專利名稱：對(duì)由風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)生成的電功率的分發(fā)的控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將電功率從風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)傳輸至電カ網(wǎng)的技術(shù)領(lǐng)域，所述電功率由包括多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)的風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)生成。具體地，本發(fā)明涉及一種用于在(a) AC功率傳輸鏈路與(b ) DC功率傳輸鏈路之間分發(fā)由具有多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)的風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)生成的電功率的功率分發(fā)系統(tǒng)，其中，這兩個(gè)功率傳輸鏈路將風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)連接至電カ網(wǎng)的子站。此外，本發(fā)明涉及包括上述功率分發(fā)系統(tǒng)的功率傳輸系統(tǒng)。此外，本發(fā)明涉及一種用于在(a) AC功率傳輸鏈路與(b ) DC功率傳輸鏈路之間分 發(fā)由具有多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)的風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)生成的電功率的方法以及ー種中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器和一種計(jì)算機(jī)程序，該中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器和該計(jì)算機(jī)程序二者均被配置用于控制上述方法。
背景技術(shù)：
由于對(duì)能量的不斷增長(zhǎng)的需求、耗盡化石燃料儲(chǔ)備以及具體地關(guān)于溫室氣體排放的環(huán)境益處,風(fēng)カ發(fā)電已經(jīng)得到較大推動(dòng)。風(fēng)カ渦輪機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電功率。風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)或風(fēng)電公園(也被稱作風(fēng)カ發(fā)電廠)是相對(duì)于彼此非常鄰近地安裝的一系列幾十或幾百個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)。在風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)內(nèi)，在公共集電極(collector)總線(母線)處對(duì)由各個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)生成的電功率進(jìn)行總計(jì)，該公共集電極總線在下文中還被命名為公共耦合點(diǎn)(PCC)。必須將在公共集電極總線處總計(jì)的電功率饋送至電カ網(wǎng)中以傳輸和分發(fā)至通常位于遙遠(yuǎn)(例如幾百km)的電負(fù)載中心和公用電網(wǎng)。這需要風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)通過(guò)電的高功率連接而連接至電カ網(wǎng)。(a)針對(duì)水下功率傳輸(在離岸的風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)的情況下)以及(b)針對(duì)岸上的地下傳輸需要線纜傳輸，以便將公共集電極總線連接至電網(wǎng)中的足夠強(qiáng)的點(diǎn)。高電壓交流電(HVAC)和高電壓直流電(HVDC)是風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)至電網(wǎng)的連接的兩個(gè)備選方案，如公開“Wind Wind Farm Grid Integration Using VSC Based HVDC Transmission -An Overview，S. K. Chaudharyj R. Teodorescuj P. Rodriguez, IEEE Energy2030,Atlanta, GA USA，17-18 November, 2008” 中所不。目前，大多數(shù)風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)經(jīng)由承載電功率的AC線纜連接至電カ網(wǎng)的主要陸地子站。然而，不僅有功功率產(chǎn)生電損耗，而且具體由AC線纜的電容引起的無(wú)功功率也產(chǎn)生電損耗,這是由于總電流由實(shí)部和虛部構(gòu)成。WO 2010/086071 Al公開了ー種用于利用電壓源轉(zhuǎn)換器(VSC)控制HVDC鏈路并將兩個(gè)電功率系統(tǒng)(例如，風(fēng)カ渦輪機(jī)以及電カ網(wǎng)的子站)進(jìn)行互連的方法。采用具有滾動(dòng)時(shí)域策略的模型預(yù)測(cè)控制來(lái)控制兩環(huán)或兩層控制方案的外環(huán)或HVDC鏈路的建立。兩環(huán)控制方案利用HVDC鏈路和互連功率系統(tǒng)的各個(gè)系統(tǒng)變量的動(dòng)力學(xué)的速度的差異。Asea Brown Boveri (ABB)已經(jīng)在其網(wǎng)站“http://www. abb. com/cawp/gad02181/18e68b778f900952cl256e4b002b25be. aspx” 上公布了標(biāo)題為 “HVDC Light in wind farmapplications”的文章。在可從例如2010年12月23日獲得的該文章中，提出了通過(guò)HVAC鏈路和HVDC鏈路二者將風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)與電カ網(wǎng)相連接。可以通過(guò)以低風(fēng)速使用HVAC鏈路(例如60%的時(shí)間)來(lái)降低與傳輸相關(guān)的能量損耗，并且，以高風(fēng)速使用這兩個(gè)鏈路HVAC和HVDC0這樣，在所有風(fēng)カ條件下獲得了總損耗和系統(tǒng)性能的最優(yōu)情況。可能需要具體在損耗方面進(jìn)ー步改進(jìn)電能在風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)與電カ網(wǎng)的子站之間的傳輸。

發(fā)明內(nèi)容
這種需要可以被根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求所述的主題所滿足。本發(fā)明的有利實(shí)施例由從屬權(quán)利要求描述。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于在AC功率傳輸鏈路與DC功率傳輸鏈路之間分發(fā)由具有多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)的風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)生成的電功率的功率分發(fā)系統(tǒng)，其中，這兩個(gè)功率傳輸鏈路將所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)連接至電カ網(wǎng)的子站。所提供的功率分發(fā)系統(tǒng)包括Ca)中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器，其適于控制所述多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)的操作；以及(b)分發(fā)設(shè)備，其能夠在其輸入側(cè)處連接至所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)并在其輸出側(cè)處連接至這兩個(gè)功率傳輸鏈路。 響應(yīng)于由所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器提供的控制信號(hào)，所述分發(fā)設(shè)備在所述AC功率傳輸鏈路與所述DC功率傳輸鏈路之間分發(fā)所生成的電功率。所述功率分發(fā)系統(tǒng)基于以下思想用于協(xié)調(diào)所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)的多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)的操作的中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器還可以用于在交流電(AC)功率傳輸鏈路與直流電(DC)功率傳輸鏈路之間分發(fā)已經(jīng)由所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)產(chǎn)生的電功率的傳輸。換言之，所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器可以在三種不同模式之間進(jìn)行選擇以將所生成的電功率傳輸至電カ網(wǎng)(相應(yīng)地，電カ網(wǎng)子站)。第一種模式是所謂的AC模式，其中，僅使用AC功率傳輸鏈路，其通常還被稱為高電壓交流電(HVAC)。第二種模式是所謂的DC模式，其中，僅使用DC功率傳輸鏈路，其通常還被稱為高電壓直流電(HVDC)。第三種模式是所謂的并行模式，其中，使用這兩種功率傳輸鏈路將已由風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)生成的功率傳輸至電カ網(wǎng)。通過(guò)在這兩個(gè)功率傳輸鏈路之間分發(fā)電功率傳輸，可以降低功率損耗，并且，風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)可以以更高效的方式連接至子站，該子站是可靠的本地電カ網(wǎng)連接點(diǎn)。具體地,所述功率分發(fā)系統(tǒng)可能對(duì)于諸如例如澳大利亞和美國(guó)中的鄉(xiāng)村地方的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)來(lái)說(shuō)是有利的，在這些地方，除了中央發(fā)電廠(如燃煤發(fā)電廠、燃?xì)獍l(fā)電廠、核電廠)外還使用風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)，并且在這些地方這些風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)通常在距這種中央發(fā)電場(chǎng)許多英里處連接。一般來(lái)講，所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器可以幫助控制功率的流動(dòng)，在已經(jīng)通過(guò)將DC功率傳輸鏈路添加至普通AC功率傳輸鏈路來(lái)擴(kuò)展風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)與電カ網(wǎng)之間的電連接之后，必須將所述功率從風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)傳輸至電カ網(wǎng)。可以具體地在所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器處生成的所述控制信號(hào)可以通過(guò)有線連接(如電纜)、光連接(如光纖線纜)和/或無(wú)線連接(例如無(wú)線電鏈路)而轉(zhuǎn)發(fā)至分發(fā)設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述控制信號(hào)依賴于由所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)生成的電功率的量。一般來(lái)講，所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器被配置為依賴于由所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)生成且應(yīng)當(dāng)傳輸至所述電カ網(wǎng)的電功率的量，控制AC功率傳輸鏈路與DC功率傳輸鏈路之間的功率分發(fā)。從而，在由所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)實(shí)際生成的電功率的量相當(dāng)小的情況下，可以經(jīng)由AC功率傳輸鏈路來(lái)傳輸大多數(shù)功率或所有功率。相應(yīng)地，如果實(shí)際生成的電功率的量相當(dāng)大，則可以經(jīng)由DC功率傳輸鏈路來(lái)傳輸大多數(shù)功率或所有功率。使用用于決定兩個(gè)功率傳輸鏈路之間的功率分發(fā)的中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器可以提供以下優(yōu)點(diǎn)除了所述分發(fā)設(shè)備外，不需要附加的硬件在AC功率傳輸鏈路與DC功率傳輸鏈路之間分發(fā)要被傳輸至電カ網(wǎng)的功率。在這方面，從以下事實(shí)問(wèn)題取得益處所述中央風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器已經(jīng)知道多少電功率正在流過(guò)其測(cè)量點(diǎn)(即，公共連接點(diǎn)PCC)，并將能夠決定電功率的量的部分，該部分經(jīng)由AC功率傳輸鏈路(相應(yīng)地，DC功率傳輸鏈路)而傳輸。根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施例，所述分發(fā)設(shè)備包括(a)電子控制単元，用于從所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器接收控制信號(hào)；(b)母線，用于收集由多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)生成的電功率；(C)AC電路制動(dòng)設(shè)備，其由所述電子控制單元控制并被配置為將所述母線至少部分地從AC功率傳輸鏈路斷開；以及(d)DC電路制動(dòng)設(shè)備，其由所述電子控制單元控制并被配置為將所述母線至少部分地從DC功率傳輸鏈路斷開。所述AC電路制動(dòng)設(shè)備和/或所述DC電路制動(dòng)設(shè)備可以例如通過(guò)高功率半導(dǎo)體開 關(guān)設(shè)備(諸如例如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、MOS可關(guān)斷晶閘管(ΜΤ0)、集成門極換流晶閘管(IGCT)或任何其他類型的晶閘管)而實(shí)現(xiàn)。為了僅部分地將母線與相應(yīng)功率傳輸鏈路斷開，可以利用脈沖寬度調(diào)制(PWM)來(lái)操作電路制動(dòng)設(shè)備。從而，在(a)脈沖處于高或低電平期間的持續(xù)時(shí)間相比于(b)PWM的整個(gè)時(shí)段的持續(xù)時(shí)間之間的比確定斷開的程度。根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施例，所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器被配置為用于以下述這些方式控制風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的操作，(a)母線處的AC電信號(hào)的頻率等于電カ網(wǎng)的頻率；(b)母線處的AC電信號(hào)的相位角與電カ網(wǎng)的相位角同步；和/或(c)母線處的AC電信號(hào)的峰值電壓等于電カ網(wǎng)的峰值電壓。這可以提供以下優(yōu)點(diǎn)可以改進(jìn)電路制動(dòng)設(shè)備的操作可靠性，這是由于當(dāng)打開(相應(yīng)地，關(guān)閉)電路制動(dòng)設(shè)備時(shí)，在母線與電カ網(wǎng)之間將不存在電壓差或至少僅存在非常小的電壓差。從而，可以保證電路制動(dòng)設(shè)備的不同操作狀態(tài)之間的平滑過(guò)渡。在這一點(diǎn)上提到，所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器可以充當(dāng)所述多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)的所有單獨(dú)風(fēng)力渦輪機(jī)的上級(jí)控制器。具體地，所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器可以連接至所述多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)中的每個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的単獨(dú)控制單元。通過(guò)監(jiān)視所述單獨(dú)控制單元，所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器可以以協(xié)調(diào)的方式控制所述單獨(dú)風(fēng)カ渦輪機(jī)的操作。具體地，經(jīng)由到所述單獨(dú)控制單元的有線或無(wú)線數(shù)據(jù)連接，所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器可以收集與所述單獨(dú)風(fēng)カ渦輪機(jī)有關(guān)的操作信息并將適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)傳輸至相應(yīng)的單獨(dú)控制單元。所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器可以管理總體風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)功率輸出的校正，從而可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的適當(dāng)?shù)目傮w功率產(chǎn)生。這是由用于總體功率產(chǎn)生的上級(jí)功率設(shè)置點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。為了實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)目傮w風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)功率輸出，基于上級(jí)功率設(shè)置點(diǎn)，必須針對(duì)每個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)確定適當(dāng)?shù)膮g獨(dú)功率設(shè)置點(diǎn)。該確定通常通過(guò)分離算法而實(shí)行，該分離算法是在每個(gè)単獨(dú)控制單元中執(zhí)行的。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了ー種用于將由具有多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)的風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)生成的電功率從所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)傳輸至電カ網(wǎng)的子站的功率傳輸系統(tǒng)。所提供的功率傳輸系統(tǒng)包括(a)如上所述的功率分發(fā)系統(tǒng)；(b) AC功率傳輸鏈路，用于將分發(fā)設(shè)備與所述子站相連接；以及(c) DC功率傳輸鏈路，用于將分發(fā)設(shè)備與所述子站相連接。
此外，所述功率傳輸系統(tǒng)基于以下思想可以在這兩個(gè)功率傳輸鏈路之間分發(fā)應(yīng)當(dāng)傳輸至電カ網(wǎng)的所生成的電功率。從而，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)與電カ網(wǎng)之間的高效且可靠的功率連接。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述DC功率傳輸鏈路包括(a)整流器，其連接至分發(fā)設(shè)備；(b)逆變器(inverter),其能夠連接至電カ網(wǎng)的子站；以及(c) DC線纜，其將所述整流器和所述逆變器相連接。具體地，所述整流器可以用于將由所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)提供的高功率AC信號(hào)轉(zhuǎn)換為經(jīng)由所述DC線纜傳輸?shù)母吖β蔇C信號(hào)。相應(yīng)地，所述逆變器可以用于將經(jīng)由所述DC線纜傳輸?shù)母吖β蔇C信號(hào)轉(zhuǎn)換為可饋送入電カ網(wǎng)中的高功率AC信號(hào)。所述整流器和/或所述逆變器可以具體地通過(guò)高功率半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備(例如上述IGBT、GT0、MT0、IGCT)而實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施例，所述整流器和/或所述逆變器包括電壓源轉(zhuǎn)換器。 電壓源轉(zhuǎn)換器(VSC)很可能表示最先進(jìn)的解決方案以便補(bǔ)償無(wú)功功率，這是由于VSC可以提供無(wú)功功率的快速可變?cè)础亩锌赡芤陨蔁o(wú)功功率的最小值的這種方式調(diào)整相應(yīng)的高功率信號(hào)，這在已知的高功率傳輸解決方案中通常表示電氣損耗的最強(qiáng)源。根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施例，所述整流器和/或所述逆變器是可利用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)來(lái)控制的。這可以提供以下優(yōu)點(diǎn)已知且完好建立的技術(shù)可以用于高效地控制所述整流器和/或所述逆變器的操作。所述整流器可以由被指派給所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)的控制單元控制。具體地，所述整流器可以由所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器直接或間接控制。此外，所述逆變器可以由被指派給所述電カ網(wǎng)的另ー控制單元控制。從而，經(jīng)過(guò)逆變的AC信號(hào)的頻率和相位可以被精確調(diào)整為分別與電カ網(wǎng)的信號(hào)相匹配。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于在(a) AC功率傳輸鏈路與(b) DC功率傳輸鏈路之間分發(fā)由具有多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)的風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)生成的電功率的方法，其中，這兩個(gè)功率傳輸鏈路將所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)連接至電カ網(wǎng)的子站。所提供的方法包括(a)通過(guò)中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器來(lái)控制所述多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)的操作；(b)通過(guò)所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器將控制信號(hào)提供給分發(fā)設(shè)備，所述分發(fā)設(shè)備在其輸入側(cè)連接至所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)并在其輸出側(cè)連接至這兩個(gè)功率傳輸鏈路；以及(C)響應(yīng)于所述控制信號(hào)，通過(guò)所述分發(fā)設(shè)備在所述AC功率傳輸鏈路與所述DC功率傳輸鏈路之間分發(fā)所生成的電氣功率。此外，所述方法基于以下思想可以在這兩個(gè)功率傳輸鏈路之間分發(fā)應(yīng)當(dāng)傳輸至電カ網(wǎng)的所生成的電功率，其中，所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器負(fù)責(zé)決定經(jīng)由相應(yīng)功率傳輸鏈路傳輸?shù)墓β实牧俊亩梢詫?shí)現(xiàn)所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)與所述電カ網(wǎng)之間的高效且可靠的功率連接。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于以協(xié)調(diào)的方式控制風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的操作的中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器。所提供的中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器被配置為用于控制上述方法。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于在(a) AC功率傳輸鏈路與(b) DC功率傳輸鏈路之間分發(fā)由具有多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)的風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)生成的電功率的計(jì)算機(jī)程序，其中，這兩個(gè)功率傳輸鏈路將所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)連接至電カ網(wǎng)的子站。所述計(jì)算機(jī)程序在被數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行時(shí)適于控制和/或?qū)嵭猩鲜龇椒āＨ邕@里所使用的那樣，對(duì)計(jì)算機(jī)程序的引用意圖等效于對(duì)包含用于控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)協(xié)調(diào)上述方法的性能的指令的程序元件和/或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的引用。可以以任何合適編程語(yǔ)言(諸如，例如JAVA、C++)將所述計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)為計(jì)算機(jī)可讀指令代碼，并且可以將所述計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(可移除盤、易失性或非易失性存儲(chǔ)器、嵌入式存儲(chǔ)器/處理器等)上。指令代碼可操作用于將計(jì)算機(jī)或任何其他可編程器件編程為實(shí)行所預(yù)期的功能。所述計(jì)算機(jī)程序可從網(wǎng)絡(luò)(例如萬(wàn)維網(wǎng))得到，可以從該網(wǎng)絡(luò)下載所述計(jì)算機(jī)程序。
本發(fā)明可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序(相應(yīng)地，軟件)而實(shí)現(xiàn)。然而，本發(fā)明也可以通過(guò)ー個(gè)或多個(gè)專用電子電路(相應(yīng)地，硬件)而實(shí)現(xiàn)。此外，本發(fā)明還可以以混合形式(即，以軟件模塊和硬件模塊的組合)實(shí)現(xiàn)。必須注意，已經(jīng)參照不同主題描述了本發(fā)明的實(shí)施例。具體地，已經(jīng)參照設(shè)備類型的權(quán)利要求來(lái)描述了ー些實(shí)施例，而已經(jīng)參照方法類型的權(quán)利要求來(lái)描述了其他實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將從以上和以下描述中推斷，除屬于ー種類型的主題的特征的任何組合以外，與不同主題相關(guān)的特征之間(具體地，設(shè)備類型的權(quán)利要求的特征與方法類型的權(quán)利要求的特征之間)的任何組合也被認(rèn)為利用本文檔公開，除非另有聲明。從以下描述的實(shí)施例的示例中顯而易見并參照實(shí)施例的示例來(lái)解釋本發(fā)明的以上定義的方面和其他方面。在下文中將參照實(shí)施例的示例來(lái)更詳細(xì)地描述本發(fā)明，但是，本發(fā)明不限于此。


圖I示出了通過(guò)高電壓交流電(HVAC)鏈路與高電壓直流電(HVDC)鏈路之間的并行連接而連接至電カ網(wǎng)的風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)，其中，該發(fā)電場(chǎng)的中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器決定經(jīng)由HVAC鏈路傳輸?shù)墓β实牧颗c經(jīng)由HVDC鏈路傳輸?shù)墓β实牧恐g的分發(fā)。
具體實(shí)施例方式圖I示出風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)100，其包括多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)110。每個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)110 (被圖示為“X”)包括未描繪的單獨(dú)控制單元和未描繪的電轉(zhuǎn)換器。該電轉(zhuǎn)換器以已知的方式首先將由風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)カ驅(qū)動(dòng)電發(fā)電機(jī)提供的異步AC功率輸出轉(zhuǎn)換為DC功率，并且其次轉(zhuǎn)換為具有給定AC頻率的同步AC功率輸出。風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)100還包括多個(gè)變壓器112，其中，一個(gè)變壓器112被相應(yīng)地指派給ー個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)100并將相應(yīng)風(fēng)カ渦輪機(jī)100連接至母線114。根據(jù)這里描述的實(shí)施例，在一個(gè)母線114處收集分別由四個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)110生成的電功率。如從圖I可看到的那樣，母線114經(jīng)由高電壓線纜116連接至中央母線120，該中央母線120表示風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)的公共連接點(diǎn)(PCC)。高電壓線纜118的阻抗被示意性地圖示為阻抗116a。風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)100還包括中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器130，其以未描繪的方式與風(fēng)カ渦輪機(jī)Iio的單獨(dú)控制單元中的每ー個(gè)相連接。根據(jù)這里描述的實(shí)施例，中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器130充當(dāng)針對(duì)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)100的所有風(fēng)カ渦輪機(jī)120的上級(jí)控制器。通過(guò)監(jiān)視單獨(dú)控制單元，中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器130能夠以協(xié)調(diào)的方式控制風(fēng)力渦輪機(jī)110的操作。在該上下文中，中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器100收集與單獨(dú)風(fēng)力渦輪機(jī)110有關(guān)的操作信息并將適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)傳輸至相應(yīng)單獨(dú)控制單元。在下文中，描述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)100 (相應(yīng)地，風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)100的PCC 120)與電カ網(wǎng)的子站180之間的功率連接。在圖I中，子站180由其戴維南等效電壓源182和其戴維南等效阻抗184示意性地圖示。如從圖I進(jìn)ー步看到的那樣，PCC 120經(jīng)由中央變壓器125與分發(fā)設(shè)備140相連接。根據(jù)這里描述的實(shí)施例，中央變壓器125將電壓從33 kV (PCC 120處)増加至分發(fā)設(shè)備140處的275 kV。通過(guò)增加電壓，可以降低在電功率傳輸至子站期間電功率的損耗。當(dāng)然，其他電壓階躍也是可能的。分發(fā)設(shè)備140經(jīng)由兩個(gè)并行功率傳輸鏈路(AC功率傳輸鏈路150和DC功率傳輸鏈路160)連接至被指派給子站180的另ー母線170。AC功率傳輸鏈路150包括AC線纜151。DC功率傳輸鏈路160包括DC線纜161 ;整流器162，其用于將母線144處的AC功率信號(hào)轉(zhuǎn) 換為DC功率信號(hào)；以及逆變器164，其用于將已經(jīng)經(jīng)由DC線纜161傳輸?shù)腄C功率信號(hào)轉(zhuǎn)換為AC功率信號(hào)。根據(jù)本地情形，線纜151、161可以具有I千米與1000千米之間的長(zhǎng)度。根據(jù)這里描述的實(shí)施例，線纜151和161的長(zhǎng)度為80 km。分發(fā)設(shè)備140包括控制單元142、母線144、AC電路制動(dòng)設(shè)備146和DC電路制動(dòng)設(shè)備148。控制單元142能夠以下述這種方式控制兩個(gè)電路制動(dòng)設(shè)備146和148，即相應(yīng)功率傳輸鏈路150 (相應(yīng)地，160) Ca)充分連接至母線144 ； (b)完全從母線144斷開；或者
(c)部分地從母線144斷開，相應(yīng)地部分地連接至母線144。根據(jù)這里描述的實(shí)施例，AC電路制動(dòng)設(shè)備146和/或DC電路制動(dòng)設(shè)備148包括利用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)控制的高功率半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備。從而，(a)脈沖處于高或低電平的期間的持續(xù)時(shí)間相比于(b) PWM的整個(gè)時(shí)段的持續(xù)時(shí)間之間的比確定斷開的程度(相應(yīng)地，連接的程度)。中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器130經(jīng)由數(shù)據(jù)連接132 (其可以是有線和/或無(wú)線連接)連接至分發(fā)設(shè)備140。中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器130針對(duì)控制單元142提供控制信號(hào)130a，該控制單元142響應(yīng)于控制信號(hào)130a而在AC功率傳輸鏈路150與DC功率傳輸鏈路160之間分發(fā)應(yīng)當(dāng)傳輸至子站180的電功率。根據(jù)本發(fā)明，中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器130負(fù)責(zé)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)100如何連接至子站180的控制策略。由于存在兩個(gè)功率傳輸鏈路150和160可用，因此存在將風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)100連接至子站180的以下三種不同的模式
(A)AC模式僅使用AC功率傳輸鏈路150，不經(jīng)由DC功率傳輸鏈路160傳輸功率
(B)DC模式僅使用DC功率傳輸鏈路160，不經(jīng)由AC功率傳輸鏈路150傳輸功率
(C)并行模式使用這兩個(gè)功率傳輸鏈路150、160將由風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)100生成的電功率傳輸至子站180。如上文已經(jīng)提到的那樣，當(dāng)使用并行模式時(shí)，與總電功率相比的小部分功率(該小部分功率是經(jīng)由這兩個(gè)功率傳輸鏈路之ー傳輸?shù)?可以例如由適當(dāng)?shù)腜WM信號(hào)調(diào)整，該適當(dāng)?shù)腜WM信號(hào)控制AC電路制動(dòng)設(shè)備146和DC電路制動(dòng)設(shè)備148的高功率半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備。根據(jù)這里描述的實(shí)施例，經(jīng)由DC功率傳輸鏈路160傳輸?shù)男〔糠止β室蕾囉谝呀?jīng)由風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)100生成且應(yīng)當(dāng)傳輸至子站180的功率的量。具體地，如果風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)100產(chǎn)生例如其總電功率容量的至少80%，則將專門使用DC功率傳輸鏈路160。如果風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)的實(shí)際功率產(chǎn)生較小(例如，小于總?cè)萘康?0%)，則將專門使用AC功率傳輸鏈路150。因?yàn)榕c始終包括(具體地，由于相應(yīng)AC線纜的容量而引起的)無(wú)功功率損耗的AC功率傳輸相比，DC功率傳輸經(jīng)受這種功率損耗要少得多。因此，對(duì)于應(yīng)當(dāng)長(zhǎng)距離傳輸?shù)木薮蠊β柿浚褂肈C功率傳輸鏈路160 —般是有利的。此外，通過(guò)僅使用DC功率傳輸鏈路160，風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)100完全與電カ網(wǎng)隔離。這給出了以下優(yōu)點(diǎn)風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)100中的電壓不受電カ網(wǎng)中的電壓的改變影響，該電力網(wǎng)中的電壓的改變是例如由切換動(dòng)作或遠(yuǎn)程故障導(dǎo)致的。當(dāng)風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)100僅產(chǎn)生較小功率時(shí)，僅連接AC功率傳輸鏈路150。DC電路制動(dòng)設(shè)備146處于完全阻塞狀態(tài)。這是以上定義的AC模式。當(dāng)功率產(chǎn)生增大時(shí)，DC電路制動(dòng)設(shè)備146將是至少部分解阻塞的，使得經(jīng)由DC功率傳輸鏈路160傳輸?shù)墓β示徛龎埓螅钡浇?jīng)由AC功率傳輸鏈路150傳輸?shù)墓β式咏诹銥橹埂＿@是以上定義的并行模式。然后， AC電路制動(dòng)設(shè)備146將AC功率傳輸鏈路150從母線144完全斷開，并且將風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)100與電カ網(wǎng)隔離。這是以上定義的DC模式。優(yōu)選地，在執(zhí)行風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)100與電カ網(wǎng)的隔離時(shí)，以下述這種方式來(lái)(由中央風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器130以及每個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)110的単獨(dú)控制單元)控制每個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)110的轉(zhuǎn)換器，所述方式為風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)100內(nèi)的AC頻率和AC電壓控制將被維持在所描述的隔離序列之前。這將便于后續(xù)激活A(yù)C功率傳輸鏈路150。具體地，當(dāng)風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)100的功率產(chǎn)生再次減小至低于預(yù)置水平時(shí)，將風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)100內(nèi)的AC頻率與電カ網(wǎng)的AC頻率同歩。同步控制由中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器130維持，該中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器130在AC功率傳輸鏈路150被設(shè)置為運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)監(jiān)控AC電壓的相位。AC線纜151由AC電路制動(dòng)設(shè)備146重新連接(AC模式)。該進(jìn)行切換的序列是由中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器130執(zhí)行的完全自動(dòng)控制。從而，可以保證不同模式之間的平滑過(guò)渡。從意外事故的角度來(lái)看，通過(guò)在風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)100與子站180之間提供兩種不同功率傳輸鏈路150、160，增加風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)100到子站180的連接的可靠性。例如，在存在損壞AC線纜151的嚴(yán)重故障的情況下，中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器130所進(jìn)行的控制自動(dòng)交換至DC功率傳輸鏈路160，并且仍然可以將功率傳輸至子站180。應(yīng)當(dāng)注意，術(shù)語(yǔ)“包括”并不排除其他元件或步驟，并且對(duì)冠詞“一”或“ー個(gè)”的使用并不排除多個(gè)。此外，可以將與不同實(shí)施例相關(guān)聯(lián)描述的元件進(jìn)行組合。還應(yīng)當(dāng)注意，權(quán)利要求中的參考標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于在(a) AC功率傳輸鏈路(150)與(b)DC功率傳輸鏈路(160)之間分發(fā)由具有多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)(110)的風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)(100)生成的電功率的功率分發(fā)系統(tǒng)，其中，這兩個(gè)功率傳輸鏈路(150、160)將所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)(100)連接至電カ網(wǎng)的子站(180)，所述功率分發(fā)系統(tǒng)包括 中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器(130)，其適于控制所述多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)(110)的操作；以及分發(fā)設(shè)備(140 )，所述分發(fā)設(shè)備(140 )能夠在其輸入側(cè)連接至所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)(100 )并在其輸出側(cè)連接至這兩個(gè)功率傳輸鏈路(150、160)， 其中，響應(yīng)于由所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器(130)提供的控制信號(hào)(130a)，所述分發(fā)設(shè)備(140)在所述AC功率傳輸鏈路(150)與所述DC功率傳輸鏈路(160)之間分發(fā)所生成的電氣功率。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的功率分發(fā)系統(tǒng)，其中，所述控制信號(hào)(130a)依賴于由所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)(100)生成的電功率的量。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的功率分發(fā)系統(tǒng)，其中，所述分發(fā)設(shè)備(140)包括 電子控制単元(142)，其用于從所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器(130)接收所述控制信號(hào)(130a)； 母線(144)，其用于收集由所述多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)(110)生成的電功率； AC電路制動(dòng)設(shè)備(146)，其由所述電子控制單元(142)控制并且其被配置為將所述母線(144)至少部分地從AC功率傳輸鏈路(150)斷開；以及 DC電路制動(dòng)設(shè)備(148)，其由所述電子控制單元(142)控制并且其被配置為將所述母線(144)至少部分地從DC功率傳輸鏈路(160)斷開。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中所述的功率分發(fā)系統(tǒng)，其中，所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器(130)被配置為以下述這樣的方式來(lái)控制所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)(100)的操作 Ca)母線(144)處的AC電信號(hào)的頻率等于電カ網(wǎng)的頻率； (b)母線(144)處的AC電信號(hào)的相位角與電カ網(wǎng)的相位角同歩；以及/或者 (c)母線(144)處的AC電信號(hào)的峰值電壓等于電カ網(wǎng)的峰值電壓。
5.ー種用于將由具有多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)(110)的風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)(100)生成的電功率從所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)(100)傳輸至電カ網(wǎng)的子站(180)的功率傳輸系統(tǒng),所述功率傳輸系統(tǒng)包括 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的功率分發(fā)系統(tǒng)； AC功率傳輸鏈路(150)，其將分發(fā)設(shè)備(140)與子站(180)相連接；以及 DC功率傳輸鏈路(160)，其將分發(fā)設(shè)備(140)與子站(180)相連接。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求5所述的功率傳輸系統(tǒng),其中,所述DC功率傳輸鏈路(160)包括 -整流器(162)，其被連接至所述分發(fā)設(shè)備(140); -逆變器(164)，其能夠連接至電カ網(wǎng)的子站(180);以及 -DC線纜(161 )，其將所述整流器(162)和所述逆變器(164)相連接。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求6所述的功率傳輸系統(tǒng)，其中，所述整流器(162)和/或所述逆變器(164)包括電壓源轉(zhuǎn)換器。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求7所述的功率傳輸系統(tǒng)，其中，所述整流器(162)和/或所述逆變器(164)是能夠利用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)來(lái)控制的。
9.ー種用于在(a) AC功率傳輸鏈路(150)與(b)DC功率傳輸鏈路(160)之間分發(fā)由具有多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)(110)的風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)(100)生成的電功率的方法，其中，這兩個(gè)功率傳輸鏈路(150、160)將所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)(100)連接至電カ網(wǎng)的子站(180)，所述方法包括 通過(guò)中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器(130)來(lái)控制所述多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)(110)的操作； 通過(guò)所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器(130)將控制信號(hào)(130a)提供給分發(fā)設(shè)備(140)，所述分發(fā)設(shè)備(140)在其輸入側(cè)連接至所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)(100)并在其輸出側(cè)連接至這兩個(gè)功率傳輸鏈路(150、160);以及 響應(yīng)于所述控制信號(hào)(130a)，通過(guò)所述分發(fā)設(shè)備(140)在所述AC功率傳輸鏈路(150)與所述DC功率傳輸鏈路(160)之間分發(fā)所生成的電氣功率。
10.一種用于以協(xié)調(diào)的方式控制風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)(100)的多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)(110)的操作的中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器，其中，所述中央風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)控制器(130)被配置為控制根據(jù)前述權(quán)利要求9所述的方法。
11.一種用于在(a) AC功率傳輸鏈路(150)與(b) DC功率傳輸鏈路(160)之間分發(fā)由具有多個(gè)風(fēng)カ渦輪機(jī)(110)的風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)(100)生成的電功率的計(jì)算機(jī)程序，其中，這兩個(gè)功率傳輸鏈路(150、160)將所述風(fēng)カ發(fā)電場(chǎng)(100)連接至電カ網(wǎng)的子站(180)，所述計(jì)算機(jī)程序在被數(shù)據(jù)處理器執(zhí)行時(shí)適于控制和/或?qū)嵭懈鶕?jù)權(quán)利要求9所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及對(duì)由風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)生成的電功率的分發(fā)的控制。描述了一種用于在(a)AC功率傳輸鏈路(150)與(b)DC功率傳輸鏈路(160)之間分發(fā)由風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)(100)生成的電功率的功率分發(fā)系統(tǒng)，其中，這兩個(gè)功率傳輸鏈路(150、160)將所述風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)(100)連接至電力網(wǎng)的子站(180)。所述功率分發(fā)系統(tǒng)包括中央風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器(130)，適于控制所述風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)(100)的風(fēng)力渦輪機(jī)(110)的操作；以及分發(fā)設(shè)備(140)，能夠在其輸入側(cè)連接至所述風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)(100)并在其輸出側(cè)連接至這兩個(gè)功率傳輸鏈路(150、160)。響應(yīng)于來(lái)自所述中央風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)控制器(130)的控制信號(hào)(130a)，所述分發(fā)設(shè)備(140)在這兩個(gè)功率傳輸鏈路(150、160)之間分發(fā)所生成的電氣功率。
文檔編號(hào)H02J3/36GK102684185SQ20121001511
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月18日
發(fā)明者B.安德森, S.庫(kù)馬 申請(qǐng)人:西門子公司