CN108138749B - 用于风电站的增强和调节组 - Google Patents

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Abstract

公开了包括多个风力涡轮发电机(WTG)的方法、控制装置和风电站(WPP)。该方法包括：响应接收到的对应于所述WPP电力需求，操作多个WTG中的一个或多个WTG的增强组以开始生产增强电力输出，其中，增强组的一个或多个WTG中的每一个的增强电力输出被调节独立于电力需求。该方法还包括：基于增强电力生产的测量值，确定多个WTG中的一个或多个不同WTG的调节组的电力生产设定点，从而满足所述电力需求。

Description

用于风电站的增强和调节组
技术领域
在本公开中提出的实施例总体上涉及使用风力涡轮发电机的增强和调节组的发电。
背景技术
现代发电和配电网络越来越多地依赖于可再生能源，诸如风力涡轮发电机。在某些情况下，风力涡轮发电机也适合用于传统的、化石燃料的发电机。除了仅仅发电和输送电力，风力涡轮发电机负责通过频率调节为电网稳定做出贡献。然而，风力条件的自然变化可影响风力涡轮机可预测地输送电力和调节电网频率的能力。另外，风力条件有时可能不适合发电。
发明内容
本公开的一个实施例为包括多个风力涡轮发电机(WTG)的方法、控制装置和风电站(WPP)。该方法包括操作，响应对应于WPP的接收到的电力需求，多个WTG中的一个或多个WTG的增强组以开始生成增强的电力输出。该方法还包括确定，基于增强的电力生产的测量值，用于多个WTG中的一个或多个WTG的调节组的电力生产设定点，从而满足电力需求。
附图说明
可参照实施例，其中一些在附图中被说明，在上文简要概述的本公开的更具体的描述可以有一种方式，在所述方式中，本公开的上述特征的细节将被理解。但是，必须指出，附图仅仅示出本公开的典型实施例并因此不被认为限制其范围，因为本公开可以承认其他相等有效的实施例。
图1示出了根据一个实施例的水平轴风力涡轮机的示意图。
图2示出根据一个实施例的与电网可操作地连接的风电站。
图3是示出根据一个实施例的用于包括多个风力涡轮发电机的风电站的控制装置的框图。
图4是示出根据一个实施例的用于包括多个风力涡轮发电机的风电站的控制装置的操作的框图。
图5是示出根据一个实施例的使用WTG的增强和调节组的风电站控制的图。
图6包括根据一个实施例的示出了使用WTG的增强和调节组的风电站的动态控制的增加的范围。
图7示出根据一个实施例的控制包括多个风力涡轮发电机的风电站的电力输出的方法。
为了便于理解，在可能的情况下，已经使用相同的参考数字来指定图中共同的相同元件。可以预期的是，在一个实施例中公开的元件可以有益地用于其他实施例中而无需特别叙述。
具体实施方式
风电站(WPP)的各风力涡轮发电机(WTG)有时可以生成大于通过风力的可获得功率的量的有功功率，使用存储在转子中的动能在操作中“增强(boosting)”电力(功率)水平。因为电网频率在一个频率事件时可能有时会不可预测地变化，因此有益的是提供适应性的以及响应性的电力(功率)输出(包括被增强的电力输出)，用于电网稳定的目的。虽然可以配置WTG控制系统以提供增强电力生产的严格调节是可能的，这种调节能力增加显著的、有时不需要的复杂的控制系统。此外，在增强期间管理在各WTG的组成元件的结构负载可能施加过于昂贵而规避设计的操作限制，使得增强电力输出的严格调节是不合适的或不被期望的。
本发明的实施方式总体指向控制风电站的电力输出的控制装置以及相关方法。该方法包括操作一个或多个WTG的增强组以开始生产增强的电力输出，并且确定，基于来自所述增强组的增强电力的量，用于一个或多个WTG的电力生产设定点以满足WPP的电力(功率)需求。
在一些实施例中，增强的电力输出被调节成在一个增强事件期间(例如，在一个电网干扰期间)独立于电力需求的任何变化。在某些情况下，增强组的WTG在对增强电力输出基本不连续控制的情况下操作。如本文所讨论，“基本不连续控制”指的是相较于对应的WTG的基于风力的电力输出来控制增强电力输出而言使用较小的时间分辨率(例如，更新较不频繁地)来控制增强电力输出。例如，代替在增强事件期间周期性地提供和更新用于WTG的增强电力设定点并且基于设定点调节增强电力输出，在一些情况下的增强组提供“单次”增强，其中WTG提供响应于开始增强的指令而提供预定水平的增强电力。单次增强可以有利于从增强组获得可能的最大增强电力，并且可以使控制系统相对简单。在一些实施例中，预定水平的增强电力对应于WTG的完全增强能力。在其他实施例中，预定水平的增强电力基于需求信号的性质(振幅、长度等)。
在另一个实施例中，在增强事件期间，增强电力输出控制以小于基于风力的电力输出控制的更新频率的频率周期性地更新。例如，增强事件期间基于风力的电力设定点可以用两倍于增强电力设定点的更新频率的频率来更新(比率为2：1)。其它合适的无理数或有理数是可能的，例如3：1、3：2、4：1、4：3、5：1、10：1等。
由于增强能力在WTG之间且根据当前的操作条件可能会变化，来自风电站的集体增强电力输出可能有些不受控制。包括在调节组中的一个或多个其他WTG以缓解由增强组WTG的增强电力生产的一些影响的方式而操作。在一些实施例中，调节组的WTG以缩减的电力输出而操作，这提供了用于缓解增强电力生产的效果的额外的调节空间。增强组WTG形成用于风电站的相对慢的外控制环路，而调节组WTG形成一个相对快的内控制环路，该控制环路响应于外控制环路。
在一些实施例中，控制装置可以指示WTG在增强事件期间停止增强电力输出。停止增强电力可以被执行以响应确定不再需要增强电力，例如由电网条件的变化、提供更强的风电生产能力的增强的风力条件等引起。在每个WTG的增强能力被完全消耗之前停止增强电力输出提供缩短以恢复常规操作和恢复WTG的增强能力的恢复时间的优点。
在一些实施例中，评估WTG的增强质量，并且基于相对增强质量来确定将被包括在调节组中的WTG的数量。在一些实施例中，可以基于相应的增强质量来选择WPP的具体的WTG用于增强组和/或调节组。可以基于对WTG的模拟的或实际操作的增强生产数据来评估增强质量。
图1示出了水平轴风力涡轮机100的示意图。风力涡轮机100典型地包括塔架102和位于塔架102顶部处的舱104。风力涡轮机转子106可以通过从舱104伸出的低速轴而连接至舱104。如图所示，风力涡轮机转子106包括三个转子叶片108，所述转子叶片安装在共同的轮毂110上，但可以包括任何合适数量的叶片，例如一个、两个、四个、五个、或更多的叶片。叶片108(或翼型件)典型地具有空气动力学形状，其具有用于面向风的前缘112、用于叶片108的弦的相反端处的后缘114、尖端116以及用于以任何适当的方式附接到轮毂110的根部118。
对于一些实施例，叶片108可通过俯仰轴承120连接到轮毂110，使得每个叶片108可围绕其纵向轴线旋转以调节叶片俯仰。叶片108的俯仰角可以由，例如连接在轮毂110和叶片108之间的，线性致动器或步进电机来控制。叶片俯仰控制也可获得在其他系统中间，以在额定风速以下最大化生成的电力(功率)，并在额定风速以上降低生成的电力，以防止在涡轮机部件(例如发电机和变速箱)上的过度负载。尽管在风力涡轮发电机的北京下来描述以下实施例，但所述实施例不限于此。实际上，本公开可以应用于能够使用诸如发电机转子的部件的动能来提供对于电力输出的临时增强的任何发电系统。
图2示出根据一个实施例与电网可操作地连接的风电站。在所描绘的装置200中，风电站205包括与电网210可操作地连接在共同耦合点(或PCC)215处的多个风力涡轮机100。在一些实施例中，风电站205的风力涡轮机100与包括风电站控制器235的变电站230相耦合。在这种情况下，变电站230的输出与电网210相耦合，并且由风力涡轮机100生成的电力(功率)在一个或多个连接件240上承载至变电站230。在替代实施例中，风电站控制器位于装置200内的替代位置处，诸如与风力涡轮机100中的一个。在替代实施例中，一个或多个风力涡轮机100可以将电力直接输送到电网210而不被分组和/或被引导通过变电站230。风电站控制器235通过一个或多个连接件250与每个风力涡轮机100(例如，具有相应的风力涡轮机级控制器245)通信地相耦合。
电网210表示可以在一个或多个电压下操作的任何合适的电力传输和/或分配网。电网210一般包括数个传输线、变压器、变电站等。电网210可以连接到一个或多个其他的发电设施220，诸如一个或多个附加的风电站，和/或一个或多个不同类型的发电设施，例如基于化石燃料的、地热的、太阳能的、水电的、核能的等。电网210还与代表工业、商业和/或住宅电力消费者的一个或多个负载225连接。
总体上，由电力电网生成的(例如，由风电站205和其他发电设施220生成的)电力量与负载(例如，负载225)所需的电力量的差异导致电网频率偏离规定值或标称值。标称电网频率的典型值在美国为60赫兹(Hz)且在欧洲为50Hz。电网频率偏差的一个示例发生在当电力需求超过所生成的电力时-可以从风力涡轮发电机的动能汲取电力的差异，导致风力涡轮机转子(例如，图1的转子106)减速以及电网频率相应地降低。相反，当电力生产超过电力需求量时，电网频率可能会增加。在一些情况下，风力涡轮发电机可以被配置为在断开或执行其他调节过程来恢复电网频率到预定的频率范围内之前在预定的频率范围中操作，例如标称电网频率的±1％。
每个风力涡轮机100包括被构造成将风力涡轮机转子106的机械能转换成电力的一个或多个相的风力涡轮发电机(未示出)，所述电力被最终输送到电网210和与其连接的负载225。在各种实施例中，风力涡轮发电机基于由所述风电站控制器235和/或风力涡轮发电机控制器245提供的控制信号而生产电力。风力涡轮发电机可能使用连接件240、250提供反馈信号和其它信息到风电站控制器235。
图3是示出根据一个实施例的包括多个风力涡轮发电机的风电站的控制装置的框图。控制装置300基本设置在风电站205处(图2)，并且可以在风力涡轮机和/或变电站中的一个或多个中分布。所述风电站(WPP)控制器235以通信方式与风力涡轮发电机(WTG)控制器2451-N相耦合。每一个WTG控制器2451-N(一般地或笼统地为“(一个或多个)控制器245”)与一个或多个相对应的风力涡轮发电机相耦合，所述风力涡轮发电机配置成以提供电力至相关联的电网。虽然控制装置300被描绘为具有分布式控制布置，但是替代性布置可以将控制装置300的所有功能合并到单个控制器。
WPP控制器235包括处理器305和存储器310。每个WTG控制器245可以包括处理器385和存储器390。处理器305、385可以具有任何合适的形式，诸如通用微处理器、控制器、应用程序专门集成电路(ASIC)等。在一些实施例中，处理器305、385包括一个或多个集成电路(IC)和/或其他电路部件的部分(或全部)。在一些实施例中，处理器305、385还包括电子可读指令，诸如固件代码、软件代码等。在一些实施方案中，包括处理器305或385的各部件位于一起，诸如包括在一个共同的印刷电路板中。处理器305、385被进一步与相应的存储器310、390相耦合。存储器310、390可包括多种计算机可读介质，对它的大小、相对性能，或其它能力：易失性和/或非易失性介质、可移动和/或不可移动媒体等，进行选择。存储器310、390可以包括寄存器、高速缓存、随机存取存储器(RAM)、存储设备等。被包括为存储器310、390部分的存储设备典型地可以提供用于处理器305、385的非易失性存储器，并且可以包括一个或多个不同的存储设备元件，诸如闪存、硬盘驱动器、固态驱动器、光学存储装置，和/或磁存储装置。
虽然没有明确示出，但是处理器305、385和存储器310、390被进一步与输入/输出(I/O)电路相耦合，其可以包括多个不同的I/O适配器，所述I/O适配器包括支持从控制器的235、245并至控制器的235、245通信的电路。I/O电路的一个非限制性的实施例包括网络接口卡(NICs)，用于通过连接件250(图2)而通信。包括在控制装置300的其他I/O适配器可大体上支持端用户与控制器235、245的接口。例如，I/O电路可包括用于视频/音频/其他感官输出装置的连接件，以及如键盘、鼠标、触摸屏等的输入设备的连接件。在一个实施例中，I/O电路可以包括包含分开的处理元件和/或存储器的图形卡。
控制器235、245可以包括在控制装置300内提供特定功能的一个或多个模块。模块可以体现为硬件或固件(例如，包括在处理器305、385中或与处理器305、385相耦合)、作为软件储存在存储器310、390中或其组合。此外，这些模块可以在控制器235、245中的一个内单独布置和/或跨越不同的控制器而分布。虽然模块被描绘为包括在控制器235、245的特定控制器内，但是在其他实施例中，一个或多个模块可以被包括在其他控制器中。
风电站控制器235包括电力生产控制模块315(或“电力生产模块”、“电力模块”)、增强电力控制模块320(或“增强电力生产模块”、“增强模块”)、评估模块325和分组模块335。
电力模块315操作以生成设定点317或其他合适的需求信号，用于控制由WPP中的WTG中的每一个生产的电力。基于当前风力条件，设定点317对应于对于WTG的可获得的电力生产。根据任何合适的技术，电力模块315基于接收到的或生成的WPP水平的电力需求信号(诸如WPP电力输出设定点)生成设定点317。
增强模块320操作以控制来自WTG中的每一个的增强电力生产。如本文所提到的，“增强电力”生产是指由WTG利用在其操作期间在WTG的转子中可获得的动能(或惯性)的电力生产。增强模块320基于WPP级的电力(功率)需求信号来控制WTG的增强电力生产。例如，WPP控制器235可以确定生产由WPP电力需求信号指示的电力的量需要超过风中可获得的电力的增强电力的量。
在一些实施例中，增强模块320向一些WTG控制器245发送指令信号322以开始生产增强电力。在一些实施例中，一些或全部的WTG控制器245被配置成独立于电力需求信号而调节对应的WTG的增强电力生产。在一些实施例中，WTG控制器245不追踪增强电力基准信号而生产增强电力。例如，信号指令322可能不包括增强电力基准值。在另一个实施例中，指令信号322可以指示WTG控制器245应当以预定的水平或速率，例如以最大速率或者WTG控制器245已知的某个其他水平或速率(例如根据以存储在存储器390中的一个或多个值)，开始生产增强电力。
在其他实施例中，将增强电力基准信号提供给WTG控制器245，但基准信号的值相对较慢地更新。在这样的情况下，由于WTG的增强特性包括电力生产变化，所述电力生产变化的发生与增强电力基准值的更新相比更快(例如，具有更大的时间分辨率)，因此WTG控制器245可能不能大致连续追踪增强电力基准信号。
尽管基于(响应于)电力需求信号来控制增强电力生产是可能的，但是这种特征给控制装置300引入了大量的复杂性。由于由提供增强电力输出而引起的在WTG上的附加应力，因此在增强电力生产期间适当的操作余量可能受到显着限制。例如，当转子速度降低并且电力增加时，相应的转矩值可以增加并达到预定的转矩极限。因此，由于结构考虑，电力输出水平可能受限远离其完全增强潜力。因此，开发适合于期望的电力生产和管理风力涡轮机结构负载的操作参数的过程，全部同时失去控制参数之一，可能过于昂贵，或者它可能是完全不可行的。
分组模块335操作以确定WPP的WTG的增强组345和调节组350。在一些实施例中，包含在WPP中的每个WTG由分组模块335分配或指定给增强组345和调节组350中的一个。在其他实施例中，WPP的WTG中的至少一个不被包括在增强组345或调节组350。分组模块335确定WPP的当前配置340(或组成)，其可以周期性地或者响应于某些事件或触发而被更新。分组模块335还可以包括在特定条件下应用于WPP的默认配置355。总体上，通过在分开的增强组345和调节组350内操作WTG，可以动态地控制更大的WPP的电力输出范围。
所述分组(增强组345和调节组350)可以基于包括在存储器310中的增强生产数据360来确定。增强生产数据360反映对于WTG的现实的、基于时间的增强电力生产曲线，包括在增强信号中的变化。增强生产数据360可以是用于具有特定配置的WTG的模拟增强生产数据365，或者可以反映操作增强生产数据370，所述增强生产数据反映通过测量获取的特定WTG的生产。操作数据370可以包括与使用WTG的先前的增强事件中的一个或多个相关的历史数据375，和/或与在增强事件期间的性能相关的当前数据380。
在一些实施例中，评估模块325处理用于各种WTG的增强生产数据360以计算相应的增强质量值330。可以基于反映特定WTG提供期望的增强电力响应的能力的任何数量的不同标准来计算增强质量值330。增强质量值330可以基于增强电力基准信号来确定，并且可以包括诸如基准信号水平的过冲/欠冲的幅度、基于与基准信号的比较的差信号、用于增加或减少的斜度等。每个WTG可以对应于一个或多个增强质量值330，例如，用于每个被计算的方面的相应值。在另一个示例中，基于反映一些或全部被计算的方面的总和(或加权总和)为每个WTG计算单个增强质量值330。
分组模块335使用增强质量值330来确定增强组345和调节组350的配置(或组成)。在一些实施例中，可以使用一些或所有WTG的增强质量值330来计算包括在调节组350中WTG的数量。总体上，在调节组350中包括更少的WTG允许风电站具有更大的增强电力能力，因为更多的WTG被包括在增强组345中。因此，确定将被包括在调节组350中的WTG的最小数量可以是有利。然而，如果WTG的增强质量足够低(如由相应的增强质量值330确定的那样)，则可能需要额外的调节能力以缓解不良增强质量并确保WPP的总体电力需求得到满足。确定增强质量不足可以基于例如所有WTG的增强质量值330的平均值、具有相对最高增强质量值330的预定数量的WTG的增强质量值330的平均值，无论预定数量的WTG满足临界增强质量值，或任何其他合适的措施。
在一些实施例中，基于当与WPP的其他WTG进行比较时相对增强质量值330来选择包括在增强组345中的特定WTG。例如，基于全部十个WTG的增强质量值330，分组模块335确定(在WPP中包括的十个WTG中的)三个WTG将被包括在调节组350中。分组模块335然后可以选择具有最高增强质量值330的七个WTG用于增强组345，将具有最低增强质量值330的三个WTG留给调节组350。在其他实施例中，选择用于增强组345和/或调节组350的WTG可以根据任何合适的技术，例如随机、基于WPP内的位置和/或测量的风力条件等。
在一些实施方式中，增强组345和调节组350的组成可基于增强组345的增强生产数据360的分析而更新。更具体地，当前增强生产数据380(即，反映在当前增强事件期间增强组的实际增强性能)可以被收集和分析以确定调节组350是否提供了足够的调节以满足电力需求和/或过度调节。或者，可以分析来自WPP的测量电力生产或调节组350的设定点数据以确定调节组350是否提供足够的和/或过度的调节。如上面所讨论的，总体上最小化调节组350中的WTG的数量以提供对于WPP的提高的增强能力总体上是有益的。改变增强组345和调节组350的组成一般包括将WPP的一个或多个WTG转移到或出增强组345或调节组350。
更新或改变增强组345和调节组350的组成可以是周期性的和/或事件驱动的。例如，分组模块335可以在其每次确定需要增强生产以满足对于风电站的电力需求时更新各组的组成。在另一个示例中，分组模块335使用特定组成以周期性地分析测量的电力生产，其中将测量的电力生产与来自一个或多个替代组成的历史生产数据相比较。以这种方式，分组模块335可以基于WPP的“整个”电力生产补充(或替代)对增强电力生产的分析来更新各组的组成。
图4是示出根据一个实施例的用于包括多个风力涡轮发电机的风电站的示例性控制装置的操作的框图。一般地，装置400表示带有风电站205的控制装置300的一种可能配置。
如图所示，WPP包括四个WTG 100A、100B、100C、100D。电力控制模块315接收电力需求信号415。电力需求信号415可以从外源，例如通过风电站外的也与电网210耦合的控制器，而被接收。可选地，需求信号415可以，例如根据预定的、缩减的电力输出量和/或频率调节量，在风电站内部生成。预定量可以存储在WPP控制器中或以其他方式由WPP获取。
基于电力需求信号415，电力控制模块315生成并发送设定点317A、317B(或其它合适的需求信号)给WTG 100C、100D。虽然未示出，但电力控制模块315还将设定点发送给WTG100A、100B。设定点代表基于可获得风电的WTG的电力生产目标。响应于接收到的设定点(例如，317A、317B)，WTG 100A-100D生产到电网210的电力输出425A-425D。基于由与电网210耦合的测量单元435提供的信息，电力控制模块315确定是否需要增强电力来满足电力需求信号415。在一些实施例中，测量单元435可以与和电网210连接的电流和/或电压传感器相耦合。在一些实施例中，测量单元435另外地或可选地与一个或多个用于测量风力条件的传感器(例如用于风速的风速计)相耦合。基于测量的电力生产和/或可获得电力的确定值(基于测量的风力条件)，电力控制模块315确定增强电力输出应该由一个或多个WTG来提供以满足电力需求415。
如图所示，选择WTG100A、100B用于增强组345，选择WTG 100C、100D用于基准组350。增强组345和/或基准组350的WTG的选择可基于相对增强质量值，如上所述。电力控制模块315向增强控制模块320发送信号420。在一个实施例中，信号420可以是增强电力需求信号。在另一个实施例中，信号420可以是根据所确定的增强组435触发增强电力生产的指令。增强控制模块320将指令信号322A、322B发送到WTG100A、100B以开始生产增强电力输出430A、430B至电网210。在一个实施例中，指令信号322A、322B表示单次增强指令(即，开环控制)。或者，指令信号322A、322B可表示相对慢地(与WTG的增强响应曲线的变化相比较)更新的增强电力基准信号。可替代地，指令信号322A、322B可以是WTG100A、100B不紧密跟随或追踪的基本连续的增强电力基准信号。
增强电力输出430A、430B被注入到电网210中。然而，由于增强电力生产没有被连续地调节，调节组350的WTG 100C、100D响应于增强电力生产而操作，以增大增强电力并由此满足电力需求信号415所指定的电力需求。
在一些实施例中，调节组350的WTG 100C、100D以缩减的状态操作，其中WTG 100C、100D各自生成小于从风力可获得的电力输出。电力控制模块315可以使得WTG 100C、100D进入缩减状态响应于确定增强组345和调节组350。缩减的电力输出可以对应于预定量，例如在WTG处可获得电力的90％。因此，调节组350的WTG 100C、100D各自具有距可获得电力输出的10％的余量，以增大WTG 100A、100B的增强电力生产。在一些实施例中，用于WTG 100C、100D的设定点317A、317B被设置在由缩减形成的余量内，以便缓解增强电力生产的一些变化。例如，假设电力控制模块315，基于来自测量单元435的信息，确定WPP的电力生产未被满足，这是由于增强电力生成的变化。电力控制模块315作为响应而改变用于调节组350的WTG100C、100D的设定点317A、317B以缓解差异。以这种方式，使用增强控制模块320注入增强电力输出430A、430B形成提供相对较慢控制的外控制环路(外环路)410，并且调节组350形成提供相对较快的控制并响应于外环路410的内控制环路(内环路)405。
图5是示出根据一个实施例的使用WTG的增强和调节组的风电站控制的图。总体上，曲线图500代表控制装置300的一个可能的操作。
描绘了增强电力(功率)需求信号505，其可以表示对应于风电站的一个或多个WTG的所请求的增强电力需求。在一个示例中，增强电力需求信号505由WPP控制器生成，并且WPP控制器基于增强电力需求信号505指示一个或多个WTG开始增强。在另一个示例中，WPP控制器将增强电力需求信号505发送到特定的WTG控制器。在另一个示例中，增强电力需求信号505由WPP控制器接收，并且WPP控制器基于增强电力需求信号505指示一个或多个WTG开始增强。电力(功率)生产信号510反映包括在增强组中的一个或多个WTG的电力生产。电力生产信号510一般响应于增强电力需求信号505，其可包括一个或多个中间步骤，诸如WTG控制器接收开始单次增强电力生产的指令。电力(功率)生产信号515反映来自调节组中的一个或多个WTG的电力输出。不同的信号505、510、515没有按比例绘制，而是根据在此提供的讨论来解释。
在时间t0，增强电力需求信号505具有零值，指示未请求或不需要增强电力。在时间t0和t1之间，电力生产信号510围绕电力设定点值PSP变化，其可以反映可获得电力和其他操作条件中的相对小的变化。电力生产信号515在缩减的电力水平(根据缩减的电力(功率)信号Pcurt525)反映调节组的操作，该电力(功率)水平比风中的可获得电力(可获得电力(功率)信号Pavail520)小一些预定量。例如，缩减的电力信号525可以表示比可获得电力信号520小的固定量或百分比。缩减的电力信号525可以基于历史增强数据来确定。例如，在增强组中的WTG的增强质量相对良好(例如，电力生产信号510的改变看起来类似于增强电力需求信号505)的情况，对于调节组的缩减不必如此严格。虽然调节组的WTG(对应于电力生产信号515)被描绘为在增强事件之前(即，在时间t0和t1之间)以缩减的电力输出操作，但是在其他实施例中，WTG具有非缩减的电力输出而操作，例如，在一些情况下，直到接收到增强电力需求信号505才确定调节组的组成，使得将被分配给增强组和调节组的WTG将被“正常”操作-具有未缩减的电力输出-在增强事件之前。
在时刻t1，增强电力需求信号505上升到反映在时间段t1-t4期间对特定的增强电力的请求的水平Pboost。增强电力需求信号505可以以任何合适的形式来指定，诸如电力单位(例如，千瓦(kW))、WTG额定电力的百分比等。作为响应，包括在增强组中的WTG被指示为开始生产增强电力输出。相应地，电力生产信号510从在时间t1接近设定点水平PSP上升到在时间t2处接近PSP+Pboost水平。在其上升期间，电力生产信号510可以在减小到期望的水平之下(在时间t2和t3之间)之前超过期望的水平(时间t2)。在时间t3，电力生产信号510在小于PSP+Pboost水平的水平上达到平台并且保持相对稳定直到时间t4。
在时间t4，增强电力需求信号505被降低到零增强水平。增加需求中的减少可反映增强组的WTG接收到的停止生产增强电力的指令(例如，中止增强的命令)。可选地，增强组的WTG可以被配置为尽可能长地生产增强电力，例如，当转子速度降低到预定的最小转子速度值时停止增强电力生产。随着增强组的WTG从提供增强电力恢复，电力生产信号510在时间t4和t5之间急剧下降。总体上，在恢复期间，由WTG从可获得的风电生产的一些电力被用于增加并恢复转子的动能至预增强水平。在电力生产急剧减少到时间t5之后，电力生产信号510可以包括缓慢增加到电力输出。在时间t5和t6之间的恢复的第一部分期间，转子速度稳定，并且在时间t6和t7之间的恢复的第二部分期间，转子速度返回到预增强水平。电力生产信号510在大约时间t8稳定在原始PSP水平附近。
理想地，增强电力需求信号505将完全与信号510的增强电力曲线相匹配。然而，由真实的、操作的WTG提供的增强电力生产可以与增强电力需求信号505不同，包括过冲和/或欠冲增强需求水平的期间。这些效果对于单次增强的情况尤其明显，在“触发”该次增强之后，其随后不会相对于增强需求水平而被严格控制。
在一些实施例中，基准组的WTG用于增大增强电力生产以更紧密地满足增强电力需求。基准组WTG的电力生产信号515跟随缩减的电力信号Pcurt525并且在时间t2和t3之间开始逐渐上升。该上升可能是由增加的电力生产设定点而导致的，所述增加的电力生产设定点响应于PSP+Pboost水平之下的电力生产信号510的降低和/或基于指示电力生成信号510的期望形状、趋势、轮廓等的历史或模拟增强数据。在一些实施例中，用于调节组的增加的电力生产设定点缓解(或抵消)电力生产信号510与PSP+Pboost水平之间的差异，无论是部分地还是完全地。
在某些情况下，来自调节组的WTG的电力生产也可用于增加在增强组WTG恢复期间的风电站输出，从而缓解那些WTG恢复时的一些电力不足。在一些情况下，调节组的电力生产可用于恢复增强组的WTG，从而缩短恢复时间。
图6包括示出根据一个实施例的使用WTG的增强和调节组风电站的增加的动态控制范围的曲线图。在曲线图600中，没有为风电站提供调节组(即，WPP中的所有WTG可以用于增强电力输出)。因此，风电站控制器能够将WPP的电力输出从最低水平(例如，对应于WTG中的每个的最小技术输出水平，诸如额定电力输出的20％)调节到从风中可获得的电力Pavail。这个动态控制范围由阴影区域605表示。对于单次或其他类型的非紧密调节的增强电力生产，如果没有分开的调节组，则WPP能够生成高达PBOOST ALL水平的电力，但无法严密调节与区域610对应的输出。
在曲线图615中，一个或多个WTG被包括在调节组中并且不能够用于提供增强电力输出。虽然包括在调节组中的每个WTG降低了风电站的最大生产量，但基于增加到PBOOST+REG，为调节组提供一个或多个WTG允许增加WPP的动态控制范围。在曲线图600中不能被严密调节的区域610被阴影区域620部分地重叠。区域620示出了通过使用调节组WTG中的一个或多个所实现的附加可控电力范围。不受调节的范围相应地减少到较小的区域625。
图7示出根据一个实施例的控制包括多个风力涡轮发电机的风电站的电力输出的方法。方法700从可选框705开始，控制装置的评估模块基于模拟增强生产数据或历史增强生产数据来计算对于一个或多个WTG的增强质量值。在可选框715处，控制装置的分组模块确定WTG的增强组和调节组的组成。在一些替代实施例中，提供了限定各组的组成的默认配置。
在框720处，调节组的WTG在对应的缩减的电力输出水平下操作。缩减的电力水平可以是预定的，例如比风中可获得电力的量小的特定量或百分比。
在框725处，操作增强组的WTG以开始生产增强电力输出。该操作响应于对应WPP的接收到的或生成的电力需求。该操作可以包括向WTG发送指令以开始增强电力输出，在没有提供用于WTG追踪的特定增强电力设定点的情况下。
在框730处，针对WTG的增强组分析当前增强生产数据。或者，可以分析调节组WTG的设定点或测量的电力生产。分析基本确定了调节组是否提供了足够的调节来满足电力需求和/或提供过度调节。取决于结果，方法700可以沿着路径732前进到方框735，其中，如果调节不足或过度，则增强组和/或调节组的组成被改变。然而，如果组的构成不需要改变，则方法700沿着路径734前进到框720以继续操作。跟随框735的完成，该方法可以沿着路径738前进并继续在框720操作，或者可以沿着路径736前进并结束。
在前文，参考本公开中呈现的实施例。然而，本公开的范围不限于具体描述的实施例。相反，无论是否涉及不同实施例，前述特征和元件的任何组合都被设想为实现和实践设想的实施例。此外，虽然在此公开的实施例可以实现优于其他可能的解决方案或现有技术的优点，但是通过给定实施例是否实现特定优点并不限制本公开的范围。因此，前述各方面、各特征、各实施例和各优点仅仅是说明性的，并且不被认为是所附权利要求的元件或限制，除非在权利要求中明确地陈述。同样地，对“本发明”的引用不应被解释为对本文公开的任何发明主题的概括，并且不应被认为是所附权利要求的元件或限制，除非在权利要求中明确陈述。
如本领域技术人员将认识到的，在此公开的实施例可以体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，各方面可以采取完全硬件实施方式、完全软件实施方式(包括固件、常驻软件、微代码等)或组合软件和硬件方面的实施方式的形式，其在本文中总体上全都可以被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，各方面可以采取体现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质具有体现在其上的计算机可读程序代码。体现在计算机可读介质上的程序代码可以使用任何适当的介质来发送，所述介质包括但不限于无线、有线、光缆、RF等，或前述的任何适当组合。
用于执行用于本公开的各方面的操作的计算机程序代码可以以一种或多种程序设计语言的任何组合来编写，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、Smalltalk、C++等，以及常规的程序性程序设计语言，诸如“C”编程语言或类似的编程语言。程序代码可以完全在用户的计算机上、部分在用户的计算机上、作为独立的软件包、部分在用户的计算机上且部分在远程计算机上，或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接到用户的计算机，或者可以连接到外部计算机(用于例如，使用互联网服务提供商通过互联网)。
以上参考根据本公开中呈现的实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图描述了本公开的各方面。应该理解的是，流程图图示和/或框图中的每个框以及流程图图示和/或框图中的各框的组合可以通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令还可以存储在可以指向计算机、其他可编程数据处理设备或以特定方式工作的其他装置的计算机可读介质中，使得存储在计算机可读介质中的指令生产一种制造品，所述制造品包括实现在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的指令。
附图中的流程图和框图示出了根据各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。就这点而言，流程图或框图中的每个框可以表示包括用于实现一个或多个特定的逻辑功能的一个或多个可执行指令的模块、片段或代码的部分。还应该注意的是，在一些替代实施方式中，框中提到的功能可以不按照附图中指出的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者框有时可以以相反的顺序执行。还将注意到，框图和/或流程图示的每个框以及框图和/或流程图图示中的各框的组合可以由执行特定功能或动作的专用基于硬件的系统，或专用硬件和计算机指令的组合来实现。
鉴于前述内容，本公开的范围由随后的权利要求而确定。

Claims (15)

1.一种控制包括多个风力涡轮发电机的风电站的电力输出的方法，所述方法包括：
响应接收到的对应于所述风电站的电力需求，操作多个风力涡轮发电机中的一个或多个风力涡轮发电机的增强组以开始生产增强电力输出，其中，增强组的所述一个或多个风力涡轮发电机中的每一个的增强电力输出独立于电力需求被调节；和
基于增强电力生产的测量值，确定用于多个风力涡轮发电机中的一个或多个不同风力涡轮发电机的调节组的电力生产设定点，从而满足所述电力需求。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
对于所述多个风力涡轮发电机中的至少一个，计算对应的增强质量值；和
基于计算的增强质量值，确定将被包括在风力涡轮发电机的调节组中的风力涡轮发电机的数量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，进行操作所述增强组而不提供增强电力生产的基本连续的调节。
4.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
对于多个风力涡轮发电机中的每个风力涡轮发电机，计算相应的增强质量值；和
基于所计算的增强质量值，确定所述多个风力涡轮发电机中哪个或哪些将被包括在风力涡轮发电机的增强组中。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，计算所述增强质量值是基于对所述对应的风力涡轮发电机的模拟增强生产数据和对所述对应的风力涡轮发电机的历史增强生产数据中的一个。
6.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，还包括：
在从所述多个风力涡轮发电机中选择所述调节组时，操作所述调节组的一个或多个风力涡轮发电机中的每一个在对应的缩减的电力输出水平，
其中，对于所述调节组的每个风力涡轮发电机，所述确定的电力生产设定点在对应的缩减的电力输出水平与所述风力涡轮发电机基于当前风力条件可获得的电力之间。
7.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，还包括：
基于对增强组的增强生产数据的分析，改变增强组和调节组的初始配置。
8.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，来自所述增强组的所述增强电力输出是通过单次增强提供的。
9.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，还包括：基于所述电力需求、电力生产和所述增强电力生产，指示所述增强组以停止生产所述增强电力输出。
10.一种用于包括多个风力涡轮发电机的风电站的控制装置，所述控制装置包括：
电力控制模块，其被配置成为所述多个风力涡轮发电机生成电力生产设定点；和
增强调度器模块，其与电力控制模块耦合并被配置为：响应接收到的对应于风电站的电力需求，指示多个风力涡轮发电机中的一个或多个风力涡轮发电机的增强组开始生产增强电力输出，其中，增强组的所述一个或多个风力涡轮发电机中的每一个的增强电力输出独立于电力需求被调节，
其中，所述电力控制模块还被配置为：基于增强电力生产的被测量的量，生成用于所述多个风力涡轮发电机的一个或多个不同风力涡轮发电机的调节组的电力生产设定点，从而满足所述电力需求。
11.根据权利要求10所述的控制装置，还包括：
评估模块，其被配置为：对所述多个风力涡轮发电机的至少一个，计算对应的增强质量值；和
分组模块，其被配置为：基于所计算的增强质量值，确定将被包括在所述调节组中的风力涡轮发电机的数量。
12.根据权利要求10或11所述的控制装置，其中，进行操作所述增强组而不提供增强电力生产的基本连续的调节。
13.根据权利要求11所述的控制装置，
其中，所述评估模块被配置为：对所述多个风力涡轮发电机的每个风力涡轮发电机，计算相应的增强质量值，和
其中，所述分组模块还被配置为：基于所计算的增强质量值，确定所述多个风力涡轮发电机的哪个或哪些将被包括在风力涡轮发电机的增强组中。
14.根据权利要求11或13所述的控制装置，其中，计算所述增强质量值是基于对相应的风力涡轮发电机的模拟增强生产数据和对相应的风力涡轮发电机的历史增强生产数据中的一个。
15.一种风电站，包括：
多个风力涡轮发电机；和
控制装置，包括：
电力控制模块，其被配置成为所述多个风力涡轮发电机生成电力生产设定点；和
增强调度器模块，其与电力控制模块耦合并被配置为：响应接收到的对应于风电站的电力需求，指示多个风力涡轮发电机中的一个或多个风力涡轮发电机的增强组开始生产增强电力输出，其中，增强组的所述一个或多个风力涡轮发电机中的每一个的增强电力输出独立于电力需求被调节，
其中，所述电力控制模块还被配置为：基于增强电力生产的被测量的量，生成用于所述多个风力涡轮发电机中的一个或多个不同风力涡轮发电机的调节组的电力生产设定点，从而满足所述电力需求。
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