風(fēng)力渦輪控制器和用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的電力產(chǎn)生的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的電力產(chǎn)生的風(fēng)力渦輪控制器。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種包括此類控制器的風(fēng)力渦輪機(jī)以及包括多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)電場(chǎng)。此外，本發(fā)明涉及一種用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的電力產(chǎn)生的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在普通風(fēng)電場(chǎng)控制結(jié)構(gòu)中，電場(chǎng)控制器(高級(jí)別控制器)位于公共耦合點(diǎn)(PCC)，即風(fēng)電場(chǎng)和公共電網(wǎng)之間的連接處。由于普通風(fēng)電場(chǎng)控制結(jié)構(gòu)中的控制結(jié)構(gòu)是層級(jí)式的，所以低級(jí)別控制器位于各個(gè)渦輪機(jī)處，所謂的渦輪控制器。
[0003]電場(chǎng)控制器具有調(diào)節(jié)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)有功功率生成以及例如PCC處的電壓、無功功率或功率因數(shù)之類的附加變量的任務(wù)。電場(chǎng)控制器接收在PCC所取得的電流和電壓測(cè)量，并且基于它們與對(duì)應(yīng)的參考值的差異其針對(duì)各個(gè)渦輪機(jī)提供電壓設(shè)置點(diǎn)。電場(chǎng)控制器的實(shí)施方式可以是具有可能的軟化功能(droop funct1n)的PID結(jié)構(gòu)，其基于所測(cè)量的無功功率修改參考電壓并且可能地基于所測(cè)量的電網(wǎng)頻率修改有功功率參考。
[0004]渦輪控制器例如遵循由參考值所定義的最大功率點(diǎn)跟蹤，即由電場(chǎng)控制器定義的設(shè)置點(diǎn)來調(diào)節(jié)終端電壓和渦輪機(jī)有功功率產(chǎn)生。這有效地通過針對(duì)Id(基于有功功率設(shè)置點(diǎn))和Iq (基于電壓或無功功率設(shè)置點(diǎn))電流分量來產(chǎn)生設(shè)置點(diǎn)而實(shí)現(xiàn)，所述電流分量然后在并未在范圍外的情況下由轉(zhuǎn)換器生成。
[0005]在此類結(jié)構(gòu)中，電場(chǎng)控制器向所有渦輪控制器提供相同的電壓并且經(jīng)常是相同的有功功率設(shè)置點(diǎn)而并不考慮它們單個(gè)狀況，諸如電網(wǎng)電路特性、單個(gè)渦輪機(jī)風(fēng)暴露、渦輪機(jī)的無功或有功功率容量、飽和狀態(tài)等。另外，電場(chǎng)控制器并未考慮渦輪控制器一其意味著它們的轉(zhuǎn)換器一的電流飽和限制，這可能導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的渦輪PI控制器中的大的積分值。另外，由于此類結(jié)構(gòu)使用層級(jí)式控制回路，所以整個(gè)電場(chǎng)控制方案的穩(wěn)定性分析可能非常復(fù)雜，原因在于不能關(guān)于電場(chǎng)控制器的時(shí)間常數(shù)而忽略渦輪控制器動(dòng)態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)力渦輪機(jī)的改進(jìn)的控制。
[0007]本發(fā)明的這個(gè)和其它目標(biāo)通過獨(dú)立權(quán)利要求來解決。本發(fā)明的實(shí)施例由從屬權(quán)利要求描述。
[0008]因此，提供了一種用于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的電力產(chǎn)生的風(fēng)力渦輪控制器，該風(fēng)力渦輪機(jī)被布置在經(jīng)由公共耦合點(diǎn)耦合至公共電力網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)。該風(fēng)力渦輪控制器包括接收單元，其用于接收在該公共耦合點(diǎn)處所取得的該風(fēng)電場(chǎng)的屬性的測(cè)量值并且用于接收該屬性的參考值；和控制單元，其用于通過基于所接收的該屬性的測(cè)量值和所接收的該屬性的參考值對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)的局部(local)屬性進(jìn)行調(diào)節(jié)而使得在公共耦合點(diǎn)所取得的風(fēng)電場(chǎng)的該屬性的測(cè)量值對(duì)應(yīng)于該屬性的參考值來控制該風(fēng)力渦輪機(jī)的電力產(chǎn)生。
[0009]例如控制單元的相應(yīng)單元可以以硬件和/或以軟件來實(shí)施。如果所述單元以硬件實(shí)施，則其可以被實(shí)施為設(shè)備，例如計(jì)算機(jī)或處理器或系統(tǒng)的一部分，上述系統(tǒng)例如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。如果所述單元以軟件實(shí)施，則其可以被具體實(shí)施為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品、函數(shù)、例程、程序代碼或者可執(zhí)行對(duì)象。
[0010]該風(fēng)力渦輪控制器經(jīng)由該接收單元接收該風(fēng)電場(chǎng)的一個(gè)或多個(gè)屬性的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量值。這些值在公共耦合點(diǎn)(PCC)處取得，該風(fēng)電場(chǎng)在其處連接至公共電力網(wǎng)絡(luò)，下文中也被稱為電網(wǎng)。
[0011]該接收單元進(jìn)一步接收相應(yīng)屬性的一個(gè)或多個(gè)參考值。該參考值表示應(yīng)當(dāng)由風(fēng)電場(chǎng)一即由所有風(fēng)力渦輪機(jī)共同在PCC處實(shí)現(xiàn)的值。
[0012]該控制單元然后基于(多個(gè))所測(cè)量值和(多個(gè))參考值對(duì)該風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)行控制而使得(多個(gè))所測(cè)量值對(duì)應(yīng)于(多個(gè))參考值。這意味著該風(fēng)力渦輪機(jī)受到控制以便在PCC處實(shí)現(xiàn)或滿足(多個(gè))參考值或者至少接近該(多個(gè))參考值。
[0013]使用此類控制結(jié)構(gòu)，該控制結(jié)構(gòu)與使用風(fēng)電場(chǎng)控制器而不是風(fēng)力渦輪控制器的常見控制結(jié)構(gòu)相比被簡(jiǎn)化，因?yàn)橄烁呒?jí)別控制器。
[0014]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該風(fēng)電場(chǎng)的屬性是電流、電壓、無功功率和功率因數(shù)中的至少一個(gè)。
[0015]所有這些屬性都可以被測(cè)量并且然后被風(fēng)力渦輪控制器用作測(cè)量值。參考值可以針對(duì)這些屬性中的全部或部分進(jìn)行設(shè)置。
[0016]根據(jù)另外的實(shí)施例，該風(fēng)力渦輪機(jī)的局部屬性是局部電壓和局部有功功率中的至少一個(gè)。
[0017]通過控制或調(diào)節(jié)這些局部屬性，風(fēng)力渦輪控制器可以確保能夠接近PCC的參考值。該局部屬性影響PCC處的全局(global)屬性。
[0018]根據(jù)另外的實(shí)施例，該控制單元適于確定所測(cè)量值和參考值之間的差異。
[0019]當(dāng)確定該差異時(shí)，該控制單元可以基于所確定的差異對(duì)局部屬性進(jìn)行調(diào)節(jié)。該差異還可以被稱作PCC處的誤差。
[0020]根據(jù)另外的實(shí)施例，該接收單元適于接收在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)活動(dòng)的(active)風(fēng)力禍輪機(jī)的數(shù)目，并且其中該控制單元適于基于該風(fēng)力渦輪機(jī)的數(shù)目來控制電力產(chǎn)生。
[0021]有關(guān)活動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)的總數(shù)的信息可以被用來調(diào)整風(fēng)力渦輪控制器的增益。風(fēng)力渦輪控制器也可以被稱作終端控制器。在本上下文中，終端電壓是到風(fēng)場(chǎng)電網(wǎng)的渦輪連接處的電壓并且其由渦輪電壓控制器所控制。
[0022]根據(jù)另外的實(shí)施例，該風(fēng)力渦輪控制器進(jìn)一步包括監(jiān)視單元，其用于監(jiān)視該風(fēng)力渦輪機(jī)的輸出端子處的電流設(shè)置點(diǎn)的值和/或電壓的值。
[0023]除了控制局部屬性以用于接近全局參考值之外，該監(jiān)視單元可以對(duì)局部屬性中的一些進(jìn)行監(jiān)視而使得該風(fēng)力渦輪機(jī)能夠在該風(fēng)力渦輪機(jī)的局部極限內(nèi)進(jìn)行控制，上述局部極限例如該風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)換器的極限。本上下文中的轉(zhuǎn)換器指的是風(fēng)力渦輪機(jī)的電網(wǎng)側(cè)的轉(zhuǎn)換器。
[0024]根據(jù)另外的實(shí)施例，該監(jiān)視單元適于在終端電壓的值低于電壓范圍的電壓下限值或者高于電壓上限值的情況下生成電壓報(bào)警信號(hào)。
[0025]針對(duì)局部電壓，可以設(shè)置下限值和上限值。如果所監(jiān)視的電壓值超出這些極限，則可以生成電壓報(bào)警信號(hào)。
[0026]根據(jù)另外的實(shí)施例，該控制單元適于接收電壓報(bào)警信號(hào)并且切換至局部電壓控制模式，其中控制單元適于通過基于該電壓范圍調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)的局部屬性而控制該風(fēng)力渦輪機(jī)的電力產(chǎn)生。
[0027]在也被稱作PCC控制模式的正常操作模式中，該控制單元可以使得PCC處的電壓或無功功率或功率因數(shù)誤差作為輸入并且可以改變局部電壓或無功功率以便在PCC處實(shí)現(xiàn)所期望的，即參考電壓或無功功率或功率因數(shù)。
[0028]然而，如果對(duì)PCC處的控制的支持驅(qū)動(dòng)局部，也被稱作終端電壓而使得該局部電壓接近其下限或其上限而并不使轉(zhuǎn)換器電流飽和，則該風(fēng)力渦輪控制器的控制單元的電壓控制器切換至局部電壓控制模式。作為所要實(shí)現(xiàn)的參考值，使用例如上限或下限值的參考局部電壓值。因此，替代基于要在PCC處實(shí)現(xiàn)的全局參考值來控制風(fēng)力渦輪機(jī)，使用風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)換器處的電壓的局部值。
[0029]根據(jù)另外的實(shí)施例，該監(jiān)視單元適于在作為Iq電流分量的設(shè)置點(diǎn)的電流設(shè)置點(diǎn)的值一即電壓控制器的輸出一低于電流轉(zhuǎn)換器范圍的電流下限值或高于電流上限值的情況下生成電流報(bào)警信號(hào)。
[0030]電流轉(zhuǎn)換器范圍是轉(zhuǎn)換器所能夠輸送的Iq電流。該范圍由作為電流源的轉(zhuǎn)換器的極限所定義。
[0031]針對(duì)局部電流，可以設(shè)置下限值和上限值。如果所監(jiān)視的電流值超出這些極限，則可以生成電流報(bào)警信號(hào)。
[0032]根據(jù)另外的實(shí)施例，控制單元適于接收電流報(bào)警信號(hào)并且切換至局部電流控制模式，其中控制單元適于通過基于該電流范圍調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)的局部屬性而控制該風(fēng)力渦輪機(jī)的電力產(chǎn)生。
[0033]如果正常操作或電壓控制模式導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機(jī)的終端電壓控制器的電流飽和，則該風(fēng)力渦輪控制器的控制單元切換至局部電流控制模式。在該模式中，該控制單元使用例如上限或下限值的參考局部電流值作為所要實(shí)現(xiàn)的參考值。因此，替代基于要在PCC處實(shí)現(xiàn)的全局參考值來對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)行控制，使用該風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)換器處的電流的局部值。
[0034]