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1 9 )
United
S t a t e s
U S 20140159367A1
1 2 )
Pate nt Application Publication
1 0 ) P u b .
N o . :
U S
2 0 1 4 / 0 1 5 9 3 6 7 A 1
4 3 ) P u b . D a t e : Jun. 1 2 , 2014
5 4 )
7 1 )
7 2 )
2 1 )
OPERATINGAWIND TURBINEAND AWIND
FARM N DIFFERENT GRID STRENGTH
A p p l i c a n t :
Bo
i n ,
B r a n d e
D K )
I n v e n t o r :
A p p 1 . N o . : 1 3 / 9 7 1 , 9 1 1
Bo i n ,
B r a n d e
D K )
2 2 )
F i l e d :
A u g .
2 1 , 2 0 1 3
3 0 ) F o r e i g n A p p l i c a t i o n P r i o r i t y
D a t a
Sep.
2 1 ,
2 0 1 2 (EP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
121855068
1 0 7
1 0 9
t h _ r e 1
1 3
P u b l i c a t i o n C l a s s i ?c a t i o n
5 1 )
I n t .
C l .
F
3D
7 / 0 2
2 0 0 6 . 0 1 )
5 2 )
U . S .
C l .
CPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F03D /028 ( 2 0 1 3 . 0 1 )
USP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 44
5 7 ) ABSTRACT
A ethod f o r
c o n t r o l l i n g a
Wind
t u r b i n e
i s p r o p o s e d . The
W i n d
t u r b i n e
i s i n
a
W i n d
farm and
connected
t o a
p o i n t
of
com m on
c o u p l i n g t h a t i s c o n n e c t e d
t o a
u t i l i t y g r i d .
At l e a s t
o n e
q u a n t i t y
i n d i c a t i v e o f s h o r t
c i r c u i t r a t i o
o f h e t i l i t y
g r i d
i s
m e a s u r e d .
A o n t r o l
p a r a m e t e r
o f a c o n t r o l s y s t e m c o n t r o l
l i n g t h e
Wind
u r b i n e and h e
Wind
f a r m
i s a d j u s t e d .
b a s e d on
t h e m e a s u r e d
v a l u e
o f t h e q u a n t i t y .
1 0 0
1 2 7 ; /
U m a x /
U m i n
t h r e f
1 1 7 1 2 1 U M —
r e 1 _ n e w
1 2 3 1 2 5 1 2 9
1 3 5
/
1 3 7
131/
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F I G
1 1 0 0
1 2 7 ; /
U m a x
/
1 0 7 U m i n
\\
th
e f
t h _ r e f
1 1 3 1 1 7 121
\
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S h e e t
2 0f6
a t e n t A p p l i c a t i o n
P u b l i c a t i o n
E
m o m
-
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A p p l i c a t i o n
P u b l i c a t i o n J u n . 1 2 ,
2014
S h e e t
3
0 f
6 U S 2 0 1 4 / 0 1 5 9 3 6 7 A 1
F I G 3
3 0 3 1
0 . 9
0.8 -
0 . 7
g 0 . 0
0 . 5 -
0 .
2 ‘
2 0 0 ‘
0 . 1
\
1 2 3 4 5 6 7 8 9
30110
E s t i m a t e d S C R
3 0 7
/
F I G 4
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0 f 6 U S
2 0 1 4 / 0 1 5 9 3 6 7
A 1
— 0 . 1 — 0 . 0 5 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 9 0 1 0 3 0 . 3 5
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OPERATINGAWIND TURBINE
AND
AWIND
FARM
N
DIFFERENT
GRID
STRENGTH
CROSS REFERENCE
TO
RELATED
APPLICATIONS
[ 0 0 0 1 ]
T h e
p r e s e n t a p p l i c a t i o n
c l a i m s p r i o r i t y t o E u r o p e a n
P a t e n t
O f ? c e a p p l i c a t i o n N o .
121855068 EP ? l e d S e p .
2 1 ,
2 0 1 2 ,
t h e
e n t i r e c o n t e n t
o f w h i c h i s
h e r e b y
i n c o r p o r a t e d
h e r e i n b y r e f e r e n c e .
FIELD OF INVENTION
[ 0 0 0 2 ] The p r e s e n t i n v e n t i o n r e l a t e s t o a
method
and t o an
a r r a n g e m e n t f o r c o n t r o l l i n g a w i n d t u r b i n e
c o m p r i s e d i n
a
w i n d
f a r m , wherein
a t
l e a s t one g a i n
of
a c o n t r o l l e r
c o n t r o l
l i n g
t h e
wind
t u r b i n e
a n d / o r
t h e
wind f a r m i s a d j u s t e d b a s e d
on
an
e s t i m a t e d
s h o r t c i r c u i t r a t i o
of u t i l i t y g r i d
t o
which h e
w i n d
t u r b i n e i s
c o n n e c t e d
v i a a
p o i n t
o f
com m on
c o u p l i n g .
BACKGROUND OF
INVENTION
[ 0 0 0 3 ]
A
i n d
farm may comprise
one
o r m o r e
w i n d t u r
bines
w hich
r e
connected
o a common
od e
wh ich
may
l s o
be
r e f e r r e d t o
a s p o i n t
of
common o u p l i n g
t o
which
t h e
e l e c t r i c e n e r g y
i s
p r o v i d e d a n d from where h e e l e c t r i c e n e r g y
i s t r a n s f e r r e d t o t h e u t i l i t y g r i d , i n p a r t i c u l a r v i a one o r mor e
t r a n s f o r m e r s . The
u t i l i t y
g r i d may b e c o n n e c t e d v i a a h i g h
v o l t a g e d i r e c t c u r r e n t s y s t e m o r
v i a
a h i g h v o l t a g e a l t e r n a t i n g
c u r r e n t
s y s t e m .
[ 0 0 0 4 ]
T h e r e h a v e b e e n p r o b l e m s o b s e r v e d ,
when
h e w i n d
f a r m i s c o n n e c t e d t o
a
weak
r i d ,
i . e .
a u t i l i t y g r i d
which
a s
a
s m a l l
s h o r t c i r c u i t r a t i o o r a l a r g e
r e a c t a n c e .
I n p a r t i c u l a r ,
t h e weaker t h e
g r i d
i s , t h e l e s s
a c t i v e
power may
b e t r a n s f e r
a b l e t o
t h e
g r i d . T r a n s f e r r i n g
maximum a c t i v e
power
may
r e q u i r e
h a v i n g a n
a n g l e b e t w e e n t h e c u r r e n t
a n d t h e v o l t a g e o f
9 0 ° . H o w e v e r ,
a
maximum
o p e r a t i n g a n g l e
i s
recommended
i n
t r a d i t i o n a l
power s y s t e m ,
f o r
e x a m p l e ,
3 0° b e c a u s e a b o v e
t h e c e r t a i n a n g l e h e
o p e r a t i n g
p o i n t may a p i d l y a p p r o a c h h e
c r i t i c a l p o i n t
w i t h
a n
i n c r e m e n t a l
c h a n g e i n t h e t r a n s m i t t e d
p o w e r , c h a r a c t e r i z e d by a r a p i d i n c r e a s e i n dV/dQ
a t
t h e
r e c e i v i n g e n d .
[ 0 0 0 5 ] I t
h a s b e e n
o b s e r v e d ,
t h a t
wh en
h e
power r a n s m i t
t e d a p p r o a c h e s t h e a n g l e s t a b i l i t y l i m i t , t h e v o l t a g e
a t
a mid
s e c t i o n o f
h e
t r a n s m i s s i o n l i n e may e d e p r e s s e d
a n d
v o l t a g e
c o l l a p s e s may
b e
e x p e r i e n c e d .
A c c o r d i n g
t o a c o n v e n t i o n a l
s y s t e m , t h e v o l t a g e c o n t r o l l e r
o f
t h e
wind
t u r b i n e c a u s e s t h e
w i n d t u r b i n e t o i n j e c t a l a r g e
amount
o f
r e a c t i v e
power i n t o
t h e g r i d
which
may boo
t
t h e v o l t a g e back o a nominal
v a l u e .
H o w e v e r ,
t h e
k i n e t i c e n e r g y
s t o r e d
i n
t h e
r o t o r s y s t e m o f
t h e
w i n d u r b i n e t h e n d e c r e a s e s
o r pu mps back
o
t h e system and
c a u s i n g a g a i n
a
d e p r e s s e d
v o l t a g e w h i c h
f u r t h e r
c a u s e s wind
t u r b i n e s
t o
b e
t r i p p e d .
[ 0 0 0 6 ]
F u r t h e r , i t
h a s b e e n o b s e r v e d t h a t a l o s s o f v o l t a g e
s t a b i l i t y o c c u r s w h e n h e w i n d u r b i n e i s connected o a w e ak
g r i d .
A
ow
s h o r t
c i r c u i t r a t i o may be
due
t o a f a i l u r e i n a
t r a n s m i s s i o n l i n e
c o n n e c t i n g
t h e
p o i n t o f
common
c o u p l i n g
t o
t h e u t i l i t y g r i d .
SUMMARY OF INVENTION
[ 0 0 0 7 ] T h u s , t h e r e may
need
o r a m e t h o d and an a r r a n g e
m e n t f o r c o n t r o l l i n g
a
w i n d t u r b i n e
a n d / o r a
w i n d f a r m ,
w h e r e i n v o l t a g e
s t a b i l i t y
may b e e n s u r e d
o r
i m p r o v e d
a n d
w h e r e i n a c t i v e power s u p p l i e d t o t h e u t i l i t y g r i d may b e
i n c r e a s e d
a n d
w h e r e i n
t h e
wind
t u r b i n e s may
b e o p e r a t e d
i n
a s a f e and
s t a b l e
manner.
J u n .
1 2 ,
2 0 1 4
[ 0 0 0 8 ] T h i s
n e e d may e
met b y t h e s u b j e c t m a t t e r
a c c o r d
i n g t o t h e i n d e p e n d e n t c l a i m s . A d v a n t a g e o u s e m b o d i m e n t s o f
t h e p r e s e n t i n v e n t i o n a r e d e s c r i b e d
by
t h e d e p e n d e n t c l a i m s .
[ 0 0 0 9 ] A c c o r d i n g
t o
a n embodiment
o f t h e
p r e s en t i n v e n
t i o n ,
i t
i s
p r o v i d e d
a
method
o f
c o n t r o l l i n g a
wind
t u r b i n e
comprised i n a
w i n d
farm and
connected
t o a
p o i n t of
com
mon o u p l i n g c o n n e c t e d t o a
u t i l i t y g r i d ,
t h e method com
p r i s i n g : m e a s u r i n g a t
l e a s t
one
q u a n t i t y
i n d i c a t i v e o f
a
s h o r t
c i r c u i t r a t i o X , S C R , A V / A Q , A V / A l d ) o f t h e u t i l i t y g r i d ;
a d j u s t i n g a
c o n t r o l
p a r a m e t e r o f a
c o n t r o l
s y s t e m
c o n t r o l l i n g
t h e w i n d t u r b i n e and t h e w i n d
farm based on
t h e
measured
v a l u e o f t h e q u a n t i t y , i f t h e s h o r t
c i r c u i t r a t i o
i s s m a l l e r t h a n a
s h o r t
c i r c u i t r a t i o
t h r e s h o l d .
[ 0 0 1 0 ]
The
method may b e p e r f o r m e d by a
p a r k
p i l o t o r a
p a r k
c o n t r o l l e r w h i c h
s
c o m m u n i c a t i v e l y c o u p l e d
o a l l w i n d
t u r b i n e s o f t h e w i n d f a r m . I n
p a r t i c u l a r ,
t h e w i n d farm con
t r o l l e r
o r park
p i l o t
may end
one
o r m o r e c o n t r o l
s i g n a l s t o
t h e
w i n d
t u r b i n e which c o n t r o l s i g n a l s may c a u s e t h e
w i n d
t u r b i n e c o n t r o l l er t o a d j u s t / c h a n g e t h e i r c o n t r o l p a r a m e t e r s o r
t h e i r
c o n t r o l p a r a m e t e r .
[ 0 0 1 1 ] I n p a r t i c u l a r , p a r a m e t e r s o f
a
v o l t a g e c o n t r o l l e r a n d
a c u r r e n t
c o n t r o l l e r
of each i n d i v i d u a l w i n d
t u r b i n e
may
e
a d j u s t e d / c h a n g e d
d u e
t o t h e c o n t r o l s i g n a l s e n t
b y
t h e p a r k
p i l o t . F u r t h e r ,
t h e
p a r k
p i l o t
may c o m p r i s e i t s own o n t r o l l e r
which i s a d a p t e d t o d e r i v e r e f e r e n c e
q u a n t i t i e s ,
s u c h a s a
r e f e r e n c e v o l t a g e / c u r r e n t / a c t i v e p o w e r / r e a c t i v e power t o b e
s e n t t o
t h e
i n d i v i d u a l w i n d
t u r b i n e
c o n t r o l l e r s .
Also a
c o n t r o l
p a r a m e t e r o f
t h e c o n t r o l l e r o f t h e
p a r k
p i l o t may b e
a d j u s t e d
d u r i n g
t h e m e t h o d , i n
p a r t i c u l a r
i n a
c o o r d i n a t e d manner i t h
t h e a d j u s t m e n t o f t h e
c o n t r o l
p a r a m e t e r s
o f
t h e wind t u r b i n e
c o n t r o l l e r s .
[ 0 0 1 2 ] M e a s u r i n g
t h e a t
l e a s t o n e
q u a n t i t y
may c o m p r i s e
m e a s u r i n g v o l t a g e a n d / o r
c u r r e n t
a n d /
r
r e a c t i v e power a n d /
o r a c t i v e
power
a t t h e p o i n t of
common
o u p l i n g , a t
one
o r
m o r e w i n d t u r b i n e o u t p u t t e r m i n a l s , o r a t
any
o t h e r l o c a t i o n
b e t w e e n
t h e wind u r b i n e o u t p u t t e r m i n a l
a n d
t h e u t i l i t y g r i d .
From
t h e a t l e a s t one q u a n t i t y t h e
s h o r t - c i r c u i t
r a t i o
o r
t h e
r e a c t a n c e
o r
a n o t h e r
e q u i v a l e n t p h y s i c a l q u a n t i t y
may b e
d e r i v a b l e .
When
h e
a t
l e a s t
one
q u a n t i t y h a s
been measured
a t
a ? r s t l o c a t i o n
a p a r t from
t h e p o i n t
o f com m on
c o u p l i n g ,
t h e
s h o r t - c i r c u i t
r a t i o
a t
t h e p o i n t
o f
com m on
o u p l i n g may
be
e s t i m a t e d b a s e d
on h e
measured u a n t i t y a t
t h e
l o c a t i o n a p a r t
f r o m t h e
p o i n t
o f common
c o u p l i n g .
[ 0 0 1 3 ] A d j u s t i n g
t h e c o n t r o l
p a r a m e t e r o f t h e
c o n t r o l s y s
tem may o m p r i s e
a d j u s t i n g a p l u r a l i t y
o f c o n t r o l p a r a m e t e r s
o r
c o n t r o l
c o e f ? c i e n t s
of one
o r
m o r e c o n t r o l l e r s , comprising
wind t u r b i n e
c o n t r o l l e r
a n d / o r p a r k c o n t r o l l e r s . F u r t h e r i n
p a r t i c u l a r ,
i f t h e measured s h o r t - c i r c u i t
r a t i o
o r t h e e s t i m a t e d
s h o r t - c i r c u i t r a t i o i s above t h e s h o r t - c i r c u i t r a t i o
t h r e s h o l d
v a l u e , t h e
c o n t r o l
p a r a m e t e r s o r c o n t r o l l e d p a r a m e t e r o f t h e
c o n t r o l
s y s t e m
may
e
s u b s t a n t i a l l y
k e p t c o n s t a n t
f o r i n c r e a s
i n g s h o r t - c i r c u i t r a t i o .
T h e r e b y , t h e
m e t h o d
may b e s i m p l i
? e d .
[ 0 0 1 4 ]
By
a d j u s t i n g t h e
c o n t r o l p a r a m e t e r o f t h e c o n t r o l
s y s t e m ,
i f
t h e
s h o r t - c i r c u i t r a t i o
i s s m a l l e r t h a n a s h o r t - c i r c u i t
r a t i o t h r e s h o l d v a l u e , t h e v o l t a g e s t a b i l i t y
o f
t h e u t i l i t y g r i d
may
b e
i m p r o v e d , a c t i v e p o w e r s u p p l i e d t o t h e u t i l i t y g r i d
may be
i n c r e a s e d o r improved
and a s a f e and s t a b l e
o p e r a t i o n
o f
t h e
w i n d farm may be
a c h i e v e d .
[ 0 0 1 5 ] A c c o r d i n g t o a n embodiment o f t h e p r e s e n t
i n v e n
t i o n t h e
wind
t u r b i n e i s
o p e r a t e d w i t h a c t i v e power a n d / o r
r e a c t i v e power
c a p a b i l i t y
r e s e r v e
b y
g i v i n g r e a c t i v e c u r r e n t /
r e a c t i v e
power
h i g h e r p r i o r i t y
t h a n
a c t i v e c u r r e n t a n d / o r
a c t i v e p o w e r .
-
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US 014/0159367
A 1
[ 0 0 1 6 ] A c c o r d i n g t o a n embodiment
o f t h e
p r e s e n t i n v e n
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[ 0 0 1 7 ] The ? r s t
c o n t r o l l e r
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t u r b i n e c o n t r o l l e r c o n t r o l l i n g v o l t a g e o u t p u t a n d c u r r e n t
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[ 0 0 1 8 ]
The
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c o n t r o l l e r
may
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c o n t r o l l e r p o r t i o n . I n p a r t i c u l a r , t h e v o l t a g e c o n t r o l l e r o f t h e
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1 0
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wind u r b i n e . F u r t h e r ,
t h e
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be
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s l o w e r t h a n t h e c u r r e n t
c o n t r o l l e r i n t h e w i n d
t u r b i n e .
[ 0 0 1 9 ] I n
p a r t i c u l a r , t h e a d j u s t i n g t h e c o n t r o l p a r a m e t e r o f
t h e
c o n t r o l s y s t e m may o m p r i s e c o o r d i n a ti n g a d j u s t m e n t s o f
g a i n f a c t o r s i n t h e d i f f e r e n t c o n t r o l l e r s , i . e . t h e
? r s t
c o n t r o l l e r
a n d
t h e
s e c o n d
c o n t r o l l e r ,
a n d
i n p a r t i c u l a r a l s o t h e p a r t i c u l a r
s u b - c o n t r o l s e c t i o n s .
T h e r e b y ,
t h e
method may b e i m p r o v e d ,
i n p a r t i c u l a r r e g a r d i n g e n h a n c e m e n t o f a c t i v e p o w e r o u t p u t
a n d s t a b i l i Z i n g
t h e
v o l t a g e .
[ 0 0 2 0 ] A c c o r d i n g t o a n embodiment o f t h e p r e s e n t
i n v e n
t i o n , t h e ? r s t
c o n t r o l l e r c o m p r i s e s
a
? r s t
v o l t a g e c o n t r o l p o r
t i o n
p a r a m e t e r i z e d w i t h
a ? r s t v o l t a g e c o n t r o l l i n g p r o p o r
t i o n a l
c o e f ? c i e n t and a ? r s t c u r r e n t c o n t r o l p o r t i o n
p a r a m e t e r i z e d w i t h a ? r s t c u r r e n t c o n t r o l l i n g p r o p o r t i o n a l
c o e ? i c i e n t , w h e r e i n a d j u s t i n g t h e
c o n t r o l
p a r a m e t e r
o f
t h e
c o n t r o l
s y s t e m
c o m p r i s e s
i n c r e a s i n g t h e ? r s t c u r r e n t
c o n t r o l
l i n g
p r o p o r t i o n a l c o e ? i c i e n t
w i t h
d e c r e a s i n g s h o r t c i r c u i t
r a t i o
a n d
d e c r e a s i n g
t h e
? r s t
v o l t a g e
c o n t r o l l i n g
p r o p o r t i o n a l
c o e f ? c i e n t w i t h
d e c r e a s i n g
s h o r t
c i r c u i t r a t i o , t h e a d j u s t i n g
t h e c o n t r o l
p a r a m e t e r b e i n g
p e r f o r m e d
i n p a r t i c u l a r s u c h
t h a t
t h e
? r s t
c u r r e n t c o n t r o l p o r t i o n i s f a s t e r t h a n t h e
? r s t
v o l t a g e
c o n t r o l p o r t i o n .
[ 0 0 2 1 ] The o l t a g e c o n t r o l p o r t i o n
may e
p r o v i d e d
o
c o n
t r o l a
v o l t a g e o u t p u t o f t h e w i n d
t u r b i n e
and t h e
c u r r e n t
c o n t r o l p o r t i o n may be a d a p t e d o r p r o v i d e d t o c o n t r o l
a
c u r
r e n t o u t p u t o f t h e wind t u r b i n e . B o t h , t h e v o l t a g e c o n t r o l
p o r t i o n
and
t h e
c u r r e n t c o n t r o l p o r t i o n may
be
a d a p t e d
a s a
r e s p e c t i v e P I - c o n t r o l l e r h a v i n g
c o r r e s p o n d i n g
c o e f ? c i e n t s
f o r
p a r a m e t e r i z a t i o n .
[ 0 0 2 2 ] The i n c r e a s i n g t h e
? r s t
c u r r e n t
c o n t r o l l i n g
p r o p o r
t i o n a l
c o e ? i c i e n t may
b e
a p p r o x i m a t e l y l i n e a r
w i t h t h e
d e c r e a s i n g o f t h e s h o r t - c i r c u i t r a t i o . A l s o , t h e d e c r e a s i n g t h e
? r s t v o l t a g e c o n t r o l l i n g p r o p o r t i o n a l c o e ? i c i e n t may
b e
a t
l e a s t
s u b s t a n t i a l l y
l i n e a r
w i t h t h e d e c r e a s i n g t h e s h o r t - c i r c u i t
r a t i o . T h e r e b y , t h e
m e t h o d
may b e
s i m p l i ? e d . F u r t h e r ,
t h e
J u n .
1 2 ,
2 0 1 4
i n c r e a s i n g t h e ? r s t c u r r e n t
c o n t r o l l i n g
p r o p o r t i o n a l c o e f ?
c i e n t
a n d / o r t h e d e c r e a s i n g t h e
? r s t v o l t a g e
c o n t r o l l i n g p r o
p o r t i o n a l
c o e ? i c i e n t
may
b e c o d e d u s i n g
a
l o o k - u p t a b l e o r
f o r example a
m a t h e m a t i c a l
f u n c t i o n o r
t h e l i k e o r
by
i m p l e
m e n t i n g /
t o r i n g
a g r a p h .
[ 0 0 2 3 ]
T h u s
i n
p a r t i c u l a r , t h e ? r s t c u r r e n t c o n t r o l l i n g
p r o
p o r t i o n a l
c o e ? i c i e n t
may b e
changed i n a n o p p o s i t e manner
t o t h e c h a n g e
o f
t h e
? r s t v o l t a g e c o n t r o l l i n g p r o p o r t i o n a l
c o e f ? c i e n t , i n p a r t i c u l a r s u c h
t h a t
t h e
? r s t
c u r r e n t c o n t r o l
p o r t i o n i s
much a s t e r
t h a n
t h e
? r s t v o l t a g e
c o n t r o l p o r t i o n .
T h e r e b y , v o l t a g e
s t a b i l i t y may e i m p r o v e d a n d a c t i v e
p o w e r
o u t p u t
may b e i n c r e a s e d .
[ 0 0 2 4 ] A c c o r d i n g t o a n embodiment o f t h e p r e s e n t
i n v e n
t i o n ,
t h e s e c o n d
c o n t r o l l e r c o m p r i s e s
a s e c o n d
v o l t a g e
c o n t r o l
p o r t i o n p a r a m e t e r i z e d w i t h a s e c o n d v o l t a g e
c o n t r o l l i n g
p r o
p o r t i o n a l c o e f ? c i e n t , w h e r e i n
t h e a d j u s t i n g t h e
c o n t r o l
p a r a m e t e r o f
t h e
c o n t r o l s y s t e m c o m p r i s e s
d e c r e a s i n g
t h e
s e c o n d
v o l t a g e c o n t r o l l i n g p r o p o r t i o n a l c o e f ? c i e n t w i t h
d e c r e a s i n g
s h o r t c i r c u i t r a t i o .
[ 0 0 2 5 ]
T h e
d e c r e a s i n g
t h e
s e c o n d
v o l t a g e
c o n t r o l l i n g
p r o
p o r t i o n a l c o e f ? c i e n t may b e s u b s t a n t i a l l y l i n e a r
t o t h e
d e c r e a s i n g t h e
s h o r t - c i r c u i t
r a t i o .
T h e r e b y , t h e
method
may
b e s i m p l i ? e d . A l t e m a t i v e l y o r a d d i t i o n a l l y ,
t h e d e c r e a s i n g t h e
s e c o n d
v o l t a g e
c o n t r o l l i n g p r o p o r t i o n a l
c o e ? i c i e n t
may b e
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t a b l e ,
a
g r a p h o r
a
m a t h e m a t i c a l
f u n c t i o n .
[ 0 0 2 6 ] I n
p a r t i c u l a r , t h e
c h a n g i n g
t h e
? r s t
c u r r e n t c o n t r o l
l i n g
p r o p o r t i o n a l
c o e ? i c i e n t , t h e ? r s t v o l t a g e
c o n t r o l l i n g
p r o
p o r t i o n a l
c o e ? i c i e n t a n d / o r t h e
s e c o n d
v o l t a g e
c o n t r o l l i n g
p r o p o r t i o n a l c o e ? i c i e n t
may be based on a
s i m u l a t i o n
of
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e l e c t r i c a l
s y s t e m w h e n h e s h o r t - c i r c u i t r a t i o i s
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c h a n g e d .
[ 0 0 2 7 ] A c c o r d i n g t o a n embodiment o f t h e p r e s e n t
i n v e n
t i o n , t h e a d j u s t i n g t h e c o n t r o l
p a r a m e t er o n l y
i f
t h e
s h o r t
c i r c u i t r a t i o i s
s m a l l e r t h a n a s h o r t
c i r c u i t r a t i o
t h r e s h o l d , and
t h e m e t h o d i n
p a r t i c u l a r
c o m p r i s e s
s u b s t a n t i a l l y
k e e p i n g t h e
? r s t c u r r e n t
c o n t r o l l i n g p r o p o r t i o n a l
c o e ? i c i e n t , t h e ? r s t v o l t
a g e c o n t r o l l i n g p r o p o r t i o n a l c o e f ? c i e n t , a n d t h e s e c o n d v o l t
a g e c o n t r o l l i n g
p r o p o r t i o n a l
c o e ? i c i e n t
c o n s t a n t f o r a
s h o r t
c i r c u i t r a t i o a b o v e
t h e s h o r t
c i r c u i t r a t i o t h r e s h o l d .
[ 0 0 2 8 ] I n p a r t i c u l a r ,
t h e
i n v e n t o r o b s e r v e d ,
t h a t f o r r e l a
t i v e l y h i g h s h o r t - c i r c u i t r a t i o i t i s
s u f ? c i e n t
t o
k e e p
t h e g a i n s ,
i . e . t h e
c o e f ? c i e n t s ,
o f t h e r e s p e c t i v e c o n t r o l l e r s
c o n s t a n t ,
w h i l e s t a b i l i t y
o f
t h e v o l t a g e i s e n s u r e d a n d a c t i v e power
o u t p u t i s e n s u r e d a n d a c t i v e power o u t p u t
i s
i m p r o v e d .
T h e r e b y , t h e
m e t h o d may
b e
s i m p l i ? e d .
[ 0 0 2 9 ] H o w e v e r , b e l o w t h e
s h o r t - c i r c u i t
r a t i o t h r e s h o l d ,
v o l t a g e s t a b i l i t y may n o t b e
e n s u r e d
w i t h o u t a d j u s t i n g t h e
g a i n o r t h e c o n t r o l
p a r a m e t e r o f
t h e c o n t r o l s y s t e m ,
a s
p r o
p o s e d
b y e m b o d i m e n t s o f t h e
p r e s e n t
i n v e n t i o n .
[ 0 0 3 0 ] A c c o r d i n g
t o
a n embodiment
o f t h e
p r e s en t i n v e n
t i o n , t h e s h o r t
c i r c u i t
r a t i o t h r e s h o l d , a s o b t a i n e d f o r
t h e p o i n t
o f co m m o n c o u p l i n g , i s b e t w e e n 2 a n d 6 , i n p a r t i c u l a r
between
3
and
,
more i n p a r t i c u l a r between 2 . 5 and . 5 .
[ 0 0 3 1 ] I n p a r t i c u l a r ,
a d j u s t i n g t h e c o n t r o l
p a r a m e t e r
o f
t h e
c o n t r o l s y s t e m
may
o n l y
b e p e r f o r m e d
when h e
s h o r t - c i r c u i t
r a t i o i s
b e l o w t h e s h o r t - c i r c u i t
r a t i o t h r e s h o l d ,
t h e r e b y
s i m
p l i f y i n g t h e m e t h o d .
[ 0 0 3 2 ] When h e s h o r t - c i r c u i t r a t i o
i s
o b t a i n e d a t a l o c a t i o n
a p a r t o r
r e m o t e from t h e p o i n t o f
com m on
c o u p l i n g ,
t h e
s h o r t - c i r c u i t
r a t i o
a t
t h e p o i n t
o f
com m on
c o u p l i n g
may
b e
d e r i v a b l e t h e r e f o r e by
m a t h e m a t i c a l
o p e r a t i o n s o r math
-
8/17/2019 Paqtent1
10/15
US 014/0159367
A 1
e m a t i c a l / p h y s i c a l m o d e l i n g o f a
t r a n s m i s s i o n
l i n e b e t w e e n
t h e
two
p o i n t s
o r of
t h e
e n t i r e w i n d farm c o n n e c t e d t o
t h e
u t i l i t y g r i d .
[ 0 0 3 3 ] A c c o r d i n g t o a n embodiment
o f t h e
p r e s e n t i n v e n
t i o n ,
a c t i v e c u r r e n t
o u t p u t a n d / o r
a c t i v e
power
o u t p u t
b y
t h e
w i n d
t u r b i n e i s l i m i t e d by a m ax i m u m a c t i v e c u r r e n t
a n d / o r
maximum c t i v e power which s
a d i f f e r e n c e between a ? r s t
term and a
s e c o n d
term which s i n v e r s e l y p r o p o r t i o n a l t o t h e
s h o r t
c i r c u i t r a t i o .
[ 0 0 3 4 ]
The ? r s t
term may e r e l a t e d t o
a s q u a r e r o o t
of
a
s q u a r e
of an
v e r a l l
maximum
u r r e n t from wh ich s q u a r e
of
a r e f e r e n c e r e a c t i v e c u r r e n t
i s
s u b t r a c t e d .
B y
l i m i t i n g t h e
a c t i v e
c u r r e n t o u t p u t i n t h i s
m a n n e r ,
a
c a p a c i t y
r e s e r v e s a f e t y
m a r g i n )
m a y
be m a i n t a i n e d , i n o r d e r t o
e n s u r e
a
s t a b l e
o p e r a
t i o n , e s p e c i a l l y d u r i n g t r a n s i e n t s a n d u n d e r v o l t a g e ) d i s t u r
b a n c e .
I n
p a r t i c u l a r ,
t h e a c t i v e
p o w e r
o u t p u t
i s
t h e r e b y
r e d u c e d
below
t s
n o m i n a l v a l u e , i n f a v o r o f s t a b l e o p e r a t i o n
o f t h e
w i n d
t u r b i n e .
[ 0 0 3 5 ] A c c o r d i n g t o a n embodiment
o f t h e
p r e s e n t i n v e n
t i o n ,
t h e
m e t h o d
f u r t h e r
c o m p r i s e s m o n i t o r i n g a n a m p l i t u d e
o f
a e l e c t r i c a l q u a n t i t y ,
s u c h
a s , RMS a l u e
o f
t u r b i n e
t e r m i
n a l v o l t a g e ,
o r
e r r o r s i g n a l o f t u r b i n e
v o l t a g e c o n t r o l l e r ,
a n d
e t c
and
u r t a i l i n g a c t i v e power u t p u t by
h e
wind u r b i n e , i n
p a r t i c u l a r i n a s t e p w i s e m a n n e r , f u r t h e r i n p a r t i c u l a r
by
u p t o
e . g . 20 f
nominal a c t i v e power u t p u t , i f an
s c i l l a t i o n of
t h e m o n i t o r e d
a m p l i t u d e i s
d e t e c t e d , w h e r e i n t h e m e a s u r i n g
t h e a t l e a s t o n e q u a n t i t y and t h e a d j u s t i n g t h e c o n t r o l param
e t e r i s i n p a r t i c u l a r p e r f o r m e d a f t e r c u r t a i l i n g t h e a c t i v e power
o u t p u t .
[ 0 0 3 6 ] N o r m a l l y , t h e e l e c t r i c a l q u a n t i t y i s a n a l t e r n a t i n g
v o l t a g e h a v i n g
a
p a r t i c u l a r
f r e q u e n c y ,
s u c h a s 5 0
HZ
r
6 0
H Z ,
b u t which h a s
c o n s t a n t
RMS a l u e
and
which
i s m a i n t a i n e d
by t h e
o p e r a t i o n o f
t h e wind
t u r b i n e s . H o w e v e r ,
u n d e r a
d i s t u r b a n c e o f h e g r i d t h e a m p l i t u d e o f h e e l e c t r i c a l
q u a n t i t y
a t t h e
t u r b i n e t e r m i n a l
o r a t
a n y
l o c a t i o n a p a r t from
h e p o i n t
o f common c o u p l i n g ) may c h a n g e , i n p a r t i c u l a r may o s c i l
l a t e , such a s with a f r e q u e n c y
above
4 HZ e . g . o r
above
4 HZ.
T h e r e b y ,
t h e o p e r a t i o n may
o t
be
e n s u r e d
i n a s t a b l e and s a f e
manner.
[ 0 0 37 ] I n o r d e r t o
r e d u c e
t h e
o s c i l l a t i o n o f
t h e
m o n i t o r e d
a m p l i t u d e
o f t h e e l e c t r i c a l q u a n t i t y , t h e a c t i v e p o w e r
o u t p u t
by t h e w i n d
t u r b i n e i s d e c r e a s e d
o r
c u r t a i l e d which may
e f f e c t i v e l y r e s u l t i n a
d e c r e a s e
o f t h e o s c i l l a t i o n
o f t h e a m p l i
t u d e o f t h e e l e c t r i c a l q u a n t i t y .
F u r t h e r ,
d e t e c t i o n
o f
t h e
o s c i l
l a t i o n
o f t h e a m p l i t u d e may i n d i c a t e t h a t t h e g r i d a d o p t e d
o r
a c q u i r e d a s h o r t - c i r c u i t r a t i o which i s
p r e t t y l o w .
T h u s , p e r
f o r m i n g t h e e s t i m a t i o n o f t h e s h o r t - c i r c u i t r a t i o may b e i n d i
c a t e d ,
wh en a n
o s c i l l a t i o n
o f t h e a m p l i t u d e o f t h e
v o l t a g e
h a s
b e e n
d e t e c t e d .
F u r t h e r
o n , b y a d j u s t i n g
t h e c o n t r o l
p a r a m e t e r
o f
t h e c o n t r o l
s y s t e m ,
t h e
v o l t a g e may b e d r i v e n b a c k
h a v i n g
c o n s t a n t
a m p l i t u d e
a n d
t h e d e s i r e d f r e q u e n c y .
[ 0 0 3 8 ] A c c o r d i n g t o a n embodiment o f t h e p r e s e n t
i n v e n
t i o n , t h e m e a s u r i n g , i n p a r t i c u l a r p e r f o r m e d a t t h e
p o i n t
o f
common c o u p l i n g , c o m p r i s e s a d d i n g a
v o l t a g e
p e r t u r b a t i o n
t o t h e
v o l t a g e r e f e r e n c e which
w i l l
d i s p a t c h
t o a l l t h e
wind
t u r b i n e s , m e a s u r i n g
a
v o l t a g e a n d
a
r e a c t i v e p o w e r b e f o r e
a n d
a f t e r t h e v o l t a g e p e r t u r b a t i o n f o r o b t a i n i n g a v o l t a g e d e v i a
t i o n and a r e a c t i v e power d e v i a t i o n
a t
t h e p o i n t of
common
c o u p l i n g , r e s p e c t i v e l y .
[ 0 0 3 9 ] T h e
v o l t a g e
p e r t u r b a t i o n may
b e c a u s e d
b y a n y
c h a n g e o f
o l t a g e ,
f o r e x a m p l e , i n p a r t i c u l a r a l s o a t
a l o c a t i o n
r e m o t e f r o m t h e p o i n t o f co m m o n o u p l i n g . The v o l t a g e a n d
t h e
r e a c t i v e
power
may b e
m e a s u r e d b e f o r e , d u r i n g a n d a f t e r
t h e
v o l t a g e p e r t u r b a t i o n .
T h e m e a s u r i n g
may b e p e r f o r m e d
J u n .
1 2 ,
2 0 1 4
b y a c q u i r i n g
a number o f s a m p l e s o f m e a s u r e d v o l t a g e s
a n d
measured e a c t i v e power n d / r
c u r r e n t s . C a u s i n g t h e
v o l t a g e
p e r t u r b a t i o n
may b e a c h i e v e d b y s e n d i n g
v o l t a g e r e f e r e n c e
v a l u e s t o
a t
l e a s t
one
w i n d t u r b i n e which d e v i a t e
from p r e v i
o u s v o l t a g e r e f e r e n c e
v a l u e s .
T h e r e b y , t h e
w i n d
u r b i n e o r
t h e
wind
t u r b i n e s
may b e c a u s e d t o o u t p u t a v o l t a g e d e v i a t i n g
f r o m a n o m i n a l v o l t a g e , f o r e x a m p l e . I n
p a r t i c u l a r ,
t h e p e r
t u r b a t i o n
may e
p u r p o e l y
i n j e c t e d
w i t h a s p e c i ? c a m p l i t u d e
and
d u r a t i o n .
E . . t h e
p e r t u r b a t i o n
may b e added t o a
v o l t a g e
r e f e r e n c e o f t h e w i n d t u r b i n e s and
may b e
s u p p l i e d t o
a l l
t h e
w i n d
t u r b i n e s i n s c o p e o r t h e
w i n d f a r m ) . By c h a n g i n g
v o l t a g e
r e f e r e n c e s
o f wind t u r b i n e s d u e
t o
t h e p e r t u r b a t i o n ,
t h e
r e a c t i v e power g e n e r a t e d
a t t h e PCC
nd v o l t a g e a t
PCC
may c h a n g e .
[ 0 0 4 0 ] T h e r e b y , t h e
method
may b e s i m p l i ? e d
a n d
may b e
e s s e n t i a l l y p e r f o r m e d u s i n g
t h e
p a r k p i l o t
o r
p a r k c o n t r o l l e r .
[ 0 0 4 1 ] I n p a r t i c u l a r ,
p e r f o r m i n g t h e
method
may n o t
r e q u i r e a n y a d d i t i o n a l c o m p o n e n t s
b e s i d e
t h e e x i s t i n g p a r k
p i l o t
a n d t h e e x i s t i n g
w i n d
t u r b i n e c o n t r o l l e r s .
[ 0 0 4 2 ]
A c c o r d i n g
t o
a n
embodiment
o f
t h e p r e s e n t i n v e n
t i o n , t h e
method
f u r t h e r c o m p r i s e s f o r m i n g a r a t i o o f t h e
v o l t a g e d e v i a t i o n
and h e r e a c t i v e
power
d e v i a t i o n . T h i s r a t i o
may
a l r e a d y b e i n d i c a t i v e o f t h e s h o r t - c i r c u i t
r a t i o . H o w e v e r ,
a n y
o t h e r q u a n t i t y
which s p r o p o r t i o n a l t o
t h i s r a t i o
may
. g .
be
used
a s a
q u a n t i t y
which i s i n d i c a t i v e of h e s h o r t - c i r c u i t
r a t i o .
[ 0 0 4 3 ] A c c o r d i n g t o a n embodiment o f t h e p r e s e n t
i n v e n
t i o n ,
t h e c a u s i n g t h e v o l t a g e p e r t u r b a t i o n
c o m p r i s e s
i n c r e a s
i n g o r d e c r e a s i n g a v o l t a g e r e f e r en c e s u p p l i e d t o a t l e a s t one
t h e
w i n d t u r b i n e
o f t h e
w i n d f a r m .
[ 0 0 4 4 ]
The
v o l t a g e r e f e r e n c e may b e d e t e r m i n e d o r
s e t
by
t h e p a r k
p i l o t o r
p a r k c o n t r o l l e r a n d may b e s u p p l i e d v i a
o n e
or
more o n t r o l l i n e s
or
i n
a wireless
m a n n e r t o
respective
w i n d t u r b i n e c o n t r o l l e r s
which t h e n
c o n t r o l an o p e r a t i o n of
c o n v e r t e r , i n p a r t i c u l a r a
AC-DC-AC
o n v e r t e r which s con
n e c t e d
between a g e n e r a t o r o f t h e w i n d t u r b i n e and a o u t p u t
t e r m i n a l o f h e w i n d
u r b i n e .
The wind
u r b i n e
c o n t r o l l e r may
t h e r e b y
c o n t r o l t h e c o n v e r t e r b y s u p p l y i n g
p u l s e
w i d t h modu
l a t i o n
s i g n a l s
which
c o n t r o l conductance s t a t e s of
one o r
m o r e c o n t r o l l a b l e
s w i t c h e s ,
such
a s
IGBTs,
w i t h i n
t h e
con
v e r t e r .
T h e r e b y ,
t h e a t l e a s t
one
w i n d u r b i n e may e caused o
o u t p u t a v o l t a g e which
i s
c h a n g e d r e l a t i v e t o a
p r e v i o u s
v o l t a g e ,
t h e r e b y c a u s i n g
a
v o l t a g e
p e r t u r b a t i o n .
[ 0 0 4 5 ] A c c o r d i n g
t o
a n embodiment
o f t h e
p r e s en t i n v e n
t i o n , v o l t a g e c o n t r o l
a n d /
r a c t i v e power c o n t r o l
o f
t h e
wind
t u r b i n e s o f t h e
wind
f a r m a r e
d i s a b l e d d u r i n g
t h e m e a s u r i n g ,
i n o r d e r
t o
a c h i e v e a
c o n s t a n t
a c t i v e power
r o d u c t i o n .
[ 0 0 4 6 ] I n p a r t i c u l a r , d u r i n g
n o r m a l
o p e r a t i o n e a c h w i n d
t u r b i n e c o n t ro l l e r
may a d o p t
a
v o l t a g e
c o n t r o l
a n d / o r
a c t i v e
power c o n t r o l i n
o r d e r
t o d e l i v e r a d e s i r e d
v o l t a g e
and a
d e s i r e d a c t i v e
power
o
t h e p o i n t
o f
com m on
o u p l i n g .
How
e v e r , d u r i n g
p e r f o r m i n g
t h e m e a s u r e m e n t o f t h e q u a n t i t y
i n d i c a t i v e
o f h e s h o r t - c i r c u i t r a t i o
t h e s e
c o n t r o l p r o c e d u r e s
o r
c o n t r o l
m echanis m s a r e d i s a b l e d , i n o r d e r
t o allow an accu
r a t e m e a s u r e m e n t .
F u r t h e r ,
t h e r e b y i t may
be
e n a b l e d
t o
a c h i e v e a v o l t a g e d e v i a t i o n
which
s r e q u i r e d
f o r
t h e
measur
i n g
o f
t h e q u a n t i t y i n d i c a t i v e
o f
t h e
s h o r t - c i r c u i t
r a t i o .
[ 0 0 4 7 ] A c c o r d i n g t o a n embodiment o f t h e p r e s e n t
i n v e n
t i o n ,
t h e
m e a s u r i n g i s
p e r f o r m e d c y c l i c a l l y
a f t e r e v e r y
t i m e
i n t e r v a l ,
w h e r e i n t h e t i m e i n t e r v a l i s between
1 h o u r
and 2 4
h o u r s , i n
p a r t i c u l a r
1 2 h o u r s , a n d / o r wh en o s c i l l a t i o n o f a n
a m p l i t u d e
o f a e l e c t r i c a l q u a n t i t y
e . g . v o l t a g e
o r RMS f
v o l t a g e , o u t p u t o f c o n t r o l s i g n a l s ) i s
d e t e c t e d
a n d / o r a f t e r
i n i t i a l i z a t i o n o f
a p a r k p i l o t c o n t r o l l i n g t h e wind f a r m .
-
8/17/2019 Paqtent1
11/15
US 014/0159367
A 1
[ 0 0 4 8 ]
T h e r e b y ,
i t
may
b e e n s u r e d
t o m o n i t o r a
c h a n g e
o f
t h e
s h o r t - c i r c u i t
r a t i o o f t h e g r i d i n a r e g u l a r m a n n e r , t h e r e b y
e n a b l i n g t o
q u i c k l y )
r e a c t i n
a n
a p p r o p r i a t e manner by
t h e
a f o r e m e n t i o n e d g a i n a d j u s t m e n t s .
[ 0 0 4 9 ]
T h e r e b y ,
a
s t a b l e
o p e r a t i o n
o f
t h e
wind
f a r m
when
c o n n e c t e d
t o
a u t i l i t y g r i d h a v i n g a c h a n g i n g s h o r t - c i r c u i t
r a t i o ,
may
b e e n s u r e d .
[ 0 0 5 0 ]
I t
s h o u l d b e u n d e r s t o o d
t h a t
f e a t u r e s which h a v e
b e e n i n d i v i d u a l l y o r
i n a n y
c o m b i n a t i o n
d i s c l o s e d ,
d e s c r i b e d ,
e x p l a i n e d
i n
t h e c o n t e x t
of
a method
of
c o n t r o l l i n g a w i n d
t u r b i n e may l s o b e a p p l i e d t o a n a r r a n g e m e n t
f o r
c o n t r o l l i n g
a w i n d
t u r b i n e
a c c o r d i n g
t o an
embodiment of t h e p r e s e n t
i n v e n t i o n and v i c e v e r s a .
[ 0 0 5 1 ] A c c o r d i n g t o a n embodiment o f t h e p r e s e n t
i n v e n
t i o n , i t i s
p r o v i d e d
a n a r r a n g e m e n t f o r c o n t r o l l i n g a
wind
t u r b i n e comprised i n a
w i n d
farm and
c o n n e c t e d
t o a p o i n t
of
common
o u p l i n g c o n n e c t e d t o a u t i l i t y g r i d , t h e a r r a n g e m e n t
comprising a
m easurem ent s e c t i o n adapted t o measure
a t
l e a s t one
q u a n t i t y
i n d i c a t i v e o f a s h o r t
c i r c u i t r a t i o
of t h e
u t i l i t y
g r i d ,
a
a d j u s t m e n t
s e c t i o n
a d a p t e d
t o
a d j u s t a c o n t r o l
p a r a m e t e r
o f a c o n t r o l s y s t e m c o n t r o l l i n g t h e
wind
t u r b i n e
and t h e
w i n d farm based
on t h e
measured
v a l u e
of
h e
quan
t i t y ,
i f
t h e
s h o r t
c i r c u i t r a t i o i s
s m a l l e r
t h a n a
s h o r t
c i r c u i t r a t i o
t h r e s h o l d .
[ 0 0 5 2 ] The
a r r a n g e m e n t
may
i n p a r t i c u l a r b e h o u s e d
o r
comprised n a
w i n d
farm
o n t r o l l e r o r w i n d
farm i l o t
o r
p a r k
p i l o t .
T h e r e b y , t h e measurement
s e c t i o n may be
a
u n i t o r
c o m p o n e n t a p a r t f r o m t h e
p a r k
p i l o t . T h e a d j u s t m e n t s e c t i o n
may n p a r t i c u l a r
c o m p r i s e
c o m p u t e r c o d e h a v i n g a c c e s s
t o
a n
e l e c t r o n i c s t o r a g e a r e a , i n which c a l i b r a t i o n
d a t a , s u c h
a s
l o o k - u p
t a b l e s
o r
mathematical
f o r m u l a s
o r
g r a p h s
a r e s t o r e d
which
may
d i c t a t e t h e m a n n e r , i n which t h e
p a r t i c u l a r
g a i n
c o e f ? c i e n t s
a r e
t o be
changed depending
on t h e e s t i m a t e d
s h o r t - c i r c u i t r a t i o .
BRIEF
DESCRIPTIONOFTHEDRAWINGS
[ 0 0 5 3 ] The a s p e c t s de?ned
a b o v e a n d f u r t h e r
a s p e c t s o f t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n a r e a p p a r e n t f r o m t h e e x a m p l e s o f embodi
m e n t t o
be
d e s c r i b e d
h e r e i n a f t e r and a r e e x p l a i n e d with
r e f
e r e n c e t o t h e examples
of
embodiment. The i n v e n t i o n w i l l be
d e s c r i b e d
i n
m o r e
d e t a i l h e r e i n a f t e r
with
r e f e r e n c e t o
e x a m p l e s
o f
embodiment b u t t o
which
t h e i n v e n t i o n i s n o t
l i m i t e d .
[ 0 0 5 4 ]
F I G . 1 s c h e m a t i c a l l y i l l u s t r a t e s
a
m e a s u r i n g con
t r o l l i n g a n d
g r i d e s t i m a t i o n s e c ti o n o f a n a r r a n g e m e n t
f o r
c o n t r o l l i n g a w i n d u r b i n e a c c o r d i n g t o
an
embodiment o f t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n ;
[ 0 0 5 5 ] F I G . 2
s c h e m a t i c a l l y
i l l u s t r a t e s a c o n t r o l s y s t e m
whose c o n t r o l p a r a m e t e r s a r e a d j u s t e d a c c o r d i n g t o a method
a c c o r d i n g
t o
a n
embodiment
o f
t h e p r e s e n t i n v e n t i o n ;
[ 0 0 5 6 ] F I G .
3 i l l u s t r a t e s a
g r a p h s h o w i n g
g a i n
o f s e v e r a l
c o n t r o l e l e m e n t s
i n
dependence o f an e s t i m a t e d s h o r t - c i r c u i t
r a t i o ;
[ 0 0 5 7 ]
F I G . 4 s c h e m a t i c a l l y i l l u s t r a t e s an
o p e r a t i o n a l a r e a
c o n s i d e r e d i n a
method
a c c o r d i n g t o an e mbodime n t of t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n ;
[ 0 0 5 8 ]
F I G . 5
s c h e m a t i c a l l y i l l u s t r a t e s an o p e r a t i o n a l a r e a
c o n s i d e r e d i n a method
a c c o r d i n g
t o
an e mbodime n t
of t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n ;
[ 0 0 5 9 ]
F I G .
6 A
s c h e m a t i c a l l y i l l u s t r a t e s a n a c t u a l v o l t a g e
a t t i m e i n
s e c o n d ;
[ 0 0 6 0 ]
F I G . 6B s c h e m a t i c a l l y i l l u s t r a t e s a v o l t a g e d e v i a
t i o n
a t t i m e i n s e c o n d ;
J u n .
1 2 ,
2 0 1 4
[ 0 0 6 1 ] F I G . 6C s c h e m a t i c a l l y i l l u s t r a t e s a n a c t u a l r e a c t i v e
power t
t i m e i n
s e c o n d ;
[ 0 0 6 2 ] F I G .
6 D
s c h e m a t i c a l l y i l l u s t r a t e s a
c o n t r o l l e r
o u t p u t
s i g n a l
a t
t i m e
i n
s e c o n d ; a n d
[ 0 0 6 3 ]
F I G .
6E
s c h e m a t i c a l l y
i l l u s t r a t e s
a n
a c t i v e
power
o u t p u t a t
t i m e
i n s e c o n d .
DETAILED DESCRIPTIONOF INVENTION
[ 0 0 6 4 ]
FIG. 1 s c h e m a t i c a l l y i l l u s t r a t e s a measurement
con
t r o l l i n g
a n d g r i d
e s t i m a t i o n
s e c t i o n 1 0 0 a c c o r d i n g
t o
a n
embodiment f
h e
p r e s e n t i n v e n t i o n which
s
c o m p r i s e d
i n
o r
forms an arrangement
f o r
c o n t r o l l i n g
a w i n d t u r b i n e
a c c o r d
i n g
t o a n embodiment o f t h e
p r e s e n t i n v e n t i o n .
[ 0 0 6 5 ] The s e c t i o n 1 0 0
c o m p r i s e s
a measurement e q u i p
m e n t 1 0 1
which
e c e i v e s a t
an n p u t
t e r m i n a l
103
v o l t a g e
and
c u r r e n t i n p u t s 1 0 5
a c q u i r e d
from a
n o t
i l l u s t r a t e d p o i n t o f
com m on
c o u p l i n g .
The measurement equipment
1 0 1
p e r
f o r m s a v e r a g i n g
a n d l o w p a s s ? l t e r i n g .
I n p a r t i c u l a r , t h e
s e c
t i o n
1 0 0
may
b e
c o m p r i s e d
i n a
p a r k
p i l o t c o n t r o l l e r .
The
s e c t i o n 1 0 0
i l l u s t r a t e d
i n F I G . 1
o n l y
i l l u s t r a t e s t h e v o l t a g e
c o n t r o l l e r . H o w e v e r , t h e same g r i d e s t i m a t i o n scheme may e
a p p l i e d t o
a
r e a c t i v e power c o n t r o l and power f a c t o r c o n t r o l
l e r a s w e l l .
[ 0 0 6 6 ]
A
o n t r o l s e c t i o n 1 0 7
c o m p r i s e s
a Droop
c o n t r o l l e r
1 0 9 which
r e c e i v e s a
s i g n a l wa rom
t h e measurement
e q u i p m e n t 1 0 1 a n d
o u t p u t s
a q u a n t i t y U d
which
s p r o v i d e d
o
an a d d i n g e l e m e n t 111 t o which a l s o
a
r e f e r e n c e q u a n t i t y
U w f _ r e f 1 1 3
i s s u p p l i e d . T h e
a d d i n g e l e m e n t 1 1 1
o u t p u t s
t h e
q u a n t i t y U w f _ r e f _ a d j
1 1 5
which
i s
p r o v i d e d t o
a f u r t h e r
a d d i n g
e l e m e n t
117 t o which
a l s o
t h e q u a n t i t y
Uwf
1 9
i s
s u p p l i e d
w h i c h
i s
a l s o
o u t p u t b y t h e
m e a s u r i n g
e q u i p m e n t
1 0 1 . The
r e s u l t
o f
t h e
a d d i n g e l e m e n t
1 1 7
i s s u p p l i e d
t o
t h e
P I - c o n t r o l l e r 1 2 1
which o u t p u t s a q u a n t i t y t h_ r e f
1 2 3
which i s p r o v i d e d
a n d
s u p p l i e d t o
a f u r t h e r a d d i n g e l e m e n t
1 2 5 . To h i s
a d d i n g
e l e m e n t 1 2 5
a l s o
a q u a n t i t y AV s
s u p p l i e d
by
a n
e l e m e n t 127 which e c e i v e s
a s
i n p u t t h e q u a n t i t y
Umax,
Umin, and th_ref.
The
a d d i n g e l e m e n t 1 2 5 o u t p u t s a
n e w
v o l t a g e r e f e r e n c e v a l u e t h_ r e f e w
1 2 9
which s s u p p l i e d t o
o ne or m o r e w i n d t u r b i n e s
i n
order t o
cause
a voltage p e r t u r
b a t i o n
n e e d e d
f o r m e a s u r i n g
a
q u a n t i t y which s i n d i c a t i v e
o f
a
s h o r t - c i r c u i t
r a t i o .
[ 0 0 6 7 ]
I n p a r t i c u l a r ,
t h e
v o l t a g e a n d
c u r r e n t i n p u t s
1 0 5
a r e
a l s o s u p p l i e d t o a
measurement
t i m e c o o r d i n a t i o n element
1 3 1
which d e r i v e s t h e r e f r o m t h e q u a n t i t y AV
nd
AQ o r r e
s p o n d i n g t o t h e d e v i a t i o n of a
v o l t a g e
and t h e d e v i a t i o n of
r e a c t i v e p o w e r , r e s p e c t i v e l y
w h i c h
s
c a u s e d b y
s u p p l y i n g
t h e
n e w r e f e r e n c e v o l t a g e v a l u e s
1 2 9
t o
t h e
w i n d
u r b i n e s ) . A f t e r
s e p a r a t i o n o f t h e measurement s i g n a l s i l l u s t r a t e d
a s
box 1 3 3 ,
t h e
q u a n t i t i e s
AV
n d
AQ
r e
s u p p l i e d t o t h e g r i d
e s t i m a t i o n
e l e m e n t
135
which
d e r i v e s
t h e r e f r o m
a
s i g n a l
137 which
i s
i n d i c a t i v e o f a
s h o r t - c i r c u i t
r a t i o
o f
t h e u t i l i t y g r i d t o which
t h e n o t i l l u s t r a t e d w i n d t u r b i n e s a r e c o n n e c t e d .
[ 0 0 6 8 ]
F I G . 2 s c h e m at i c a l l y i l l u s t r a t e s a s i m p l i ? e d c o n t r o l
l e r
s t r u c t u r e
200
i n
t h e
n e t w o r k c o n v e r t e r
and
a r k p i l o t . The
c o n t r o l s y s t e m 200
c o m p r i s e s
a
? r s t c o n t r o l l e r 201 which s
c o n t r o l l i n g
a
n o t i l l u s t r a t e d w i n d
t u r b i n e and a second
con
t r o l l e r
2 0 3 which s c o m p r i s e d
i n a
p a r k i l o t . A c c o r d i n g t o
a n
embodiment o f t h e p r e s e n t
i n v e n t i o n ,
a t l e a s t one c o n t r o l
p a r a m e t e r
o f
t h e c o n t r o l
s y s t e m
2 0 0 i s a d j u s t e d , when t h e
s h o r t - c i r c u i t
r a t i o which a s
b e e n e s t i m a t e d
b y t h e
s i g n a l 1 3 7
i l l u s t r a t e d i n F I G . 1 , i s
s m a l l e r
t h a n a
s h o r t - c i r c u i t
r a t i o
t h r e s h o l d .
T h e r e f o r e
t h e a r r a n g e m e n t 2 2 0 i s p r o v i d e d t h a t
r e c e i v e t h e e s t i m a t e d SCR
1 3 7
o u t p u t i n
F I G .
1 )
a n d
s e n d s
-
8/17/2019 Paqtent1
12/15
US 014/0159367
A 1
c o n t r o l
s i g n a l s 2 2 2 , 2 2 3 , 2 2 4 r e p r e s e n t i n g g a i n v a l u e s e . g .
a c c o r d i n g t o F I G . 3) t o c o n t r o l l e r s 2 0 7 , 2 0 5 ,
2 1 7 d e s c r i b e d
b e l o w .
[ 0 0 6 9 ] The
? r s t
c o n t r o l l e r
2 0 1
c o m p r i s e s a
? r s t
v o l t a g e
c o n t r o l p o r t i o n
2 0 5
which s
p a r a m e t e r i z e d w i t h
a
? r s t v o l t
a g e
c o n t r o l l i n g p r o p o r t i o n a l
c o e ? i c i e n t
V c o w k p a n d a
? r s t
c u r r e n t
c o n t r o l p o r t i o n 207 which
s p a r a m e t e r i z e d
w i t h
a
? r s t
c u r r e n t c o n t r o l l i n g p r o p o r t i o n a l c o e f ? c i e n t l k p . T h e r e b y , t h e
? r s t
v o l t a g e c o n t r o l
p o r t i o n
2 0 5 i s p r o v i d e d w i t h a d i f f e r e n c e
s i g n a l d e r i v e d f r o m a
q u a n t i t y V 6 0 ”
a n d a t u r b i n e v o l t a g e U W Z ,
which i s measured a t an o u t p u t t e r m i n a l 209 of t h e w i n d
p o w e r
p l a n t
m o d e l
2 1 1 .
T h e
? r s t
v o l t a g e c o n t r o l
p o r t i o n
2 0 5
d e r i v e s
a q u a n t i t y l d _ , e f r e p r e s e n t i n g a r e f e r e n c e r e a c t i v e c u r
r e n t which s p r o v i d e d
t o
an a d d i n g e l e m e n t 213 t o which l s o
t h e r e a c t i v e c u r r e n t I d
o u t p u t
a t
t h e wind power
p l a n t
model
2 1 1 i s s u p p l i e d . The s e c o n d c u r r e n t c o n t r o l
p o r t i o n 207
r e c e i v e s t h e d i f f e r e n c e o u t p u t
b y t h e a d d i n g e l e m e n t
2 1 3 a n d
s u p p l i e s
t h e r e s u l t t o t h e wind power l a n t model 2 1 1 .
[ 0 0 7 0 ]
F u r t h e r ,
t h e
v o l t a g e
a t t h e p o i n t o f common o u p l i n g
UPCC
i s
o u t p u t
b y
t h e
wind p o w e r
p l a n t
m o d e l
2 1 1 a n d
i s
s u p p l i e d
t o t h e
s e c o n d
c o n t r o l l e r 2 0 3 , i n p a r t i c u l a r t o a n
a d d i n g e l e m e n t 213
t o
which a l s o
a r e f e r e n c e v o l t a g e a t t h e
p o i n t o f common c o u p l i n g U P C C J e f )
i s
s u p p l i e d .
T h e
r e s u l t
o f t h e
a d d i n g
e l e m e n t 2 1 3 i s s u p p l i e d t o a
f u r t h e r
a d d i n g
element 215 which a l s o
r e c e i v e s a s i g n a l
d e r i v e d from
a
p r o p o r t i o n a l
g a i n
e l e m e n t
2 1 6
which r e c e i v e s a
r e a c t i v e
power o u t p u t QPCC a t t h e p o i n t
o f
com m on c o u p l i n g , a s
d e r i v e d
f r o m t h e r e f e r e n c e o f
r e a c t i v e
c u r r e n t L i r e / . 4
[ 0 0 7 1 ]
The r e s u l t
o u t p u t f r o m
t h e a d d i n g e l e m e n t
2 1 5
i s
provided
t o
a c o n t r o l element 217
which c o r r e s p o n d s
t o
a
s e c o n d v o l t a g e c o n t r o l p o r t i o n c o m p r i s e d
w i t h i n t h e
s e c o n d
c o n t r o l l e r
2 0 3 . The
s e c o n d c o n t r o l
p o r t i o n
2 1 7 i s p a r a m e t e r
i z e d
w i t h
a
s e c o n d v o l t a g e c o n t r o l l i n g p r o p o r t i o n a l c o e f ?
c i e n t
K o p .
[ 0 0 7 2 ] A c c o r d i n g t o a n embodiment
o f t h e
p r e s e n t i n v e n
t i o n ,
t h e
? r s t
v o l t a g e
c o n t r o l l i n g p r o p o r t i o n a l c o e ? i c i e n t
V c o w k p , t h e ? r s t c u r r e n t c o n t r o l l i n g
p r o p o r t i o n a l c o e f ? c i e n t
1 k p a n d h e s e c o n d o l t a g e c o n t r o l l i n g p r o p o r t i o n a l c o e f ? c i e n t
KOP a r e
a d j u s t e d ,
i f
t h e
s h o r t - c i r c u i t
r a t i o
i s
s m a l l e r
t h a n
a
s h o r t - c i r c u i t r a t i o
t h r e s h o l d ,
a s w i l l b e
e x p l a i n e d
w i t h r e f e r
ence
t o
FIG.
3 .
[ 0 0 7 3 ] F I G .
3
i l l u s t r a t e s
t h e
b e h a v i o r o f
t h e
c o e f ? c i e n t s o f
t h e ? r s t c o n t r o l l e r 201 and t h e s e c o n d c o n t r o l l e r 203 i l l u s
t r a t e d i n
F I G . 2 , d e p e n d i n g on t h e e s t i m a t e d SCR s h o r t
c i r c u i t r a t i o ) .
The
a b s c i s s a 3 0 1 i n F I G . 3
d e n o t e s
t h e
e s t i
mated
s h o r t - c i r c u i t
r a t i o
and t h e
o r d i n a t e 3 0 3 o f
t h e g r a p h
i l l u s t r a t e d i n
F I G .
3 d e n o t e s t h e r e s p e c t i v e g a i n o f h e r e s p e c
t i v e
c o e f ? c i e n t
o f
t h e
? r s t
c o n t r o l l e r
201
and
t h e s e c o n d
c o n t r o l l e r 2 0 3 , r e s p e c t i v e l y , i l l u s t r a t e d i n F I G . 2 .
[ 0 0 7 4 ] I n p a r t i c u l a r ,
t h e
c u r v e 305 d e n o t e s
t h e
v a l u e s o f
t h e
? r s t
v o l t a g e
c o n t r o l l i n g p r o p o r t i o n a l
c o e ? i c i e n t
V c o w k p o f
h e
? r s t
v o l t a g e c o n t r o l
p o r t i o n
2 0 5 o f t h e
? r s t
c o n t r o l l e r 2 0 1 .
F u r t h e r ,
t h e c u r v e
307 i n d i c a t e s
t h e
v a l u e s of
h e ? r s t c u r r e n t
c o n t r o l l i n g p r o p o r t i on a l c o e ? i c i e n t l k p o f t h e ? r s t c u r r e n t
c o n t r o l
p o r t i o n 207
o f
t h e ? r s t c o n t r o l l e r 2 0 1 i l l u s t r a t e d i n
F I G .
2 .
F u r t h e r , t h e c u r v e
309
i n d i c a t e s t h e v a l u e s o f t h e
s e c o n d v o l t a g e c o n t r o l l i n g p r o p o r t i o n a l c o e ? i c i e n t K O P o f h e
s e c o n d c o n t r o l l e r 203 i l l u s t r a t e d i n F I G . 2 .
[ 0 0 7 5 ] A s can be s e e n from F I G . 3 ,
t h e v a l u e
of
h e
c o e f ?
c i e n t i n d i c a t e d by
t h e
c u r v e 305
i s
c o n s t a n t above
a
s h o r t
c i r c u i t r a t i o t h r e s h o l d 3 1 1 which s i n t h e i l l u s t r a t e d example
a t
a v a l u e o f 5 .
F u r t h e r , f o r d e c r e a s i n g
s h o r t - c i r c u i t r a t i o
below t h e
s h o r t - c i r c u i t
r a t i o t h r e s h o l d
3 1 1 ,
t h e c u r v e 305
d e c r e a s e s
i n
p a r t i c u l a r a p p r o x i m a t e l y
i n a l i n e a r
f a s h i o n
f r o m
J u n .
1 2 ,
2 0 1 4
an exemplary v a l u e o f
around 1 . 0
t o an exemplary v a l u e
of
around
0 . 2 5
a t
a s h o r t - c i r c u i t
r a t i o of
1 .
Other
v a l u e s a r e
p o s s i b l e .
[ 0 0 7 6 ]
F u r t h e r ,
a l s o
t h e v a l u e
o f
h e
c o e f ? c i e n t
i n d i c a t e d
b y
t h e
c u r v e
309
s t a y s
c o n s t a n t
above
t h e
s h o r t - c i r c u i t
r a t i o
311
a t a v a l u e
of
a b o u t 0 . 8 and
d e c r e a s e s
w i t h
d e c r e a s i n g s h o r t
c i r c u i t r a t i o
approximately
i n a l i n e a r
f a s h i o n
t o a v a l u e of
a p p r o x i m a t e l y
0 . 1 5 a t a s h o r t - c i r c u i t
r a t i o
o f 1 .
F u r t h e r ,
t h e
g a i n c o e ? i c i e n t i n d i c a t e d by t h e
c u r v e
307 i s
c o n s t a n t
a t a
v a l u e
o f
around 0 . 2 5 above t h e s h o r t - c i r c u i t
r a t i o
t h r e s h o l d
3 1 1
and
i n c r e a s e s
w i t h d e c r e a s i n g s h o r t - c i r c u i t
r a t i o t o
r e a c h
a v a l u e of
around
1 . 0 a t a s h o r t - c i r c u i t r a t i o
of
1 . These
n u m b e r s
may b e
a d a p t e d
a c c o r d i n g
t o t h e s p e c i ? c c o n s t r u c
t i o n a n d a p p l i c a t i o n .
[ 0 0 7 7 ] T h e r e b y ,
a
v o l t a g e s t a b i l i t y may e i m p r o v e d
a n d
a n
a c t i v e
power o u t p u t
may b e o p t i m i z e d
o r i m p r o v e d .
[ 0 0 7 8 ] F I G S .
4
and
5
i l l u s t r a t e g r a p h s , w h e r e i n on
a b s c i s
s a s
4 0 1 , 5 0 1 , r e s p e c t i v e l y , t h e r e a c t i v e power o u t p u t Q
f
t h e
w i n d t u r b i n e
i s i l l u s t r a t e d
and
on t h e
o r d i n a t e s
403
and 5 0 3 ,
r e s p e c t i v e l y ,
t h e
a c t i v e
power
o u t p u t
P i s
i n d i c a t e d
i n
a
r a t i o
o f
a n o m i n a l
v a l u e , i . e .
i n
p e r
u n i t p u ) .
[ 0 0 7 9 ] The
u r v e s
4 0 5 , 4 0 7 , 4 0 9 ,
4 1 1 i l l u s t r a t e
t h e b e h a v i o r
f o r d i f f e r e n t v o l t a g e s r a n g i n g f r o m 0 . 9 2 - 1 . 0 8 when m e a s u r e d
a s a
r a t i o
r e l a t e d
t o
a n om i n al v a l u e .
[ 0 0 8 0 ]
F I G S .
6 a ) - 6 e ) i l l u s t r a t e a c t i v e p o w e r c u r t a i l m e n t ,
w h e n
an s c i l l a t i o n of an a m p l i t u d e of
v o l t a g e
a t
t h e
p o i n t of
c o m m o n o u p l i n g
i s
d e t e c t e d a c c o r d i n g t o an embodiment of
t h e
p r e s e n t
i n v e n t i o n .
[ 0 0 8 1 ] I n
a l l g r a p h s , t h e a b s c i s s a
6 0 1
d e n o t e s t h e
t i m e
i n
s e c o n d s .
The o r d i n a t e 6 0 3 o f
F I G .
6 a ) d e n o t e s an a c t u a l
v o l t a g e , t h e o r d i n a t e
6 0 5
i n F I G . 6 b ) d e n o t e s t h e v o l t a g e
d e v i a t i o n ,
t h e o r d i n a t e 6 0 7 i n F I G . 6 0 ) d e n o t e s t h e a c t u a l
r e a c t i v e
power Q ,
t h e
o r d i n a t e
6 0 9 i n
F I G . 6 d )
d e n o t e s
t h e
c o n t r o l l e r o u t p u t s i g n a l
a n d t h e
o r d i n a t e 6 1 1 o f F I G .
6 e )
d e n o t e s t h e
a c t i v e
power
o u t p u t
P .
[ 0 0 8 2 ] The u r v e 6 1 3 i n F I G .
6 a )
d e n o t e s t h e a c t u a l
v o l t a g e
a s m o n i t o r e d f o r e x a m p l e by
h e
p a r k i l o t .
As c a n b e
s e e n , t h e
a m p l i t u d e
o f t h e v o l t a g e 6 1 3 o s c i l l a t e s w i t h a p e r i o d T which
i s around
0 . 0 3
s .
The
o s c i l l a t i o n i s
a l s o o b s e r v a b l e i n
F I G .
6 b )
a s a
c u r v e
615
i l l u s t r a t i n g t h e v o l t a g e d e v i a t i o n from
t h e
n o m i n a l v o l t a g e .
[ 0 0 8 3 ]
The
c o n t r o l l e r
o u t p u t i s i l l u s t r a t e d
i n
F I G . 6 d )
a s
a
curve 6 1 7
wh ich
causes t h e w i n d t u r b i n e t o output an
a c t i v e
power c c o r d i n g t o
a
c u r v e 619 i l l u s t r a t e d i n
FIG. 6 e ) . A s can
be s e e n a t a t i m e p o i n t 6 2 1 , t h e a c t i v e
power
o u t p u t
619 i s
d e c r e a s e d
i n a s t e p w i s e m a n n e r , t h e
F I G .
6 e ) i n p a r t i c u l a r
s h o w i n g f o u r s t e p s o f
e c r e a s i n g
t h e a c t i v e p o w e r o u t p u t
6 1 9 ,
i n t o t a l f o r
a b o u t
20
f
nominal a c t i v e power
o u t p u t .
A s a
r e s u l t o f t h e
r e d u c t i o n
o f t h e a c t i v e power
o u t p u t
6 1 9, t h e
a c t u a l
v o l t a g e
i l l u s t r a t e d i n
F I G . 6 a )
b e c o m e s ,
a f t e r
h a v i n g
o s c i l l a t e d around
o n s t a n t
a t t h e
s l i g h t l y
r a i s e d v a l u e a t a
t i m e
p o i n t 6 2 3 a n d s t a y s t h e n c o n s t a n t f o r l a t e r t i m e s .
[ 0 0 8 4 ]
T h e r e b y , a
s t a b i l i z a t i o n
o f t h e v o l t a g e h a s b e e n
a c h i e v e d b y r e d u c i n g t h e a c t i v e power
o u t p u t
f r o m t h e wind
t u r b i n e .
[ 0 0 8 5 ]
B e f o r e p e r f o r m i n g
r e d u c i n g
t h e a c t i v e
p o w e r o u t
p u t , t h e o s c i l l a t i o n o f t h e
a c t u a l
v o l t a g e 6 1 3 h a s
b e e n
moni
t o r e d and d e t e c t e d .
[ 0 0 8 6 ]
F u r t h e r ,
a c c o r d i n g t o
a n
embodiment o f t h e p r e s e n t
i n v e n t i o n , a f t e r
p e r f o r m i n g
t h e a c t i v e power c u r t a i l m e n t
a c c o r d i n g
t o F I G . 6 a l s o t h e
a d j u s t m e n t o f
t h e g a i n
c o e f ?
c i e n t s may e
p e r f o r m e d ,
a s h a s been
e x p l a i n e d
i n
t h e
c o n t e x t
ofFlGS. 2 and .
-
8/17/2019 Paqtent1
13/15
US 014/0159367
A 1
[ 0 0 8 7 ] A c c o r d i n g t o a n embodiment
o f t h e
p r e s e n t i n v e n
t i o n
i t i s p r o p o s e d a
weak
g r i d s t a b i l i z e r
h a v i n g
f o u r
i m p o r
t a n t a s p e c t s The
? r s t a s p e c t
i s g r i d
s t r e n g t h
e s t i m a t o r The
s e c o n d a s p e c t
i s t o
a d j u s t c o n t r o l g a i n s o f o l t a g e c o n t r o l l e r i n
HPPP,
v o l t a g e c o n t r o l l e r
a n d
c u r r e n t c o n t r o l l e r
i n
t u r b i n e
a c c o r d i n g t o g r i d s t r e n g t h .
The
t h i r d a s p e c t i s t o m a i n t a i n
t u r b i n e
o p e r a t i n g
w i t h i n
a v a i l a b l e
o p e r a t i o n a l a r e a w i t h a
p r e d e ? n e d c a p a c i t y r e s e r v e p r e d e ? n e d s a f e t y m a r g i n ) .
[ 0 0 8 8 ] D u r i n g
s t e a d y
s t a t e ,
g r i d
e s t i m a t i o n
may b e p e r
f o r m e d e a c h 1 2 h o u r s
i n p a r k
p i l o t
v o l t a g e c o n t r o l l e r .
B a s e d
on e s t i m a t e d
SCR
a l u e ,
c o n t r o l g a i n
f a c t o r may b e
a d j u s t e d
a n d c o o r d i n a t e d a u t o m a t i c a l l y i f n e c e s s a r y .
[ 0 0 8 9 ] W h e n o s c i l l a t i o n
h a s
b e e n d e t e c t e d b y
h u n t i n g
d e t e c t o r s e e F I G . 6 ) , a c t i v e
power c u r t a i l m e n t
w i l l
b e p e r
f o r m e d
u n t i l
s t a b l e
o p e r a t i o n
h a s b e e n o b t a i n e d . W h e n t a b l e
o p e r a t i o n
h a s b e e n
e s t a b l i s h e d ,
g r i d
e s t i m a t i o n s e e F I G . 1 )
w i l l
b e
p e r f o r m e d
a n d
a u t o m a t i c
g a i n
a d j u s t m e n t
a n d c o o r
d i n a t i o n i l l b e c a r r i e d o u t
s e e F I G S . 2 ,
3 ) . A c t i v e power
i l l
r e c o v e r
t o a v a l u e depending
on SCR
and prede?ned
PQ
c a p a b i l i t y
r e v e r s e .
[ 0 0 9 0 ]
T o mi n i m i z e d i s t u r b a n c e t o g r i d , g r i d e s t i m a t i o n
may be run
o n l y
w h e n t i s n e c e s s a r y . Grid
e s t i m a t i o n
can be
r u n c y c l i c a l l y e v e r y 1 2 h o u r s
o p t i o n a l ) ,
e . g .
[ 0 0 9 1 ] I n
g e n e r a l , t h e SCR
s t i m a t e d
i n
F I G .
1 may
b e
a p p r o x i m a t e d t o
— r e c i p r o c a l o f h e s h o r t c i r c u i t c u r r e n t )
o r a c c o r d i n g t o
w i t h a s s u m p t i o n t h a t
a c t i v e
power i s k e p t a l m o s t c o n s t a n t
d u r i n g
e s t i m a t i o n .
I n
o r d e r t o
e n s u r e a c c u r a c y
o f
t h e e s t i m a
t i o n , a c t i v e power
p r o d u c t i o n
m i g h t b e
l i m i t e d t o
c e r t a i n
v a l u e .
[ 0 0 9 2 ]
W h e n t a r t i n g t o e s t i m a t e s t r e n g t h o f
g r i d ,
t h e f o l
l o w i n g
s t e p s may
b e
a p p l i e d .
[ 0 0 9 3 ]
S m a l l
amount
o f
v o l t a g e d e v i a t i o n may e a d d e d t o
t h e
a c t u a l
v o l t a g e r e f e r e n c e which
w i l l
d i s p a t c h t o e a c h wind
t u r b i n e w i t h i n w i n d
f a r m .
[ 0 0 9 4 ] The a c t u a l v o l t a g e a n d t h e r e a c t i v e
power
o u t p u t a t
PCC may b e m e a s u r e d b e f o r e , d u r i n g a n d a f t e r t h i s
modi?
c a t i o n . I f
t h e d e t e c t e d AQ
s
n o t enough
t o
a c h i e v e a c c u r a t e
e s t i m a t i o n ,
i n c r e a s e AV b i t u n t i l enough amount o f AQ a s
been o b t a i n e d .
[ 0 0 9 5 ]
S t o p i n c r e a s i n g A V i m m e d i a t e l y o n c e
e n o u g h
amount
o f
AQ
a s
been o b t a i n e d . I n
t h i s
w a y ,
t h e
m i n i m u m
amount
f e a c t i v e
power a s
b e e n i n j e c t e d
t o
t h e g r i d f o r g r i d
e s t i m a ti o n p u r p o s e .
[ 0 0 9 6 ] D u r i n g t h e
m e a s u r e m e n t ,
t h e v o l t a g e
c o n t r o l l e r a n d
a c t i v e
power r e f e r e n c e /
c t i v e
power
o n t r o l l e r
a r e f r o z e n
f o r
approximately 250 ms o
guarantee an accuracy
m easurem ent
and o n s t a n t a c t i v e power
r o d u c t i o n .
I f
a s y s t e m d i s t u r b a n c e
i s d e t e c t e d o r t h e a c t i v e power v a r i a t i o n w i t h o u t t h e p r e
de?ned
a n g e
i s d e t e c t e d , measurement s c a n c e l l e d i m m e d i
a t e l y .
[ 0 0 9 7 ] A u t o m a t i c g a i n
a d j u s t m e n t
a n d
g a i n
c o o r d i n a t i o n
i n
t h r e e
c o n t r o l l e r s
may b e
p e r f o r m e d
a c c o r d i n g t o
F I G .
3 . A s
s e e n
f r o m
F I G .
3 , s y s t e m g a i n c h a n g e s
d r a m a t i c a l l y
w i t h
SCR nd a c t i v e power
p r o d u c t i o n
e s p e c i a l l y
i n
a
low SCR
J u n .
1 2 ,
2 0 1 4
g r i d .
T h e r e f o r e ,
i t i s
v e r y
i m p o r t a n t
t o a d j u s t c o n t r o l
g a i n
a u t o m a t i c a l l y t o
e n s u r e
s t a b l e
o p e r a t i o n
o v e r
a
wide
range of
p o w e r s y s t e m s h o r t c i r c u i t l e v e l s .
D e p e n d i n g
o n s p e c i ? c
g r i d
code
r e q u i r e m e n t ,
i t can a l s o be
tuned
t o
a c h i e v e a c o n s t a n t
r e s p o n s e
time
o v e r
a
wi d e
range of
power
system
s h o r t
c i r c u i t
l e v e l s .
[ 0 0 9 8 ] The
s i m p l i ? e d c o n t r o l l e r s t r u c t u r e i l l u s t r a t e d i n
F I G .
2 a p p l i e s t o t h e
n e t w o r k
c o n v e r t e r a n d p a r k
p i l o t .
The
o v e r a l l
c o n t r o l l e r
h a s
a t h r e e
l e v e l
cascaded s t r u c t u r e with
p a r k
p i l o t v o l t a g e
c o n t r o l l e r
2 0 3 b e i n g o u t e r
l o o p , w i n d
t u r
b i n e
v o l t a g e c o n t r o l l e r 2 0 5
b e i n g m i d d l e l o o p
a n d wind
u r
b i n e
c u r r e n t
c o n t r o l l e r 2 0 7 b e i n g
t h e
i n n e r l o o p .
I n
p r i n c i p l e ,
v o l t a g e c o n t r o l l e r i n p a r k p i l o t s h o u l d
b e
much s l o w e r t h a n
v o l t a g e
c o n t r o l l e r
i n t h e t u r b i n e
c o n t r o l l e r
and
v o l t a g e
c o n
t r o l l e r
i n w i n d t u r b i n e
s h o u l d be
much
s l o w e r
t h a n c u r r e n t
c o n t r o l l e r i n
t h e t u r b i n e
c o n t r o l l e r . T h e r e f o r e , i t i s v e r y
i m p o r t a n t t o c o o r d i n a t e
g a i n
f a c t o r s o f h e t h r e e
c o n t r o l
l o o p s
d u r i n g a u t o m a t i c g a i n a d j u s t m e n t . F I G . 3
s h o w s a n e x a m p l e
o f g a i n f a c t o r c o o r d i n a t i o n f o r t h r e e c o n t r o l l e r s .
A s
a n
e x a m p l e , a s t a n d a r d
v a l u e
f o r t h e P I c o n t r o l l e r can
be
de?ned
f o r
a l l t h e t h r e e c o n t r o l l e r s .
A
o o k u p
t a b l e c o u l d b e c r e a t e d
f o r
t h e p r o p o r t i o n a l g a i n
a s
a f u n c t i o n
o f
t h e SCRs.
[ 0 0 9 9 ]
T h e g a i n a d j u s t m e n t a n d g a i n f a c t o r c o o r d i n a t i o n
can
be c a r r i e d
o u t under .
g .
t h e f o l l o w i n g
c o n d i t i o n s :
[ 0 1 0 0 ] C y c l i c a l l y
e v e r y
1 2 h o u r s d e p e n d i n g o n t h e c h a n g e
o f t h e
e s t i m a t e d
i m p e d a n c e o p t i o n a l )
A f t e r r e d u c t i o n
o f t h e
a c t i v e p o w e r
b y
h u n t i n g s u p p r e s s i o n
c o n t r o l l e r
A f t e r i n i t i a l i z a t i o n
o f p a r k p i l o t
[ 0 1 0 1 ] A s s e e n from F I G . 4 t h a t t h e width
of
h e a v a i l a b l e
o p e r a t i o n a l a r e a
d e c r e a s e s
s i g n i ? c a n t l y
w i t h
i n c r e a s i n g
a c t i v e power and
d e c r e a s i n g
SCR. I n o r d e r t o
r e s e r v e
p r e
d e ? n e d PQ c a p a b i l i t y
t o e n s u r e s t a b l e o p e r a t i o n
e s p e c i a l l y
d u r i n g t r a n s i e n c e
and
u n d e r
d i s t u r b a n c e ,
a c t i v e power c u r
t a i l m e n t i s r e q u i r e d
when
t u r b i n e o p e r a t e s a p p r o a c h i n g i t s
l i m i t .
T h i s
c a n b e
i m p l e m e n t e d
e a s i l y
b y
s e t t i n g r e a c t i v e
c u r r e n t a n d / o r r e a c t i v e
power
t o
h a v e
h i g h e r p r i o r i t y t h a n
a c t i v e c u r r e n t a n d / r a c t i v e power and i m i t i n g a c t i v e c u r r e n t
a n d / o r
a c t i v e power
w i t h
a p r e d e ? n e d m a r g i n a s f o l l o w s s e e
a l s o F I G . 6 ) .
Iwaf m a x _ I d _ R e f _ I M a r g i n
qJEf 1 1 4 1 “
[ M a r g i a n l / S C R
[ 0 1 0 2 ] H e r e , I LR f r e f e r s t o r e a c t i v e
c u r r e n t
r e f e r e n c e , I
M a i
r g i n
r e f e r s t o p r e - d e ? n e d
m a r g i n f a c t o r a n d
i t i s i n v e r s e l y
p r o p o r t i o n a l t o SCR
t h e
l o w e r S C R , t h e h i g h e r I m a r g i n ) ,
I m a x r e f e r s
t o
maximum u r r e n t l i m i t e d
by o n v e r t e r
c a p a c i t y ,
I qimax s t h e upper
i m i t
f o r a c t i v e c u r r e n t r e f e r e n c e
and
qJef
i s a c t i v e c u r r e n t r e f e r en c e .
[ 0 1 0 3 ] I n
t h i s w a y ,
e n o u g h r e a c t i v e p o w e r c a p a b i l i t y
o f
t u r b i n e h a s b e e n e n s u r e d f o r v o l t a g e s u p p o r t a n d t h e l e f t p a r t
o f
c u r r e n t w i l l
b e u s e d f o r a c t i v e power p r o d u c t i o n . Power
c u r t a i l m e n t may e d o n e
a u t o m a t i c a l l y a n d
t u r b i n e w i l l
o p e r
a t e
w i t h p r e d e ? n e d PQ c a p a b i l i t y
r e v e r s e .
[ 0 1 0 4 ] F I G . 4 , 5
show
a v a i l a b l e
o p e r a t i o n a l a r e a
f o r
SCR:1.5
o n t h e
b o t t o m )
a t PCC
i t h
X2R:5
w i t h I m a r
g i n : 0 . 1 pu on I G . 4
and I m a r g i n : 0 . 2
pu on I G .
5 ) .
I t can
be
seen
t h a t a c t i v e power c u r t a i l m e n t has been c a r r i e d o u t a u t o
m a t i c a l l y
d e p e n d i n g
o n o p e r a t i n g p o i n t s .
[ 0 1 0 5 ] E n h a n c e m e n t o f d y n a m i c
s t a b i l i t y
b y
h u n t i n g
s u p
p r e s s i o n i s p e r f o r m e d a c c o r d i n g t o e m b o d i m e n t s s e e
F I G .
6 ) . O s c i l l a t i o n
m a y
occur
on h e
e v e n t
of m a l l
d i s t u r b a n c e
i n
-
8/17/2019 Paqtent1
14/15
US 014/0159367
A 1
a
weak
g r i d o r on t h e change o f
o p e r a t i n g p o i n t
from a s m a l l
s y s t e m g a i n t o a
l a r g e
o n e . H u n t i n g s u p p r e s s i o n i s i m p o r t a n t
f o r
d y n a m i c
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