专利名称：风电场中的电容放置的制作方法
技术领域：
本发明涉及风电场(wind farm)的领域。
背景技术：
风电场的输出电压可以例如根据风电场被连接到的电网中的负载而改变。改变输出电压有时是不期望的。鉴于上述情况，对ー种在基本上避免或至少减少上述问题中的ー个或多个的同时 使得能够提供风电场的改进技术存在ー种需求。
发明内容
由根据独立权利要求的主题可以满足此需求。由从属权利要求来描述在此公开的主题的有利实施例。根据本发明的第一方面，提供了ー种风电场电容确定设备，包括输入单兀，用于为风电场提供风电场布局信息；约束单元，用于提供至少ー个最优化约束；以及最优化单元，用于通过提供最优化电容相关參数值组来使成本值最优化，该成本值是由将成本值关联至每个电容相关參数值组的成本函数确定的，该成本函数是基于风电场布局信息且所述最优化将所述至少ー个最优化约束考虑在内。本发明的这个方面是基于能够通过提供适当电容来减轻风电场的电压变化的思想，所述适当电容是依照电容相关參数组的最优化值。在实施例中，电容相关參数值组包括单个电容相关參数的值。在另ー实施例中,所述电容相关參数值组包括用于ー个或多个电容相关參数中的每ー个的值，即用于电容相关參数组的姆个參数的值。在另ー实施例中，最优化约束被成本函数考虑在内。例如，在实施例中，根据所述至少ー个最优化约束来确定成本函数。在另ー实施例中，所述风电场电容确定设备还包括成本函数确定单元，其被配置为用于(i )接收风电场布局信息和所述至少一个最优化约束；以及(ii )根据风电场布局信息和所述至少一个最优化约束来确定成本函数。例如，在实施例中，以參数化形式来提供风电场布局信息，其中，姆个參数与成本函数的各个项相关联，其中，风电场布局參数的參数值被映射到成本函数中的各个项的參数值。仅举ー个示例，可以用预定函数来执行此类映射。根据另ー实施例，所述最优化単元包括迭代单元和判定単元；其中，所述迭代単元被配置为用于接收电容相关參数值组并被进ー步配置为用于在迭代中改变电容相关參数值组，从而提供更改的电容相关參数值组；并且其中，所述判定単元被配置为用于判定用于更改的电容相关參数值组的成本值是否匹配至少ー个目标范围，并且其中，所述判定単元被进ー步配置为用于如果更改的电容相关參数值组不匹配所述至少一个目标条件则向所述迭代单元提供更改的电容相关參数值组以便在另ー迭代中进ー步改变更改的电容相关參数值组。根据另ー实施例，所述判定単元被进ー步配置为用于如果更改的电容相关參数组不匹配所述至少一个目标条件，则向迭代単元提供更改的电容相关參数组以在另ー迭代中进ー步改变更改的电容相关參数组。例如，可以重复该迭代直至分别获得的更改的电容相关參数组匹配所述至少一个目标条件。根据另ー实施例，重复执行所述迭代直至确定局部或全局极值，例如成本的局部最小值或全局最小值。在这种情况下，不必指定目标条件。在此公开的主题的实施例定义目标条件和/或最优化约束。应注意的是依照各个实施例，还可以使用任何特定目标条件作为最优化约束，并且反之亦然。根据实施例，所述至少ー个目标条件包括功率损耗条件。因此，用上述规则，因而断定，在另ー实施例中，所述至少ー个最优化约束包括功率损耗条件。
根据实施例，功率损耗条件是用于风电场中的总有功功率损耗的上边界。根据另ー实施例，功率损耗条件是用于风电场中的总无功功率损耗的上边界。根据另ー实施例，所述至少一个目标条件包括电压分布、谐波减缓(harmonicsmitigation) %=。根据另ー实施例，所述成本函数包括ー组等式。例如，在实施例中，根据风电场布局信息和所述至少一个最优化约束生成的成本函数典型地是ー组非线性等式。根据另ー实施例，所述电容相关參数组包括至少ー个电容的位置。例如，在实施例中，根据汇流条(bus bar)来指定所述至少一个电容的位置,在最优化风电场中，电容应位于该位置处。根据另ー实施例，所述电容相关參数组包括多个电容(a number ofcapacitance)。因此,在实施例中，不仅根据在此公开的主题的实施例来确定所述至少ー个电容的位置，而且确定此类电容的数目以用于最优化成本。根据另ー实施例，所述电容相关參数组包括电容的电容值。例如，在实施例中，两个或更多电容的电容值相互不同。根据实施例，如上所述的电容是电容器组(capacitor bank)。 根据实施例，风电场布局信息包括电缆长度。例如，在实施例中，所述风电场信息可以包括风电场中的总电缆长度。然而，由于电缆对损耗有所贡献，所以根据实施例，提供风电场中的电缆部分的电缆长度作为风电场布局信息。根据实施例，成本包括风电场的功率损耗。在另ー实施例中，成本包括至少两个成本要素。例如，一个成本要素可以是功率损耗且另一成本要素可以是谐波的強度。例如，在实施例中，功率损耗越大，成本可能越高。此外，谐波的强度越高，成本可能越高。根据实施例，输入单元和/或约束单元包括用于允许用户输入风电场布局信息和/或所述至少一个最优化约束的用户接ロ。根据另ー实施例，输入单元和/或约束单元包括用于存储风电场布局信息和/或所述至少一个最优化约束的储存器。根据在此公开主题的第二方面，提供了ー种方法，该方法包括接收用于风电场的风电场布局信息；接收至少ー个最优化约束；以及通过提供最优化电容相关參数值来使成本最优化，其中，由成本函数来确定成本，所述成本函数将成本值关联至每个电容相关參数值组，其中，成本函数是基于风电场布局信息且所述最优化将所述至少ー个最优化约束考虑在内。
根据第二方面的实施例，该方法还包括接收风电场布局信息和所述至少一个最优化约束；以及根据风电场布局信息来确定成本函数。一般地在此，第二方面的各个实施例可以包括如相对于第一方面描述的ー个或多个特征和/或功能。在这种情况下，不应将相对于第一方面描述的设备特征视为限制方法权利要求。相反，至少当參考相对于设备公开的特征时，应注意的是此类设备公开隐含地公开了与设备特征无关的各个功能或各个方法特征。因此，在第二方面的实施例中，依照第一方面或其实施例来配置该方法。根据在此公开主题的第三方面，提供了ー种风电场，该风电场包括至少ー个风カ涡轮机设备和电容，该电容依照根据根据第二方面或其实施例的方法确定的最优化电容相关參数值组。根据在此公开主题的第四方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序适合于在被数据处理器执行时控制如在第二方面或其实施例中阐述的方法。 在此所使用的对计算机程序的參考意图等效于对程序元件和/或包含指令的计算机可读介质的參考，所述指令用于控制计算机系统以协调上述方法的性能。可以通过使用任何适当的编程语言将计算机程序实现为计算机可读指令代码，所述编程语言诸如，例如JAVA、C++，并且可以将其存储在计算机可读介质(可移动磁盘、易失性或非易失性存储器、嵌入式存储器/处理器等)。指令代码可操作用于对计算机或任何其它可编程设备进行编程以执行预定功能。所述计算机程序可从诸如万维网的网络获得，从那里可以将其下载。可以借助于计算机程序相应软件来实现本发明。然而，还可以借助于ー个或多个特定电子电路相应硬件来实现本发明。此外，还可以以混合的形式、即以软件模块和硬件模块的组合来实现本发明。參考风电场电容确定设备和相应方法，上文已描述了且在下文将描述在此公开主题的示例性实施例。必须指出的是当然还可以有关于在此公开的主题的不同方面的特征的任何组合。特别地，已或将參考设备类型权利要求描述某些实施例，而已或将參考方法类型权利要求描述其它实施例。然而，本领域的技术人员将从以上和以下说明推断除非另外通知，除属于ー个方面的特征的任何组合之外，认为用本申请公开了与不同方面或实施例有关的特征之间、例如甚至设备类型实施例的特征和方法类型实施例的特征之间的任何组
ム
ロ o通过下文将描述的示例可清楚上文定义的方面和实施例及本发明的其它方面和实施例，并且參考附图来对上文定义的方面和实施例及本发明的其它方面和实施例进行解释，但本发明不限于此。
图I示出依照在此公开主题的实施例的风电场电容确定设备。图2举例说明依照在此公开主题的实施例的最优化电容器放置的方法。图3示出依照在此公开主题的实施例的风电场。
具体实施方式
附图中的图示是示意性的。应注意的是在不同的附图中，为类似或相同的元件提供相同的附图标记。在其中将用于使电压稳定的ー个或多个电容器组安装在风电场中的情况下，然后应考虑最优化电容器放置。依照在此公开主题的实施例，这可以通过具有一组遗传算法(GA)或用约束最优化算法(如果需要的话)来实现。这些算法将导致要安装的至少ー个电容器的最优化放置。根据在此公开主题，可以在风电场电容确定设备中实现此类算法。图I示出依照在此公开主题的实施例的风电场电容确定设备100。在下文中称为设备100的风电场电容确定设备100包括用于提供风电场(图I中未示出)的风电场布局信息104的输入单元102。此外，设备100包括用于提供在由最优化単元105执行的最优化中考虑在内的至少ー个最优化约束108的约束单元106。此外，最优 化単元105被配置为用于通过提供最优化电容相关參数值组110来使成本最优化。成本是由将成本值关联到电容相关參数值组的成本函数112确定的。成本函数110是基于风电场布局信息104且最优化将至少一个最优化约束108考虑在内。依照实施例，设备100还包括用于向最优化单元105提供成本函数112的成本函数确定单元114。根据实施例，成本函数确定单元114被配置为用于接收风电场布局信息104和至少ー个最优化约束108并响应于此提供成本函数112。根据图I中未示出的替换实施例，约束单元106被配置为用于向最优化单元105提供至少ー个最优化约束108。在此类实施例中，最优化単元105被配置为用于接收风电场布局信息104和最优化约束105。根据实施例,最优化单元105包括迭代单元116和判定单元118。迭代单元106被配置为用于接收起始电容相关參数值组120并在迭代中改变起始电容相关參数值组120，从而提供更改的电容相关參数值组122。判定単元118被配置为用于判定用于更改的电容相关參数值组122的成本值是否匹配至少ー个目标范围。此外，判定単元118还被配置为用于如果更改的电容相关參数值组122不匹配至少ー个目标条件，则向迭代単元116提供更改的电容相关參数值组122作为新的起始电容相关參数值组用于在另一迭代中进ー步改变更改的电容相关參数值组122。在一个或多个迭代之后，如果更改的电容相关參数值组122匹配所述至少一个目标条件，则在最优化单元105的输出端处提供更改的电容相关參数值组122作为最优化电容相关參数值组110。依照实施例，基于以下最优化约束中的ー个或多个来提供成本函数
A)根据实施例，假设系统、即风电场被平衡。B)依照另ー实施例，考虑电容器尺寸和成本。例如，在实施例中，仅允许将最小标准尺寸的电容器和此标准尺寸的倍数放置在风电场中，例如在总线处。这可以允许更实际的最优化解决方案。C)依照实施例，最优化约束将减少风电场中的功率损耗。例如，在实施例中，与另一电容相关參数值组相比提供功率损耗減少的电容相关參数值组获得较低的成本。D)依照实施例，最优化约束是用于风电场的输出电压的电压分布(voltageprofile)的定义范围。E)依照实施例，最优化约束是用于风电场的输出电压的总谐波失真的定义范围。当求解时，确定成本函数显示出用于电容器的最优化位置/尺寸。在此公开主题的实施例的总体目标是实现ー种算法/代码，其能够从风电场和电容器数据获取必要输入并提供电容器的尺寸/位置。根据其它实施例，使用其它输入数据。图2举例说明依照在此公开主题的实施例的最优化电容器放置的方法。箭头200用来指示单独动作的序列。用于最优化电容器放置的程序从初始化201开始，其中，提供描述风电场的布局细节的数据，即风电场布局信息。风电场布局信息包括多个放射部(radial)、用于ー个或多个变压器和/或传输线的阻抗数据以及负载流分析。在此，放射部是单个或多个风カ涡轮机被连接到的汇流条(busbar)。接下来，在图2中的202处所指示的，定义了用于最优化的约束。单个约束或多个约束可能在这里开始起作用。约束可以是用于风电场中的总有功功率、风电场中的无功功 率损耗、电压分布、谐波减缓等的要求。一旦很好地确定了约束，则将准备确定成本函数。在图2中的203处指示成本函数的确定。成本函数通常是将例如以数值方式求解的一组非线性等式。用迭代步骤来找到解。在204处指示迭代，即改变电容相关參数值组。在206处，将迭代204的输出(例如相对于图I所讨论的更改的电容相关參数值组)与目标条件相比较，例如预先确定的约束。例如，在实施例中，检查迭代204的输出是否在预定极限内。如果没有，在图2中的210和“否”处指示，则必须再次进行迭代。例如，在实施例中，反复地执行动作202至206。如果所述解随后是依照目标条件的，在图2中的212和“是”处指示，则依照实施例，提供电容器组的数目、电容器组的放置(例如在哪个汇流条处)和电容器组的适当尺寸，在214处指示。应理解的是由最后迭代204的输出(例如由更改的电容相关參数值组)来定义电容器组的数目、电容器组的放置和电容器组的适当尺寸。下面，提供在此公开的教导到风电场的示例性应用。某些风电场被连接到弱电网，其中，电压由于外部条件而容易地下降和上升。为了防止电压崩溃(voltage collapse)和大的电压降,依照实施例,在风电场中安装至少ー个电容器组以增强(boost up)电压。图3示出依照在此公开主题的实施例的风电场300。风电场300包括至少ー个风カ涡轮机设备，例如多个风カ涡轮机设备，其中的某些在302处指示。在图3中的304处指示某些电缆电阻。根据实施例，风电场包括两个或更多变电站(substation) 306，其中的三个在图3中示出。每个变电站306的风カ涡轮机设备302被耦合到公共耦合点308，也称为用于单独变电站306的PCC1、PCC2、PCC3。可以由各个汇流条来实现公共耦合点308。此外，风电场300包括依照根据在此公开的方法确定的最优化电容相关參数值组的电容310。在图3中，示出了用于电容310的多个可能位置。例如，在实施例中，用到变电站306的公共耦合点308的直接电连接来获得电容310的最优化位置。在图3中示出两个此类可能位置，其中，在310a和310b处进一歩指示各个电容。风电场300还包括变电站变压器312，其将变电站电压(可以是例如35千伏(kV)的中压)变换成供应给电网的高压，在图3中的314处指示。在316处指示电网阻抗，并在图3中的320处指示到电网的传输线318的阻杭。每个变电站变压器312的高压侧被耦合到汇流条322，其将风电场300的每个变电站变压器312连接至到电网314的传输线320。在图3中的324处，指示变电站变压器312与汇流条322之间的电连接。依照实施例，还可以将电容310连接到汇流条322，即到风电场功率输出端。在310c处进ー步指示此电容。应理解的是依照在此公开主题的实施例，可以仅提供电容310a、310b、310c中的ー个。此外，根据其它实施例，可以提供电容310a、310b、310c中的两个或更多。依照实施例，由电容器组形成每个电容310a、310b、310c。应强调的是不仅如何确定电容310a、310b、310c的位置和性质的方式被视为依照在此公开主题的方面和实施例，并且在风电场中提供电容310a、310b、310c的事实是在此公开主题的方面。
应理解的是一般地在此，“电容的位置”指的是电容到风电场中的特定点、即到变电站306的公共耦合点308的电连接。根据本发明的实施例，在此公开的任何适当实体(例如部件、単元和设备)是至少部分地以各个计算机程序的形式提供的，该实体例如输入单元、约束单元、最优化単元或成本函数确定单元，所述各个计算机程序使得处理器设备能够提供如在此公开的各个实体的功能。根据其它实施例，可以以硬件来提供在此公开的任何适当实体。根据其它一混合一实施例，可以以软件来提供某些实体，而以硬件来提供其它实体。应注意的是在此公开的任何实体(例如部件、单元和设备)不限于如在某些实施例中所述的专用实体。相反，可以在仍提供期望功能的同时以各种方式且以设备水平或软件模块水平的各种粒度来实现在此公开的主题。此外，应注意的是根据实施例，可以针对在此公开的每个功能提供単独的实体(例如软件模块、硬件模块或混合模块)。根据其它实施例，实体(例如软件模块、硬件模块或混合模块(组合的软件/硬件模块))被配置为用于提供在此公开的两个或更多功能。根据实施例，风电场电容确定设备包括处理器设备，其包括用于执行与各个软件模块相对应的至少ー个计算机程序的至少两个处理器。一般地在此，“组”可以包括单个元素或两个或更多元素。例如，电容相关參数组在一个实施例中由单个电容相关參数组成且在另一实施例中由两个或更多电容相关參数组成。应注意的是术语“包括”不排除其它元素或步骤且“ー个”或“一”不排除复数。例如，一般地在此，措辞“将成本值关联至电容相关參数值组的成本函数”在实施例中包括“将单个成本值关联至电容相关參数值组的成本函数”，并且在另ー实施例中包括“将成本值组关联至电容相关參数值组的成本函数，其中，所述成本值组包括ー个、两个或更多成本值”。应理解的是电容相关參数值组的元素的数目不必要地对应于成本值组的元素的数目。相反，两组的元素的数目通常将相互不同。
还可以将结合不同实施例所述的元素组合。还应注意的是不应将权利要求中的參考标记理解为限制权利要求的范围。为了概括本发明的上述实施例，可以声明
提供了ー种风电场电容确定设备，用于接收风电场的风电场布局信息和至少ー个最优化约束，并包括用于通过提供最优化电容相关參数值组来使成本最优化的最优化単元，该成本是由将成本值关联至每个电容相关參数值组的成本函数确定的，该成本函数是基于风电场布局信息且所述最优化将所述至少ー个最优化约束考虑在内。在实施例中，最优化电容相关參数值组包括将被电连接到风电场的电容器组的位置、数目和尺寸。依照在此公开主题的其它实施例，确定并向最优化単元提供风电场布局数据，类似于电缆长度、汇流条数据和关于电网的数据(其是硬(stiff)的还是弱的)。确定可以涉及手动动作且提供数据可以包括将数据存储在存储设备上。由如在此公开的算法来处理所收集的数据且其产生結果。依照实施例，找到用于电容的最优化位置的目的如下
一减少总有功功率损耗，同时将电压分布保持指定范围
一节省安装和操作成本 ー计划时段期间的増加的每年节省 一更好的电压分布 附图标记列表
100风电场电容确定设备
102输入单元
104风电场布局信息
105最优化单元
106约束单元
108最优化约束
110最优化电容相关參数值组
112成本函数
114成本函数确定单元
116迭代单元
118判定单元
120起始电容相关參数值组
122更改的电容相关參数值组
200序列指不箭头
201初始化(收集关于例如风电场的布局；放射部的数目、互连的细节)
202设置用于最优化的约束(例如功率损耗、谐波、电压分布)
203生成成本函数(例如一组非线性等式)
204迭代(例如更改的电容相关參数值组的生成)
206将迭代的输出与目标条件相比较
210迭代的输出不匹配目标条件的情况下的序列
212迭代的输出不匹配目标条件的情况下的序列
214解(例如电容器组的数目、电容器组的放置、电容器组的尺寸)
300 风电场 302风カ涡轮机设备 304电缆电阻 306变电站
308公共耦合点(放射部)310电容
310a、310b、3 IOc可能最优化电容器放置中的电容
312变电站变压器
314电网
316电网阻抗
318传输线的阻抗 320传输线
322汇流条
324电连接
权利要求
1.一种风电场电容确定设备(100),包括 一输入单兀(102),用于提供风电场(300)的风电场布局信息(104)； 一约束单元(106 )，用于提供至少一个最优化约束(108 );以及一最优化单元(105)，用于通过提供最优化电容相关参数值组(110)来使成本最优化，该成本是由将成本值关联至每个电容相关参数值组的成本函数(112)确定的,该成本函数(112)是基于风电场布局信息(104)且所述最优化将所述至少一个最优化约束考虑在内(108)。
2.根据权利要求I所述的设备，还包括 一成本函数确定单元(114)，被配置为用于 O接收风电场布局信息(104)和所述至少一个最优化约束(108);以及 O根据风电场布局信息(104)来确定成本函数(112)。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的设备， 一所述最优化单元(105)包括迭代单元(I 16)和判定单元(I 18)； 一所述迭代单元(116)被配置为用于接收电容相关参数值组(120)且被进一步配置为用于在迭代中改变电容相关参数值组(120)，从而提供更改的电容相关参数值组(122);以及 一所述判定单元(118)被配置为用于判定用于更改的电容相关参数值组(122)的成本值是否匹配至少一个目标条件且被进一步配置为用于如果更改的电容相关参数值组(122)不匹配至少一个目标条件，则向迭代单元(116)提供更改的电容相关参数值组(122)以便在另一迭代中进一步改变更改的电容相关参数值组(122)。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述至少一个目标条件包括功率损耗条件。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中， 所述成本函数包括一组等式。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中， 所述电容相关参数组(110、120、122)包括至少一个电容(310)的位置。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中， 所述电容相关参数组(110、120、122)包括多个电容(310)。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中， 所述电容相关参数组(110、120、122)包括电容(310)的值。
9.根据权利要求6至8中的任一项所述的设备，其中，所述电容(310)是电容器组。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中， 所述风电场布局信息(104)包括电缆长度。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中， 所述成本包括至少两个成本要素。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中， 所述成本包括风电场的功率损耗。
13.—种方法,包括 一接收(201)风电场(300)的风电场布局信息(104)； 一接收(202)至少一个最优化约束(108)；一通过提供最优化电容相关参数值组(Iio)来使成本最优化(203、204、206、210、212、214)，该成本是由将成本值关联至每个电容相关参数值组的成本函数(112)确定的，该成本函数(112)是基于风电场布局信息(104)且所述最优化将所述至少一个最优化约束(108)考虑在内。
14.一种计算机程序，该计算机程序适合于当由数据处理器执行时控制如在权利要求13中阐述的方法。
15.风电场(300)，包括 一至少一个风力涡轮机设备(302)； 一电容(310)，其依照根据权利要求13的方法确定的最优化电容相关参数值组。
全文摘要
本发明涉及风电场中的电容放置。提供了一种风电场电容确定设备(100)，用于接收风电场(300)的风电场布局信息(104)和至少一个最优化约束(108)，并包括用于通过提供最优化电容相关参数值组(110)来使成本最优化的最优化单元(105)，该成本是由将成本值关联至每个电容相关参数值组的成本函数(112)确定的，该成本函数(112)是基于风电场布局信息(104)且所述最优化将所述至少一个最优化约束(108)考虑在内。在实施例中，最优化电容相关参数值组(110)包括将被电连接到风电场(300)的电容器组(310)的位置、数目和尺寸。
文档编号H02J3/38GK102651555SQ201210043549
公开日2012年8月29日 申请日期2012年2月24日 优先权日2011年2月25日
发明者B.安德烈森, S.库马尔 申请人:西门子公司