CN108368827A - 风电场惯性响应 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有多个风力涡轮的风电场在动态效率响应方面的运行。根据本发明，在风电场中的所有风力涡轮的动态频率支持和功率生产在单一的最佳步骤中，考虑风电场内的尾流效应以及可选的风力预报信息而被同时处理。根据电网需求和功率系统状况变化，提前设计整个风电场的动态频率支持能力。虽然现有的方法使风力涡轮减载固定百分比，以便在需要时供应额外的功率，但本文所提出的方法使动态频率支持结合到风电场的最佳运行系统中。

Description

风电场惯性响应
技术领域
本发明涉及包括多个电互连的风力涡轮发电机的风电场的运行。具体而言，其涉及在连接到风电场的电功率传输电网的电网频率的支持或稳定方面运行风电场。
背景技术
在具有多个风力涡轮的风电场或风力发电站中，未受阻碍的气团流所到达的第一排涡轮可提取最大量的动能。然而，由于由上游或上风涡轮提取了该能量，导致下游或下风涡轮经历较低风速和混乱的风况。该现象，广泛地被称为“尾流效应”，可对由下游风力涡轮产生的电能的量以及下游风力涡轮构件的疲劳负载或其它劣化有影响。
在常规的风电场管理中，风电场控制器对单独的风力涡轮分派关于有功和无功功率产量的设定值，而不考虑尾流的相互影响。然后，在最大功率点追踪观点下的大多数变速水平轴线风力涡轮的本地控制基于包括偏航控制、叶片桨距控制和发电机转矩控制的三种类型的机械促动器或风力涡轮运行参数。取决于这些促动器的设定值，涡轮可提取不同量的能量，但这些设定值还直接影响产生的尾流并因而影响在下风涡轮处的功率产量。
电功率系统的系统惯性是阻止在所谓的频率事件之后的网络频率或电网频率的变化的固有能力，所谓的频率事件可由系统干扰、意外事故或其它在负载和生产功率之间的失衡引起。系统惯性表示在延迟的频率变化之前经历的一段时间。常规的同步发电机的旋转质量提供减慢电网频率的变化速率的自然惯性响应。具体而言，通过将来自旋转质量的动能释放到系统中，直接连接到电网并在电网频率下运行的同步发电机会抵消与频率变化速率df/dt成比例的频率降低，但以降低转子的转速为代价。
风力涡轮发电机也可有助于系统惯性和频率稳定，因为可观数量的动能(虽然这取决于可用的风速和转子速度)被储存在风力涡轮的旋转叶片中。然而，大多数的现代风电场配备有变速发电机，在变速发电机中，涡轮转子速度通过功率电子变换器而与系统电频率解耦。变速风力涡轮配备有电压源变换器，所述电压源变换器设计成用于全额定功率或在双馈感应发电机(DFIG)的情况下用于大约三分之一的额定功率。变换器可受控制以便调整发电机施加在转子上的发电机负载转矩，具体而言，从旋转转子提取的功率可通过增加由发电机作用在转子上而施加的转矩而增加。虽然不存在从变速风力涡轮提供的自然或固有惯性响应，但是以特定方式受控的变速风力涡轮可形成快速的响应，其仿真或模仿自然惯性响应。这种针对频率变化的受控响应然后可被称为“合成”或“虚拟”惯性响应或动能控制。
通过常规手段，电能不能轻易地被大量存储在配电网络(通常被称为电网)中。因此，在任何给定的时刻时，供应至电网中的电能的量必须准确地匹配要使用的量，即，从电网中提取的量，以保证在给定的恒定频率(例如，在欧洲为50Hz)下安全运行。因此，在进入电网/离开电网的电能的馈入和提取或生产和消耗之间的不期望的波动必须在短时间尺度上被补偿。这可尤其通过快速增加或减小由供应商(例如发电站运营商)的馈入而实现，为此目的，供应商需要预见性地以所谓的控制储备、尤其是有功功率控制储备形式储备能量。这常常还被称为频率功率控制或(有功功率)电网控制。
当在控制区域的当前容量平衡中，实际馈入和/或提取的总和相对于期望的容量的总和有偏差时，需要储备能量。例如由于气象因素和/或负载预报的不准确性，这种偏差可起源于电网的负载侧上；或例如由于生产约束或中断、由强降雨而导致的来自水电厂的额外输出，而起源于生产侧上。传输系统运营商因此需要连续地使用控制功率，以在其控制区域中抵消平衡容量的变化。可在技术上通过包括一级、二级和三级频率控制的三段调节过程实现这一点，如例如在欧洲互联电网ENTSO-E(UCTE，其在1999年7月之前被称为UCPTE(Union pour la coordination de la production et du transport de l’électricité)，在2009年7月1日被并入到ENTSO-E中并继续作为«欧洲大陆区域集团存在)的技术规范中规定的那样。
就目前的电网运行实践而言，用于功率系统动态频率支持的有功功率控制被划分为在不同时间尺度上运行的单独控制状态。一级频率控制(PFC)旨在恢复在出现偏差的几秒的时间尺度上功率生产和消耗之间的平衡，其中提供的有功功率例如是频率偏差f-f 目标 的函数。在PFC运行期间，频率稳定在允许的极限值内。在常规的发电站中，直接通过涡轮调节器来进行激活。监测网络频率，并在有偏差的情况下，激活所需要的一级控制功率。
此外，二级频率控制或自动生产控制(AGC)试图通过在几分钟的时间尺度上对干扰的原因起作用而使电网频率恢复至安排的值。典型地在几秒后、尤其在1到30秒后、优选在2到5秒后激活二级控制，且典型地在10到30分钟后、优选在12-18分钟后完成二级控制。如果本次未消除控制偏差的原因，则用三级控制代替二级控制。大体上，在连接的发电站中的二级控制功率由中央电网控制器自动地促动。这需要这些发电站处于运行中，但不是以最大或最小可能的标称容量生产，以便始终能够满足中央负载频率控制器的需求。
可提供三级频率控制以减轻二级频率控制，尤其为了恢复足够的储备用于二级频率控制。三级控制储备主要意在用于调整主要的持续控制偏差，尤其是出现的与生产中断或意外长时间持续的负载变化有关的偏差。典型地在10到30分钟、优选在12-18分钟的时间尺度上，可例如通过将信息以电子的方式传送到供应商而触发激活，供应商随后需要调整发电站生产。
为了允许甚至更严格的频率控制，还可应用毫秒级或亚秒级时间尺度上的快速控制，即被称为虚拟惯性。
为了本公开的目的，动态频率支持至少持续到达到频率最低点为止或直到二级频率控制开始为止。尤其，动态频率支持被认为包括虚拟惯性和一级频率控制。
在风力涡轮等级上的动态频率支持可包括低于最大等级的风力涡轮输出功率的有功功率储备或预防性削减和在频率下降的情况下功率的临时增加。风力涡轮输出功率削减包括使风电场内的一些涡轮或全部涡轮的功率输出蓄意减少或减载。变速风力涡轮发电机的功率输出可通过基于发电机轴速度的测量值改变发电机负载转矩和/或叶片桨距角而受控制。因此，削减包括针对给定的风速和工作点主动降低输出功率的设定值，以便响应于任何频率事件而允许更高的输出功率。备选地，可调节转子叶片的桨距角以使转子的旋转减速或加速或超速而超出最佳叶尖速度比，这也将风力涡轮的功率输出减少至低于原本对于给定的风速可行的最大等级的值。发电机转矩由变换器的功率电子器件引起且可在动态频率支持的所有范围内以可忽略的延迟进行促动，同时用于机械桨距角调整的变桨马达可具有大约10°/秒的扭转速率极限值，因此变桨马达的激活非常适合于一级频率控制。
I.Erlich和M.Wilch在2010年7月在明尼苏达州明尼阿波利斯举行的IEEE电力和能源学会大会上发表的标题为“风力涡轮的一级频率控制”一文中提出了保持削减等级的桨距角控制，以便响应于由附加负载引起的频率下降来支持电网频率。该文提出通过利用存储在旋转质量中的动能来在功率失衡的情况下给电网供应额外的有功功率而进行的频率支持。为此，提出了周密地参数化的超前/滞后补偿器控制器，而不是纯粹的比例频率控制。该文公开了惯性或动能控制对干扰的响应，其增加了风力涡轮的电力输出并继而导致转子在若干个10秒的时间尺度上减速。
专利US 7750490 B2提出例如通过调整叶片的桨距角或机舱本体的偏航角，将风力涡轮转子的转速增加到超过转矩-功率曲线的最佳额定速度。涡轮的短期超速允许捕获额外的空气动力学能量并将空气动力学能量作为惯性能量存储在风力涡轮的旋转传动系中。在削减周期结束时，依靠连接到风力涡轮发电机并构造成控制发电机的励磁以增加发电机的转矩需求的频率变换器，可通过提取存储在传动系中的惯性能量提高风力涡轮的功率输出。
Jinshik Lee等人发表的标题为“用于虚拟惯性控制的风力发电站中的风力发电机的基于转子速度的降载”的文章(J Electr Eng Technol Vol. 8，第742-749页，2013年)，涉及在风电场等级下的虚拟惯性能量控制，其提出针对单独的风力涡轮使用不同的降载参数。为了释放更多的动能，所提出的算法根据涡轮的转子速度具有各个DFIG风力涡轮发电机的频率偏差环路的增益。另一方面，对于所有风力涡轮发电机，更快的频率变化速率ROCOF环路的增益设定为相等，且尤其与转子速度无关。该文假设所有的风力涡轮发电机以最大功率点追踪MPPT控制模式运行，并因而不具有减载的功率，以及经由它们对转子速度的影响考虑尾流效应。因此，风电场中的非统一的惯性激活基于通过单独的风力涡轮运行优化确定的各个风力涡轮的当前状态。
发明内容
因此，本发明的一个目的是通过具有多个风力涡轮的风电场以动态的方式并考虑常规的风电场运行方面来准备动态频率响应。通过根据独立权利要求的方法和控制器实现该目标。根据从属专利权利要求，优选的实施例是显而易见的。
根据本发明，风电场中的所有风力涡轮的动态频率支持和功率生产在单个优化步骤中，考虑风电场内的尾流效应以及可选的风力预报信息而被同时处理。整个风电场的动态频率支持能力是根据电网要求和功率系统状况变化预先计划好的，并由WF动态频率支持目标值定量表示。虽然现有的方法使风力涡轮减载固定百分比，以便在需要时供应额外的功率，但是所提出的方法将频率支持结合到风电场的动态最佳运行系统中。
具体而言，运行具有多个经由单个变电站或公共耦合点(PCC)电连接到具有标称电网频率的电网或传输网络的风力涡轮发电机(WT)的风电场(WF)包括以下步骤：
- 提供WF动态频率支持目标值或需求(简称为动态频率支持目标)，用于通过WF支持电网的电网频率。基于运行包括WF的电网或特定功率系统的输电或配电系统运营商(TSO/DSO)的需求而确立或限定WF动态频率支持目标值，且WF动态频率支持目标值对应于需要对于动态频率支持可用的有功功率储备的量。当出现频率事件时，可通过风电场动态频率支持提供电网频率支持或稳定，并可旨在最大程度地减小和/或延迟电网频率的偏差，即，实际电网频率相对于标称值(即，标称电网频率)的偏差。
- 基于WF动态频率支持目标并考虑WT间的尾流效应，在单个优化步骤中确定WF的所有WT的最佳涡轮控制输入值uj*。各个WT的最佳涡轮控制输入值被输入到单独的WT控制器中并可表示或代表WT动态频率支持目标和/或同时的减载的WT功率目标。
- 根据最佳涡轮控制输入值uj*运行WT。
在该背景下中，涡轮控制输入值包括桨距角、偏航角、机舱方向、转子叶片设定、涡轮转速、发电机转矩和对于风力涡轮的有功功率P或无功功率Q的设定值中的一个或多个。
在本发明的优选变型中，最佳涡轮控制输入值uj*优化表示WF的有功功率输出和/或动态频率支持的目标函数J(u)，它们二者都取决于要被优化的各风力涡轮的涡轮控制输入uj并根据要被优化的各风力涡轮的涡轮控制输入uj而被确定。换句话说，目标函数可包括表示WF有功功率输出和/或WF动态频率支持以及该两个量的目标值的项。
在本发明的一个有利的实施例中，提供针对WF的位置的风力预报，并根据各风力涡轮的涡轮控制输入和风力预报，最佳涡轮控制输入值uj*(t)优化目标函数J(u)。风况，尤其是风速和风向，可有利于某些控制输入值，尤其是在将改变设定值和激活促动器的预报成本考虑在内的情况下。
优选，风力预报包括气象风力预报和/或局部风力预报，其预测整个风场和/或单独风力涡轮的风况。可从提供国家或区域的天气预报的公共或私人服务商获得气象风力预报，所述天气预报基于气象模式，尤其基于数字天气预报，数字天气预报采用大气和海洋的数学模型而基于当前天气状况使用从无线电探空仪、气象卫星和其它观测系统传来的当前天气观测数据作为输入来预测天气。一般来说，由可用的气象风力预报预测的风况对于整个风场是统一的；即，气象风力预报的空间分辨率不能考虑到在风电场的单独风力涡轮处的不同风况。
局部风力预报，尤其通过考虑单独风力涡轮之间的风力传播，而允许预报在风电场的单独风力涡轮处的不同风况，以便允许反映以下事实：上游风速的任何变化将在由所谓的风速传输导致的一定时间延迟之后对下游涡轮产生影响。延迟t 延迟 是距离l和风速v w 的函数并可由t 延迟 = l/v w 获得。
优选，单独风力涡轮的局部风力预报将考虑来自至少一个上游风力涡轮的风况，尤其是风速和/或风向，其可通过定位在上游风力涡轮的位置处的一个或多个风力传感器确定，和/或根据与至少一个上游风力涡轮相关的可观测量、尤其根据包括桨距角、偏航角、机舱方向、转子叶片设定、涡轮转速、发电机转矩和有功功率P或无功功率Q的设定值中的一个或多个的涡轮控制输入值确定，和/或根据对应的实际或观测值，尤其是转子的转速确定。这允许更精确和可靠地预测单独风力涡轮的风况，尤其在实现虚拟惯性和一级频率控制的时间尺度上。
优选，单独风力涡轮的局部风力预报将考虑由至少一个上游风力涡轮、优选所有上游风力涡轮导致的尾流效应。更优选，基于考虑至少一个上游风力涡轮的涡轮控制输入值和/或对应的实际或观测值的计算模型预测单独风力涡轮的风况，至少一个上游风力涡轮的涡轮控制输入值尤其包括桨距角、偏航角、机舱方向、转子叶片设定、涡轮转速、发电机转矩和有功功率P或无功功率Q的设定值中的一个或多个，对应的实际或观测值具体是桨距角、偏航角、机舱方向、转子叶片设定和/或发电机转矩。这允许考虑尤其对提供虚拟惯性和/或一级频率控制来说是必要的控制输入值的变化的影响，从而允许单独风力涡轮的风况的更准确和可靠的预测，尤其是虚拟惯性和一级频率控制在其上有影响的时间尺度上。这继而允许目标函数J(u)更准确地反应实际风况，并从而获得更准确的优化结果。
所提出的风电场运行的任何优化方案可包括与传输网络运营商设定、传输网络需求或约束、风电场的布局和下面的收集器电网、涡轮运行约束、在不同使用模式和时间下的估计的剩余运行时间以及电力市场的方面相关的方面。至少根据提供改变的WF动态频率支持目标、更新的风况和/或功率要求或改变的WT运行状态，可重复任何所提出的优化方案。因此，可至少每十分钟、优选每分钟、更优选每十秒或甚至每秒一次确定或更新风电场动态频率支持目标的各个最佳涡轮控制输入值uj*。
在另一优选实施例中，基于最佳涡轮控制输入值uj*和/或与最佳涡轮控制输入值uj*一并，优选根据各个单独WT的WF的模型，确定单独频率偏差控制参数值，诸如降载设定或查找表。单独WT惯性控制器可在本地频率偏差或频率变化速率(ROCOF)控制环路中涉及这种控制参数。控制参数可与表示相应的单独风力涡轮的动态频率支持能力的单独WT惯性目标相关，并且引起与由最佳涡轮控制参数确立的WT的惯性目标或功率储备相关的惯性释放或激活。尤其，第一排风力涡轮可最后被激活，以便尽可能长时间地将其尾流保持在降低的等级上。如果由WF控制器集中地确定的话，频率偏差控制参数优选在任何频率事件之前并且关于由各个WT贡献的自主单独频率支持(即，尤其是允许由各个单独WT的自主单独频率支持)方面而被传送到WT控制器。
在这种分散或异步分派的情形下，在WF等级上的集中式动态频率支持单元可简单地启用或禁用在WT等级上的较低等级控制环路。然后基于线路或电网频率的本地测量并基于之前传输的本地控制设定运行较低等级的控制环路，并因而其立即对频率干扰作出响应。本地控制设定可包括用于PFC类型的本地控制环路的降载，可被实施为本地查找表、样条、多项式、人工神经网络。各WT可甚至设置有成组的控制参数表，以在频率事件期间连续使用。
具体而言，第一WT的本地动态频率支持控制器可基于第一或短期频率偏差控制参数值，在检测到频率事件之后持续少于一秒的惯性响应模式下运行。第一或短期频率偏差控制参数值可为表示尤其权衡本地动态频率支持控制器中的频率变化率(df/dt)贡献的参数。一级频率控制(PFC)模式可在惯性响应模式之后，在一级频率控制模式中，第一WT的本地动态频率支持控制器基于在秒的时间尺度上的第二或中期频率偏差控制参数值运行。第二频率偏差控制参数值可表示本地动态频率支持控制器中的频率偏差(f-f 目标 )贡献。
备选地，在集中式分派情形下，在WF等级上的动态频率支持单元或WF控制器以频率事件之后的实时优化并且基于PCC处的偏差频率的专有测量，来确定WF的所有WT的最佳频率支持涡轮控制输入值ufi*。这些值被即时分配或传输到单独的WT，这要求快速的实时传输，尤其是如果针对亚秒的虚拟惯性类型的频率响应的话。换句话说，如果传输足够快，那么动态频率支持单元可在频率干扰事件中对各个涡轮分派或命令所需的和预先储备的有功功率增加，在该情况下，不需要在涡轮等级上的较低等级的控制环路，使得在风力涡轮等级上的控制环路，尤其是单独WT的本地动态频率支持控制器，可至少临时被禁用，并因此被保持没有任何频率输入，或完全省略任何频率输入。
在根据本发明的方法的另一优选实施例中，uj*表示用于控制风场中的第j个涡轮的基准值。uj*可例如为第j个涡轮的有功功率基准Pj*。目标函数可然后由J(u)=max∑n (j=1(Pj)给出，而在各个涡轮处，约束为PWF-惯性=max∑n (j=1(Pj-惯性)，在此Pj-惯性= Pj-可用- Pj，其中PWF-惯性为WF的总惯性需求，Pj-惯性为涡轮j的惯性基准，且Pj-可用为涡轮j的可用有功功率。备选地，uj*可对应于在涡轮j处的频率控制的开/关(0，1)状态，即，当uj* = 0时，涡轮j的频率控制被禁用，而当uj* = 1时，涡轮的频率控制被启用。目标函数可然后例如由J(u)=PWF-惯性=∑n (j=1(Pj-惯性)给出。
附图说明
在下文中将参照在附图中示出的优选示范性实施例，更详细地解释本发明的主题，附图描绘：
图1为具有本地频率支持控制的本发明的第一实施例；
图2为具有中央频率支持控制的第二实施例；
图3为控制器架构；
图4为沿风向的示范性储备功率和输出功率分配；
图5为PFC类型的动态频率支持；和
图6为惯性控制类型的动态频率支持。
具体实施方式
风力涡轮可包括连接有一个或多个风力涡轮转子叶片的转子，其中转子驱动发电机，诸如具有带有多个永磁体的外转子的同步发电机。发电机可向变换器尤其是AC-DC-AC变换器提供可变频率AC功率流，变换器将可变频率AC功率流转换成固定频率AC功率流，固定频率AC功率流然后被提供给公用电网，以便为多个用电设备提供电能。
图1示出具有五个在公共耦合点2处连接至电网的风力涡轮(WT)1a到1e。在风向为从左到右的情况下，上风WT 1a、1b产生尾流3a、3b，其影响下风WT1c、1d、1e。各个WT具有本地动态频率支持控制器4a到4e，它们通信连接至WF控制器5(虚线)。WF控制器为本地控制器确定和分派用于常规WT运行的最佳涡轮控制输入值uj*以及单独频率偏差控制参数，诸如在频率不均匀的情况下要使用的降载设定或查找表。
图2示出图1的WF，但在WF控制器和本地WT控制器4a’至4e’之间具有快速的实时传输。在WF等级上的动态频率支持单元以频率事件之后的实时优化并基于在PCC处的偏差频率ω的测量来确定WF的所有WT的最佳频率支持涡轮控制输入值ufi*。这些值被即时分配或传输给单独的WT控制器。
图3描绘了示范性WF动态频率响应管理系统，其包括风电场动态频率响应监测系统、风电场最佳控制模块和风电场动态频率响应分派模块。监测模块可基于涡轮运行参数诸如桨距角、转速、功率输出等的测量而在线显示整个风电场的动态频率响应能力。监测系统也可能够基于短期或长期的风力预报数据显示整个风电场的未来动态频率响应能力。为此，风力涡轮动态频率响应(在其控制策略、风况、输出功率方面)的模型必须可用。最佳控制模块估计风的尾流和风力预报，而决定单独风力涡轮的功率输出和动态频率响应贡献的等级。分派模块将动态频率响应需求传输给单独风力涡轮。
图4描绘了考虑尾流效应的风电场等级优化的示范性结果。上风涡轮在满负荷能力以下运行以便为下风涡轮节省能量和以便提供最佳动态频率支持功率储备。在这种情况下，上风涡轮可在短时间内提高它们的输出，其中激活在上风涡轮处的储备功率可减少在下风涡轮处的储备功率。
图5和图6描绘了在频率事件之后并且以50Hz的标称值开始的示范性测量功率系统频率演变(实线)。虚线表示提供给或来自WT的附加功率ΔP或功率差w.r.t.标称值。在大约六秒后，WT的可用能量被完全消耗，且系统必须反向转向以便将能量返回至WT中。在图5中，附加功率交换专有地源自取决于在快速时间尺度上的(f-f ref )的一级频率控制(PFC)响应，而在图6中，取决于(df/dt)的惯性类型控制模式对于动态频率控制起作用。虽然动态频率控制可完全基于与频率变化(df/dt)成比例的惯性类型项或基于与频率偏差(f-f ref )成比例的PFC类型项，但是在秒的时间尺度上的PFC和在亚秒时间尺度上的虚拟惯性控制的组合是最有效的。最终，动态频率控制可另外地基于对(f-f ref )的某个积分，在该情况下，与PID控制器完全类似。
WF动态频率支持目标可基于由添加至功率系统的特定负载或从功率系统去除的发电能力确定的最坏情况的频率偏差或ROCOF，并在第一时段内转换成例如标称风电场功率的5%的有功功率储备，和/或在第二时段期间转换成每秒1%的额定功率的最小响应速率。需要的WF动态频率支持目标或WF有功功率储备可被书写为单独WT贡献的总和，如SnH=Sn1H1+Sn2H2+⋯+SnNHN，其中Sni和Hi以索引i表示WT的额定功率和惯性常数。WT惯性常数Hi具有[秒]的尺度并经由限定，其中Pmech为可用的机械功率且Pel为发电功率。当关于单独WT以及WF动态频率支持目标而决定时，之前的示范性等式可由WF动态频率支持单元评估。
如本文描述的运行风电场和风电场控制器的方法的特征可通过硬件构件、固件和/或具有通过适当的软件编程的计算装置执行。例如，风电场控制器可包括任何已知的通用处理器或集成电路，诸如中央处理单元(CPU)、微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或需要的其它适合的可编程处理或计算装置或电路。处理器可编程成或配置成包括和执行本公开的示范性实施例的特征，诸如运行风电场的方法。可通过在处理器上编程或记录的、或存储在处理器可访问的非易失性存储器(诸如只读存储器(ROM)、可擦除可编程的只读存储器(EPROM)或需要的其它合适的存储器或电路)中的程序或软件代码执行这些特征。在另一示范性实施例中，可在计算机程序产品中提供程序代码或软件代码，所述计算机程序产品具有非暂时性计算机可读报告介质，诸如硬盘驱动、光盘驱动、固态驱动或需要的其它适合的存储器装置或电路，当与处理器可通信接触而放置非暂时性计算机可读介质时，程序或软件代码可转移或可下载到处理器以供执行。
虽然已经在附图和之前的描述中详细描述了本发明，但是这种描述被认为是说明性的或示范性的，而不是限制性的。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员可理解和实现所公开的实施例的变型，并且实践所要求保护的发明。在权利要求中，词语“包括”不排除其他要素或步骤，并且不定冠词“一”或“一种”不排除多个。在不同的权利要求中列举某些元素或步骤的事实并不表示这些要素或步骤的组合不能被有利地使用，具体而言，作为对实际的权利要求从属性的补充，还应当认为公开了任何进一步有意义的权利要求组合。
尤其如上所述的本发明的优选实施例可有利地与以上详述的一个或多个特征组合，如在以下列出的条款中详述的那样实现：
1. 一种运行风电场WF的方法，所述风电场WF具有多个电连接至具有标称电网频率的电网的风力涡轮发电机WT，所述方法包括
- 提供用于通过所述风电场稳定电网频率的风电场动态频率支持目标；
- 基于所述风电场动态频率支持目标并考虑WT间的尾流效应，确定所述WF的WT的最佳涡轮控制输入值uj*；
- 根据所述最佳涡轮控制输入值uj*运行所述WT。
2. 根据条款1所述的方法，其特征在于，所述方法包括
- 确定优化目标函数J(u)的最佳涡轮控制输入值uj*，所述目标函数J(u)表示WF有功功率输出和/或表示风电场动态频率支持。
3. 根据条款2所述的方法，其特征在于，所述方法包括
- 为所述风电场提供风力预报，和
- 根据各个风力涡轮的涡轮控制输入和根据所述风力预报，确定优化目标函数J(u)的最佳涡轮控制输入值uj*(t)。
4. 根据条款1所述的方法，其特征在于，所述方法包括
- 至少每分钟并优选至少每秒一次确定所述最佳涡轮控制输入值uj*并将其传输至所述WT。
5. 根据条款1-4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括
- 在频率事件之前，确定第一频率偏差控制参数值和不同于所述第一频率偏差控制参数值的第二频率偏差控制参数值，和
- 基于所述第一频率偏差控制参数值运行第一WT的本地动态频率支持控制器，并基于所述第二频率偏差控制参数值运行第二WT的本地动态频率支持控制器。
6. 根据条款5所述的方法，其特征在于，所述方法包括
- 在检测到频率事件之后，在一秒内、优选在200毫秒内以惯性响应模式运行所述第一WT的本地动态频率支持控制器。
7. 根据条款5所述的方法，其特征在于，所述方法包括
- 基于第一频率偏差控制参数值，以惯性响应模式运行所述第一WT的本地动态频率支持控制器，和
- 基于第二频率偏差控制参数值，以一级频率控制模式运行所述第一WT的本地动态频率支持控制器。
8. 根据条款1-4中的一项所述的方法，其特征在于，
- 在频率事件发生时，基于在PCC处的电网频率的测量，确定频率支持响应的最佳频率支持涡轮控制输入值ufi*，和
- 将所述最佳频率支持涡轮控制输入值ufi*传输至所述WF的WT的本地WT控制器，其中所述本地控制器没有频率输入。
9. 根据条款8所述的方法，其特征在于，在检测频率事件之后，在一秒内、优选在200毫秒内确定并传输所述最佳频率支持涡轮控制输入值ufi*。
10. 一种用于具有多个风力涡轮发电机WT的WF的风电场WF控制器，所述多个风力涡轮发电机WT电连接至具有标称电网频率的电网，所述风电场WF控制器适于基于用于稳定电网频率的WF惯性目标并考虑WT间的尾流效应，来确定所述WF的WT的最佳涡轮控制输入值uj*；并适于将所述最佳涡轮控制输入值uj*传送至WT控制器，以用于相应地运行所述WT。

Claims (24)

1.一种运行风电场WF的方法，所述风电场WF具有多个电连接至具有标称电网频率的电网的风力涡轮发电机WT，所述方法包括
- 提供用于通过所述风电场稳定电网频率的风电场动态频率支持目标；
- 基于所述风电场动态频率支持目标并考虑WT间的尾流效应，确定所述WF的WT的最佳涡轮控制输入值uj*；
- 根据所述最佳涡轮控制输入值uj*运行所述WT。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括
- 确定优化目标函数J(u)的最佳涡轮控制输入值uj*，所述目标函数J(u)表示包括虚拟惯性的风电场动态频率支持。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括
- 为所述风电场提供风力预报，和
- 根据多个风力涡轮的涡轮控制输入，优选根据各个风力涡轮的涡轮控制输入和根据所述风力预报，确定优化目标函数J(u)的最佳涡轮控制输入值uj*(t)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述风力预报包括气象风力预报。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述风力预报包括局部风力预报。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述局部风力预报考虑至少一个上游风力涡轮的涡轮控制输入值和/或对应的实际或观测值，所述涡轮控制输入值尤其包括：桨距角、偏航角、机舱方向、转子叶片设定、所述涡轮的转速、发电机转矩和有功功率(P)或无功功率(Q)的设定值中的一个或多个。
7. 根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述目标函数包括用于改变至少一个风力涡轮、优选各个风力涡轮的设定值和/或激活风力涡轮的促动器的预报成本。
8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括
- 至少每分钟并优选至少每秒一次确定所述最佳涡轮控制输入值uj*并将其传输至所述WT。
9. 根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括
- 在频率事件之前，尤其通过在WF等级上的集中式动态频率支持单元确定第一频率偏差控制参数值，和
- 在频率事件发生时，基于所述第一频率偏差控制参数值运行第一WT的第一本地动态频率支持控制器。
10. 根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括
- 在频率事件之前，尤其通过在WF等级上的集中式动态频率支持单元确定不同于所述第一功率偏差控制参数值的第二频率偏差控制参数值，和
- 在频率事件发生时，基于所述第二频率偏差控制参数值，运行第二WT的第二本地动态频率支持控制器。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述方法包括
- 在检测到频率事件之后，在一秒内、优选在200毫秒内、最优选在20毫秒内以惯性响应模式运行所述第一WT的第一本地动态频率支持控制器。
12. 根据权利要求9-11中的一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括
- 基于短期频率偏差控制参数值，以惯性响应模式运行所述第一WT的第一本地动态频率支持控制器，和
- 基于中期频率偏差控制参数值，以一级频率控制模式运行所述第一WT的第一本地动态频率支持控制器。
13.根据权利要求11或12中的一项所述的方法，其特征在于，
- 在所述惯性响应模式中，基于实际电网频率相对于时间的导数df/dt而运行所述第一WT的本地动态频率支持控制器。
14.根据权利要求11-13中的一项所述的方法，其特征在于
- 在所述一级频率控制模式中，基于在实际电网频率和所述标称电网频率之间的偏差f-f ref 而运行所述第一WT的本地动态频率支持控制器。
15. 根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括
- 在频率事件发生时，基于在PCC处的电网频率的测量，确定频率支持响应的最佳频率支持涡轮控制输入值ufi*，和
- 将所述最佳频率支持涡轮控制输入值ufi*传输至所述WF的WT的本地WT控制器。
16.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，所述本地控制器无频率输入。
17. 根据权利要求15或16中的一项所述的方法，其特征在于，在检测到所述频率事件之后，所述最佳频率支持涡轮控制输入值ufi*在一秒内、优选在200毫秒内、最优选在20毫秒内被确定并传输。
18. 根据权利要求1-14中的一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括
- 在频率事件发生时，基于在PCC处的电网频率的测量，确定用于频率支持响应的最佳频率支持涡轮控制输入值ufi*，和
- 即时将所述最佳频率支持涡轮控制输入值ufi*传输和/或分配至所述WF的多个、优选所有的单独的WT。
19.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括禁用用于至少一个风力涡轮的在风力涡轮等级上的控制环路。
20.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
在频率事件的情况下，通过至少一个下游风力涡轮提供动态频率支持，同时，至少在初始时，不通过所述下游风力涡轮上游的至少第一风力涡轮提供动态频率支持。
21.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
在频率事件的情况下，通过至少一个下游风力涡轮提供动态频率支持，同时，至少在初始时，不通过所述下游风力涡轮上游的风力涡轮中的任一个提供动态频率支持。
22.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
以比下游风力涡轮的第二单独的WT惯性目标更高的绝对值或相对值设定上游风力涡轮的第一单独的WT惯性目标。
23.根据前一权利要求所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在所述风场中，以比任一下游风力涡轮的第二单独的WT惯性目标更高的绝对值或相对值设定上游风力涡轮的第一单独的WT惯性目标。
24.一种用于具有多个风力涡轮发电机WT的WF的风电场WF控制器，所述多个风力涡轮发电机WT电连接至具有标称电网频率的电网，所述风电场WF控制器适于基于用于稳定电网频率的WF惯性目标并考虑WT间的尾流效应，来确定所述WF的WT的最佳涡轮控制输入值uj*；并适于将所述最佳涡轮控制输入值uj*传送至WT控制器，以用于相应地运行所述WT。
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