CN104620460A - 低电压或高电压事件期间的发电设备控制 - Google Patents

低电压或高电压事件期间的发电设备控制 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于控制风力发电设备的方法，所述风力发电设备包括一个或多个风力涡轮发电机、以及发电设备控制器，所述一个或多个风力涡轮发电机被连接到电网，所述发电设备控制器具有操作模式，控制电参数，其中，所述方法包括：确定一个或多个风力涡轮发电机的第一电压电平；确定一个或多个风力涡轮发电机的所述第一电压电平是否在第一预定范围之外；如果一个或多个风力涡轮发电机的所述第一电压电平在第一预定范围之外，那么使所述发电设备控制器的所述操作模式在第一操作模式与第二操作模式之间改变，所述第一操作模式控制第一电参数，所述第二操作模式控制第二电参数，所述第一电参数和所述第二电参数是不同的。本发明还涉及一种发电设备控制器和一种根据所述方法操作的风力发电设备。

Description

低电压或高电压事件期间的发电设备控制
技术领域
本发明涉及一种用于控制风力发电设备的方法，所述风力发电设备包括：一个或多个风力涡轮发电机、以及发电设备控制器，所述一个或多个风力涡轮发电机被连接到电网，所述发电设备控制器具有操作模式，其中，所述发电设备控制器被布置为用于控制电参数，本发明还涉及一种发电设备控制器。
背景技术
风力发电设备的内部电力网将风力发电设备的个体风力涡轮发电机连接到共同耦合点，所述共同耦合点是其中将电力从风力发电设备供给到电力供应网上的点。为了正确地做这项工作，设备的风力涡轮的中每个与共同耦合点之间的内部电力网的阻抗必须被考虑。
到共同耦合点所经历最高阻抗的风力涡轮需要生成最高的风力涡轮电压电平，以便补偿内部电力网中的电压降。然而，通过遵循这种方法，设备之内的最高的风力涡轮电压电平可以变得危险地靠近或甚至超过上电压电平，这具有损坏内部输电网的风险。
此外，长时间暴露于比正常电压电平更低的低电压电平能够导致对装备造成损坏。这归因于更高的电流以便使功率电平保持恒定。
被连接到内部电力网的风力涡轮的电压曲线依赖于阻抗值和流过内部电力网的视在功率。
可以被看作为本发明的实施例的目标是，提供确保以下的方法：
-当与现有技术比较时，以改进的方式不引起对装备的损坏。
-不超过风力发电设备之内的预定电压电平。
可以被看作为本发明的实施例的其他目标是，提供确保不超过风力涡轮设备之内的过电压电平和/或欠电压电平的改进的方法。
发明内容
提供该摘要是为了以简化的形式介绍一些选择的概念，下文中在说明书中对所述一些选择的概念进一步地进行描述。该摘要并非旨在识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也并非旨在被用作确定所要求保护的主题的范围的辅助手段。
因此，在本发明的第一方面中，上述目的和若干其他目的旨在通过提供一种用于控制风力发电设备的方法来实现，所述风力发电设备包括一个或多个风力涡轮发电机、以及发电设备控制器，所述一个或多个风力涡轮发电机被连接到电网，所述发电设备控制器具有操作模式，其中，所述发电设备控制器被布置为用于控制电参数，其中，所述方法包括：
-确定一个或多个风力涡轮发电机的第一电压电平，
-确定一个或多个风力涡轮发电机的所述第一电压电平是否在第一预定范围之外，如果一个或多个风力涡轮发电机的所述第一电压电平在第一预定范围之外，那么使所述发电设备控制器的操作模式在第一操作模式与第二操作模式之间改变，其中，处于所述第一操作模式的发电设备控制器对第一电参数进行控制，并且其中，处于所述第二操作模式的发电设备控制器对第二电参数进行控制，所述第一电参数和所述第二电参数是不同的。
本发明对于获得提供稳定且鲁棒的电力生产的风力发电设备来说是特别但不排他地有利的，这是因为本发明防止了个体风力涡轮发电机的断开，这通过提供朝向帮助个体风力涡轮发电机的端子处的电压电平朝向安全操作窗口改变的控制方案的控制的改变来实现。
根据本发明的一个实施例，其中，在发电设备控制器的操作模式改变之后，所述方法进一步包括以下步骤：
-将根据所述第二操作模式的设定点分派给所述一个或多个风力涡轮发电机。
该实施例的优点是，每当控制模式已经改变时，新设定点就将被分派，并且个体风力涡轮发电机将相应地改变其生产，并且因此改变端子处的电压电平。
根据本发明的一个实施例，其中，在发电设备控制器的操作模式改变之后，所述方法还包括以下步骤：
-将根据所述第一操作模式确定的临时设定点分派给所述一个或多个风力涡轮发电机，以及
-以一斜率值将临时设定点斜坡变化到根据所述第二操作模式确定的设定点，直到所述临时设定点等于根据所述第二操作模式的设定点。
该实施例的优点是，临时设定点的斜坡变化允许从第一操作模式平滑地过渡为第二操作模式，即，无碰撞转移。无碰撞转移确保风力发电设备的电网中的稳定性。
根据本发明的一个实施例，第一操作模式对功率因数进行控制，并且第二操作模式对电压电平或无功功率进行控制。
该实施例的优点是，当高电压事件发生时，可以存在这样的生产模式：其中有功功率生产的自然增加也将要求无功功率的增加，这将导致进一步的电压增加，并且因此在更高电压事件的方向上进一步推动风力涡轮发电机。相反，模式朝向直流电压电平控制或无功功率的改变使有功功率生产从无功功率生产去耦合。
根据本发明的一个实施例，第一操作模式对电压电平进行控制，并且第二操作模式对功率因数或无功功率进行控制。
根据本发明的一个实施例，第一操作模式对无功功率进行控制，并且第二操作模式对电压电平或功率因数进行控制。
这些实施例的优点是，各种生产模式可以要求操作模式的改变，以便克服所述情况。
根据本发明的一个实施例，电压电平是基于经确定的电压电平的正序部分来确定的。
该实施例的优点是，经确定的电压电平的负序部分包括包含变形和谐波的信号的部分，考虑负序可以导致不稳定的控制。
根据本发明的一个实施例，确定第一电压电平是否在第一预定范围之外的步骤是在风力涡轮发电机之内的风力涡轮控制器中执行的，并且该结果被传送到发电设备控制器。
该实施例的优点是，当所述确定在风力涡轮中执行时，需要被传送到发电设备控制器的数据量是非常有限的，这是因为单个位标志对于特定的风力涡轮发电机处的事件已经发生的信号是足够的。
根据本发明的一个实施例，其中，根据第二操作模式操作风力发电设备还包括以下步骤：
-确定一个或多个风力涡轮发电机的第二电压电平，
-确定第二电压电平是否在第一预定范围之内，如果第二电压电平在第一预定范围之内，那么将发电设备控制器的操作模式从第二操作模式改变为第一操作模式。
该实施例的优点是，每当高电压事件或低电压事件过去时，有必要返回到正常模式。
根据本发明的一个实施例，基于滞后控制算法和/或计时器来改变操作模式。
该实施例的优点是，使用滞后控制或计时器防止发电设备控制器在第一模式与第二模式之间切换若干次。
根据本发明的一个实施例，确定第一电压电平或第二电压电平的步骤是通过基于对风力发电设备中的电参数的估计来执行的。
该实施例的优点是，不必采取实际测量，并且因此所述方法不取决于发电设备控制器与个体风力涡轮发电机之间的通信。该方法也能够基于对最大/最小可能的电压增加/减小的估计来为Q的分派器建立限制。这些限制将确保不将更高的Q发送到WTG以避免断开。
根据本发明的一个实施例，确定第一电压电平或第二电压电平的步骤是分别通过对第一电压电平或第二电压电平的测量来执行的。
该实施例的优点是，采取实际测量，并且因此获得更加精确的电压电平值。
在第二方面中，本发明涉及一种风力发电设备，所述风力发电设备被布置为根据所述第一方面的方法来进行操作。
在第三方面中，本发明涉及一种计算机可编程代码，借助于被布置为执行所述第一方面的所述方法的硬件、软件、固件来实施所述计算机可编程代码。备选地，在第三方面中，本发明提供至少一种计算机程序产品，所述计算机程序产品能够被直接载入到至少一个数字计算机的内部存储器中，所述至少一种计算机程序产品包括软件代码部分，当在所述至少一个计算机上运行所述至少一个产品时，所述软件代码部分用于执行所述第一方面的所述方法的所述步骤。
本发明的第一、第二和第三方面均可以与其他方面中的任一方面进行组合。参考下文中所描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将变得明显并得到阐明。
附图说明
现在将关于附图更加详细地描述根据本发明的发电设备控制器和控制发电设备的方法。附图示出了实施本发明的一种方式，并且不应被解释为对落入所附权利要求组的范围之内的其他可能实施例进行限制。
图1示出了根据本发明的风力涡轮发电机的实施例；
图2示出了被连接到风力发电设备的发电设备控制器的实施例；并且
图3示出了根据本发明的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
现在将进一步详细地解释本发明。尽管本发明容许各种修改和备选形式，但是已经通过范例的方式公开了特定实施例。然而，应当理解，本发明并非旨在限于所公开的具体形式。而是，本发明要覆盖落入由所附权利要求定义的本发明的精神和范围之内的所有修该、等价方案和备选方案。
本发明的实施例的个体元件可以以任何合适的方式(例如，在单个单元中、在多个单元中或作为单独的功能单元的部分)在物理上、功能上以及逻辑上被实施。本发明可以被实施在单个单元中，或在物理和功能二者上地被分布在不同的单元与处理器之间。
本发明的实施例涉及具有多个风力涡轮发电机的风力电力系统的电力设备控制器。归因于个体风力涡轮发电机的端子处的高电压事件或低电压事件，发电设备控制器试图在个体风力涡轮发电机的断开之前改变其控制模式。
向电网供给电力的风力涡轮发电机可以配备有抵抗电压电平、输电网频率以及有功功率波动的调整能力。“电网”或“输电网”是风力发电设备的边界和共同耦合点之外的公用输电网；当参考风力发电设备之内的输电网时，做出具有对风力发电设备的明确指示的表达，例如，“风力发电设备输电网”。
有功功率在本文中被称为“功率”或“输出功率”。在无功功率被提出的情况下，它被明确地称为“无功功率”。
可变速度风力涡轮发电机配备有所描述的控制系统，所述可变速度风力涡轮发电机在所描述的实施例中的至少一个中被使用，并且所述可变速度风力涡轮发电机能够被连接到电网20。所述可变速度风力涡轮发电机包括具有轮毂3的转子和被安装到上述转子的至少一个叶片4。转子例如经由主轴被连接到用于将转子的扭矩转换为电功率的发电机。在一些实施例中，变速箱在转子与发电机之间互相连接，以便将转子的旋转速度转换为用于发电机的更高速度。
图1示出了，示例性可变速度风力涡轮发电机(WT)1是风力发电设备(WPP)的多个风力涡轮发电机中的一个。风力涡轮发电机1具有转子3，所述转子3具有轮毂，例如三个叶片4被安装到所述轮毂。转子叶片4的俯仰角度借助于俯仰致动器是可变化的。转子3由机舱5支撑，并且经由主轴8、变速箱10以及高速度轴11来驱动发电机12。该结构是示例性的；其他实施例例如使用直接驱动发电机。
发电机12(例如，感应发电机或同步发电机)产生与转子3的旋转速度有关的频率的电输出功率，所述频率被变频器19转变为输电网频率(例如，大约50或60Hz)。因此产生的电功率的电压被变压器9向上变压。变压器9的输出部是风力涡轮发电机的端子9a。来自风力涡轮发电机1和来自风力发电设备的其他风力涡轮发电机的电功率被供给到风力发电设备输电网18(在图1中用符号“a”表示)中。风力发电设备输电网18在共同耦合点21和任选的进一步的增加变压器22处被连接到风力发电设备外部的电力公用输电网20。输电网20配备有抵抗输电网频率波动的调整能力，例如以能够在短时间范围上增加和降低生产以控制频率的常规提供者的形式。
控制系统包括风力涡轮控制器13和发电设备控制器23。发电设备控制器23控制个体风力涡轮发电机1的操作，例如，取决于当前风速来选择全负荷或部分负荷操作模式，在部分负荷模式下，通过调节叶片角度并将尖端速度配给量控制为当前风速下的空气动力学最优值来引起风力涡轮发电机在最优工作点处的操作，并且将变频器19控制为根据发电设备控制器的规定(例如，提供除了有功功率之外的特定量的无功功率的指令等)产生电力。发电设备控制器13使用不同的输入信号来执行其控制任务，例如，表示当前风力状况(例如，经由线路16传输的来自风速计14和风向标15)的信号、表示俯仰角度、转子位置、发电机12和端子9a处的电压和电流的幅度和相位等的反馈信号以及来自发电设备控制器23的命令信号。发电设备控制器23接收表示共同耦合点21处的电压、电流以及频率的信号(可以被考虑为表示公用输电网20中电压、电流以及频率的参数)，并且任选地，接收来自公用输电网提供者(在图1中的“c”处)的信息或命令信号。基于这些(和任选地其他)输入参数中的一些，发电设备控制器23监测输电网稳定性，并且在检测到输电网稳定性降低后命令风力涡轮发电机1和风力发电设备2的其他风力涡轮发电机(在图1中的“b”处)的风力涡轮控制器13通过限制所供应的输出功率的波动来改变操作。在风速增加后，在接收到这样的命令后，风力涡轮控制器13切断高输出峰值，然后例如通过朝向标志位置调节叶片俯仰角度以遵从发电设备控制器的限制波动命令而在正常的部分负荷操作中以最大效率产生所述高输出峰值。因此，在图1的示例性实施例中，控制系统限制输出波动的控制任务由发电设备控制器23和风力涡轮控制器13分担。在其他实施例中，这种控制任务单独由风力涡轮控制器13来执行；在那些实施例中，“控制系统”仅仅通过风力涡轮控制器13来表示，而没有发电设备控制器23。
尽管在图1中示出的风力涡轮发电机1被期望为具有三个叶片4，但是应当注意，风力涡轮发电机可以具有不同数目的叶片。常见的是发现风力涡轮发电机具有两到四个叶片。在图1中示出的风力涡轮发电机1是水平轴风力涡轮(HAWT)，这是因为转子4围绕水平轴旋转。应当注意，转子4可以围绕垂直轴旋转。使其转子围绕垂直轴旋转的这样的风力涡轮发电机被称为垂直轴风力涡轮(VAWT)。此后所描述的实施例不限于具有3个叶片的HAWT。它们可以以HAWT和VAWT二者并且在转子4中具有任何数目的叶片4的形式来实施。
一些实施例涉及被布置为以上述方式控制可以包括整个风场的风力涡轮中的一些或全部的至少一个风力涡轮发电机1的控制系统。控制系统能够被分布，例如，包括在风力发电设备和风力涡轮发电机电平或公用输电网电平处的控制器。
风力涡轮发电机被设计为在一些特定输电网状况(例如，频率范围并且尤其是电压范围)之内进行操作。频率范围通常是在标称频率附近的频率带，在大多数情况下，所述标称频率为50Hz或60Hz。频率带的宽度根据暴露于“关闭”标称频率的时间而改变，这意味着风力涡轮发电机应当能够以小频率变化在长时间内进行操作，并且以大频率变化在短时间内进行操作。
类似的情况对于电压范围是有效的，尽管高电压电平对电路中的各种部件能够是破坏性的。风力涡轮发电机被设计为峰值过电压电平，不能够超过所述峰值过电压电平，在所述峰值过电压电平之下能够存在具有不同时间限制的若干不对称电压带，不对称是因为上电压带或下电压带可以是不同的，但是能够具有相同的时间限制。
对于持久的操作来说，上限通常是1.1pu，并且1.15pu能够被允许300ms，并且电压越高时间越短，例如，对于1.3pu来说是5ms。
低电压对于输电网来说不是如此危险或有害的；但是电流增加，因此这可以导致危险的情况，例如，引起过热的高电流，在严重的情况下这可以导致火灾。对于持久的操作来说，下电压通常被设定为0.9pu，并且用于低电压的断开曲线类似于LVRT，但是具有延长的计时器。
在实施例中，当风力涡轮发电机超出1.1-0.9pu的安全操作电压范围时，发电设备控制器改变模式。风力发电设备中除了诸如共同耦合点处的位置之外的实际电压值可以是相当不同的，这归因于变压器抽头变换器。
重要的是，个体涡轮1未到达其峰值上限电压或下限电压，这是因为后果可以是从输电网的断开，并且重新连接可以花费若干秒或甚至若干分钟。
本发明旨在防止风力涡轮发电机1从输电网20的断开。这通过将对风力发电设备电平的控制策略/模式从一种策略改变为另一种策略来实现。其中，新策略更加聚焦于当前的电压电平而不是诸如功率因数的其他因数。
图2示出了根据本发明的实施例的发电设备控制器23。图2仅示出了一个风力涡轮发电机1，所述风力涡轮发电机1包括与在图1中描述的元件类似的元件。在图2中，该图仅示出了发电机12，所述发电机12被连接到电力整流器19b并向电力整流器19b供应电力，所述电力整流器19b将可变频率的AC电力转变为DC电力，逆变器19a将DC电力转变为固定频率的AC电力，AC电力在变压器9中被变换到更高的电压电平，更高电压的AC电力被供给到风力发电设备输电网18中的。包含关于个体风力涡轮发电机1的电力生产信息的信号矢量31被传送到逻辑单元28，所述逻辑单元28从风力发电设备中的所有其他风力涡轮发电机1接收类似的信号矢量31。信号31可以包含关于风力涡轮发电机的在变压器9的任一侧处的电压电平的信息，通常有益是，测量变压器的低电压侧处的电压电平，并且可能将测量结果转换为在变压器的高电压侧上的值。
逻辑单元28从涡轮1收集信号31并将其发送到发电设备控制器23。逻辑单元可以被集成在发电设备控制器23中。
发电设备控制器23接收从例如输电网系统操作者并且取决于特定设备的不同控制模式25、26、27得出的设定点30，能够在所述不同控制模式25、26、27之间选择发电设备控制器。这可以是电压控制25、功率因数控制26以及Q(无功功率)控制27。如果如此要求，那么发电设备控制器23的状态机改变模式。当发电设备控制器23确定低电压电平或高电压电平已经被检测到并且电压在预定范围之外时，那么发电设备控制器的状态机改变控制模式。分派器24然后将新设定点34分派给风力发电设备中的风力涡轮发电机1中的每个。每当要求时，分派器24定期地将设定点34分派或传送到风力涡轮发电机1。
备选地，在控制策略改变之前，从发电设备控制器23分派的有功功率和无功功率设定点34被调节为适应个体风力涡轮发电机1的连接端子9a处的更低或更高的电压电平。
为了确保稳定的电网20，已经为风力涡轮发电机1的输电网连接设定了各种要求。输电网代码的主题可以改变，但是通常存在对电压控制和频率控制的要求。不同的输电网代码可以要求用于来自风力的频率响应的不同特性。取决于具体电力系统的特性和需要，每个输电网代码可以具有好的一面和不好的一面。
在实施例中，由于实施根据本发明的方法的风力发电设备通常包括如先前提及的共同耦合点21，在共同耦合点“之后”的是至少一个具有风力涡轮控制器的风力涡轮发电机，所述风力涡轮控制器经由一定长度的电气布线(通常为接地缆线，但是不限于此，也能够是架空线路)被连接到共同耦合点。至少一个风力涡轮发电机由发电设备控制器23来控制。发电设备控制器为整个风力发电设备计算总体设定点34。所述总体设定点可以是具有若干值(例如，电压、有功功率、无功功率、有功电流、无功电流等)的矢量。总体设定点被发送到分派器算法24，所述分派器算法24将用于风力发电设备的总体设定点转换为用于每个个体风力涡轮发电机1的多个设定点，并且将所述多个设定点34分派给个体风力涡轮发电机。
在实施例中，发电设备控制器23将使用来自风力涡轮发电机中的每个的信号，所述信号指示每一单个风力涡轮发电机1的端子9a处的电压。当知晓风力涡轮发电机的端子9a处的电压时，风力发电设备能够针对风力涡轮发电机端子9a处的低电压事件或高电压事件来改变其操作控制模式策略。在接收到这些信号31后，设备控制将修正对于发送这些信号的风力涡轮发电机是正常的分派和控制策略。例如，发电设备控制器正以具有电容参考的功率因数控制模式进行操作，在该时刻处，风力涡轮发电机在端子处经历高电压(V>110％)，此时发电设备控制23然后能够将其控制从PF改变为电压控制，或仅仅简单地取决于具有问题的WTG的数目，发电设备控制23能够修正用于这些的分派策略。
实际设定点的传输经由光纤、通信缆线或无线电通信32中的数字通信被传送到风力涡轮发电机。
在实施例中，在风力涡轮发电机电平处测量的电压与对电压的估计之间的组合通过使用共同耦合点21与特定风力涡轮发电机1之间的阻抗值来得到，在这种情况下，对于任何场景来说，能够为到每一个风力涡轮发电机的分派器计算最大Q值和最小Q值(无功功率)，以避免对电压限制的违反。
当一些状况被满足时(例如，等式中所使用的信号的稳态)，能够校准阻抗估计(原理上阻抗数据基于理论值)，因此，风力涡轮发电机电压能够结合系统阻抗来使用。
在对用于无功功率的(电感的和电容的)限制进行定义后，则如果风力涡轮发电机正达到其特定限制，那么如果可能的话，设备可以通过使用状态机来改变控制模式。
因此，当处于低流动时，所接收的测量的电压与所有测量的值(例如，有功功率P和无功功率Q以及阻抗数据)一起用于计算允许的最大Q限制。
对于聚集的风力涡轮发电机而非所有风力涡轮发电机来说，这能够被简化并且被完成，其中，最坏的情况被选择作为代表，例如，具有最高阻抗的风力涡轮发电机。
在实施例中，当通信被延迟并且因此不快到足以防止通过发电设备控制器动作的断开时，使用风力涡轮发电机的估计电压而非测量电压。
在实施例中，风力发电设备还包括其他设备，例如，功率补偿装置，即，STATCOM或开关电容器等。这些装置也接收来自分派器24的设定点命令。
实施例包括发电设备控制器23，所述发电设备控制器23将使用风力涡轮发电机端子电压来决定在设备电平处要遵循的控制策略。在设备控制中监测风力涡轮发电机端子电压，并且当所述风力涡轮发电机端子电压正达到一些触发状况(例如，电压范围)时，设备控制将改变其控制或分派器。所述电压能够具有低触发值和高触发值。
来自每个风力涡轮发电机的估计或实际测量形式的电压被用作发电设备控制器中的输入。电压包括正序部分和负序部分。
对在不平衡且变形的状况下的公用电压的基频处的正序电压分量和输电网故障的检测对于保持与输电网的电力交换的控制来说是必要的，因此避免保护装备的切断，并且从而允许所谓的瞬时故障的穿越。
在实施例中，电压电平基于测量的电压信号的正序部分来确定。优选地，使用基频正序。
通常，当通过发电设备控制器操作风力发电设备时，共同耦合点处的电压电平由系统操作者通过向发电设备控制器发送功率因数(PF)设定点来进行控制。
在本发明实施例中，发电设备控制器23读取(一个或多个)风力涡轮发电机1的实际电压电平值作为通信协议31中的参数，所述电压电平值然后与阈值进行比较，如果电压电平值低于较低的阈值，那么低电压(LV)情况已经发生，而如果电压电平值高于较高的阈值，那么高电压(HV)情况已经发生。
在另一实施例中，电压电平值与(一个或多个)风力涡轮发电机中的阈值进行比较，并且指示LV情况或HV情况的标志被传送31到发电设备控制器。
在本发明实施例中，在改变风力涡轮控制器中的操作模式之前，分派器将减少或增加向特定风力涡轮发电机发送的无功功率设定点，从而接近LV情况或HV情况。无功功率的增加将增加风力涡轮发电机端子处的电压电平，因此接近HV情况时，无功功率生产需要被减少，这通过发送具有减小的无功功率值的无功功率设定点来实现。类似地，接近LV情况，无功功率设定点应当被增加，以便升高风力涡轮发电机端子处的电压电平。
通常，处于稳态操作模式的风力发电设备根据功率因数设定点来进行控制，这隐含着，对于给定的有功功率生产来说，对应量的(电感的或电容的)无功功率也需要存在，这是因为AC电功率系统的功率因数被定义为流向负载的实际功率与电路中的视在功率的比率。
其他操作模式能够是Q控制，其中，控制无功功率的实际量，因此不是关于有功功率生产。又一模式能够是电压控制，其中，电压电平是控制参数，这种控制通过将(电感的或电容的)无功功率注入到输电网中并且从而增加或降低电压电平来执行。
在实施例中，Q控制也能够是简单的前馈，从而与外部参考一起直接进入分派器。
风力涡轮发电机以电流模式或以功率模式或以两者的组合来进行操作，因此它们将分别接收电流设定点或功率设定点或二者，电流设定点或功率设定点包括有功分量和无功分量、。
一些输电网代码要求以PF/Q/电压(前馈Q)的方式来控制风力发电设备，因此如果许多风力涡轮发电机达到过电压或欠电压，则发电设备控制器应当改变模式，优选改变为电压控制。
额外地，相反能够完成用于PF/Q/前馈Q控制器的参考改变，那么在此期间发电设备控制器将不会遵循输电网操作者/供应商参考30。参考的改变将利用状态机来致动，并且所使用的参考将根据以下项目：测量的电压、Q、P以及多少风力涡轮发电机处于过-欠电压(也许使用更多的信号，例如，所发送的参考、抽头变换器状态)。
在实施例中，当风力涡轮发电机松开与发电设备的通信时，控制器23将改变模式，并且通常它们改变为PF＝1，以这种方式，它们对于设备的操作来说是中立的。
每当发电设备控制器的操作模式被改变时，重要的是确定何时再次返回到“正常”操作。
在实施计时器的实施例中，因此在电压电平已经再次返回到正常范围之后，计时器开始计数，并且当计时器终止时，操作模式改变回到正常模式。
在实施例中，滞后算法与正常电压电平一起被执行。当进入改变的模式以便保护风力涡轮发电机时，但更多的时候是当从改变的模式返回到正常模式时，滞后都可以被执行。
滞后电平能够根据系统阻抗(无功与电压之间的比率)来选择，通常它能够是2％。
改变操作模式将在基本设置中引起控制器输出的瞬变，这是因为该输出基于其他参数来计算。能够在飞行中在不同控制器(功率因数、电压以及无功功率)之间切换时实现无碰撞转移。无碰撞切换模式是确保无功功率模式、功率因数模式、电压控制模式之间的移位被无缝地完成而没有无功功率和电压的跳跃的功能。当模式移位被完成时，通过将参考设定等于感兴趣的电流生产并且在内部参考以预定的固定斜坡值缓慢地斜坡变化到选定的参考源之后，循环开始。当斜坡变化被完成时，循环进入稳定的锁定模式，并且然后动态的全部带宽是可用的。
在实施例中，发电设备控制器正确定一个或多个风力涡轮发电机的电压电平是否在第二预定范围之外并且在第一预定范围之内，第二预定范围小于第一预定范围，并且如果这样，那么发电设备控制器正将经调节的无功功率设定点或经调节的无功电流设定点分派给所述一个或多个风力涡轮发电机，经调节的无功功率设定点或经调节的无功电流设定点具有这样的值：该值引起电压电平改变为在第二预定范围之内的值。
图3示出了根据本发明的用于控制具有一个或多个风力涡轮发电机、以及发电设备控制器的风力发电设备中的电压电平的方法的流程图，其中，所述一个或多个风力涡轮发电机被连接到电网，所述发电设备控制器具有操作模式，从而控制电网中的电参数。步骤301正确定一个或多个风力涡轮发电机的第一电压电平，步骤302正确定一个或多个风力涡轮发电机的第一电压电平是否在第一预定范围之外。如果一个或多个风力涡轮发电机的第一电压电平在第一预定范围之外，那么在步骤303中，使发电设备控制器的操作模式在第一操作模式与第二操作模式之间改变，第一操作模式对第一电参数进行控制，第二操作模式对第二电参数进行控制，第一电参数和第二电参数是不同的。
这里呈现的本发明的实施例主要涉及风力涡轮发电机，但不限于风力电力。也考虑其他电力生产源。无论在什么情况下使用措辞控制器时，应当理解，能够从对于本领域技术人员来说已知的控制器中选择这样的控制器，例如，PID、PI、P或利用模糊逻辑，但不限于该列表。
本发明能够借助于硬件、软件、固件或这些的任意组合来实施。本发明或其特征中的一些也能够被实施为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器(即，计算机)上运行的软件或计算机可编程代码。
本发明的实施例的个体元件可以以任何合适的方式(例如，在单个单元中、在多个单元中或作为单独的功能单元的部分)在物理上、功能上以及逻辑上被实施。本发明可以被实施在单个单元中，或在物理上和功能上被分布在不同单元与处理器之间。
尽管已经结合特定的实施例描述了本发明，但是它不应被解释为以任何方式限于所呈现的范例。本发明的范围由所附权利要求组提出。在权利要求的上下文中，术语“包括”或“包括”不排除其他可能的元件或步骤。而且，对诸如“一”或“一个”等的参考的提及不应被解释为排除多个。权利要求中对关于附图中所指示的元件的参考标记的使用表示不应被解释为限制本发明的范围。此外，在不同权利要求中提及的个体特征可以被有利地组合，并且对这些特征在不同权利要求中的提及不排除特征的组合是不可能的并且不是有利的。

Claims (17)

1.一种用于控制风力发电设备的方法，所述风力发电设备包括一个或多个风力涡轮发电机、以及发电设备控制器，所述一个或多个风力涡轮发电机被连接到电网，所述发电设备控制器具有操作模式，其中，所述发电设备控制器被布置为用于控制电参数，其中，所述方法包括：
-确定一个或多个风力涡轮发电机的第一电压电平，
-确定一个或多个风力涡轮发电机的所述第一电压电平是否在第一预定范围之外，如果一个或多个风力涡轮发电机的所述第一电压电平在第一预定范围之外，那么使所述发电设备控制器的所述操作模式在第一操作模式与第二操作模式之间改变，其中，处于所述第一操作模式的所述发电设备控制器对第一电参数进行控制，并且其中，处于所述第二操作模式的所述发电设备控制器对第二电参数进行控制，所述第一电参数和所述第二电参数是不同的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在改变所述发电设备控制器的所述操作模式之后，所述方法还包括以下步骤：
-将根据所述第二操作模式的设定点分派给所述一个或多个风力涡轮发电机。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述分派器基于对最大可能的电压增加或最小可能的电压减小的估计来为所述设定点建立上限和下限。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在改变所述发电设备控制器的所述操作模式之后，所述方法还包括以下步骤：
-将根据所述第一操作模式确定的临时设定点分派给所述一个或多个风力涡轮发电机，以及
-以一斜率值将所述临时设定点斜坡变化到根据所述第二操作模式确定的设定点，直到所述临时设定点等于根据所述第二操作模式的设定点。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，处于所述第一操作模式的所述发电设备控制器对功率因数进行控制，并且所述第二操作模式对电压电平或无功功率进行控制。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，处于所述第一操作模式的所述发电设备控制器对电压电平进行控制，并且所述第二操作模式对功率因数或无功功率进行控制。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，处于所述第一操作模式的所述发电设备控制器对无功功率进行控制，并且所述第二操作模式对电压电平或功率因数进行控制。
8.根据权利要求1至7所述的方法，其中，所述电压电平是基于经确定的电压电平的正序部分来确定的。
9.根据前述权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中，确定所述第一电压电平是否在第一预定范围之外的所述步骤是在所述风力涡轮发电机之内的风力涡轮控制器中执行的，并且结果被传送到所述发电设备控制器。
10.根据前述权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中，根据所述第二操作模式操作所述风力发电设备还包括以下步骤：
-确定一个或多个风力涡轮发电机的第二电压电平，
-确定所述第二电压电平是否在第一预定范围之内，如果所述第二电压电平在第一预定范围之内，那么将所述发电设备控制器的所述操作模式从所述第二操作模式改变为所述第一操作模式。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，基于滞后控制算法和/或计时器来改变所述操作模式。
12.根据前述权利要求1至11中的任一项所述的方法，其中，确定所述第一电压电平或所述第二电压电平的所述步骤是通过基于对所述风力发电设备中的电参数的估计来执行的。
13.根据前述权利要求1至11中的任一项所述的方法，其中，确定所述第一电压电平或所述第二电压电平的所述步骤是分别通过对所述第一电压电平或所述第二电压电平的测量来执行的。
14.一种发电设备控制器，其被布置为控制风力发电设备中的电参数，所述风力发电设备包括一个或多个风力涡轮发电机，所述发电设备控制器具有至少第一操作模式和第二操作模式，
-所述发电设备控制器被布置为用于确定一个或多个风力涡轮发电机的第一电压电平，并且被布置为确定一个或多个风力涡轮发电机的所述第一电压电平是否在第一预定范围之外，如果一个或多个风力涡轮发电机的所述第一电压电平在第一预定范围之外，那么所述发电设备控制器被布置为使所述发电设备控制器的所述操作模式在所述第一操作模式与所述第二操作模式之间改变，其中，处于所述第一操作模式的所述发电设备控制器对第一电参数进行控制，并且其中，处于所述第二操作模式的所述发电设备控制器对第二电参数进行控制，所述第一电参数和所述第二电参数是不同的。
15.一种风力发电设备，其被布置为根据如权利要求1至13中的任一项所述的方法来进行操作。
16.一种计算机可编程代码，借助于被布置为执行根据权利要求1至13中的任一项所述的方法的硬件、软件、固件来实施所述计算机可编程代码。
17.至少一种计算机程序产品，其能够被直接载入到至少一个数字计算机的内部存储器中，所述至少一种计算机程序产品包括软件代码部分，当在所述至少一个计算机上运行所述至少一个产品时，所述软件代码部分用于执行如权利要求1至13中的任一项所述的方法的所述步骤。
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