用于电网阻抗和动态估计的方法与流程

1.本发明涉及用于估计电网阻抗的分量的方法。此外，本发明涉及用于基于电网阻抗的估计分量，控制功率馈送进入电网的装置。


背景技术：

2.电网依赖于来自电力生成单元的功率馈送。电网所需的功率馈送量由电网阻抗确定，因此，电网阻抗确定馈送进入电网的有功功率和无功功率的量。用于估计电网阻抗的方法在本领域中是已知的，例如，电网阻抗可通过电网的th
é
venin等效模型来估计。然而，th
é
venin定理仅适用于线性电网。此外，由于电网变化，电网的电网阻抗常常随时间改变，以及因此可能必须被重新计算。
3.us 2015/0025860公开了一种用于估计在公共耦合点处耦合到发电机的电网的电网特性的方法。使用电压、电流和公共耦合点处的电压和电流之间的相位角作为输入参数，通过电网模型，估计电网特性。输入参数使用于在至少三个不同工作点处求解的方程中。
4.ep 2 688 172公开了一种用于控制电力系统的操作的方法。当无功功率注入电力系统，以增加系统电压，或从电力系统吸收，以降低系统电压时，该方法测量测量的局部电压的变化。由此，由于无功功率产生或吸收的变化而导致的局部电压的变化是系统阻抗的指示，以及因此也允许计算短路比(scr)。
5.ep 1 841 037 a2公开了一种用于确定与电网相关的参数值的方法。电网具有互连点，在此处，电网电耦合到电源。该方法包括测量电网的互连点处的实际功率和无功功率，以获得多个实际功率值和多个无功功率值。该方法还包括测量互连点处的电压，以获得多个电压值。利用多个真实功率值、多个无功功率值、和多个电压值和数学估计技术，估计与电网相关的至少一个参数值。


技术实现要素：

6.本发明的实施方式的一个目的是提供一种用于以简单且快速的方式估计电网的电网阻抗的方法。
7.本发明的实施方式的另一目的是提供能够向电网提供功率馈送的可再生发电厂，其比类似的现有技术可再生发电厂更精确。
8.本发明的实施方式的另一目的是提供能够根据电网阻抗的变化，调整向电网的功率馈送的可再生发电厂。
9.根据第一方面，本发明提供一种用于估计在互连点处耦合到电力生成单元的电网的电网阻抗z分量的方法，所述方法包括以下步骤：
[0010]-确定跨互连点的电压v
meas
；由电力生成单元输送到电网的有功电流i
p
和/或有功功率p；以及由电力生成单元输送到电网的无功电流iq和/或无功功率q，
[0011]-使用递归自适应滤波器算法，并基于确定的电压v
meas
和确定的有功电流i
p
和/或有功功率p；以及无功电流iq和/或无功功率q，估计参数估计向量，参数估计向量为电网的
系统响应的所选模型限定估计模型参数组，
[0012]-基于参数估计向量，以及通过将参数估计向量的参数组应用到所选模型，创建电网的模型表示，
[0013]-使用模型表示，对电网计算系统dc增益向量，所述dc增益向量表示在电网的稳定状态处，一方面电压v
meas
与另一方面有功电流i
p
和/或有功功率p、无功电流iq和/或无功功率q之间的相关性，以及
[0014]-从系统dc增益向量导出电网阻抗z、和/或电网阻抗z的电阻r、和/或电网阻抗z的电抗x，其中，z＝r jx。
[0015]
因此，根据第一方面，本发明提供了一种用于估计电网的电网阻抗z分量的方法。在本文中，术语“电网”应解释为用于将功率从生产者输送到消费者的互连电网。
[0016]
电网可具有不同的拓扑。这种拓扑的示例是，例如，径向电网和网状电网。
[0017]
电网还可具有耦合在其上的电部件，即电部件可耦合到互连的电网。电部件可例如是电阻的、电容的和/或电感的。这种电部件的示例包括但不限于开关装置、变压器或电容器组。
[0018]
电网具有电网阻抗z。电网阻抗z具有复数形式z＝r jx，其中，r是复电网阻抗z的实部，表示复电网阻抗z的电阻部分。类似地，x是复电网阻抗z的虚部，表示复电网阻抗z的电抗部分。虚部x可以是零，在这种情况下，电网阻抗z是纯电阻的。类似地，实部r可以是零，在这种情况下，电网阻抗z是纯电抗的。作为替代，实部r以及虚部x可以是非零的，在这种情况下，电网阻抗z包括电阻部分和电抗部分。
[0019]
电网在互连点处耦合到电力生成单元。互连点可被看作是电网和电力生成单元之间的物理界面，即电力生成单元耦合到互连电网的点。
[0020]
在本文中，术语“电力生成单元”应解释为能够产生功率并将所产生的功率的全部或部分供应给电网的单元。电力生成单元可以是常规单元，诸如发电厂、内燃机等，或者它可以是可再生电力生成单元，诸如风力涡轮机、光伏电池等。
[0021]
在根据本发明的第一方面的方法中，跨互连点的电压v
meas
；由电力生成单元输送到电网的有功电流i
p
和/或有功功率p；以及由电力生成单元输送到电网的无功电流iq和/或无功功率q被最初确定。
[0022]
因此，最初确定跨互连点的电压v
meas
。电压v
meas
是跨电网和电力生成单元之间的点的电压，即跨电力生成单元耦合到电网的点。相应地，电压v
meas
是在电力生成单元之前并朝向电网的电压。
[0023]
此外，确定有功电流i
p
和/或有功功率p。因此，可仅仅确定有功电流i
p
。可替代地，可仅仅确定有功功率p。作为另一替代，可确定有功电流i
p
以及有功功率p。有功电流i
p
表示由电力生成单元输送到电网的有功电流i
p
的量。类似地，有功功率p表示由电力生成单元输送到电网的有功功率的量。因此，有功电流i
p
以及有功功率p表示电力生成单元向电网提供的功率的有功部分。
[0024]
此外，确定无功电流iq和/或无功功率q。因此，可仅仅确定无功电流iq。可替代地，可仅仅确定无功功率q。作为另一替代，可确定无功电流iq以及无功功率q。无功电流iq表示由电力生成单元输送到电网的无功电流iq的量。类似地，无功功率q表示由电力生成单元输送到电网的无功功率的量。因此，无功电流iq以及无功功率q表示电力生成单元向电网提供
的功率的无功部分。
[0025]
因此，通过确定电压v
meas
、有功电流i
p
和/或有功功率p、以及无功电流iq和/或无功功率q，已经获得关于跨互连点的电压、关于由电力生成单元输送到电网的功率的有功部分、以及关于电力生成单元输送到电网的功率的无功部分的信息。
[0026]
电压v
meas
、i
p
和/或p、以及iq和/或q的确定可以例如通过直接测量来执行。直接测量可以例如借助于功率计来执行。作为替代，电压v
meas
、有功电流i
p
和/或有功功率p、以及无功电流iq和/或无功功率q可从其他参数导出，所述其他参数可被测量。例如，知道电压v
meas
和无功功率q，就可导出无功电流iq。
[0027]
接下来，使用递归自适应滤波器算法，并基于确定的电压v
meas
、以及确定的有功电流i
p
和/或有功功率p、以及确定的无功电流iq和/或无功功率q，估计参数估计向量。因为参数估计向量是基于先前确定的电压和电流和/或功率参数估计的，所得的参数估计向量取决于这些参数，以及因此，电压和电流和/或功率参数的变化将被反映在估计的参数估计向量中。
[0028]
参数估计向量为电网的系统响应的所选模型限定估计模型参数组。因此，选择反映电网如何预期作出反应，响应于电压、有功功率和/或无功功率的变化的模型。因此，所选模型考虑了关于电网和电力生成单元的一般考虑，以及所选模型可被视为模型的“类型”。然而，实际电网的确切系统响应是由需要应用到所选模型的模型参数组确定的。根据本发明，这些模型参数以参数估计向量的形式被估计。
[0029]
在本文中，术语“递归自适应滤波器算法”应解释为具有由可变参数控制的空间状态模型，以及根据优化算法调整那些参数的滤波器。此将在下面更详细地描述。
[0030]
接下来，基于参数估计向量，并通过将参数估计向量的参数组应用到所选模型，创建电网的模型表示。因为电网的模型表示是基于参数估计向量创建的，所得的模型表示取决于参数估计向量，以及由此取决于形成参数估计向量的基础的电压和电流和/或功率参数的变化。更具体地，在估计估计向量时识别的参数组被应用于所选模型。由此，基于所选模型并包括所应用的参数组，所得的模型表示反映在实际普遍情况下实际系统的实际行为。
[0031]
电网的模型表示可以是状态空间表示，以及可以是如下数学形式
[0032][0033]
将在下面更详细地描述状态空间表示。
[0034]
接下来，使用模型表示，对电网计算系统dc增益向量。由于对电网的系统dc增益向量是使用模型表示来计算的，因此计算出的系统dc增益向量取决于模型表示。因此，模型表示的变化将反映在计算出的系统dc增益向量中。相应地，所确定的电压、电流和/或功率参数的变化也反映在dc增益向量中。
[0035]
dc增益向量表示在电网的稳定状态处，一方面电压v
meas
与另一方面有功电流i
p
和/或有功功率p、无功电流iq和/或无功功率q之间的相关性。这是由于以下事实：估计向量的
参数(为了创建模型表示，其应用于所选模型)是基于电压v
meas
、关于有功功率的信息和关于无功功率的信息来估计的。dc增益向量的每个向量元素可以是对每个输入i
p
和iq的增益标量值，在稳定状态处，形成输出v
meas
。
[0036]
在本文中，术语“电网的稳定状态”应解释为电网的一状态，在所述状态中，动态效应(例如由系统变化引起的)已经减弱，即基本上没有动态的状态。相应地，计算出的dc增益向量反映当不考虑动态效应时，电压v
meas
如何对有功功率和/或无功功率的变化作出反应。然而，根据本发明，尽管动态效应实际上是存在的，也计算dc增益。
[0037]
系统dc增益向量可使用上述状态空间表示来计算，以及可以具有以下形式
[0038]kdc
＝d-ca-1b[0039]
最后，从系统dc增益向量导出电网阻抗z、和/或电网阻抗z的电阻r、和/或电网阻抗z的电抗x，其中，z＝r jx。因为dc增益向量表示在电网稳定状态处电压、有功功率和无功功率之间的相关性，它是对电网阻抗z的合适的测量，因为电网阻抗z也与电网的稳定状态有关。
[0040]
可通过计算和/或求解系统dc增益向量来执行推导。因为电网阻抗z、和/或电网阻抗z的电阻r、和/或电网阻抗z的电抗x是从系统dc增益向量导出的，导出的电网阻抗z、和/或电网阻抗z的电阻r、和/或电网阻抗z的电抗x取决于计算出的系统dc增益向量。因此，计算出的系统dc增益向量和确定的电压、电流和/或功率参数的任何变化将反映在导出的电网阻抗z、和/或电网阻抗z的电阻r、和/或电网阻抗z的电抗x中。
[0041]
系统dc增益向量可以是上述形式，以及可因此以以下方式导出
[0042][0043]
如上所述，在此情况下，dc增益向量的每个向量元素是对每个输入i
p
和iq的增益标量值，在稳定状态处，形成输出v
meas
。
[0044]
一个优点是参数估计向量的估计需要很少的输入变量，即确定的电压v
meas
和确定的有功电流i
p
和/或有功功率p；以及确定的无功电流iq和/或无功功率q。这允许估计方法是简单的，因为要处理的变化的数量是低的。此外，递归自适应滤波器算法提供了对参数估计向量的精确的和可靠的估计，以及由此对用于提供电网的精确模型表示所需的参数的精确的和可靠的估计。电网的模型表示将来自所估计的参数估计向量的参数应用到所选模型，以及因此创建的模型表示也将是精确的。使用模型表示计算出的系统dc增益向量是表示电网阻抗z的简单方式。由此，电网阻抗z、和/或电网阻抗z的电阻r、和/或电网阻抗z的电抗x以快速且容易的方式导出。
[0045]
此外，本发明的方法允许电网阻抗被导出，同时考虑动态，从某种意义上说，局部关于电力生成单元的电网的动态行为被考虑在内。这种局部动态行为可例如是由其他自动电压调节avr单元引起的。随着可再生能源厂越来越多地取代传统发电厂，将增加更多的局部avr单元，导致电网在注入有功功率和无功功率时对电压具有越来越多的动态行为。可获得电网的完全知识，包括静态以及动态行为。由此可获得更准确的电压控制。
[0046]
确定跨互连点的电压v
meas
；由电力生成单元输送到电网的有功电流i
p
和/或有功功
率p；由电力生成单元输送到电网的无功电流iq和/或无功功率q的步骤可包括测量电压v
meas
、有功电流i
p
、有功功率p、无功电流iq和/或无功功率q。根据此实施方式，电压v
meas
、i
p
和/或p以及iq和/或q的确定通过直接测量来执行。这些测量可直接在电网中测量，这是快速且可靠的确定参数的方式。测量可以例如借助于功率计、电流互感器、相量测量单元和瓦特计来执行。
[0047]
可替代地，电压v
meas
、i
p
和/或p以及iq和/或q的测量可通过间接测量来执行，其中，v
meas
、i
p
和/或p以及iq和/或q不是直接测量的，但其他相关参数可被测量，以及v
meas
、i
p
和/或p以及iq和/或q可从其导出。
[0048]
递归自适应滤波器算法可以是递归最小二乘算法。根据此实施方式，递归最小二乘算法递归地找到使与一个或多个输入信号相关的加权线性最小二乘(加权线性回归)成本函数最小化的系数。类似地，该算法可提供一个或多个输出信号。递归最小二乘算法提供了一种快速且有效的数据处理方法。
[0049]
可替代地或可附加地，递归自适应滤波器算法可以是卡尔曼算法。根据此实施方式，卡尔曼算法使用随时间观察到的一系列测量，以及通过估计每个时间帧对变量的联合概率分布，产生未知变量的估计。卡尔曼算法提供了一种计算高效且快速的数据处理方法。
[0050]
可替代地或可附加地，另一递归自适应滤波器算法，诸如最小均方算法或类似的可被使用。最小均方算法提供了一种具有低复杂度和简单实施的估计算法。
[0051]
电网的模型表示可以是状态空间表示。根据此实施方式，作为输入、输出和状态变量组，电网的状态空间表示是物理系统的数学模型。状态空间表示可适配于多输入多输出系统。
[0052]
例如，创建电网的模型表示的步骤可包括创建以下形式的状态空间表示：
[0053][0054]
其中，a、b、c和d是矩阵，估计参数估计向量的步骤可包括估计矩阵a、b、c和d的参数。
[0055]
根据此实施方式，u(t)表示在时间t处对状态空间模型的输入，其形式分别为在时间t处的有功电流i
p
(t)和无功电流iq(t)。y(t)表示在时间t处状态空间模型的输出，其形式为测量的电压v
meas
(t)。电压v
meas
(t)包括静态部分vz(t)和动态部分v
dyn
(t)。
[0056]
矩阵a表示系统的动态行为。矩阵b和矩阵c表示系统的增益响应，b是输入矩阵，以及c是输出矩阵。矩阵d表示系统的前馈。根据此实施方式，d＝0，即不考虑系统的前馈。在这种情况下，估计向量是构成矩阵a、b、c和d的参数的值列表，以及由此提供了为了借助于模型表示来描述系统所需的所有必要信息。
[0057]
计算系统dc增益向量的步骤可包括应用以下公式：
[0058]kdc
＝d-ca-1
b，
[0059]
其中，k
dc
是系统dc增益向量，以及a、b、c和d是状态空间表示的矩阵。
[0060]
根据此实施方式，一旦以参数估计向量的形式已经获得分别的矩阵的参数，则借助于对所得的矩阵执行简单矩阵操作来计算dc增益向量。这是容易的计算，以及由此可快速且容易地获得dc增益向量。
[0061]
该方法还可包括基于电网的模型表示，导出电网的电压动态的阻尼比ζ和/或振荡频率ωn的步骤。根据此实施方式，电网的模型表示还可用于导出电网的电压动态的阻尼比ζ和/或振荡频率ωn。
[0062]
阻尼比ζ描述了系统对抗系统的瞬态响应的振荡性质的能力。大的阻尼比ζ值产生具有较小振荡性质的瞬态响应。类似地，较低的阻尼比ζ值产生具有较高振荡性质的瞬态响应。具有阻尼比ζ的系统可以是无阻尼的(ζ＝0)、欠阻尼的(ζ＜1)、临界阻尼的(ζ＝1)或过阻尼的(ζ＞1)。
[0063]
电压动态的振荡频率ωn描述了电压动态振荡的频率。阻尼比ζ和/或振荡频率ωn是基于电网的模型表示导出的。电网的模型表示的特征值分析可用于导出阻尼比ζ和/或振荡频率ωn。特征值是与线性方程组相关的标量组，即矩阵方程，经常称为特征值或特征根。
[0064]
因此，根据此实施方式，获得关于电网的动态的信息。关于电网的动态的信息可用于获得关于电压动态的瞬态周期、电压动态被阻尼的程度以及电压动态何时达到稳定状态的知识。此外，指示电压动态的幅度的振荡电压v
dyn
可从导出的阻尼比ζ和振荡频率ωn来估计。
[0065]
所获得的信息还可用于控制跨互连点确定的电压v
meas
。电网可具有标称电压vn、振荡电压v
dyn
和跨电网阻抗的电压vz。
[0066]
跨互连点确定的电压v
meas
可表示为电网的电压的总和，使得v
meas
＝v
dyn
vn vz。通过获得关于动态的信息(阻尼比ζ和振荡频率ωn)，可导出振荡电压v
dyn
。标称电压vn常态地由电网操作者提供。相应地，通过以上述方式确定v
meas
并导出v
dyn
，可导出跨电网阻抗的电压vz。然后，使用欧姆定律，以及基于导出的电压vz和确定的电流i
p
和iq，可容易地导出电网阻抗z。
[0067]
此外，所获得的信息可用于提供电力生成单元的自适应电压控制，其考虑电网阻抗z、电阻r、电抗x、振荡频率ωn和/或阻尼比ζ的变化。由此，由电力生成单元提供给电网的电压、有功电流i
p
和/或无功电流iq可被控制以处理这种变化，例如阻尼系统中的动态变化。
[0068]
电网的电压动态可包括电网中的机器动态。根据此实施方式，机器动态可以是源自电网中的机电发生器的部件。可替代地或可附加地，电压动态可包括由电网中的其他电压调节机制引起的动态。此可例如包括位于附近的另一发电厂处的自动电压调节(avr)单元。
[0069]
导出电网阻抗z、和/或电网阻抗z的电阻r、和/或电网阻抗z的电抗x的步骤可包括基于电网阻抗z的电阻r和电抗x，导出x/r比。根据此实施方式，x/r比是复电网阻抗z的虚部x的比率，表示复电网阻抗z的电抗部分，以及复电网阻抗z的实部r表示复电网阻抗z的电阻部分。因此，电网阻抗z本身可不必根据此实施方式导出。
[0070]
x/r比可对需要断路器中断的短路电流的水平有影响。断路器是用于停止电路中的电流的流动作为安全措施的自动装置。x/r比还可用作电网中的变压器的设计因素。
[0071]
电力生成单元可形成可再生发电厂的部分，以及方法还可包括以下步骤：基于估计的电网阻抗z、和/或电网阻抗z的电阻r、和/或电网阻抗z的电抗x，控制电力生成单元提
供功率馈送进入电网。根据此实施方式，电力生成单元形成可再生发发电厂的部分，所述可再生发电厂包括一个或多个可再生电力生成单元，诸如风力涡轮机、光伏电池等，电力生成单元可因此是这种可再生电力生成单元。
[0072]
此外，根据此实施方式，所述方法还包括以下步骤：基于估计的电网阻抗z、电阻r和/或电抗x，控制电力生成单元提供功率馈送进入电网。因此，电力生成单元以一方式被控制，所述方式使得由电力生成单元实际馈送到电网的功率与电网阻抗z一致，以及由此，由电力生成单元输送到电网的功率可容易地适配于跟随电网阻抗的任何变化。
[0073]
控制电力生成单元提供功率馈送进入电网的步骤可通过以下执行：控制相对于估计的电网阻抗z、和/或电网阻抗z的电阻r、和/或电网阻抗z的电抗x的有功功率馈送和/或无功功率馈送的斜率。控制来自电力生成单元的有功功率馈送和/或无功功率馈送的斜率的步骤可以例如通过以下执行：对取决于估计的电网阻抗z、和/或电网阻抗z的电阻r、和/或电网阻抗z的电抗x的电力生成单元的有功功率产生和无功功率产生有增益。
[0074]
可替代地，查找表可用于控制取决于估计的电网阻抗z、和/或电网阻抗z的电阻r、和/或电网阻抗z的电抗x的有功功率馈送和/或无功功率馈送。
[0075]
控制电力生成单元的步骤可包括控制由电力生成单元输送到电网的有功电流i
p
和/或有功功率p；以及由电力生成单元输送到电网的无功电流iq和/或无功功率q。根据此实施方式，基于估计的电网阻抗z、电阻r和/或电抗x，控制由电力生成单元提供到电网的功率。
[0076]
因此，电力生成单元以一方式被控制，所述方式使得实际上由电力生成单元馈送到电网的有功电流i
p
和/或有功功率p；以及无功电流iq和/或无功功率q与电网阻抗z、电阻r和/或电抗x一致。由此，由电力生成单元输送到电网的有功电流i
p
和/或有功功率p；以及无功电流iq和/或无功功率q可容易地适配于跟随电网阻抗z、电阻r和/或电抗x的任何变化。
[0077]
控制由电力生成单元输送到电网的有功电流i
p
和/或有功功率p；以及由电力生成单元输送到电网的无功电流iq和/或无功功率q的步骤可通过以下执行：对取决于估计的电网阻抗z、和/或电网阻抗z的电阻r、和/或电网阻抗z的电抗x的电力生成单元的有功功率产生和无功功率产生有增益。
[0078]
可替代地或可附加地，对电力生成单元的有功功率产生和无功功率产生的增益可取决于其他系统参数，诸如确定的跨互连点的电压v
meas
和/或电网频率。
[0079]
电力生成单元可以是风力涡轮发电机。根据此实施方式，电力生成单元是可再生电力生成单元，其形式为风力涡轮机。风力涡轮机可以是独立的风力涡轮机，或者它可形成包括两个或多个风力涡轮机的风场的部分。可替代地，电力生成单元可以是另一种可再生电力生成单元的形式，诸如一个或多个光伏电池、水力发电机等。
[0080]
导出电网阻抗z、和/或电网阻抗z的电阻r、和/或电网阻抗z的电抗x的步骤可包括导出电网阻抗的绝对值|z|，使用公式：
[0081][0082]
根据此实施方式，电网阻抗z的绝对值被导出为电网阻抗z的电阻r的平方加上电网阻抗z的电抗x的平方的平方根。
[0083]
方法还可包括确定短路比为电网阻抗的绝对值|z|的倒数的步骤。根据此实施方式，导出短路比。短路比是机电发生器的稳定性的度量。短路比是在开路时产生额定
电枢电压所需的励磁电流与在三相短路条件下产生额定电枢电流所需的励磁电流的比值。scr是表示机电发生器的操作特性的容易且可靠的方式。因此，导出的scr可用于确定电网是否稳定，以及这转而可用于确定是否在此方面应用适当的措施。
[0084]
基于电网阻抗z的电阻r和电抗x，可使用以下公式导出电网阻抗z的角度θ：
[0085][0086]
根据此实施方式，角度θ被导出为x/r比的反正切。电网阻抗z的角度θ可用于以另一数学形式表示电网阻抗z，所述数学形式没有指定电阻r和电抗x。假设电网阻抗的绝对值|z|和电网阻抗z的角度θ是已知的，电网阻抗可用以下数学形式表示：
[0087]
z＝|z|∠θ＝|z|(cosθ j sinθ)＝|z|e
jθ
.
[0088]
根据第二方面，本发明提供了包括多个电力生成单元的可再生发电厂，所述多个电力生成单元在互连点处耦合到电网，其中，电力生成单元中的至少一个适配为：基于电网阻抗z、电网阻抗z的电阻r和/或电网阻抗z的电抗x，提供功率馈送进入电网，其中，电网阻抗z、电阻r和/或电抗x已经按照根据本发明的第一方面的方法进行估计。
[0089]
因此，根据第二方面，本发明提供了包括多个电力生成单元的可再生发电厂，所述多个电力生成单元在互连点处耦合到电网。基于电网阻抗z、电网阻抗z的电阻r和/或电网阻抗z的电抗x，电力生成单元中的至少一个适配于提供功率馈送进入电网。电网阻抗z、电网阻抗z的电阻r和/或电网阻抗z的电抗x已经按照根据本发明的第一方面的方法进行估计。相应地，以上参照本发明的第一方面所述的说明在这里同样适用。
[0090]
因此，根据本发明第二方面的可再生发电厂被配置为提供功率馈送进入电网，由于以上参照本发明的第一方面所述的原因，其与电网阻抗z、电网阻抗z的电阻r和/或电网阻抗z的电抗x一致。因此，由可再生发电厂输送到电网的功率可容易地适配于跟随电网阻抗的任何变化。
[0091]
优点是：可再生发电厂的至少一个电力生成单元适配为基于估计的电网阻抗z、电网阻抗z的电阻r和/或电网阻抗z的电抗x，提供功率馈送，其中，估计是按照根据本发明的第一方面的方法，因为由此可以以紧密跟随电网阻抗z的任何变化的方式控制功率馈送。所述多个电力生成单元的功率馈送与估计的电网阻抗z、电阻r和/或电抗x之间的这种一致性使得可再生发电厂能够以可靠的方式提供精确的功率馈送。
[0092]
此外，所述多个电力生成单元的功率馈送与估计的电网阻抗z、电阻r和/或电抗x之间的一致性还使得可再生发电厂能够根据电网阻抗的变化，以快速且准确的方式，使功率馈送适配于电网，因为电网阻抗z、电阻r和/或电抗x以快速且可靠的方式确定，如上所述，以及因此，电力生成单元能够对电网阻抗z的任何变化快速做出反应。
[0093]
电力生成单元可以是风力涡轮发电机。根据此实施方式，电力生成单元是以风力涡轮机的形式的可再生电力生成单元。可替代地，电力生成单元可以是另一种可再生电力生成单元的形式，诸如一个或多个光伏电池、水力发电机等。
[0094]
可再生发电厂可包括多个风力涡轮机。可替代地或可附加地，可再生发电厂可包括一个或多个可替代种类的可再生功率发生器，诸如光伏电池、水力发电机、电池储存器等。
附图说明
[0095]
参照附图，现在将更详细地描述本发明，其中
[0096]
图1是说明包括电压源和电网阻抗z的电网的示意图，该电网阻抗z使用根据本发明的实施方式的方法来估计，
[0097]
图2是说明根据本发明的实施方式的方法的框图，
[0098]
图3是说明根据本发明的实施方式的方法的流程图，以及
[0099]
图4是说明在根据本发明的实施方式的方法中使用的状态空间模型的框图。
具体实施方式
[0100]
图1是说明包括电压源2和电网阻抗z的电网1的示意图。电压源2具有作为电压vn和v
dyn
之和的电压，其中，vn是常态地由电网操作者提供的标称电压，v
dyn
表示与电网1的电压动态4相关的振荡电压。
[0101]
电网阻抗z具有复数形式z＝r jx，其中，r是电网阻抗z的实部，表示电网阻抗z的电阻部分。类似地，x是电网阻抗z的虚部，表示电网阻抗z的电抗部分。由此，电网阻抗z由电阻r和电抗x表示。存在跨电网阻抗z的电压vz。
[0102]
电网1的电压动态3由振荡频率ωn和阻尼比ζ表示。阻尼比ζ描述系统对抗系统的瞬态响应的振荡性质的能力。此外，振荡频率ωn描述电压动态3振荡的频率。因此，电网1的电压动态3可用于获得电压动态3的瞬态周期、电压动态3被阻尼的程度以及电压动态3何时达到稳定状态的知识。此外，振荡电压v
dyn
指示电压动态的幅度。因此，v
dyn
可以例如从阻尼比ζ和振荡频率ωn来估计。
[0103]
跨互连点4的电压v
meas
例如通过直接测量被确定。互连点4是电网1和向电网1输送功率的电力生成单元(未示出)之间的物理界面。由此，电压v
meas
是电网1和电力系统的其余部分，尤其电力生成单元之间的电压的度量。电压v
meas
还可表示为电网1的所有电压之和，即v
meas
＝v
dyn
vn vz。
[0104]
此外，由电力生成单元输送到电网1的有功电流i
p
和/或有功功率p例如通过直接测量被确定。此外，由电力生成单元输送到电网1的无功电流iq和/或无功功率q也例如通过直接测量被确定。有功电流i
p
以及有功功率p表示电力生成单元向电网1提供的功率的有功部分。类似地，无功电流iq以及无功功率q表示电力生成单元向电网1提供的功率的无功部分。
[0105]
因此，关于跨互连点4的电压(其形式为v
meas
)，由电力生成单元提供的有功功率(其形式为i
p
和/或p)，以及由电力生成单元提供的无功功率(其形式为iq和/或q)的信息现在是可获得的。
[0106]
电压v
meas
以及有功电流i
p
和/或有功功率p；以及无功电流iq和/或无功功率q然后用于估计电网阻抗z。这可例如包括估计电网阻抗z本身，和/或估计电阻r，和/或电抗x。这可例如以下列方式完成。
[0107]
振荡电压v
dyn
基于电压动态3导出，以及标称电压vn由电网操作者提供。然后，跨电网阻抗z的电压vz从测量的电压v
meas
计算，即vz＝v
meas-v
n-v
dyn
。最后，电网阻抗z可通过以下估计：应用欧姆定律以及使用vz和确定的有功电流i
p
和/或有功功率p；以及确定的无功电流iq和/或无功功率q。
[0108]
图2是说明根据本发明的实施方式的方法的框图。许多输入参数(其形式为v
meas
、i
p
、p、iq和/或q，之前已经确定)例如以上文参考图1所述的方式，被馈送到估计器5。
[0109]
在估计器5中，基于输入参数，以及使用递归自适应滤波器算法，诸如递归最小二乘算法和/或卡尔曼算法，估计参数估计向量。参数估计向量为电网的系统响应的所选模型限定估计模型参数组。此外，基于所选模型和参数估计向量，通过将参数估计向量的参数组应用到所选模型，估计器5创建模型表示。模型表示是电网的状态空间表示，其作为输入、输出和状态变量组，是物理系统的数学模型。因此，模型表示取决于参数估计向量，以及由此取决于形成参数估计向量的基础的电压和电流和/或功率参数的变化。
[0110]
估计器5输出模型表示，该模型表示被用作到dc增益向量分析器6和特征值分析器7的输入。
[0111]
dc增益向量分析器6使用模型表示来计算电网1的dc增益向量。因此，模型表示的变化将反映在计算出的dc增益向量中。相应地，确定的电压、电流和/或功率参数的变化也反映在dc增益向量中。dc增益向量表示当电网处于稳定状态时，一方面电压与另一方面有功功率、无功功率之间的相关性。
[0112]
dc增益向量分析器6使用dc增益，从dc增益向量导出电网阻抗z、和/或电网阻抗z的电阻r、和/或电网阻抗z的电抗x。因为此原因，计算出的dc增益向量和确定的电压、电流和/或功率参数的任何变化将反映在导出的电网阻抗z、和/或电网阻抗z的电阻r、和/或电网阻抗z的电抗x中。此外，这是估计电网阻抗的容易且快速的方式，以及相应地，系统可对电网阻抗的任何变化快速做出反应。
[0113]
导出的电网阻抗z、电阻r和/或电抗x还可用于导出电网1的短路比(scr)、x/r比、电网阻抗的绝对值|z|和电网阻抗z的角度θ。
[0114]
基于模型表示，特征值分析器7导出阻尼比ζ和振荡频率ωn。阻尼比ζ和振荡频率ωn表示电网1的电压动态4，以及可例如用于估计电网1的电源2的振荡电压v
dyn
，如上文参考图1所述。
[0115]
因此，基于输入参数v
meas
、i
p
、p、iq和/或q，通过估计器8执行估计。估计器8估计参数估计向量，以及基于参数估计向量，创建模型表示。模型表示用作被用作到dc增益向量分析器6和特征值分析器7的输入。
[0116]
图3是说明根据本发明的实施方式的方法的流程图。该方法由第一步骤8开始，其中，电压v
meas
、有功电流i
p
和/或有功功率p；以及无功电流iq和/或无功功率q被确定。v
meas
、i
p
和/或p以及iq和/或q可以上文参考图1所述的方式确定。
[0117]
在第二步骤9中，使用递归自适应滤波器算法，诸如递归最小二乘算法或卡尔曼算法，并基于v
meas
、i
p
和/或p、以及iq和/或q，例如以上文参考图2所述的方式，估计参数估计向量。
[0118]
在第三步骤10中，基于参数估计向量，例如以上文参考图2所述的方式，创建模型表示，
[0119]
在第四步骤11中，模型表示被用于计算系统dc增益向量，例如以上文参考图2所述的方式。
[0120]
在第五步骤12中，例如以参照图1和图2所述的方式，导出电网阻抗z、和/或电网阻抗z的电阻r、和/或电网阻抗z的电抗x。
[0121]
图4是说明在根据本发明的实施方式的方法中使用的状态空间模型的框图，其形式为多输入、单输出模型。表示系统的有功电流和无功电流的输入u(k)被输入到状态空间模型，以及表示电压v
meas
的输出y(k)由状态空间模型输出。a、b、c和d表示系统的静态和动态行为，以及可以合适的矩阵的形式。参数估计向量限定要应用于矩阵的参数，以创建实际电网的模型表示。
[0122]
图4的模型表示是以下形式：
[0123][0124]
矩阵a表示系统的动态，矩阵b和矩阵c表示系统的增益，b为输入矩阵，以及c为输出矩阵，以及矩阵d表示系统的前馈，其可设置为零，以及由此不被考虑入内。