CN105917544B - 用于运行风能设备和/或风电场的方法和调节和/或控制装置以及风能设备和风电场 - Google Patents

用于运行风能设备和/或风电场的方法和调节和/或控制装置以及风能设备和风电场 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于运行风能设备(100)和/或风电场(112)的方法，所述风能设备和/或风电场用于将电功率馈入到供电网络(120)中，其中输出功率、尤其有功功率和/或无功功率(Q，P)借助于调节和/或控制装置(131)的至少一个功率调节模块(501)来调节，所述方法具有下述步骤：预设功率调节输入值；从功率调节输入值中确定功率调节输出值；以及输出功率调节输出值。根据本发明提出，功率调节模块具有P调节器和I调节器以及I分量限制器，其中将功率调节输入值的第一工作值在P调节器中处理为P分量，将功率调节输入值的第二工作值在I调节器中处理为I分量，并且将功率调节输入值的第三工作值在I分量限制器中处理为受限制的I分量，以及功率调节输出值(P‑Output)借助于受限制的I分量和P分量确定。

Description

用于运行风能设备和/或风电场的方法和调节和/或控制装置 以及风能设备和风电场
技术领域
本发明涉及一种用于运行风能设备和/或风电场的方法和一种用于运行风能设备和/或风电场的调节和/或控制装置。此外，本发明涉及一种风能设备和风电场。
背景技术
一般而言，风能设备和/或风电场能够定义为风能发生器，即用于从风能中产生能量的能量发生设备，所述风能发生器尤其构成用于将电功率馈入到供电网络中。
已知的是，借助于风能设备产生电功率并且馈入到供电网络中。相应的风能设备、即单独的风能发生器示意性地在图1中示出。越来越多地也在风电场中架设多个风能设备来代替单独设备，所述风电场能够将相应大小的功率馈入到供电网中。这种风电场示意性地在图2中示出并且其特征尤其在于共同的电网联接点，风电场的所有风能设备经由所述电网联接点馈入到供电网络中。同时，风电场(随后称为混合场)也包括分别具有单独的电网联接点的各个风能设备；混合场也能够包括多个风电场和多个风能单独设备。
风电场相对于风能单独设备不仅能够将相对高的功率馈入到供电网络中，而且所述风电场基本上具有相应大的调节电位以稳定供电网络。就此而言，美国申请US 7,638,893例如提出：供电网络的运营商例如能够给风电场提供功率预设值，以便减小待馈入的场功率，以便由此对于其供电网络具有另外的控制可行性。这种调节作用在此根据风电场的大小能够是弱的。所述调节作用此外由于风能设备还有风电场是分散式的发生单元的事实会难以操作，因为所述风能设备还有风电场通过运行相应的供电网络的方式而相对大面积地分布在一定区域上。
此外，在一些国家中，例如在德国寻求：通过可再生的能量发生器、如风能设备取代立常规的大型发电站，尤其核电站。但是，在此存在如下问题：随着切断和“从电网中断开”大型发电站也失去其稳定电网的作用。剩余的或者要新添加的能量发生单元由此需要至少考虑稳定性的这种改变。问题是，即使在风能设备向电网馈电时或者在风电场向电网馈电时，用于构建稳定电网作用的反应时间可能是缓慢的。这基本上是挑战性的，因为风能设备或者风电场是与当前的供风相关的风能发生器，即功率发生器。此外，如果仅提供一种迅速地对当前的风情况作出反应的受限的可行性，那么这妨碍稳定电网作用的实施或者使其变得困难。
具有到供电网络中的输出功率的、预防上述背景的稳定电网的维护措施是期望的。期望的是，解决在上文中所提到的问题的至少一个并且尤其应实现如下解决方案，借助于所述解决方案，风电场能够改进对供电网络的支持；这能够用于实现尽可能稳定的供电网络。至少应提出一种在该领域中关于迄今为止的方法途径的替选的解决方案。
德国专利商标局在在先申请中检索了下述现有技术：DE 10 2005032 693A1和BOHN,C.；ATHERTON,D.P.:Ananalysis package comparing PID anti-windupstrategies.IEEE Control Systems,Vol.15,Nr..2,S.34-40,April 1995,doi:10.1109/37.375281。
发明内容
本发明的目的是，提出一种设备和一种方法，借助于所述设备和所述方法能够以改进的方式调节风能设备和/或风电场的输出功率。本发明的目的尤其在于，改进一种设备和一种方法，使得输出功率一方面能够以可靠的方式相对精确地调节，但是同时以对剧烈的风况的改进的反应时间来进行；此外，这尤其用于以改进的方式实现稳定电网的作用，但是在任何情况下都不限制或者仅不显著地限制风能设备的对此有意义的功能流程。
关于所述方法的目的根据一种用于运行风能设备和/或风电场的方法实现，所述风能设备和/或风电场用于将电功率馈入到供电网络中，其中借助于调节和/或控制装置的至少一个功率调节模块来调节输出功率、尤其有功功率和/或无功功率，所述方法具有下述步骤：-预设功率调节输入值，-从所述功率调节输入值中确定功率调节输出值，-输出功率调节输出值，其特征在于，-所述功率调节模块具有P调节器和I调节器以及I分量限制器，其中-将所述功率调节输入值的第一工作值在所述P调节器中处理为P分量，-将所述功率调节输入值的第二工作值在所述I调节器中处理为I分量，以及-以并行于所述I分量的方式确定所述P分量，以及-所述I分量从所述功率调节输入值中确定，并且受限制的I分量随后从所述I分量中确定，其中-将所述功率调节输入值的第三工作值在所述I分量限制器中处理为所述受限制的I分量，以及借助于斜率限制和/或幅度限制来确定所述受限制的I分量，以及-所述功率调节输出值借助于所述受限制的I分量和所述P分量确定。本发明的设计也针对于一种用于运行风能设备和/或风电场的调节和控制设备，所述风能设备和/或风电场用于将电功率馈入到供电网络中，所述调节和/或控制装置具有至少一个功率调节模块，所述功率调节模块具有-P调节器和I调节器以及I分量限制器，其中-所述I调节器和I分量限制器与所述P调节器并联地耦联，并且所述I分量限制器串联地耦联在所述I调节器下游，其中-能够借助于斜率限制和/或幅度限制来确定受限制的I分量。
关于所述设备的目的根据本发明通过一种用于将电功率馈入到供电网络中的风能设备来实现，所述风能设备具有根据本发明的调节和/或控制装置；和一种用于将电功率馈入到供电网络中的风电场来实现，所述风电场具有多个根据本发明的风能设备。
本发明基于用于运行风能设备和/或风电场的设计，其中输出功率借助于调节和/或控制装置的至少一个功率调节模块来调节，其具有下述步骤：
-预设功率调节输入值，
-从功率调节输入值中确定功率调节输出值，
-输出功率调节输出值。
根据本发明提出：功率调节模块具有P调节器和I调节器以及I分量限制器。
根据本发明，所述设计为此还提出：
-功率调节输入值的第一工作值在P调节器中被处理为P分量，
-功率调节输入值的第二工作值在I调节器中被处理为I分量，并且
-功率调节输入值的第三工作值在I分量限制器中被处理为受限制的I分量，以及
-功率调节输出值通过受限制的I分量和P分量确定。
特别地，当前所基于的是：风能设备是如下受控系统(Regelstrecke)：该受控系统具有相对惰性的特性并且就此而言也可使用非常缓慢的调节途径。本发明还基于如下考量：在风能设备中，在特定的强烈变化的环境条件下，例如大风等的情况下，尤其出于稳定电网的原因而产生如下必要性：风能设备应相对快速地锁住；这应当基本上也适用于如下情况：在所述情况中，风能设备应相对快速地加速调节(hochgeregelt)。另一方面，本发明认识到：功率调节模块中的I调节器的I分量虽然能够相对精确地工作，然而可能会过慢地工作。基于该常识，本发明提出：I分量限制器构成用于：对I分量进行限制。此后，功率调节输入值的工作值的受限制的I分量和P分量被输送用于确定功率调节输出值。
本发明的有利的改进方案能够从本文中得出，并且详细地提出有利的如下可行性：在改进方案的范围中并且在陈述其它优点时实现本发明的设计。
特别地，一个改进方案认识到：能够进行I分量的阶跃式下降，直到下降至I分量的如下区域，所述区域位于储备值之下。储备值应是如下I分量，所述I分量对于储备输出功率而言是决定性的。在此，I分量的最大值和I分量的储备值之间的差尤其应当大至，使得风能设备仍具有足够的电位以阶跃式地提高功率调节输出值。换句话说，本发明已经认识到：I分量的极其阶跃式的改变，尤其I分量的下降或者可能的I分量的提高，能够在限制I分量的条件下进行。所述限制能够以如下程度进行，该限制程度总归不应当或者不能够由风能设备在稳定电网的预设值的情况下产生。
特别地，一个改进方案已经认识到，I分量限制有利地进行为，使得I分量阶跃式地下降到对于风能设备而言尽可能高的值上，即阶跃式地下降到对于风能设备而言最大可行的值上。
特别地，一个改进方案已经认识到，为了控制风电场，I分量能够改变到如下风能设备的最高的值上，所述风能设备具有I分量的当前最高的值。这引起：I分量与风能设备当前或者通常能够实现的分量相比不更快地提高或者下降。
一方面，由此防止：I分量过多地降低从而防止功率过强地掉落。另一方面防止：I分量过多地提高从而防止功率过强地提高。在没有这种进行限制的I分量的情况下，在风电场功率快速地改变时，实际的功率调节输出值在相对缓慢的时间间期内会将再调节或者必要时再振荡。就此而言，能够在时间上缩短本身有利的PI分量的这种相对缓慢的反应(即I分量和P分量在调节模块中借助于(I调节器的)I分量或者(P调节器的)P分量的并联或者串联产生的组合)。
关于调节和控制装置的结构，该调节和控制装置优选具有功率调节模块，所述功率调节模块具有P调节器和I调节器并且除此之外具有I分量限制器。优选地，P调节器的P分量与I调节器的I分量并行地确定；即P调节器和I调节器并联。
优选地，I分量从功率调节输入值中确定，并且受限制的I分量随后从I分量中确定。特别地，在功率调节模块中，I调节器和I分量限制器与P调节器并联地耦联，而I分量限制器在I调节器下游串联地耦联。
在一个尤其优选的改进方案的范围中，受限制的I分量借助于I分量的斜率限制和/或幅度限制确定。优选地，调节器的增益、尤其P调节器的增益和/或I调节器的增益和/或I分量限制器的增益被限制到最大20％上。
优选地，所述运行方法在调节的范围中首先包括下述步骤中的至少一个：参数化功率调节模块，和/或测量电网参数并且随后预设功率调节输入值。对于参数化和/或测量电网参数的有利的细节，参照接下来对附图的描述。
优选地，功率调节输入值根据电网频率预设；即预设为电网频率的函数。特别地，调节输出功率的有功功率和/或无功功率。在本发明的一个尤其优选的改进方案的范围中提出：功率调节输出值对应于有功功率。输出功率的有功功率至少根据供电网络的电网频率来调节。
本发明的其它细节和优点在根据附图的实施例中公开。现在在下面根据附图描述本发明的实施例。所述附图不必需按比例地示出实施例，更确切地说，用于进行阐述的附图以示意性的和/或轻微扭曲的形式构成。关于可从附图中直接获取的教导的补充，参照有关的现有技术。在此需考虑的是，能够实行涉及实施方式的形式和细节的多种多样的修改和改变，而不脱离本发明的普遍思想。在说明书、附图以及权利要求中公开的发明特征能够不仅单独地而且以任意的组合而对于本发明的改进形式是重要的。此外，由至少两个在说明书、附图和/或权利要求中公开的特征组成的所有组合落入本发明的范围中。本发明的普遍思想不受限于在下文中所示出的和所描述的优选的实施方式的精确的形式或者细节或者不受限于如下主题，所述主题与在权利要求中所要求保护的主题相比会受到限制。在所提出的尺寸范围中，位于所提到的极限之内的值也应作为极限值公开并且可任意地使用和要求保护。
附图说明
本发明的其它优点、特征和细节从接下来对优选的实施例的描述中以及根据附图得出；该附图示出：
图1示意性地示出风能设备；
图2示意性地示出风电场；
图3示意性地示出与例如图2的风电场结合的风电场控制装置；
图4示出理论值的内部的预设值确定装置的基本结构(在此，在有功功率调节的范围中表示有功功率的有功功率理论值P-SOLL)；
图5示出具有调节模块的调节器的通常结构，所述调节模块尤其能够按照根据图4的内部的预设值确定以可参数化的方式尤其优选用作为输出功率调节模块(尤其有功功率调节模块或者无功功率调节模块)；
图6以根据本发明的设计的一个尤其优选的实施方式示出图5的具有有功功率调节模块的有功功率调节装置的原理；
图7示出与理论功率相比的实际功率的曲线；
图8示出理论有功功率P-Soll的在下降的阶跃函数中示出的曲线。
具体实施方式
图1示出具有塔102和吊舱104的风能设备100。在吊舱104上设置有具有三个转子叶片108的转子106和导流罩110。转子106在运行时通过风进入旋转运动从而驱动吊舱104中的发电机。
图2示出具有示例的三个风能设备100的风电场112，所述风能设备能够是相同的或者不同的。三个风能设备100由此基本上代表风电场112的任意数量的风能设备。风能设备100经由风电场电网114提供其功率，即尤其所产生的电流。在此，各个风能设备100的分别产生的电流或功率相加，并且通常设有变压器116，所述变压器将场中的电压升压，以便随后在电网联接点118处馈入供电网络120中，所述电网联接点也一般称为PoC。图2仅是风电场112的简化视图，所述视图例如不示出控制装置，尽管当然存在控制装置。风电场电网114例如也能够不同地构成，在所述风电场电网中，例如也在每个风能设备100的输出端处存在变压器，仅以另一实施例为例。
图3在具有多个风能设备WEA的风电场112的示意结构中示出关于风电场控制系统130的概览。风电场控制装置131是设置在上级的风电场控制和调节单元。该控制装置和/或调节装置的参考点是以方案特定的方式限定的参考点。通常，该参考点与风电场112在中压或高压电网、即供电网络120处的电网联接点118相同。通常，电网联接点118是变电站或者传输站。风能设备WEAi(在此i＝1…4)中的每一个输出有功功率和无功功率Pi、Qi(在此i＝1…4)，所述有功功率和无功功率被输出到风电场电网114中并且作为总的有功功率和无功功率P、Q经由变压器116被输出给电网联接点118以输出到供电网络上。
风电场控制装置131在电网联接点118处具有用于电压和电流测量的可行性。
当前，风电场控制系统130由电网联接点118处的风电场控制装置131的中央单元(硬件和软件)以及SCADA风电场控制装置132形成，所述SCADA风电场控制装置也与电网运营商的控制室133以控制的方式连接。到风能设备WEAi的数据通信经由自身的数据总线、即风电场控制总线进行。该风电场控制总线并联于Scada总线构成。风电场控制装置131循环地请求各个风能设备WEAi的信息，并且对于风能设备WEAi(在此i＝1…4)中的每一个而言必须将这些信息预留在存储器中。
能够确定风电场控制装置131和SCADA风电场控制装置132之间的优先级。风能设备100能够在没有设置在上级的控制装置或调节装置的情况下在电网联接点118处馈电。当然，两个设置在上级的风电场控制装置和/或调节装置131、132已证实是可行的。因此，对于馈电而言存在不同的组合。对不同的功能的设置则在风能设备100的控制电路板上借助于输入设备、例如触摸板或者PC来执行。如果设置在上级的风电场控制装置和/或调节装置中的任何一个都不被激活(例如风电场控制装置131或者SCADA风电场控制装置132)，那么使用永久地固定在控制电路板中的预设值。如果使用风电场控制装置和/或调节装置，那么该风电场控制装置和/或调节装置必须经由控制电路板上的参数来激活以作为设置。从这些设置中产生四个不同的组合：
-没有场调节
-风电场控制装置(和/或调节装置)131
-SCADA风电场控制装置(和/或调节装置)132
-风电场控制装置(和/或调节装置)131和SCADA风电场控制装置(和/或调节装置)132。
设置在上级的控制装置/调节器能够影响至少三个不同的重要的变量：
-设备的最大有功功率(Pmax)，
-无功功率，对此也包括控制，如从“Q到P”的控制
-和频率维持功率，(这是在频率调节装置激活的情况下)。
在每个风能设备100中安装有接收单元，所述接收单元在此称为风能设备接口103。风能设备接口103是风能设备WEAi中的风电场控制装置131的接口。使用风能设备接口103的电路板作为每个风能设备WEAi的接收接口。所述风能设备接口接收由风电场控制装置131预设的理论值，转换所述理论值，并且将信息进一步提供给风能设备WEAi。该风能设备接口103接收风电场控制装置131的操控变量，并且将这些操控变量转发给风能设备WEAi。此外，所述风能设备接口承担对风电场控制装置总线113的数据通信的监控，并且在数据总线受干扰时或者在风电场控制装置131失效时安排预设模式。
风电场控制装置131在电网联接点118处测量电压U和电流I。风电场控制装置中的具有类似的输入端和微处理器的控制电路板分析电网并且计算相应的电压、电流和功率。
风电场控制装置131提供一定的工作范围，所述工作范围能够借助于相关的硬件技术来设置风电场或硬件参数。所述设置中的一些例如涉及关于低电压水平、中间电压水平和/或高电压水平上的额定电压和/或额定电流的说明，场额定有功功率的说明、场额定无功功率的说明、电网频率的说明、场中的风能设备的数量的说明，以及特别功能的多样的设置、理论值预设和关于数据通信或控制的说明。
此外，能够确定下述参数，如：滤波时间常数、调节器-复位-选项、电网故障电压过低/电压过高、预设值斜坡；也能够限定如下极限值：该极限值一次性地可以作为预设值，或者例如也能够限定风能设备的最小和最大功率，以及限定针对无功功率、有功功率、相位角的输出值的限界，还有限定针对涉及电压、有功和无功功率、相位角的最大或者最小的理论值预设的限界值，限定针对外侧的理论值预设的限界值。
也能够执行风电场控制装置131的所有标准预设设置；对于每个预设值存在标准预设值。
调节器结构化成两个基本部分，其中图5的并且优选根据图6的每个通常的调节器结构例如能够具有：
1.用于有功功率的调节和/或控制装置：有功功率调节器、功率梯度调节器、功率频率调节器、功率控制装置等。
2.用于无功功率的调节和/或控制装置：电压调节器、无功功率调节器、相位角调节器、特殊调节器、无功功率控制装置。
风电场控制装置131构造为，使得能够选择不同的调节器类型，尤其针对用于有功功率的不同的基本类型而言：
类型1：没有有功功率调节器(仅预设最大和/或储备功率)
类型2：有功功率控制装置(直接预设最大和/或储备功率)
类型3：与电网频率不存在频率相关性的有功功率调节器(没有P(f)-函数性)
类型4：与电网频率存在频率相关性的有功功率调节器(具有P(f)-函数关系)。
在选择具有风电场控制P(f)函数的调节器时，设备频率调节部分地被去激活。控制器此刻位于风电场控制装置131中。优选地，风电场控制装置的参数化作为P(f)调节器；也就是说，输出功率、尤其有功功率和/或无功功率是供电网络120的电网频率的函数。在使用风电场控制P(f)函数时，需注意正确的参数化和预设值的预设。为此，能够选择和参数化具有相应的P(f)特性的调节器；各个风电场控制调节器由此具有不同的函数关系。风电场理论功率和能够传递给该外部接口的一个。风电场功率值和P(f)函数之间的相互作用在各个风电场控制调节器中确定。此外，当选择相应的调节器并且风电场控制装置能够构成至设备的主动的并且功能正常的数据通信时，仅风电场控制P(f)调节装置应当是活跃的。例如，在图5和图6中示出功率调节器的、尤其有功功率调节器的优选的结构。
通常，调节器根据连续和不连续的特性来区分。最常见的连续的调节器包括“标准调节器”，所述标准调节器具有P特性、PI特性、PD特性和PID特性。此外，在连续的调节器中存在不同的特殊形式，所述特殊形式具有匹配的特性，以便能够调节难受控系统。所述难受控系统例如包括具有死区时间的、具有非线性特性的、具有受控系统参数的漂移的以及已知的和未知的干扰变量的受控系统。许多例如能够因正反馈效应(正反馈)产生的不稳定的受控系统同样可借助于经典的线性调节器来控制。具有模拟特性或者数字特性的连续的调节器能够用于线性的受控系统。数字调节器具有通用匹配于极其不同的调节任务的优点，然而，所述数字调节器因调节变量的采样时间和在快速的受控系统中使用时的计算时间延缓所述调节任务。
本身已知的连续的线性调节器是P调节器(用于确定P分量)，其在P分量中的阶跃响应以Kp来表示。P调节器仅由增益Kp的正比分量构成。所述P调节器以其输出信号u与输入信号e成正比。瞬态响应为：
u(t)＝Kp*e(t)。传递函数为：U/E(s)＝Kp。
因此，P调节器具有所选择的为Kp的增益(在图6中，说明/限制具有20％的增益并且P分量相应地以Kp20表示)。由于缺少时间响应，P调节器直接作出反应，然而其使用是受限的，因为增益必须根据受控系统的特性降低。此外，当在受控系统中不包含I元件时，阶跃响应的调节器故障在调节变量瞬态振荡之后产生，来作为“剩余的系统偏差”。
本身已知的调节器是I调节器(用于确定I分量)，其在I分量中的阶跃响应以KI来表示。I调节器(集成的调节器，I元件)通过调节偏差e(t)在时间上的积分作用于具有除以再调整时间T_N的加权的操控变量。对此积分方程为：u(t)＝1/T_N INT(0...t)e(t')dt'。传递函数为：U/E(s)＝1/(T_N*s)＝KI/s。增益为KI＝1/T_N。
恒定的调节差异e(t)从输出的初始值u1(t)引导至输出的线性提高u2(t)，直至其极限。再调整时间T_N确定提高的梯度。也就是说，例如u(t)＝KI*e(t)*t，其中e(t)＝恒定。例如T_N＝2s的再调整时间表示：在时间t＝0时，输出值u(t)在2s后达到恒定的输入值e(t)的大小。I调节器由于其(理论上)无尽的增益是缓慢的且精确的调节器。所述I调节器不留下任何剩余的调节偏差。然而，仅能够设置弱的增益KI或大的时间常数T_N(在图6中说明/限制20％的增益并且I分量相应地以KI20表示)。
已知的是，在大信号特性中的所谓的积分饱和效应(Wind-up-Effekt)。当在I调节器中操控变量通过受控系统来限制时，出现所谓的积分饱和效应。在此，调节器的积分继续工作，而操控变量不增加。如果系统偏差变小，那么在回程中产生操控变量的不期望的延迟进而产生调节变量的不期望的延迟。这能够借助将积分限制于操控变量极限的来对抗(抗卷紧)。作为可行的抗卷紧措施，I分量在达到输入变量限制时固定在最后的值上(例如通过隔离I元件)。如在动态系统内部的每个限制效应中那样，调节器随后表现为是非线性的。调节回路的特性能够通过数值计算来检查。
在PI调节器的范围中(比例积分控制器)，存在和具有时间常数T_N的I元件的和P元件KP的分量。所述分量不仅能够从并联结构或从串联结构中限定。术语再调整时间T_N来自于调节器的并联结构。并联结构中的PI调节器的积分方程为：
u(t)＝K_P[e(t)+1/T_N INT(0...t)e(t')dt']
并联结构的传递函数为：
U/E(s)＝K_P+K_P/(T_N*s)＝K_P(1+1/T_N*s)
如果方程的括号内的描述基于共同的分母，那么在串联结构中产生积表示：U/E(s)＝K_P*(T_N*s+1)/(T_N*s)。
KPI＝KP/T_N是PI调节器的增益。从传递函数的这种积表示中可见：两个调节系统作为单独系统成为串联结构。在此，其是具有增益KPI的I元件和P元件，所述增益从系数KP和T_N中计算出来。PI调节器在信号方面相对于I调节器作用为，使得在输入阶跃之后其作用以再调整时间T_N向前移置。通过I分量确保稳态的精确性，系统偏差在调节变量瞬态振荡之后变为零。因此，在理论值恒定时不产生调节偏差：在稳态中在理论值恒定的情况下通过I元件使调节偏差变为零。在没有微分的PI元件中，在实现串联结构中的调节器时不产生寄生延迟。由于因操控变量u(t)的受控系统限制引起的可能的卷紧效应，会寻求在电路方面实现并联结构中的PI调节器。PI调节器是缓慢的调节器，因为通过I元件所获得的、避免稳态的调节偏差的优点也具有下述缺点：附加的具有-90°的相位角的极点被加入到开放的调节回路中，这表示回路增益KPI的下降。因此，PI调节器不是快速的调节器。
风电场控制装置131的基本原理如从图3中可见的那样是电网测量，优选是在设置滤波时间常数下的情况下进行的电网测量。风电场控制装置131在电网联接点118处测量三个电网电压(相对于中性导体或地电势)和三个相电流。由此形成空间矢量，并且对应于电网质量进行滤波。该滤波器能够借助于滤波器时间常数和一系列参数来设置。
基本的调节器结构能够使用所谓的模块，所述模块中的一个(通常在图5中并且根据本发明的设计在图6)中针对有功功率调节器的实例示出。多个依次链接的这种模块或其它模块随后能够形成对于相应的项目所需要的功能。所谓的预设值404(也就是“设置点”)优选是调节器的理论值。风电场控制装置131对于所有相关的理论值提供如下值，例如电压理论值、无功功率理论值、相位角(Phi)理论值、有功功率理论值、功率维持理论值、尤其与电网频率相关(P(f)函数)。
对于每个理论值而言，在风电场控制装置131中确定极限(最小最大值)。对这些理论值的预设能够直接在风电场控制装置131处预设或者经由外部的接口传输。为了借助于理论值预设来预设400预设值404，首先遍历一些阶段，直至所述值作为输入变量在调节器500的原本的调节模块501处提供。在理论值产生装置401处产生暂时的理论值，要么直接在风电场控制装置131处产生要么经由外部的理论值接口产生。该暂时的理论值遍历具有最大值和最小值的极限402(在此表示具有Pmax和Pmin值的有功功率)。这些理论值作为参数存储在风电场控制装置131中。从中产生的理论值遍历所谓的理论值斜坡403。理论值斜坡应防止突然的理论值改变。参数在风电场控制装置131中是固定预设的设置或值，所述设置或值仅能够在控制装置本身处设置。这些参数随后存储在控制装置上。所述参数用作为运行参数进而限定风电场控制装置131的特性从而限定调节器的特性。
随后，风能设备100根据理论输出功率503的预设从调节模块501中得到相同的操控信号(Poutput)。由此在502中的功率减小中首先对也刚好产生更多功率的设备进行限制。
基本的调节器结构500即使在使用功能特定变型的或补充的调节模块时与图5相比也是基本相同的。输入变量(在此P-Soll(要么直接在风电场控制装置131处输入要么通过外部的接口预设)能够(在如在图4中所阐述的预设值确定400的范围中)以场额定功率(P-nominal)归一化。随后，检验限制402中的预设值的所设置的极限(这些极限作为参数Pmin、Pmax存储在风电场控制装置131中)。该理论值在理论值改变时不立即被采用，而是随着相应的理论值斜坡(所谓的“设置点斜坡”)403改变。斜坡斜率又是风电场控制装置131中的参数。所产生的值随后如所阐述的那样用作为用于具有调节模块501的原本的调节器500的预设值404；在此针对于有功功率的实例。在电网联接点118处回测的功率(PIst)用作为调节模块501的实际变量。这些变量能够根据参数化来滤波。实际功率504也能够以风电场额定功率(P-nominal)归一化。用于根据图5的有功功率的(或者例如完全类似地用于无功功率的)调节器500的调节模块501为独立的模块，所述独立的模块能够由不同的调节器调用或者在其它调节器中能够用作为简化的模块。
更确切地，每个有功功率调节器或者有功功率控制装置400、500根据图4、图5的简图构成。在下文中(示例性地针对多个具有可能的与电网频率相关的不同函数性的有功功率)描述调节装置和控制装置，所述调节装置和控制装置负责电网联接点118处的有功功率特性。所述调节器/控制装置例如影响风能设备的操控变量Pmax和P(reserved)。在此优选同样地处理所有的风能设备。在此不区分风能设备是否能够产出其额定功率的恰好40％或者其功率的80％。所有设备随后从调节模块501中得到相同的操控信号。由此，如在上文中所阐述的那样，也在502中存在功率下降的情况下也总是首先对也恰好产生更多功率的设备进行限制。
图6为了改进调节模块501示出具有调节器600的有功功率调节器，在所述调节器中参数“KI200max”限制I分量的斜率。这在I分量提高还有在I分量下降时也是适用的。作为基础的设计提出：与风能设备所能够提供的相比，I分量不应更快地提高或者下降。
本申请人的2MW的E82风能设备例如能够在有功功率降低时具有120kW/s的梯度作为标准的功率梯度。这对应于0.060pu/s；该功率梯度dP/dt是风能设备的参数。在使用风电场控制装置-功率调节装置时，风能设备参数有利地与风电场控制装置131协调。当例如风能设备以预设的方式得到理论值阶跃时，内部地运行通过所提到的梯度进行的限制。这种限制应通过“KI20max”参数来反映。借此应防止：I分量降低过多，从而功率掉落过强。在没有这些进行限制的I分量的情况下，功率在理论风电场功率强烈地并且突然地减小时会过强地掉落。
换句话说，I分量限制的作用可如下总结：在风能设备100或风电场112通常被视为受控系统的相对惰性的系统的背景下，调节器的反应在实际或理论值预设改变的情况下证实是相对快的。这引起：在P-Soll和P-Ist之间的差(在此以δP表示)小的情况下，调节器500或600的I分量、即KI具有合适的增益。然而，如果例如在风暴等的情况下，P-Soll和P-Ist之间的差相对大(如在此以ΔP表示)，那么I分量KI在调节器500中表现得不合比例地大，并且超出I分量的最大值Imax。也就是说，超出I分量的最大值Imax，该最大值在风能设备中位于功率提高的实际惰性的特性之外。实际惰性的特性的较晚的功率提高例如例如可在最大6％或20％中发现。
因此，如果ΔP超出该数量级的相对值，例如6％或20％，那么调节器600中的构成为用于I分量的斜率限制器的I分量限制器KI20max用于将I分量限制到最大20％上。具有增益KP20的P调节器610、具有增益KI20的I调节器KI20和具有为20％的最大斜率限制的I分量的I分量限制器630的共同作用引起调节器600中的功率调节输出值POutput的优选的且改进的调节特性。此外，在之前所阐述的限制器502中保持POutput max和POutput min，并且随后作为操控变量POutput WEA提供给风能设备WEA。具体而言，调节器600的根据在上文中所阐述的原理优选的特性与调节器500的一般特性相比，在用于有功功率P-Soll的理论值预设中根据图7和图8来阐述。
图7首先以视图(A)示出实际功率504与理论功率404比较的曲线。从其中在该实例中产生ΔP＝P-Soll–P-Ist，ΔP在图7的视图(A)中示出的曲线中自时间点t起引起风能设备对于实际功率P-Ist的强得过多的反应R(过调)，所述反应以阴影线示出。原因是：I分量自时间点t起由于调节器从值I100经过缓慢的斜坡IR下降到位于其下的值160上，所述斜坡在视图(B)中示出。然而，I分量在位于最大值I100和储备值180之间的斜坡IR的范围中的曲线如在视图(C)中所图解说明的那样考虑到风能设备的实际的工作能力是不恰当的。因为，至少直至作为最大的I分量I100的80％的或者在I80和I100之间的范围中的180的储备值的情况下，风能设备出于稳定电网的原因在维持储备的条件下不应当在额定运行中运行——恰好由于如下原因：出于稳定电网的原因应提供I80和I100之间的范围作为储备。根据本发明的设计的I分量的在视图(C)中示出的限制，在此限制于I80，引起I100和I80之间的范围设置作为阶梯函数，并且位于I80以下的区域能够作为斜坡下降。换句话说，I分量的20％由于其立即地消除风能设备的快速反应在优选的下调的情况下是有益的。在达到I分量I60的目标值之后，I分量能够再次通过标准的调节特性以可设置的方式设计。
这根据输出功率P-Ist在对比中示出的曲线变得显而易见。图8以视图(A)示出理论有功功率P-Soll的在下降的阶跃函数中示出的曲线。这对于如下情况引起功率P-Ist(在没有I分量限制的情况下)相对长地再调节，所述情况是：有功功率调节模块600的I分量在没有斜率限制的情况下构成(也就是说，仅借助I调节器620构成)。如在视图(B)中所示出的那样，这尤其能够导致不期望的振动增强特性，其中实际功率P-Ist低于理论功率P-Soll。这例如在时间点t和t’之间是这种情况。
而在图8的视图(B)中，将视图(A)中的有功功率的实际输出功率P-Ist的这种再振动与输出功率P-Ist的曲线进行对照，其中限制有功功率调节模块600的I分量，也就是说，在P调节器610、I调节器620和I分量限制器630参与的情况下限制。在这种情况下，把理论功率预设为下降的阶跃函数。在没有I分量限制的情况下，实际功率P-Ist可能相对长地再振动。然而在借助于I分量限制器630对I分量进行限制的情况下能够实现：根据图8的视图(B)的输出功率P-Ist类似于不具有显著再振动的非周期性的极限情况仍在时间点t’之前下降到理论值预设P-Soll上。这通过将I分量I100突然地限制于储备值I80上来实现；附加地，仅在此之后，I分量在斜坡的范围中才进一步下降到所设置的值I60上。此后，I分量再次被释放并且能够在风能设备的通常惰性的运行中遵循有功功率的实际和理论值预设，如这在图7的视图(C)中示出。

Claims (13)

1.一种用于运行风能设备(100)和/或风电场(112)的方法，所述风能设备和/或风电场用于将电功率馈入到供电网络(120)中，其中借助于调节和/或控制装置(131)的至少一个功率调节模块(501)来调节输出功率的有功功率和/或无功功率(Q，P)，所述方法具有下述步骤：
-预设功率调节输入值，
-从所述功率调节输入值中确定功率调节输出值，
-输出功率调节输出值，
其特征在于，
-所述功率调节模块具有P调节器和I调节器以及I分量限制器，其中
-将所述功率调节输入值的第一工作值在所述P调节器中处理为P分量，
-将所述功率调节输入值的第二工作值在所述I调节器中处理为I分量，以及
-以并行于所述I分量的方式确定所述P分量，以及
-所述I分量从所述功率调节输入值中确定，并且受限制的I分量随后从所述I分量中确定，其中
-将所述功率调节输入值的第三工作值在所述I分量限制器中处理为所述受限制的I分量，以及借助于斜率限制来确定所述受限制的I分量，其中将所述I调节器的所述I分量的限制限制于最大20％，以及所述功率调节输出值(P-Output)借助于所述受限制的I分量和所述P分量确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述P调节器的和/或所述I调节器的增益被限制于最大20％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述P调节器的所述P分量的限制限制于最大20％。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了限制所述I分量，将所述I分量阶跃式地下降到对于所述风能设备而言最大可行的值上。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，为了限制所述I分量，将所述I分量在一定范围中设置作为阶梯函数，并且在位于其下方的范围中能够作为斜坡下降。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，设有其它步骤：
-参数化所述功率调节模块，和/或
-测量电网参数并且随后
-预设所述功率调节输入值。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据电网频率来预设所述功率调节输入值。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，调节所述输出功率的有功功率和/或无功功率(P，Q)。
9.一种调节和/或控制装置，所述调节和/或控制装置构成用于根据权利要求1至8中任一项所述的方法运行风能设备和/或风电场(112)以将电功率馈入到供电网络中，并且所述调节和/或控制装置具有至少一个功率调节模块，所述功率调节模块具有
-P调节器和I调节器以及I分量限制器，其特征在于，
-所述I调节器和I分量限制器与所述P调节器并联地耦联，并且所述I分量限制器串联地耦联在所述I调节器下游，其中能够借助于斜率限制来确定受限制的I分量，并且该限制限制于最大20％。
10.根据权利要求9所述的调节和/或控制装置，其特征在于，用于限制所述I分量的所述I分量限制器(630)构成用于：将所述I分量阶跃式地下降到对于所述风能设备而言最大可行的值上，其中将所述I分量在一定范围中设置作为阶梯函数，并且在位于其下方的范围中作为斜坡下降。
11.一种用于将电功率馈入到供电网络中的风能设备(100)，所述风能设备具有根据权利要求9或10所述的调节和/或控制装置。
12.一种用于将电功率馈入到供电网络中的风电场(112)，所述风电场具有多个根据权利要求11所述的风能设备。
13.根据权利要求12所述的风电场，其特征在于，所述风电场的所有风能设备以相同的方式来调节。
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