CN108475929A

CN108475929A - 用于控制风力发电厂的方法

Info

Publication number: CN108475929A
Application number: CN201680077194.2A
Authority: CN
Inventors: D-M·瓦尔坎; J·M·加西亚; K·纳伊比; J·S·汤姆森; M·A·谢尔
Original assignee: Vestas Wind Systems AS
Current assignee: Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2015-12-29
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2018-08-31
Anticipated expiration: 2036-12-12
Also published as: US11245261B2; CN108475929B; WO2017114527A1; EP3398236B1; US20210167603A1; ES2753629T3; EP3398236A1

Abstract

一种用于控制包括多个风力涡轮发电机的风力发电厂的方法，其中该方法包括：获得风力发电厂中的电损耗的估计值；基于来自多个风力涡轮发电机的总功率产量和在公共耦合点处的功率测量结果之间的差来获得风力发电厂中的电损耗的测量值；在包括调节器的有功功率控制环路中应用电损耗的估计值和电损耗的测量值；以及借助于有功功率控制环路来控制风力发电厂在公共耦合点处的有功功率产量。

Description

用于控制风力发电厂的方法

技术领域

本发明的方面涉及风力发电厂的控制，特别是与有功功率产量的功率提升或快速增加有关。

发明背景

在电网中的风力涡轮机的高渗透具有对风力涡轮机的关于它们应如何促进电网的稳定性的要求。这样的要求被包括在所谓的电网法规中。

可以包括在某些电网法规中的要求之一是惯性响应。惯性响应是一种功能，其中功率在一段短时间内从正常生产提升，即输送到电网的功率增加。功率函数的提升可在所有风速下得到。对于非常低的风速，功率提升可以相当大地减小。

根据电网法规，提升阶段的细节可以改变。在一些位置上，提升功率应在请求时被提供。在示例中，可以规定每当来自风力发电厂的产量高于额定功率的25％时，风力发电厂必须能够在给定时间段(例如高达10秒)内输送额定功率的5-10％的功率提升。电网法规也可以规定对恢复时期的要求。作为示例，在提升之后可以规定风力涡轮机必须在2分钟之后返回到正常操作，并且在恢复阶段期间由风力涡轮机产生的功率应保持在可用功率的80％内。

EP2384540公开了一种发电系统。发电系统包括可操作用于向公用设施系统供应电力的发电单元；耦合到公用设施系统的同步机器；用于测量在同步机器和公用设施系统之间交换的电流和功率的电网测量设备；用于根据由电网测量设备测量的功率和电流来调节发电单元的输出功率的控制器；以及在电网测量设备、控制器和/或发电单元之间的通信链路。发电单元被配置为根据由电网测量设备测量的功率和电流来向公用设施系统提供电流和功率。

发明内容

现有技术解决方案遭受通信中的大延迟，其导致慢响应时间和不准确的有功功率控制。

因此本发明的目的是提供解决方案以提高风力发电厂的功率环路的响应时间。

本发明的实施例提供解决方案以避免针对现有技术的至少一些问题。

提供本发明内容以简化形式介绍一系列概念，其在下面具体实施方式中进一步描述。本发明内容并不旨在识别所要求保护的主题的关键特征或本质特征，其也不旨在用作对确定所要求保护的主题的范围时的帮助。

本发明的第一方面涉及用于控制包括多个风力涡轮发电机的风力发电厂的方法。该方法包括：

-获得在风力发电厂中的电损耗的估计值；

-基于在来自多个风力涡轮发电机的总功率产量(Pprod)和在公共耦合点处的功率测量(Pmeas)之间的差来获得在风力发电厂中的电损耗的测量值；

-在包括调节器的有功功率控制环路中应用电损耗的估计值和电损耗的测量值；以及

-借助于有功功率控制环路来控制风力发电厂在公共耦合点处的有功功率产量。

本发明的第二方面涉及用于控制风力发电厂的有功功率控制器。风力发电厂包括多个风力涡轮发电机。控制器包括：用于获得在风力发电厂中的电损耗的估计值的模块；用于基于在来自多个风力涡轮发电机的总功率产量(Pprod)和在公共耦合点处的功率测量(Pmeas)之间的差来获得风力发电厂中的电损耗的测量值的模块；以及被布置为在有功功率控制环路中应用电损耗的估计值和电损耗的测量值的调节器，有功功率控制环路被布置为控制风力发电厂在公共耦合点处的有功功率产量。

本发明的第三方面涉及可加载到处理设备的内部存储器内的计算机程序产品，计算机程序产品包括用于在处理设备中执行根据第一方面的方法或该方法的任何实施例的步骤的软件代码部分。

本发明的第四方面涉及包括多个风力涡轮发电机和根据上面的第二方面的有功功率控制器的风力发电厂。

很多伴随的特征将更容易被认识到，因为它们通过参考结合附图考虑的下面的具体实施方式而变得更好理解。优选特征可以视情况进行组合，如对技术人员将显而易见的，并且可以与本发明的任何方面组合。

附图说明

图1示意性地示出了风力涡轮机，

图2示意性地示出了一般风力发电厂架构，

图3示出了有功功率环路的示意图(没有示出调度器)，

图4示出了在对测量功率损耗进行滤波的情况下具有比例控制器的实施例的有功功率环路的示意图，

图5示出了在对测量功率损耗进行滤波的情况下具有比例控制器的实施例的有功功率环路和在正向路径中的功率信号调节的示意图，

图6示出了实施例的有功功率环路的示意图，

图7示出了在没有失去与WTG特征的通信的情况下实施例的有功功率环路的示意图，以及

图8示出了在有通信特征的损失的情况下的实施例的有功功率环路的示意图。

具体实施方式

现在将更详细地描述本发明的实施例。

图1示出了包括塔101和转子102的风力涡轮发电机(WTG)100。转子包括三个转子叶片103。然而，叶片的数量可以改变，并且可以有两个、四个或甚至更多个叶片。转子连接到机舱104，其安装在塔101的顶部上，并被布置为驱动位于机舱内部的发电机。转子102通过风的作用可旋转。转子叶片103的风引起的旋转能量经由轴转移到发电机。因此，WTG 100能够借助于转子叶片将风的动能转换成机械能，并随后借助于发电机转换成电力。WTG的电气布局除了发电机以外还可包括功率转换器。功率转换器串联连接在发电机和电网之间，用于将可变频率发电机AC功率转换成电网频率AC功率以注入到公用设施/电网内。发电机经由功率转换器可控制来产生对应于功率请求的功率。

叶片103可以变桨，以便改变叶片的空气动力学特性，例如以便最大化风能的吸收。叶片由变桨系统进行变桨，变桨系统包括用于根据变桨请求来使叶片变桨的致动器。

WTG在正常操作中设置成在任何给定风速下从风中采集很多功率。这会起作用，只要功率产量低于风力涡轮机的额定功率限制，即部分负载操作。当风速增加到常常在10-12m/s下设计的额定风速以上时，WTG必须使叶片103变桨，所以所捕获的能量在额定功率下是稳定的，即使风完全在额定风速以上。

风力发电厂(WPP)包括由发电厂控制器(PPC)和互连基础设施控制的多个WTG。图2示出了具有多个WTG、带有MV收集总线的收集电网、变压器(TRF)的一般WPP架构的示例。在变压器的高电压侧处有接近公共耦合点(PCC)的测量点(POM)。在PCC和TRF之间，发电厂断路器或开关齿轮被安装并由PPC操作，以便系统操作员将WPP从电网断开。

从WTG到PCC，可能有几个电气基础设施部件，例如电力电缆等。所有部件都是需要的，但它们促进从WTG到PCC的损耗。当控制WPP时必须考虑损耗。

在PoM处获得的测量被传送到PPC且可选地也到SCADA系统。SCADA是可选的，并且不一定与本发明的实施例交互作用。基于测量，PPC相应地控制WTG。也示出了另一可选的设备，例如STATCOM、MSU(机械切换单元，其中该单元可以是电容器或电感器)、ES(能量存储器)，这些设备都用于提高功率质量和稳定性。

在风力发电厂(WPP)内的控制系统中的发电厂控制器(PPC)尤其具有控制在与公用设施电网(UG)的互连点(POI)处的有功功率(P)和无功功率(Q)的责任。借助于P和Q数量，其它系统参数(例如电网频率(f)和电压(V))可以被影响。控制器结构具有P和Q控制作为内部环路，并具有f和V控制作为外部环路。

除了上面所述的核心功能以外，PPC也负责传动系统操作员(TSO)或WPP所有者所需的其它WPP功能。

有功功率控制环路负责控制在互连点处的P。这个内部环路可以用于通过添加适当的外部控制环路(主频调节、快速频率响应和惯性仿真响应)来影响电网频率。也可以通过添加适当的外部控制环路来实现功率振荡阻尼。

有功功率环路(APL)可以包括影响在PCC处的有功功率注入的所有控制器(例如频率控制器、惯性仿真控制器、输出斜坡速率限制器、有功功率调度器等)。在这个文档中，只考虑APL的核心(内部)环路(即，被称为有功功率控制器的)。

有功功率控制器(APC)是在PPC内的控制结构，其目的在于根据规定的要求来调节在PCC处的有功功率注入，同时确保WPP关于有功功率的稳定操作。

APC接收表示在PCC处请求的有功功率注入的设定点。这个请求可以由系统操作员(例如固定数量的有功功率)或由其它“上游”控制环路(例如由频率控制器发出的可变数量的有功功率)发出。

APC输出WPP的功率基准，WPP通过斜坡速率限制器并最后通过有功功率调度器，以便在WTG当中共享。

通常，有功功率控制器由两个主信号路径组成，即：

“正向”路径，其通过求和或减去其它信号(例如功率设定点、功率测量、前馈项)来建立参考以被发送到WTG。

“反馈”路径，其通常包含来自电路的测量(例如在POI处的有功功率P，来自WTG的有功功率P产生的总和)。

由于在正向和反馈路径中的采样和通信延迟，系统可能是不稳定的。同时，控制器响应质量可能很差。

为了解决这个问题，提出包括提高控制器响应质量并向系统提供闭环稳定性的模块。

图3示出了实施例的P环路的结构。如可以注意到的，环路包括具有单位增益、具有WTA功率产量的前馈304的比例控制器332。发送到WTG的功率基准308进行如下计算：

Pref_WTG＝P_set+P_prod_WTG–P_meas＝P_set+P_losses

上面的方程对于当系统中的干扰被忽略的情况而言是有效的。如果考虑到干扰，则下面的方程是有效的：

Pref_WTG＝P_set+P_prod_WTG–P_meas+P_disturbance＝P_set+P_losses+P_disturbance

如可以在上面的最后一个方程中看到的，发送到WTG的参考功率事实上是功率设定点加上系统中的测量损耗。因此，为了发出正确的设定点，系统中的功率损耗必须被正确地测量。这暗示在POI处的测量功率和测量WTG功率产量中的小和相似的通信延迟。

在“总功率信号调节”块302中对发送到WTG的参考功率信号308进行调节。这个块执行两个主要任务：

如果功率误差306在规定小值范围内(即换句话说，如果测量功率接近功率设定点)，则算法检测在发送到WTG的参考功率中是否有任何振荡，并且在有振荡的情况下，其通过改变(例如减小)WTG的功率基准变化来减小振荡。

如果功率误差306在规定小值之外，或如果算法未检测到振荡，则WTG的功率基准不改变。

在第二任务中，算法验证发送到WTG的参考功率308是否具有正确的趋势(即，增加或减小——取决于功率误差符号)。如果该趋势是不正确的，则WTG的功率基准被保持为前一时间步长上的值。

WTG的参考功率中的错误趋势可能是由于WTG的功率产量中的通信延迟，其大于在POI处的测量功率中的通信延迟。错误的趋势也可以是在POI处的测量功率中的延迟是否大于在所报告的WTG的生产中的延迟。基本上，只要在两个反馈之间有通信延迟，在WTG的参考中就可能有错误趋势。

下面将进一步描述“工厂平衡估计器”功能，其可以被理解为功率损耗估计。

工厂平衡估计器301使用：

a)来自电气系统的测量信息(例如电压和无功功率——作为最小值)，以及

b)有功功率环路的功率设定点(Pset)，以便计算风力发电厂的电气系统中的功率损耗(也被称为“工厂平衡”或简略地称为BoP)。

使用模拟工具来模拟WPP，以便根据有功功率电平、无功功率电平、电压电平来确定系统中的功率损耗(除了别的以外)。

这意味着我们可以通过将正确的信息(有功功率、无功功率、电压电平)作为输入馈送到“工厂平衡估计器”块301来以某个准确度水平复制真实风力发电厂中的损耗。

知道在系统中的功率损耗(即工厂平衡)，我们可使用这个信息来提高有功功率控制器响应。

在下文中所示的实施例建议与“调节器”合作地使用“工厂平衡估计器”(即，计算风力发电厂中的损耗的系统)来提高有功功率控制器响应，调节器在实施例中是低通滤波器(LPF)。

前面提到的控制环路的稳定性主要由相对高的采样时间(并且在某种程度上由反馈中的通信延迟)给出。

“总WTG功率信号调节”块302也借助于上面所示的动作促进稳定性。然而，鉴于其非线性特性，这不能被认为是闭环稳定性。

不将“总WTG功率信号调节”块的动作认为是提供闭环稳定性的原因是因为其性能在没有补偿器的意义上是非线性的，补偿器以连续方式促进稳定性。通过某种“滤波”来减小发送到WTG的参考功率中的振荡。然而，该滤波只有在某些条件被满足时是起作用的。

如果采样时间相对于高(例如1s)，则控制回路是稳定的，甚至没有“总WTG功率信号调节”块的动作。

然而，如果采样时间减小(例如50ms)，则不再是这种情况，并且只有在环路中的稳定性将由“总WTG功率信号调节”块给出，如已经提到的，其不能被认为是闭环稳定性，但更确切地是减小/消除发送到WTG的参考功率中的振荡的人工方式。

使用BoP损耗估计的实施例的优点是，系统减小响应时间。在一些国家中响应时间要求请求小于200ms的反应时间，并且因此可以是损耗的前馈以提高系统响应。

如上面提到的，存在对较快的反应时间的需要，以便满足电网法规要求。因此，采样时间明显减小并且正向路径中以及测量路径中的通信延迟也减小。

这些修改将导致结构的控制环路(如上面在图3中呈现的控制环路)的不稳定性。

调节器可以通常包括在下列项中：

·正向路径

·反馈路径(即，WTG功率产量、POI功率产量、WTG和POT功率产量、在WTG和POI功率产量之间的差)

·正向和反馈路径

调节器可以执行下面的功能：

·其向系统提供闭环稳定性

·其向信号提供平滑动作，

·其具有在方便的时间将其输出初始化为方便值的可能性，以便提高控制器的瞬时响应质量。

调节器可以具有下面的输入：

·要调节/滤波的信号

·用于初始化调节器的信号(初始化值)

·用于触发调节器的初始化的复位信号

调节器的输出是经调节/滤波的信号，其可以用于根据在POI处的期望输出来产生对WTG的正确/方便的功率基准。

可以借助于使用控制器中可获得的一组信息/输入的系统来获得调节器初始化，以便产生调节器的前面提到的输入。初始化系统403可以决定哪个输入被提供到调节器(例如测量功率损耗、估计功率损耗、功率误差/变化、估计功率误差/变化等)，该输入何时改变，初始化输入的值是多少，等等。

由初始化功能块403使用的信息/输入可以如下：

·系统中的测量功率损耗

·系统中的估计功率损耗

·到P控制器的功率设定点

·功率误差/变化(即，在功率设定点和一个样本中的POI处的测量功率之间的差；在当前时间的功率设定点和在前一采样时间的功率设定点之间的差)

·功能设置(例如阈值)

可以借助于使用控制器中可获得的一组信息/输入的系统来获得功率损耗估计，以便产生对特定的操作点的系统中的损耗的近似(电压、有功和无功功率水平、温度、电流等)。估计功率损耗可以用于根据在稳定状态或瞬时操作期间在POI处的期望输出来初始化调节器的输出，使得正确/方便的功率设定点提供到WTF。

可以通过功率损耗估计功能块来请求下面的信息/输入：

·在POI处的测量电压

·在POI处的测量无功功率

·WPP的功率电平，对WPP的功率损耗需要被估计

·电力电缆的测量温度

·在POI处的测量电流

可以用几种方式构建功率损耗估计功能块(使用真实系统测量、模拟结果或其它计算手段)，例如：

·使用多维查找表，其基于特定的电压、无功功率和功率设定点水平来输出某个功率损耗水平

·使用传递函数(功率损耗曲线)——针对每个电压、无功功率和功率设定点电平的一个函数

实施例的益处可以被列出为：

1)其提高风力发电厂的有功功率环路的瞬时性能(例如在功率设定点变化期间但也在不同类型的干扰期间提高控制器速度)。

2)其向其上使用的信号提供平滑动作，以这种方式便于对某些控制器应用的干扰抑制能力。

3)其确保在稳定状态操作下对系统的连续闭环稳定性。

4)其在连续功率设定点变化(例如主频控制)期间提供更好的性能。

如在功率基准方程中所示的，发送到WTG的参考功率(Pref_WTG)是在功率设定点(Pset)和测量功率损耗(Plosses)之间的和。

由于在测量WTG功率产量和在POI处的测量功率之间的不同通信延迟，测量功率损耗没有正确(真实)的值，这导致发送到WTG的不正确的参考功率(Pref WTG)。

大采样时间允许测量损耗到达合理值的足够时间，使得在功率基准中的振荡相对小。然而，如果采样时间足够小(例如比在P_meas和P_{prod_WTG}的通信延迟时间之间的差小)，则在WTG功率基准中的振荡高。上面描述了这个稳定性问题。解释了这个解决方案不是理想的，因为不提供连续的闭环稳定性。为了解决问题，可以应用下面的解决方案。

在访问系统中的测量功率损耗的情况下布置功率环路(例如WTG参考功率由功率设定点加上系统的经过滤的测量损耗形成)，数据在块412和413中被传递和离散化。以这种方式，可以在闭环中添加LPF 404，增加它的稳定性。

LPF 404执行两个主要动作：

·其在稳定状态操作中向系统提供闭环稳定性。

·其具有在设定点变化瞬变期间用特定的值被初始化的可能性。因此，可以用在那个特定功率设定点处的对应功率损耗来初始化滤波器，以这种方式最大化控制器的速度。

·其在输出干扰瞬变期间向测量功率损耗P1提供平滑动作。以这种方式，其给系统提供干扰抑制能力。

图4示出了实施例的有功功率环路的图，该实施例是在测量功率损耗的过滤的情况下的比例控制器的变型。

图5示出了第二实施例的有功功率环路和正向路径中的功率信号调节的图，第二实施例是对测量功率损耗进行滤波的情况下的比例控制器的变型。

关于图4，“LPF初始化和输入选择逻辑块”403负责决定哪个信号应用作对“1阶LPF2”块404的输入，即估计功率损耗或测量功率损耗。

用于两个信号之间切换的逻辑如下：

估计功率损耗和测量功率损耗相互比较。如果在它们之间的差大于用户定义的值，则意味着在系统中有瞬变情况。由于在上面陈述了几行的原因(即，在某种类型的瞬变期间)，意味着系统应选择估计系统损耗作为对“1阶LPF2”块404的输入。

该比较以逻辑功能块的形式完成，逻辑功能块可以输出两个值，即0(当在它们之间的差大于用户定义的值时)或1(当在它们之间的差小于用户定义的值时)。这个逻辑功能块的输出用作对“置位/复位”功能的“置位”引脚的输入。

评估功率设定点以检查是否有功率设定点变化。这通过比较其“当前”值与在前一状态的值来完成。该比较以逻辑功能块的形式完成，逻辑功能块可以输出两个值，即0(当这两个值不相等时)或1(当这两个值相等时)。以几种方式使用这个输出：

a)作为对前面提到的“置位/复位”功能的“复位”输入，强调功率设定点变化。

b)通过在功率设定点变化期间采用估计功率损耗的样本，作为“1阶LPF2”块404的初始化。

c)在功率设定点变化期间作为“1阶LPF2”块404的复位信号。

前面提到的“置位/复位”功能采用上面提到的信号作为输入。

当检测到瞬变情况时，触发“置位”输入并将块的输出设置为1(即，在系统中的估计损耗将用作对“1阶LPF2”块404的输入。

当在功率设定点中没有变化时，触发“复位”输入并将块的输出设置为0(即，在系统中的测量损耗将用作对“1阶LPF2”块的输入)。这确保在输出干扰期间对“1阶LPF2”块404的输入是测量功率损耗信号。

“BOP计算”块401负责估计对应于某个功率设定点的系统中的功率损耗。这个块可以是查找表，或它可以是一组传递函数，其采用电压和无功功率以及功率设定点作为输入。

为了将闭环稳定性加到控制器并提高总控制器性能，使用如图4所示的实施例。

图4的实施例是“工厂平衡估计器”(即功率损耗估计器)可以如何与“调节器”(例如LPF)协力使用来提高有功功率环路性能的一个示例。

在图4中，LPF 404被初始化到计算的损耗401(即，由工厂平衡估计器计算)，这在块403中完成。这是优选的，因为由于测量电路的物理限制，实际测量损耗在瞬变期间不是正确的。换句话说，如果在瞬变期间在控制器中使用实际测量损耗，则将不正确地计算功率设定点。在块402中限制块401的输出，该限制由Ploss_max变量设置。

LPF滤波器404的输出被加(406)到功率设定点(如在上面的方程中所示的)。功率设定点然后由另一限制器407限制，并且另一调节器408控制功率环路，在将设定点发送到WTG之前存在斜坡速率限制器409，这确保在设定点中的对WTG的变化被限制。进出PPC的信号经由通信块410与一组分立块411、412、413通信。电网仪表420测量在感兴趣点处的电参数，这可以是公共耦合点。在块430中表示WTG和额外的部件，即工厂。

图4中的控制器比图3所示的控制器运转得更好。而且，控制器在稳定状态操作中提供连续闭环稳定性。

图4的实施例使用包括调节器404的系统，例如执行相同功能的低通滤波器(LPF)或不同的控制器结构，该功能可以基于在控制器中可获得的信息/信号(例如测量、算法等)被初始化(即被强制在方便的时间输出方便值)，以便促进总控制器响应质量和控制器闭环稳定性。图4中的环绕区域460显示具有滤波器404的功率损耗系统。

图4的实施例的这个控制结构提供下面的益处：

1)其在稳定状态操作条件下通过“1阶LPF2”块404的动作向系统提供连续闭环稳定性。

2)其在功率设定点变化期间提供系统损耗的估计，以这种方式最小化控制器的速度(即，更好的瞬变操作)。

3)其在输出干扰瞬变期间向测量功率损耗(P_meas)提供平滑动作。以这种方式，其给系统提供干扰抑制能力。

4)其在连续功率设定点变化(例如主频控制)期间提供更好的性能，因为通过使用估计损耗而不是测量损耗，发送到WTG的参考功率更准确(即，因为由于通信延迟，测量损耗是不准确的)。

在第二实施例中，比例控制器还包括对测量功率损耗的滤波和在正向路径中进行功率信号调节。

在这个实施例中，使用如针对前一实施例所述的LPF，然而，与图4的块403相比较，“LPF初始化”块503的功能被简化。块503的目的是每当功率设定点改变时，用初始化值来初始化滤波器。

在瞬变操作中，“总WTG功率信号调节”515连同“LPF初始化”块503一起确保系统的正确操作。在稳定状态操作中，“总WTG功率信号调节”515被绕过并且系统的控制稳定性由LPF块508的动作确保。

在图5中呈现的方案的一个非常重要的优点是，“总WTG功率信号调节”515确保系统不进入功率由于功率损耗的错误估计而损耗的情况中。换句话说，不管“BoP计算”块501多么差得估计系统中的损耗，功率误差也将非常快地收敛到零，并且“总WTG功率信号调节”515将被绕过。

第三实施例是第二实施例的改进版本，并且是优选实施例。

这个实施例的思想基于与调节器协力地使用BoP估计器的相同原理，如使用在这个实施例中调节器704不再需要被初始化的备注对图4解释的。不是初始化调节器，BoP以特殊方式与调节器组合，并且结果是类似的且比通过完成初始化更好。

这个实施例的主要益处是其通过允许调节器的初始化逻辑以及“总WTG功率信号调节”块515的移除而将有功功率控制器700的结构简化了很多。

如可以在图6中看到的，主要思想是无论何时总是使用“BoP估计”块701，而不是只在分立的时间使用它，在前面的实施例中，在分立的时间使用BoP损耗计算(即，当满足某些条件例如功率设定点变化时，由“BoP估计”计算的值由LPF 404、504使用来初始化LPF值)。所以当满足条件时，初始化只发生在单个样本中。

从测量损耗701减去(752)估计BoP损耗751，测量损耗701在块752中的相减之前通过饱和块702，并且结果使用低通滤波器调节器704进行滤波。同时，将估计BoP损耗751与低通滤波器调节器的输出求和。

结果是，低通滤波器调节器704将必须只作用于在测量损耗和估计损耗之间的差。如果BoP估计是准确的，则意味着低通滤波器行动被最小化。

如在前面的实施例中的，调节器704可以是可提供滤波功能的任何种类的调节器。

关于图6，APC 700由五(5)个主要块组成：

·1阶LPF 704，

·P_losses 701的计算，

·在没有通信754的情况下由WTG进行P_prod的计算(可选的)，

·BoP估计1 751，以及

·BoP估计2 753(可选的)。

除了这些主要块以外，APC还包含为了保护原因而被使用的两个饱和块702、707(即，功率损耗饱和功率基准饱和)。

1阶LPF块704提供信号的滤波功能并具有确保控制环路的稳定性的作用。如在图中可以注意到的，滤波器可以作用于测量有功功率损耗和估计有功功率损耗752之间的差。以这种方式，假定估计损耗751是准确的(例如对于非常准确的有功功率损耗估计，滤波器只在瞬变期间是有效的)，控制器速度可以增加。

P损耗块701的计算负责测量系统中的有功功率损耗(在WTG有功功率产量测量结果和PCC有功功率产量测量结果之间)。

P损耗块701负责将在系统中的损耗计算为在PCC处的测量功率和WTG的总功率产量之间的差。考虑来自具有失去的通信的WTG的有功功率产量，以便允许回退策略。在APC的阶跃响应期间，与在PCC信号处的测量功率(即Pmeas)相比较，WPP信号的总功率产量(即Pprod)被延迟。因此，所计算的功率损耗在瞬变期间是负的，并且当达到稳定状态操作时将收敛到系统中的真实损耗。

图7示出了在没有通信特征的损耗的情况下的实施例的有功功率环路的图。

在实施例中，当计算损耗时考虑来自失去与PPC的通信的WTG的有功功率产量。

图8示出了在有通信特征的损耗的情况下的实施例的有功功率环路的图。

在来自无通信的块754的WTG的Pprod的计算负责计算来自失去与PPC的通信的WTG的有功功率产量。

这些WTG即使它们不向PPC报告任何功率产量反馈，它们也可能仍然产生在PCC处测量的功率。当产生WPP有功功率基准时，必须考虑这个功率。

在实施例中，在前馈环路中减去来自失去与PPC的通信的WTG的有功功率产量，从而补偿有功功率控制器。相减是因为没有通信的WTG将不能够接收设定点，所以要调度的参考应小于不能发送到WTG的数量(即，基本上来自没有到PPC的通信的这些WTG的测量生产)。

BoP估计1 751和BoP估计2 753块负责估计WPP收集电网的损耗，但还有在WTG内部的损耗。所谓在WTG内部的损耗指的是在WTG中的功率测量之后出现的损耗，常常是在trafo、开关齿轮和在trafo的中间电压侧上的电缆中的损耗。

块751之一基于功率基准设定点来估计损耗，并用于增加控制器的速度。另一块753基于在PCC处的功率测量结果来估计损耗，并用于估计来自失去与PPC的通信的WTG的功率产量。

P误差计算块计算控制器的功率误差信号，作为在控制器的功率设定点和在互连点处的测量功率之间的差。这由在PPC内部的其它控制器使用。

功率损耗饱和块702和功率基准饱和块707具有保护控制器免于经历不合理的信号值(例如被限制在零和最大值之间的有功功率损耗)的作用。

功率损耗饱和块702作为保护性饱和功能块而应用于进入1阶LPF块704的信号。这个饱和功能块的下限必须被设置到零(0)，并且上限必须被设置到可能出现在WPP中的最大有功功率损耗(在WTG有功功率产量测量结果和PCC有功功率产量测量结果之间)。

1阶LPF滤波功能块704具有将稳定性带到控制环路的主要作用。如前面解释的，滤波器只作用于在测量有功功率损耗和估计有功功率损耗之间的差。以这种方式，假定损耗估计是准确的，控制器速度可以增加。

本发明的实施例不限于使用1阶LPF滤波器，但在环路中可以使用很多其它调节器。

功率基准饱和块707充当应用于有功功率控制器块700的输出信号的保护性饱和功能块。这个饱和功能块的下限必须被设置到最小有功功率值，而上限必须被设置到可由WPP产生的最大可允许的功率(包括在过升压条件中)。

BoP损耗估计功能块基于二阶函数，其采用有功功率电平作为参数(argument)，必须对有功功率电平的收集电网损耗和WTG损耗进行估计。可以借助于电气初步设计研究来获得这个二阶函数。

构建BoP损耗估计块，使得可以对电压电平和无功功率水平的不同条件实施多个功率损耗曲线。以这种方式，控制器可以基于在收集电网中的实际条件来选择曲线之一。

在实施例中，通过模拟来预先定义功率损耗曲线。

在另一实施例中，在基于例程的学习算法中产生功率损耗曲线，从而使APC 700自适应地学习工厂的数据。

来自无通信的块754的WTG的Pprod的计算负责计算来自失去与PPC的通信的WTG的有功功率产量。该计算基于在PCC处的有功功率测量结果、来自WTG的所报告的有功功率产量和基于在PCC处的有功功率测量结果的估计有功功率损耗。只有当通信损耗被检测到时，该计算才返回比零(0)大的值。

对于功率损耗饱和块702，限制必须被设置在零(0)和可以出现在WPP中的最大损耗水平之间(在WTG有功功率产量测量结果和PCC有功功率产量测量结果之间)。

对于功率基准饱和块707，限制必须被设置在零(0)和可以由WPP产生的最大可允许功率之间(包括在过升压条件中)。

本文给出的任何范围或设备值可以扩展或改变而不失去所寻求的效果，如将对技术人员显而易见的。

虽然本发明容许各种修改和替代形式，特定的实施例已通过示例的方式被公开。然而应理解，本发明并不旨在限制为所公开的特定形式。更确切地，本发明涵盖落在如由所附权利要求限定的本发明的范围内的所有修改、等效物和替代物。本文给出的任何范围或设备值可以扩展或改变而不失去所寻求的效果，如将对技术人员显而易见的。

可以借助于电子硬件、软件、固件或这些的任何组合来实施本发明的实施例。软件实施的实施例或其特征可以被布置为在一个或多个数据处理器和/或数据信号处理器上运行。软件被理解为可以存储/分布在适当的计算机可读介质(例如连同其它硬件一起或作为其它硬件的部分被供应的光学存储介质或固态介质)上的计算机程序或计算机程序产品，但也可以例如经由互联网或其它有线或无线电信系统而分布在其它形式中。因此，计算机可读介质可以是非暂时性介质。因此，当计算机程序产品由计算机或由分布式计算机系统运行/执行时，计算机程序包括用于执行根据本发明的实施例的步骤的软件代码部分。

尽管结合特定的实施例描述了本发明，其不应被解释为以任何方式被限制为所呈现的示例。应按照附随的权利要求组来解释本发明的范围。在权利要求的上下文中，术语“comprising(包括)”或“comprises(包括)”并不排除其它可能的元素或步骤。此外，参考标记(例如“a(一)”或“an(一个)”等)的提及不应被解释为排除多个。在权利要求中关于在附图中指示的元件的参考符号的使用也不应被解释为限制本发明的范围。此外，在不同权利要求中提到的单独特征也许可能有利地被组合，并且这些特征在不同权利要求中的提及并不排除特征的组合不是可能的和有利的。

Claims

1.一种用于控制包括多个风力涡轮发电机的风力发电厂的方法，所述方法包括：

-获得所述风力发电厂中的电损耗的估计值；

-基于来自所述多个风力涡轮发电机的总功率产量(Pprod)和在公共耦合点处的功率测量结果(Pmeas)之间的差来获得所述风力发电厂中的电损耗的测量值；

-在包括调节器的有功功率控制环路中应用电损耗的所述估计值和电损耗的所述测量值；以及

-借助于所述有功功率控制环路来控制所述风力发电厂在所述公共耦合点处的有功功率产量。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：

-将电损耗的所述估计值与电损耗的所述测量值之间的差输入(752)到所述调节器；以及

-将功率设定点(Pset)、电损耗的所述估计值(Ploss_est)和所述调节器的输入(Ploss_out_filt)进行相加(706)，使用相加后的值作为所述风力发电厂的功率基准。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，获得电损耗的所述估计值的步骤基于工厂平衡数据和设定点和/或电测量结果，例如电压、电流、无功功率和温度。

4.根据权利要求1到3中的任一项所述的方法，还包括步骤：

-将所述调节器初始化到对应于所计算或估计的损耗值的初始调节器输出值。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括步骤：

-当功率设定点改变时，用新的初始化值来初始化所述调节器。

6.根据权利要求1到5中的任一项所述的方法，还包括步骤：

-使用所估计的损耗值作为所述有功功率控制环路中的前馈项。

7.根据权利要求1到6中的任一项所述的方法，还包括步骤：

-基于功率设定点和第一查找表来计算电损耗的值作为所估计的损耗值。

8.根据权利要求1到7中的任一项所述的方法，其中，依据所述多个风力涡轮机的所估计的总功率输出并结合一组查找表值来估计所述损耗。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，在操作所述风力发电厂时，从基于例程的学习获得所述一组查找表值。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：

-基于一组传递函数来计算电损耗的值作为所估计的损耗值，所述传递函数采用所述设定点和/或所述电测量结果作为输入。

11.根据权利要求1到10中的任一项所述的方法，其中，所述调节器是低通滤波器功能块，例如1阶低通滤波器、2阶低通滤波器或更高阶低通滤波器。

12.根据权利要求2所述的方法，还包括步骤：

-当通信故障出现在所述风力发电厂中的失去通信的一个或多个风力涡轮发电机之间时，基于测量的总功率来估计损耗的第二估计；以及

-在获得所述风力涡轮机中的电损耗的测量值的步骤中使用损耗的所述第二估计。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括步骤：

-在前馈环路中减去失去通信的所述一个或多个风力涡轮发电机的功率产量值。

14.一种用于控制风力发电厂的有功功率控制器，所述风力发电厂包括多个风力涡轮发电机，所述有功功率控制器包括：

-用于获得所述风力发电厂中的电损耗的估计值的模块；

-用于基于来自所述多个风力涡轮发电机的总功率产量(Pprod)和在公共耦合点处的功率测量结果(Pmeas)之间的差来获得所述风力发电厂中的电损耗的测量值的模块；以及

-调节器，其被布置为在有功功率控制环路中应用电损耗的所述估计值和电损耗的所述测量值，所述有功功率控制环路被布置为控制所述风力发电厂在所述公共耦合点处的有功功率产量。

15.一种能够加载到处理设备的内部存储器中的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括用于在所述处理设备中执行根据权利要求1到13中的任一项所述的方法的步骤的软件代码部分。

16.一种风力发电厂，包括多个风力涡轮发电机和根据权利要求14所述的有功功率控制器。