[发明专利]用于估计电网强度的系统和方法

说明书

一种用于估计连接到具有多个可再生能量电力系统的可再生能量场的电网的电网强度的方法包括测量可再生能量场到电网的互连点处的至少电压、有功功率和无功功率。该方法还包括确定互连点处电压对有功功率或无功功率中的至少一个的灵敏度。此外，该方法包括根据互连点处电压对有功功率或无功功率中的至少一个的灵敏度，确定电网的电网强度。另外，该方法包括基于电网强度动态确定互连点处对可再生能量场的有功功率命令或无功功率命令中的至少一个。此外，该方法包括使有功功率命令或无功功率命令中的至少一个分配到多个可再生能量电力系统的单个控制器和可再生能量场的场级控制器。

技术领域

本公开一般涉及可再生能量场，诸如风场，并且更特别地涉及用于估计连接到可再生能量场的电网的电网强度的系统和方法。

背景技术

风能被认为是目前可用的最清洁、最环保的能源之一，并且风力涡轮机在这方面得到越来越多的关注。现代的风力涡轮机通常包括塔、发电机、齿轮箱、机舱（nacelle）和一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的机翼（airfoil）原理来捕捉风的动能。例如，转子叶片通常具有机翼的横截面剖面，使得在操作期间，叶片上的气流在侧面之间产生压差。因此，从压力侧指向吸力侧的升力（lift force）作用于叶片。升力在主转子轴上生成扭矩，所述主转子轴与发电机相配合以用于产生电。

在操作期间，风影响转子叶片并且叶片将风能变换成机械旋转扭矩，其可旋转地驱动低速轴。低速轴配置成驱动齿轮箱，这随后提高低速轴的低旋转速度，从而以增加的旋转速度驱动高速轴。高速轴一般可旋转地耦合到发电机，以便可旋转地驱动发电机转子。如此，通过发电机转子可以感应旋转磁场，并且在磁耦合到发电机转子的发电机定子内可以感应电压。相关联的电力可以被传送到主变压器，所述主变压器通常经由电网断路器连接到电网。因此，主变压器提高电力的电压幅度，使得经变换的电力可以被进一步传送到电网。

在许多风力涡轮机中，发电机可以电耦合到双向功率转换器，其包括经由调节的DC链路而与线路侧转换器联接的转子侧转换器。此外，风力涡轮机电力系统可以包括多种发电机类型，其包括但不限于双馈感应发电机（DFIG）。

随着可再生能源的日益渗透，输电更新（transmission upgrade）滞后于发电增添（generation addition）导致了这一情形：其中电网能力（强度）随着容量增加的增加而恶化。从操作的角度来看，风场将连接到具有降低的短路能力的电网（较弱电网），从而导致诸如电压稳定性和意外情况下功率疏散（power evacuation）能力等挑战。在规划阶段期间通常离线评估短路比（short circuit radio）或电网强度，而真正的电网强度基于电网操作状态（加载水平、补偿子系统、线路开断（outage）等）而变化。

鉴于前述，提供用于实时估计电网强度的改进系统和方法，这也将是有利的。

发明内容

本发明的方面和优势将部分在下列描述中阐述，或可以根据该描述可以是清楚的，或可以通过本发明的实践来学习。

在一个方面，本公开针对一种用于估计连接到具有多个可再生能量电力系统的可再生能量场的电网的电网强度的方法。所述方法包括：测量所述可再生能量场到所述电网的互连点处的至少电压、有功功率和无功功率。所述方法还包括确定所述互连点处所述电压对所述有功功率或所述无功功率中的至少一个的灵敏度。此外，所述方法包括根据所述互连点处所述电压对所述有功功率或所述无功功率中的至少一个的所述灵敏度，确定所述电网的所述电网强度。此外，所述方法包括基于所述电网强度动态确定所述互连点处对所述可再生能量场的有功功率命令或无功功率命令中的至少一个。此外，所述方法包括使所述有功功率命令或所述无功功率命令中的至少一个分配到所述多个可再生能量电力系统的单个控制器和所述可再生能量场的场级（farm-level）控制器。

在一个实施例中，所述互连点处所述电压对所述有功功率或所述无功功率中的至少一个的所述灵敏度随着所述电网变弱而增加。此外，所述电网的所述变弱对应于所述可再生能量场的发电机的短路比减小。