[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN104917290B - 风电场的功率供给装置 - Google Patents

风电场的功率供给装置 Download PDF

Info

Publication number
CN104917290B
CN104917290B CN201510110442.6A CN201510110442A CN104917290B CN 104917290 B CN104917290 B CN 104917290B CN 201510110442 A CN201510110442 A CN 201510110442A CN 104917290 B CN104917290 B CN 104917290B
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
wind
power plant
auxiliary power
wind power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510110442.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104917290A (zh
Inventor
P.B.布罗冈
J.默勒
J.蒂斯泰德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of CN104917290A publication Critical patent/CN104917290A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104917290B publication Critical patent/CN104917290B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/026—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for starting-up
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/10—Combinations of wind motors with apparatus storing energy
    • F03D9/11—Combinations of wind motors with apparatus storing energy storing electrical energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F03D9/255—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor
    • F03D9/257—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor the wind motor being part of a wind farm
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J11/00—Circuit arrangements for providing service supply to auxiliaries of stations in which electric power is generated, distributed or converted
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

本发明描述了一种功率供给装置，其被实现成向馈送到HVDC传输链路中的风电场提供辅助功率，所述功率供给装置包括被实现成向风电场递送辅助功率的辅助功率供给；用于在风电场停机时间期间发起HVDC链路上的反馈电压的供应的反馈控制构件；实现成闭合HVDC链路与辅助功率供给之间的DC电流路径的反馈开关；以及用于将反馈电压转换成辅助功率的功率转换构件。本发明还描述了一种被布置成馈送到HVDC传输链路中的风电场，其包括这样的功率供给装置以用于在风电场停机时间期间向风电场提供辅助功率。本发明还描述了一种在风电场停机时间期间向风电场提供辅助功率的方法。

Description

风电场的功率供给装置
技术领域
本发明描述了用于向风电场递送辅助功率的风电场的功率供给装置；风电场；以及向风电场提供辅助功率的方法。
背景技术
离岸风电场（wind farm）或风力场（wind park）一般包括生成电的多个风力涡轮机。为了向公用电网输电，首先将电馈送到离岸变电站（substation）中以用于转换成合适的电流/电压水平并且然后通过线缆输运到岸上变电站，其中电在被馈送到电网中之前可以经历另外的电压/电流转换。电可以作为交流电（AC）输运，但是AC输运一般与损耗相关联，特别是在长距离之上。由于趋势是往具有增加的容量的更多离岸风电场，因此来自这样的风电场的电优选地通过高压直流电（HVDC）传输链路而输运，一般借助于安置在海床上的海底线缆。为此，来自风力涡轮机的三相AC电被离岸变电站处的离岸转换器转换成高压DC电以供输运。
出于各种原因，风电场的风力涡轮机可能需要停止运转一些时间，此后必须再次启动它们。为了能够在风电场停机时间之后重启风力涡轮机，外部功率源对于保持各种系统和组件在停机时间期间被供给有功率而言是必要的。例如，风力涡轮机的各种马达和驱动装置在停机时间期间需要周期性地在短暂间隔内被重启（以例如防止各种轴承卡住）。这可以通过将离岸AC/DC转换器实现为双向功率转换器来达成，使得一些辅助功率可以通过HVDC传输线从岸上转换器（其一般实现为全桥转换器）馈送回到风力场。然而，这样的双向离岸功率转换器是昂贵的并且相当大地增加风力场的成本。作为替换，离岸转换器可以实现为单向转换器，并且可以与HVDC链路平行地安置附加AC链路，使得可以在无论何时必要时向风电场提供辅助功率。显然，这样的附加传输链路同样相当大地增加风电场的总体成本。由于将来的HVDC连接的风电场将通常位于距岸100-200km处，因此这样的附加AC海底线缆连接呈现经济上以及技术上的严峻挑战。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种向离岸风电场的风力涡轮机提供辅助功率的更加经济的方式。
该目的通过权利要求1的功率供给装置；通过权利要求11的风电场；以及通过向风电场提供辅助功率的权利要求14的方法达成。
根据本发明，风电场（其被实现成馈送到HVDC传输链路中）的功率供给装置包括被实现成向风电场递送辅助功率的辅助功率供给；用于在风电场停机时间期间发起HVDC链路上的反馈电压的供应的反馈控制构件；被实现成闭合HVDC链路与辅助功率供给之间的DC电流路径的反馈开关；以及用于将反馈电压转换成用于风电场的辅助功率的功率转换构件。
在风电场的正常操作期间，对于诸如冷却系统、控制器等之类的辅助设备所需的“辅助”功率由风力涡轮机产生的功率覆盖，即风力涡轮机生成的功率的（相对小）分数被用于为辅助设备供电。另外，由风力涡轮机产生的一些功率还被用于维持辅助功率供给的电池中的电荷水平。在本发明的上下文中，术语“功率供给装置”和“辅助功率供给装置”可以被视为等同的术语并且可以可互换地使用。这同样适用于术语“功率供给”和“辅助功率供给”。
在下文中，在不以任何方式约束本发明的情况下，可以假定风电场位于诸如离岸位置之类的远程位置处。根据本发明的辅助功率供给特别良好地适合于向过于遥远的位置处的风电场提供辅助AC功率以用于负担得起的后备AC传输链路，如在引言中所解释的那样。还可以假定辅助功率供给借助于诸如高压汇流条之类的供给线而连接到风电场，并且辅助功率供给具有变压器和双向转换器，用于在风电场AC功率与电池DC功率之间进行转换。
还可以假定风电场包括离岸AC/DC转换器，用于将风电场生成的AC功率转换成高压DC以用于通过HVDC传输链路进行输运。根据本发明的功率供给可以非常有利地提供一种确保源自岸上功率源的后备或辅助功率供给的方式，即使离岸转换器是基于仅在一个方向上传递功率的无源整流器的装置。
如以上所指示的，在风电场的正常“运行时间”操作中，功率通过HVDC链路从风电场输运到公用电网。本发明是基于以下领悟：具有常见全桥转换器设计的岸上变电站能够在两个方向上变换功率，即从HVDC链路到公用电网中；以及从公用电网到HVDC链路上。
在本发明的上下文中，“反馈电压”是在风电场的停机时间期间例如通过岸上变电站的转换器施加到HVDC链路的电压水平。因此，在风电场停机时间期间，岸上转换器可以经由HVDC链路和辅助功率供给为风电场供给有辅助功率。辅助功率供给已经利用双向功率转换器模块，使得它还可以将反馈DC功率转换成适合用于输运到风电场的AC功率。
根据本发明的辅助功率供给装置的优点在于辅助功率供给可以在必要时通过源自公用电网的DC电压补充。因此，在风电场停机时间期间和紧接在其之后，充足的功率总是可用以维持后备功率到风力涡轮机并且以重启风力涡轮机。风电场的重启因此有利地独立于辅助功率供给的电池的电荷水平，并且风电场可以更加迅速地恢复输出其额定功率。
根据本发明，一种被布置成馈送到HVDC传输链路中的风电场包括根据本发明的功率供给装置以用于响应于风电场停机时间而向风电场提供辅助功率。
这样的风力场的优点在于后备或辅助功率供给在停机时间期间总是可用，使得其风力涡轮机可以在这样的风电场停机时间之后迅速重启，并且风电场的功率输出可以迅速返回到其额定水平。
根据本发明，向被实现成馈送到HVDC传输链路中的风电场提供辅助功率的方法包括以下步骤：提供被实现成向风电场提供辅助功率的辅助功率供给；在风电场停机时间期间发起HVDC链路上的反馈电压的供应；闭合HVDC链路与辅助功率供给之间的DC电流路径；以及将反馈电压转换成用于风电场的辅助功率。
根据本发明的方法的优点在于其提供了在停机时间期间并且在停机时间之后风力涡轮机重启所花费的那样长的时间内向风电场提供辅助功率的直接且相对经济的方式。该方法可以结合现有岸上设施使用，因为控制岸上变电站的全桥转换器以向HVDC链路施加合适的反馈电压是相对容易的。因此，根据本发明的方法可以在风电场需要辅助功率时提供高效响应。
通过从属权利要求给出本发明的特别有利的实施例和特征，如在以下描述中揭示的那样。不同权利要求类别的特征可以在适当时被组合以给出在本文中未描述的另外的实施例。
如以上提到的，当风电场在操作时，“转用”一些功率并且将其用于维持辅助功率供给的电池中的电荷是可能的。例如，如果风电场能够生成比其额定输出更多的功率，则该多余功率可以用于为辅助功率供给的能量存储模块充电以供稍后使用。为此，在本发明的优选实施例中，辅助功率供给包括被实现成在风电场的运行时间期间为电池装置的电池充电的AC电池充电器。为了能够在稍后时间处使用该“存储的”能量，AC充电器被实现为双向功率转换器/逆变器，使得功率可以从风电场供给线输运到辅助功率供给（以用于为电池充电），并且也从辅助功率供给到风力场（以用于在停机时间期间供给辅助功率并且在停机时间之后重启风力涡轮机）。优选地，辅助功率供给装置的功率转换器被实现成提供电压大小控制，作为静态VAr补偿器（SVC）。在这样的实施例中，辅助功率供给可以用于帮助控制离岸AC电压，即风电场汇流条电压，连同操作在这样的模式中的任何风力涡轮机。
优选地，反馈控制构件被实现成响应于风电场辅助功率请求。例如，风电场控制器可以监视风力涡轮机的停机时间相关功率需求并且可以负责在停机时间之后发起重启过程。该风电场控制器还可以与辅助功率供给的控制器联系。因此，风电场控制器可以估计可用辅助功率的水平，并且可以按需从岸上转换器“预订（order）”附加反馈功率。在本发明的上下文中，术语“风电场反馈功率请求”可以被理解成意指：指示需要附加反馈功率的任何请求或命令。这样的命令或请求还可以指示需要多少功率和用多久。优选地，反馈功率路径的断开或闭合由风力场控制器控制。例如，控制器可以采取任何必要步骤以确保电池组在DC反馈功率可用时被维持和充电。
岸上转换器可以通过向HVDC链路自动施加反馈电压来响应于风电场停机时间。例如，当风电场停止递送功率时，这可以被岸上转换器检测到或者可以向其报告，岸上转换器然后可以通过施加可以按需被辅助功率供给所使用的合适反馈电压水平来自动进行响应。在本发明的优选实施例中，反馈控制构件被实现为岸上变电站的HVDC链路控制器的模块，并且可以优选地通过任何适当的通信信道与风电场控制器通信，例如借助于无线或互联网连接。
在本发明的优选实施例中，反馈开关被实现成在HVDC链路的电压水平的基础上和/或通过风电场控制器致动，如以上描述的那样。根据本发明的方法优选地包括监视HVDC链路上的电压水平的步骤。例如，如果HVDC链路电压水平在风电场停机时间期间处于某个范围内，则反馈开关可以自动闭合。该电压水平将显著低于在风电场的正常操作期间存在于HVDC链路上的电压水平。只要反馈开关闭合，电流就可以从HVDC链路流到辅助功率供给中以便为电池充电和/或以便被转换成适合于风电场汇流条的功率水平。反馈开关可以使用常规隔离器等实现以确保当反馈开关闭合时实现平滑连接。优选地，反馈控制构件被实现成确保（当风力场正在向电网递送功率时）非常高的DC电压不能连接到辅助功率供给。例如，在本发明的优选实施例中，反馈控制构件可以被实现成确保反馈开关仅能够在HVDC电压不超过某个水平时闭合。反馈开关的控制优选地在HVDC链路上的电压水平的基础上执行。优选地，将岸上变电站的全桥转换器控制成防止HVDC传输链路上的电压水平在反馈开关闭合时超过某个水平。为此，可以在岸上变电站处实现互锁系统。以此方式，可以有效地保护辅助功率供给的组件免受过电压损害。
反馈电压可以以任何合适的水平生成。例如，在本发明的优选实施例中，反馈电压根据辅助功率供给的所监视的电压水平来生成。在这样的实现中，岸上转换器以适于覆盖辅助功率供给的亏损的电压水平来递送功率。在本发明另外的优选实施例中，根据预定义的水平生成反馈电压，所述预定义的水平可以根据辅助电压供给的电池组的容量来定义。由辅助功率供给汲取的电流可以取决于电池中的电荷水平或者取决于风电场的瞬时辅助功率需求。例如，岸上转换器可以递送充分高的反馈电压以用于足够高以经由辅助功率供给而重启风力涡轮机中的一些或全部的反馈功率。在本发明的优选实施例中，辅助功率供给包括DC/DC电压转换器，用于将反馈HVDC电压转换成适于为电池装置的电池充电的电压水平。这样的恒定电压水平确保电池以有利的方式被充电。优选地，DC/DC电压转换器被实现成将例如20kV范围中的反馈HVDC电压转换成适合于电池装置的电压。反馈电压水平优选地尽可能低，而鉴于诸如风力涡轮机的瞬时有功功率需求、岸上变电站的全桥转换器的额定电流等之类的各种因素又是充分高的。优选地，反馈功率供给足以覆盖风力场的平均功率消耗（在停机时间期间）并且足以维持电池的充电。风力场的峰值功率需求（例如以在停机时间之后重启一些涡轮机）然后可以被反馈功率供给（即来自辅助功率供给的DC充电器）连同来自辅助功率供给的经充电的电池的功率所覆盖。
如以上提到的，当风电场在操作时，“转用”一些功率并且将其用于为辅助功率供给的电池再充电是可能的。例如，如果风电场能够生成比其额定输出更多的功率，则该多余的功率可以被转换成DC电荷以供稍后使用。为此，在本发明的优选实施例中，辅助功率供给包括被实现成在风电场的运行时间期间为电池装置的电池充电的AC电池充电器。为了能够在稍后时间处使用该“存储的”功率，AC充电器被实现为双向DC/AC功率转换器使得功率可以从风电场供给线输运到辅助功率供给（以用于为电池充电），并且也从辅助功率供给到风电场的AC供给线（以用于供给辅助功率并且用于重启风力涡轮机）。优选地，辅助功率供给装置的双向功率转换器被实现成提供电压大小控制，作为静态VAr补偿器（SVC）。在这样的实施例中，辅助功率供给可以用于帮助控制离岸AC电压，即风电场汇流条电压，连同操作在这样的模式中的任何风力涡轮机。
HVDC传输链路可以以任何合适的方式连接到反馈功率供给装置。在本发明特别优选的实施例中，反馈功率供给装置借助于DC连接盒而连接到HVDC传输链路。
附图说明
本发明的其它目的和特征将从结合附图考虑的以下详细描述变得显而易见。然而要理解到的是，仅仅出于图示的目的而设计附图并且附图并不作为本发明的限制的限定。
图1是根据本发明的实施例的包括功率供给装置的风电场的示意表示；
图2示出在运行时间状态中的图1的风电场；
图3示出在第一停机时间状态中的图1的风电场；
图4示出在第二停机时间状态中的图1的风电场。
在图解中，同样的标号自始至终是指同样的对象。图解中的对象不一定按比例绘制。
具体实施方式
图1是根据本发明的实施例的包括辅助功率供给装置5的风电场1的示意表示。在此，风电场1是包括生成三相AC电的多个风力涡轮机10的离岸风电场1。来自风力涡轮机10的AC功率输出通过离岸变电站2的AC/DC转换器20的无源整流器200变换成DC功率以用于通过HVDC传输链路3输运到岸上变电站4。在该实施例中，离岸变电站2的AC/DC转换器20仅允许一个方向D2上的电流流动。DC电流Iuptime（I运行时间）在闭环中从岸上转换器4流过离岸转换器2并且回到岸上转换器4。从DC回到AC的转换由岸上变电站4的全桥转换器40执行使得可以将功率Puptime（P运行时间）馈送到公用电网7中。离岸组件1、2在空间上从岸上组件4分离，并且HVDC传输链路3可以覆盖数十或者甚至数百公里的距离。
当风电场1在操作时，它通过HVDC传输链路3向电网7递送功率Puptime。诸如冷却系统、驱动装置等之类的风力涡轮机10的辅助设备被供给有来自辅助功率供给50的功率Paux。辅助功率由辅助功率供给50供给并且被变压器T5转换成在适于通过风电场的汇流条11或供给线11输运的水平处的AC功率。
在风电场1的正常运行时间操作期间，由风力涡轮机10输出的功率的部分Pcharge还可以用于为辅助功率供给50的电池500充电。为此，来自风力场汇流条11的AC功率Pcharge（P充电）被变压器T5变换到合适的水平使得电池500可以通过被实现为双向充电器和逆变器的转换器模块51或辅助功率转换器51来充电。在风电场运行时间期间，HVDC链路与辅助功率供给50之间的开关53断开，并且功率Pcharge仅从汇流条11进入辅助功率供给50以便通过使用辅助功率转换器51为电池500充电。
在某个阶段处，风电场1可能停止运转，例如在维护过程期间或者由于具有很少风或没有风的无风天气。术语“停止运转”和“停机时间”要被理解成意指风力涡轮机10在该时间期间不向电网中馈送功率。在停机时间期间，风力涡轮机10的发电机被去激活并且从离岸转换器2电气断开（为了清楚起见未在图1中示出开关，但是可以假定在风力涡轮机、汇流条等和离岸转换器之间所有连接中断）。然而，在停机时间期间，一些辅助功率是必要的以保持风力涡轮机变压器被供给能量，使得可以向风力涡轮机的通信系统、偏转（yaw）系统、俯仰（pitch）系统、环境控制模块等供给辅助功率，并且使得风力涡轮机保持在准备就绪的状态中。
然而，从辅助功率供给50中的可用电池电荷供给的功率可能不足以在较长时段内向停止运转的所有风力涡轮机提供辅助功率。在该示例性实施例中，场（park）控制器的模块6监视风电场1的功率需求并且与岸上变电站的模块41通信以触发或发起反馈电压的供应。风电场1一般由被实现成向诸如单独风力涡轮机10、辅助功率供给装置5的控制器等之类的各种组件发布控制命令的场控制器所控制。这些组件还可以向场控制器提供状态信息。例如，辅助功率供给装置5可以告知场控制器的模块6：电池500中的功率水平不足或可能不足。场控制器也可以位于离岸位置处，但是可以同样位于岸上。场控制器与它控制的组件10、5或者它与之通信的设施41之间的通信可以通过诸如无线连接之类的任何合适的通信信道。
在该实施例中，公用电网7可以提供向风力涡轮机10提供一些辅助功率所需的必要功率。为此，响应于如以上所描述的合适命令，岸上变电站4的转换器40向HVDC线3施加反馈电压。例如，大约10kV-20kV的反馈电压可以足够维持辅助功率到风电场1的供给和/或在停机时间之后同时或相继重启多个风力涡轮机10。开关53闭合以将HVDC传输线3电连接到辅助功率供给5。开关53可以响应于来自场控制器模块6的命令而闭合。从HVDC传输链路3上的抽头30到辅助功率供给50的DC电路路径然后完成，使得DC电流Ibackfeed（I反馈）可以沿箭头指示的路径流动。在该实施例中辅助功率供给50还包括DC/DC转换器54，用于将反馈电压转换成适合于可以为电池500充电的DC充电器52的水平。当然，以此方式供给的反馈功率可以基本上直接馈送到变压器T5以用于转换成AC功率从而用于风电场汇流条11，使得反馈功率直接可用作到风电场1的辅助功率，因为电池500跨功率转换器51的DC链路而连接。因此，来自电池500或来自DC/DC转换器54的功率可以经由变压器T5从功率转换器51传递到离岸AC系统11中。电池500并联连接到反馈转换器的DC链路，因此功率不流过电池本身。辅助功率转换器51（或逆变器51）将从电池500汲取的DC电流转换成AC电流和电压。变压器T5将DC电压转换或变换成适合于风电场汇流条11的AC电压水平。
在一个可能场景中，经由辅助功率供给而供给的反馈功率可以用于重启一个或多个风力涡轮机。一个风力涡轮机一重启，该风力涡轮机就可以将AC功率馈送到风电场供给线中，从而提供启动其余风力涡轮机所需的功率。所有风力涡轮机一恢复生产，反馈开关就再次断开，使得HVDC传输链路可以被加电至正常操作电压，这允许有功功率再次从风力涡轮机传递到公用电网。
图2是示出当风电场1在操作时功率Puptime通过HVDC传输链路3到电网7的正常传递的简化框图。如以上所描述的，由风力涡轮机10输出的功率的一部分Pcharge被用于为辅助功率供给50的电池500充电。
在停机时间期间，风力涡轮机的发电机被去激活并且从离岸转换器2电气断开。这由图3中的风电场1与离岸转换器2之间的“断开的开关”集总指示。为了在停机时间期间供给辅助功率和/或在停机时间之后重启一个或多个风力涡轮机，通过汇流条11从辅助功率供给50的电池500向风电场提供辅助功率Paux。
如以上所指示的，从可用电池电荷供给的辅助功率Paux可能不足。图4图示了附加反馈功率传递，其中开关53闭合使得由公用电网7经由岸上全桥转换器40供给反馈电压。作为结果，附加反馈功率Pbackfeed（P反馈）可以在图4中指示的方向上从HVDC链路3流到辅助功率供给装置5。反馈功率Pbackfeed可以用于为电池500充电和/或可以被“直接”使用，使得辅助功率Paux汲取自反馈功率Pbackfeed。同样地，反馈功率Pbackfeed可以补充电池中可用的功率使得足够的辅助功率Paux可用，例如以在停机时间之后迅速重启风电场1。一旦风力涡轮机在操作，风电场1与离岸转换器2之间的开关12就闭合，并且反馈隔离器开关53再次断开，使得风电场1可以再一次馈送到图1的装置中的公用电网7中。
尽管已经以优选实施例及其上的变型的形式公开了本发明，但是将理解的是，可以对其做出众多附加修改和变型而不脱离于本发明的范围。例如，根据本发明的反馈功率供给装置还可以使用在具有支持双向功率传递的离岸转换器的HVDC传输系统中。
为了清楚起见，要理解的是，遍及本申请的“一”或“一个”的使用不排除多个，并且“包括”不排除其它步骤或元件。“单元”或“模块”的提到不排除多于一个单元或模块的使用。

Claims (15)

1.一种功率供给装置（5），其被实现成向馈送到HVDC传输链路（3）中的风电场（1）提供辅助功率，所述功率供给装置（5）包括
-实现成向风电场（1）递送辅助功率（Paux）的辅助功率供给（50）；
-用于在风电场停机时间期间发起HVDC传输链路（3）上的反馈电压的供应的反馈控制构件（6,41）；
-实现成闭合HVDC传输链路（3）与辅助功率供给（50）之间的DC电流路径的反馈开关（53）；以及
-用于将反馈电压转换成辅助功率（Paux）的功率转换构件（54，51，T5）。
2.根据权利要求1的功率供给装置（5），其中反馈控制构件（6,41）被实现成响应于风电场辅助功率需求。
3.根据权利要求1或权利要求2的功率供给装置（5），其中反馈控制构件（6）被实现成在辅助功率供给（50）的电池装置（500）的电压水平的基础上致动反馈开关（53）。
4.根据权利要求1或权利要求2的功率供给装置（5），包括DC/DC电压转换器（54），用于将反馈HVDC电压转换成适合于辅助功率供给（50）的电压。
5.根据权利要求4的功率供给装置（5），其中DC/DC电压转换器（54）被实现成将在10-20kV范围中的反馈HVDC电压转换成适合于辅助功率供给（50）的电池装置（500）的DC电池充电器（52）的电压。
6.根据权利要求1或权利要求2的功率供给装置（5），包括被实现成在风电场（1）的运行时间期间为辅助功率供给（50）的电池装置（500）的电池充电的AC电池充电器（51）。
7.根据权利要求1或权利要求2的功率供给装置（5），其中辅助功率供给（50）被实现成提供相位角控制。
8.根据权利要求1或权利要求2的功率供给装置（5），其中HVDC传输链路（3）借助于DC连接盒（30）而连接到辅助功率供给（50）。
9.根据权利要求1或权利要求2的功率供给装置（5），其中反馈控制构件（6,41）包括场控制器的模块（6）和/或HVDC传输链路控制器（4）的模块（41）。
10.一种被布置成馈送到HVDC传输链路（3）中的风电场（1），其包括根据权利要求1至9中任一项的功率供给装置（5），以用于在风电场停机时间期间向风电场（1）提供辅助功率（Paux）。
11.根据权利要求10的风电场（1），其中风电场（1）安装在离岸位置处并且其中功率供给装置（5）安装在风电场（1）处。
12.根据权利要求11的风电场（1），包括用于将风电场（1）生成的AC功率转换成高压DC以用于通过HVDC传输链路（3）输运的离岸转换器（2），所述离岸转换器（2）仅在一个方向（D2）上输运功率。
13.一种在风电场停机时间期间向风电场（1）提供辅助功率（Pbackfeed）的方法，所述风电场（1）馈送到HVDC传输链路（3）中，包括以下步骤
-提供被实现成向风电场（1）递送辅助功率（Paux）的辅助功率供给（50）；
-在风电场停机时间期间发起HVDC传输链路（3）上的反馈电压的供应；
-闭合HVDC传输链路（3）与辅助功率供给（50）之间的DC电流路径；以及
-将反馈电压转换成用于风电场（1）的辅助反馈功率（Paux）。
14.根据权利要求13的方法，包括监视辅助功率供给（50）的电池装置（500）的电压水平的步骤，并且其中在不足以用于风电场（1）的辅助功率需要的辅助功率供给电压水平的情况下发起反馈电压的供应。
15.根据权利要求13或权利要求14的方法，其中HVDC传输链路（3）与辅助功率供给（5）之间的DC电流路径响应于HVDC传输链路（3）上的反馈电压而闭合。
CN201510110442.6A 2014-03-14 2015-03-13 风电场的功率供给装置 Active CN104917290B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14159910.0 2014-03-14
EP14159910.0A EP2919354A1 (en) 2014-03-14 2014-03-14 Power supply arrangement of a wind farm

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104917290A CN104917290A (zh) 2015-09-16
CN104917290B true CN104917290B (zh) 2019-10-11

Family

ID=50277082

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510110442.6A Active CN104917290B (zh) 2014-03-14 2015-03-13 风电场的功率供给装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9590452B2 (zh)
EP (1) EP2919354A1 (zh)
CN (1) CN104917290B (zh)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105027408B (zh) * 2013-02-28 2018-03-27 西门子公司 具有二极管整流器的变流站
EP3086432B1 (en) * 2015-04-23 2018-07-18 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Power distribution systems
CN106300407B (zh) * 2015-05-26 2020-03-17 通用电气公司 发电系统
DE102015212562A1 (de) * 2015-07-06 2017-01-12 Siemens Aktiengesellschaft Energieerzeugungsanlage und Verfahren zu deren Betrieb
CN105680465B (zh) * 2016-01-26 2018-08-03 上海交通大学 用于多端柔性直流输电系统的改进协调控制方法
US10141744B2 (en) * 2016-05-17 2018-11-27 General Electric Company Cable arrangement of an energy storage system
EP3249801A1 (de) * 2016-05-23 2017-11-29 Siemens Aktiengesellschaft Anlage und verfahren zum erzeugen einer in ein stromnetz einzuspeisenden dreiphasenwechselspannung
TWI628355B (zh) * 2016-06-17 2018-07-01 艾克頌美孚上游研究公司 離岸發電廠中的電氣絕緣方法及系統
US10153640B2 (en) * 2016-11-30 2018-12-11 State Grid Jiangsu Electric Power Research Institute Unified power flow controller and control method thereof
US10523088B2 (en) * 2017-04-24 2019-12-31 General Electric Company Energy storage system for doubly fed induction generator
FR3067179B1 (fr) * 2017-06-06 2020-10-09 Stx France Sa Sous-station electrique, installation et procede de mise en place
EP3743975A1 (en) * 2018-01-25 2020-12-02 MHI Vestas Offshore Wind A/S Black start restoration
DK180754B1 (en) * 2018-05-25 2022-02-24 Kk Wind Solutions As Wind turbine converter with integrated battery storage
EP3815212A1 (en) * 2018-06-28 2021-05-05 SNAP Inc. Regulated power sources
CN110875594A (zh) * 2018-08-31 2020-03-10 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组及其备用冗余供电系统
EP3651302A1 (en) * 2018-11-07 2020-05-13 Danmarks Tekniske Universitet System and method for energising an ac network of an offshore wind farm
US11489356B2 (en) 2019-07-02 2022-11-01 Abb Schweiz Ag MVDC link-powered battery chargers and operation thereof
CN111244933A (zh) 2020-03-09 2020-06-05 台达电子企业管理（上海）有限公司 储能装置、电力系统及其控制方法
CN111355256A (zh) 2020-03-09 2020-06-30 台达电子企业管理（上海）有限公司 高压直流变电装置、电力系统及电力系统的控制方法
CN111416386A (zh) * 2020-04-01 2020-07-14 广东安朴电力技术有限公司 一种输电系统及其供电装置
EP3961844A1 (en) * 2020-08-26 2022-03-02 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Electric energy providing system with centralized controller
WO2022245972A1 (en) * 2021-05-18 2022-11-24 Achuthan & Co Llc Renewable electricity grid having remote generation
EP4350142A1 (en) * 2022-10-04 2024-04-10 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Auxiliary power system and control for rural and/or off grid wind turbines

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7141887B2 (en) * 2003-10-24 2006-11-28 Shinko Electric Co., Ltd. Power supply unit, generator, and wind turbine generator
US7394166B2 (en) * 2006-10-04 2008-07-01 General Electric Company Method, apparatus and computer program product for wind turbine start-up and operation without grid power
CN102570494A (zh) * 2010-10-25 2012-07-11 通用电气公司 用于风力涡轮和风力涡轮发电站的电力传输系统及其操作方法
EP2565443A1 (en) * 2011-09-05 2013-03-06 XEMC Darwind B.V. Generating auxiliary power for a wind turbine
EP2667498A2 (en) * 2012-05-23 2013-11-27 General Electric Company Remote load bypass system
WO2014032668A1 (en) * 2012-09-03 2014-03-06 Vestas Wind Systems A/S Connection system for power generation system with dc output

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2003213772A1 (en) * 2002-03-08 2003-09-22 Ocean Wind Energy Systems Offshore wind turbine
US6921985B2 (en) * 2003-01-24 2005-07-26 General Electric Company Low voltage ride through for wind turbine generators
US7602075B2 (en) * 2006-07-06 2009-10-13 Acciona Windpower, S.A. Systems, methods and apparatuses for a wind turbine controller
JP4365394B2 (ja) * 2006-09-20 2009-11-18 株式会社日立製作所 風力発電システムおよびその運転方法
ES2589908T3 (es) * 2008-09-19 2016-11-17 Vestas Wind Systems A/S Parque eólico que tiene una fuente de alimentación auxiliar
EP2236821B1 (en) * 2009-04-03 2016-12-21 XEMC Darwind B.V. Wind farm island operation
CA2740737A1 (en) * 2010-05-20 2011-11-20 Nordest Marine Inc. Stream flow hydroelectric generator system, and method of handling same
CA2741569A1 (en) * 2011-03-04 2012-09-04 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine generator system and wind turbine generator
CA2844443C (en) * 2011-07-20 2021-01-26 Inventus Holdings, Llc Dispatchable renewable energy generation, control and storage facility
US8918225B2 (en) * 2012-02-16 2014-12-23 Spyros J. Lazaris Renewable energy-based electricity grid infrastructure and method of grid infrastructure automation and operation
US20120144828A1 (en) * 2012-02-16 2012-06-14 Lazaris Spyros J Multi-resource renewable energy installation and method of maximizing operational capacity of same
US20130218355A1 (en) * 2012-02-16 2013-08-22 Spyros James Lazaris Electricity grid data analytics as a moduled service for production, delivery, and distribution of power as a dynamic demand response within a renewable energy-based electricity grid infrastructure
US9018783B2 (en) * 2013-05-21 2015-04-28 General Electric Company Doubly-fed induction generator wind turbine system having solid-state stator switch

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7141887B2 (en) * 2003-10-24 2006-11-28 Shinko Electric Co., Ltd. Power supply unit, generator, and wind turbine generator
US7394166B2 (en) * 2006-10-04 2008-07-01 General Electric Company Method, apparatus and computer program product for wind turbine start-up and operation without grid power
CN102570494A (zh) * 2010-10-25 2012-07-11 通用电气公司 用于风力涡轮和风力涡轮发电站的电力传输系统及其操作方法
EP2565443A1 (en) * 2011-09-05 2013-03-06 XEMC Darwind B.V. Generating auxiliary power for a wind turbine
EP2667498A2 (en) * 2012-05-23 2013-11-27 General Electric Company Remote load bypass system
WO2014032668A1 (en) * 2012-09-03 2014-03-06 Vestas Wind Systems A/S Connection system for power generation system with dc output

Also Published As

Publication number Publication date
CN104917290A (zh) 2015-09-16
EP2919354A1 (en) 2015-09-16
US9590452B2 (en) 2017-03-07
US20150263569A1 (en) 2015-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104917290B (zh) 风电场的功率供给装置
US10038321B2 (en) System for operation of photovoltaic power plant and DC power collection within
KR101259817B1 (ko) 해상 풍력 단지의 송전 시스템 및 그 방법
JP5793719B2 (ja) 制御装置
CA2593903A1 (en) Using dc transmission system for improving ac transmission stability, dispatch capability and power flow control
US9859752B2 (en) Uninterruptible power supply and method of use
EP2469238A2 (de) Photovoltaikanlage
US20190152344A1 (en) Off-Grid, Utility-scale Power Transmission System via Train
CN108475919A (zh) 移动电功率生成和调节系统
WO2013003189A2 (en) Uninterruptible power supply
CN105978008A (zh) 一种具有风场黑启动功能的液流电池储能系统及其工作方法
JP2017200327A (ja) 多端子送電システム
US9323238B2 (en) Bioenergy storage and management system and method
EP3317936B1 (en) Power transmission arrangement and method for operating a power transmission arrangement
KR101096578B1 (ko) 복합 전력 제어 장치
US11277008B2 (en) Energy storage system
KR20160004637A (ko) 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치 및 방법
CN104092252B (zh) 一种应急发电车的蓄电池充电维护系统
CN209626984U (zh) 海上风力发电系统和海上输电系统
US11764585B2 (en) Wind power generation system and power conversion apparatus
CN208369227U (zh) 风力发电机组的直流配电系统
CN104578146B (zh) 风力发电机组孤岛运行的控制方法、装置和系统
US20100187821A1 (en) Sustainable process of clean energy generation and distribution
EP3182554A1 (en) A system for converting distributed renewable energy into usable energy
CN116722576A (zh) 一种基于混联换流阀的海上风电直流送出拓扑电路及系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220421

Address after: Munich, Germany

Patentee after: Siemens energy global Corp.

Address before: Munich, Germany

Patentee before: SIEMENS AG