或其一部分，其中衰减闭环控制装置设计为，使得其避免在闭合的闭环控制回路(300)中的弱衰减的模式和/或衰减在闭合的闭环控制回路(300)中的闭环控制段的弱衰减的模式。模式。模式。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制风电场的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于控制风能系统即风能设备或包括多个风能设备的风电场的方法，用于将来自风的电功率馈入供电网中，并且用于衰减在供电网中的低频振荡。本专利技术也涉及一种用于执行这种衰减的风能系统，即风能设备或包括多个风能设备的风电场。

技术介绍

[0002]一般而言，供电网具有50Hz或60Hz的电网额定频率。所述电网额定频率也可以称作为系统频率。供电网也可以简化且同义地称作为供电网或电网。
[0003]在供电网中可能出现低频振荡，所述低频振荡具有低于电网额定频率的频率。所述振荡通常称作为次同步的谐振(SSR)或次同步的频率。为此，电气与电子工程师协会(IEEE)在1990年公开了用于次同步的谐振的正式定义，即：
[0004]“次同步谐振是一种电气系统状态，在该电气系统状态中电网和发电机组之间的能量交换在组合系统的一个或多个固有频率下发生，该固有频率低于系统的同步频率。”P.M.Anderson、B.L.Agrawal、J.E.Van Ness：“Subsynchronous Resonance in Power Systems”，IEEE Press，1990年
[0005]在供电网中可能出现的问题是，低频振荡会激励或增强直接与供电网耦合的同步发电机的机械振荡。由此可能造成对发电机的损伤。如果为了保护将这些发电机与供电网断开，那么可能造成供电网变弱。
[0006]在供电网中在电网部段之间也可能出现在几赫兹的范围内的低频起伏振荡，即例如在德国的第一电网部段与在法国的第二电网部段之间的低频振荡。这种摆振荡可能在供电网中也造成部分的电网关断。在最不利的情况下这可能会造成停电。
[0007]由于在许多国家大型发电厂的比例下降，同时分散的、基于变流器的发生器如风能设备或风电场(针对其这里使用名称“风能系统”作为上位概念)或光伏设备被取代，这种分散的基于变流器的发生器对于供电网的保护也是有意义的。
[0008]在此，供电网的结构或构造也会改变。由于接通过程和关断过程、对馈电线的维护工作或由于天气影响，供电网经受持续的改变。也包含，电网电容量和电网电感率或电网阻抗整体会不断变化。这造成，低频振荡也会连续地变化，这使其探测和衰减变得困难。
[0009]由于风电场和风能设备或风能系统构成供电网的一部分并且决定性地一起确定电网特性，因此这些风电场和风能设备或风能系统可以有助于使能量系统或供电网稳定并且可以用作为用于衰减不期望的次同步谐振的机构。然而，这种风电场也必须在低频振荡方面匹配于改变的电网特性。
[0010]德国专利商标局在本申请的优先权申请中检索到如下现有技术：DE 10 2015 219 407 A1、WO 2011/033044 A2、CN 106300386 A。

技术实现思路

[0011]由此，本专利技术的目的是，解决至少一个上述问题。尤其要提出一种解决方案，所述
解决方案能够实现风能设备或风电场对供电网中的低频振荡的至少一个衰减作用。至少要提出针对迄今已知的解决方案替选的解决方案。
[0012]根据本专利技术，为此提出根据权利要求1的方法。所述方法用于控制风能系统、即风电场或风能设备，用于衰减供电网中的低频振荡，尤其是次同步谐振，所述风能系统馈入到所述供电网中。供电网在此具有电网电压，所述电网电压具有电网额定频率，并且要衰减的低频振荡优选具有比一半的电网额定频率更低的频率。就此而言，次同步谐振也表示如下振荡，其具有比系统频率、在此为电网额定频率更低的频率。
[0013]低频振荡据此优选小于25Hz或30Hz。用于低频振荡的特征性频率范围的、也作为“Power System Oscillations”(PSO)已知的示例是大约0.2至3Hz或5至15Hz，其中频率范围不局限于此。在供电网中的具有低频的振荡或摆动在此可以区分为不同的振荡类型或振荡类别，即厂内振荡(Intraplant-Schwingungen)、控制模式振荡、区域间振荡和本地厂振荡(Localplant-Schwingungen)。
[0014]厂内振荡在此表示供电网部段中的多个连接于供电网的发生单元之间的振荡。控制模式振荡表示由连接于供电网的发生单元、消耗单元或转换器单元的反馈闭环控制造成的振荡。区域间振荡表示多个供电网部段之间的振荡。本地厂振荡表示在连接于供电网的发生单元与供电网之间的振荡。
[0015]特别是，低频振荡可以具有1Hz和更小的值。然而，低频振荡也可以达到电网额定频率的五倍的值。在此，频率为电网额定频率的最大五倍的值的振荡，优选频率最大对应于电网额定频率的振荡称作低频振荡。特别是，低频振荡不具有对应于电网额定频率的数倍的频率。要注意的是，对低频振荡的检查和考虑特别是用于检查或确保供电网的系统稳定性。这与供电网中的电网质量或电压信号的信号质量的评价划清界限，在供电网中特别重要的是谐波。
[0016]为了衰减低频振荡，在此使用具有闭合的闭环控制回路的衰减闭环控制装置。所述衰减闭环控制装置配置用于衰减低频振荡并且所述衰减闭环控制装置工作为使得其通过使用风能系统控制装置控制电功率到供电网中的馈入。
[0017]风能系统控制装置可以视为风能系统的控制装置并且风能系统包含馈入单元特别是逆变器的控制装置。所执行的闭环控制或开环控制具有电功率的馈入作为用于衰减可能的振荡的影响可能性。经由此，即通过改变馈入，衰减闭环控制装置可以影响供电网并进而也实现衰减。
[0018]现在提出，衰减闭环控制装置针对特别的闭环控制段设计。因此，闭环控制段包括供电网、风能系统、和风能系统控制装置。尽管也考虑，分别仅包括其中一部分，但至少考虑所有三个要素。特别是基于如下构思，即这三个要素可能分别显著地影响或甚至触发供电网中的低频振荡。
[0019]大量已知的方案的目的在于，检测低频振荡并且随后
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直观而言
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接上对抗信号，无论如何都对检测到的振荡作出反应。
[0020]在此提出的方案尝试避免这种情况并且替代于此基于匹配于系统的闭环控制。所述闭环控制，即衰减闭环控制为此设计为，其避免在闭合的闭环控制回路中的弱衰减的模式和/或衰减在闭合的闭环控制回路中的闭环控制段的弱衰减的模式。
[0021]由此，所述设计方案基于，系统作为系统特性具有如下频率，当出现相应的激励
时，在所述频率处会出现弱衰减的振荡。如果出现这种激励，那么会造成相应地弱衰减的模式，即振荡或振荡形式。在其他频率处，系统不易于产生振荡或产生振荡不容易得多，即使存在激励也如此。在一些频率范围内允许这种振荡的所述系统在此作为具有风能系统和风能系统控制装置的供电网已知。因此，这三个要素用作为闭环控制段。风能系统控制装置可选地可以视为风能系统的部分，其中风能系统控制装置和风能系统然而明确地列举为闭环控制段的要素。由此，除了供电网或其一部分以外，至少风能系统控制装置和风能系统的另一部分是闭环控制段的要素。
[0022]于是，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制风能系统(304)的方法，所述风能系统是风能设备(100)或包括多个风能设备的风电场，所述方法用于将来自风的电功率馈入供电网(302)中，并且用于衰减在所述供电网(302)中的低频振荡，尤其是次同步谐振，其中所述供电网(302)具有电网电压，所述电网电压具有电网额定频率，其中-为了衰减所述低频振荡使用具有闭合的闭环控制回路(300)的衰减闭环控制装置，并且-所述衰减闭环控制装置为了衰减所述低频振荡通过使用风能系统控制装置(306)控制电功率到所述供电网(302)中的馈入，-所述衰减闭环控制装置针对闭环控制段设计，并且所述闭环控制段包括：-所述供电网(302)或其一部分，-所述风能系统(304)或其一部分，和-所述风能系统控制装置(306)或其一部分，-其中所述衰减闭环控制装置设计为，使得其避免在所述闭合的闭环控制回路(300)中的弱衰减的模式和/或衰减在所述闭合的闭环控制回路(300)中的闭环控制段的弱衰减的模式。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，-为了设计所述衰减闭环控制装置-创建电网振荡模型并且所述电网振荡模型包括：-电网模型(404)，其描绘所述供电网(302)或其包含在所述闭环控制段中的部分，并且在此考虑所述供电网(302)的构造和其上所连接的消耗器和发生器，和-风能系统模型(406)，其描绘所述风能系统(304)的特性，其中所述风能系统模型(406)也包括所述风能系统控制装置(306)的特性，并且-至少一个简化的、尤其在工作点周围线性化的工作模型由所述电网振荡模型确定，并且-所述衰减闭环控制装置基于至少一个简化的或线性化的工作模型设计。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，-为了设计所述衰减闭环控制器，通过改变工作点确定多个线性化的工作模型，和-基于改变的工作点的所述多个线性化的工作模型设计所述衰减闭环控制装置，使得其针对多个线性化的工作模型中的每个工作模型，-避免在所述闭合的闭环控制回路(300)中的弱衰减的模式，和/或-衰减在所述闭合的闭环控制回路(300)中的闭环控制段的弱衰减的模式，-尤其当所述线性化的工作模型分别形成所述闭环控制段时，和/或-所述风能系统闭环控制装置设计为相对于所述闭环控制段的改变，尤其是相对于改变的工作点的改变鲁棒的闭环控制装置。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，-所述供电网(302)的至少一个电压形成输入变量，并且-用于馈入所述供电网(302)中的至少一个输出电流形成所述风能系统控制装置(306)的输出变量。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，-所述衰减闭环控制装置构成为多变量闭环控制装置，其中-所述供电网(302)的至少一个电压形成输入变量并且此外至少一个另外的变量形成输入变量，所述输入变量出自如下表：-电的逆变器的直流电压中间回路的中间回路电压，-从所述逆变器(300)输出的无功功率，-所述风能设备(100)或多个风能设备中的至少一个风能设备的发电机(312)的发电机功率，-所述发电机(312)的转速，和-所述风能设备(100)的或多个风能设备中的至少一个风能设备的至少一个可调节叶片角度的转子叶片，和/或-至少一个用于馈入所述供电网(302)中的至少一个输出电流形成所述风能系统控制装置(306)的输出变量并且此外至少一个另外的变量形成所述风控制装置的输出变量，所述输出变量出自如下表：-所述直流电压中间回路的中间回路电压，-由所述逆变器(300)输出的无功功率，-所述发电机功率，-所述发电机(312)的转速，和-所述可调节的转子叶片的至少一个叶片角度。6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，-所述衰减闭环控制装置的设计是衰减参数化或者包括衰减参数化并且所述衰减参数化由简化的工作模型的特征值分析和/或模态分析确定，尤其-在设计中改变衰减参数化，使得得到具有不同的...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿拉米斯，
申请(专利权)人：乌本产权有限公司，
类型：发明
国别省市：