[发明专利]基于电网特性动态调节发电厂输出

说明书

技术领域

本申请总体涉及发电，更具体而言，涉及调节发电所得电力输出中使用的方法、系统和计算机程序产品。

背景技术

风电场包括一组风力涡轮机，它们一起作为发电厂而工作，产生供应给电网的电力输出。风力涡轮机可以用于产生电能而无需化石燃料。通常，风力涡轮机是一种将风的动能转换为机械能，机械能随后转换为电力的旋转机械。传统水平轴风力涡轮机包括塔架、位于塔架顶端的吊舱和由转轴支承于吊舱中的转子。发电机容纳于吊舱内部，通过转轴与转子耦合。风流激活转子，从而向发电机传递转矩。发电机产生的电力最终输出给电网。

由于风的天然间歇性以及因源自风力涡轮机的输电线路或其本身出现故障而发生停运，特定风力涡轮机或风电场电力输出的一贯性不如传统化石燃料发电厂的电力输出。结果，风电场的风力涡轮机在额定条件下运行发出的电力可能达不到电网的输出需求，从而导致电网频率减小。例如，由于风力预报、输电线路或者风力涡轮机的错误，风电场的电力通常不会遵循预测的电力。作为另外一个范例，风电场的电力变化率因为阵风而达到期望范围以外。用来处理这些及其他类似情况的传统方法是用风力涡轮机控制来管理风电场的运行，比如利用转子桨叶的变桨控制，以在某种极限之内，增加或减少个体风力涡轮机产生的电力，以及运用制动系统，以在某种极限之内，减少个体风力涡轮机产生的电力。

此外，举例来说，由于电网的负荷增加和撤回，特定风力涡轮机或风电场的电力输出需要做出调整以将电网维持在其额定电力和频率范围内。结果，来自风力涡轮机的电力可能无法满足电网的输出需求。例如，可能向电网增加负荷，并导致电网频率减小。另一方面，突然撤回负荷可能会导致电网频率增加。虽然一些传统系统可以简单做到甩负荷（如果电网频率减少超过预定阈值，增加电网频率）或切机（如果电网频率增加超过预定阈值，减少电网频率），但处理这些及其他类似情况的更加传统的方法还是利用风力涡轮机控制来管理风电场运行，比如利用转子桨叶变桨控制，以在某种极限之内，增加或减少个体风力涡轮机产生的电力。

这样一来，以缩减（curtailed）模式操作风力涡轮机。在缩减模式中，风力涡轮机不会将风或其他方式提供的能量全部发电。所产生电力和最大可用电力之间的差别，或者叫“控制裕量”，可能相当宽，例如大约.5MW宽，并用于紧急额外的电力输出。

电网频率的增加或减少经常发生在几分之一秒内。通过改变叶片桨距调整缩减模式下风力涡轮机的运行往往需要不低于几秒，这是由于存在与确定或向风力涡轮机传送命令以调整叶片桨距相关联的延迟，以及实际改变叶片桨距的任意桨距调节机制的延迟。此外，还存在与风力涡轮机叶片速度响应于叶片桨距的调节而增加或减小相关联的延迟，于是就有了在风力涡轮机实际电力输出增大或减小时的延迟。此外，在缩减模式下运行风力涡轮机必然会导致风力涡轮机产生低于本来可用的电力。具体而言，缩减模式可能会要求向风力涡轮机应用制动，以将发电量维持在控制裕量的中间。再者，风力涡轮机以低于所能达到速度运行经常会增加其叶片、转子以及其他机械部件的应力。这样会导致增大风力涡轮机部件磨损以及增加维护、更换和运行的成本。

协调风电场风力涡轮机的发电需要改进的方法，系统和计算机程序产品。

发明内容

通常，本发明实施例的控制算法接收关于从发电厂接收电力的电网频率的信息，并在频率下降过低或升高过高时调节发电厂的电力输出水平。

在本发明的实施例中，提供了一种用于控制输出到电网的电力的发电厂。该发电厂包括具有多个风力涡轮机的风电场，所述风力涡轮机被配置成产生并且向公共连接点输出风电场电力信号，每个风力涡轮机包括桨距机构，以控制相应风力涡轮机和涡轮机电力变换器的叶片桨距，以输出由相应风力涡轮机产生的风电场电力信号的一部分。该发电厂还包括电网电力变换器，其连接到公共连接点并且被配置成接收风电场电力信号且输出用于电网的电力信号，以及用于测量电网的频率的传感器。发电厂还包括与风电场的每个风力涡轮机通信耦合的监督控制器、电网电力变换器和传感器。监督控制器被配置成实施控制算法，所述控制算法又响应于传感器测量的频率下降到低于预定频率，动态调节电力信号。所述控制算法通过以下方式动态调节电力信号：改变所述风电场的至少一个相应风力涡轮机的叶片桨距，增大由所述风电场的至少一个相应风力涡轮机的涡轮机电力变换器输出的风电场电力信号部分的电平，以及增大所述电网电力变换器输出的电力信号的电平。