本發(fā)明涉及用于操作風(fēng)電場的至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)的方法、控制器和設(shè)備。此外，提出相應(yīng)的計算機(jī)程序產(chǎn)品和計算機(jī)可讀介質(zhì)。
背景技術(shù)：
風(fēng)電場控制器的一個目標(biāo)是集中控制由整個風(fēng)電場（還稱為“風(fēng)力渦輪機(jī)組”）注入到電網(wǎng)中的有功和無功功率。這提供以與常規(guī)發(fā)電廠所做的相同的方式主動參與用于風(fēng)電場的電網(wǎng)上的控制任務(wù)的可能性。由此，風(fēng)電場控制級表現(xiàn)為單個集中式單元（“中央風(fēng)電場控制級”），其具有作為輸入（例如系統(tǒng)操作員命令）的來自功率公共耦合（“pcc”）的測量結(jié)果和從風(fēng)電場的風(fēng)力渦輪機(jī)可得到的功率以及作為輸出的針對每一個單獨風(fēng)力渦輪機(jī)的詳盡參考信息或信號，即每一個單獨風(fēng)力渦輪機(jī)控制（“局部風(fēng)力渦輪機(jī)控制級”）。
風(fēng)電場控制器的有功功率控制功能可以包括例如自動頻率控制，其中控制在風(fēng)電場公共耦合點（pcc）中測量到的頻率。風(fēng)電場因而必須能夠產(chǎn)生更多或更少的有功功率以便補(bǔ)償頻率中的偏差行為。
風(fēng)電場控制器的無功功率控制功能可以包括例如自動電壓控制，其中控制風(fēng)電場公共耦合點（pcc）中的電壓。這暗示風(fēng)電場可以被命令產(chǎn)生或吸收到電網(wǎng)的一定量的無功功率以便補(bǔ)償電網(wǎng)中的電壓中的偏差。
將自動頻率控制放置在風(fēng)電場控制級中的一個原因是避免風(fēng)電場控制器可以抵消在單獨風(fēng)力渦輪機(jī)中實現(xiàn)的頻率控制。在風(fēng)電場控制級中放置自動電壓控制以便避免風(fēng)力渦輪機(jī)之間的不穩(wěn)定性和無功功率的高流動的風(fēng)險。通常，頻率和電壓控制二者的實現(xiàn)將作為組合的下垂（droop）和死區(qū)控制來完成。
中央風(fēng)電場控制級可以包括兩個分離的控制回路，一個用于有功功率控制并且另一個用于無功功率控制。
有功和無功控制回路的一個可能實現(xiàn)方式可以如下：
首先，基于系統(tǒng)操作者所要求的一個或若干控制功能，在控制功能塊中分別導(dǎo)出有功和無功功率參考信號。如果必要的話，這些參考信號可以分別利用來自次級控制回路的一些校正（例如聚焦于頻率和電壓）來進(jìn)一步調(diào)節(jié)，以便確保不違反pcc中的頻率和電壓限制。每一個回路包括pi控制器，確保來自風(fēng)電場的正確的功率產(chǎn)生?？刂破饔嬎愎β收`差并且設(shè)置用于整個風(fēng)電場的功率參考。這些功率參考被進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成用于風(fēng)電場的每一個單獨風(fēng)力渦輪機(jī)的功率參考信號。
控制風(fēng)電場中的無功功率可以基于例如提供給風(fēng)力渦輪機(jī)的公共電壓參考。
當(dāng)使用這樣的公共電壓參考控制風(fēng)電場中的無功功率時，各個風(fēng)力渦輪機(jī)可以取決于其在風(fēng)電場中的位置、測量容差和其它因素（比如例如轉(zhuǎn)換器控制策略）而產(chǎn)生/消耗不同量的無功功率。這種不平衡可能導(dǎo)致風(fēng)電場中的能量的損失和組件上的不必要的磨損，從而縮短其操作壽命。
用于控制風(fēng)電場內(nèi)的無功功率的一個可能的解決方案可以基于向風(fēng)力渦輪機(jī)分配無功功率參考而不是電壓參考。這種解決方案可能降低對電網(wǎng)事件的響應(yīng)的性能和對處于電壓控制之下的風(fēng)電場中的電網(wǎng)電壓中的改變的響應(yīng)時間。
因此目的是克服前述缺點并且特別地提供一種用于優(yōu)化風(fēng)電場中的無功功率的控制的改進(jìn)的方案。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
該問題根據(jù)獨立權(quán)利要求的特征來解決。另外的實施例源自從屬權(quán)利要求。
為了克服該問題，提供一種用于操作風(fēng)電場的至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，包括以下步驟，
–基于以下確定風(fēng)力渦輪機(jī)單獨偏移信息
–由相應(yīng)風(fēng)力渦輪機(jī)提供的無功功率，以及
–由風(fēng)電場的至少一個另外的風(fēng)力渦輪機(jī)提供的無功功率，
–基于以下確定風(fēng)力渦輪機(jī)單獨控制信息
–風(fēng)力渦輪機(jī)單獨偏移信息，以及
–風(fēng)電場特定控制信息，
–根據(jù)風(fēng)力渦輪機(jī)單獨控制信息操作至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)。
根據(jù)所提出的解決方案，風(fēng)力渦輪機(jī)單獨控制信息可以是表示提供給單獨風(fēng)力渦輪機(jī)以用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的無功功率產(chǎn)生的功率參考或其值的功率參考或功率參考信號。
風(fēng)力渦輪機(jī)單獨控制信息可以是由中央風(fēng)電場控制器生成的電壓參考信號。
風(fēng)電場特定控制信息可以是比如例如，例如由控制風(fēng)電場的操作的系統(tǒng)操作者所提供的有功和無功功率控制信息那樣的控制信息。
風(fēng)力渦輪機(jī)單獨偏移信息可以是基于風(fēng)力渦輪機(jī)單獨和/或風(fēng)電場特定信息確定的信息，并且可以用作應(yīng)用于風(fēng)電場特定控制信息的校正/偏移因子。
根據(jù)所提出的解決方案，單獨操作風(fēng)電場的若干風(fēng)力渦輪機(jī)允許例如補(bǔ)償例如不同轉(zhuǎn)換器類型、測量原理和容差的風(fēng)電場的若干單獨風(fēng)力渦輪機(jī)之中的無功功率的平衡。作為優(yōu)點，可以延長風(fēng)力渦輪機(jī)的壽命以及可以限制由于在風(fēng)電場內(nèi)交換的高無功電流所致的風(fēng)電場中的損失。
在實施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)單獨偏移信息被確定
–基于由所述風(fēng)力渦輪機(jī)提供的無功功率，以及
–基于由以下提供的無功功率的平均值
–所述風(fēng)力渦輪機(jī)，以及
–風(fēng)電場的至少一個另外的風(fēng)力渦輪機(jī)。
在另一實施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)單獨偏移信息基于表示由所述風(fēng)力渦輪機(jī)提供的無功功率與無功功率的平均值之間的偏差或差異的偏差信息來確定。
根據(jù)示例性實施例，差異可以通過從無功功率的平均值減去由所述風(fēng)力渦輪機(jī)提供的無功功率來導(dǎo)出。
在另外的實施例中，基于來自以下功能中的至少一個來處理偏差信息：
–應(yīng)用增益因子，
–應(yīng)用積分，
–應(yīng)用限制因子。
在下一實施例中，通過風(fēng)力渦輪機(jī)單獨權(quán)重因子的值來對無功功率的平均值加權(quán)。由此，可以通過乘法來實現(xiàn)加權(quán)。
還有的實施例是向由所述風(fēng)力渦輪機(jī)提供的無功功率添加風(fēng)力渦輪機(jī)單獨無功功率偏移?？商鎿Q地，可以聯(lián)合其它信息處理操作，比如例如減法或乘法。
根據(jù)另一實施例，通過添加以下來確定風(fēng)力渦輪機(jī)單獨控制信息
–風(fēng)力渦輪機(jī)單獨偏移信息，以及
–風(fēng)電場特定控制信息。
根據(jù)實施例，風(fēng)力渦輪機(jī)單獨控制信息表示控制待由相應(yīng)風(fēng)力渦輪機(jī)提供的無功功率的風(fēng)力渦輪機(jī)單獨電壓參考。
以上陳述的問題還通過用于操作風(fēng)電場的至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)的控制器來解決，該控制器包括處理單元，所述處理單元布置用于
–基于以下確定風(fēng)力渦輪機(jī)單獨偏移信息
–由相應(yīng)風(fēng)力渦輪機(jī)提供的無功功率，以及
–由風(fēng)電場的至少一個另外的風(fēng)力渦輪機(jī)提供的無功功率，
–基于以下確定風(fēng)力渦輪機(jī)單獨控制信息
–風(fēng)力渦輪機(jī)單獨偏移信息，以及
–風(fēng)電場特定控制信息，
–根據(jù)風(fēng)力渦輪機(jī)單獨控制信息操作至少一個風(fēng)力渦輪機(jī)。
根據(jù)示例性實施例，控制器可以是風(fēng)電場控制器的一部分或者可以實現(xiàn)在風(fēng)電場控制器中。
以上陳述的問題還通過一種設(shè)備來解決，該設(shè)備包括處理單元和/或硬連線電路和/或邏輯器件和/或該設(shè)備與所述處理單元和/或硬連線電路和/或邏輯器件相關(guān)聯(lián)，所述處理單元和/或硬連線電路和/或邏輯器件被布置成使得在其上可執(zhí)行如本文所描述的方法。
所述處理單元可以包括以下中的至少一個：處理器、微控制器、硬連線電路、asic、fpga、邏輯器件。
本文所提供的解決方案還包括一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，該計算機(jī)程序產(chǎn)品可直接加載到數(shù)字計算機(jī)的存儲器中，包括用于執(zhí)行如本文所描述的方法的步驟的軟件代碼部分。
此外，以上陳述的問題通過一種計算機(jī)可讀介質(zhì)（例如，任何種類的儲存器）來解決，該計算機(jī)可讀介質(zhì)具有適配成使計算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行如本文所描述的方法的計算機(jī)可執(zhí)行指令。
附圖說明
在以下各圖中示出和說明本發(fā)明的實施例：
圖1示出用于平衡風(fēng)電場的若干風(fēng)力渦輪機(jī)之間的無功功率的示例性控制方案；
圖2示出所提出的控制方案的可替換的實施例；
圖3示出所提出的解決方案的另外的可替換實施例。
具體實施方式
圖1示出用于平衡風(fēng)電場的若干風(fēng)力渦輪機(jī)之間的無功功率的示例性控制方案100。圖1的控制方案100可以是單獨控制風(fēng)電場的n個風(fēng)力渦輪機(jī)的操作的風(fēng)電場控制器的一部分。
根據(jù)圖1的示例性實施例，向加法元件114的負(fù)輸入端116傳遞表示由單獨風(fēng)力渦輪機(jī)提供的無功功率q[n]（在此，風(fēng)電場的n個可用風(fēng)力渦輪機(jī)的“第n個”風(fēng)力渦輪機(jī)）的信息111。另外，將表示由n個風(fēng)力渦輪機(jī)中的每一個單獨提供的無功功率q[1…n]的信息110轉(zhuǎn)發(fā)到計算元件112的輸入端以便基于信息110確定無功功率的平均值。將表示無功功率的平均值的結(jié)果得到的信息113轉(zhuǎn)發(fā)到加法元件114的加法輸入端115以便計算平均值113與由第n個風(fēng)力渦輪機(jī)所提供的單獨無功功率q[n]的值111之間的差異或偏差。
向示例性地包括放大器121、積分器123和限制器125的處理單元160的輸入端提供表示計算的結(jié)果得到的值的加法元件114的輸出端117處所提供的偏差信息120。
根據(jù)圖1的示例性控制方案，將信息120轉(zhuǎn)發(fā)到例如向信息120應(yīng)用增益因子k的放大器121的輸入端。將放大器121的輸出端處可得到的結(jié)果得到的信息122提供給積分器123的輸入端以便基于所提供的信息122處理積分?？梢詫⒎e分器123的輸出端處的結(jié)果得到的信息124轉(zhuǎn)發(fā)到限制器125以便基于信息124生成受限電壓信息，其中向加法元件135的第一正輸入端傳遞結(jié)果得到的風(fēng)力渦輪機(jī)單獨偏移信息130。
另外，將大體控制待由風(fēng)電場提供的無功功率的公共電壓參考信息140傳遞到加法元件135的第二正輸入端。公共電壓參考信息140可以作為風(fēng)電場特定控制信息urefpark由控制風(fēng)電場的操作的系統(tǒng)操作者來示例性地提供。向加法元件135的輸出端提供表示公共電壓參考信息140和風(fēng)力渦輪機(jī)單獨偏移信息130之和的值的結(jié)果得到的信息150。
根據(jù)圖1的示例性控制方案，風(fēng)力渦輪機(jī)單獨控制信息150表示風(fēng)力渦輪機(jī)單獨電壓參考ur[n]，該控制信息150可能被轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的第n個風(fēng)力渦輪機(jī)，從而基于該控制信息150來控制待由該第n個風(fēng)力渦輪機(jī)提供的無功功率q[n]。
可以向負(fù)責(zé)根據(jù)控制信息150適當(dāng)產(chǎn)生風(fēng)力渦輪機(jī)單獨無功功率的相應(yīng)風(fēng)力渦輪機(jī)的局部風(fēng)力渦輪機(jī)控制級提供風(fēng)力渦輪機(jī)單獨電壓參考ur[n]150。
圖2示出所提出的控制方案的可替換的實施例，其允許所提出的控制方案的更快實現(xiàn)。如圖2中可視化的所提出的解決方案200主要基于圖1的控制方案，因此使用相同的附圖標(biāo)記并且參照描述的相應(yīng)部分。與圖1所提出的解決方案不同的特征是圖2的處理單元160中的缺失的積分器（通過圖1中的附圖標(biāo)記123來指示），其中放大器121的輸出端直接鏈接到限制器125的輸入端。
圖3示出所提出的解決方案的另外的可替換的實施例300。
由此，將表示由單獨的第n個風(fēng)力渦輪機(jī)提供的無功功率q[n]的信息311傳遞到加法元件314的負(fù)輸入端316。另外，將表示由n個風(fēng)力渦輪機(jī)中的每一個提供的單獨無功功率q[1…n]的信息310轉(zhuǎn)發(fā)到平均（“平均值計算”）元件312的輸入端（或根據(jù)可替換的實施例的若干輸入端）以便基于信息310確定無功功率的平均值。與如圖1中所示的解決方案不同，將表示由風(fēng)電場的所有n個風(fēng)力渦輪機(jī)提供的無功功率q[1…n]的平均值的結(jié)果得到的信息313轉(zhuǎn)發(fā)到乘法元件319的輸入端，所述乘法元件319將無功功率313的平均值與提供給乘法元件319的另外的輸入端的風(fēng)力渦輪機(jī)單獨權(quán)重因子w[n]的值301相乘。將表示經(jīng)加權(quán)的平均值的結(jié)果得到的值303路由到加法元件314的另外的正輸入端315。與圖1的實施例不同，將表示風(fēng)力渦輪機(jī)單獨無功功率偏移qoffest[n]的值302提供給加法元件314的另外的正輸入端318。基于提供給相應(yīng)輸入端315、318、316的信息303、302和311，由加法元件314計算表示所提供的信息303、302、311之和的值320。將表示計算結(jié)果的在計算元件314的輸出端317處可得到的信息320提供給處理單元360的輸入端，所述處理單元360可能具有像如圖1中所示的處理單元160的類似功能（包括例如放大器321、積分器323和電壓限制器325），因此參照圖1的相應(yīng)描述。
類似于圖1的場景，向加法元件335的第一正輸入端傳遞表示經(jīng)由電壓限制器325的輸出端提供的風(fēng)力渦輪機(jī)單獨偏移信息的結(jié)果得到的信息330，其中將控制待由風(fēng)電場提供的無功功率的公共電壓參考信息340路由到加法元件335的第二正輸入端。表示公共電壓參考信息340和風(fēng)力渦輪機(jī)單獨偏移信息330之和的值的結(jié)果得到的信息350被提供給加法元件335的輸出端并且可以作為風(fēng)力渦輪機(jī)單獨控制信息ur[n]轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的第n個風(fēng)力渦輪機(jī)。
如在圖3中示例性示出的控制方案300，特別地通過應(yīng)用風(fēng)力渦輪機(jī)單獨權(quán)重因子w[n]的附加值301并且通過應(yīng)用基于無功功率的風(fēng)力渦輪機(jī)單獨偏移qoffest[n]的值302，允許例如無功功率平衡策略的適當(dāng)定義，比如例如控制物理上定位成更靠近pcc的風(fēng)力渦輪機(jī)以遞送比具有到pcc的更大距離的風(fēng)力渦輪機(jī)更多的無功功率。另外，控制方案300使得能夠在渦輪機(jī)變壓器的中電壓側(cè)上優(yōu)化風(fēng)電場內(nèi)的無功功率和電壓控制。
盡管已經(jīng)以優(yōu)選實施例及其上的變更的形式公開了本發(fā)明，但是將理解到，可以對其做出眾多附加修改和變更而不脫離本發(fā)明的范圍。
為了清楚起見，要理解到，遍及本申請的“一”或“一個”的使用不排除多個，并且“包括”不排除其它步驟或元件?！皢卧被颉澳K”的提及不排除多于一個單元或模塊的使用。