CN101392723A - 确定控制储量的方法和带有其控制单元的风力发电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及确定控制储量的方法和带有其控制单元的风力发电设备，具体公开了一种确定一个或多个风力发电设备的控制储量的方法，为风力发电设备的运转预先设置至少一个电变量的期望值，并为风力发电设备提供具有功率曲线的控制单元，所述功率曲线包括取决于风值的电变量的最大值，该方法具有下述步骤：控制单元根据实际风值确定电变量的最大值并从该最大值中减去电变量的当前值，控制单元把所确定的最大值和/或作为控制储量的差值传送给较高阶控制单元和/或外部设施。

Description

确定控制储量的方法和带有其控制单元的风力发电设备
技术领域
本发明涉及一种确定一个或多个风力发电设备(wind energy plant)的控制储量的方法，为风力发电设备的操作预先设置至少一个电变量的期望值。
背景技术
随着风力发电设备容量的增加和它们与风电场的结合，需要能够分别调节或控制注入电网的电功率。当没有较高的功率能够注入电网时，目前已知的是通过功率扼流来操作风力发电设备和风电场。
发明内容
本发明的目的是，提供这样的方法和风力发电设备，其可以用简单的方法现时评估扼流操作中存在的电变量的功率储量。
本发明的目的是通过具有权利要求1的特征的方法和具有权利要求10的特征的风力发电设备得以实现。
在本发明的方法中，确定一个或多个风力发电设备的控制储量。在风力发电设备运转中，当为风力发电设备的运转提供的至少一个电变量的期望值小于最大可用值时，具有控制储量。确定控制储量的控制单元具有功率曲线，取决于风值的电变量的至少一个最大值位于(lay down)该功率曲线中。功率曲线可以全部或部分包含测量值，不过用包括初始预设值的理论特性曲线也是有效的。在本发明的方法中，控制单元根据风的实际值确定当前所能提供的电变量的最大值。对于该最大值，它是一定时间间隔内处理过的平均值，运行中某一短时间内可能高于或低于该值。用该最大值减去电变量的当前值。由控制单元确定的差值作为控制储量被传送给较高阶控制单元和/或外部设施。可选地，即使最大值也可被传送给较高阶控制单元和/或外部设施。从而，在本发明的方法中，经由功率曲线通过电变量的当前值和测量的风值来确定控制储量的实际值。电变量的当前值可约为电变量的实际值或期望值。
优选将正的差值作为控制储量，在该控制储量中，由于预设的期望值，风力发电设备可以产生比当前所允许的电变量值相比更大的电变量值。
在本发明的方法中，可以将产生的有功功率作为电变量。由于这个原因，控制储量有时也被指定为主要有功功率。替换地或另外地，可以将产生的无功功率作为电变量。也可以将相位角和或功率因数作为电变量。因此，功率曲线的概念不仅仅与提供的电功率有关，通常还与电变量有关，且它指示所能提供的电变量的最大值。
在优选实施例中，由较高阶控制单元预先设置电变量的期望值。优选地，风力发电设备的操作控制器或用于多个风力发电设备的控制单元基于预设的期望值确定用于单个风力发电设备的期望值，这通过相应的方式执行。
在优选的实施例中，将风速作为风的相关值。这意味着所能产生的电变量的最大值位于对应于风速的功率曲线中。
在所能实现的各个实施例中，可以测量气象桅杆上的风速，其中气象桅杆在实践中放置在地面上相对于风力发电设备便于测量风速的位置处。
替换地或另外地，也可以测量一个或多个风力发电设备处的风速。
本发明的目的还通过带有控制单元和操作控制器的风力发电设备得以实现。控制单元确定用于电变量的控制储量。提供操作控制器的目的是，在风力发电设备运转期间为至少一个提供的功率的电变量预先设置期望值。此外，将电变量和风的实际值提供给控制单元。本发明的控制单元的特征在于它具有功率曲线，该功率曲线表示取决于风值的电变量的最大值。控制单元确定电变量的当前最大值和当前值之间的差值。该差值构成控制储量。通过控制单元和功率曲线，本发明的风力发电设备可以示出扼流操作期间在每个时间点处当前可获取的储量有多大。电变量的当前值优选为电变量的实际值或者期望值。
在优选的实施例中，风力发电设备装配有用于测量电变量的实际值的装置。
优选地，功率曲线的电变量是风力发电设备产生的有功功率。可替换地，可以将风力发电设备产生的无功功率作为功率曲线的电变量。也可以将相位角和/或功率因数作为功率曲线中的电变量。
在优选的实施例中，风力发电设备的操作控制器从较高阶控制单元接收电变量的期望值。
业已证明在功率曲线中制定取决于风速的电变量的最大值是实用的。然而，也设想考虑将其它变量，如风向、空气压力、空气湿度等作为风值。
本发明的方法特别优选应用于具有多个风力发电设备的风电场。这样，根据本发明的方法确定风力发电设备的控制储量。这样的话，一个控制单元具有多条用于单个风力发电设备和/或风力发电设备组的功率曲线。在风电场中，要记录的或正产生的功率可分别在风电场中心和/或局部测量，从而确定控制储量。此外，可以设置多个控制单元，其将所确定的控制储量传送给较高阶控制单元。
附图说明
下面将通过举例的方式对本发明进行更详细地描述。
图1示出了带有两部分的风电场，
图2示出了有功功率相对于风速的功率曲线，以及
图3示出了风电场中控制储量的直方图。
具体实施方式
图1示出了具有标记为WT1到WT12的十二个风力发电设备12的风电场10的示意图。此外，两个气象桅杆14和16竖立在风电场中。图1中所示的气象桅杆14和16的位置并不必须是反映气象桅杆相对于风力发电设备12的相对位置。风力发电设备12和气象桅杆14、16通过通讯网络20连接到中心风电场控制器18。来自风力发电设备12和气象桅杆14和16的数据和信号可通过数据网络20与中心风电场控制器18进行双向交换。
在图1所示的例子中，风力发电设备12被再分成两部分，其中风力发电设备WT1到WT6被分派给第一部分22，而风力发电设备WT7到WT12被分派给第二部分24。对于气象桅杆来说，标记为M1的气象桅杆14被分派给第一部分22，而标记为M2的气象桅杆16被分派给第二部分24。
在所能实现的所述实施例中，对于要供给的最大有功功率的外部预设期望值26被提供给中心风电场控制器18。中心风电场控制器18根据所提供的期望值26分别确定第一部分22和第二部分24的有功功率的期望值。在还可以由中心风电场控制器18执行或可以分配给多个控制器的随后步骤中，根据对第一和第二部分22、24预置的有功功率的期望值分别确定风力发电设备WT1到WT6和WT7到WT12的期望值。
与第一和第二部分中产生的有功功率的分配无关，对于整个部分的功率曲线被存储在中心风电场控制器18中。所述功率曲线被描述为图2中所示的实例。在所述功率曲线28中，所绘的是一个部分的风力发电设备的有功功率30相对于风速32的曲线。在所绘的相对于绝对风速的曲线中，也可以设想考虑风的其它影响因素。例如，可以存储取决于风向的不同功率曲线。也可以存储用于每一个风力发电设备的功率曲线，并且可以以此方式确定用于每个发电设备的最大值。
在确定功率储量时，风电场控制器确定当前风值v1并据此通过功率曲线28确定最大功率值Pmax。同时，中心风电场控制器18具有用于在当前观察的部分中产生的有功功率的确定的期望值。作为举例，期望值在图2中被示为Psoll。正如已提及过的，当期望值小于可利用的最大值时，分别具有风电场或部分风电场的一个正的功率储量。关于调节风力发电设备的工作状态的情况下，使实际产生的功率值与预设的期望值相一致。为了考虑到在调节功率值时可能的延迟，使用实际值Pist来确定功率储量。最大功率值Pmax和实际功率值Pist之间的差值△P在图2中示为△P。△P是在短时间内恒定风速下所能提供的作为功率储量的功率量。
图3观察到的是这样一种情况，其中为各个风力发电设备预先设置用于有功功率的不同的期望值。例如，在图3中，为风力发电设备WT1预先设置功率的期望值，其大约是风力发电设备WT2的功率期望值的4到5倍大。在图3中前栏34所示的是风力发电设备的实际功率值。在图3中后栏36所示的是各个风力发电设备的最大可用功率。图3中能够清楚地识别出，每一个风力发电设备WT1-WT3的实际功率值34均小于其同一时刻的最大可用功率。在图3所示的实施例中控制储量全部来自于各个风力发电设备上存有的控制储量的总和。需要提供控制储量的时间由相对于进入其控制储量的控制程序最慢的风力发电设备所需的时间确定。

Claims (23)

1.一种用于确定一个或多个风力发电设备的控制储量的方法，为风力发电设备的运转预先设置至少一个电变量的期望值，并为风力发电设备提供具有功率曲线的控制单元，所述功率曲线包括取决于风值的电变量的最大值，该方法具有下述步骤：
控制单元根据实际风值确定电变量的最大值并从该最大值中减去电变量的当前值，
控制单元把所确定的最大值和/或作为控制储量的差值传送给较高阶控制单元和/或外部设施。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，电变量的当前值是电变量的实际值。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，电变量的当前值是电变量的期望值。
4.根据权利要求1到3中任一个的方法，其特征在于，将产生的有功功率作为电变量提供。
5.根据权利要求1到3中任一个的方法，其特征在于，将产生的无功功率作为电变量提供。
6.根据权利要求1到3中任一个的方法，其特征在于，将相位角和/或功率因数作为电变量提供。
7.根据权利要求1到6中任一个的方法，其特征在于，电变量的期望值由较高阶控制单元预先设置。
8.根据权利要求1到7中任一个的方法，其特征在于，风速作为风值被测量。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，在气象桅杆(14、16)上测量风速。
10.根据权利要求8或9的方法，其特征在于，在一个或多个风力发电设备上测量风速。
11.一种风力发电设备，具有确定电变量的控制储量的控制单元，还具有为风力发电设备的运转预先设置至少一个电变量的期望值的操作控制器，其中电变量和风的当前值被提供给控制单元，其特征在于，控制单元具有功率曲线，该功率曲线指示取决于风值的电变量的最大值，并确定电变量的最大值和当前值之间的差值作为控制储量。
12.根据权利要求11的风力发电设备，其特征在于，电变量的当前值是电变量的实际值。
13.根据权利要求11的风力发电设备，其特征在于，电变量的当前值是电变量的期望值。
14.根据权利要求11到13中任一个的风力发电设备，其特征在于，风力发电设备装配有用于测量电变量的实际值的装置。
15.根据权利要求11到14中任一个的风力发电设备，其特征在于，功率曲线的电变量是风力发电设备的有功功率。
16.根据权利要求11到14中任一个的风力发电设备，其特征在于，功率曲线的电变量是风力发电设备的无功功率。
17.根据权利要求11到14中任一个的风力发电设备，其特征在于，功率曲线的电变量是风力发电设备的相位角和/或功率因数。
18.根据权利要求11到17中任一个的风力发电设备，其特征在于，操作控制器从较高阶控制单元接收电变量的期望值。
19.根据权利要求11到18中任一个的风力发电设备，其特征在于，取决于风速的电变量的最大值位于功率曲线中。
20.一种具有多个风力发电设备的风电场，该风电场的控制储量根据权利要求1到10的方法进行确定，其特征在于，设有一个控制单元(18)，该控制单元具有用于单个风力发电设备和/或风力发电设备组的多条功率曲线。
21.根据权利要求20的风电场，其特征在于，在风电场中心测量要记录的功率。
22.根据权利要求20或21的风电场，其特征在于，至少一个风力发电设备测量它要被记录的功率。
23.根据权利要求20到22中任一个的风电场，其特征在于，设有多个控制单元，其中对于这些控制单元，应用控制单元(18)的控制储量的控制单元具有优先权。
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