具有高度可靠實(shí)時功率控制的風(fēng)力發(fā)電廠的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力發(fā)電廠的容錯控制系統(tǒng)，該風(fēng)力發(fā)電廠包括多個電力單元，所述控制系統(tǒng)包括控制裝置，其用于產(chǎn)生基本同時的電力單元設(shè)定點(diǎn)值的副本；數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其用于向所述多個電力單元發(fā)送基本同時的電力單元設(shè)定點(diǎn)值；以及多個分散表決裝置，其被布置成將分散表決裝置分配到每個電力單元，每個分散表決裝置都適于從電力單元設(shè)定點(diǎn)的副本中選擇一個電力單元設(shè)定點(diǎn)值。本發(fā)明還涉及一種相關(guān)聯(lián)的方法。
【專利說明】具有高度可靠實(shí)時功率控制的風(fēng)力發(fā)電廠
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種為風(fēng)力發(fā)電廠建立高度可靠實(shí)時功率控制系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在風(fēng)力發(fā)電廠中，已知的現(xiàn)有技術(shù)是對每個風(fēng)力渦輪機(jī)或子站輸出的功率進(jìn)行實(shí)時控制，以符合電網(wǎng)要求?？刂仆ǔ淖诱局械闹醒氚l(fā)電廠控制器單元進(jìn)行，并可能涉及到對有功功率、無功功率、頻率、電流和/或電壓的控制。
[0003]隨著風(fēng)力發(fā)電廠的規(guī)模和功率輸出的增大，發(fā)電廠控制中故障造成的后果變得越來越嚴(yán)重。
[0004]新的電網(wǎng)服從法規(guī)對正常運(yùn)行狀況下以及風(fēng)力發(fā)電廠內(nèi)部或外部電網(wǎng)故障的情況下發(fā)電廠的可靠且決定性功率輸出提出了要求。
[0005]在風(fēng)力發(fā)電廠外部電網(wǎng)故障的情況下，為了補(bǔ)償電網(wǎng)，越來越經(jīng)常依賴于風(fēng)力發(fā)電廠。
[0006]因此希望具有一種高度可靠的發(fā)電廠控制系統(tǒng)，其特征在于:
[0007]ο發(fā)電廠控制器系統(tǒng)的可靠性非常高。這里將“非常高的可靠性”理解為發(fā)電廠控制器系統(tǒng)具有以下特性:在正常運(yùn)行狀況下，在單一故障情況下，并也可能在雙重或多重故障情況下，以非常高的概率來保證正確的發(fā)電廠控制。
[0008]ο用于發(fā)電廠控制的發(fā)電廠通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性非常高。這里將“非常高的可靠性”理解為通信網(wǎng)絡(luò)具有以下特性:在正常運(yùn)行狀況下，在單一故障情況下，并也可能在雙重或多重故障情況下，以非常高的概率保證輸送正確的數(shù)據(jù)。
[0009]ο發(fā)電廠控制器和/或發(fā)電廠資源控制器以及連接的風(fēng)力渦輪機(jī)和子站之間的通信網(wǎng)絡(luò)中的硬實(shí)時特性。這里將“硬實(shí)時”理解為通信網(wǎng)絡(luò)具有以下特性:在所有負(fù)載的情況下，在指定最后期限內(nèi)，具有非常高的概率保證輸送數(shù)據(jù)。
[0010]對發(fā)電廠控制中非常高可靠性的要求由發(fā)電廠控制系統(tǒng)和發(fā)電廠通信系統(tǒng)中的容錯性來支持。該要求進(jìn)一步受到分散表決方案的支持，所述分散表決方案旨在在多個可用風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)定點(diǎn)值當(dāng)中選擇最可靠的風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)定點(diǎn)值。
[0011]用于風(fēng)力發(fā)電廠的容錯控制系統(tǒng)通常被實(shí)現(xiàn)為包括各種關(guān)鍵性發(fā)電廠模塊/設(shè)備的副本的冗余系統(tǒng)。在關(guān)鍵性發(fā)電廠模塊/設(shè)備故障時，其功能由類似的發(fā)電廠模塊/設(shè)備來接管。
[0012]US2009/0309360和US2009/0309361論述了一種用于控制風(fēng)能發(fā)電場的方法和控制系統(tǒng)。在US2009/0309360和US2009/0309361中，主要通信單元控制著多個具有優(yōu)先級的控制單元。在具有給定優(yōu)先級的給定控制單元故障的情況下，主要通信單元選擇優(yōu)先級較低的控制單元來接管故障控制單元的功能。
[0013]在US2009/0309360和US2009/0309361中提出的方法和系統(tǒng)缺點(diǎn)在于，主要通信單元在另一個控制單元損壞或任何其它方式的故障的情況下，可選擇哪個控制單元來接管。然而，在主要通信單元自身損壞的情況下，沒有替換單元可用。[0014]因此，在US2009/0309360和US2009/0309361中提出的控制方法和控制系統(tǒng)不能
被視為容錯控制方法/系統(tǒng)，至少在主要通信單元的層次上不是。
[0015]可以將提供風(fēng)力發(fā)電廠中高度可靠的實(shí)時發(fā)電廠控制看做本發(fā)明實(shí)施例的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]在第一方面，可以通過提供一種用于風(fēng)力發(fā)電廠的實(shí)時容錯控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)上述 目的，所述風(fēng)力發(fā)電廠包括多個電力單元，該控制系統(tǒng)包括
[0017]-控制裝置，其用于產(chǎn)生基本同時的電力單元設(shè)定點(diǎn)值的副本，
[0018]-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其用于向所述多個電力單元發(fā)送基本同時的電力單元設(shè)定點(diǎn)值 的副本，以及
[0019]-多個分散表決裝置，其被布置成使分散表決裝置被分配到每個電力單元，每個分 散表決裝置都適于從電力單元設(shè)定點(diǎn)值的副本中選擇一個電力單元設(shè)定點(diǎn)值。
[0020]術(shù)語“電力單元”應(yīng)當(dāng)做寬泛理解，并因此可以覆蓋風(fēng)力渦輪機(jī)或其它類型的發(fā)電 或電力供應(yīng)單元，例如儲能單元。顯然，風(fēng)力發(fā)電廠的電力單元可以是不同類型電力單元 (即風(fēng)力渦輪機(jī)、儲能單元等)的組合。
[0021]可以通過使多個控制裝置針對相同數(shù)據(jù)進(jìn)行操作同時執(zhí)行相同的功能，來提供基 本同時的電力單元設(shè)定點(diǎn)值的副本產(chǎn)生，并因此使該副本是決定性的。
[0022]以下優(yōu)點(diǎn)與本發(fā)明的第一方面相關(guān)聯(lián):
[0023]O本發(fā)明的控制系統(tǒng)架構(gòu)可以滿足對現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電廠控制系統(tǒng)提出的可靠性的高 要求。
[0024]O本發(fā)明的控制系統(tǒng)架構(gòu)可以滿足對現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電廠控制系統(tǒng)中可靠實(shí)時控制的 要求。
[0025]O本發(fā)明的控制系統(tǒng)架構(gòu)可以集成功能安全性，并能夠支持如在IEC61508標(biāo)準(zhǔn)中 所指定的安全相關(guān)功能的低需求模式、高需求模式和連續(xù)模式類別。
[0026]O本發(fā)明的控制系統(tǒng)架構(gòu)以能夠針對各種風(fēng)力渦輪機(jī)平臺和各種發(fā)電廠布局調(diào)節(jié) 功能的方式，而可以是可縮放和靈活的。
[0027]該發(fā)電廠控制系統(tǒng)架構(gòu)可以包括發(fā)電廠控制器和相關(guān)傳感器系統(tǒng)。此外，發(fā)電廠 控制系統(tǒng)架構(gòu)可以包括多個電力單元。電力單元的范例可以是風(fēng)力渦輪機(jī)電力變換器系統(tǒng) 和儲能電力變換器系統(tǒng)。
[0028]本發(fā)明的控制系統(tǒng)架構(gòu)可以應(yīng)用具有高可靠性和安全相關(guān)特性的容錯實(shí)時通信 網(wǎng)絡(luò)(RTCN)。
[0029]該容錯控制系統(tǒng)還可以包括主控制器裝置，其適于為控制裝置產(chǎn)生參考信號，用 以產(chǎn)生基本同時的電力單元設(shè)定點(diǎn)值的副本。集中式主控制器裝置可以包括用于向控制裝 置產(chǎn)生參考信號的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SCADA)。
[0030]此外，可以提供一種包括多個傳感器的容錯傳感器系統(tǒng)。優(yōu)選地，以冗余方式布置 多個傳感器。所述多個傳感器適于測量在公共耦合點(diǎn)處或附近的至少一個電參數(shù)。這包括 測量例如電壓、電流、有功功率、無功功率、頻率等。
[0031]數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)可以包括實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)，例如時間觸發(fā)的以太網(wǎng)。時間觸發(fā)的以太 網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)可以被實(shí)現(xiàn)為單容錯網(wǎng)絡(luò)或雙容錯或多容錯網(wǎng)絡(luò)。實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)的安全相關(guān)的通信。
[0032]在第二方面，本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電廠，其包括根據(jù)第一方面的容錯控制系統(tǒng)。 如前所述，多個電力單元可以包括一個或多個風(fēng)力渦輪機(jī)和/或一個或多個儲能單元。
[0033]在第三方面，本發(fā)明涉及一種實(shí)時控制風(fēng)力發(fā)電廠的方法，該風(fēng)力發(fā)電廠包括多 個電力單元，該方法包括以下步驟:
[0034]-產(chǎn)生基本同時的電力單元設(shè)定點(diǎn)值的副本，
[0035]-經(jīng)由數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)向風(fēng)力發(fā)電廠中的電力單元發(fā)送電力單元設(shè)定點(diǎn)值，
[0036]-在每個電力單元處執(zhí)行分散表決過程，該分散表決過程包括從電力單元設(shè)定點(diǎn) 值的副本中選擇一個電力單元設(shè)定點(diǎn)值的步驟，以及
[0037]-在每個電力單元處向所述電力單元應(yīng)用所選擇的電力單元設(shè)定點(diǎn)值。
[0038]同樣，術(shù)語“電力單元”應(yīng)當(dāng)做寬泛理解，并因此可以覆蓋風(fēng)力渦輪機(jī)或任何其它 類型的發(fā)電或電力供應(yīng)單元，例如儲能單元。顯然，風(fēng)力發(fā)電廠的電力單元可以是不同類型 電力單元(即風(fēng)力渦輪機(jī)、儲能單元等)的組合。
[0039]可以將電力單元設(shè)定點(diǎn)值應(yīng)用于所述風(fēng)力發(fā)電廠中的多個風(fēng)力渦輪機(jī)。替代地或 與之組合，可以將電力單元設(shè)定點(diǎn)值應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電廠中的多個儲能單元。也可以將所產(chǎn) 生的電力單元設(shè)定點(diǎn)值應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電廠中的所有電力單元。
[0040]在第四方面，本發(fā)明涉及一種控制風(fēng)力發(fā)電廠的方法，該風(fēng)力發(fā)電廠包括多個電 力單元，該方法包括以下步驟:
[0041 ]-提供風(fēng)力發(fā)電廠內(nèi)的全局時間，
[0042]-根據(jù)全局時間將電力單元中的電力切換同步，
[0043]-在電力單元之間進(jìn)行同步的交錯式電源切換，以及
[0044]-在電力單元中和之間進(jìn)行同步的可變頻率切換。
[0045]在第五方面，本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力發(fā)電廠的容錯控制系統(tǒng)，該風(fēng)力發(fā)電廠包 括多個電力單元，所述控制系統(tǒng)包括
[0046]-控制裝置，其用于產(chǎn)生基本同時的測量值的副本，
[0047]-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其用于向所述多個電力單元發(fā)送基本同時的測量值的副本，以及
[0048]-多個分散表決裝置，其被布置成將分散表決裝置分配到每個電力單元，每個分散 表決裝置都適于選擇測量值的副本中的一個測量值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]現(xiàn)在將參考附圖來更詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中
[0050]圖1示出了發(fā)電廠控制系統(tǒng)的第一實(shí)施例，
[0051]圖2示出了發(fā)電廠控制系統(tǒng)的第二實(shí)施例，
[0052]圖3示出了示范性單容錯通信網(wǎng)絡(luò)，以及
[0053]圖4示出了示范性雙容錯通信網(wǎng)絡(luò)。
[0054]盡管容易對本發(fā)明做出各種修改和替代形式，但具體實(shí)施例已經(jīng)在附圖中通過舉 例示出并將在此詳細(xì)描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，并非要將本發(fā)明限于所公開的具體形式。相反， 本發(fā)明旨在覆蓋落在如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有修改、等價體和替 代體。【具體實(shí)施方式】
[0055]總體而言，本發(fā)明旨在提供一種用于風(fēng)力發(fā)電廠的容錯控制系統(tǒng)。本發(fā)明的控制 系統(tǒng)架構(gòu)大致反映了 “形式遵循功能”的創(chuàng)建設(shè)計(jì)原則。
[0056]根據(jù)本發(fā)明，風(fēng)力發(fā)電廠中的容錯控制伴隨著提供一種支持分散表決的方法和系 統(tǒng)，即，在發(fā)電/供應(yīng)單元(例如風(fēng)力渦輪機(jī)或電力存儲單元)的地方進(jìn)行功率設(shè)定點(diǎn)的選 擇。
[0057]因此，功率控制能力不限于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的輸出功率。能夠向電網(wǎng)提供電力的 其它合適發(fā)電/供應(yīng)單元可以是受發(fā)電廠控制器控制的蓄能設(shè)施。
[0058]功率設(shè)定點(diǎn)可以反映要由風(fēng)力發(fā)電廠內(nèi)的風(fēng)力渦輪機(jī)或另一發(fā)電/供應(yīng)單元產(chǎn) 生的功率(有功和/或無功)、頻率、電壓或電流，總的目的是確保整個發(fā)電廠的功率輸出符 合應(yīng)用于電廠電網(wǎng)連接的電網(wǎng)法規(guī)。
[0059]此外,本發(fā)明將能夠:
[0060]O提高電網(wǎng)接口處的功率質(zhì)量 [0061 ] O提高發(fā)電廠的穩(wěn)定性
[0062]O優(yōu)化發(fā)電廠效率
[0063]O提高在故障條件下發(fā)電廠的可用性和電力生產(chǎn)
[0064]O減小電網(wǎng)電力濾波器的尺寸和成本。
[0065]在下文中，將參考包括多個風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)力發(fā)電廠來描述本發(fā)明。然而，應(yīng)當(dāng)理 解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以由其它類型的發(fā)電/供應(yīng)單元替代或補(bǔ)充這些 風(fēng)力渦輪機(jī)。
[0066]現(xiàn)在參考圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電廠控制系統(tǒng)100的布局。如圖1中所示，子站116經(jīng)由m個數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)128-130連接到n個風(fēng)力渦輪機(jī)101-103。
[0067]每個風(fēng)力渦輪機(jī)101-103包括風(fēng)力渦輪機(jī)功率控制器(WTPC) 104-106、或可選 地n+m冗余配置的多個風(fēng)力渦輪機(jī)功率控制器、以及連接到其上的多個通信網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) (CNS)107-115。每個CNS107-115都與其它風(fēng)力渦輪機(jī)的其它CNS級聯(lián)耦合，以在子站116 和n個風(fēng)力渦輪機(jī)101-103之間形成環(huán)形通信路徑128-130。環(huán)形通信路徑128-130經(jīng)由 分配CNS設(shè)備125-127連接到子站116。每個分配CNS服務(wù)于環(huán)形通信路徑128-130之一。
[0068]環(huán)形通信路徑128-130允許一個風(fēng)力渦輪機(jī)CNS107-115可能故障，而不會使環(huán)中 的其它風(fēng)力渦輪機(jī)與同一通信路徑之內(nèi)的其它CNS接觸不良。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在環(huán) 形通信路徑128-130上雙向通信數(shù)據(jù)，以獲得更高的故障容忍度。對環(huán)形連接路徑的替代 可以是具有分配CNS的星形連接，這是因?yàn)榭梢越⒅行狞c(diǎn)。
[0069]通常，應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明不限于通信路徑的特定拓?fù)??？梢允褂萌魏瓮負(fù)洌壜?lián)耦 合行、級聯(lián)耦合環(huán)、星形耦合或其組合。
[0070]每個WTPC104-106都具有內(nèi)置的表決器，用于經(jīng)由風(fēng)力渦輪機(jī)CNS107-115在一個 或多個子站中的冗余發(fā)電廠控制器(PPC) 119-121、冗余傳感器系統(tǒng)118或其它冗余數(shù)據(jù)源 提供的設(shè)定點(diǎn)或數(shù)據(jù)值之間表決。每個通信路徑128-130都向所連接的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)送設(shè) 定點(diǎn)或數(shù)據(jù)值。因此，對于風(fēng)力渦輪機(jī)101而言，WTPC104的表決器適于通過冗余通信路徑 128-130在對應(yīng)的冗余發(fā)電廠控制器119-121和/或傳感器系統(tǒng)118提供的設(shè)定點(diǎn)和數(shù)據(jù)值之間進(jìn)行表決。
[0071]可能的情形可以是，表決器根據(jù)“3中取2”(2oo3)的原則進(jìn)行表決，S卩，如果設(shè)定 點(diǎn)值之一顯著偏離其它2個，則忽略偏離的設(shè)定點(diǎn)值。結(jié)果，選擇兩個相對等的設(shè)定點(diǎn)值之 一，并隨后應(yīng)用于功率控制器。
[0072]應(yīng)當(dāng)指出，應(yīng)用的表決原則取決于控制系統(tǒng)布局，并可以與前述2oo3原則不同。
[0073]圖1中示出的子站116包括控制多個冗余布置的PPC119-121的SCADA117。此外， 每個PPC從容錯傳感器系統(tǒng)118的多個傳感器接收測量數(shù)據(jù)。容錯傳感器系統(tǒng)可以包括多 個冗余布置的傳感器，這些傳感器被定位在風(fēng)力發(fā)電廠的公共耦合點(diǎn)(PCC)處或附近。傳 感器可直接連接到PPC，或它們可以經(jīng)由本地總線與PPC通信，或者它們可以通過至CNS的 連接經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)來通信。
[0074]如圖1中所示，傳感器子系統(tǒng)118向三個PPC119-121提供其測量數(shù)據(jù)(功率、頻 率、電壓、電流等)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，基本同時向PPCl 19-121提供相同的數(shù)據(jù)。這 樣允許PPC119-121同時處理相同的數(shù)據(jù)，并因此只要PPC119-121沒有內(nèi)部故障，就產(chǎn)生相 同的輸出。該原理確保了從PPC在設(shè)定點(diǎn)之間的“副本決定論”。這種特性防止發(fā)生由PPC 中的不同計(jì)算軌跡導(dǎo)致的電力單元中的錯誤表決。
[0075]在副本決定性系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)的期望特性是“故障-沉默”，這意味著在內(nèi)部故障的 情況下，節(jié)點(diǎn)將不能進(jìn)入無源狀態(tài)。在PPC的設(shè)計(jì)中強(qiáng)制了這種特性。
[0076]每個PPC119-121都從SCADA117接收參考信號，并據(jù)此產(chǎn)生風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)定點(diǎn)值。 經(jīng)由可獨(dú)立工作的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)128-130向風(fēng)力發(fā)電廠中的風(fēng)力渦輪機(jī)提供風(fēng)力渦輪機(jī) 設(shè)定點(diǎn)值。因此，參考圖1，風(fēng)力渦輪機(jī)101-103的每個都根據(jù)PPC系統(tǒng)中的容錯水平，接收 兩個或三個獨(dú)立產(chǎn)生的風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)定點(diǎn)值。每個WTPC104-106中并入的表決器表決并選 擇設(shè)定點(diǎn)值中的一個有效設(shè)定點(diǎn)。
[0077]通過定位于子站116內(nèi)的分配CNS125-127進(jìn)行渦輪機(jī)設(shè)定點(diǎn)值的分配。在兩種 或更多實(shí)例中實(shí)施CNS，以支持期望的容錯性。分配CNS能夠支持多個獨(dú)立的風(fēng)力渦輪機(jī)數(shù) 據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，并因此，支持風(fēng)力發(fā)電廠中的多行風(fēng)力渦輪機(jī)。
[0078]在被分配在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)128-130上之前，可以通過位于子站之內(nèi)的兩個或三個 控制CNS122-124傳遞所產(chǎn)生的風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)定點(diǎn)值。這樣允許可以將設(shè)定點(diǎn)值傳遞到其 它分配CNS組131-132，從而能夠控制風(fēng)力發(fā)電廠中另外的風(fēng)力渦輪機(jī)。
[0079]圖2示出了風(fēng)力發(fā)電廠控制系統(tǒng)200的布局的另一實(shí)施例。與圖1相比，省略了 子站216的PPCl 19-121。相反，將PPC的功能并入風(fēng)力渦輪機(jī)201-203的WTPC204-206 中。通過子站216內(nèi)的控制CNS219-221和分配CNS225-227向風(fēng)力渦輪機(jī)中的WTPC系統(tǒng) 204-206分配容錯傳感器數(shù)據(jù)。類似于圖1所示的實(shí)施例，每個CNS207-215都與其它風(fēng)力 渦輪機(jī)的其它CNS級聯(lián)耦合，以在子站216和n個風(fēng)力渦輪機(jī)201-203之間形成環(huán)形通信 路徑222-224?？梢越?jīng)由控制CNS219-221向其它分配CNS組228-229傳遞設(shè)定點(diǎn)值，從而 能夠控制風(fēng)力發(fā)電廠中的其它風(fēng)力渦輪機(jī)。
[0080]如前所述，本發(fā)明不限于通信路徑的特定拓?fù)??？梢允褂萌魏瓮負(fù)洌壜?lián)耦合行、 級聯(lián)耦合環(huán)、星形耦合或其組合。
[0081]在圖1和2中所示的實(shí)施例中，PPC和CNS系統(tǒng)可以是單容錯的，利用PPC和CNS 的兩個實(shí)例；或者它們可以是雙容錯的，利用PPC和CNS的三個實(shí)例。[0082]在圖1和2中所示的實(shí)施例中，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)是高度可靠的網(wǎng)絡(luò)，并表現(xiàn)出實(shí) 時能力，該實(shí)時能力保證以非常高的概率在指定最后期限內(nèi)輸送數(shù)據(jù)。
[0083]優(yōu)選地，發(fā)電廠控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠以lms、500ii s、100ii s或甚至更短間隔通信硬 實(shí)時設(shè)定點(diǎn)值。
[0084]合適的網(wǎng)絡(luò)可以是以太網(wǎng)/IP、以太網(wǎng)POWERLINK、EtherCAT, SERCOS II1、 PROFInet-1RT, TTEthernet或具有類似特性的其它數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。
[0085]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，RTCN是具有時間觸發(fā)特性的高決定性通信網(wǎng)絡(luò)。這樣 的網(wǎng)絡(luò)可以是TTEthernet或具有類似特性的其它通信網(wǎng)絡(luò)。這種RTCN使得數(shù)據(jù)在冗余 RTCN信道上基本同時可用，并從而為系統(tǒng)水平的容錯提供強(qiáng)大支持。
[0086]TTEthernet將時間觸發(fā)的通信樣式的優(yōu)點(diǎn)與廣泛傳播的以太網(wǎng)的靈活性相結(jié)合。 它支持標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)流量，同時確保不干擾關(guān)鍵性數(shù)據(jù)流量。在這樣的通信樣式中，在設(shè)計(jì)階 段規(guī)劃RTCN上的實(shí)時數(shù)據(jù)的通信，并且相關(guān)聯(lián)的節(jié)點(diǎn)具有數(shù)據(jù)何時可用的先驗(yàn)知識。
[0087]TTEthernet還向系統(tǒng)中的所有節(jié)點(diǎn)提供了容錯精確度全局時間。這些特性使得能 夠保證通過訂閱相同數(shù)據(jù)的兩個或更多副本節(jié)點(diǎn)同時對相同數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，并由于精確度 全局時間的緣故，而被設(shè)計(jì)成基本同時執(zhí)行相同功能，并從而是副本決定性的。
[0088]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，RTCN具有如在IEC61508標(biāo)準(zhǔn)中定義的支持“連續(xù)模 式”安全相關(guān)功能的特性。連續(xù)模式安全功能將取決于在RTCN上的節(jié)點(diǎn)之間通信的安全 相關(guān)數(shù)據(jù)，以執(zhí)行安全功能。TTEthernet固有地通過其容錯和安全相關(guān)特性來支持連續(xù)模 式安全功能。TTEthernet通信系統(tǒng)是可證明安全性的。通過利用這種通信網(wǎng)絡(luò)，可以根據(jù) IEC61508標(biāo)準(zhǔn)中的定義來擴(kuò)展本發(fā)明容錯架構(gòu)的能力，以包括全部類別的安全功能:低需 求模式、高需求模式和連續(xù)模式安全功能。
[0089]發(fā)電廠控制系統(tǒng)的可依賴性可進(jìn)一步的特征在于:
[0090]O可以根據(jù)在IEC61508標(biāo)準(zhǔn)中的定義將進(jìn)行發(fā)電廠控制的失敗概率保證為安全 完整性等級2 (SIL2)。
[0091]O可以根據(jù)在IEC61508標(biāo)準(zhǔn)中的定義將進(jìn)行發(fā)電廠控制的失敗概率保證為安全 完整性等級3 (SIL3)。
[0092]在分配式系統(tǒng)中，可以通過建立精確的全局時間來支持容錯和實(shí)時特性，其中節(jié) 點(diǎn)所具有的公共時間概念偏差微乎其微，通常在微秒或更小的范圍內(nèi)，然而不限于該精度。 全局時間支持:
[0093]O跨節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集的同步
[0094]O跨節(jié)點(diǎn)過程的同步
[0095]O數(shù)據(jù)通信塒間觸發(fā)的通信)的同步
[0096]O容錯控制器和分配式節(jié)點(diǎn)中的副本決定論
[0097]可以通過在風(fēng)力渦輪機(jī)中以及整個風(fēng)力發(fā)電廠中實(shí)施兼容IEEE-1588的精確度 時間協(xié)議來建立全局時間?？商鎿Q地，可以利用對于作為很多工業(yè)RTCN的部分的精確全局 時間的固有支持，來建立全局時間。在精確全局時間對于系統(tǒng)可用性和/或安全性至關(guān)重 要的系統(tǒng)中，必須要在分配精確全局時間時建立足夠水平的容錯和可靠性，以支持這一點(diǎn)。 TTEthernet支持具有非常高可靠性特性的全局時間。
[0098]全局時間域可以包括整個風(fēng)力發(fā)電廠或僅僅其部分。[0099]全局時間的特定方面是能夠?qū)︼L(fēng)力渦輪機(jī)及其它發(fā)電廠應(yīng)用中的電力切換進(jìn)行 同步。這種能力能夠支持風(fēng)力渦輪機(jī)和子站應(yīng)用內(nèi)以及風(fēng)力發(fā)電廠中的風(fēng)力渦輪機(jī)和子站 應(yīng)用之間的交錯式功率切換。全局時間還能夠支持同步的可變頻率切換，其能夠減少來自 切換系統(tǒng)的窄帶噪聲發(fā)射。組合交錯的切換和頻率切換會是有益的。功率切換對準(zhǔn)的目的 是減少濾波器系統(tǒng)、減少電磁干擾、以及減少電網(wǎng)連接處的電噪聲。
[0100]現(xiàn)在參考圖3，容錯控制系統(tǒng)300中的DCN305-314由冗余CN連接。圖3例示了應(yīng) 用冗余通信交換機(jī)301-304的單容錯CN300。這種結(jié)構(gòu)滿足系統(tǒng)高可靠性所需的容錯性。 相對于本發(fā)明，DCN可以是WTPC。
[0101]每個DCN305-314通常包括分配式控制系統(tǒng)單元，該分配式控制系統(tǒng)單元是單獨(dú) 地或與其它DCN305-314的其它分配式控制系統(tǒng)單元相組合，來形成給定風(fēng)力渦輪機(jī)或發(fā) 電廠子系統(tǒng)的完整控制系統(tǒng)。經(jīng)由冗余通信路徑315提供與其它通信交換機(jī)的通信。
[0102]圖4例示了應(yīng)用三重冗余通信架構(gòu)的雙容錯RTCN400，該架構(gòu)包括三個通信交換 機(jī)401-403和六個DCN404-409。這種結(jié)構(gòu)滿足非常高的系統(tǒng)可靠性以及在首次故障之后對 于長的平均時間的修理的任務(wù)關(guān)鍵性容錯系統(tǒng)所需的容錯性。經(jīng)由三重冗余通信路徑410 提供與其它通信交換機(jī)的通信。
【權(quán)利要求】
1.一種用于風(fēng)力發(fā)電廠的實(shí)時容錯控制系統(tǒng)，所述風(fēng)力發(fā)電廠包括多個電力單元，所述控制系統(tǒng)包括: -控制裝置，其用于產(chǎn)生基本同時的電力單元設(shè)定點(diǎn)值的副本， -數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其用于向所述多個電力單元發(fā)送基本同時的電力單元設(shè)定點(diǎn)值的副本，以及 -多個分散表決裝置，其被布置成使分散表決裝置被分配到每個電力單兀，每個分散表決裝置都適于從電力單元設(shè)定點(diǎn)值的所述副本中選擇一個電力單元設(shè)定點(diǎn)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容錯控制系統(tǒng)，還包括集中式主控制器裝置，所述集中式主控制器裝置適于為所述控制裝置產(chǎn)生參考信號，用以產(chǎn)生基本同時的電力單元設(shè)定點(diǎn)值的副本。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的容錯控制系統(tǒng)，還包括容錯傳感器系統(tǒng)，所述容錯傳感器系統(tǒng)包括多個傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的容錯控制系統(tǒng)，其中所述多個傳感器以冗余方式來布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的容錯控制系統(tǒng)，其中所述多個傳感器適于測量在公共耦合點(diǎn)處或附近的至少一個電參數(shù)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的容錯控制系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)包括實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的容錯控制系統(tǒng)，其中所述實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)包括時間觸發(fā)的以太網(wǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的容錯控制系統(tǒng)，其中所述時間觸發(fā)的以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)被實(shí)現(xiàn)為單容錯網(wǎng)絡(luò)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的容錯控制系統(tǒng)，其中所述時間觸發(fā)的以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)被實(shí)現(xiàn)為雙容錯網(wǎng)絡(luò)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中的任一項(xiàng)所述的容錯控制系統(tǒng)，其中所述實(shí)時通信網(wǎng)絡(luò)支持安全相關(guān)的數(shù)據(jù)通信。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的容錯控制系統(tǒng)，還包括用于建立全局時間的>j-U ρ?α裝直。
12.—種風(fēng)力發(fā)電廠，包括根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的實(shí)時容錯控制系統(tǒng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的風(fēng)力發(fā)電廠，其中所述多個電力單元包括一個或多個風(fēng)力渦輪機(jī)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的風(fēng)力發(fā)電廠，其中所述多個電力單元包括一個或多個儲能單元。
15.一種用于實(shí)時控制風(fēng)力發(fā)電廠的方法，所述風(fēng)力發(fā)電廠包括多個電力單元，所述方法包括以下步驟: -產(chǎn)生基本同時的電力單元設(shè)定點(diǎn)值的副本， -經(jīng)由數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)向所述風(fēng)力發(fā)電廠中的所述電力單元發(fā)送所述電力單元設(shè)定點(diǎn)值， -在每個電力單元處執(zhí)行分散表決過程，所述分散表決過程包括從電力單元設(shè)定點(diǎn)值的所述副本中選擇一個電力單元設(shè)定點(diǎn)值的步驟，以及-在每個電力單元處向所述電力單元應(yīng)用所選擇的電力單元設(shè)定點(diǎn)值。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，將所選擇的電力單元設(shè)定點(diǎn)值應(yīng)用于所述風(fēng)力發(fā)電廠中的多個風(fēng)力渦輪機(jī)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其中，將所選擇的電力單元設(shè)定點(diǎn)值應(yīng)用于所述風(fēng)力發(fā)電廠中的多個儲能單元。
18.根據(jù)權(quán)利要求15-17中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，將所選擇的電力單元設(shè)定點(diǎn)值應(yīng)用于所述風(fēng)力發(fā)電廠中的所有電力單元。
【文檔編號】G05B9/03GK103562805SQ201280026408
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月30日
【發(fā)明者】J·本特松, N·E·丹尼爾森 申請人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)集團(tuán)公司