[发明专利]用于优化风场的无功功率生成的系统及方法

说明书

一种用于优化电功率系统的无功功率生成的方法，包括：经由多个集群级控制器，基于系统级无功功率命令，生成用于电功率子系统的各个集群的集群级无功功率命令。该方法还包括经由集群级控制器基于集群级无功功率命令来确定用于电功率子系统中的各个的子系统级无功功率命令。此外，该方法包括经由多个子系统级控制器评估电功率子系统中的各个内的多个无功功率源的无功功率能力。此外，该方法包括，经由子系统级控制器中的各个，基于评估，通过将子系统级无功功率命令的一部分分配至多个无功功率源中的各个，生成用于电功率子系统中的各个的实际无功功率。

技术领域

本公开总体上涉及用于操作风场的系统和方法，并且更具体地涉及用于优化以多个风力涡轮集群布置的风场的无功功率（VAR或Q）生成的系统和方法。

背景技术

风力认作是目前可用的最清洁的最环境友好的能源之一，且就此而言，风力涡轮得到增加的关注。现代风力涡轮通常包括塔架、生成器、变速箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型原理捕获风的动能。例如，转子叶片通常具有翼型件的截面轮廓，使得在操作期间，空气流过叶片而在侧部之间产生压力差。因此，从压力侧指向吸力侧的升力作用在叶片上。升力在主转子轴上生成转矩，主转子轴与用于发电的生成器齿轮接合。

例如，图1和图2示出了根据常规构造的风力涡轮10和适于与风力涡轮10一起使用的相关联的功率系统。如图所示，风力涡轮10包括机舱14，该机舱通常容纳生成器28（图2）。机舱14安装在从支承表面（未示出）延伸的塔架12上。风力涡轮10还包括转子16，转子16包括附接到转毂18的多个转子叶片20。当风撞击转子叶片20时，叶片20将风能转换成机械旋转转矩，该机械旋转转矩可旋转地驱动低速轴22。低速轴22构造成驱动变速箱24（如果存在的话），该变速箱随后使低速轴22的低旋转速度逐步提高，来以增加的旋转速度驱动高速轴26。高速轴26大体上可旋转地联接至生成器28（如双馈感应生成器或DFIG），以便可旋转地驱动生成器转子30。因此，由生成器转子30可感应出旋转磁场，并且可在与生成器转子30磁耦合的生成器定子32内感应出电压。关联的电功率可从生成器定子32传输到主三绕组变压器34，该变压器通常通过电网断路器36连接到电网。因此，主变压器34逐步提高电功率的电压幅值，使得可将变压的电功率进一步传输到电网。

此外，如图所示，生成器28通常电联接至双向功率转换器38，该双向功率转换器38包括经由调节的DC链路44连结至线路侧转换器42的转子侧转换器40。转子侧转换器40将从转子30提供的AC功率转换成DC功率，并且将DC功率提供至DC链路44。线路侧转换器42将DC链路44上的DC功率转换成适合于电网的AC输出功率。因此，来自功率转换器38的AC功率可与来自定子32的功率组合以提供具有基本上保持在电网频率（例如50Hz/60Hz）的频率的多相功率（例如三相功率）。

所示三绕组变压器34通常具有（1）连接到电网的33千伏（kV）中压（MV）初级绕组33，（2）连接到生成器定子32的6到13.8 kV MV次级绕组35，以及（3）连接到线路侧功率转换器42的690到900伏（V）低压（LV）三级绕组37。

现在参照图3，多个风力涡轮10的独立功率系统可布置在预定的地理位置，且电连接到一起来形成风场46。更具体而言，如图所示，风力涡轮10可布置成多组48，其中各组分别经由开关51、52、53单独地连接到主线路50。此外，如图所示，主线路50可电联接到另一个较大的变压器54，以用于在将功率发送至电网之前逐步提高来自风力涡轮10的组48的电功率的电压幅值。

随着近年来风力发电的不断成功，该功率形式获得了显著的市场份额。由于风力不是具有时间上恒定的功率输出的功率源，而是包括变化，例如，归因于风速的变化，故功率分配网络的运营者必须将此考虑在内。例如，一个结果在于分配和传输网络变得更加难以管理。这也与网络中的无功功率流量的管理有关。