CN102667144A - 用于风力发电站的输出控制方法和输出控制单元 - Google Patents

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Abstract

预期提供一种用于风力发电站的输出控制方法和输出控制单元，其能够防止蓄电池单元的过载并且控制风轮发电机和蓄电池单元的最佳总体输出。用于其中风轮发电机和蓄电池单元并行连接到电网的风力发电站的输出控制方法包括如下步骤：计算将供应到电网的总有效功率和总无效功率，并且在第一操作模式和第二操作模式之间选择性地切换操作模式，在第一操作模式中，风轮发电机输出能够由风轮发电机输出的风轮机所需有效功率和风轮机所需无效功率，并且蓄电池单元输出分别与总有效功率与风轮机所需有效功率之间的差以及总无效功率与风轮机所需无效功率之间的差对应的蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率；在第二操作模式中，在基于蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率的表观功率超过蓄电池单元的设定表观功率的情形中，蓄电池所需有效功率得以维持并且蓄电池所需无效功率减小，而风轮机无效功率增加蓄电池所需无效功率减小的量。

Description

用于风力发电站的输出控制方法和输出控制单元
技术领域
本发明涉及一种用于风轮发电机与蓄电装置一同设置的风力发电站的输出控制方法和输出控制单元，具体涉及一种能够抑制电网由系统干扰引起的频率波动或电压波动的用于风轮发电机的输出控制方法和输出控制装置。
背景技术
风轮发电机与蓄电池单元一同设置的风力发电站已众所周知。
图5显示了风力发电站的构造。该风力发电站包括多个位于风电场处的风轮发电机51、与风轮发电机并行布置的蓄电池单元55以及经由电网互连部60连接到风轮发电机51和蓄电池单元55的电网61。此处，电网61指用于向住宅等供应电力的商业电网。通常，风轮发电机51构造为使得风轮机叶片的旋转经由变速箱输入到异步发电机52以产生电力，并且在异步发电机52中产生的电力在变压器53中变压并因而经由电网互连部60输入到电网61。
然而，在风轮发电机51中，风力能响应于风速的变化而改变，从而可能影响电网61的供需平衡和频率。试图维持供应到电网的电力的电压和频率处于总有效功率和总无效功率的容许范围内。在该传统系统中，蓄电池单元55响应于电网侧请求的有效功率和无效功率来补偿超过风轮发电机的容量的电力的短缺。在蓄电池单元55中，DC-AC转换器57将来自蓄电池单元56的直流电转换成交流电输出，然后变压器58使转换的交流电经由电网互连部变压，并经由电网互连部60供应到电网61。以这种方式，与风轮发电机51一起安装的蓄电池单元主要用于平滑风轮发电机51的输出波动。
同时，诸如雷击的电网事故可能对电网侧的电压和频率产生干扰。传统上，在发生此事故的情况下，将风力发电站断开。然而，近年来，试图在不将风力发电站与电网断开的情况下继续风力发电站的操作并且在电网恢复之后立即重新开始其稳定操作。除此之外，研究一种新系统，其中为同时对风力发电站的有效功率和无效功率的输出进行控制，以使电网稳定。
例如，专利文献1(JP 3352662B)公开了一种用以在发生电网干扰的情况下稳定电网的装置。该装置包括：诸如风力发电机和太阳能发电机的用于将电力输出到电网的第一单元，以及在考虑到额定值之上的过度放电和充电的情况下而设置的包括电池的二次电池系统。另外，对有效功率的设定值、无效功率的设定值、基准频率和基准电压以及其电流值之间的差进行检测。根据所检测的参考值，基于过载输出和持续时间特征来控制从蓄电池单元输出的有效功率量和无效功率量。
[相关技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]JP 3352662B
发明内容
要实现的目的
如上所述，在风力发电站中需要抑制电网在电网干扰期间的电压波动和频率波动。通过控制从风力发电站供应的无效功率能够减小电网的电压波动，而且通过控制有效功率能够减小电网的频率波动。在该情形中，如上所述，风轮发电机的输出取决于风速，因而难以控制有效功率。鉴于此问题，专利文献1公开了蓄电池单元对不能通过风轮发电机控制的有效功率进行补偿。该蓄电池单元通过AD转换器而具有自动频率控制功能，并且因而能够供应用于减小电网的频率波动所需的有效功率。
然而，专利文献1中公开的二次电池系统包括在考虑到额定值之上的过度放电和充电的情况下而设置的二次电池，并且通常，一旦蓄电池超过预设量，设置在蓄电池单元中的蓄电池就切换到过载操作，导致电池的寿命缩短。蓄电池是昂贵的并且安装成本高，因而，需要一种合适的蓄电池操作控制以便避免过载操作。
因此，鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种用于风力发电站的输出控制方法和输出控制单元，其能够抑制电网在电网干扰期间的电压波动或频率波动，并且控制风轮发电机和蓄电池单元的最佳总输出，同时防止蓄电池单元的过载。
解决问题的手段
作为用以解决上述问题的本发明的一方面，一种用于风力发电站的输出控制方法，在该风力发电站中风轮发电机和蓄电池单元经由电网互连部并行地连接到电网，该输出控制方法可包括但不限于如下步骤：基于在风力发电站的电网连接端处检测到的电压信息和电流信息来计算将从风力发电站供应到电网的总有效功率和总无效功率，并且在第一操作模式和第二操作模式之间选择性地切换操作模式，在所述第一操作模式中，在总有效功率和总无效功率的容许范围内，风轮发电机输出与能够由风轮发电机输出的上限相匹配的风轮机所需有效功率和风轮机所需无效功率，并且蓄电池单元输出分别与总有效功率与风轮机所需有效功率之间的差以及总无效功率与风轮机所需无效功率之间的差对应的蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率；在所述第二操作模式中，在基于蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率的表观功率超过第一操作模式中蓄电池单元的设定表观功率的情形中，蓄电池所需有效功率得以维持并且蓄电池所需无效功率减小，而风轮机无效功率增加蓄电池所需无效功率减小的量。
此处总有效功率和总无效功率分别是指整个风力发电站中用以维持电网的频率和电压处于可接受范围内所需的有效功率和无效功率。根据指定输出分配，将该总有效功率和总无效功率分别分配到风轮发电机和蓄电池单元。
风轮机所需有效功率和风轮机所需无效功率分别是总有效功率和总无效功率中的风轮发电机所需的有效功率和无效功率。
蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率分别是总有效功率和总无效功率中的蓄电池单元所需的有效功率和无效功率。
在本发明的该方面中，第一操作模式主要应用在稳定状态中。在第一操作模式中，将分配到风轮发电机的风轮机所需有效功率和风轮机所需无效功率设定为最大，以便与能够由风轮发电机输出的上限相匹配，并因而能够有效地利用作为可再生能源的风力能。此处稳定状态指这样的状态：在第一操作模式中的风轮发电机与蓄电池单元之间的输出分配中，基于蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率的设定表观功率不超过蓄电池单元的设定表观功率，亦即这样的状态：电网中的电压波动或频率波动小于电网干扰期间的电压波动或频率波动。
上述的第二操作模式主要在电网干扰时通过从第一操作模式切换操作模式来设定。在电网干扰时，电网频率和电网电压中的至少一个有时改变到电网的可接受范围之外。因而，对将从风轮发电机供应的总有效功率进行控制以抑制电网的频率波动，并且对总无效功率进行控制以抑制电网的电压波动。在基于根据控制量分配到蓄电池的蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率的表观功率超过蓄电池的设定表观功率的情形中，操作模式切换到第二操作模式。在第二操作模式中，即使总有效功率和总无效功率在电网干扰期间明显改变，也能够保护蓄电池单元避免过载。另外，能够自由调节有效功率的蓄电池优先输出有效功率，而不能够调节有效功率但能够调节无效功率的风轮发电机优先输出无效功率。因而，能够以适当的分配量输出防止干扰所需的所需表观功率。
在第一操作模式中能够控制响应于不会使蓄电池处于过载状态的小干扰的波动。
如上所述，根据本发明，能够最大程度地有效利用可再生能源，并且控制有效功率和无效功率的最佳输出分配以防止蓄电池进入过载状态。
优选当从蓄电池单元的输出获得的所需表观功率超过预先设定的蓄电池单元的设定表观功率时，将操作模式从第一操作模式切换到第二操作模式，并且在第二操作模式中，蓄电池所需无效功率减小，直到从蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率获得的所需表观功率变得不大于设定表观值。
如上所述，从分配到蓄电池单元的蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率获得所需表观功率，并且在所需表观功率超过设定表观功率的情形中，确定蓄电池单元超过设定容量。由此，从蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率能够容易地确定蓄电池单元超过其容量。
此外优选对蓄电池单元的剩余量进行检测并且根据该剩余容量来改变设定表观功率。由此，不仅仅在电网干扰期间，有效功率和无效功率能够在第二操作模式中根据蓄电池单元的剩余量分别地分配到蓄电池单元和风轮发电机。
优选在第二操作模式中，对第一操作模式中的风轮发电机与蓄电池单元之间的输出分配中的蓄电池单元的所需表观功率进行监视，并且在所需表观功率变得小于设定表观功率的情形中，将操作模式从第二操作模式切换到第一操作模式。
具体地，在第二操作模式中的操作期间，对第二操作模式的输出分配中的所需表观功率进行监视并且当该所需表观功率变得小于设定表观功率时，即当蓄电池单元在第一操作模式中也不处于过载状态时，操作模式从第二操作模式切换到第一操作模式。由此，只要蓄电池单元不变得处于过载状态，就能够一直在第一操作模式中运行，因而能够最大程度地利用风力能。
此外，在本发明的一方面中，一种用于风力发电站的输出控制单元，在该风力发电站中风轮发电机和蓄电池单元经由电网互连部并行地连接到电网，该输出控制单元可包括但不限于：主控制器，风轮发电机的电网连接端的电压信息和电流信息输入到主控制器；风轮发电机控制器，风轮发电机控制器基于来自主控制器的输出指令来控制风轮发电机的输出；以及蓄电池控制器，所述蓄电池控制器基于来自主控制器的输出指令来控制蓄电池单元的输出，其中，主控制器包括功率计算装置和操作模式切换装置，功率计算装置基于电压信息和电流信息来计算要从风轮发电机供应到电网的总有效功率和总无效功率，而操作模式切换装置在第一操作模式和第二操作模式之间选择性地切换操作模式，在所述第一操作模式中，在总有效功率和总无效功率的容许范围内，风轮发电机输出与能够由风轮发电机输出的上限相匹配的风轮机所需有效功率和风轮机所需无效功率，并且蓄电池单元输出分别与总有效功率与风轮机所需有效功率之间的差以及总无效功率与风轮机所需无效功率之间的差对应的蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率；在第二操作模式中，在基于蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率的表观功率超过第一操作模式中蓄电池单元的设定表观功率的情形中，蓄电池所需有效功率得以维持并且蓄电池所需无效功率减小，而风轮机无效功率增加蓄电池所需无效功率减小的量。
优选用于风力发电站的输出控制单元进一步包括：电量计，其检测蓄电池单元的剩余量，其中主控制器根据由该电量计检测到的剩余量来改变设定表观功率。
本发明的效果
根据如上所述的发明，操作模式在第一操作模式与第二操作模式之间选择性地切换，该第一操作模式主要在电网的稳定状态中设定，而第二操作模式主要在电网干扰中设定。因而，能够最大程度上有效地利用作为可再生能源的风力能，并且控制有效功率和无效功率的最佳输出分配以防止蓄电池进入过载状态。
附图说明
图1是包括与本发明优选实施例有关的输出控制单元的风力发电站的总体结构。
图2是本发明优选实施例的主控制器的控制图。
图3是显示蓄电池单元的设定表观功率的功率曲线的曲线图。
图4是显示用于本发明优选实施例的风力发电站的输出控制方法的流程图。
图5是传统风轮发电机的总体结构。
具体实施方式
现在将参照附图对本发明的优选实施例进行详细描述。然而，预期的是，如果没有特别指定，则尺寸、材料、形状、其相对位置等将被理解为仅仅是说明性的而不限制本发明的范围。
首先，参照图1对风力发电站的总体结构进行说明。
该风力发电站包括风轮发电机1和蓄电池单元2。风轮发电机1和蓄电池单元2并行地连接到电网互连部4。
设置至少一个风轮发电机1。在安装多个风轮发电机1的情形中，风轮发电机1分别并行地连接到电网互连部4。风轮发电机1包括多个叶片以及用于安装叶片的转子。转子经由变速箱连接到发电机11。与发电机11的输出端相连的母线经由变压器12连接到电网互连部4的电网终端6。在风轮发电机1中，风轮机叶片的旋转经由变速箱输入到发电机11，然后发电机11中产生的电力在通过变压器12转换之后经由电网互连部4供应到电网7。
应设置至少一个蓄电池单元2。在设置多个蓄电池单元2的情形中，蓄电池单元2分别并行地连接到电网互连部4。蓄电池单元2包括一个或多个串联连接的蓄电池21、用于将直流电转换成交流电的DC-AC转换器22以及变压器23。与蓄电池21的输出端相连的母线经由变压器23连接到电网互连部4的电网终端6。在蓄电池单元2中，DC-AC转换器22将放出的DC输出转换成AC输出，变压器23将AC输出转换成设定电压，然后转换的AC输出经由电网互连部4被供应到电网7。如果需要，则通过电网7对蓄电池单元2充电。在充电过程中，电网7的功率信息和电压信息输入到蓄电池控制器20，将在下文对其进行描述。优选基于电网7的电压信息和电流信息来执行放电-充电控制。
此处，电网互连部4用于将风力发电站与电网7互连，并且基于电网7与风力发电站之间的状态来执行功率的各种调节供应。例如，作为电网互连的状态，将互连点处的电压波动和输出值设定为处于可接受的范围内。另外，电网互连部4可包括变压器5。
另外，电网7指一组用以将发电站中产生的输出功率经由输电线和变电站供应到使用消费者的系统设备，并且此处指用以向普通消费者供应电力的商业电网。
具有上述结构的发电机系统包括输出控制单元。该输出控制单元包括用于控制风轮发电机1的输出的风轮发电机控制器(WTG控制器)10、用于控制蓄电池单元2的输出的蓄电池控制器(SB控制器)20、以及用于分别向风轮发电机控制器10和蓄电池控制器20给出有效功率信号和无效功率信号的主控制器30。
现在，参照图2对主控制器30的控制操作进行说明。图2是本发明的优选实施例的主控制器30的控制流程图。
主控制器30分别将要从风力发电站供应到电网7的总有效功率和总无效功率分配到风轮发电机控制器10和蓄电池控制器20，并且设定风轮发电机1的风轮机所需有效功率和风轮机所需无效功率以及蓄电池单元2的蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率，以便控制有效功率和无效功率的输出分配。
此处总有效功率和总无效功率分别是指整个风力发电站中所需的用以维持电网7的频率和电压处于可接受范围内的有效功率和无效功率。根据指定的输出分配，将总有效功率和总无效功率分别分配到风轮发电机1和蓄电池单元2。
风轮机所需有效功率和风轮机所需无效功率分别是总有效功率和总无效功率中的由风轮发电机1所需的有效功率和无效功率。
蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率分别是总有效功率和总无效功率中的由蓄电池单元2所需的有效功率和无效功率。
具体地，主控制器30包括功率计算单元34和操作模式切换单元35，并且电网终端6的电压信息和电流信息输入到主控制器30。
功率计算单元34基于已输入其中的电压信息和电流信息来计算将供应到电网7的总有效功率和总无效功率。例如，在功率计算单元34中，锁相环路(PLL)31从电网终端6的电压信息检测频率，然后频率-有效功率转换器电路32基于该频率获得总有效功率。频率-有效功率转换器电路32可存储与该频率相对应的有效功率的映射，并且基于该映射来从该频率计算总有效功率。电压信息指电压随时间的波动，即包括电压波形的信息。电流信息指电流随时间的波动，即包括电流波形的信息。
同时，功率计算单元34从已输入到电压-无效电流转换器电路33中的电压信息获得无效电流，并且利用该电压信息来计算电网中需要的总无效功率。
操作模式切换单元35通过改变分别分配到风轮发电机1和蓄电池单元2的有效功率和无效功率的输出分配，来在第一操作模式与第二操作模式之间切换风力发电站的操作模式。
在第一操作模式中，操作模式切换单元35执行控制，使得在总有效功率和总无效功率的范围内，分别将与能够由风轮发电机输出的上限相匹配的风轮机所需有效功率和风轮机所需无效功率输出到风轮发电机1。具体地，操作模式切换单元35产生有效功率指令和无效功率指令，然后将该有效功率指令和无效功率指令发送到风轮发电机控制器10，该有效功率指令是用于将风轮机所需有效功率输出到风轮发电机的控制信号，而该无效功率指令是用于输出风轮机所需无效功率的控制信号。
另外，在第一操作模式中，操作控制模式35将蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率输出到蓄电池单元2。蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率对应于总有效功率与风轮机所需有效功率之间的差以及总无效功率与风轮机所需无效功率之间的差。具体地，操作模式切换单元35产生有效功率指令和无效功率指令，然后将该有效功率指令和无效功率指令发送到蓄电池控制器20，该有效功率指令是用于输出蓄电池所需有效功率的控制信号，而该无效功率指令是用于输出蓄电池所需无效功率的控制信号。
第一操作模式主要在电网7处于稳定状态时设定。此处稳定状态指这样的状态：在第一操作模式中的风轮发电机与蓄电池单元之间的输出分配中，基于蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率的设定表观功率不超过蓄电池单元的设定表观功率，亦即这样的状态：电网中的电压波动或频率波动小于电网干扰期间的电压波动或频率波动。
此外，在第一操作模式中，在基于蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率的表观功率超过蓄电池单元2的设定表观功率的情形中，操作模式切换单元35将操作模式从第一操作模式切换到第二操作模式。
在第二操作模式中，操作模式切换单元35执行控制，使得蓄电池所需有效功率得以维持，并且蓄电池所需无效功率减小，而风轮机无效功率增加蓄电池所需无效功率减小的量。操作模式切换单元35产生有效功率指令和无效功率指令，并将该有效功率指令和无效功率指令发送到蓄电池控制器20以便执行上述控制，该有效功率指令是用于将与第一操作模式相同的蓄电池所需有效功率输出到蓄电池单元2的控制信号，而该无效功率指令是用于输出第一操作模式中减少的蓄电池所需无效功率的控制信号。此外，操作模式切换单元35产生有效功率指令和无效功率指令，并且将该有效功率指令和无效功率指令发送到蓄电池控制器20以便执行上述控制，该有效功率指令是用于输出与第一操作模式相同的风轮机所需有效功率的控制信号，而该无效功率指令是用于输出增加了蓄电池所需无效功率减小的量的风轮机所需无效功率的控制信号。
上述的第二操作模式主要在电网干扰时通过从第一操作模式切换操作模式来设定。
此外优选当从蓄电池单元的输出获得的所需表观功率超过预先设定的蓄电池单元的设定表观功率时，将操作模式从第一操作模式切换到第二操作模式。在此情形中，蓄电池所需无效功率减小，直到从蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率获得的所需表观功率变得不大于设定表观功率。
参照图3，对操作模式从第一操作模式到第二操作模式的切换以及第二操作模式中的输出指令进行描述。图3是显示该优选实施例的蓄电池单元2的设定表观功率的功率曲线的曲线图。图3显示了蓄电池所需有效功率P、蓄电池所需无效功率Q和利用半圆形曲线指示的设定表观功率曲线。参照该图，在蓄电池单元2的操作点位于设定表观功率曲线的内部的情形中，蓄电池单元2处于在可操作范围内的状态中，并且在蓄电池单元2的操作点位于设定表观功率曲线的外部的情形中，蓄电池处于过载状态。
这里描述了如下情形：在第一操作模式中，蓄电池单元2的操作点是S1(P1，Q1)。S1处在基于蓄电池2的充电性能和充电量确定的设定表观功率曲线上。这指示了蓄电池单元2在负载内运行。
在该情形中，当在频率控制操作状态中电网频率降低或风轮发电机的输出降低时，蓄电池所需有效功率变为P2，并且操作点移动到S1’(P2，Q1)。在操作点S1’处，由蓄电池所需有效功率P2和蓄电池所需无效功率Q1获得的所需表观功率超过设定表观功率。也就是说，操作点S1’位于设定表观功率曲线的外部，并且蓄电池2处于过载状态。
然后，操作模式切换到第二操作模式以便自动地将操作点移动到另一操作点S2(P2，Q2)，该操作点S2的蓄电池所需无效功率减小到Q2，同时维持操作点S1’的蓄电池所需有效功率P2，以避免蓄电池单元2处于过载状态。另外，减小量ΔQ(＝Q1-Q2)是减小之前的蓄电池所需无效功率与减小之后的蓄电池所需无效功率之间的差。将该减小量ΔQ发送到主控制器30的操作模式切换单元35。操作模式切换单元35将无效功率指令发送到风轮发电机，在该无效功率指令中，风轮发电机1的风力所需无效功率增加了蓄电池所需无效功率的减小量ΔQ。
在该优选实施例中，第一操作模式主要应用在稳定状态中。在第一操作模式中，将分配到风轮发电机的风轮机所需有效功率和风轮机所需无效功率设定为最大，以便与能够由风轮发电机输出的上限相匹配，并因而能够有效地利用作为可再生能源的风力能。
同时，第二操作模式主要应用在电网干扰中。即使总有效功率和总无效功率在电网干扰期间明显改变，也能保护蓄电池单元2避免过载。另外，能够自由调节有效功率的蓄电池单元2优先输出有效功率，而不能够调节有效功率但能够调节无效功率的风轮发电机1优先输出无效功率。因而，能够以适当的分配量输出防止干扰所需的所需表观功率。在第一操作模式中能够控制响应于不会使蓄电池2处于过载状态的小干扰的变化。
如上所述，根据该优选实施例，能够最大程度地有效利用可再生能源，并且控制有效功率与无效功率之间的最佳输出分配以防止蓄电池2进入过载状态。
另外，所需表观功率由分配到蓄电池单元2的蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率获得，并且在所需表观功率超过设定表观功率的情形中，确定蓄电池单元2超过设定容量。由此，从蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率能够容易地确定蓄电池单元2超过其容量。
如图1中所示，在优选实施例中，蓄电池单元2可包括检测剩余量的电量计25。电量计25的结构不受限制，但是可构造为诸如基于蓄电池21的输出线(放电-充电线)中的放电-充电电流来检测剩余量。将由电量计25检测到的蓄电池2的剩余量输入到主控制器30。优选根据由电量计25检测到的蓄电池2的剩余量来改变主控制器30中的设定表观功率。
由此，不仅仅在电网干扰期间，有效功率和无效功率能够在第二操作模式中根据蓄电池2的剩余量分别分配到蓄电池单元2和风轮发电机1。
此外，在第二操作模式中，操作模式切换单元35监视第一操作模式中风轮发电机1与蓄电池2之间的输出分配中的蓄电池2的所需表观功率，并且当该所需表观功率变得小于设定表观功率时，将操作模式从第二操作模式切换到第一操作模式。具体地，在第二操作模式中的操作期间，对第二操作模式的输出分配中的所需表观功率进行监视，并且当该所需表观功率变得小于设定表观功率时，即当蓄电池2在第一操作模式中不再处于过载状态时，操作模式从第二操作模式切换到第一操作模式。由此，只要蓄电池单元2不变得处于过载状态，就能够一直在第一操作模式中运行，因而能够最大程度地利用风力能。
参照图4对关于优选实施例的风力发电站的输出控制方法进行说明。图4是显示用于本发明优选实施例的风力发电站的输出控制方法的流程图。下文所述的附图标记对应于图1和图2中所示的附图标记。
将电网终端6的电压信息和电流信息输入到主控制器30(S1)。如已经在图2中说明的，主控制器30基于电网终端6的电压信息和电流信息来计算电网7中所需的总有效功率和总无效功率(S2)。
当电网7主要处于稳定状态时，主控制器30的操作模式切换单元35在第一操作模式中执行向风轮发电机1和蓄电池2的输出分配控制(S3)。具体地，在第一操作模式中，在功率计算单元34中计算的总有效功率和总无效功率的范围内，将用于向风轮发电机1输出与能够由风轮发电机1输出的上限相匹配的风轮机所需有效功率和风轮机所需无效功率的指令发送到风轮发电机控制器10，并且将用于向蓄电池单元2输出蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率的指令发送到蓄电池控制器20，该蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率分别与总有效功率与风轮机所需有效功率之间的差以及总无效功率与风轮机所需无效功率之间的差相匹配。风轮发电机控制器10根据从主控制器35发送的风轮机所需有效功率的指令和风轮机所需无效功率的指令来执行风轮发电机1的输出控制。以类似的方式，蓄电池控制器20根据从主控制器30发送的蓄电池所需有效功率的指令和蓄电池所需无效功率的指令来执行蓄电池的输出控制。
电量计25检测蓄电池21的剩余量(S4)。接下来，确定蓄电池21的剩余量自上次检测以来是否已改变(S5)。在确定蓄电池21的剩余量已改变的情形中，将设定表观功率改变成这样的值，以便对应于该剩余量(S6)。此处该设定表观功率如上文所述。在蓄电池21的剩余量未改变的情形中，设定表观功率保持相同。
接下来，操作模式切换单元35将在第一操作模式中分配到蓄电池单元21的所需表观功率与设定表观功率相比较(S7)。在所需表观功率在设定表观功率内的情形中，继续第一操作模式的输出控制(S8)。相反，在所需表观功率超过设定表观功率的情形中，例如由于电网干扰，操作模式从第一操作模式切换到第二操作模式，以便在第二操作模式中控制风轮发电机1与蓄电池2之间的输出分配(S9)。在第二操作模式中，蓄电池2的蓄电池所需有效功率得以维持，并且蓄电池所需无效功率减小，而风轮机无效功率增加蓄电池所需无效功率减小的量。风轮发电机控制器10根据从主控制器30发送的风轮机所需有效功率的指令和风轮机所需无效功率的指令来控制风轮发电机1的输出。以类似的方式，蓄电池控制器20根据从主控制器30发送的蓄电池所需有效功率的指令和蓄电池所需无效功率的指令来执行蓄电池的输出控制。
此外，在第二操作模式中的操作期间，对第二操作模式的输出分配中的所需表观功率进行监视，并将该所需表观功率与设定表观功率相比较(S10)，并且当所需表观功率变得小于设定表观功率时，即当蓄电池单元2在第一操作模式中不处于过载状态时，操作模式从第二操作模式切换到第一操作模式(S8)。继续第二操作模式的操作，直到所需表观功率变得小于设定表观功率(S9)。
根据如上所述的优选实施例，操作模式在第一操作模式与第二操作模式之间选择性地切换，该第一操作模式主要在电网的稳定状态中设定，而第二操作模式主要在电网干扰中设定。因而，能够最大程度上有效地利用可再生能源，并且控制有效功率和无效功率的最佳输出分配以防止蓄电池单元2进入过载状态。
附图标记
1风轮发电机
2蓄电池单元
4电网互连部
5，12，23变压器
6电网终端
7电网
10风轮发电机控制器
11发电机
20蓄电池控制器
21蓄电池
22DC-AC转换器
25电量计
30主控制器

Claims (6)

1.一种用于风力发电站的输出控制方法，在所述风力发电站中，风轮发电机和蓄电池单元经由电网互连部并行地连接到电网，所述方法包括如下步骤：
基于在所述风力发电站的电网连接端处检测到的电压信息和电流信息来计算将从所述风力发电站供应到所述电网的总有效功率和总无效功率，以及
在第一操作模式和第二操作模式之间选择性地切换操作模式，在所述第一操作模式中，在所述总有效功率和所述总无效功率的容许范围内，所述风轮发电机输出与能够由所述风轮发电机输出的上限相匹配的风轮机所需有效功率和风轮机所需无效功率，并且所述蓄电池单元输出分别与所述总有效功率和所述风轮机所需有效功率之间的差以及所述总无效功率和所述风轮机所需无效功率之间的差对应的蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率；在所述第二操作模式中，在基于所述蓄电池所需有效功率和所述蓄电池所需无效功率的表观功率超过所述第一操作模式中所述蓄电池单元的设定表观功率的情形中，所述蓄电池所需有效功率得以维持并且所述蓄电池所需无效功率减小，而风轮机无效功率增加所述蓄电池所需无效功率减小的量。
2.根据权利要求1所述的用于风力发电站的输出控制方法，
其中当从所述蓄电池单元的输出获得的所需表观功率超过预先设定的所述蓄电池单元的所述设定表观功率时，将操作模式从所述第一操作模式切换到所述第二操作模式，
其中，在所述第二操作模式中，所述蓄电池所需无效功率减小，直到从所述蓄电池所需有效功率和所述蓄电池所需无效功率获得的所需表观功率变得不大于设定表观值。
3.根据权利要求1所述的用于风力发电站的输出控制方法，
其中，对所述蓄电池单元的剩余量进行检测，并且根据剩余容量来改变所述设定表观功率。
4.根据权利要求1所述的用于风力发电站的输出控制方法，
其中，在所述第二操作模式中，对所述第一操作模式中所述风轮发电机与所述蓄电池单元之间的输出分配中的所述蓄电池单元的所需表观功率进行监视，并且在所述所需表观功率变得小于所述设定表观功率的情形中，将操作模式从所述第二操作模式切换到所述第一操作模式。
5.一种用于风力发电站的输出控制单元，在所述风力发电站中，风轮发电机和蓄电池单元经由电网互连部并行地连接到电网，所述输出控制单元包括：
主控制器，所述风轮发电机的电网连接端的电压信息和电流信息输入到所述主控制器；
风轮发电机控制器，所述风轮发电机控制器基于来自所述主控制器的输出指令来控制所述风轮发电机的输出；以及
蓄电池控制器，所述蓄电池控制器基于来自所述主控制器的输出指令来控制所述蓄电池单元的输出，
其中，所述主控制器包括功率计算装置和操作模式切换装置，所述功率计算装置基于所述电压信息和所述电流信息来计算将从所述风轮发电机供应到所述电网的总有效功率和总无效功率，而所述操作模式切换装置在第一操作模式和第二操作模式之间选择性地切换操作模式，在所述第一操作模式中，在所述总有效功率和所述总无效功率的容许范围内，所述风轮发电机输出与能够由所述风轮发电机输出的上限相匹配的风轮机所需有效功率和风轮机所需无效功率，并且所述蓄电池单元输出分别与所述总有效功率和所述风轮机所需有效功率之间的差以及所述总无效功率和所述风轮机所需无效功率之间的差对应的蓄电池所需有效功率和蓄电池所需无效功率；在所述第二操作模式中，在基于所述蓄电池所需有效功率和所述蓄电池所需无效功率的表观功率超过所述第一操作模式中所述蓄电池单元的设定表观功率的情形中，所述蓄电池所需有效功率得以维持并且所述蓄电池所需无效功率减小，而风轮机无效功率增加所述蓄电池所需无效功率减小的量。
6.根据权利要求5所述的用于风力发电站的输出控制单元，进一步包括：
电量计，所述电量计检测所述蓄电池单元的剩余量，
其中所述主控制器根据由所述电量计检测到的剩余量来改变所述设定表观功率。
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