专利名称：影响高压电力线的实际高压特性的控制系统和控制方法
技术领域：
在此描述的本发明大体涉及用于控制电站以影响电网互联点处高压(HV)电力线特性的方法和系统，确切地说，涉及用于控制可再生能源电站，例如，风能电站的方法和系统。
背景技术：
电站必须符合由电网码定义的特性，即运行参数，从而确保电网正常运行。光伏电站或风场等发电站必须符合电网码。具体而言，符合电网码要求电气特性符合电网互联点(POI)处由电网码规定的特性。POI通常位于高压(HV)侧。HV侧通过变压器与中压(MV)侧隔开，所述变压器用于将MV侧上的中压转变为HV侧上的高压。
为了符合电网码，可能测量HV电力线上的电压和电流，且可以使用测量值来控制电站，从而影响或调整POI前HV侧上的HV电力线的电气特性。然而，鉴于必须处理HV侧上的高压，这些测量在技术上需要使用特定电压和电流互感器，由此成本较高。因此，需要一种用于影响POI处的HV特性以使其符合电网码的低成本方法和系统。
发明内容
本发明的一个方面提供一种影响高压电力线的实际高压特性的控制系统。所述控制系统用于包括中压电力线的电站。所述控制系统经配置以影响电网的互联点处高压电力线的实际高压特性，且包括(a)中压兼容测量系统，其经配置以与所述电站的所述中压电力线连接，所述中压兼容测量系统包括以下项中的至少一者(i)电压测量装置，其经配置以测量所述中压电力线上的电压；以及(ii)电流测量装置，其经配置以测量所述中压电力线上的电流。所述控制系统进一步包括控制单元。所述评估单元连接到所述中压兼容测量系统，且经配置以基于所述中压电力线处从所述中压兼容测量系统接收的测量值并基于将所述中压电力线上的中压转变为所述高压电力线上的高压的变压器的模型，计算所述高压电力线的高压特性。所述评估单元还进一步经配置以基于计算得到的高压特性生成控制信号，从而控制所述电站以影响所述高压电力线的所述实际高压特性。所述的控制系统进一步包括匝数比测量装置，其用于确定所述变压器的匝数比，其中所述匝数比测量装置连接到所述评估单元，以及其中所述变压器的所述模型会考虑已确定的匝数比。其中所述变压器包括调压开关，以及所述匝数比测量装置经配置以通过确定所述调压开关的调压位置来确定所述匝数比。所述的控制系统进一步包括温度测量装置，其用于确定所述变压器的温度，其中所述温度测量装置连接到所述评估单元，以及其中所述变压器的所述模型会考虑所述确定的温度。所述的控制系统，进一步包括高压兼容测量装置，其经配置以与所述高压电力线连接，从而测量所述高压电力线的实际高压特性，所述高压兼容测量系统包括以下项中的至少一者(iii)第二电压测量装置，其经配置以测量所述高压电力线上的实际电压；以及
(iv)第二电流测量装置，其经配置以测量所述高压电力线上的实际电流；以及其中所述评估单元连接到所述高压兼容测量系统，且经配置以进一步基于所述高压电力线上测量得到的电压和测量得到的电流中的至少一者生成所述控制信号。其中所述计算得到的高压特性包括所述高压电力线上计算得到的电压和所述高压电力线上计算得到的电流，以及其中所述评估单元经配置以将所述计算得到的电压和计算得到的电流与所述高压电力线上的所述测量得到的电压和测量得到的电流进行比较，且在所述计算得到的高压特性中的至少一者与测量得到的高压特性的偏差超过阈值的情况下，生成警报信号。其中，在所述测量得到的高压特性无效或者与所述计算得到的高压特性的偏差超过阈值的情况下，所述评估单元经配置以将通过基于所述高压电力线的测量得到的特性的控制信号对所述电站进行控制转换成通过仅基于所述高压电力线的计算得到的特性的控 制信号对所述电站进行控制。其中所述电压测量装置包括中压兼容电压互感器，且所述电流测量装置包括中压兼容电流互感器。其中所述高压电力线的计算得到的高压特性包括下组各项中的至少一者电压、电流、功率、无功伏安以及功率因数。本发明的另一方面提供了一种电站。所述电站包括(I)发电单元；(2)中压电力线，其连接到所述发电单元；以及(3)控制系统，其经配置以控制所述发电单元并影响电网的互联点处高压电力线的实际高压特性。所述控制系统包括(a)中压兼容测量系统，其连接到所述电站的所述中压电力线，所述中压兼容测量系统包括以下项中的至少一者(i)电压测量装置，其经配置以测量所述中压电力线上的电压；以及(ii)电流测量装置，其经配置以测量所述中压电力线上的电流。所述控制系统还包括(b)评估单元。所述评估单元连接到所述中压兼容测量系统，且经配置以基于所述中压电力线处从所述中压兼容测量系统接收的测量值并基于将所述中压电力线上的中压转变为所述高压电力线上的高压的变压器的模型，确定所述高压电力线的计算得到的高压特性。而且所述评估单元经配置以基于所述计算得到的高压特性生成控制信号，从而控制所述电站以影响所述高压电力线的所述实际高压特性。其中所述电站包括所述变压器和所述高压电力线，且配置成在所述互联点处连接到所述电网。其中所述电站经配置以经由其中压电力线连接到中压电网，从而连接到所述变压器和所述高压电力线。其中所述电站是可再生能源电站，且所述发电单元包括至少一个涡轮机和至少一个相应涡轮机控制系统，其中所述评估单元经配置以生成控制信号，从而控制所述至少一个涡轮机控制系统。其中所述电站是风能电站，且所述发电单元包括至少一个风力机和至少一个相应的风力机控制系统，其中所述评估单元经配置以生成控制信号，从而控制所述至少一个风力机控制系统。
本发明其它一个方面提供了一种影响高压电力线的实际高压特性的控制方法。所述高压电力线经由变压器连接到电站的中压电力线，从而将所述中压电力线上的中压转变为所述高压电力线上的高压，所述控制方法包括测量所述中压电力线上的电压和电流中的至少一者；基于测量值并基于所述变压器的模型计算所述高压电力线的高压特性；基于计算得到的高压特性生成控制信号；以及通过所述控制信号控制所述电站，从而影响所述高压电力线的所述实际高压特性。所述的控制方法，进一步包括测量所述变压器的匝数比；以及确定所述计算得到的高压特性时，在所述变压器的所述模型中考虑测量得到的匝数比。所述的控制方法，进一步包括测量所述变压器的温度；以及确定所述计算得到的高压特性时，在所述变压器的所述模型中考虑所述温度。所述的控制方法，进一步包括测量所述高压电力线上的实际高压特性，包括实际电压和实际电流中的至少一者；以及将测量得到的实际高压特性与所述计算得到的高压特性进行比较。·所述的控制方法，进一步包括在所述实际高压特性测量失败或者所述测量得到的实际高压特性与所述计算得到的高压特性的偏差大于阈值的情况下，生成警报信号。所述的控制方法，进一步包括将通过基于所述实际高压特性的控制信号对所述电站进行控制转换成通过仅基于所述计算得到的高压特性的控制信号进行控制。本发明的其他方面内容、优点和特性在随附权利要求书、具体说明和附图中显而易见。
本说明书的其余部分参照附图，针对所属领域的技术人员，完整且可实现地具体阐明了本发明，包括其最佳模式，其中图I是示例性风力机的一部分的透视图。图2是适合用于图I所示风力机的示例性电气和控制系统的示意图。图3是基于用于确定HV电力线特性的HV兼容测量系统的电站控制系统的示意图。图4是根据在此描述的实施例的电站控制系统的示意图。图5是根据在此描述的实施例的包括发电单元和电站控制系统的电站的示意图。图6是根据在此描述的实施例的包括风力机和电站控制系统的风能电站的示意图。图7提供可用于在此描述的实施例的变压器模型实例。图8是根据在此描述的实施例的一种影响HV电力线的HV特性的方法的示意图。部件标号列表
标号部件标号部件
100 风力机102 HS~104~~~106转子
108Sm l&g
112低速轴Γ 4齿轮箱
118发电机120发电机定子
122发电机转子200控制系统
202祸轮机控制器206同步开关
208定子总线210功率转换组件
212转子总线214变压器断路器 216系统总线218转子滤清器
219滤清器总线220转子侧功率转换器~
222线路侧功率转换器223线路侧功率转换器总
线
224线路滤清器225线路总线
226线路接触器228转换断路器
230转换断路器总线232连接总线
234电功率主变压器236发电机侧总线
238电网断路器240断路器侧总线
242经由电网总线的配电网244DC环节
246Mfi248
250电容器252电流传感器
254电流传感器256电流传感器
262转换器控制器264电流传感器
~ 015互联点(K)I)
~10高压电力线40变压器(MV-HV)~ 中压电力线ΓΙ ~ 控制线路
310HV兼容测量系统312HV电压测量装置
314HV电流测量装置320传统评估单元
400电站控制系统410MV兼容测量系统
412MV电压测量装置414MV电流测量装置
~420评估单元432阻数比测量装置
434温度测量装置440人机接口
450输入网络700评估单元
702输入线路704输入线路
706电阻输入值708电抗输入值
710MM712电压 UMV
714电流 IMV716MM
718β719β
720计算单元722输出线路
724计算单元726β
728计算单元732输出线路
734输出线路736
~7381 740变压器模型计算单元
742加法器744减法单元
746相角计算单元750输出部分
751752
"~753754
"~755800方法(流程示意图)
"810方法块820方法块
权利要求
1.一种影响高压电力线(20)的实际高压特性的控制系统，所述控制系统用于包括中压电力线(30)的电站(100、101)，所述控制系统经配置以影响电网(10)的互联点(15)处高压电力线(20)的实际高压特性，且包括 (a)中压兼容测量系统(410)，其经配置以与所述电站的所述中压电力线连接，所述中压兼容测量系统包括以下项中的至少一者 (i)电压测量装置(412)，其经配置以测量所述中压电力线上的电压；以及 ( )电流测量装置(414)，其经配置以测量所述中压电力线上的电流；以及 (b)评估单元(420)， 其连接到所述中压兼容测量系统， 其经配置以基于所述中压电力线处从所述中压兼容测量系统接收的测量值并基于将所述中压电力线上的中压转变为所述高压电力线上的高压的变压器(40)的模型，计算所述高压电力线的高压特性，以及 其经配置以基于计算得到的高压特性生成控制信号，从而控制所述电站以影响所述高压电力线的所述实际高压特性。
2.根据权利要求I所述的控制系统，进一步包括 匝数比测量装置(432)，其用于确定所述变压器的匝数比， 其中所述匝数比测量装置连接到所述评估单元，以及其中所述变压器的所述模型会考虑所述确定的匝数比。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其中所述变压器包括调压开关，以及所述匝数比测量装置经配置以通过确定所述调压开关的调压位置来确定所述匝数比。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的控制系统，进一步包括 温度测量装置(434)，其用于确定所述变压器的温度， 其中所述温度测量装置连接到所述评估单元，以及其中所述变压器的所述模型会考虑所述确定的温度。
5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的控制系统，进一步包括 高压兼容测量装置(310)，其经配置以与所述高压电力线连接，从而测量所述高压电力线的实际高压特性，所述高压兼容测量系统包括以下项中的至少一者 (iii)第二电压测量装置(312)，其经配置以测量所述高压电力线上的实际电压；以及 (iv)第二电流测量装置(314)，其经配置以测量所述高压电力线上的实际电流；以及 其中所述评估单元连接到所述高压兼容测量系统，且经配置以进一步基于所述高压电力线上测量得到的实际电压和测量得到的实际电流中的至少一者生成所述控制信号。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其中所述计算得到的高压特性包括所述高压电力线上计算得到的电压和所述高压电力线上计算得到的电流，以及其中所述评估单元经配置以将所述计算得到的电压和计算得到的电流与所述高压电力线上的所述实际电压和实际电流进行比较，且在所述计算得到的高压特性中的至少一者与所述实际高压特性的偏差超过阈值的情况下，生成警报信号。
7.根据权利要求5或6所述的系统，其中，在测量得到的实际高压特性无效或者与所述计算得到的高压特性的偏差超过阈值的情况下，所述评估单元经配置以将通过基于所述高压电力线的测量得到的实际特性的控制信号对所述电站进行控制转换成通过仅基于所述高压电力线的计算得到的特性的控制信号对所述电站进行控制。
8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的控制系统，其中所述电压测量装置包括中压兼容电压互感器，且所述电流测量装置包括中压兼容电流互感器。
9.一种电站,包括 (1)发电单元(101、100)； (2)中压电力线(30)，其连接到所述发电单元；以及 (3)根据前述权利要求中任一权利要求所述的控制系统(400)。
10.根据权利要求10所述的电站，其中所述电站包括变压器(40)和高压电力线(20)，且配置成在互联点处连接到电网，或者其中所述电站经配置以经由其中压电力线(30)连接到中压电网，从而连接到所述变压器和所述高压电力线。
11.根据权利要求9或10所述的电站，其中所述电站是可再生能源电站，且所述发电单元包括至少一个涡轮机和至少一个相应涡轮机控制系统，其中所述评估单元经配置以生成控制信号，从而控制所述至少一个涡轮机控制系统，或者其中所述电站是风能电站，且所述发电单元包括至少一个风力机(100)和至少一个相应的风力机控制系统(202)，其中所述评估单元经配置以生成控制信号，从而控制所述至少一个风力机控制系统。
12.—种影响高压电力线(20)的实际高压特性的控制方法，所述高压电力线经由变压器(40)连接到电站的中压电力线(30)，从而将所述中压电力线上的中压转变为所述高压电力线上的高压，所述方法包括 测量所述中压电力线上的电压和电流中的至少一者； 基于测量值并基于所述变压器的模型计算所述高压电力线的高压特性； 基于计算得到的高压特性生成控制信号；以及 通过所述控制信号控制所述电站，从而影响所述高压电力线的所述实际高压特性。
13.根据权利要求12所述的控制方法，进一步包括以下步骤中的一者 (a)测量所述变压器的匝数比，以及，确定所述计算得到的高压特性时，在所述变压器的所述模型中考虑测量得到的匝数比；以及 (b)测量所述变压器的温度，以及，确定所述计算得到的高压特性时，在所述变压器的所述模型中考虑所述温度。
14.根据权利要求12到13中任一权利要求所述的控制方法，进一步包括 测量所述高压电力线上的实际高压特性，包括实际电压和实际电流中的至少一者；以及 将测量得到的实际高压特性与所述计算得到的高压特性进行比较。
15.根据权利要求12到14中任一权利要求所述的控制方法，进一步包括 在所述实际高压特性测量失败或者所述测量得到的实际高压特性与所述计算得到的高压特性的偏差大于阈值的情况下，生成警报信号。
可选择地将通过基于所述实际高压特性的控制信号对所述电站进行控制转换成通过仅基于所述计算得到的高压特性的控制信号进行控制。
全文摘要
本发明提供一种用于电站的控制系统，所述系统经配置以影响电网的互联点处HV电力线的实际HV特性。所述控制系统包括经配置以与所述电站的MV电力线连接的MV兼容测量系统，以及评估单元。所述评估单元连接到所述MV兼容测量系统，且经配置以基于所述MV电力线处从所述MV兼容测量系统接收的测量值并基于变压器的模型，确定所述HV电力线的计算得到的HV特性。所述变压器将所述MV电力线上的中压转变为所述HV电力线上的高压。所述评估单元经配置以基于所述计算得到的HV特性生成控制信号，从而控制所述电站以影响所述HV电力线的实际HV特性。
文档编号H02J3/38GK102904274SQ201210264288
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月27日 优先权日2011年7月29日
发明者A.柯希纳 申请人:通用电气公司