用于控制风能设施的方法、风能设施和风电厂

技术领域

本发明涉及一种用于控制风能设施和/或具有至少一个风能设施的风电厂的方法。

背景技术

风能设施通常将基本上对称的电流馈入到三相风电厂电网和/或三相供电网中。

三相对称电流的馈入原则上也能够称作为对称馈入。

对称馈入在此尤其表示，馈入的电流具有相同幅值的三个彼此移动基本上120°的相。

只要三相风电厂电网和/或三相供电网例如具有不对称的电网电压，即不同幅值的三个相和/或不同相移的三个相，则对称馈入大部分不能够消除所述不对称的错误。

这种不对称的电网电压例如可能因长架空线路造成，风能设施或风电厂连接于所述架空线路。

发明内容

因此，本发明的目的是，解决上述问题中的至少一个问题，尤其要提出一种解决方案，借助于所述解决方案，使电网电压对称，尤其在风能设施和/或风电厂的正常运行中。

根据本发明，因此提出一种用于控制风能设施和/或具有至少一个风能设施的风电厂的方法，尤其在不对称的电网电压的情况下，该方法包括如下步骤：检测三相电系统的第一相的第一电压、第二相的第二电压和第三相的第三电压；从检测到的电压中计算对称电压逆相序系统，包括：第一逆相序系统电压、第二逆相序系统电压和第三逆相序系统电压；根据计算出的对称电压逆相序系统计算用于电流逆相序系统的期望值，包括：用于第一相的第一逆相序系统电流分量，用于第二相的第二逆相序系统电流分量，和用于第三相的第三逆相序系统电流分量，其中确定期望值，使得出现检测的电压的对称化；根据预设的期望值，将不对称的三相交流电流馈入到风电厂电网或供电网中。

风能设施或风电厂因此优选地连接于三相电网，例如连接于风电厂电网或供电网。

优选地，风能设施或风电厂在连接点处与三相电的风电厂电网或三相的供电网连接，其中连接点尤其具有不对称的电网电压，所述电网电压尤其通过电网拓扑引起。

在第一步中，现在检测电网的电压，例如通过测量风能设施的连接点处的电压。

连接点例如能够是风能设施的变流器或风电厂的电网连接点。

随后，从这样检测的电压中计算至少一个对称电压逆相序系统，例如借助于对称分量法。

电压逆相序系统于是优选地具有第一逆相序系统电压、第二逆相序系统电压和第三逆相序系统电压。优选地，这三个逆相序系统电压分别相对于彼此在相位上移动120°。

从所述对称电压逆相序系统中于是确定用于电流逆相序系统的期望值，所述期望值确定成，使得出现检测的电压尤其在连接点处的电压的对称化。

对此，例如能够使用调节器，所述调节器设计用于，将逆相序系统电压调节成零，其中调节变量是逆相序电流系统并且使用理想的逆相序系统，所述逆相序系统是零，即不具有不对称性。逆相序系统中的期望电压因此是零，即计算的逆相序系统电压能够直接地用作为调节器输入，其中逆相序系统电流形成调节器输出或调节变量。

根据所述期望值，于是借助于风能设施或风电厂产生不对称的三相交流电流，并且将其馈入到风电厂电网或供电网中。

为了馈入不对称的三相交流电流，风能设施例如具有逆变器，优选全变流器。逆变器在此例如能够由多个逆变器模块构造和/或借助于控制单元操控。

因此尤其提出，在正常运行中控制风能设施的(全)变流器，使得电网变得对称，即改进电网对称程度。

通过不对称的馈入，尤其不对称电流，能够对抗电网中的不对称的电压，尤其使得电网中的电压变得对称。

提出的方法因此特别良好地适合于在具有始终不对称的电网电压的连接点处使用，如其例如在长架空线路处可能出现的那样，例如在加拿大或在俄罗斯，但是也在巴西、澳大利亚或瑞典。

此外，提出的方法还能够实现馈入，使得能够弃用长传输线路的绞合。

此外与此相关地尤其也提出，除了常见的对称馈入之外还使用在上文中或在下文中描述的方法，尤其当风能设施或风电厂连接于电网的电网连接点时如此，所述电网连接点由于电网拓扑倾向于，具有不对称的电压。

优选地，检测第一电压、第二电压和第三电压至少包括：测量第一相、第二相和第三相，尤其在连接点和/或风能设施的逆变器的输出端处。

风能设施或风电厂因此优选地在连接点处与风电厂电网或供电网连接。

此外，风能设施具有至少一个逆变器，所述逆变器设计用于，将不对称的三相交流电流馈入到风电厂电网和/或供电网中。

在一个优选的实施方式中，逆变器对此具有至少一个控制单元，所述控制单元设计用于，执行在上文中或在下文中描述的方法。

尤其地，逆变器在此具有电压检测装置，用于检测第一电压、第二电压和第三电压，所述电压检测装置优选在逆变器的输出端处检测这些电压。

优选地，检测第一电压、第二电压和第三电压包括：确定对应的第一相位、第二相位和第三相位和对应的第一幅值、第二幅值和第三幅值。

因此尤其也提出，检测全部电压的幅值和相位。

优选地，检测第一电压、第二电压和第三电压借助于三相电压检测装置进行，所述三相电压检测装置设计用于，检测各一个幅值和相位。

在一个特别优选的实施方式中，三相电压检测装置与风能设施的一个逆变器或所述逆变器的一个控制单元或所述控制单元以传导信号的方式连接。

优选地，针对一个逆变器或所述逆变器的输出端处的点确定期望值。

因此尤其也提出，在尤其风能设施的逆变器的输出端处进行对称化，尤其因此基本上在电压也被检测的地点。

优选地，利用具有因数k的电流限制进行馈入。

因此尤其也提出，在上文中或在下文中描述的方法利用电流限制、尤其动态电流限制执行。

这尤其在如下情况下是有利的，即除了正常的馈入之外执行在上文中或在下文中描述的方法。

尤其基于如下假设，在对称系统(正常馈入；正相序系统)和不对称馈入(为了对称；逆相序系统)叠加时可以出现如下电流幅值，所述电流幅值大于最大允许值，例如逆变器的最大允许值。

在一个特别优选的实施方式中，电流限制根据正相序系统进行。

优选地，借助于幅值不变的dq变换将计算出的逆相序系统电压变换成dq坐标。

因此尤其也提出，借助于幅值不变的dq变换将计算处的逆相序系统电压变换成旋转dq坐标。

逆相序系统电压因此转换为旋转dq参考系。

这样建立的d分量和q分量于是随后可以被滤波，尤其以便消除电网失真和高频测量噪声，并且输送给调节链，所述调节链确定对应的逆相序系统电流。

优选地，方法还包括如下步骤：从检测的电压中计算对称电压正相序系统，包括：第一正相序系统电压，第二正向序电压系统和第三正相序电压系统。

因此尤其提出，方法包括两个子方法。

对称地在正相序系统中调节例如通过功率期望值预设的功率流的第一子方法和不对称地在逆相序系统中调节电网的对称的第二子方法。

由此形成包括两个分量的电流，其中第一分量用于将功率期望值的对应的功率馈入到电网中，和第二分量用于使电网对称。

因此尤其也提出，除了常见的对称馈入之外使用所述方法，尤其当风能设施或风电厂连接于电网的电网连接点时如此，所述电网连接点由于电网拓扑倾向于具有不对称的电压。

根据本发明此外提出一种风能设施和/或风电厂，其包括至少一个控制单元，所述控制单元设计用于，执行在上文中或在下文中描述的方法。

优选地，风能设施或风电厂包括至少一个逆变器和控制单元，其中控制单元设计用于，执行在上文中或在下文中描述的方法。

优选地，风能设施或风电厂还包括检测单元，所述检测单元设计用于，根据幅值和相位检测三相交流电压并且从中计算对称电压逆相序系统。

优选地，风能设施或风电厂还包括变换单元，所述变换单元设计成，将对称的电压逆相序系统变换成dq坐标。

优选地，风能设施或风电厂还包括电流期望值单元，所述电流期望值电源设计用于，在dq坐标中确定用于电流逆相序系统的期望值。

优选地，风能设施还包括尤其动态地限制d和/或q逆相序系统电流幅值。

在上文中描述的检测装置、在上文中描述的变换单元和在上文中描述的电流期望值单元例如能够是共同的控制单元的组成部分并且如在下文中描述的那样彼此相互作用。

附图说明

现在，在下文中示例性地根据实施例参照附图详细阐述本发明，其中为相同的或相似的组件使用相同的附图标记。

图1示出根据一个实施方式的风能设施的示意图。

图2示出根据一个实施方式的在连接点处的风能设施的示意图。

图3示出根据一个实施方式的风能设施的控制单元的示意图。

具体实施方式

图1示出根据一个实施方式的风能设施100的示意图。

风能设施100对此具有塔102和吊舱104。在吊舱104处设置有具有三个转子叶片108和整流罩110的空气动力学转子106。转子106在运行中通过风置于转动运动并从而驱动吊舱104中的发电机。

发电机借助于逆变器连接于电网，例如风电厂电网或供电网，以便馈入尤其不对称的三相交流电流。

对此，逆变器具有控制单元，所述控制单元设计用于，执行在上文中或在下文中描述的方法。

图2示出根据一个实施方式的在连接点200处的风能设施100的示意图。

风能设施100具有逆变器100和控制单元120。

控制单元120设计用于，执行在上文中或在下文中描述的方法，并且尤其借助于期望值操控逆变器110，使得所述逆变器产生不对称的三相交流电流。

对此，控制单元120此外具有电压检测装置121，所述电压检测装置设计用于，检测尤其风电厂电网300的三个相的第一相的第一电压、第二相的第二电压和第三相的第三电压。

不对称的三相交流电流通过逆变器110在连接点处例如馈入到风电厂电网300中，所述风电厂电网将多个风能设施彼此连接。

此外，风电厂电网300经由变换器400和连接线路500在电网连接点PCC处与供电网600连接。

优选地，供电网600在电网连接点PCC的范围中具有带有主要长线路的拓扑，即具有大于100km的长度的线路。这种拓扑尤其在幅员辽阔国家的乡村区域中处于主导，如例如加拿大或俄罗斯，并且引起，在电网连接点处存在不对称的电压。

图3示出根据一个实施方式的风能设施的控制单元的示意图。

控制单元120包括至少一个检测单元122、变换单元124和电流期望值单元126，至少具有尤其动态地限制d和/或q逆相序系统电流幅值127、128。

检测单元122优选构成为状态观测器SO并且设计用于，检测第一相A的第一电压V_A_meas，第二相B的第二电压V_B_meas和第三电压V_C_meas，优选地通过在风能设施的连接点处测量第一相、第二相和第三相，如例如在图2中示出的那样。

检测单元122因此检测不对称系统V_A、V_B、V_C、

所述尤其对称的电压逆相序系统Vg_A、Vg_B、Vg_C通过变换单元124借助于幅值不变的dq变换而变换成旋转dq坐标Vdg_A、Vdg_B、Vdg_C、Vqg_A、Vqg_B、Vqg_C。

从所述变换的dq坐标Vdg_A、Vdg_B、Vdg_C、Vqg_A、Vqg_B、Vqg_C中，随后借助于电流期望值单元126计算用于电流逆相序系统Ig_A、Ig_B、Ig_C的期望值Sg_A、Sg_B、Sg_C，尤其以dq坐标IA_d、IA_q、IB_d、IB_q、IC_d、IC_q。

为了保护风能设施或逆变器免于过电流，此外提出，电流期望值单元126具有至少一个、尤其动态地限制d和/或q逆相序系统电流幅值127、128。

d和/或q逆相序系统电流幅值127、128的限制在此分别包括相对最小值-k*I_ref和相对最大值k*I_ref，其中k是可设定的常数并且I_ref是可变电流参考值，其尤其根据电流正相序系统预设。

本发明因此尤其提出，从在连接点中测量的三相电压中计算出的逆相序系统电压变换成旋转dq参考系统。

逆相序系统电压的d和q分量于是例如被滤波，以便滤除电网失真和高频测量噪声。

逆相序系统的经滤波的d和q分量用作为调节链的输入变量，所述调节链通过馈入同一d和q轴的逆相序系统电流引起，使得逆相序系统电压的d和q分量被调节成零。

为了避免在特殊情况下基本上纯的逆相序系统电流馈入和考虑由变流器硬件规定的最大电流，根据用于正相序系统电流的当前参考值对d和q逆相序系统电流幅值进行动态限制。