專利名稱：影響高壓電力線的實際高壓特性的控制系統和控制方法
技術領域：
在此描述的本發明大體涉及用于控制電站以影響電網互聯點處高壓(HV)電力線特性的方法和系統，確切地說，涉及用于控制可再生能源電站，例如，風能電站的方法和系統。
背景技術：
電站必須符合由電網碼定義的特性，即運行參數，從而確保電網正常運行。光伏電站或風場等發電站必須符合電網碼。具體而言，符合電網碼要求電氣特性符合電網互聯點(POI)處由電網碼規定的特性。POI通常位于高壓(HV)側。HV側通過變壓器與中壓(MV)側隔開，所述變壓器用于將MV側上的中壓轉變為HV側上的高壓。
為了符合電網碼，可能測量HV電力線上的電壓和電流，且可以使用測量值來控制電站，從而影響或調整POI前HV側上的HV電力線的電氣特性。然而，鑒于必須處理HV側上的高壓，這些測量在技術上需要使用特定電壓和電流互感器，由此成本較高。因此，需要一種用于影響POI處的HV特性以使其符合電網碼的低成本方法和系統。
發明內容
本發明的一個方面提供一種影響高壓電力線的實際高壓特性的控制系統。所述控制系統用于包括中壓電力線的電站。所述控制系統經配置以影響電網的互聯點處高壓電力線的實際高壓特性，且包括(a)中壓兼容測量系統，其經配置以與所述電站的所述中壓電力線連接，所述中壓兼容測量系統包括以下項中的至少一者(i)電壓測量裝置，其經配置以測量所述中壓電力線上的電壓；以及(ii)電流測量裝置，其經配置以測量所述中壓電力線上的電流。所述控制系統進一步包括控制單元。所述評估單元連接到所述中壓兼容測量系統，且經配置以基于所述中壓電力線處從所述中壓兼容測量系統接收的測量值并基于將所述中壓電力線上的中壓轉變為所述高壓電力線上的高壓的變壓器的模型，計算所述高壓電力線的高壓特性。所述評估單元還進一步經配置以基于計算得到的高壓特性生成控制信號，從而控制所述電站以影響所述高壓電力線的所述實際高壓特性。所述的控制系統進一步包括匝數比測量裝置，其用于確定所述變壓器的匝數比，其中所述匝數比測量裝置連接到所述評估單元，以及其中所述變壓器的所述模型會考慮已確定的匝數比。其中所述變壓器包括調壓開關，以及所述匝數比測量裝置經配置以通過確定所述調壓開關的調壓位置來確定所述匝數比。所述的控制系統進一步包括溫度測量裝置，其用于確定所述變壓器的溫度，其中所述溫度測量裝置連接到所述評估單元，以及其中所述變壓器的所述模型會考慮所述確定的溫度。所述的控制系統，進一步包括高壓兼容測量裝置，其經配置以與所述高壓電力線連接，從而測量所述高壓電力線的實際高壓特性，所述高壓兼容測量系統包括以下項中的至少一者(iii)第二電壓測量裝置，其經配置以測量所述高壓電力線上的實際電壓；以及
(iv)第二電流測量裝置，其經配置以測量所述高壓電力線上的實際電流；以及其中所述評估單元連接到所述高壓兼容測量系統，且經配置以進一步基于所述高壓電力線上測量得到的電壓和測量得到的電流中的至少一者生成所述控制信號。其中所述計算得到的高壓特性包括所述高壓電力線上計算得到的電壓和所述高壓電力線上計算得到的電流，以及其中所述評估單元經配置以將所述計算得到的電壓和計算得到的電流與所述高壓電力線上的所述測量得到的電壓和測量得到的電流進行比較，且在所述計算得到的高壓特性中的至少一者與測量得到的高壓特性的偏差超過閾值的情況下，生成警報信號。其中，在所述測量得到的高壓特性無效或者與所述計算得到的高壓特性的偏差超過閾值的情況下，所述評估單元經配置以將通過基于所述高壓電力線的測量得到的特性的控制信號對所述電站進行控制轉換成通過僅基于所述高壓電力線的計算得到的特性的控 制信號對所述電站進行控制。其中所述電壓測量裝置包括中壓兼容電壓互感器，且所述電流測量裝置包括中壓兼容電流互感器。其中所述高壓電力線的計算得到的高壓特性包括下組各項中的至少一者電壓、電流、功率、無功伏安以及功率因數。本發明的另一方面提供了一種電站。所述電站包括(I)發電單元；(2)中壓電力線，其連接到所述發電單元；以及(3)控制系統，其經配置以控制所述發電單元并影響電網的互聯點處高壓電力線的實際高壓特性。所述控制系統包括(a)中壓兼容測量系統，其連接到所述電站的所述中壓電力線，所述中壓兼容測量系統包括以下項中的至少一者(i)電壓測量裝置，其經配置以測量所述中壓電力線上的電壓；以及(ii)電流測量裝置，其經配置以測量所述中壓電力線上的電流。所述控制系統還包括(b)評估單元。所述評估單元連接到所述中壓兼容測量系統，且經配置以基于所述中壓電力線處從所述中壓兼容測量系統接收的測量值并基于將所述中壓電力線上的中壓轉變為所述高壓電力線上的高壓的變壓器的模型，確定所述高壓電力線的計算得到的高壓特性。而且所述評估單元經配置以基于所述計算得到的高壓特性生成控制信號，從而控制所述電站以影響所述高壓電力線的所述實際高壓特性。其中所述電站包括所述變壓器和所述高壓電力線，且配置成在所述互聯點處連接到所述電網。其中所述電站經配置以經由其中壓電力線連接到中壓電網，從而連接到所述變壓器和所述高壓電力線。其中所述電站是可再生能源電站，且所述發電單元包括至少一個渦輪機和至少一個相應渦輪機控制系統，其中所述評估單元經配置以生成控制信號，從而控制所述至少一個渦輪機控制系統。其中所述電站是風能電站，且所述發電單元包括至少一個風力機和至少一個相應的風力機控制系統，其中所述評估單元經配置以生成控制信號，從而控制所述至少一個風力機控制系統。
本發明其它一個方面提供了一種影響高壓電力線的實際高壓特性的控制方法。所述高壓電力線經由變壓器連接到電站的中壓電力線，從而將所述中壓電力線上的中壓轉變為所述高壓電力線上的高壓，所述控制方法包括測量所述中壓電力線上的電壓和電流中的至少一者；基于測量值并基于所述變壓器的模型計算所述高壓電力線的高壓特性；基于計算得到的高壓特性生成控制信號；以及通過所述控制信號控制所述電站，從而影響所述高壓電力線的所述實際高壓特性。所述的控制方法，進一步包括測量所述變壓器的匝數比；以及確定所述計算得到的高壓特性時，在所述變壓器的所述模型中考慮測量得到的匝數比。所述的控制方法，進一步包括測量所述變壓器的溫度；以及確定所述計算得到的高壓特性時，在所述變壓器的所述模型中考慮所述溫度。所述的控制方法，進一步包括測量所述高壓電力線上的實際高壓特性，包括實際電壓和實際電流中的至少一者；以及將測量得到的實際高壓特性與所述計算得到的高壓特性進行比較。·所述的控制方法，進一步包括在所述實際高壓特性測量失敗或者所述測量得到的實際高壓特性與所述計算得到的高壓特性的偏差大于閾值的情況下，生成警報信號。所述的控制方法，進一步包括將通過基于所述實際高壓特性的控制信號對所述電站進行控制轉換成通過僅基于所述計算得到的高壓特性的控制信號進行控制。本發明的其他方面內容、優點和特性在隨附權利要求書、具體說明和附圖中顯而易見。
本說明書的其余部分參照附圖，針對所屬領域的技術人員，完整且可實現地具體闡明了本發明，包括其最佳模式，其中圖I是示例性風力機的一部分的透視圖。圖2是適合用于圖I所示風力機的示例性電氣和控制系統的示意圖。圖3是基于用于確定HV電力線特性的HV兼容測量系統的電站控制系統的示意圖。圖4是根據在此描述的實施例的電站控制系統的示意圖。圖5是根據在此描述的實施例的包括發電單元和電站控制系統的電站的示意圖。圖6是根據在此描述的實施例的包括風力機和電站控制系統的風能電站的示意圖。圖7提供可用于在此描述的實施例的變壓器模型實例。圖8是根據在此描述的實施例的一種影響HV電力線的HV特性的方法的示意圖。部件標號列表
標號部件標號部件
100 風力機102 HS~104~~~106轉子
108Sm l&g
112低速軸Γ 4齒輪箱
118發電機120發電機定子
122發電機轉子200控制系統
202禍輪機控制器206同步開關
208定子總線210功率轉換組件
212轉子總線214變壓器斷路器 216系統總線218轉子濾清器
219濾清器總線220轉子側功率轉換器~
222線路側功率轉換器223線路側功率轉換器總
線
224線路濾清器225線路總線
226線路接觸器228轉換斷路器
230轉換斷路器總線232連接總線
234電功率主變壓器236發電機側總線
238電網斷路器240斷路器側總線
242經由電網總線的配電網244DC環節
246Mfi248
250電容器252電流傳感器
254電流傳感器256電流傳感器
262轉換器控制器264電流傳感器
~ 015互聯點(K)I)
~10高壓電力線40變壓器(MV-HV)~ 中壓電力線ΓΙ ~ 控制線路
310HV兼容測量系統312HV電壓測量裝置
314HV電流測量裝置320傳統評估單元
400電站控制系統410MV兼容測量系統
412MV電壓測量裝置414MV電流測量裝置
~420評估單元432阻數比測量裝置
434溫度測量裝置440人機接口
450輸入網絡700評估單元
702輸入線路704輸入線路
706電阻輸入值708電抗輸入值
710MM712電壓 UMV
714電流 IMV716MM
718β719β
720計算單元722輸出線路
724計算單元726β
728計算單元732輸出線路
734輸出線路736
~7381 740變壓器模型計算單元
742加法器744減法單元
746相角計算單元750輸出部分
751752
"~753754
"~755800方法(流程示意圖)
"810方法塊820方法塊
權利要求
1.一種影響高壓電力線(20)的實際高壓特性的控制系統，所述控制系統用于包括中壓電力線(30)的電站(100、101)，所述控制系統經配置以影響電網(10)的互聯點(15)處高壓電力線(20)的實際高壓特性，且包括 (a)中壓兼容測量系統(410)，其經配置以與所述電站的所述中壓電力線連接，所述中壓兼容測量系統包括以下項中的至少一者 (i)電壓測量裝置(412)，其經配置以測量所述中壓電力線上的電壓；以及 ( )電流測量裝置(414)，其經配置以測量所述中壓電力線上的電流；以及 (b)評估單元(420)， 其連接到所述中壓兼容測量系統， 其經配置以基于所述中壓電力線處從所述中壓兼容測量系統接收的測量值并基于將所述中壓電力線上的中壓轉變為所述高壓電力線上的高壓的變壓器(40)的模型，計算所述高壓電力線的高壓特性，以及 其經配置以基于計算得到的高壓特性生成控制信號，從而控制所述電站以影響所述高壓電力線的所述實際高壓特性。
2.根據權利要求I所述的控制系統，進一步包括 匝數比測量裝置(432)，其用于確定所述變壓器的匝數比， 其中所述匝數比測量裝置連接到所述評估單元，以及其中所述變壓器的所述模型會考慮所述確定的匝數比。
3.根據權利要求2所述的控制系統，其中所述變壓器包括調壓開關，以及所述匝數比測量裝置經配置以通過確定所述調壓開關的調壓位置來確定所述匝數比。
4.根據前述權利要求中任一權利要求所述的控制系統，進一步包括 溫度測量裝置(434)，其用于確定所述變壓器的溫度， 其中所述溫度測量裝置連接到所述評估單元，以及其中所述變壓器的所述模型會考慮所述確定的溫度。
5.根據前述權利要求中任一權利要求所述的控制系統，進一步包括 高壓兼容測量裝置(310)，其經配置以與所述高壓電力線連接，從而測量所述高壓電力線的實際高壓特性，所述高壓兼容測量系統包括以下項中的至少一者 (iii)第二電壓測量裝置(312)，其經配置以測量所述高壓電力線上的實際電壓；以及 (iv)第二電流測量裝置(314)，其經配置以測量所述高壓電力線上的實際電流；以及 其中所述評估單元連接到所述高壓兼容測量系統，且經配置以進一步基于所述高壓電力線上測量得到的實際電壓和測量得到的實際電流中的至少一者生成所述控制信號。
6.根據權利要求5所述的控制系統，其中所述計算得到的高壓特性包括所述高壓電力線上計算得到的電壓和所述高壓電力線上計算得到的電流，以及其中所述評估單元經配置以將所述計算得到的電壓和計算得到的電流與所述高壓電力線上的所述實際電壓和實際電流進行比較，且在所述計算得到的高壓特性中的至少一者與所述實際高壓特性的偏差超過閾值的情況下，生成警報信號。
7.根據權利要求5或6所述的系統，其中，在測量得到的實際高壓特性無效或者與所述計算得到的高壓特性的偏差超過閾值的情況下，所述評估單元經配置以將通過基于所述高壓電力線的測量得到的實際特性的控制信號對所述電站進行控制轉換成通過僅基于所述高壓電力線的計算得到的特性的控制信號對所述電站進行控制。
8.根據前述權利要求中任一權利要求所述的控制系統，其中所述電壓測量裝置包括中壓兼容電壓互感器，且所述電流測量裝置包括中壓兼容電流互感器。
9.一種電站,包括 (1)發電單元(101、100)； (2)中壓電力線(30)，其連接到所述發電單元；以及 (3)根據前述權利要求中任一權利要求所述的控制系統(400)。
10.根據權利要求10所述的電站，其中所述電站包括變壓器(40)和高壓電力線(20)，且配置成在互聯點處連接到電網，或者其中所述電站經配置以經由其中壓電力線(30)連接到中壓電網，從而連接到所述變壓器和所述高壓電力線。
11.根據權利要求9或10所述的電站，其中所述電站是可再生能源電站，且所述發電單元包括至少一個渦輪機和至少一個相應渦輪機控制系統，其中所述評估單元經配置以生成控制信號，從而控制所述至少一個渦輪機控制系統，或者其中所述電站是風能電站，且所述發電單元包括至少一個風力機(100)和至少一個相應的風力機控制系統(202)，其中所述評估單元經配置以生成控制信號，從而控制所述至少一個風力機控制系統。
12.—種影響高壓電力線(20)的實際高壓特性的控制方法，所述高壓電力線經由變壓器(40)連接到電站的中壓電力線(30)，從而將所述中壓電力線上的中壓轉變為所述高壓電力線上的高壓，所述方法包括 測量所述中壓電力線上的電壓和電流中的至少一者； 基于測量值并基于所述變壓器的模型計算所述高壓電力線的高壓特性； 基于計算得到的高壓特性生成控制信號；以及 通過所述控制信號控制所述電站，從而影響所述高壓電力線的所述實際高壓特性。
13.根據權利要求12所述的控制方法，進一步包括以下步驟中的一者 (a)測量所述變壓器的匝數比，以及，確定所述計算得到的高壓特性時，在所述變壓器的所述模型中考慮測量得到的匝數比；以及 (b)測量所述變壓器的溫度，以及，確定所述計算得到的高壓特性時，在所述變壓器的所述模型中考慮所述溫度。
14.根據權利要求12到13中任一權利要求所述的控制方法，進一步包括 測量所述高壓電力線上的實際高壓特性，包括實際電壓和實際電流中的至少一者；以及 將測量得到的實際高壓特性與所述計算得到的高壓特性進行比較。
15.根據權利要求12到14中任一權利要求所述的控制方法，進一步包括 在所述實際高壓特性測量失敗或者所述測量得到的實際高壓特性與所述計算得到的高壓特性的偏差大于閾值的情況下，生成警報信號。
可選擇地將通過基于所述實際高壓特性的控制信號對所述電站進行控制轉換成通過僅基于所述計算得到的高壓特性的控制信號進行控制。
全文摘要
本發明提供一種用于電站的控制系統，所述系統經配置以影響電網的互聯點處HV電力線的實際HV特性。所述控制系統包括經配置以與所述電站的MV電力線連接的MV兼容測量系統，以及評估單元。所述評估單元連接到所述MV兼容測量系統，且經配置以基于所述MV電力線處從所述MV兼容測量系統接收的測量值并基于變壓器的模型，確定所述HV電力線的計算得到的HV特性。所述變壓器將所述MV電力線上的中壓轉變為所述HV電力線上的高壓。所述評估單元經配置以基于所述計算得到的HV特性生成控制信號，從而控制所述電站以影響所述HV電力線的實際HV特性。
文檔編號H02J3/38GK102904274SQ201210264288
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月27日 優先權日2011年7月29日
發明者A.柯希納 申請人:通用電氣公司