[发明专利]用于风力发电机的电压控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及风力发电机，确切地说，涉及用于风力发电机的电压控制系统和技术，所述系统和技术具有用于至少一部分的无功功率补偿功能的连续无功功率控制。

背景技术

风力发电通常由具有大量（通常为100个或更多个）风力发电机的风力“发电厂”来提供。单独的风力发电机可以提供电力系统操作的重要优势。这些优势涉及缓和由阵风引起的电压闪变，以及缓和由外部事件引起的电压偏差。

在风力发电厂环境中，每个风力发电机可以经历唯一的风力。因此，每个风力发电机可以包括本地控制器，以控制对阵风和其他外部事件的响应。现有技术的风力发电厂控制基于以下两种结构之一：具有恒定功率因数的本地控制以及快速电压控制中的发电厂级别控制，或者恒定电压控制中的本地控制且不含发电厂级别控制。

这些现有技术的控制结构均存在缺点。具有恒定功率因数的局部控制以及快速电压控制中的发电厂级别控制要求从发电厂级别到本地级别具有快速通信和积极采取措施的能力。如果发电厂级别的控制处于不活动状态，则本地控制可能恶化电压闪变问题。鉴于每个发电机上的电压控制恒定，输电网上的负载的微小偏差都可能导致稳态操作显著不同。这导致风力发电机遇到稳态操作受限的问题，因而无法对干扰做出响应，导致电压调节失效。由于在此操作模式期间的无功电流高于必要水平，则风力发电机的总效率将降低。

因此，所属领域中需要对用于风力发电机的电压控制系统和技术做出改进。

发明内容

本发明的方面和优点在以下说明中部分描述，或者可以从说明书中显而易见，或者可以通过实践本发明而了解。

一方面，本发明涉及用于风力发电机的电压控制系统。所述系统可以包括无功功率调节器，所述无功功率调节器配置用于通过调整风力发电机的电压设定值而控制所述发电机的无功功率产生。所述无功功率调节器可以具有第一时间常数，并且所述电压设定值可以定义在上限与下限之间。所述系统还可以包括电压极限调节器，所述电压极限调节器配置用于基于系统的电压相关参数而调整电压设定值的上限或下限中的至少一个。此外，所述系统可以包括连接到无功功率调节器的电压调节器。所述电压调节器可以配置用于基于所述电压设定值而控制风力发电机的有功功率产生。所述电压调节器可以具有第二时间常数，其中所述第一时间常数在数值上大于所述第二时间常数。

另一方面，本发明涉及用于控制风力发电机的方法。所述方法可以大体上包括：接收无功功率命令；根据基于电压的参数调整风力发电机的电压设定值的上限或下限中的至少一个；基于所述无功功率命令确定电压设定值；响应于所述电压设定值而确定风力发电机的无功电流命令；以及基于所述无功电流命令而产生有功和无功功率。

参考以下说明和附图可以更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。附图包括在本说明书中并构成其一部分，示出本发明的各实施例，并与说明书一起解释本发明的原理。

附图说明

本说明书参考附图，针对所属领域的普通技术人员，完整且可实现地公开了本发明，包括其最佳模式，在附图中：

图1示出了风力发电厂的方框图，所述风力发电厂具有与输电网连接的多个风力发电机；

图2示出了电压控制系统的一个实施例的控制图，所述电压控制系统配置用于用于一个或多个风力发电机；以及

图3示出了风力机控制系统的操作的一个实施例的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，这些实施例的一个或多个实例在附图中图示。每个实例均以解释本发明，而非限制本发明的方式提供。事实上，所属领域的技术人员容易了解，在不脱离本发明的范围或精神的前提下，可以对本发明做出不同修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分说明或描述的特征可用于其他实施例中，从而得到另一个实施例。因此，本发明应涵盖随附权利要求书及其等效物的范围内的此类修改和变化。

总体来说，本发明涉及一种用于一个或多个风力发电机的电压控制系统，所述电压控制系统包括对单个发电机的相对较快电压调节，以及在变电所或风力发电厂级别上的相对较慢的总体无功功率调节。相对较慢的无功功率调节器可以调整相对较快电压调节器的电压设定值。快速电压调节可以位于发电机终端或者位于合成的远程点（例如，发电机终端与集电极总线之间）处。现有技术无功功率控制器被设计为具有数值低于电压调节器设计中所用数值的时间常数。也就是说，在现有技术中，无功功率控制回路位于电压控制回路内部，从而导致系统的稳定性低于本说明书中所述系统。