專(zhuān)利名稱(chēng)：用于控制功率生產(chǎn)實(shí)體的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制功率生產(chǎn)實(shí)體的方法和系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于控制功率生產(chǎn)實(shí)體的方法和系統(tǒng)，其中至少一個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體的操作電壓被調(diào)節(jié)。
背景技術(shù)：
功率生產(chǎn)設(shè)施可以包括多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體，比如多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)。所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體的功率輸出端子可以被連接到共同耦合點(diǎn)(PCC)，由每一個(gè)所述功率生產(chǎn)實(shí)體生成的各單獨(dú)的功率信號(hào)被提供到該共同耦合點(diǎn)。此外，所述功率生產(chǎn)實(shí)體可以允許設(shè)定它們的操作電壓，其中所述操作電壓定義各單獨(dú)的功率生產(chǎn)實(shí)體向所述共同耦合點(diǎn)提供它們的電力的電壓電平。在傳統(tǒng)的功率生產(chǎn)設(shè)施中，各單獨(dú)的功率生產(chǎn)實(shí)體(比如風(fēng)力渦輪機(jī))的操作電壓被設(shè)定成相同的電壓參考設(shè)定點(diǎn)。從而可以在所述共同耦合點(diǎn)處獲得所期望的目標(biāo)電壓。US 6,628, 103 B2公開(kāi)了一種功率因數(shù)控制設(shè)備和方法，其中功率因數(shù)控制部分控制流經(jīng)相應(yīng)的電力發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)線(xiàn)圈的電流，從而提高所述電力發(fā)電機(jī)的電壓?？赡艽嬖趯?duì)一種用于控制功率生產(chǎn)實(shí)體的方法的需要，其特別在效率方面提供對(duì)于所述功率生產(chǎn)實(shí)體的改進(jìn)的控制。具體來(lái)說(shuō)，可能存在對(duì)一種用于控制功率生產(chǎn)實(shí)體的方法和系統(tǒng)的需要，其在調(diào)節(jié)所述功率生產(chǎn)實(shí)體的操作電壓方面得到了改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
可以通過(guò)根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的主題內(nèi)容來(lái)滿(mǎn)足所述需要。本發(fā)明的有利實(shí)施例由從屬權(quán)利要求描述。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于控制功率生產(chǎn)實(shí)體的方法，其中所述方法包括由多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體生成多個(gè)電功率信號(hào)；測(cè)量所述多個(gè)功率信號(hào)的多個(gè)功率電平；修改所述多個(gè)功率信號(hào)；在共同節(jié)點(diǎn)處提供所述多個(gè)經(jīng)過(guò)修改的功率信號(hào)；基于所述多個(gè)所測(cè)量的功率電平調(diào)節(jié)所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體當(dāng)中的至少一個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體的操作電壓，從而最小化由修改所述功率信號(hào)和/或提供所述經(jīng)過(guò)修改的功率信號(hào)而導(dǎo)致的所述功率信號(hào)的功率損耗。所述多個(gè)電功率生產(chǎn)實(shí)體當(dāng)中的每一個(gè)可以包括機(jī)電換能器，其用于把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。具體來(lái)說(shuō)，所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體當(dāng)中的每一個(gè)可以包括電力發(fā)電機(jī)。所述電能可以由所述發(fā)電機(jī)從機(jī)械能生成，比如從風(fēng)能、波能和/或太陽(yáng)能生成?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)電功率做出響應(yīng)的任何適當(dāng)?shù)臏y(cè)量裝置來(lái)測(cè)量由所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體生成的多個(gè)功率信號(hào)的多個(gè)功率電平。例如可以通過(guò)測(cè)量所述功率信號(hào)的電壓和電流來(lái)測(cè)量所述功率電平，其中可以把功率確定為所測(cè)量的電流與電壓的乘積?？梢栽诒话ㄓ谒龉β噬a(chǎn)實(shí)體中的發(fā)電機(jī)的輸出端處測(cè)量所述功率電平。所測(cè)量的功率電平可以表示所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體的最初生成的電功率。由功率生產(chǎn)實(shí)體的發(fā)電機(jī)生成的電功率信號(hào)可以包括隨著取決于相應(yīng)的功率生產(chǎn)實(shí)體的操作狀態(tài)的頻率而變化的交變電信號(hào)。此外，所述電功率信號(hào)的功率電平可以取決于所述功率生產(chǎn)實(shí)體的操作狀態(tài)。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)，由所述風(fēng)力渦輪機(jī)生成的電功率信號(hào)的電功率電平和頻率可以取決于風(fēng)力狀況以及對(duì)所述風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片的調(diào)節(jié)。因此，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，多臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)可以生成具有不同頻率并且還具有不同功率電平的多個(gè)電功率信號(hào)。在功率生產(chǎn)實(shí)體的發(fā)電機(jī)處生成的原始電功率與為其提供所有功率生產(chǎn)實(shí)體的經(jīng)過(guò)修改的功率信號(hào)的共同節(jié)點(diǎn)之間，可以發(fā)生對(duì)于由該功率生產(chǎn)實(shí)體生成的功率信號(hào)的修改。所述修改可以包括修改由所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體生成的電功率信號(hào)的電壓和/或電流的幅度和/或相位。所述修改例如可以包括把所述電功率信號(hào)的頻率改變成由本地規(guī)定設(shè)定的頻率。所述頻率例如可以是50Hz或60Hz。對(duì)所述多個(gè)功率信號(hào)進(jìn)行修改可能會(huì)導(dǎo)致功率損耗。對(duì)所述多個(gè)功率信號(hào)進(jìn)行修改可以包括通過(guò)多個(gè)阻抗來(lái)引導(dǎo)或傳輸所述功率電平，其對(duì)被設(shè)置在功率生產(chǎn)實(shí)體的每一臺(tái)發(fā)電機(jī)與所述共同節(jié)點(diǎn)之間的各電子組件的電子影響進(jìn)行建模。因此，被提供到所述共同節(jié)點(diǎn)的功率可能比在所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體處生成的 (特別地在所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體的多臺(tái)發(fā)電機(jī)的輸出端處生成的)電功率電平的總和要更小所述功率損耗。所述共同節(jié)點(diǎn)可以是所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體例如可以通過(guò)多個(gè)開(kāi)關(guān)與其連接的電連接點(diǎn)，所述開(kāi)關(guān)允許將所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體當(dāng)中的每一個(gè)與所述共同節(jié)點(diǎn)連接或斷開(kāi)。在所述共同節(jié)點(diǎn)處提供所述多個(gè)經(jīng)過(guò)修改的功率信號(hào)可能也會(huì)至少部分地導(dǎo)致一些功率損耗。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述功率信號(hào)的功率損耗可以被定義為由所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體生成的功率信號(hào)的總和與被提供到所述共同節(jié)點(diǎn)的功率的差。具體來(lái)說(shuō)，可以考慮被設(shè)置在從每一臺(tái)發(fā)電機(jī)到所述共同節(jié)點(diǎn)的電路徑內(nèi)的各電子組件的電屬性來(lái)計(jì)算所述功率損耗。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)所述多個(gè)功率信號(hào)的功率電平已知時(shí)，并且當(dāng)所述共同節(jié)點(diǎn)處和/或所述共同節(jié)點(diǎn)之后的另一個(gè)節(jié)點(diǎn)處的電壓和/或電流已知時(shí)，可以應(yīng)用電學(xué)定律、Maxwell方程以及/或者Kirchhoff定律來(lái)導(dǎo)出所述功率損耗。每一個(gè)所述功率生產(chǎn)實(shí)體的操作電壓可以處在650V和740V之間。在其他實(shí)施例中，每一個(gè)所述功率生產(chǎn)實(shí)體的操作電壓可以采用其他值。對(duì)所述多個(gè)功率信號(hào)進(jìn)行修改可以涉及將所述功率信號(hào)變換到例如處在30kV - 40kV之間的較高電壓。在其他實(shí)施例中， 修改所述多個(gè)功率信號(hào)可以涉及將所述功率信號(hào)變換到具有另一個(gè)值的較高電壓。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，對(duì)所述至少一個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體的操作電壓的調(diào)節(jié)被執(zhí)行以使得所述共同節(jié)點(diǎn)處的電壓處在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)電壓的預(yù)定最小值和預(yù)定最大值之內(nèi)，特別地處在預(yù)定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)電壓的0. 5倍到1. 5倍的范圍內(nèi)，此外特別地處在預(yù)定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)電壓的0. 9倍到1.1倍的范圍內(nèi)。所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)電壓的預(yù)定最小值和預(yù)定最大值可以取決于本地規(guī)定。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述共同節(jié)點(diǎn)處的電壓在不同時(shí)刻可以是不同的。具體來(lái)說(shuō)，為了使得功率損耗最小化，可能必須調(diào)節(jié)至少一個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體的操作電壓，從而使得所述共同節(jié)點(diǎn)的電壓隨時(shí)間改變。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述方法包括調(diào)節(jié)所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體當(dāng)中的多于一個(gè)的操作電壓。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，為了使得功率損耗最小化，調(diào)節(jié)所有所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體的操作電壓。所述共同節(jié)點(diǎn)處的電壓可以改變，通過(guò)利用這一點(diǎn)，可以調(diào)節(jié)至少一個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體的操作電壓，從而可以甚至進(jìn)一步減小功率損耗。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，對(duì)所述至少一個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體(或者多于一個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體)的 (多個(gè))操作電壓的調(diào)節(jié)被執(zhí)行，以使得經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的(多個(gè))操作電壓處在目標(biāo)操作電壓的預(yù)定最小值和預(yù)定最大值之內(nèi)，特別地處在預(yù)定目標(biāo)操作電壓的0. 9倍到1. 1倍的范圍內(nèi)。因此，對(duì)于所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體當(dāng)中的每一個(gè)的目標(biāo)操作電壓的預(yù)定最小值和預(yù)定最大值可以取決于本地規(guī)定。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述預(yù)定目標(biāo)操作電壓可以等于 650V - 740V，特別地690V。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在兩個(gè)不同功率生產(chǎn)實(shí)體處經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的操作電壓相差多于10%。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在多于兩個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體處經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的多于兩個(gè)操作電壓的相差大于1. 1倍。在不同功率生產(chǎn)實(shí)體處可以對(duì)操作電壓進(jìn)行不同地調(diào)節(jié)，通過(guò)利用這一點(diǎn)甚至可以進(jìn)一步減小功率損耗。因此，就其效率而言，由根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的所述方法控制的功率生產(chǎn)實(shí)體的效率可以得到改進(jìn)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，對(duì)操作電壓的調(diào)節(jié)被執(zhí)行以使得至少兩個(gè)經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的操作電壓是不同的。所述不同的經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的操作電壓是在兩個(gè)不同的功率生產(chǎn)實(shí)體處被調(diào)節(jié)的。具體來(lái)說(shuō)，所述功率生產(chǎn)實(shí)體的操作電壓可以表示風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)端電壓。與把兩個(gè)不同功率生產(chǎn)實(shí)體的操作電壓調(diào)節(jié)到相同電平的情況相比，把所述兩個(gè)不同功率生產(chǎn)實(shí)體的操作電壓調(diào)節(jié)到不同電平可以導(dǎo)致較小的功率損耗。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在兩個(gè)不同功率生產(chǎn)實(shí)體處經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的至少兩個(gè)操作電壓相差多于1.1倍。因此，由根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的方法控制的功率生產(chǎn)實(shí)體的效率甚至可以得到進(jìn)一步改進(jìn)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，對(duì)操作電壓的調(diào)節(jié)還基于建立功率損耗與操作電壓之間的關(guān)系。具體來(lái)說(shuō)，所述功率損耗可以被計(jì)算為發(fā)生在各功率生產(chǎn)實(shí)體的發(fā)電機(jī)與所述共同節(jié)點(diǎn)之間的電路徑上的各部分功率損耗的總和?？梢曰谝粋€(gè)或多個(gè)特定阻抗以及基于流經(jīng)所述(多個(gè))阻抗的電流來(lái)對(duì)每一個(gè)部分功率損耗進(jìn)行建模。所述(多個(gè))阻抗可以特別地是(多個(gè))復(fù)數(shù)阻抗，從而導(dǎo)致被施加到所述(多個(gè))阻抗的電壓與電流之間的相對(duì)相移。流經(jīng)所述(多個(gè))阻抗的電流可以取決于在所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體處經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的操作電壓。因此，可以建立功率損耗與(多個(gè))操作電壓之間的函數(shù)關(guān)系(數(shù)學(xué)關(guān)系)。為了確定將在所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體處調(diào)節(jié)的操作電壓，可以導(dǎo)出該函數(shù)關(guān)系關(guān)于被施加到所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體的所有操作電壓的梯度。為了找到導(dǎo)致最小功率損耗的操作電壓，可以將所述梯度 (其表示具有對(duì)應(yīng)于功率生產(chǎn)實(shí)體的數(shù)目的多個(gè)分量的矢量)設(shè)定成零。因此，可以按照一種簡(jiǎn)單可靠的方式來(lái)執(zhí)行對(duì)所述(多個(gè))操作電壓的調(diào)節(jié)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，修改所述多個(gè)功率信號(hào)包括將所述多個(gè)功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成預(yù)定頻率；將所述多個(gè)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的功率信號(hào)變換成較高電壓；以及將所述多個(gè)經(jīng)過(guò)變換的功率信號(hào)傳輸?shù)剿龉餐?jié)點(diǎn)。來(lái)自所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體的每一臺(tái)發(fā)電機(jī)的功率信號(hào)輸出可以是具有根據(jù)若干環(huán)境狀況而改變的頻率的交變信號(hào)。對(duì)所述多個(gè)功率信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換可以包括將所述交變功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流(DC)，并且將所述直流轉(zhuǎn)換成具有比如50Hz或60Hz的預(yù)定頻率的交變信號(hào)。所述預(yù)定頻率可以取決于本地規(guī)定。此外，轉(zhuǎn)換所述多個(gè)功率信號(hào)可以包括改變所述功率信號(hào)的電壓與電流之間的相位關(guān)系，特別地涉及改變相對(duì)相位角Φ。將所述多個(gè)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的功率信號(hào)變換成較高電壓可以包括將所述經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的功率信號(hào)從大約690V變換到30kV和40kV之間的電壓范圍，特別地33kV。將所述多個(gè)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的功率信號(hào)變換成較高電壓可能會(huì)涉及到功率損耗，這是因?yàn)閷⑺鼋?jīng)過(guò)變換的功率信號(hào)傳輸?shù)剿龉餐?jié)點(diǎn)的步驟。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，對(duì)操作電壓的調(diào)節(jié)還基于利用仿真來(lái)建模對(duì)所述多個(gè)功率信號(hào)進(jìn)行修改，特別地考慮到所述功率信號(hào)的功率損耗關(guān)于操作電壓中的至少一個(gè)的梯度。所述建?？梢园ń?duì)于所述功率生產(chǎn)設(shè)施中所包括的各電氣組件的物理數(shù)學(xué)表示?？梢酝ㄟ^(guò)指定(復(fù)數(shù))阻抗來(lái)對(duì)各電氣組件的屬性進(jìn)行建模。具體來(lái)說(shuō)，可以(通過(guò)建?；蚪⒎抡婺Ｐ?將功率損耗描述為取決于所述(多個(gè))操作電壓的(至少一個(gè))的數(shù)學(xué)函數(shù)。具體來(lái)說(shuō)，所述功率信號(hào)的功率損耗關(guān)于操作電壓中的至少一個(gè)的梯度可以表明為了最小化所述功率損耗而應(yīng)當(dāng)如何對(duì)所述操作電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)的方向或方式?？梢酝ㄟ^(guò)阻抗Zreactor來(lái)建模對(duì)所述多個(gè)功率信號(hào)進(jìn)行的轉(zhuǎn)換，對(duì)所述多個(gè)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的功率信號(hào)進(jìn)行變換可以被建模為阻抗Ztmbim τχ，并且對(duì)所述多個(gè)經(jīng)過(guò)變換的功率信號(hào)進(jìn)行傳輸可以被建模為阻抗&iM。通過(guò)識(shí)別并建模對(duì)于所述多個(gè)功率信號(hào)進(jìn)行修改的各單獨(dú)部分，甚至可以進(jìn)一步改進(jìn)對(duì)于所述至少一個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體的操作電壓的調(diào)節(jié)，從而使得功率損耗最小化。利用所建立的模型，可以(例如基于各測(cè)量的量)執(zhí)行仿真，以便預(yù)測(cè)所述功率生產(chǎn)設(shè)施內(nèi)的不同點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))處的電壓和電流。從這些預(yù)測(cè)值可以導(dǎo)出所述功率損耗，其可能特別取決于所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體的操作電壓。因此，可能使得能夠確定導(dǎo)致所述功率生產(chǎn)設(shè)施的最小功率損耗的所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體的那些操作電壓。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述用于控制功率生產(chǎn)實(shí)體的方法還包括測(cè)量所述共同節(jié)點(diǎn)處的電壓，其中對(duì)所述(多個(gè))操作電壓進(jìn)行的調(diào)節(jié)還基于所測(cè)量的共同節(jié)點(diǎn)電壓。對(duì)所述至少一個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體的(多個(gè))操作電壓進(jìn)行的調(diào)節(jié)可以包括迭代處理， 其可以包括確定將要設(shè)定的(多個(gè))操作電壓；調(diào)節(jié)所述(多個(gè))操作電壓；測(cè)量所述共同節(jié)點(diǎn)處的電壓(其可能已經(jīng)由于對(duì)所述(多個(gè))操作電壓進(jìn)行的調(diào)節(jié)而改變)；把所述共同節(jié)點(diǎn)處的測(cè)量電壓與所述共同節(jié)點(diǎn)電壓的預(yù)定目標(biāo)值進(jìn)行比較；以及校正對(duì)于所述(多個(gè))操作電壓進(jìn)行的調(diào)節(jié)，從而減小所述共同節(jié)點(diǎn)處的測(cè)量電壓與該共同節(jié)點(diǎn)處的目標(biāo)電壓之間的差。因此，所述共同節(jié)點(diǎn)處的測(cè)量電壓可以被用作反饋信號(hào)以改進(jìn)對(duì)于所述(多個(gè))操作電壓進(jìn)行的調(diào)節(jié)，從而使得功率損耗最小化。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，對(duì)于所述(多個(gè))操作電壓進(jìn)行的調(diào)節(jié)還基于在下述約束下使得功率損耗最小化的解，所述約束是使得所述共同節(jié)點(diǎn)處的電壓保持在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)電壓的預(yù)定最小值和預(yù)定最大值之內(nèi)，特別地處在預(yù)定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)電壓的0. 9倍到1. 1倍的范圍內(nèi)。通過(guò)對(duì)所述功率生產(chǎn)設(shè)施進(jìn)行建模，上述問(wèn)題可以被轉(zhuǎn)變成具有約束的數(shù)學(xué)最優(yōu)化問(wèn)題。因此，可以按照一種容易的方式導(dǎo)出對(duì)于所述至少一個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體處的(多個(gè)) 操作電壓進(jìn)行的調(diào)節(jié)的最優(yōu)值。具體來(lái)說(shuō)，這種方法可能不需要測(cè)量所述共同節(jié)點(diǎn)處的電壓。相反，在給定由所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體生成的多個(gè)功率信號(hào)的測(cè)量功率電平的情況下， 所述至少一個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體的(多個(gè))操作電壓可以被計(jì)算為在所述約束下使得功率損耗最小化的解，并且可以在所述至少一個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體處調(diào)節(jié)這些所導(dǎo)出的(多個(gè))操作電壓而不需要測(cè)量所述共同節(jié)點(diǎn)處的電壓，特別地不需要反饋在所述共同節(jié)點(diǎn)處測(cè)量的電壓。 因此，可以按照開(kāi)環(huán)回路方式“離線(xiàn)地”導(dǎo)出最優(yōu)的(多個(gè))操作電壓。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于控制功率生產(chǎn)實(shí)體的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括共同節(jié)點(diǎn)，在所述共同節(jié)點(diǎn)處提供多個(gè)經(jīng)過(guò)修改的功率輸出信號(hào)，所述多個(gè)經(jīng)過(guò)修改的功率輸出信號(hào)是通過(guò)修改由多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體生成的多個(gè)電功率信號(hào)而獲得的；用于確定所述多個(gè)功率輸出信號(hào)的功率電平的測(cè)量系統(tǒng)；以及控制單元，其被適配成調(diào)節(jié)所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體中的至少一個(gè)的操作電壓，從而使得通過(guò)修改所述電功率信號(hào)和/或?qū)⑺鼋?jīng)過(guò)修改的電功率信號(hào)提供到所述共同節(jié)點(diǎn)而導(dǎo)致的功率損耗被最小化。所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體可以特別包括至少一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)。所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體當(dāng)中的每一個(gè)可以包括用于把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)電換能器。具體來(lái)說(shuō)，所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體當(dāng)中的每一個(gè)可以包括電力發(fā)電機(jī)、AC/AC轉(zhuǎn)換器，所述AC/AC轉(zhuǎn)換器用于把從所述發(fā)電機(jī)輸出的電功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定頻率并且具有預(yù)定電壓和/或電流的電功率信號(hào)，特別地三相功率信號(hào)。此外，所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體當(dāng)中的每一個(gè)可以包括用于對(duì)從所述轉(zhuǎn)換器輸出的AC功率信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步濾波的濾波器電路，以便將其變換成具有關(guān)于時(shí)間至少近似的正弦形狀的信號(hào)。此外，所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體當(dāng)中的每一個(gè)可以包括變壓器，其用于把從所述濾波器電路輸出的經(jīng)過(guò)濾波的功率信號(hào)變換成較高電壓，比如變換成處在30kV到40kV之間的電壓。此外，可以通過(guò)傳輸線(xiàn)將所述經(jīng)過(guò)變換的功率信號(hào)傳輸?shù)剿龉餐?jié)點(diǎn)。將最初由所述功率生產(chǎn)實(shí)體的發(fā)電機(jī)生成的功率信號(hào)輸送到所述共同節(jié)點(diǎn)可能會(huì)導(dǎo)致功率損耗，這可能取決于所述發(fā)電機(jī)與共同節(jié)點(diǎn)之間的輸送路徑中的各電子組件。 對(duì)于每一個(gè)單獨(dú)的功率生產(chǎn)實(shí)體的從其發(fā)電機(jī)到所述共同節(jié)點(diǎn)的功率損耗可能特別取決于該功率生產(chǎn)實(shí)體的操作電壓。具體來(lái)說(shuō)，各功率生產(chǎn)實(shí)體在其發(fā)電機(jī)與所述共同節(jié)點(diǎn)之間可以包括不同的電子組件，并且還可以在其發(fā)電機(jī)處提供不同的功率電平，以使得不同功率生產(chǎn)實(shí)體的各單獨(dú)的功率損耗可以是不同的。所述功率損耗(或總體功率損耗)可以由所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體的各單獨(dú)的功率損耗的總和表示。由于對(duì)所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體當(dāng)中的至少一個(gè)的(多個(gè))操作電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)的所述控制單元(根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所有功率生產(chǎn)實(shí)體的操作電壓都由該控制單元調(diào)節(jié))，所以包括所述各功率生產(chǎn)實(shí)體的功率生產(chǎn)設(shè)施的效率可以得到改進(jìn)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述測(cè)量系統(tǒng)包括用于測(cè)量所述共同節(jié)點(diǎn)處的電壓的電壓傳感器，以及/或者用于測(cè)量所述多個(gè)功率輸出信號(hào)的總和的功率的功率傳感器。所述功率傳感器可以是用于測(cè)量表明所述多個(gè)功率輸出信號(hào)的總和的功率或者表明所述多個(gè)功率輸出信號(hào)的功率的總和的量的裝置。取代測(cè)量所述共同節(jié)點(diǎn)處的電壓，所述電壓傳感器可以被適配成測(cè)量不同于所述共同節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)處的電壓，比如處在所述共同節(jié)點(diǎn)的更加下游 (特別在高壓變壓器之后)的節(jié)點(diǎn)。所述共同節(jié)點(diǎn)處的測(cè)量電壓以及/或者每一臺(tái)單獨(dú)的渦輪機(jī)或功率生產(chǎn)實(shí)體的測(cè)量功率或者來(lái)自多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體的功率輸出的測(cè)量總和可以被用于確定為了使得功率損耗最小化而將在所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體中的至少一個(gè)處設(shè)定的(多個(gè))操作電壓。因此，由所述控制單元執(zhí)行的控制方法可以得到改進(jìn)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電力設(shè)施包括用于根據(jù)如上所公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例控制功率生產(chǎn)實(shí)體的系統(tǒng)；以及被適配成生成多個(gè)功率輸出信號(hào)的多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體。與傳統(tǒng)的電力設(shè)施相比，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電力設(shè)施可以具有改進(jìn)的效率。 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述控制單元被適配成基于電力設(shè)施的模型來(lái)控制電壓。因此， 所述電力設(shè)施的效率甚至被進(jìn)一步改進(jìn)。必須提到的是，本發(fā)明的各實(shí)施例是參照不同主題內(nèi)容來(lái)描述的。具體來(lái)說(shuō)，某些實(shí)施例是參照方法類(lèi)型權(quán)利要求來(lái)描述的，而其他實(shí)施例則是參照設(shè)備類(lèi)型權(quán)利要求來(lái)描述的。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)前面和后面的描述將認(rèn)識(shí)到，除非另外聲明，否則除了屬于一個(gè)類(lèi)型主題內(nèi)容的任意特征組合之外，關(guān)于不同主題內(nèi)容的特征之間的任意組合、特別地方法類(lèi)型權(quán)利要求的特征與設(shè)備類(lèi)型權(quán)利要求的特征之間的任意組合也被視為由本文獻(xiàn)公開(kāi)。通過(guò)將在下文中描述的實(shí)施例的示例，本發(fā)明的上文限定的各方面和其他方面將變得顯而易見(jiàn)，并且將參照實(shí)施例的示例進(jìn)行解釋。下面將參照實(shí)施例的示例更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此。


下面將參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的各實(shí)施例。圖1示意性地示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的功率生產(chǎn)設(shè)施；
圖2示意性地示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于控制功率生產(chǎn)實(shí)體的系統(tǒng)； 圖3示意性地示出了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的功率生產(chǎn)設(shè)施； 圖4示意性地示出了一種用于控制功率生產(chǎn)實(shí)體的方法和系統(tǒng)； 圖5示意性地示出了渦輪機(jī)電壓控制；以及圖6示意性地示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的渦輪機(jī)電壓控制策略。
具體實(shí)施例方式附圖中的圖示是示意性的。要注意的是，在不同的附圖中，用相同的參考標(biāo)記或者用與相應(yīng)的參考標(biāo)記僅在第一位數(shù)字中不同的參考標(biāo)記來(lái)提供類(lèi)似的或完全相同的實(shí)體。圖1示意性地示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的功率生產(chǎn)設(shè)施100。功率生產(chǎn)設(shè)施100包括在其輸出端處輸出電功率信號(hào)的多臺(tái)發(fā)電機(jī)101(特別地多臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī))。從各臺(tái)發(fā)電機(jī)101輸出的功率信號(hào)的功率可以表示為從所述多臺(tái)發(fā)電機(jī)101輸出的原始功率的總和。 經(jīng)由各條電路徑105將從各臺(tái)發(fā)電機(jī)101輸出的多個(gè)電功率信號(hào)通過(guò)多個(gè)電氣組件饋送到共同耦合點(diǎn)(PCC) 103。通過(guò)把來(lái)自各臺(tái)發(fā)電機(jī)101的電功率信號(hào)輸送到共同節(jié)點(diǎn)103，會(huì)出現(xiàn)可能取決于AC/AC轉(zhuǎn)換器107處的操作電壓Vtominal的功率損耗，其中從各臺(tái)發(fā)電機(jī)101 輸出的功率信號(hào)被提供給所述AC/AC轉(zhuǎn)換器107。通過(guò)阻抗Zreaeto來(lái)建模轉(zhuǎn)換器107關(guān)于功率損耗的電氣屬性。電路徑105還包括用于對(duì)所述經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的功率信號(hào)進(jìn)行濾波的濾波器，其被建模為阻抗Zpwm_filtCT。由于所述渦輪機(jī)處的輔助電設(shè)備會(huì)發(fā)生另一項(xiàng)功率損耗，其被建模為阻抗zauxili y。此外，通過(guò)變壓器 109對(duì)所述經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換、濾波的功率信號(hào)進(jìn)行變換并且將其傳輸?shù)焦餐?jié)點(diǎn)103，其中所述傳輸被建模為阻抗。在共同節(jié)點(diǎn)103之后，在所述電路徑中設(shè)置主變壓器111以便將各組合功率信號(hào)變換到高電壓以用于傳輸?shù)捷旊娋W(wǎng)113，其中所述(可能在長(zhǎng)距離上的)傳輸被建模為阻抗Z grid。測(cè)量站115被適配成測(cè)量表示所述共同耦合點(diǎn)(PCC)的節(jié)點(diǎn)103處的電壓Vpec和電流Ip。。。此外，測(cè)量站115還被適配成測(cè)量由于對(duì)從各臺(tái)發(fā)電機(jī)101輸出的電功率信號(hào)進(jìn)行修改并且通過(guò)各條電路徑105將它們提供到共同節(jié)點(diǎn)103而產(chǎn)生的功率損耗P1()SS。測(cè)量站115把這些值和/或從這些測(cè)得的量導(dǎo)出的值提供到高性能園區(qū)先導(dǎo) (HPPP，high performance park pilot) 117。該控制單元117被適配成設(shè)定各參考功率電平(PMf)并且將它們提供給各風(fēng)力渦輪機(jī)控制單元119。此外，控制單元117還被適配成把各操作電壓設(shè)定點(diǎn)srtp。int提供給各AC/AC轉(zhuǎn)換器107。具體來(lái)說(shuō)，被提供給不同轉(zhuǎn)換器 107的操作電壓設(shè)定點(diǎn)可以是不同的，從而使得功率生產(chǎn)設(shè)施100的功率損耗被最小化。具體來(lái)說(shuō)，控制單元117 (HPPP)具有最優(yōu)電壓調(diào)度功能118，其中對(duì)于每一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)控制器119導(dǎo)出一個(gè)單獨(dú)的參考設(shè)定點(diǎn)，并且其中各參考設(shè)定點(diǎn)可能彼此不同。所述HPPP最優(yōu)電壓調(diào)度功能118的目的是減小風(fēng)電場(chǎng)中的總體功率損耗(傳輸損耗)，并且因此將功率最優(yōu)化算法實(shí)施到控制單元117中。因此，控制單元117將功率參考和電壓參考調(diào)度到控制器119并且調(diào)度到AC/AC轉(zhuǎn)換器107內(nèi)部的轉(zhuǎn)換器控制器。這兩個(gè)參考值被用來(lái)從轉(zhuǎn)換器107產(chǎn)生復(fù)數(shù)電流。所述電力網(wǎng)包括阻抗&ea。t ，以表示被放置在轉(zhuǎn)換器107的輸出端處的平滑電抗器。阻抗Zpwm filte,和Zauxilimy被放置到690V渦輪機(jī)端子，并且端電壓被反饋回到所述轉(zhuǎn)換器控制器以便在該端子上保持690V。每一臺(tái)渦輪機(jī)具有其自身的渦輪機(jī)變壓器109，其中傳輸線(xiàn)阻抗被連接到HV (高壓)側(cè)。所有渦輪機(jī)都連接到包括共同節(jié)點(diǎn)103的母線(xiàn)(33kV)。所述母線(xiàn)連接到輸電網(wǎng)變壓器111 (園區(qū)變壓器)，其連接到輸電網(wǎng) 113。由測(cè)量站115在PCC節(jié)點(diǎn)103處收集各項(xiàng)測(cè)量，并且這些值被用作圖1中所示的閉環(huán)配置中的反饋。HPPP 117應(yīng)用所述最優(yōu)電壓調(diào)度算法來(lái)計(jì)算最優(yōu)電壓參考V,ef setp。int。圖2示意性地示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的仿真模型，其可以被用在圖1中所示的功率生產(chǎn)設(shè)施中。具體來(lái)說(shuō)，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，圖2中所示的仿真模型可以被用在圖1中所示的控制單元117內(nèi)的最優(yōu)電壓調(diào)度算法118中。仿真模型221包括被實(shí)施來(lái)減小風(fēng)電場(chǎng)中的功率損耗的電壓調(diào)度算法。本發(fā)明的仿真模型包括風(fēng)電場(chǎng)模型223，其目的是對(duì)不同電平下的有功和無(wú)功功率進(jìn)行仿真，并且由于功率損耗的最優(yōu)化是集中的，因此將電壓調(diào)度算法包括在所述模型中。仿真模型221被適配成針對(duì)以下各項(xiàng)
風(fēng)電場(chǎng)中的功率最優(yōu)化
對(duì)所有電平下的有功和無(wú)功功率進(jìn)行仿真(傳輸線(xiàn)、PCC等中的流動(dòng)) 由于參數(shù)改變(Kp、Ki、渦輪機(jī)數(shù)目等等)而導(dǎo)致的所有電平下的響應(yīng)在第一步驟中，建立風(fēng)電場(chǎng)的模型。該模型被構(gòu)造成能夠?qū)λ鲲L(fēng)電場(chǎng)的不同情形進(jìn)行仿真及檢驗(yàn)。風(fēng)電場(chǎng)模型223包括
VCCS (對(duì)轉(zhuǎn)換器電流進(jìn)行仿真的壓控電流源)
轉(zhuǎn)換器電抗器
濾波器
輔助裝置
-WT/園區(qū)變壓器
傳輸線(xiàn)
輸電網(wǎng)這些僅僅是在建立所述風(fēng)電場(chǎng)模型時(shí)可以考慮的示例性電氣組件。關(guān)于電學(xué)定律對(duì)這 些組件進(jìn)行建摸。所述WT控制單元通過(guò)把所測(cè)量的VtCT與從圖1中所示的園區(qū)控制器117 或圖2中所示的園區(qū)控制器217接收的Vref setp。int進(jìn)行比較來(lái)控制所述渦輪機(jī)上的端電壓。圖2中的箭頭線(xiàn)表示矢量/矩陣信號(hào)，而細(xì)線(xiàn)則是標(biāo)量值。在圖2中，具有標(biāo)記 ェ。_、Vter和srtp。int的箭頭是箭頭線(xiàn)，并且剰余的線(xiàn)是細(xì)線(xiàn)。矢量信號(hào)被表示如下
權(quán)利要求
1.一種用于控制功率生產(chǎn)實(shí)體的方法，所述方法包括 由多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體生成多個(gè)電功率信號(hào)； 測(cè)量所述多個(gè)功率信號(hào)的多個(gè)功率電平； 修改所述多個(gè)功率信號(hào)； 在共同節(jié)點(diǎn)處提供所述多個(gè)經(jīng)過(guò)修改的功率信號(hào)； 基于所述多個(gè)所測(cè)量的功率電平調(diào)節(jié)所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體當(dāng)中的至少一個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體的操作電壓，以使得由于所述修改和/或提供而導(dǎo)致的所述功率信號(hào)的功率損耗被最小化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，執(zhí)行對(duì)所述操作電壓進(jìn)行的調(diào)節(jié)以使得所述共同節(jié)點(diǎn)處的電壓處在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)電壓的預(yù)定最小值和預(yù)定最大值之內(nèi)，特別地處在預(yù)定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)電壓的0.9倍到1.1倍的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中，執(zhí)行對(duì)所述操作電壓進(jìn)行的調(diào)節(jié)以使得經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的操作電壓處在目標(biāo)操作電壓的預(yù)定最小值和預(yù)定最大值之內(nèi)，特別地處在預(yù)定目標(biāo)操作電壓的0. 9倍到1. 1倍的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一項(xiàng)的方法，其中，執(zhí)行對(duì)所述操作電壓進(jìn)行的調(diào)節(jié)以使得至少兩個(gè)經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的操作電壓是不同的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任一項(xiàng)的方法，其中，對(duì)所述操作電壓進(jìn)行的調(diào)節(jié)還基于建立功率損耗與操作電壓之間的關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中的任一項(xiàng)的方法，其中，對(duì)所述多個(gè)功率信號(hào)進(jìn)行的修改包括 將所述多個(gè)功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成預(yù)定頻率； 將所述多個(gè)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的功率信號(hào)變換成較高電壓；以及 將所述多個(gè)經(jīng)過(guò)變換的功率信號(hào)傳輸?shù)剿龉餐?jié)點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中的任一項(xiàng)的方法，其中，對(duì)所述操作電壓進(jìn)行的調(diào)節(jié)還基于利用仿真來(lái)建模對(duì)所述多個(gè)功率信號(hào)進(jìn)行的修改，特別地考慮到所述功率信號(hào)的功率損耗關(guān)于操作電壓當(dāng)中的至少一個(gè)的梯度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中的任一項(xiàng)的方法，還包括測(cè)量所述共同節(jié)點(diǎn)處的電壓，其中對(duì)所述操作電壓進(jìn)行的調(diào)節(jié)還基于所測(cè)量的共同節(jié)點(diǎn)電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到7中的任一項(xiàng)的方法，其中，對(duì)所述操作電壓進(jìn)行的調(diào)節(jié)還基于在下述約束下最小化功率損耗的解，所述約束是使得所述共同節(jié)點(diǎn)處的電壓保持在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)電壓的預(yù)定最小值和預(yù)定最大值之內(nèi)，特別地處在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)電壓的0. 9倍到1. 1倍之內(nèi)， 以及使得操作電壓保持在目標(biāo)操作電壓的預(yù)定最小值和預(yù)定最大值之內(nèi)，特別地處在目標(biāo)操作電壓的0. 9倍到1. 1倍之內(nèi)。
10.一種用于控制功率生產(chǎn)實(shí)體的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 共同節(jié)點(diǎn)(103，303)，在所述共同節(jié)點(diǎn)(103，303)處提供多個(gè)經(jīng)過(guò)修改的功率輸出信號(hào)，所述多個(gè)經(jīng)過(guò)修改的功率輸出信號(hào)是通過(guò)修改由多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體(101，301)生成的多個(gè)電功率信號(hào)而獲得的； 測(cè)量系統(tǒng)(115，315)，其用于確定所述多個(gè)功率輸出信號(hào)的功率電平；以及 控制單元(117，217)，其被適配成調(diào)節(jié)所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體中的至少一個(gè)的操作電壓，以使得由于修改所述電功率信號(hào)和/或?qū)⑺鼋?jīng)過(guò)修改的電功率信號(hào)提供到所述共同節(jié)點(diǎn)而導(dǎo)致的功率損耗被最小化。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中，所述測(cè)量系統(tǒng)包括用于測(cè)量所述共同節(jié)點(diǎn)處的電壓的電壓傳感器，以及/或者用于測(cè)量所述多個(gè)功率輸出信號(hào)的總和的功率的功率傳感
12.一種電力設(shè)施，包括 根據(jù)權(quán)利要求10或11的系統(tǒng)；以及 多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體，其被適配成生成多個(gè)功率輸出信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的電力設(shè)施，其中,所述控制單元被適配成基于所述電力設(shè)施的模型來(lái)調(diào)節(jié)操作電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制功率生產(chǎn)實(shí)體的方法和系統(tǒng)。其描述了一種用于控制功率生產(chǎn)實(shí)體的方法，該方法包括由多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體生成多個(gè)電功率信號(hào)；測(cè)量所述多個(gè)功率信號(hào)的功率電平；修改所述多個(gè)功率信號(hào)；在共同節(jié)點(diǎn)處提供所述多個(gè)經(jīng)過(guò)修改的功率信號(hào)；基于所述多個(gè)所測(cè)量的功率電平調(diào)節(jié)所述多個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體當(dāng)中的至少一個(gè)功率生產(chǎn)實(shí)體的操作電壓，從而使得由于所述修改和/或提供而導(dǎo)致的所述功率信號(hào)的功率損耗被最小化。還描述了一種用于控制功率生產(chǎn)實(shí)體的系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H02J3/00GK102290809SQ201110162340
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月16日
發(fā)明者B.安德雷森, D.奧布拉多維, P.埃格達(dá) 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司