CN103168403B - 控制风力发电厂变压器 - Google Patents

Abstract

一种用于控制给具有可调匝数比的WPPT的导频信号（Ps）的方法，其中，变压器的初级侧连接到多个WTG以及可变无功补偿负载，所述方法包括以下步骤：接收初级侧实际电压（V_MV）；接收初级侧实际电流（I_QMV）；基于补偿电流（I_QC）和所述初级侧实际电流（I_QMV）估计线路电压降（D_V）；将电压误差（V_err）形成为额定电压值（V_R）和估计出的线路电压降（D_V）之和减去所述初级侧实际电压（V_MV），即，V_err=V_R+D_VV_MV；以及根据所述电压误差（V_err）更新所述导频信号（Ps）。

Description

控制风力发电厂变压器

技术领域

本发明总体涉及发电，更具体地涉及用于对风力涡轮发电机产生的电压进行改进控制的方法和设备。

背景技术

将风能转化成电的风力发电作为动力来源正在持续增加。聚集了多个风力涡轮发电机(WTG)的风力发电厂(WPP)代表了对其他能源的高度环保的替代品，目前正在包括沿海国家、陆地国家和岛国的许多国家中被发展并且建立起来。

虽然对WPP连接到电网的要求可能会变化，但是通常的目标包括允许发展、维护以及操作协同的、可靠的及经济的输电。然而，由于风可能频繁地改变其方向和大小，所以从WTG产生的电压可能是不稳定的。作为示例，不同的风速被转变为不同的有效发电水平，由此针对不同的风速具有不同的电压电平。

为了对电源中不期望的波动进行补偿并抵消能源产生中的干扰(诸如电压下降、电压增大和瞬时断电等)，可以在WPP中安装无功功率设备。例如，如果要改善WPP的动态特性，则该无功功率设备可以包括静态补偿器，如果要求与稳态性能有关，则该无功功率设备可以包括可切换电容器，或者该无功功率设备可以包括静态补偿器和可切换补偿器的组合。

来自WTG和无功功率设备的、要提供给电网的电压经常通过WPP变压器(WPPT)进行变压。然而，为了抵消电源中的电压干扰，希望改善WPPT的控制，使得在供电方面满足电网要求。然而，特别是由于WTG的数量较大和/或无功功率设备对WPP的影响，这样的控制可能难以实现。

而且，如果WPPT初级侧的电压不稳定并且WTG机端的电压可能也不稳定，则对提供给电网的电压的独立控制的性能可能下降。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的是提供对WPPT的改进控制。

根据本发明，本发明的目的由用于控制给具有可调匝数比的WPPT的导频信号(Ps)的方法来实现，该方法中，变压器的初级侧连接到多个WTG和可变无功补偿负载，所述方法包括以下步骤：接收初级侧实际电压(V_MV)，接收初级侧实际电流(I_QMV)，基于补偿电流(I_QC)和所述初级侧实际电流(I_QMV)估计线路电压降(D_V)，将电压误差(V_err)形成为额定电压值(V_R)和所估计的线路电压降(D_V)之和减去所述初级侧实际电压(V_MV)，即，V_err＝V_R+D_V-V_MV，以及根据所述电压误差(V_err)更新所述导频信号(Ps)。

由此，本发明的方法通过监测误差信号来确定导频信号，该误差信号包括WTG连接到WPPT的虚阻抗上的线路电压降D_V。由此，WTG机端被维持在标称值附近的合适电压处。这里，基于I_QMV和来自可变无功补偿负载的补偿电流I_QC来估计D_V。要被最小化的电压误差V_err等于额定电压值V_R加上D_V并减去初级侧实际电压V_MV。通过在控制导频信号Ps时包括D_V和I_QC，即，包括(远程)WTG和可变无功补偿负载的特性，来实现WPPT的改进控制。结果，WTG机端电压相对于它们的标称值的偏离可以减小，并且作为另一个结果，WPP提供给电网的电压可以更接近地跟随电网的期望电压。

术语“导频信号”这里指的是被V_err更新后的输出控制信号，即，启动WPPT的输出控制信号。而且，术语“匝数比”指的是WPPT的初级侧绕组和次级侧绕组之间的比，使得WPPT匝数比变化而其他参数未变化，意味着变压后的电压发生变化。

WPPT的初级侧连接到多个WTG。然而，WPPT的初级侧和多个WTG之间的连接可以以许多方式实现。作为示例，一个或几个变压器可以设置在WTG和WPPT之间，以在电压在WPPT处被进一步变压之前对WTG产生的电压进行变压。而且，汇流条可以实现为具有针对各个WTG的连接点，用于收集所产生的电力并将收集到的电力传导到WPPT。汇流条电压通常小于电网电压，但是适当地高于刚从WTG输出的电压。

WPPT的初级侧还可以连接于可变无功补偿负载。可变无功补偿负载可以包括诸如电容器等的无功元件，其中，可变无功补偿负载对例如能量产生中的WTG干扰进行补偿，并且还提高功率因数。可变无功补偿负载可以连接到如上所述的汇流条。本发明的一个重要动机在于至今还不能以可靠方式预测或估计补偿电流。这进而使自动变压器控制更加棘手。

本发明的方法还包括接收初级侧实际电压V_MV(即，WPPT初级侧处的电势)的步骤。作为示例，可以通过连接到WPPT初级侧的电压计来获得电压V_MV。

该方法还包括接收初级侧实际电流I_QMV的步骤，其中，电流I_QMV例如可以通过连接到WPPT初级侧的安培计来接收。

如上所述，该方法还包括基于补偿电流I_QC和初级侧实际电流I_QMV来估计线路电压降D_V的步骤。更精确地，如果可变无功补偿负载和多个WTG连接到公共点(例如，汇流条)，则可以按照基尔霍夫(Kirchhoff)电流定律通过从补偿电流I_QC减去初级侧实际电流I_QMV(即，I_QC-I_QMV)来计算来自多个WTG的电流。然后，可以按照U＝Z_W·I，利用D_V＝Z_W·(I_QC-I_QMV)来计算线路电压降D_V，其中，Z_W表示下面要指定的阻抗。由此，通过计算阻抗Z_W(其可以被解释为虚阻抗)两端的电压来估计线路电压降(D_V)。

多个WTG与WPPT之间的主要阻抗是由连接到所述多个WTG的一个或几个变压器引起的。多个WTG阻抗可以被建模为总阻抗，而该阻抗进而可以通过阻抗系数来建模。为了使给WPPT的导频信号Ps赋予有益属性，应当选择阻抗系数。过大的阻抗Z_W可以赋予导频信号Ps不期望的大振幅，这导致WPPT的启动过于唐突，而太小的阻抗Z_W可能导致控制缓慢或控制不充分。

该方法还包括通过将电路段上的贡献电压(contributingvoltage)进行求和来形成用于控制导频信号P_S的电压误差V_err。当电压V_MV减去电压降D_V与额定电压V_R一致时，电压误差消失。

换言之，电压误差V_err被计算为额定电压值V_R与所估计的线路电压降D_V之和减去初级侧实际电压V_MV，即：V_err＝V_R+D_V-V_MV。

该方法还包括根据电压误差V_err更新导频信号Ps。该上下文中的术语“根据”指的是按照常规的自动控制原理作为电压误差V_err的函数来更新导频信号Ps。作为一个示例，如果电压误差V_err等于0作为应用了给定Ps值的结果，则导频信号Ps应当保持不变，使得WPPT的可调匝数比不变，而保持额定电压值V_R加上变压器初级侧处的电压降D_V。然而，如果电压误差V_err不等于零，则可以改变WPPT的可调匝数比以增大或减小该匝数比，因此，增大或减小提供给电网的电压，从而抵消电压误差V_err。

根据一个方面，该方法还包括测量所述补偿电流I_QC。作为示例，通过在连接线中设置安培计可以执行测量补偿电流I_QC，补偿电流I_QC从补偿负载流过该连接线。

根据一个方面，该方法还包括基于所述实际无功补偿负载Z_V和所述初级侧实际电压V_MV来估计补偿电流I_QC。由此，根据电压V_MV和负载Z_V，可以估计实际补偿电流I_QC。作为示例，如果实际无功补偿负载Z_V包括并联设置的多个电容器，并且它们的电压降是V_MV，则电流I_QC可以被估计为各个电容器电流之和：I_n＝V_MV/(1/jωC_n))＝j(ωC_n)·V_MV，其中，j是虚数单位，ω是角频率，以及C_n是编号为n的电容器的电容。因此，振幅将是V_MV的ωC_n倍，而相位滞后将是π/2。

根据一个方面，所述可变无功补偿负载由管理控制及数据获取系统(例如，SCADA)来控制，并且基于从所述SCADA接收的所述无功补偿负载Z_V的实际值来计算所述补偿电流I_QC。由此，可变无功补偿负载可通信地连接到SCADA，使得该系统可以选择性地控制可变无功补偿负载。作为示例，如果可变无功补偿负载包括并联连接的多个电容性元件，则SCADA可以开启或关闭各个电容性元件。

SCADA可以与不同的无线或有线通信介质(例如，以太网)进行接口连接，并且可以支持标准协议以与任意第三方软件进行接口连接。SCADA的优点是在一个中央通信网关中集中了多个功能，减少了所需通信线路的数量以提高控制水平。在WPP中，SCADA可以可通信地连接到WPPT，使得SCADA接收例如关于WPPT匝数比的信息。SCADA与WPPT和/或SCADA与无功补偿负载可以通过无线连接或线缆连接而连接。

应当注意，如果WPP中包括静态补偿器(STATCOM)，则不仅可以根据无功补偿负载，而且还根据静态补偿器的特性来计算补偿电流I_QC。

根据一个方面，估计所述线路电压降D_V的步骤包括通过所述补偿电流I_QC和所述初级侧实际电流(I_QMV)之间的差的倍数来估计所述线路电压降D_V，即，D_V＝(I_QMV-I_QC)·K_L，其中，K_L是阻抗系数。作为示例，阻抗系数K_L可以是与例如多个WTG和/或连接到多个WTG的变压器的尺寸和/或位置有关的一个或几个变量的函数。另选地，K_L可以由WPP的操作者进行改变，以补偿WTTP控制时观测到的不足。根据用于无功功率注入的符号法则，K_L可以是正的或负的。在本公开中，来自WPP的电容电流注入被认为是正的，因此K_L应当是负的。优选地，K_L是基于连接到多个WTG的变压器的阻抗而确定的恒定负系数，是由该阻抗是多个WTG与汇流条之间的最大阻抗的事实促成的近似值。因此，K_L表示出于估计线路电压降D_V的目的而选择的恒定阻抗。

另选地，如果在公共耦合点(PCC)处的WPPT次级侧电压在0.90-0.95p.u.(每单位)的范围内，则阻抗系数K_L被设置为第一值K_L1，如果WPPT次级侧电压在0.95-1.05p.u.的范围内，则阻抗系数K_L被设置为第二值K_L2，而如果WPPT次级侧电压在1.05-1.10p.u.的范围内，则阻抗系数K_L被设置为第三值K_L3。这允许反馈控制的特性根据系统的变化动态以及设计要求而变化。例如，由于更大误差对电气系统的组件可能有进一步的影响，因此与小波动相比，不同的控制策略可以被认为对于较大误差是合适的。尽管这提高了可配置性，但是控制器在各区间内以完全线性的方式观测并关注电压误差，由此维持线性控制的鲁棒性、可分析性以及其他益处。本领域技术人员将容易理解，可以提供具有可分别配置的阻抗系数的多于三个的区间，以实现更适合的控制行为。

根据一个方面，所述可变无功补偿负载包括并联设置并通过开关可分别连接到所述变压器的初级侧的多个无功元件。由此，可以为电容器(优选地为高电压型)的无功元件可以通过开关可连接到WPPT的初级侧，使得可以通过各开关的操作来调节对WPPT初级侧的电容性贡献(capacitivecontribution)。上面已经讨论了在这样的配置中如何基于初级侧实际电流来计算补偿电流。

根据一个方面，所述导频信号(Ps)直接管理所述变压器的初级侧和次级侧之间的匝数比。由此，可以根据导频信号(Ps)来改变WPPT的匝数比。有利地，在为变压器提供自动控制时把这考虑进来。为了减小过于频繁启动导致的机械磨损和其他负面影响，形成正确反映系统状态的误差信号是很重要的。如通过本发明，选择熟悉的误差信号避免了现有技术中必须在过于缓慢控制和过度磨损之间进行选择的困境。

作为示例，如果值与导频信号Ps相对应的电压误差V_err是零，或者可能位于诸如接近零值的小范围的死区之内，则不改变WPPT的可调匝数比，以维持变压器初级侧处的实际电压。但是，如果电压误差V_err不是零，或者可能在死区外部，则导频信号Ps可以促使WPPT的可调匝数比变化，从而增加或减小电网至汇流条电压比。

而且，可以由确定电压误差超过死区的持续时间的定时器来处理导频信号Ps。如果作为更新导频信号Ps的依据的电压误差V_err在死区外部，则可以使定时器递增。当定时器达到特定时间时，可以根据电压误差V_err是高于死区还是低于死区来控制增大导频信号Ps还是减小导频信号Ps，并且可以重置定时器。这样的延迟定时器的一个目的是减小设备磨损。

类似地，如果电压误差V_err由于光滑系统动力学(smoothsystemdynamic)或抽头变换(tapchange)而在死区内，则可以重置和/或中断定时器。在电压误差V_err落在所定义的界限之下和/或在电压误差V_err超过所定义的界限的情况下，也可以中断定时器的操作。

根据一个方面，导频信号Ps激励设置在所述变压器中的抽头变更器，用于管理变压器的初级侧和次级侧之间的匝数比。换言之，导频信号Ps可以促使沿着变压器绕组重新连接到不同的连接点抽头，这使得选择变压器绕组的不同匝数。作为示例，抽头变更器可以是改变WPPT次级侧上的绕组的带负载抽头变更器(OLTC)。为了独立于风速和电网负载实现受控的WTG机端电压，导频信号Ps激励抽头变更器以管理WPPT匝数比。优选地，WTG机端的电压接近标称值，并且如果可能，仅在小范围内变化。

对于抽头变更器的重要要求是在将操作频率尽可能减小到最低的同时维持期望电压，从而减轻组件磨损和/或使能耗最小。

更新导频信号Ps还可以包括使电压误差所需的、导频信号中的任何变化延迟预定时段。其优点在于该延迟用于防止作为瞬时电压变化或自校正电压变化的响应而进行不需要的抽头变更。作为示例，稳定振荡的导频信号Ps将使得根据该振荡连续调节WPPT的匝数比。然而，由于这往往是不期望的并且连续调节往往相互抵消，所以延迟可以有利地避免这样的变化。

与预定延迟相关的另一个优点在于可以在通过导频信号Ps激励WPPT匝数比的任何调节之前提供期望的延时。作为示例，延时可以是时间的函数，使得针对第一抽头变更的延时比针对后续抽头变更的延时要长。

根据本发明，提供了用于生成给WPPT的导频信号Ps的控制器，该WPPT具有可调匝数比并且其初级侧连接到多个WTG和可变无功补偿负载。控制器包括：电流估计器，其用于基于所述实际无功补偿负载Z_V和初级侧电压V_MV来估计补偿电流I_QC；线路电压降估计器，其可通信地连接到所述电流估计器，用于基于补偿电流I_QC来估计线路电压降D_V；加权求和器，其可通信地连接到所述电流估计器，用于所述额定电压值V_R和所述电压降D_V之和(作为一个方面)与所述初级侧实际电压V_MV(作为另一方面)之间的差值来计算电压误差V_err；以及反馈控制器，其可通信地连接到所述加权求和器，用于生成导频信号Ps。所述反馈控制器适合于通过调节所述导频信号Ps来将所述电压误差V_err维持为零。

根据本发明，提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储用于执行控制给具有可调匝数比的WPPT的导频信号Ps的方法的计算机可读指令的计算机可读介质。

根据本发明，提供了一种自调节风力发电厂变压器系统，其包括具有可调匝数比的风力发电厂变压器，以及控制器。

与本发明的方法有关的上述讨论在应用部分与本发明的控制器、计算机程序产品以及WPPT系统有关。因此，参考该讨论。

根据以下详细的公开、所附权利要求以及附图，本发明的其他目的、特征和优点将变得明显。

通常，权利要求中所使用的所有术语根据它们在技术领域中的普通含义来解释，除非在本文中另有明确定义。对“【元件、设备、组件、装置、步骤等】”以及“该/所述【元件、设备、组件、装置、步骤等】”的所有提及开放地指的是至少存在一个所述元件、设备、组件、装置、步骤等，除非另有明确说明。本文中所公开的任何方法的步骤没有必要以所公开的精确顺序来执行，除非明确声明。在其他实施方式中，可以组合以上概述的两个或更多个实施方式的特征，除非它们明显是互补的。在不同权利要求中记载的两个特征的事实不排除它们可以被有效地组合。同样地，其他实施方式还可以省略对于预期目的不必需或不必要的某些特征。

附图说明

通过本发明的优选实施方式的以下示例性和非限制性的详细描述，参照附图将更好地理解本发明的上述以及附加目的、特征和优点，在附图上，相同的附图标记将用于相同的部件。

图1是本发明的风力发电厂的示意图，

图2是本发明的风力发电厂的电路的示意图，

图3是本发明的控制器的示意图，

图4示出了根据本发明的控制器的简化的示意性实施方式，以及

图5是本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1是用于从风中的动能发电的WPP中的多个WTG的示意性表示。各WTG与阻抗Z_j关联，其中，该阻抗应当被解释为连接到WTG的负载，诸如电缆和变压器，即，例如可以是电阻性负载、电感性负载和/或电容性负载。WPP中的多个WTG示意性地并联连接到公共电缆。因此，所述多个WTG的阻抗Z₁、Z₂、Z₃,…,Z_N并联连接。

通过本领域中本身已知的技术，WPP中该多个WTG还可以被建模为一个总WTG，示出在图1中的右边。这里，并联设置的阻抗元件Z₁、Z₂、Z₃,…,Z_N与等效阻抗Z_TOT相对应。同样地，总WTG被认为具有从发电厂中组成WTG以明确方式集合的特性。这样，来自多个WTG的累积负载可以被建模为WPP中所有WTG的总阻抗。

图2示出了WPP的示意性电路模型，其中，点划线将位于WTG级的内部无功功率/电压控制回路和由风力发电厂控制器(WPPC)控制的外部电压控制回路分开。

在描述内部无功功率/电压控制回路时，如图1中建模的WPP的总WTG示出在左下角。连接到总WTG的是由两个部分交叠的圆圈表示的变压器以及示意性地表示为电阻器的电缆。变压器和电缆可以被解释为如图1中所示的总阻抗Z_TOT。

总WTG和变压器通过电缆连接到中压(MV)汇流条。而且，静态补偿器(STATCOM)与总WTG并联地连接到MV汇流条，STATCOM是用于使能WPP的静态能力的无功功率设备。

与总WTG和STATCOM并联连接到MV汇流条的是也并联设置的两个电容性元件，CAP1和CAP2。电容性元件的目的尤其是仅补偿多个WTG独自无法满足的电网要求，以及抵消能量产生时的干扰。该电容性补偿负载(这里被示出为两个电容性元件CAP1和CAP2)是示意性绘出的，即，例如，对于元件个数和/或元件连接到MV汇流条的排列，电容性元件构造的多种变型是可行的。

MV汇流条连接到WPP的变压器WPPT的初级侧，WPPT被绘制为两个大的交叠圆圈。次级侧上的WPPT绕组可由连接到WPPT的带负载抽头变更器(OLTC)调节。更具体地，OLTC可以沿着变压器绕组改变连接点抽头，这允许选择变压器绕组的特定匝数。因此，WPPT的匝数比是可调节的，这表示OLTC可以改变WPPT的初级侧和WPPT的次级侧之间的电压比。在WPPT的次级侧上，变压器连接到电网(GRID)。

OLTC可通信地连接到管理控制及数据获取系统(SCADA)，该系统接收例如关于WPPT的匝数比的信息。SCADA与WPPT之间和/或SCADA与无功补偿负载之间的通信可以通过无线连接或通过线缆连接而提供。而且，SCADA连接到开关C1和C2，所述开关分别与电容性元件CAP1和CAP2连接或断开。由此，电容性元件通过开关连接到SCADA，使得SCADA可以选择性地控制CAP1和CAP2与WPP中的MV汇流条的连接。

汇流条电势的变化将使补偿电流I_QC从电容性元件CAP1和CAP2流到它们在MV汇流条的连接点。传导到MV汇流条的还有来自总WTG和STATCOM的电流I_Qw。在MV汇流条的连接点中，两个电流添加到流到WPP的变压器WPPT的初级侧的MV电流I_QMV。在简化的分析中，可以假设整个汇流条处于等电势。

这里，图2示出了如下电路，在该电路中，补偿电流I_QC添加到来自WTG和STATCOM的电流I_QW，并且在该电路中，组合后的电流I_QMW被传导到WPPT的初级侧。基于所述电流，OLTC调节WPPT的次级侧，并且与调节电容性负载的SCADA进行通信，因此改变I_QC等。为了以足以设计和运行适当的控制系统的方式进一步简化电路分析，人们可以忽略所有实际电流而仅研究虚拟组件，如在符号表示中始终使用标记Q来表示。

图3是本发明的控制器的示意图。第一加权求和器Σ设置在附图左侧部分中，加上将传导到变压器WPPT初级侧的MV电流I_QMV并且减去来自电容性元件CAP1和CAP2的补偿电流I_QC。第一加权求和器Σ的输出(I_QW＝I_QMV-I_QC)是根据模型从总WTG和STATCOM流出的电流。因为在一些情况下变压器和总WTG的电缆的电阻和/或来自STATCOM的电阻与I_QC相比可以忽略，所以可以在没有来自该电阻的贡献的情况下来计算电流I_QW。但是，可以增加该特征作为对更精确的控制的改进。

而且，将电流I_QW乘以负阻抗系数K_L，其中，K_L基于总WTG的阻抗Z_W。将电流I_QW乘以阻抗系数K_L得出电压D_V，电压D_V被用于对因汇流条和总WTG机端之间的阻抗而引起的电压降进行建模。

将额定电压V_R加到第二加权求和器Σ。在加权求和器Σ中加上电压降D_V并且减去初级侧实际电压V_MV，使得求得电压误差V_err为V_err＝V_R+D_V-V_MV。

在该实施方式中，将电压误差V_err提供给应用死区(-D≤V_err≤D)的滤波器。如果电压误差V_err在死区D内，则死区滤波器的输出P_E是零。但是，如果电压误差V_err在死区外部，则输出P_E是非零，这将最终增大或减小匝数比，由此增大或减小电压比。

应当注意，示意性地绘出了死区滤波器的迁移功能(transferfunction)，即，死区可以沿着误差轴移动和/或增大或减小，死区外部的行为可以反而是非线性的等。

而且，在该实施方式中，可以在具有输出信号P_L的逻辑(LGOIC)功能部中由定时器来处理信号P_E，定时器确定电压误差超过死区的持续时间。如果电压误差V_err(利用该电压误差V_err更新信号P_E)在死区外部，则可以使定时器递增。当定时器达到特定时间时，依据电压误差V_err是高于还是低于死区来控制信号P_E是增大还是减小，并且重置定时器。

类似地，如果电压误差V_err由于稳态动力学或抽头变更(tapchange)而在死区内，则可以重置和/或中断定时器。还可以在电压误差V_err落在所定义的界限以下的情况下和/或当电压误差V_err超过预定的界限时，中断定时器的操作。

而且，还包括延迟(DELAY)功能部，对电压误差所需的、输入信号P_L的任何变化进行延迟。该方面的优点在于该延迟用于防止作为瞬时电压变化或自校正电压变化的响应而进行不必要的抽头变更。逻辑(LOGIC)部的延迟功能和专用延迟(DELAY)级以不同方式处理死区滤波器输出，并且可以分别应用于该实施方式的变型例中。

最右边方框的输出是WPPT的抽头位置，即，激励抽头位置的导频信号Ps。由此，可以调节匝数比，从而改变电压比。

在实际情况中，可以在本领域技术人员的能力之内通过实验确定出现在用于估计电压降D_V的表达式中的常数K_L。更精确地，可以通过在WPP的正常操作(包括正常电网瞬变和风力波动)期间监视抽头变更器的行为的同时调谐反馈控制器，来识别K_L的合适范围。通过可以充当用于细调起点的经验法则，使K_L和“汇流条与(总)WTG”之间的线路阻抗Z_W按照恒定乘积因子有关，即，K_L在风力发电厂基础阻抗的2和20％之内，优选地在风力发电厂基础阻抗的5和12％之间，更优选地在风力发电厂基础阻抗的7和9％之间。该法则可以用于设计图2中所示类型的WPP系统的WPPT控制器，并且可能需要适于针对具有不同布局或包括不同组件的系统而提供令人满意的指导。

图4示出了根据本发明的控制器的简化实施方式。第一求和器501接收由因子为-1的放大器500加权后的补偿电流I_QC、以及MV电流I_QMV作为输入。求和器501的输出被提供给具有放大因子K_L的放大器502，其中，K_L<0是阻抗系数。放大器502的输出变为K_L·(I_QC-I_QMV)，其是线路电压降D_V的估计值。

第二求和器503接收放大器502的输出K_L·(I_QC-I_QMV)、额定电压V_R以及初级侧实际电压V_MV，后者由因子为-1的放大器504进行加权。求和器503求和得到要被最小化的电压误差V_err＝V_R+K_L·(I_QC-I_QMV)-V_MV。

而且，电压误差V_err由因子为α的放大器505进行加权，由此生成作为放大器505输出的导频信号Ps。导频信号Ps激励WPPT506，以将期望的初级侧值保持为额定电压值V_R加上电压降D_V。显然，在该示例中，包括导频信号计算的控制系统是完全线性的。

图5是根据本发明的实施方式的方法的流程图。该流程图开始于方框601，其中，接收初级侧实际电压(V_MV)。进一步地，在方框602中，接收初级侧实际电流(I_QMV)。进一步地，在方框603中，基于补偿电流(I_QC)和初级侧实际电流(I_QMV)估计线路电压降(D_V)。进一步地，在方框604中，电压误差(V_err)形成为额定电压值(V_R)加上估计出的线路电压降(D_V)并减去初级侧实际电压(V_MV)，即：V_err＝V_R+D_V-V_MV。最后，在方框605中，根据电压误差(V_err)来更新导频信号(Ps)。通过可编程计算机或专用固件电路可以执行该方法。

已经参照少数实施方式主要描述了本发明。但是，如本领域技术人员容易地理解的，除了上面公开的实施方式之外的其他实施方式也同样可能落在如所附专利权利要求书所限定的本发明的范围内。

Claims (13)

1.一种用于控制给具有可调匝数比的风力发电厂变压器的导频信号Ps的方法，所述风力发电厂变压器的初级侧连接到：多个风力涡轮发电机；以及可变无功补偿负载，所述方法包括以下步骤：

接收初级侧实际电压V_MV；

接收初级侧实际电流I_QMV；

基于实际无功补偿负载Z_V和所述初级侧实际电压V_MV来估计补偿电流I_QC；

基于所述补偿电流I_QC和所述初级侧实际电流I_QMV估计所述风力涡轮发电机连接到风力发电厂变压器的虚阻抗上的线路电压降D_V；

将电压误差V_err形成为额定电压值V_R与所估计出的线路电压降D_V之和减去所述初级侧实际电压V_MV，即，V_err＝V_R+D_V-V_MV；以及

根据所述电压误差V_err更新所述导频信号Ps。

2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括测量所述补偿电流I_QC。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述可变无功补偿负载由管理控制及数据获取系统SCADA来控制，并且基于从所述SCADA接收的所述无功补偿负载Z_V的实际值来计算所述补偿电流I_QC。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述估计线路电压降D_V的步骤包括通过所述补偿电流I_QC和所述初级侧实际电流I_QMV之差的倍数来估计所述线路电压降D_V，即，D_V＝(I_QMV-I_QC)·K_L，其中，K_L是阻抗系数。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述可变无功补偿负载包括并联设置并分别通过开关可连接到所述变压器的初级侧的多个无功元件。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述导频信号Ps管理所述变压器的初级侧和次级侧之间的匝数比。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述导频信号Ps激励设置在所述变压器中的抽头变更器，用于管理所述变压器的初级侧和次级侧之间的匝数比。

8.一种用于生成给具有可调匝数比的风力发电厂变压器的导频信号Ps的控制器，其中，所述变压器的初级侧连接到多个风力涡轮发电机和可变无功补偿负载，所述控制器包括：

电流估计器，其用于基于实际无功补偿负载Z_V和初级侧实际电压V_MV来估计补偿电流I_QC；

线路电压降估计器，其可通信地连接到所述电流估计器，用于基于所估计出的补偿电流I_QC和初级侧实际电流I_QMV来估计所述风力涡轮发电机连接到风力发电厂变压器的虚阻抗上的线路电压降D_V；

加权求和器，其可通信地连接到所述电流估计器，用于将电压误差V_err计算为额定电压值V_R与所述线路电压降D_V之和减去所述初级侧实际电压V_MV；以及

反馈控制器，其可通信地连接到所述加权求和器，用于生成导频信号Ps，所述反馈控制器适合于通过调节所述导频信号Ps将所述电压误差V_err维持为零。

9.根据权利要求8所述的控制器，其中：

所述可变无功补偿负载由可通信地连接到所述控制器的管理控制及数据获取系统SCADA来控制；并且

所述电流估计器适用于从所述管理控制及数据获取系统SCADA接收所述无功补偿负载Z_V的实际值。

10.根据权利要求8或9所述的控制器，其中，所述电压降估计器是将所述补偿电流I_QC和初级侧实际电流I_QMV之差作为输入信号并且将阻抗系数K_L作为其增益的放大器。

11.根据权利要求8或9所述的控制器，其中，所述反馈控制器适用于生成管理所述变压器的初级侧和次级侧之间的匝数比的导频信号Ps。

12.根据权利要求11所述的控制器，其中，所述反馈控制器适用于生成激励所述变压器中所设置的抽头变更器的导频信号Ps，该导频信号Ps用于管理所述变压器的初级侧和次级侧之间的匝数比。

13.一种自调节风力发电厂变压器系统，所述自调节风力发电厂变压器系统包括：

具有可调匝数比的风力发电厂变压器；以及

权利要求8-12中任意一项所述的控制器。