風力發電場的電輸出的控制的製作方法

2023-10-09 13:34:19

專利名稱：風力發電場的電輸出的控制的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種控制風力發電場的電輸出的方法，該方法例如由風力渦輪機與其本地風力渦輪機控制器以及中央風力發電場控制器聯合執行。本發明還涉及具有電輸出控制功能的風力發電場。
背景技術：
J.T.G.Pierik等人的文章「Electrical and Control Aspects of Offshore WindFarms II (Erao II)，，,Volume2:0ffshore Wind farm case studies, ECN, 2004, Chapter8,p.97-118在風力發電場的連接點處的電壓控制的上下文中描述了可以通過兩種方式實現這種控制:集中式控制，其中一個控制器向所有風力渦輪機給出無功功率；或分散式控制，其中每個風力渦輪機基於本地參數具有其自己的控制器(P.106/107)。在分散式控制中，沒有中央控制器，風力渦輪機的本地控制器控制著風力渦輪機終端的電壓。可以計算連接點處的電壓電平，可以控制所計算的連接點電壓(P.107-109)。CA2700248A1 (R印ower)描述了一種具有電壓調節的風力發電場。風力發電場控制器(稱為「場主控」)向風力渦輪機發送針對無功功率的控制信號。在風力渦輪機處提供額外的控制器。在額外的控制器在風力渦輪機終端處識別到電壓跌落時，不需要等候從風力發電場控制器延遲發送的控制信號的新值。相反，它預期無功功率的所需變化。稍晚到達的來自風力發電場控制器的控制信號的新值確保實現足夠的穩態精確度。US7606638B2 (R印ower)描述了一種具有無功功率調節系統的風力發電場。提供了風力發電場控制器(稱為「高層級調整器」)和風力渦輪機控制器(稱為「低層級調整器」)。風力發電場控制器確定參考電壓，以便設置全局功率係數，並將其發送到風力渦輪機控制器。也可以針對每個風力渦輪機逐個確定用於每個風力渦輪機的參考電壓以適應於具有其電氣參數的相應連接線。由風力發電場控制器來集中執行對個體參考電壓的這種確定。在風力渦輪機控制器處，如果參考電壓的值過大，由限制裝置限制個體參考電壓。由風力渦輪機控制器在本地反饋控制參考電壓，由此確保風力渦輪機處的電壓對應於中央風力發電場控制器所指定的個體參考電壓。不過，從EP2175540A2可知類似的電壓控制，其利用本地風力發電場控制器和高級風力發電場系統控制器來處理多個風力發電場(「風電場」)和控制結構的系統。由高級風力發電場系統控制器向本地風力發電場控制器提供用於補償線路電壓降的信號。

發明內容
提供了一種控制風力發電場的電輸出的方法。所述風力發電場包括風力渦輪機、本地風力渦輪機控制器、中央風力發電場控制器、公共測量點、和連接所述風力渦輪機與所述公共測量點的電網，其中所述風力渦輪機與所述公共測量點之間的電網連接具有電阻抗。所述方法是由所述風力渦輪機與其本地風力渦輪機控制器和所述中央風力發電場控制器聯合執行的。所述方法包括:由所述風力渦輪機產生電流，並向所述電網供應所述電流；在所述公共測量點處測量電氣量的值，並將測量結果提供給所述中央風力發電場控制器；由所述中央風力發電場控制器基於所述公共測量點處的所述電氣量的測量值來產生風力渦輪機的電壓參考值和無功功率參考值中的至少一個，並向所述風力渦輪機的本地風力渦輪機控制器提供電壓參考值和無功功率參考值中的至少一個；由所述本地風力渦輪機控制器使所述風力渦輪機在所述電網中所述風力渦輪機的位置處產生與電壓參考值和無功功率參考值中的至少一個相對應的電壓和無功功率中的至少一個，但所述電壓和無功功率中的至少一個由所述本地風力渦輪機控制器產生的本地校正進行校正。所述本地校正考慮了由所述風力渦輪機供應的所述電流因所述風力渦輪機與所述公共測量點之間的所述電網連接的所述電阻抗所致而預計在所述公共測量點處產生的電壓變化和無功功率變化中的至少一個。所述校正考慮的所述電流是在所述風力渦輪機處本地確定的。根據另一方面，提供了一種風力發電場，包括風力渦輪機、本地風力渦輪機控制器、中央風力發電場控制器、公共測量點以及連接所述風力渦輪機和所述公共測量點的電網。所述風力渦輪機與所述公共測量點之間的電網連接具有電阻抗。所述風力發電場布置為通過利用其本地風力渦輪機控制器和所述中央風力發電場控制器聯合控制所述風力渦輪機來控制其電輸出。所述風力渦輪機布置為產生電流並將所述電流供應到所述電網。所述中央風力發電場控制器布置為基於所述公共測量點處測量的電氣量的值來產生風力渦輪機的電壓參考值和無功功率參考值中的至少一個，並向所述風力渦輪機的所述本地風力渦輪機控制器提供電壓參考值和無功功率參考值中的至少一個。所述本地風力渦輪機控制器布置為使所述風力渦輪機在所述電網中所述風力渦輪機的位置處產生電壓和無功功率中的至少一個，所述電壓和無功功率中的至少一個與電壓參考值和無功功率參考值中的至少一個相對應，但由所述本地風力渦輪機控制器產生的本地校正進行校正。所述本地校正布置為考慮由所述風力渦輪機供應的所述電流因所述風力渦輪機與所述公共測量點之間的所述電網連接的所述電阻抗所致而預計在所述公共測量點處產生的預計的電壓變化和無功功率變化中的至少一個，所述校正考慮的所述電流是在所述風力渦輪機處本地確定的。其它特徵是所公開的方法和產品所固有的，或者將會通過以下描述和附圖而被本領域技術人員明了。


參考附圖通過舉例方式來說明本發明的實施例，在附圖中:圖1是連接到公用電網的風力發電場的高度示意圖；圖2是風力發電場的實施例的示意概要圖；圖3是風力發電場控制系統的示意電路圖；圖4和5是具有解耦功能的本地風力渦輪機控制器的示意電路圖；圖6a至c是類似於圖4，在本地風力渦輪機控制器中應用解耦校正的替代方式的不意電路圖；圖7a至g是風力發電場控制系統不同參數相對於時間的示意圖。附圖和附圖的描述是本發明的實施例而不是本發明本身。
具體實施例方式在轉到基於附圖的實施例的詳細描述之前，將論述實施例的若干一般項。根據實施例的風力發電場具有多個風力渦輪機。每個風力渦輪機都具有本地風力渦輪機控制器，其控制風力渦輪機的工作。例如，風力渦輪機控制器判斷在當前風速下風力渦輪機應當工作於部分負載模式(其中優化了能量轉換效率)或標稱負載模式(其中即使在風速允許產生更多功率時也產生標稱功率)。除了機械操作參數(諸如轉子轉速和葉片間距)之外，風力渦輪機控制器還控制電輸出參數，諸如由風力渦輪機產生的電流或功率，或更具體而言，由風力渦輪機產生的電流的有功和無功分量或有功和無功功率。通過影響風力渦輪機的電力變換器來進行電輸出控制。實施例的風力發電場的風力渦輪機由電網進行電連接，每個風力渦輪機將其產生的電流饋送到電網中。在電網中有至少一個公共的電氣測量點,稱為公共測量點或PCM。在一些實施例中，公共測量點是風力發電場的內部電網耦合到公用電網的點；這個點也稱為公共耦合點或PCC。在其它實施例中，它是在公共耦合點上遊的、風力發電場的內部電網之內的點。在其它實施例中，它是在公共耦合點下遊的、公用電網中更遠處的點。在實施例中，還提供了風力發電場控制器。風力發電場控制器是負責風力發電場的特定電輸出參數的中央控制器。在實施例中，在公共測量點測量電量的值，將測量結果提供給中央風力發電場控制器。當然，這不排除測量更多的量，例如在公共測量點處，並將其提供給風力發電場控制器。在一些實施例中，電氣量是公共測量點處的電壓，在其它實施例中，是通過公共測量點的無功功率或電壓和無功功率兩者。例如，其它的量可以是通過公共測量點的有功功率和/或公共測量點處的頻率。可以通過不同方式表徵電的無功分量，例如，按照相對項的方式，例如通過電壓與電流之間的相角9，cos φ的值(也稱為「功率因子」，等於有功功率與視在功率之比)加無功分量為電容性還是電感性的指示；或按照絕對項的方式，例如，通過無功電流I,或無功功率Q的絕對值等。在本文中，在提到「無功功率」的測量值或參考/設定點時，可以使用表示電的無功分量的另一參數的任何測量值或參考/設定點。風力發電場控制器通過向各個風力渦輪機提供指定風力渦輪機所必須輸送的參考(即設定點)，在總體上維護風力發電場生產的特定電氣參數，例如，公共測量點處的電網電壓，或風力發電場在公共測量點處產生的無功功率。不過，由於風力發電場通常在當前佔優勢的風速下儘可能多地產生有功功率，所以中央控制器通常不會支配有功功率的產生，但這相反是由風支配的，除非其受到風力渦輪機的標稱功率極限的限制。換言之，通常，如果風速高於標稱，風力渦輪機自動地儘可能多地產生有功功率，或將其有功功率產生限制到標稱功率。由於風速通常會波動，這意味著風力發電場產生的有功功率的總量通常不受風力發電場控制器的控制或限制，而是一種以風力發電場控制器不能預期的方式波動的實體。可能有例外，例如對於公用電網中全局性超量生產的情況，在電網提供者要求減小有功功率生產時，或在觀察到頻率升高時；那麼風力發電場控制器能夠命令風力渦輪機減小其有功功率生產。於是，風力發電場控制器通常不知道各個風力渦輪機產生的有功功率的量(至少是瞬時不知道；可以從風力渦輪機控制器向風力發電場控制器發送關於個體有功功率產生的信息，但這樣的傳輸花費時間，使得關於個體有功功率產生的知識僅能延遲到達風力發電場控制器)。
儘管通常在集中式風力發電場控制的指導下進行控制，但該控制方法是由中央風力發電場控制器和風力渦輪機與其本地風力渦輪機控制器聯合執行的。中央風力發電場控制器通過向各個風力渦輪機提供設定點以命令各個風力渦輪機在風力渦輪機的終端處實現特定的本地電氣參數(例如本地電壓或本地無功功率)，來控制公共測量點處的風力發電場電氣參數，諸如電壓或無功功率。不過，本地風力渦輪機控制器不執行由風力發電場控制器規定的內容，而是預計和補償本地輸出變化對公共測量點的影響，例如，所述變化是由於風速增大而導致各個風力渦輪機產生的有功功率增大，或由於風力渦輪機與公共測量點之間的電網連接阻抗而使風力發電場控制器所改變的對應設定點導致無功功率的變化。這項功能是由風力渦輪機控制器逐個執行本地校正來實現的。於是，在實施例中，每個風力渦輪機控制器中執行的本地校正將風力發電場控制器與各個風力渦輪機產生的功率或電流變化解耦。返回到中央風力發電場控制器的功能，在一些實施例中，中央風力發電場控制器基於公共測量點處電氣量的測量值而產生針對風力渦輪機的電壓參考值和無功功率參考值中的至少一個，並向相應的風力渦輪機的本地風力渦輪機控制器提供電壓參考值和無功功率參考值中的至少一個。測量量和參考值未必是相同類型的；例如，可以通過在公共測量點處測量電壓來進行電壓和下垂(droop)控制，同時基於測量電壓向風力渦輪機提供無功功率參考。在一些實施例中，中央風力發電場控制器產生的參考值對於風力發電場的所有風力渦輪機而言是相同的值。在一些實施例中，所有風力渦輪機都得到相同的參考值，但參考值是相對參數(例如，表示無功功率的相對參數，諸如功率因子)。該參數例如可以是相對於標稱參數的參數(諸如風力渦輪機的標稱功率)，從而發送到所有風力渦輪機的相同參考值令風力發電場中不同的標稱功率(例如不同類型)的風力渦輪機相應地產生不同絕對大小的電力。例如，於是標稱功率較高的風力渦輪機會比標稱功率較低的那些產生更多無功功率。在其它實施例中，中央風力發電場控制器向風力發電場的不同風力渦輪機分配各個值。例如，在風力發電場中的一些風力渦輪機(即第一排中的渦輪機)已經產生標稱有功功率而其它的(後排中的)產生較少功率時，由風力發電場控制器提供個體設定點，使得工作在更低功率的渦輪機比已經產生標稱功率的那些提供更大部分的所需無功功率。在一些實施例中，由中央風力發電場控制器執行的控制功能是前饋控制。例如，對公用電網中的電壓控制起作用的風力發電場根據預定義的下垂函數(即，將電壓映射到無功功率的功能)，執行下垂控制，即，根據電壓(例如，在公共測量點測量的電壓)來輸送無功功率。例如，風力發電場控制器利用下垂函數來針對各個風力渦輪機確定無功功率參考值(即，設定點)。從更高層的抽象來看，下垂控制是前饋控制。不過，在實施層面上，可以按照包括反饋控制的方式來實施下垂控制，以便精確遵循下垂函數的規定一對於這樣的實施方式，反饋控制的以下描述也可以適用於下垂控制。在其它實施例中，中央風力發電場控制器執行反饋控制。例如，由中央風力發電場控制器產生參考值包括將在公共測量點測量的電氣量或從其導出的另一量與中央目標值進行比較，並從比較結果，即從測量量(或從其導出的量)與中央目標值之間的誤差來獲得參考值。產生誤差信號是(閉環)反饋控制的要素。示例性應用是電壓控制，其中通過反饋控制保持公共測量點處的電壓恆定。在一些實施例中，下垂控制還涉及反饋控制，因為在公共測量點處通過測量驗證了根據下垂函數的無功功率參考實際被輸送，並且通過中央風力發電場控制器對參考值進行基於反饋控制的調節來消除任何觀察到的差異。反饋控制迴路由如下操作形成:風力發電場控制器將在公共測量點測量的電氣量與中央目標值進行比較以產生誤差信號，並從誤差信號導出用於風力渦輪機的參考值，本地風力渦輪機控制器令風力渦輪機在風力渦輪機位置(例如，在風力渦輪機的終端)的內部電網中產生特定電壓和特定無功功率中的至少一個，這又反過來影響要在公共測量點測量並與中央目標值比較的電氣量。在一些實施例中，中央目標值是常數；例如恆定電壓或恆定無功功率。例如，中央風力發電場控制器能夠通過為個體風力渦輪機產生電壓或無功功率參考值而保持公共測量點處的電壓，這使得它們抵消在公共測量點處測量的任何電壓偏差。在其它實施例中，中央目標值是由電網提供者從外部提供的規定，例如可以隨日期緩慢改變的無功功率規定。例如，中央風力發電場控制器能夠通過為個體風力渦輪機產生電壓或無功功率參考值而將公共測量點處的無功功率保持在規定值，這使得它們抵消在公共測量點處測量的任何無功功率偏差。在其它實施例中，風力發電場執行下垂控制，例如根據預定義的下垂函數將在公共測量點處測量的電壓映射到無功功率，這樣獲得的無功功率值形成中央目標值。中央風力發電場控制器能夠通過為個體風力渦輪機產生電壓或無功功率參考值來將公共測量點處的無功功率保持在從下垂函數的映射所獲得的目標值，這使得它們抵消在公共測量點處測量的任何無功功率距目標值的偏差。不過，所述控制不是「純」反饋控制，而是以由本地風力渦輪機控制器執行本地校正的形式、具有覆蓋(overlaid)的前饋控制的反饋控制。本地風力渦輪機控制器不讓風力渦輪機恰好產生由來自中央風力發電場控制器的參考值規定的電壓或無功功率，而是施加其本地校正。通過相應的風力渦輪機控制器來產生(例如計算)本地校正。產生或計算本地校正，使得本地校正考慮由風力渦輪機供應的電流因風力渦輪機與公共測量點之間電網連接的電阻抗、在公共測量點處的預期的電壓變化和無功功率變化中的至少一個。在風力渦輪機處本地確定(例如測量)本地校正所考慮的電流。在風力渦輪機處本地確定(例如測量)的電流值作為輸入值而進入由風力渦輪機控制器進行的計算，該計算是對因風力渦輪機供應的電流所致而預計在公共測量點處產生的電壓變化和/或無功功率變化的計算。本地校正使得風力渦輪機針對由風力渦輪供應的電流因風力渦輪機與公共測量點之間電網連接的電阻抗所致而預計產生的電壓變化或無功功率變化而產生校正的輸出。本地校正考慮了由於風力渦輪機供應的電流變化而在公共測量點處引起的預計的電壓變化和無功功率變化中的至少一個。如果風力渦輪機供應的電流發生變化，則電壓變化和/或無功功率變化通常是由風力渦輪機與公共測量點之間的電網連接的電阻抗在公共測量點處引起的。通過校正來補償這種阻抗引起的公共測量點處的電壓和/或無功功率變化，即使風力渦輪機產生修正量的無功電流或功率。為了計算出補償公共測量點處的阻抗引起的電壓和/或無功功率變化所需的校正量，在風力渦輪機處本地確定(例如，測量或從其它已知參數導出)電流的特性(例如，其大小和無功分量)。如上所述，由於風速通常會波動，風力渦輪機在部分負載模式中產生的有功功率的量通常不被控制或限制到參考值，而是以不能預期的方式波動的實體。於是，風力發電場控制器通常不能立即知道各個風力渦輪機產生的有功功率或有功電流的量。不過，所產生的有功功率或有功電流的量影響從所考慮的風力渦輪機到公共測量點的線路上的電壓降。因此，中央風力發電場控制器不能提供參考值來校正這個電壓降，這會立刻考慮有功功率或有功電流的量產生的這種波動的影響。不過，如本文所述，確定在風力渦輪機處本地產生的電流特性(例如其大小和/或無功分量)並基於由風力渦輪機控制器針對所述電壓降的本地校正實現了有功功率或有功電流的量產生的這種波動對將要補償的電壓降的影響。這與開頭提到的US7，606，638B2的教導不同，根據該專利，針對各個風力渦輪機的電壓參考值來自中央風輪機控制器。在US』638中不認為有功功率或有功電流產生的這種波動對電壓降有影響，US』638的參考值中包括的電壓降校正因此是明顯的恆定平均值或標稱值。因此，在US』638中未公開測量由個體風力渦輪機產生的電流，更不用說用於由中央風力發電場控制器執行的電壓降校正。推測地講，即使關於由個體風力渦輪機當前產生的電流的信息被從風力渦輪機發送到中央風力發電場控制器，並在發送到風力渦輪機的參考值中考慮到它，這將僅在對應的傳輸延遲中發生。同樣的情況適用於也在開頭提到的EP2175540A2。於是，在這些實施例的一些中，控制結構是包括風力發電場控制器的反饋控制迴路，該風力發電場控制器具有由個體風力渦輪機控制器覆蓋的前饋校正，以將個體風力渦輪機產生的電流變化與外部反饋控制迴路解耦。典型地，中央風力發電場控制器與風力渦輪機之間的數據連接的數據傳輸速率相對較低，因此參考信號從中央風力發電場控制器行進到風力渦輪機所需的時間可能很長，導致中央風力發電場控制迴路的時間常數相對較大(「時間常數」這一表達是指控制器針對目標參數或擾動的突變(階躍變化)調整受控系統所需的時間)。本地校正減小了由於個體風力渦輪機以前饋方式(即，無任何反饋延遲)產生的電流變化導致的對中央風力發電場控制器的微擾。在沒有本地校正功能或解耦功能的情況下，相對較慢的中央風力發電場控制器會需要更多時間來補償這些微擾。如果風力渦輪機產生的電流或功率發生變化(例如由於風速的變化)，快速本地校正將立即以前饋方式使風力渦輪機在其電壓或無功功率產生方面偏離由風力發電場控制器規定的電壓或無功功率參考，以便在校正時間常數的更短時間尺度上確保公共測量點處佔優勢的電壓或無功功率不會變化或不會顯著變化。在中央風力發電場控制器的形式為閉環反饋控制的實施例中，如果由於其前饋特性而導致校正不完全正確，則閉環中央風力發電場控制器將執行校正的細調。在一些實施例中，本地前饋活動具有微分特性，即校正僅有效地對所產生的功率或電流變化做出響應，但校正動作的有效量朝向穩態接近零。如果風力渦輪機產生的電流或功率發生變化，則微分特性將使風力渦輪機在其電壓或無功功率產生方面偏離由風力發電場控制器規定的電壓或無功功率參考，以便在發生變化的時刻立即確保公共測量點處佔優勢的電壓或無功功率不會變化或不會顯著變化。不過，假設不發生任何其它變化，由於微分特性，有效校正將接近零並最後消失，同時閉環中央風力發電場控制器將逐漸接管控制，即，逐漸調整其參考值以適應新的穩態電流或功率值。儘管可以將風力渦輪機控制器執行的本地校正視為中央風力發電場控制器的控制迴路水平上的前饋控制，但是在一些實施例中，本地風力渦輪機控制器還包括本地反饋控制。例如，在風力渦輪機的內部電網(例如，在風力渦輪機的終端)中測量電壓和/或無功功率，本地風力渦輪機控制器將電壓和/或無功功率的本地測量值與風力發電場控制器的參考值進行比較，並產生控制風力渦輪機所依據的本地誤差信號，由此形成本地反饋控制迴路。在開頭提到的US7，606，638B2中，由中央風力發電場控制器向風力渦輪機提供各個電壓參考信號。在每個風力渦輪機的層級提供反饋控制器。反饋控制器測量所討論的風力渦輪機處的實際電壓，將其與參考電壓值進行比較，並且如果在參考電壓和測量的實際電壓之間有誤差使得風力渦輪機的產出被修改，使這樣的誤差消失。這種反饋誤差信號的功能是確保在風力渦輪機層級上實際上符合中央風力發電場控制器規定的電壓參考值；不過，反饋誤差信號是中央風力發電場控制器提供的無校正參考值。相反，在這些實施例中，「本地校正」是由中央風力發電場控制器提供的參考值的校正，使得風力渦輪機的產出不符合中央風力發電場控制器提供的參考值，而是符合本地校正所修改的參考值。通過向本地反饋控制迴路中引入不同替代方式的本地校正，有幾種替代方式可有效地校正由中央風力發電場控制器提供的參考值。在一些實施例中，在本地誤差信號產生的下遊(即之後)應用本地校正，亦即，如同沒有校正一樣產生本地校正信號，並且校正僅修改已經產生的誤差信號或從誤差信號導出的參數。在其它實施例中，在本地誤差信號產生時應用本地校正，例如在求和塊(summation block),其執行在風力潤輪機處測量的電壓或無功功率的參考值和(否定)值的求和；換言之，在求和塊中插入校正信號，作為除風力渦輪機處測量的參考值和(否定)值之外的另一被加數。在其它實施例中，在本地誤差信號產生的上遊(即之前)應用本地校正，例如，通過將其加到來自風力發電場控制器的參考值，或從風力渦輪機處測量的值減去它。作為所有這些替代方式的結果，風力渦輪機的產出將不會符合中央風力發電場控制器提供的參考值，而是符合通過本地校正修改的參考值。同樣的情況適用於沒有本地反饋控制迴路的實施例，即中央風力發電場控制器提供的參考值是本地前饋控制器的輸入的實施例。在這些前饋實施例中，「本地校正」也是對中央風力發電場控制器提供的參考值的校正，這導致風力渦輪機的產出不符合中央風力發電場控制器提供的參考值，而是符合通過本地校正修改的參考值。回到具有本地反饋控制的實施例，在本地誤差信號產生之後應用本地校正的那些實施例中的一些中，本地風力渦輪機控制器的時間常數(或帶寬)大於校正的時間常數(或帶寬)，以便防止本地反饋風力渦輪機控制器補償校正；這樣的補償將僅朝向穩態極限發生。在一些實施例中，來自中央風力發電場控制器的參考值例如是電壓或無功功率值，在風力渦輪機本地測量的參數也是電壓或無功功率值，於是通過將參考值和(否定)測量值相加而獲得的誤差信號也是電壓或無功功率(誤差)值。在一些實施例中，本地誤差信號(例如是電壓或無功功率誤差信號)被變換成用於風力渦輪機變換器的本地電流參考。例如，由具有例如PI (比例和積分)特性的本地電流控制器塊執行到本地電流參考的變換。電流參考規定變換器將產生什麼電流；通常包括用於要產生的無功和有功電流分量的參考值。在本地誤差信號產生之後並在變換成本地電流參考(B卩，電流控制器下遊)之後應用本地校正的實施例中，以電流校正信號的形式提供本地校正，通過電流校正信號校正本地電流參考。例如，向本地電流參考增加電流校正信號。如上所述，為了防止本地反饋風力渦輪機控制器對校正進行補償，電流控制器的時間常數(或帶寬)大於校正的時間常數(或帶寬)。在從電壓或無功功率進行變換之前(S卩，在電流控制器之前，例如在本地誤差信號產生時或上遊)應用本地校正的其它實施例中，以電壓或無功功率校正信號的形式提供本地校正。例如，將電壓或無功功率校正信號增加到來自風力發電場控制器的參考值，從風力渦輪機處測量的電壓或無功功率值減去，或作為另一被加數而應用於確定參考值和實測值之間的差異的減法器。在一些實施例中，本地校正是由本地風力渦輪機控制器基於一個函數而確定的，在該函數中，風力渦輪機產生的以及在風力渦輪機的終端測量或確定的電流或功率是該函數的自變量。如上所述，電流或無功功率不是風力發電場控制器事先知道的，這是因為至少在部分負載操作(即，低於風力渦輪機的標稱風速)中，產生的電流受到風速的支配，風速通常是波動的，並且波動將首先被風力渦輪機感受到。由於中央風力發電場控制器的時間常數相對較大，如果中央風力發電場控制器的任務是補償公共測量點處的微擾(例如由風速波動導致的微擾)，則會花費較長時間。在一些實施例中，由本地風力渦輪機控制器基於具有至少兩個附加項的函數確定本地校正。附加項之一取決於在風力渦輪機終端處由風力渦輪機注入的總電流(總電流包括有功和無功分量)，另一個附加項取決於在風力渦輪機終端處由風力渦輪機注入的電流的有功分量。在一些實施例中，與總電流的相關性是二次方程式。輸入本地校正函數的其它參數是電網阻抗；對於給定的風力發電場和電網，電網阻抗保持不變，因此是常數。在一些實施例中，本地校正的確定包括通過在校正函數中插入總電流和電流有功分量的當前值來評估校正函數、以及計算函數結果。在其它實施例中，由查找表表示校正函數，該查找表包含針對多個總電流和有功電流值的已計算(或試驗確定)的函數結果；確定本地校正包括查找與總電流和有功分量的當前值最接近的表項(或內插接近總電流和電流的有功分量的當前值的表項)。中央風力發 電場控制器和本地風力渦輪機控制器的計算機(例如微控制器)具有能夠存儲計算機代碼的存儲器。優選以將用於風力發電場控制器的電腦程式和用於本地風力渦輪機控制器的電腦程式分別存儲於風力發電場控制器和本地風力渦輪機控制器的存儲器中的形式來提供由控制器執行的方法。可以由控制器執行程序。在執行程序時執行所述方法。在獨立產品權利要求(風力發電場權利要求)中提到的「本地校正」例如是用於本地風力渦輪機控制器的電腦程式的一部分，其在本地風力渦輪機控制器上執行時使本地校正得到確定。在獨立產品權利要求中，「……控制器被布置成[加方法相關的活動]」這樣的表達表示對控制器進行編程，使得在執行電腦程式時該程序使所主張的方法相關的活動得到執行。通過這種方式定義的風力發電場至少由這種特殊的編程(即這種特殊電腦程式的存儲)而與具有相同硬體的風力發電場區別，不過，後者不被布置成(例如不被編程成)執行所述方法相關的活動。圖1:示例性本地校IH功能現在基於連接到公用電網3的風力發電場2的示意性電路圖給出示例性近似本地校正函數的推導。圖1中僅示出了風力發電場2的單個風力渦輪機I。在圖1的實施例中，公共測量點4是風力發電場2的公共耦合點16 (圖2)，由「PCC」表示，在該點處風力發電場2被支線5連接到公用電網3。在其它實施例中，可以用另一公共測量點來替代PCCjn結合圖2將要解釋的那樣。於是，圖1中提到的「PCC」及其解釋也可以代表其它公共測量點。將風力渦輪機I的終端6與PCC連接的線表示為「7」;它形成風力發電場內部電網17的一部分(圖2)。支線5耦合到公用電網3的點表示為「8」。下標「WPP」和「UG」代表「風力發電廠」和「公用電網」，下標「I」表示風力渦輪機I (的終端)。線路7的阻抗由Zwpp表示，線路5的阻抗由Zue表示。6、4和8處的電壓由Vp Vrcc和Vue表示。 Zwpp兩端的電壓降為V1，Zg兩端的電壓降為Vrcc:
權利要求
1.一種控制風力發電場(2)的電輸出的方法,所述風力發電場(2)包括風力渦輪機(I)、本地風力渦輪機控制器(14)、中央風力發電場控制器(22)、公共測量點(4)、和連接所述風力渦輪機(I)與所述公共測量點(4)的電網(17)，其中所述風力渦輪機(I)與所述公共測量點(4)之間的電網連接(7)具有電阻抗(20)； 所述方法是由所述風力渦輪機(I)與其本地風力渦輪機控制器(14)和所述中央風力發電場控制器(22)聯合執行的，所述方法包括: 由所述風力渦輪機(I)產生電流，並向所述電網(17)供應所述電流； 在所述公共測量點(4)處測量電氣量(V，Q)的值，並將測量結果提供給所述中央風力發電場控制器(22); 由所述中央風力發電場控制器(22)基於所述公共測量點(4)處的所述電氣量的測量值來產生風力渦輪機(I)的電壓參考值(Vref)和無功功率參考值(Qref)中的至少一個，並向所述風力渦輪機(I)的本地風力渦輪機控制器(14)提供電壓參考值(VMf)和無功功率參考值(QMf)中的至少一個； 由所述本地風力渦輪機控制器(14)使所述風力渦輪機(I)在所述電網(17)中所述風力渦輪機(I)的位置處產生與電壓參考值(VMf)和無功功率參考值(Qref)中的至少一個相對應的電壓(V)和無功功率(Q)中的至少一個，但所述電壓(V)和無功功率(Q)中的至少一個由所述本地風力渦輪機控制器(14)產生的本地校正(52)進行校正； 其中，所述本地校正(52)考慮了由所述風力渦輪機(I)供應的所述電流因所述風力渦輪機(I)與所述公共測量點(4 )之間的所述電網連接(7 )的所述電阻抗(20 )所致而預計在所述公共測量點(4)處產生的電壓變化和無功功率變化中的至少一個，所述校正(52)考慮的所述電流是在所述風力渦輪機(I)處本地確定的。
2.根據權利要求1所述的方法，包括利用具有覆蓋的前饋控制(35)的反饋控制迴路(33)來控制所述風力發電場(2)的所述電輸出， 所述反饋控制迴路(33)由如下操作形成:所述風力發電場控制器(22)將所述公共測量點(4)處測量的所述電氣量與中央目標值進行比較，並從所述比較導出用於所述風力渦輪機(I)的所述參考值(VMf，QMf)，並且所述本地風力渦輪機控制器(14)使所述風力渦輪機(I)在所述電網(17)中所述風力渦輪機(I)的位置處產生特定電壓(V)和特定無功功率(Q)中的至少一個，這又反過來影響要在所述公共測量點(4)處測量的所述電氣量(V，Q)， 所述覆蓋的前饋控制(35)由所述風力渦輪機控制器(14)的所述本地校正(52)形成，使所述風力渦輪機(I)針對由所述風力渦輪機(I)供應的所述電流因所述風力渦輪機(I)與所述公共測量點(4)之間的所述電網連接(7)的所述電阻抗(20)所致而預計在所述公共測量點(4)處產生的電壓變化或無功功率變化而產生校正的輸出。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，所述公共測量點(4)是所述風力發電場(2)到公用電網(3)的公共耦合點(16)、或所述公共耦合點(16)上遊的風力發電場電網(17)中的點、或所述公共耦合點(16)下遊的所述公用電網(3)中的點。
4.根據權利要求1至3中的任一項所述的方法，其中，在所述電網(3，17)中在所述公共測量點(4)處存在電壓和無功功率，且其中在所述公共測量點(4)處測量的所述電氣量是所述公共測量點(4)處的所述電壓(V)和所述無功功率(Q)中的至少一個。
5.根據權利要求1至4中的任一項所述的方法，其中，由所述中央風力發電場控制器(22)產生所述參考值包括:將所述公共測量點(4)處測量的所述電氣量或從其導出的另一量與目標值進行比較，以及獲得所述參考值(VMf，Qref)以作為所述比較的結果。
6.根據權利要求1至4中的任一項所述的方法，其中，由所述中央風力發電場控制器(22)產生所述參考值包括:將由下垂函數測量的所述電氣量映射到所述參考值(VMf，QMf)。
7.根據權利要求1至6中的任一項所述的方法，其中，由所述中央風力發電場控制器(22)產生的所述參考值(VMf，Qref)對於所有的所述風力渦輪機(I)而言是相同的值，或是彼此成比例的值、或是用於不同風力渦輪機(I)的個體值。
8.根據權利要求1至7中的任一項所述的方法，其中，所述本地風力渦輪機控制器(14)對所述中央風力發電場控制器的參考值(VMf，Qref)的變化的響應具有時間常數，並且其中對所述本地校正(52)的響應具有另一時間常數，並且其中對所述風力發電場控制器(22)的響應的時間常數大於對所述本地校正(52)的響應的時間常數。
9.根據權利要求1至8中的任一項所述的方法，其中，電壓(V)和無功功率(Q)中的至少一個是在所述電網(17)中在所述風力渦輪機(I)處本地測量的，並且所述本地風力渦輪機控制器(14)將電壓(V)和無功功率(Q)中的至少一個的本地測量值與所述中央風力發電場控制器的參考值(VMf，QMf)進行比較，以產生控制所述風力渦輪機(I)所依據的本地誤差信號(48，148，248)，由此形成本地反饋控制迴路(34)。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，在本地誤差信號產生(47)的下遊、在所述本地誤差信號產生(47)處、或在所述本地誤差信號產生(47)的上遊應用所述本地校正(52)。
11.根據權利要求9或10所述的方法，其中，將所述本地誤差信號(48，148，248)變換成本地電流參考(50)， 以電流校正的形式來提供所述本地校正(52)， 並且通過所述電流校正來校正所述本地電流參考(50 )。
12.根據權利要求9或10所述的方法，其中: 以對應於所述中央風力發電場控制器的參考的形式(252)提供所述本地校正(52)，其形式是電壓校正(U或無功功率校正(QMf)， 並且所述本地校正(52)對所述本地誤差信號產生(47)上遊的所述中央風力發電場控制器的參考(VMf，Qref)進行校正，或者對所述本地測量電壓或無功功率值進行校正，或者在所述本地誤差信號產生(47)中考慮所述本地校正(52)。
13.根據權利要求1至12中的任一項所述的方法，其中，基於函數來確定所述本地校正(52)，其中由所述風力渦輪機(I)產生的所述電流是所述函數的變量，其中所述電流對於所述風力發電場控制器(22)不是事先已知的，這是因為至少在低於標稱風速的工作模式下，所產生的電流受所述風速支配，所述風速能夠波動並首先被所述風力渦輪機(I)感知到。
14.根據權利要求1至13中的任一項所述的方法，其中，由所述風力渦輪機(I)產生的所述電流可以用總電流(I)、所述電流的有功分量(Id)和所述電流的無功分量(I,)表示，並且 其中，基於具有至少兩個附加項的函數來確定所述本地校正(52 )， 所述附加項之一取決於所述總電流(I)，並且 另一附加項取決於由所述風力渦輪機(I)產生的所述電流的有功分量(Id)。
15.一種風力發電場(2)，包括風力渦輪機(I)、本地風力渦輪機控制器(14)、中央風力發電場控制器(22)、公共測量點(4)以及連接所述風力渦輪機(I)和所述公共測量點(4)的電網(17)，其中所述風力渦輪機(I)與所述公共測量點(4)之間的電網連接(7)具有電阻抗(20)； 其中，所述風力發電場(2)布置為通過利用其本地風力渦輪機控制器(14)和所述中央風力發電場控制器(22 )聯合控制所述風力渦輪機(I)來控制其電輸出； 其中，所述風力渦輪機(I)布置為產生電流並將所述電流供應到所述電網(17); 其中，所述中央風力發電場控制器(22)布置為基於所述公共測量點(4)處測量的電氣量的值來產生風力渦輪機(I)的電壓參考值和無功功率參考值中的至少一個，並向所述風力渦輪機(I)的所述本地風力渦輪機控制器(14)提供電壓參考值和無功功率參考值中的至少一個； 其中，所述本地風力渦輪機控制器(14 )布置為使所述風力渦輪機(I)在所述電網(17 )中所述風力渦輪機(I)的位置處產生電壓和無功功率中的至少一個，所述電壓和無功功率中的至少一個與電壓參考值和無功功率參考值中的至少一個相對應，但由所述本地風力渦輪機控制器(14)產生的本地 校正(52)進行校正； 其中，所述本地校正(52)布置為考慮由所述風力渦輪機供應的所述電流因所述風力渦輪機(I)與所述公共測量點(4 )之間的所述電網連接(7 )的所述電阻抗(20 )所致而預計在所述公共測量點(4)處產生的電壓變化和無功功率變化中的至少一個，所述校正(52)考慮的所述電流是在所述風力渦輪機(I)處本地確定的。
全文摘要
一種控制風力發電場的電輸出的方法是由風力渦輪機與其本地風力渦輪機控制器和中央風力發電場控制器聯合執行的。中央風力發電場控制器基於公共測量點處測量的電氣量的測量值來產生風力渦輪機的參考值，並將其提供到本地風力渦輪機控制器。本地風力渦輪機控制器在電網中風力渦輪機的位置處產生與參考值相對應的電壓或無功功率，但其由本地校正進行校正。本地校正考慮了由風力渦輪機供應的電流因電網連接至公共測量點的電阻抗所致而預計在公共測量點處產生的電壓變化或無功功率變化。
文檔編號H02J3/38GK103190054SQ201180051780
公開日2013年7月3日 申請日期2011年8月29日 優先權日2010年8月31日
發明者J·M·加西亞 申請人:維斯塔斯風力系統集團公司