操作风电场的方法
【技术领域】
[0001] 本发明描述了一种操作风电场的方法；一种被实现用于在操作风电场中使用的有 功功率控制器；一种风力涡轮；以及一种风电场。
【背景技术】
[0002] 传输线一般被实现来能够将一定量的功率从发电厂输送到公用电网（utility grid)。例如，传输线可以被实现来输送电厂的装机容量，即可以由电厂递送的最大或"装 机"功率。例如，具有二十个3 MW涡轮的风力发电厂（wind farm)具有60 MW的装机容量， 即该风电场可以递送高达60 MW的有功功率，并且将风电场连接到电力网或"电网"的传输 线将被设计来能够输送至少该量的功率。
[0003] 当传输线无论出于什么原因而不能输送装机容量时，问题出现了。例如，当双传输 线中的一个传输线业务中止时，由于在系统的短路比（SCR)中的变更，双线的最大功率传送 容量被减少。在这样的情况下，双线不再能够运送其连接到的电厂的装机容量。在风电厂 的情况下，该情况可以导致涡轮级的不稳定性，从而导致在电压、功率、电流等等中可见的 持续或弱阻尼的振荡。因此，风电场的最大功率输出由传输线的有限容量确定。
[0004] 当传输线故障或者业务中止时，电网将因此被削弱。可以以若干方式量化电网的 条件。表示"电网条件"的一个方式是通过电网的短路比。这是通过确定电网的短路容量、 即如果发生短路则在电网中的点处的功率的量获得的。短路容量取决于在该点处的电网阻 抗、额定电压和在电网上的任何负载。风电场的风力涡轮可以被视为在电网上的有功负载。 因此，风电场的短路比（SCR)可以通过电网三相短路容量（SCC)除以馈送到电网中的风力 涡轮的额定功率确定。将电网分类为"弱"的SCR的值可以取决于网络操作者。例如，根据 VDN 传输代码 2007(Verband der Netzbetreiber, 1. 1 版本，2007 年八月），当电网的 SCR 下降到4.0之下时，其被认为是"弱"的。一般地，由低SCR和高电网阻抗表征弱电网。所 述问题在较低的SCR处加剧，当系统关于风厂变得越来越"弱"时，阻抗越来越高。一般地， 在大约2. 5之下的SCR被认为接近现代风电厂持续操作的限制。在SCR的非常低的水平处 (例如在2. 5之下)，任何小的扰动或干扰可以使得一个或多个风力涡轮在不期望的操作点 处操作，并且这些涡轮可能不能够返回到正常的操作。因此，所述涡轮可能跳闸（trip)并 且从系统断开。一般认为，具有小于1. 25的SCR的风电场的实际操作是有挑战性的，并且 在没有有功功率缩减的情况下使用现有技术，具有小于大约〇. 9的SCR的风电场的操作可 能是不可能的。
[0005] 处理这样的情况的现有技术方法一般涉及减少或缩减风电场的风力涡轮的有功 功率输出，以便确保风力涡轮继续以稳定的方式操作。在这些方法中，基于"最坏情况"设 计，缩减恒定量的有功功率。然而，这意味着风电场的功率输出被一般地减少超过所严格必 须的，并且这继而导致收入的不必要的损失。
【发明内容】
[0006] 因此，本发明的目的是提供控制馈送到弱电网中的风力涡轮的改进的方式。
[0007] 该目的通过操作风电场的权利要求1的方法、通过权利要求12的计算机程序产 品、通过权利要求13的有功功率控制器、通过权利要求14的风力涡轮、以及通过权利要求 15的风电场实现。
[0008] 根据本发明，操作由多个风力涡轮组成的风电场的方法包括确定电网条件指标以 及基于电网条件指标确定风电场的第一最大功率的步骤。"第一最大功率"应被理解为允 许被传送到电网的最大有功功率，并且"电网条件"在很大程度上支配可以被传送到其中的 有功功率的量。根据本发明，所述方法进一步包括以下步骤：基于电网条件指标计算操作裕 度；基于限定的操作裕度确定第二最大功率；以及当电网条件指标指示弱电网时将风电场 的有功功率输出缩减到与风电场的稳定操作相关联的最低的最大功率值。
[0009] 根据本发明的方法的优势是可以控制风电场的涡轮来递送功率输出，在所述功率 输出处其操作稳定，而无论风电场是否必须馈送到弱电网中。电网可以出于各种原因而变 得弱化，如在介绍中解释的那样。例如，若干传输线中的一个可能由于故障而"停机"。根据 本发明的方法甚至可以处理电网的短路比下降到非常低的值的情况，如在下文中将变得清 楚的那样。根据本发明，仅当必要时并且仅根据电网条件指标才缩减风力涡轮的有功功率 输出。
[0010] "第一最大功率"可以被视为可以施加到整个风电场的"全局"功率值。然而，因为 从功率生成的观点，风力涡轮也必须被视为单独的实体，所以根据本发明的方法允许按需 针对每个单独的涡轮计算"局部"第二最大功率值。该局部最大功率值被订制（tailored) 成该风力涡轮的功率生成容量并且确保维持安全裕度或操作裕度。以该方式，根据本发明 的方法使得对于风电场而言一直以稳定的方式并且根据电网条件地递送尽可能多的有功 功率是可能的。
[0011] 换言之，根据实际电网条件动态地确定缩减的程度。因此，可以增加风电场的年发 电量，因为有功功率输出可以在某个传输线故障或者电网是"弱"的其他情况的期间被缩减 大体上较少的程度--即不多于所严格必须的。
[0012] 根据本发明，计算机程序产品可以执行加载到风力涡轮控制器和/或风电场控制 器的可编程设备的存储器中的这样的方法的步骤。
[0013] 根据本发明的计算机程序产品的优势是其可以基本上连续地监视电网条件，并且 结果可以用于生成缩减风力涡轮的有功功率输出的适合的控制信号。
[0014] 根据本发明，被实现用于在操作(包括多个风力涡轮的）风电场中使用的有功功率 控制器包括用于确定电网条件指标的电网条件确定单元；用于基于电网条件指标确定第一 最大功率的第一最大功率计算单元；用于基于电网条件指标确定操作裕度的单元；用于基 于操作裕度确定第二最大功率的第二最大功率计算单元；以及用于根据功率值指示风电场 的有功功率输出的缩减的调节输出。
[0015] 根据本发明的有功功率控制器的优势是其允许风电场的风力涡轮在对瞬时的电 网条件的订制响应中操作，以这样的方式考虑瞬时电网条件：风电场的风力涡轮的有功功 率输出仅被缩减用于维持稳定操作所需的量。以该方式，归因于过度的有功功率缩减一 即超过严格必须的缩减一的收入损失可以被有利地最小化。
[0016] 根据本发明，风力涡轮被布置在风电场中，并且包括风力涡轮控制器，该风力涡轮 控制器包括根据本发明的有功功率控制器。
[0017] 根据本发明的风力涡轮的优势是其可以一直被控制来递送尽可能多的有功功率， 而同时考虑电网条件，使得风力涡轮的功率输出仅被缩减用于确保保证弱电网场景的连续 稳定的操作所需的量。
[0018] 根据本发明，风电场包括多个风力涡轮和风电场控制器，其中风电场控制器包括 根据本发明的有功功率控制器。
[0019] 根据本发明的风电场的优势是其风力涡轮中的某些或全部可以一直被控制来递 送尽可能多的有功功率，甚至在弱电网情况期间，由此最大化风电场的年收入。
[0020] 由从属权利要求给出本发明的特别有利的实施例和特征，如在下文的描述中揭示 的那样。可以适当地组合不同权利要求类别的特征来给出本文