用于控制发电机的方法和布置的制作方法
【专利说明】用于控制发电机的方法和布置
[0001] 本申请要求于2013年1月22日提交的第13382025. 8号欧洲专利申请和2013年 3月22日提交的第61/804, 567号美国临时专利申请的权益。
[0002] 本发明设及发电机，更具体地，设及用于控制发电机的无功功率的方法和布置。
【背景技术】
[0003] 在电力产业，术语"电网"用于电力网络，电力网络包括电力生成、电力输送和电力 分配。
[0004] 发电设施或发电场通常远离人口集中区域并通常极大W从规模经济中获益。发电 场产生的电力被升到更高的电压，并在该电压处连接至输电网。输电网将产生的电力长距 离运输，通常穿过乡村，有时甚至横越国际边界，直至其抵达它的大规模顾客（通常为拥有 当地配电网的公司）。当抵达变电所时，电力从传输电平电压降到配送电平电压。当电力出 现在变电所时，其进入配电线路。最终，当电力到达供电场所时，再次从配电电压降低到要 求的服务电压。 阳〇化]典型地，发电场为位于同一场所的、用于生产电力的一组发电机。大的发电场可由 多个单个发电机组成，并可包括成百上千平方公里的扩展面积。发电场的一个示例是包括 多个风力满轮机的风电场。风力满轮机甚至于风电场也可位于离岸位置并经由水下输电电 缆连接至电网。
[0006] 公用事业规模的风电场必须具有至电网传输线的通路W运输能量。风电场开发者 将有义务在风电场中安装附加设备或控制系统W符合传输线经营者设定的技术标准。运样 的技术标准通常称为"电网准则"。
[0007] 在某个国家或地区特定的电网准则中（如英国电网准则），存在特殊的性能需求， 运些需求需要被满足W便电厂或电场被允许连接至电力网（或简称"电网")。对于发电场， 在发电场的交接点处评估对连接要求的服从情况。具体对于发电场与电网之间的交接点， 用于相对于瞬变电压控制连续动作自动电压控制系统的连接要求可能非常严格。
[0008] 对于传输交接点（TransmissionInterface化int)电压中的带载阶跃变化，可W 要求连续动作自动控制系统根据下列最低标准作出响应：
[0009] (i)无功功率输出响应可被要求在施加阶跃的预定的第一时间周期内开始。在一 些电网准则中，例如在英国电网准则中，运个预定的第一时间周期低至0.2秒。此外，无功 功率输出响应可被要求线性地前进或不同于线性特性，只要在高达第二周期的任何时间下 输送的MVAR秒为至少将产生于线性响应的那些MVAR秒。在英国电网准则中，第二周期周 期等于1秒。
[0010] (ii)对于足够大的阶跃，响应可被要求为使得完整无功容量的第一百分比需要在 第S周期内产生。就英国电网准则而言，运个百分比是90%并且第S周期等于1秒。
[0011] (iii)第四周期内产生的无功功率输出响应的幅值可被要求与阶跃变化的大小成 比例地线性变化。就英国电网准则而言，第四周期等于1秒。
[0012] (iv)建立时间可被要求不大于从施加阶跃起到第五周期。在英国电网准则中，第 五周期等于2秒。
[0013] (V)无功功率的任何变化W及任何震荡的峰峰幅值可被要求小于本次内稳态无功 功率的变化的第二百分比。在英国电网准则中，第二百分比为5%。
[0014] 然而，在一些情况中，发电场的自动电压控制系统与局部发电机之间的通信可滞 后超过第一时间周期。对于通信可能具有不确定因素的海上风力发电场，尤其是运样。结 果，死区时间可W是可变且长的。因此，如果局部发电机等待来自发电场的自动电压控制 系统的命令或信号W作出反应，那么来自风电场控制器的无功功率需求可能迟到风力发电 机并因此不能实现电网准则要求。此外，当在第一阶段中使用就地控制并之后在几毫秒后 切换到远程控制，突然的和不受控的反应跳跃可引起风电场的无功功率的不稳定和极度震 荡，运违反电网准则要求的电压跃变要求。
[0015] 可能的技术方案会是改善发电场的自动电压控制系统与局部发电机控制器之间 通信基础设施。然而，有些情况，诸如在海上风电场，如此改善可能实现起来过于昂贵或甚 至在技术上存在过大挑战，因为通信线的大部分将需要位于水下。
【发明内容】
[0016] 需要控制发电机的方法和布置，所述方法和布置至少部分解决上述提及的问题。 本发明的目的是满足运个需求。
[0017] 在本发明的第一个方面中，公开了将发电机从初始无功功率状态转换到期望的无 功功率状态的方法。发电机可属于发电场。发电机可包括局部电压控制器。发电场可具有 主无功功率控制器。初始和期望的无功功率状态可W由主无功功率控制器确定。
[0018] 在本方法的第一步骤中，可在发电机处检测高于第一预定阔值的绝对电压变化。 在第二步骤中，进行从初始无功功率状态到第一无功功率状态的转换。由发电机在第一无 功功率状态期间产生的无功功率可W由局部电压控制器响应于检测到的电压变化来确定。 可W在发电机处接收一系列无功功率需求值，运些值发送自主无功功率控制器。之后，当接 受到的无功功率需求值与前次接受到的无功功率需求值之间的绝对差高于第二预定阔值 时，接收到的无功功率需求值可W被识别为触发值。然后，在下一步中，当检测到触发值时， 进行向第二无功功率状态的转换。由发电机在第二无功功率状态期间的任何给定时刻产生 的无功功率可W由转换控制器根据最后接收到的无功功率需求值与在前一时刻处的无功 功率值的计算。当运个计算满足预定条件时，那么在下一个步骤，可进行到期望的无功功率 状态的转换。由发电机在期望的无功功率状态期间产生的无功功率可基于由主无功功率控 制器发送的期望的无功功率需求值。
[0019] 所提方法的一个方面是，其可解决在通信不良的电场例如不需要通信基础设施变 化（其可能特别昂贵）的风电场中的电压控制的死区时间问题，因此在远程发电场或离岸 风电场中节约花费。第三因为可W不必知道死区时间值所W是稳定的，死区时间对于每个 电压阶跃变化W及在每个发电机中都可能不同。转换相对于接收自发电场的数值较差的数 据样本是稳定的。运可能是因为错误的电网仪表电压测量的情况。最后，局部无功功率控 制器（WT)和主无功功率控制器（W巧可W是平稳的和累进的，从而避免投入请求的无功功 率。运可有助于实现任何电网需求。
[0020] 在一些实施方式中，向所述第一无功功率状态的转换可在预定的第一时间周期内 开始。运可w是特别重要的，因为一些电网准则要求在无功功率需求已经从主无功功率控 制器发送后的运个预定的第一时间周期内采取动作。因为运个预定的第一时间周期可能比 无功功率需求到达发电机的时间短，在运些情况中，发电机在第一个重要事件到达之前执 行一些电抗性动作是至关重要的。对于允许发电场连接至输电网，运个要求可能是决定性 的。就英国电网准则来说，运个预定的第一时间周期等于0. 2秒。
[0021] 在一些实施方式中，计算可包括计算一系列误差值。每个误差值可在接收到的无