[發明專利]用于控制發電機的方法和布置

有效

• 申請號: 201480005562.3
• 申請日: 2014-01-21
• 公開（公告）號: CN105121842B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 艾薩克·皮內達阿莫
• 申請（專利權）人: 通用電氣再生風能技術有限公司
• 主分類號: H02J3/16
• 分類號: H02J3/16;H02J3/18;H02J3/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 葉曉勇,姜甜

本申請要求于2013年1月22日提交的第13382025.8號歐洲專利申請和2013年3月22日提交的第61/804,567號美國臨時專利申請的權益。

本發明涉及發電機，更具體地，涉及用于控制發電機的無功功率的方法和布置。

背景技術

在電力產業，術語“電網”用于電力網絡，電力網絡包括電力生成、電力輸送和電力分配。

發電設施或發電場通常遠離人口集中區域并通常極大以從規模經濟中獲益。發電場產生的電力被升到更高的電壓，并在該電壓處連接至輸電網。輸電網將產生的電力長距離運輸，通常穿過鄉村，有時甚至橫越國際邊界，直至其抵達它的大規模顧客(通常為擁有當地配電網的公司)。當抵達變電所時，電力從傳輸電平電壓降到配送電平電壓。當電力出現在變電所時，其進入配電線路。最終，當電力到達供電場所時，再次從配電電壓降低到要求的服務電壓。

典型地，發電場為位于同一場所的、用于生產電力的一組發電機。大的發電場可由多個單個發電機組成，并可包括成百上千平方公里的擴展面積。發電場的一個示例是包括多個風力渦輪機的風電場。風力渦輪機甚至于風電場也可位于離岸位置并經由水下輸電電纜連接至電網。

公用事業規模的風電場必須具有至電網傳輸線的通路以運輸能量。風電場開發者將有義務在風電場中安裝附加設備或控制系統以符合傳輸線經營者設定的技術標準。這樣的技術標準通常稱為“電網準則”。

在某個國家或地區特定的電網準則中(如英國電網準則)，存在特殊的性能需求，這些需求需要被滿足以便電廠或電場被允許連接至電力網(或簡稱“電網”)。對于發電場，在發電場的交接點處評估對連接要求的服從情況。具體對于發電場與電網之間的交接點，用于相對于瞬變電壓控制連續動作自動電壓控制系統的連接要求可能非常嚴格。

對于傳輸交接點(Transmission Interface Point)電壓中的帶載階躍變化，可以要求連續動作自動控制系統根據下列最低標準作出響應：

(i)無功功率輸出響應可被要求在施加階躍的預定的第一時間周期內開始。在一些電網準則中，例如在英國電網準則中，這個預定的第一時間周期低至0.2秒。此外，無功功率輸出響應可被要求線性地前進或不同于線性特性，只要在高達第二周期的任何時間下輸送的MVAR秒為至少將產生于線性響應的那些MVAR秒。在英國電網準則中，第二周期周期等于1秒。

(ii)對于足夠大的階躍，響應可被要求為使得完整無功容量的第一百分比需要在第三周期內產生。就英國電網準則而言，這個百分比是90％并且第三周期等于1秒。

(iii)第四周期內產生的無功功率輸出響應的幅值可被要求與階躍變化的大小成比例地線性變化。就英國電網準則而言，第四周期等于1秒。

(iv)建立時間可被要求不大于從施加階躍起到第五周期。在英國電網準則中，第五周期等于2秒。

(v)無功功率的任何變化以及任何震蕩的峰峰幅值可被要求小于本次內穩態無功功率的變化的第二百分比。在英國電網準則中，第二百分比為5％。

然而，在一些情況中，發電場的自動電壓控制系統與局部發電機之間的通信可滯后超過第一時間周期。對于通信可能具有不確定因素的海上風力發電場，尤其是這樣。結果，死區時間可以是可變且長的。因此，如果局部發電機等待來自發電場的自動電壓控制系統的命令或信號以作出反應，那么來自風電場控制器的無功功率需求可能遲到風力發電機并因此不能實現電網準則要求。此外，當在第一階段中使用就地控制并之后在幾毫秒后切換到遠程控制，突然的和不受控的反應跳躍可引起風電場的無功功率的不穩定和極度震蕩，這違反電網準則要求的電壓躍變要求。

可能的技術方案會是改善發電場的自動電壓控制系統與局部發電機控制器之間通信基礎設施。然而，有些情況，諸如在海上風電場，如此改善可能實現起來過于昂貴或甚至在技術上存在過大挑戰，因為通信線的大部分將需要位于水下。

發明內容

需要控制發電機的方法和布置，所述方法和布置至少部分解決上述提及的問題。本發明的目的是滿足這個需求。

在本發明的第一個方面中，公開了將發電機從初始無功功率狀態轉換到期望的無功功率狀態的方法。發電機可屬于發電場。發電機可包括局部電壓控制器。發電場可具有主無功功率控制器。初始和期望的無功功率狀態可以由主無功功率控制器確定。