CN108700031B - 用于调节风电场的方法和风电场调节模块 - Google Patents

用于调节风电场的方法和风电场调节模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于调节具有多个风能设备(2)的、在网络连接点(6)处馈入到电供应网络(8)中的风电场(1)的方法，所述方法包括如下步骤：在风电场调节模块(18)的调节误差输入端处输入至少一个调节误差(e)，借助于至少一个调节器(66，68)根据至少一个调节误差(e)产生至少一个控制变量(u)，在控制变量输出端处输出至少一个控制变量(u)，以传输给风能设备(2)，在调节模块(18)的状态输入端(22)处分别记录风电场(1)、其风能设备(2)和/或环境条件的至少一个状态作为场状态，借助于调节器设定装置(80)根据至少一个所记录的场状态改变或预设至少一个调节器(66，68)的至少一个特性。

Description

用于调节风电场的方法和风电场调节模块
技术领域
本发明涉及用于调节具有多个风能设备的风电场的方法。此外，本发明涉及用于执行这种方法的风电场调节模块。本发明还涉及借助这种方法和/或借助这种风电场调节模块调节的风电场。此外，本发明涉及风电场控制装置，所述风电场控制装置包括所提到的风电场调节模块。本发明还涉及一种风能设备。
背景技术
风电场是已知的并且其包括多个风能设备，所述风能设备经由公共的网络连接点馈送到电供应网络中。在此，风电场可以附加地包括其他设备，例如蓄电池或用于暂存能量的其他存储设备，以及所谓的STATCOM设备，所述STATCOM设备可以执行静态的无功功率补偿。
这种风电场通常不仅用于：将电功率馈送到电供应网络中，而且还可以有助于网络支持或至少改善网络质量。属于此的是：根据网络特性，即电供应网络的特性或网络性能，即电供应网络的性能，有针对性地馈入有功功率和/或无功功率或者有针对性地减少这种馈入。
这种网络相关的无功功率和/或有功功率馈入可以通过每个风能设备自动地根据预定标准执行。为了有效利用风电场，也能够有利的是：中央地开环或闭环控制风电场的这种有功和无功功率馈入。由此，相对于单独的风能设备，有针对性地尤其能够利用具有多个风能设备的风电场的能力。特别地，由此可以更好地控制风电场的总输出，从而实现一定的平稳性。
因此，用于这种闭环控制的风能设备保持是执行器或其整体形成执行器。下述元件，特别是每个风能设备的网络扼流圈，每个风能设备的变压器，风电场中的连接导线，必要时包括架空导线，在那里或其他地方出现的电容，必要时场中的其他的扼流圈以及风电厂中的高压变压器可以形成被控对象，风能设备对于被控对象是执行器。电压，馈送的有功功率和馈送的无功功率分别能够在网络连接点处形成一个被控变量或共同形成多个被控变量。
因此，所提到的闭环控制原则上工作，使得也可以称为场调节器的调节模块将控制变量提供给风能设备，并且所述风能设备就共同的执行器的意义而言输出相应的有功功率和无功功率。所述有功功率和无功功率最终经由所提到的受控对象引导至网络连接点。因此，在网络连接点处测量的网络电压、馈入的有功功率和馈入的无功功率能够形成反馈变量并且与相应的设定值进行比较。从中能够形成一个调节误差，并形成调节器或场调节器的输入。
应注意的是，特别是风或其特性的波动作为就调节意义而言的干扰变量作用于风能设备。这尤其涉及风速，风向和阵性的变化。受控对象也经受影响变量或其传输性能会改变。在此应特别提到电压变化，以及能够接入的可能的消耗器，即例如被充电的蓄电池。还考虑传输特性和导线的变化。所述变化例如能够由维护工作引起或通过内部场网络中的其他切换引起。
这种干扰变量以及受控对象的变化可以通过合适的调节器定期调整。特别地，所谓的PI调节器可以通过其P分量快速地对变化作出反应，并且同时通过其I分量，即使在出现变化的情况下也经常建立稳态精度。
如果个别风能设备不能正常工作，则也可能存在其他问题。特别地在此考虑：风能设备故障。于是由此，执行器变化，因为例如借助一个风能设备较少地将由调节模块、即场调节器预设的设定变量不再能够以所基于的动态转换。但是，也考虑其他的影响变量，例如风能设备由于出现高温而必须部分地减少运行，或者为了遵守声级进行限制而导致减少。在此，这种减少还会意味着：风能设备的当前功率降低，并且尽管其功率没有降低，因为它已经低于这样的减少，但是其功率输出向上受到限制。
于是，所有这些问题都可以附加地影响对于所使用的调节器所基于的调节动态。这种影响有时会是显著的。
德国专利和商标局在关于本申请的优先权申请中检索以下现有技术：DE 10 2006014 121 A1，DE 10 2013 207 255 A1和DE 10 2013 207 264 A1。
发明内容
因此，本发明所基于的目的是：解决上述问题中的至少一个。尤其应提出一种解决方案，所述解决方案考虑作为执行器的风能设备的变化。至少应相对于迄今已知的解决方案提出一种替选的解决方案。
根据本发明，提出用于调节具有多个风能设备的风电场的方法。在此，基于如下风电场，所述风电场在网络连接点处馈入到电供应网络中。
该方法进行成，使得在风电场调节模块的调节误差输入端处输入至少一个调节误差。这种风电场调节模块具有至少一个调节器和在最简单的情况下在调节器的输入端处输入调节误差。也能够输入多个调节误差，即各一个要区分的参考变量，其中于是分别将调节误差输入给调节器的输入端，在此，简化地以单变量调节器为基础。但是也考虑将多个调节器组合成多变量调节器。
根据至少一个调节误差，产生至少一个控制变量。在此，在最简单的情况下也从调节误差中产生控制变量。如果多个调节误差有效，则也产生多个控制变量。优选地，设有多个单变量调节器，所述多个单变量调节器分别对一个调节误差产生一个控制变量。但是，所述单变量调节器也能够组合在多变量调节器中。
特别地，提出要由风电场馈电的有功功率和要由风电场馈电的无功功率作为参考变量，其中将调节误差确定成参考变量。
因此，根据至少一个调节误差借助于至少一个调节器产生至少一个控制变量。
作为另外的方法步骤提出，在调节模块的状态输入端处分别记录风电场、其风能设备和/或环境条件的至少一个状态作为场状态。因此，该至少一个场状态在调节模块的状态输入端处输入。因此，该场状态能够涉及风电场的状态，即例如哪个设备存在于风电场中。场状态也能够涉及风电场的风能设备的状态，尤其风能设备的相应的状态，即例如其运行状态。这相应地称作为风能设备的场状态。场状态也能够涉及场中的环境条件，尤其风条件，尤其在风电场的风能设备处的环境条件。这种场状态称作为环境条件的场状态。
现在提出：根据至少一个所记录的场状态改变或预设至少一个调节器的至少一个特性。对此，能够使用调节器设定装置。这种调节器设定装置也能够作为编程模块实现。
因此提出：根据场状态改变场调节器或者首先完全根据场状态来预设场调节器。在此，这种场状态不局限于经典控制工程意义上的状态，而是也能够涉及其他的特性，如风电场中的风能设备的数量。调节器能够根据一个或多个这种场状态改变或预设其参数化或还有其结构。
当风电场或在此也能够代表多个调节器的场调节器运行时，尤其考虑进行预设。
在开始运转之前或在开始运转时执行至少一个调节器的至少一个特性的改变或预设实现如下优点：开始运转需要更少量个性化地匹配并且由此必要时能够在没有系统开发人员的情况下开始运转。于是会可行的是：开始运转仅借助维护人员执行，该维护人员通常总归必须照料风能设备的开始运转和尤其风电场的开始运转。
下面还详细描述的场状态因此能够在首次开始运转时尤其通过相应的数据接口来记录，并且与其相关地能够预设相应的一个或多个调节器。对于结构预设对此能够提出：根据一个或多个场状态，选择多个预定的调节结构中的一个。但是，对于也能够经由在多个提出的调节器之间的选择来执行的参数选择优选提出使用计算算法。例如，对于PI调节器能够根据执行器或被控对象的动态选择其时间常数。在此，能够做出如下假设：执行器基本上由全部风能设备的整体形成。
如果为列举一个实例而现在一个风能设备故障，则由于该一个风能设备的故障而改变的执行器可能需要更多的时间，以提供相同大的功率。能够将实例列举的PI调节器的时间常数匹配于该改变的动态并且相应更小地选择，简单地说即匹配于该延迟的动态，以仅列举一个实例。优选地，改变至少一个调节器，使得由调节器、执行器、对象和测量元件构成的调节回路的总传输性能尽可能保持相同，至少在改变之前和之后尽可能具有类似的动态。
因此要注意的是：尤其也通过考虑风能设备的变化包括其故障考虑执行器的传输性能的变化。因此，能够通过所提出的方法也考虑执行器的变化。这也基于如下认识：在一些情况下必须完全以执行器的变化为基础。
优选地，记录安装在风电场中的风能设备的数量作为风电场的场状态。此外或替选地提出：将每个风能设备的额定有功功率记录作为风电场的场状态。这种的有功功率是风能设备的特征变量。如果对于风电场的每个风能设备存在所述额定有功功率，则其因此也形成风电场的特征变量。如果仅在风电场中是相同类型的风能设备，这通常出现，则经由风电场中的风能设备的数量和每个风能设备的额定功率得到风电场的总的额定有功功率。
此外或替选地提出：将每个风能设备的额定无功功率记录作为风电场的场状态。因此，这也能够是风电场的特征变量。尤其对于网络支持的问题而言，每个风能设备进而风电场能够馈入多少无功功率的能力是重要的标准。额定无功功率是风能设备的特征值或场中的全部额定功率的总和是风电场的特征变量，但是通常也能够为可馈入的无功功率的上限。
替选地或附加地，将存在于风电场中的STATCOM设备的数量和特性记录作为风电场的场状态。这种STATCOM设备能够执行静态的无功功率补偿进而尤其在借助于风能设备进行无功功率馈入时是重要的，以便能够评估总无功功率份额。因此，所述STATCOM设备在此能够做出贡献进而也对于调节器特性的改变或预设是重要的。
此外或替选地提出：将存在于风电场中的蓄电池的数量和特性记录作为风电场的场状态。这种蓄电池的特性尤其是其容量作为特征变量还有其当前存储的且可用的能量。如下动态也对于考虑调节性能是重要的，这种蓄电池能够以所述动态输出或接收功率。
此外或替选地提出，内部的场网络的传输特性记录作为风电场的场状态。属于此的是：如下特性，如传输导线的有功电阻和无功电阻。也考虑电容性能。就此而言，这种传输特性尤是被控对象的特性并且所述传输特性有利地用于改变或预设至少一个调节器的至少一个特性。
此外或替选地提出：每个风能设备的有功和无功功率关联记录作为风电场的场状态。通常也能够存储作为所谓的PQ图的这种有功和无功功率关联说明在可馈入的或可由风能设备产生的有功功率和无功功率之间的关联。特别地，通常，最大有功功率不能够与最大无功功率一起馈入，因为在此视在功率进而要馈入的电流会过大。另一方面，通常出现：风能设备根据类型和设计，不能够与有功功率无关地馈入无功功率。尤其发生：不能够馈入无功功率，而也没有馈入有功功率的至少一部分。这种关联也能够对于风电场中的调节器的特性的改变或预设是重要的，进而提出将其考虑作为一个实施方式。
根据另一实施方式提出：将每个风能设备关于当前能馈入的有功电流的可用性记录作为至少一个风能设备的场状态。对此，每个风能设备能够将这种值传输给场调节器，尤其传输给风电场调节模块。借此，风能设备首先说明：其是否完全可用。如果其不可用，则其关于当前可设定的有功电流的可用性因此编号为0。但是也考虑：其是可用的，但是仅能够馈入其最大有功电流的一部分，因为例如不存在足够的风，或者因为由于当前的时间规定减少运行，以减小声音。
此外或替选地提出：将每个风能设备关于当前能馈入的无功电流的可用性记录作为至少一个风能设备的场状态。在此，其类似当前可馈入的有功电流表现并且就此参考其阐述内容。但是加入：可馈入的无功电流根据单独情况能够与风速或多或少无关。另一方面，能够存在与有功电流的相关性，所述有功电流能够影响这种可用性说明。这也是如下值，所述值影响执行器的特性，所述执行器由风能设备形成，进而有利地考虑所述值用于改变或预设调节器特性。
此外或替选地提出：每个风能设备的当前的运行状态记录作为至少一个风能设备的场状态。这种运行状态能够是当前馈入的功率或当前能馈入的功率、当前馈入的无功功率和当前能馈入的无功功率。纯预防性地指出：将功率原则上可理解为有功功率并且在其他方面明确地称作为无功功率。
所述运行状态也影响执行器的特性。尤其从可馈入的功率和可馈入的无功功率中能够推导出执行器的当前的极限，所述极限又优选能够在改变或预设调节器的特性时被考虑。
根据一个实施方式提出：将在风能设备的至少一个处的当前的风速记录作为环境条件的场状态。从中也能够读出尤其有功功率的可用的潜力。尤其考虑风速的变化允许得出风电场的可预期的馈入能力的结论。
此外或替选地提出：将在风能设备的至少一个处的当前的风向记录作为环境条件的场状态。风向在此例如因此能够对可预期的场性能具有影响，因为在特定风向下，根据风电场的类型能够切断一些风能设备，由此能够降低在场中全部可产生的功率。这也优选在改变或预设调节器时考虑。
此外或替选地提出：将在风能设备的至少一个处的风的当前的阵性记录作为环境条件的场状态。这种阵性能够影响有功功率的均匀性和必要时也影响无功功率输出的均匀性。例如考虑如下作为实例：在阵性强的情况下宁可使用更慢的调节器，即或者选择相应更慢的调节器或者提高调节器的时间常数。由此必要时能够实现一定的平滑进而实现风能设备的减载进而实现执行器的减载。也考虑并且作为一个实施方式提出：根据阵性在场调节器的输出端处使用滤波器，以便对要馈入的有功功率和/或无功功率的预设值滤波。
此外或替选地提出：将在风能设备的至少一个处的风的当前的空气密度记录作为环境条件的场状态。风的空气密度能够允许关于风的能量含量的说明，这又能够对可产生的有功功率产生影响。因此这也能够有利地用于改变或预设调节特性。
此外或替选地提出，将在风能设备的至少一个处的风的当前的空气湿度记录作为环境条件的场变量。这也影响风的能量含量。但是，风的空气湿度能够提供如下指示：在温度相应低的情况下是否会考虑风能设备处的积冰。这也当然对于调节器具有影响并且优选在改变或预设至少一个调节器特性时考虑。
此外或替选地提出，将在风能设备的至少一个处的风的当前的温度记录作为环境条件的场状态。现在，这能够与风的空气湿度的刚描述的记录共同作用，以便识别积冰。
根据一个实施方式提出：预设或改变至少一个调节器的参数化。在此，能使用现有的调节器，例如PI调节器或PID调节器，并且仅在其参数化方面进行匹配。特别地，在此能够根据记录的场状态匹配时间常数，或者尤其在首次安装时预设所述时间常数。
此外或替选地，根据一个实施方式提出：预设或改变至少一个调节器的结构。在此，利用如下认识：场特性或场特性的改变不仅可以经由适当的参数化或匹配参数化来考虑，而且匹配的结构也可以是有意义的。特别是在首次安装时，因此可以根据至少一个记录的场状态选择合适的调节器结构。实现的可行性尤其在于：对不同的情景提供不同的调节器结构以进行选择。对此例如通过开发工程师可以编制标准目录，在哪个条件下应选择哪种结构，即哪种调节器类型。例如考虑：仅具有少量风能设备的风电场，例如直至10个风能设备的风电场为了进行有功功率调节使用PI调节器，而在更多个风能设备的情况下使用PID调节器，以仅举一个实例。这两个示例性提出的调节器，即PI调节器和PID调节器，在此为了保留在该实例中而同样由开发工程师提供。然后，能够由维护人员可以在不咨询开发工程师的情况下执行风电场的开始运转以及场调节器的开始运转。
但是也考虑改变已经运行的风电场的调节结构。例如，如果所述风电场例如仅具有稍多于示例提出的10个风能设备的风能设备，则甚至上面关于开始运转提到的实例也可以在风电场运行时出现。在这种情况下，为了保留在该实例中，使用PID调节器。如果现在许多风能设备故障，即小于10个风能设备实际可用，则在此也能够变换成PI调节器，尤其通过调节器设定装置来变换。
根据一个实施方式提出：根据风电场的场状态预设或改变至少一个调节器的结构。因此提出，对于至少一个场状态，用于预设调节器的结构，尤其在首次开始运转时预设，或必要时改变现有的结构，其中所述场状态涉及风电场的直接的特性。属于这种场状态的能够是：风电场中的风能设备的数量，全部风能设备的额定值或附加的设备、如STATCOM设备或蓄电池的类型和数量，还有内部的场网络的传输特性。在此认识到：风电场的这种基础状态优选能够经由适当的结构考虑。
此外或替选地提出：根据风能设备的场状态预设或改变至少一个调节器的参数化。所述场状态因此涉及各个风能设备的尤其具体的且当前的特性，如可由其馈入的有功电流或可馈入的无功电流还有风能设备的当前的运行状态的问题，如这在上文中阐述。在此认识到：对于这种场状态，涉及在场中的现有的风能设备的特性，有利地仅能匹配至少一个调节器的参数化。在此，也考虑：能够更快速地且更频繁地改变风能设备的这种特性，作为风电场的上面所基于的特性。因此，根据该实施方式，对于这种更快速且更频繁可预期的变化避免调节器的结构变化。在参数变化的情况下，以不同大的步距或不同快地能够执行更快速的变化，进而匹配于风能设备的所提出的特性是更有针对性地可行的。
此外或替选地提出：根据环境条件的场状态预设或改变参数化，并且此外或替选地预设或改变至少一个调节器的结构。在此已经认识到：通过调节器的结构选择和参数化能够考虑影响场的环境条件。尤其对于风速的变化而提出，仅改变参数化，所述参数化必要时也能够更快速地且以更小的步距跟踪。相反，在积冰的情况下，提出调节结构的变化。在此尤其认识到：这种积冰经由结构变化的调节器有意义地考虑并且积冰的情况通常仅罕见地出现，并且不经受快速变化，如这是在风速改变时是这种情况。
因此优选地提出，为了预设或改变调节器结构在存储的调节器结构之间进行选择。
根据另一实施方式提出：将在网络连接点处的网络电压的设定值和实际值之间的偏差处理作为调节误差。因此在此，在网络连接点处的网络电压形成用于这一个调节器或所述调节器之一的参考变量。
此外或替选地，将在网络连接点处馈入的有功功率的设定值和实际值之间的偏差处理作为调节误差。因此在此，网络连接点处馈入的有功功率形成用于这一个调节器或所述调节器之一的参考变量。因此经由此能够调节由风电场馈入的有功功率。风能设备在此作用为执行器，进而调节器能够根据随后实际上在网络连接点处设定的馈入的有功功率作用于作为执行器的风能设备上。
此外或替选地提出，将在网络连接点处馈入的无功功率的设定值和实际值之间的偏差处理作为调节误差。在该情况下，无功功率形成用于这一个调节器或所述调节器之一的参考变量。无功功率因此能够完全类似于关于有功功率而描述的那样经由此进行调节。优选地，使用全部三个提到的参考变量。尤其优选地，使用两个调节器，所述调节器中的一个调节器使用馈入的有功功率作为参考变量并且另一调节器使用馈入的无功功率作为参考变量。
根据本发明，也提出一种风电场调节模块，用于调节具有多个风能设备的、在网络连接点处馈入到电供应网络中的风电场。该提出的风电场调节模块包括：调节误差输入端，在所述调节误差输入端处输入至少一个调节误差(e)；控制变量输出端，在所述控制变量输出端处输出至少一个控制变量(u)，以传输给风能设备；至少一个调节器，以用于根据至少一个调节误差产生至少一个控制变量；状态输入端，以分别记录风电场、其风能设备和/或环境条件的至少一个状态作为场状态；和调节器设定装置，以根据至少一个所记录的场状态改变或预设至少一个调节器的至少一个特性。
经由调节误差输入端能够输入调节误差，即在参考变量、尤其上面已经描述的参考变量的设定值和实际值之间的偏差。也能够设有多个调节误差输入端，或在调节误差输入端处输入多个不同的调节误差。
所提出的控制变量输出端设置用于：将至少一个控制变量输出以传递给风能设备。因此，风电场调节模块能够执行闭环控制并且所产生的控制变量输出给风能设备，以便将所述风能设备用作为执行器。
此外，所提出的风电场调节模块具有至少一个调节器，以根据至少一个调节误差产生这种控制变量。也能够设置有多个的所述调节器因此包含统一的调节规定。优选地，设有多个调节器，即例如一个用于调节要馈入的有功功率的调节器和一个用于调节要馈入的无功功率的调节器。
所提出的风电场调节模块也具有状态输入端，以便分别记录风电场、其风能设备和/或环境条件的至少一个状态。所述状态称作为场状态并且为了阐述参考所描述的方法的上述实施方式，所述实施方式阐述各个场状态。
此外提出，风电场调节模块具有调节器设定装置，所述调节器设定装置能够改变或预设至少一个调节器的至少一个特性。应根据至少一个记录的场状态来进行所述改变或预设。调节器设定装置因此设置用于：执行至少一个调节器的至少一个特性的改变或预设，如这根据所述方法的至少一个上面描述的实施方式来阐述。
优选地，所提出的风电场调节模块设置用于：执行根据上面描述的方法的实施方式之一的方法。特别地，对此将过程计算机设置在风电场调节模块中，在所述风电场调节模块上执行这种方法。
根据本发明，也提出一种风电场控制装置，其设置用于控制具有多个风能设备的、在网络连接点处馈入到电供应网络中的风电场。这种风电场控制装置包括：至少一个测量输入端，以记录至少一个测量信号；设定值装置，以预设至少一个设定值；风电场调节模块，以产生用于风能设备的至少一个控制值；和状态输入端，以记录风电场、其风能设备和/或环境条件的状态作为场状态。此外，所述风电场控制装置具有调节器设定装置，以改变或预设风电场调节模块的至少一个特性。
这种测量输入端在此能够与测量传感器连接，或者与已经评估测量信号的单元连接。在此也考虑从风能设备获得测量信号，例如风速或风向的测量信号。
用于预设至少一个设定值的设定值装置尤其就其自身而言能够接收至少一个设定值。所述设定值装置例如通过SCADA系统接收这种设定值并且此外或替选地由电供应网络的运营商接收。在此，设定值装置也能够用于在这种设定值之间进行管理或选择。所述设定值装置也能从其他输入机构中获得设定值，并且尤其在不同的设定值之间选择。也考虑：为了提出仅一个实例，尤其当所述设定值例如由于弱风无法实现进而必须降低时，所述设定值装置修改一个或多个设定值。
所提出的风电场调节模块能够如上面阐述的那样工作并且产生用于风能设备的至少一个控制值。状态输入端设置用于记录至少一个场状态。所述状态输入端也能够是风电场调节模块的一部分。
最后，设有调节器设定装置，所述调节器设定装置根据至少一个所记录的场状态改变风电场调节模块的至少一个特性。在此尤其考虑：改变或预设在风电场模块中实施的调节器的或唯一的这种调节器的特性。
优选地，风电场控制装置的风电场调节模块如根据风电场调节模块的至少一个上面阐述的实施方式描述的那样构成。
根据本发明，也提出一种风电场，其具有多个在网络连接点处馈入到电供应网络中的风能设备。此外，所述风电场包括根据上面描述的至少一个实施方式的风电场调节模块或其包括根据上面描述的实施方式的风电场控制装置。原则上，所述风电场也能够包括这两者，其中风电场调节模块于是能够是风电场控制装置的一部分。
此外，根据本发明提出一种风能设备，并且这种风能设备包括：气动转子，与从风中产生电功率的发电机耦联；具有电流输出端的逆变器单元，用于产生电流和在电流输出端处输出以馈入到电供应网络中；连接机构，以用于将逆变器单元电连接到风电场的内部的场网络上，以便将所产生的电流经由场网络在网络连接点处馈入电供应网络中；和通信接口，以与风电场调节模块或风电场控制装置通信，以便由风电场调节模块或风电场控制装置接收和执行控制变量，其中风能设备还设置用于：将风能设备的状态经由通信装置传输给风电场调节模块或风电场控制装置，以便为风电场调节模块或风电场控制装置实现：根据所传输的状态改变风电场调节模块或风电场控制装置的调节器的至少一个特性。
因此，借助气动转子经由风驱动发电机，所述发电机产生电功率或将机械功率变换成电功率。逆变器单元从所述电功率中产生电流，所述电功率例如能够作为直流电流借助直流电压提供，所述电流尤其根据频率、相位和所属的电压幅值设置用于馈入到电供应网络中。但是，所述电流能够首先在逆变器的电流输出端处输出。
经由也例如能够构成为电流接线柱的连接机构，将所述逆变器单元连接到风电场的内部的场网络上。其中也能够牵涉网络扼流圈和变压器。电流于是经由场网络在网连接点处馈入到电供应网络中，即与风电场中的其他风能设备的其他叠加的电流或其他风能设备的其他逆变器单元的其他叠加的电流一起馈入。
通信接口设置用于与风电场调节模块或风电场控制装置通信。因此，实现与场调节器的通信。经由此能够由场调节器接收控制变量或至少一个控制变量，例如有功电流或无功电流，所述有功电流或无功电流随后相应地由风能设备，尤其还有逆变器单元转换，即产生。
风能设备还设置用于：将其状态或其状态的一部分经由通信装置输出给场调节器，即风电场调节模块或风电场控制装置。场调节器能够与此相关地根据该传输的状态改变执行的调节器的至少一个特性。就此而言，在此通过根据上述实施方式的至少一个的方法的实施方案来实现或实施方法。特别地，风能设备设置用于：与根据对此的上面描述的实施方式的风电场调节模块通信，并且此外或替选地与根据上面对此描述的实施方式的风电场控制装置通信。此外或替选地，风能设备设置用于：在根据一个实施方式的上述风电场中运行。
附图说明
现在，在下文中根据实施例参考所附的附图示例性详细阐述本发明。
图1示出风能设备的立体图。
图2示出风电场的示意图。
图3示出根据一个实施方式的调节结构。
图4示出功率特征曲线图以说明本发明。
图5示出根据另一实施方式的调节结构。
图6示例性地示出结构图中的PI调节器，以阐述可行的参数化。
图7示出根据一个实施例的示例性的结构图，以选择调节结构。
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上设置有转子106，所述转子具有三个转子叶片108和导流罩110。转子106在运行时通过风置于旋转运动从而驱动吊舱104中的发电机。
图2示出具有示例性三个风能设备100的风电场112，所述风能设备能够是相同的或不同的。因此，三个风能设备100代表风电场112的基本上任意数量的风能设备。风能设备100经由电场网络114提供其功率，即尤其所产生的电流。在此，将各个风能设备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变换，以便随后在馈入点118处馈入供应网络120中，所述馈入点也通常称作为PCC。图2仅是风电场112的简化图，所述简化图例如未示出控制装置，尽管控制装置当然存在。例如，场网络114能够不同地构成，在其中例如也在每个风能设备100的输出端处存在变压器，以便仅列举一个另外的实施例。
图3在调节结构中说明风电场1所提出的调节构造。风电场1基本上形成风能设备2和内部场网络4，所述内部场网络除了传输导线之外也能够包含网络扼流圈和变压器。但是，最后，调节结构的下面还阐述的元件能够视作为风电场1的一部分。最后，场调节器也是风电场1的一部分。
在任何情况下都提出：将有功和无功功率在网络连接点6处馈入到电供应网络8中，所述电供应网络简化地也能够称作为网络。
该网络连接点6处的测量值、尤其电压U、馈入的有功功率P和馈入的无功功率Q能够借助测量装置10检测。所述测量值能够输送给比较点12，在所述比较点处将理论-实际值比较与在那里输入的参考变量14比较，所述参考变量通常用w表示。结果是通常也用e表示的调节误差16。参考变量14和相应地调节误差16在此示例性地作为变量示出，但是其也能够分别涉及多个变量，例如能够设有两个参考变量，即用于要馈入的有功功率P的参考变量和用于要馈入的无功功率Q的参考变量。
调节误差16输入到调节模块18中，所述调节模块包含至少一个调节器。对于两个参考变量的实例，即有功功率P和无功功率Q，在此能够包含两个调节器。所述调节器或所述多个调节器于是(分别)包含相应的调节误差作为输入变量，并且分别输出控制变量20，所述控制变量也能够用字母u表示。为了输出，调节模块18具有输出模块22，所述输出模块能够构成为风能设备数据总线模块并且能够与通信模块24通信。这种通信模块24能够存在于风能设备2的每个风能设备处。所述通信模块也能够称作为风能设备端口。
现在提出：也能够称作为风电场调节模块的调节模块18从风能设备2获得至少一个场状态。这在图3中绘制为场信号26，至少一个场状态借助所述场信号返回给调节模块18。具有至少一个场状态的所述场信号26在此由风能设备2、尤其由至少一个通信模块24输出回给调节模块18的输出模块22。就此而言，输出模块22形成调节模块18的状态输入端。通信模块24因此不仅能够工作以记录控制变量20，而且也沿另一方向输出数据。同样地，输出模块22不仅输出一个或多个控制变量20，而且也能够接收或继续处理一个或多个场状态。
于是，进行至少一个场状态的继续处理，使得至少一个包含在调节模块18中的调节器的参数化被改变并且此外或替选地其结构被改变。输出模块22或调节模块18的另外的部分能够执行该改变。
也通过场信号26返还的至少一个场状态能够首先是风能设备2的状态，所述风能设备根据图3包含所述通信模块24。但是，也考虑：风能设备记录环境条件，并且经由所述场信号26或以其他方式传输给调节模块18。
在此，场信号26的传输也代表其他变量的输入，所述其他变量不直接地源自风能设备2。例如属于此的是：在风电场中是否存在STATCOM设备或存在多少STATCOM设备。就此而言，所述通信模块24也代表多个通信模块。特别地，每个风能设备2能够具有自身的通信模块24。就该意义而言，风电场中的另外的元件，如所提到的STATCOM设备或还有蓄电池能够具有这种通信模块。
也能够通过输出模块22自身执行第一评估，所述输出模块获得所述场信号或多个场信号26。例如考虑：场中的全部元件，即尤其全部风能设备还有其他的附加设备，如STATCOM设备或蓄电池将关于代表性示出的场信号26的内容方面的信息传输给调节模块18。从所述设备传输这种信息的事实中，输出模块22也能够识别：多少并且何种元件、即何种设备传输这种数据。相应地，输出模块22由此也能够确定场中的相关仪器、元件或设备的数量，并且相应地继续处理或在调节模块18之内转发。
就此而言也考虑：尤其涉及内部的场网络的特性的被控对象4同样将就场信号26意义而言的信息传输给调节模块。对此，例如能够在内部场网络中或其上设有测量单元，所述测量单元能够具有通信模块24。
被控对象4尤其经受电压变化，连接的消耗器变化和其阻抗的尤其其虚部X和其实部R的变化。这种信息能够经由场信号作为场状态交还给调节模块18。所述变量的影响作为干扰性影响28表示为到被控对象4中的影响箭头。
作用于风能设备2上的干扰变量30同样经由这种影响箭头表示。因此，通过至少一个场状态经由场信号26反馈来以所提出的方式匹配调节模块18中的至少一个调节器，也能够考虑对风能设备的这种干扰变量30，还考虑对被控对象的干扰影响28。对风能设备的干扰变量30首先是风，尤其风速、风向的变化或阵性的不同的出现。
此外，图3的调节结构具有设定值装置32。所述设定值装置能够预设参考变量14。对此，其能够评估外部输入的不同的预设，从中进行选择和/或执行优先化。为此，外部预设34尤其可以通过电供应网络8的运营商预设并且相应地输入到设定值设备32中。但是还考虑经由SCADA系统36的输入，特别是通过维护人员进行的输入。也可以考虑外部输入的其他可行性，这在此用方框38表示。
因此，控制模块18的，特别是其中包含的调节器的调节能够为了调节有功功率P和无功功率Q，可以首先以简单的方式和方法进而也以可靠的方式和方法初始化或投入运行。对此，仅需要评估作为场信号26输入到输出模块22中的信号。此外，经由此也能够将调节匹配于场中的变化的条件。
图4示出功率特征曲线P的图以进一步说明本发明。在此，关于风速VW绘制功率P还有功率常数CP。图4尤其能够说明：根据存在的风速VW能够产生不同大小的功率。但是这也表示：相关的风能设备能够不同动态地对变化做出反应。
因此，所基于的发明的另一方面在于：因为通过自适应的调节器取代静态调节器，改进了用于风电场的有功功率调节器。该自适应的调节器识别风电场的不同的工作点或风电场中的其他的部件，并且匹配于条件。在此，所述自适应的调节器能够保持其结构并且通过参数匹配，或者甚至根据工作点改变调节器类型或调节器结构，例如从PID调节器改变成PI调节器。也考虑：为调节器偏差接入附加的滤波模块。
在此的考虑是：风能设备的功率提供的动态或功率输出与风相关。根据图4的功率曲线P可见：风能设备的最大功率与风速相关。
在该曲线处能够理解示例性的考虑：对于应达到P＝1200kW的工作点的情况，与在风能设备处存在9m/s的风速相比，如果风速为15m/s，这可以更快地实现。在此，这基本上涉及：尽可能快地将气动转子加速到所需的转速。如果设备处的风速比所需更大，则这更快地进行。
如果充分已知风电场之内的风况，则所述信息通常能够共同流到调节器中进而产生更好的调节性能。同样地，也能够识别另外的方面，如阵风，并且调节器共同处理所述信息。在此，基于如下认识：在这种运行工作点中，风能设备本身的功率调节引起更大的功率波动，即由于内部的调节器、特别是转速、功率-和桨距调节所引起。如果例如存在相对保持不变的风，这则不会出现或少量出现。根据一个提议，对此提出：平滑风电场调节器的输出变量，以便风电场调节器的附加的激励也不影响风能设备的功率调节。就此而言，因此可以提出经由滤波器作为补充元件来实现的方案。就此而言，这种滤波器可以为调节器的补充或改变。
图5示出了根据另一实施方式的调节结构。在该调节结构50中，首先预设外部预设，特别是有功功率PSoll的、无功功率QSoll的、电压大小USoll的和相位角PhiSoll(或φsoll)的设定值。特别地，最后四个变量可以包含在无功功率预调节器54中，所述无功功率预调节器可以包括Q调节器，U调节器，Phi调节器(或φ调节器)，Q(dU)调节器和Q(P)调节器。
然后，所述无功功率预调节器54的结果可以输入到无功功率工作点调节器56中。有功功率设定值PSoll同样可以以类似的方式和方法直接流到无功功率工作点调节器58中。借此实现：所设的有功功率PSoll以及所设的无功功率QSoll不直接作为设定值切换到有功功率调节器68或无功功率调节器66。类似于无功功率工作点调节器56和有功功率工作点调节器58，还设有各种其他辅助调节器60，所述辅助调节器涉及不同的其他的变量。属于此的是：风电场的可能的停住(风电场停止)，考虑最大有功功率(Pmax风电场)，频率相关的功率调节(P(f)调节)，功率变化的调节(dP/dt调节)以及视在功率限制(视在功率限制P(S))。所述辅助调节器60最终涉及有功功率调节。所述有功功率调节作用于有功功率块61，所述有功功率块是管理块64的一部分。然后，所述有功功率块61将有功功率设定值输入到真正的有功功率调节器68中。就此而言，所述有功功率调节器68是如下调节器，所述调节器根据图3的结构设置在调节模块18中。因此，有功功率调节器68可以是风电场调节模块18的一部分。然后，所述有功功率调节器68将有功功率工作点Pset输出给风能设备。
结构类似地，对无功功率预设设有辅助调节器62，所述辅助调节器涉及相对于时间的无功功率变化(dQ/dt)，也涉及视在功率限制(视在功率限制P(S))和场平面上的PQ曲线的限制(场平面上的PQ曲线(Q极限))。所述辅助调节器62与无功功率工作点调节器56一起作用于无功功率块63，所述无功功率块同样是管理块64的一部分。无功功率块63然后将设定值直接传递给无功功率调节器66。无功功率调节器66将无功功率工作点Qset输出给风能设备。
为了改进现在提出：将来自风电场的信息作为场状态76和78传回无功功率调节器66或有功功率调节器68。所述场状态76和78也可以是相同的。在任何情况下，现在在此提出：有功功率调节器68与场状态78相关，能够与此相关地改变其参数化和/或结构。以相同的方式提出：无功功率调节器66可以根据场状态76而改变。对于所述无功功率调节器，也考虑参数化和结构的变化。由此，可以实现这两个调节器良好地匹配于场中的情况，并且特别也匹配于场中的情况的变化。
此外，提出参数化模块70，所述参数化模块同样获得场状态，这在此未示出。根据这种场状态，参数化模块70可以自主地为无功功率预调节器以及无功功率工作点调节器56，有功功率工作点调节器58和辅助调节器60和62执行参数化，必要时还有结构化或选择选项。此外，可以为管理块64设有参数化，结构改变或选项选择。因此，在此也可以实现：尤其在场或场计算机开始运转时能够通过该参数化模块70自动地或大范围自动地执行调节器结构的实施。这不仅简化了运转，而且还避免了误差。
图6说明PI调节器的结构。在此，基本上以已知的方式示出PI调节器，所述PI调节器可以通过比例常数KP和积分常数KI来描述。所述PI调节器的输入端通常形成误差e，并且所述PI调节器输出控制变量u作为输出变量。为了参数化可以调整这种参数。例如，仅可作为示例性的实例理解的是：能够将积分常数KI计算作为标称常数或基本常数KI0与风电场PPA的可用额定功率和风电场PPN的额定功率的商的乘积。
就此而言，图6示出参数改变的一个示例，并且图7示出结构改变的一个示例，即如何实现所述参数/结构改变。图7的这种结构为了阐述而简化地示出。图7也基于调节器，所述调节器获得调节误差e作为输入并输出控制变量u。作为真正的调节器，在此设有三个实例块，即简化称作为PI的PI调节器，简化称作为PT1的PT1调节器和简化称作为PID的PID调节器。
这三个调节器PI、PT1和PID中分别仅一个是有效的。为此，借助具有两个单独的同步的部分切换块的切换设备80可以在这三个示例性的调节器和另外的调节器之间进行切换。例如，所述调节器能够根据风电场中可用的风能设备的数量来切换。对此，示例性地可用风能设备的数量的值用变量i标识。该变量i可以假设从1到n的值，其中n对应于场中的风能设备的最大数量。只有在场中没有风能设备是有效的并且任何调节器选择于是都无意义时，理论上，i也可以假设值为0。
在任何情况下假设，可用的风能设备的数量i可以是从1到n，并且在此提出：切换设备80根据可用的风能设备的数量i在这些调节器之间切换。当然，这种切换也可以在过程计算机中进行。因此，还可行的是：根据风电场的状态，在图7中以多个可用的风能设备为例图示，选择或改变不同的调节器结构。进行实现使得存储这种不同的调节器以供选择。

Claims (12)

1.一种用于调节具有多个风能设备(2)的、在网络连接点(6)处馈入到电供应网络(8)中的风电场(1)的方法，所述方法包括如下步骤：
-设置风电场调节模块(18)和用于产生至少一个控制变量(u)的至少一个调节器(66，68)，
-在控制变量输出端处输出所述至少一个控制变量(u)，以传输给所述风能设备(2)，
-分别记录所述风电场(1)、其风能设备(2)和/或环境条件的至少一个状态作为场状态，
-借助于调节器设定装置(80)根据至少一个所记录的场状态改变或预设所述至少一个调节器(66，68)的至少一个特性，其特征在于，
-所述场状态在所述风电场调节模块(18)的状态输入端(22)处考虑作为执行器的风能设备的变化，其中所述场状态在所述风电场调节模块(18)的状态输入端(22)处考虑作为执行器的风能设备的变化作为场信号(26)，至少一个场状态借助所述场信号返回给所述风电场调节模块(18)，
-在风电场调节模块(18)的调节误差输入端处输入至少一个调节误差(e)，
-借助于至少一个调节器(66，68)根据所述至少一个调节误差(e)产生至少一个控制变量(u)，其中
-在首次开始运转之前改变或预设所述至少一个调节器(66，68)的至少一个特性，其中根据至少一个所记录的、考虑作为执行器的风能设备的变化的场状态，
-预设或改变所述至少一个调节器(66，68)的参数化，并且此外
-预设或改变所述至少一个调节器(66，68)的结构，其中为了预设或改变调节器结构，在存储的调节器结构之间进行选择，并且
其中为了在所述风电场调节模块(18)的调节误差输入端处输入至少一个调节误差(e)，
所述网络连接点处的网络电压(U)，在所述网络连接点处馈入的有功功率(P)和/或在所述网络连接点处馈入的无功功率(Q)中的至少一个的设定值和实际值之间的偏差被处理作为所述至少一个调节误差(e)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述状态输入端(22)构成为输出模块，所述输出模块不仅输出所述控制变量(u)或多个控制变量(20)，而且也能够接收和继续处理一个或多个场状态，并且然后进行所述至少一个场状态的继续处理，使得包含在所述风电场调节模块(18)中的所述至少一个调节器(66，68)的参数化被改变并且此外或替选地其结构被改变。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述风电场调节模块(18)的状态输入端(22)处记录列表中的至少一个状态作为所述风电场(1)的场状态，所述列表由如下状态组成：
-安装在所述风电场(1)中的风能设备(2)的数量，
-每个风能设备(2)的额定有功功率，
-每个风能设备(2)的额定无功功率，
-存在于所述风电场(1)中的STATCOM设备的数量和特性，
-存在于所述风电场(1)中的蓄电池的数量和特性，
-内部的场网络(4)的传输特性，和
-每个风能设备(2)的有功和无功功率关联。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述风电场调节模块(18)的状态输入端(22)处记录列表中的至少一个状态作为至少一个风能设备(2)的场状态，所述列表由如下状态组成：
-每个风能设备(2)关于当前能馈入的有功电流的可用性，
-每个风能设备(2)关于当前能馈入的无功电流的可用性，
-每个风能设备(2)关于由如下信息构成的列表中的至少一个信息的当前的运行状态：
-当前馈入的有功功率(P)，
-当前能馈入的有功功率(P)，
-当前馈入的无功功率(Q)和
-当前能馈入的无功功率(Q)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述风电场调节模块(18)的状态输入端(22)处将列表中的至少一个状态记录为环境条件的场状态，所述列表由如下状态组成：
-在所述风能设备(2)的至少一个处的当前的风速(VW)，
-在所述风能设备(2)的至少一个处的当前的风向，
-在所述风能设备(2)的至少一个处的风的当前的阵性，
-在所述风能设备(2)的至少一个处的风的当前的空气密度，
-在所述风能设备(2)的至少一个处的风的当前的空气湿度，和
-在所述风能设备(2)的至少一个处的风的当前的温度。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
-根据在所述风电场调节模块(18)的状态输入端(22)处所述风电场(1)的场状态预设或改变所述至少一个调节器(66，68)的结构，并且此外或替选地
-根据在所述风电场调节模块(18)的状态输入端(22)处所述风能设备(2)的场状态预设或改变所述至少一个调节器(66，68)的参数化，并且此外或替选地
-根据在所述风电场调节模块(18)的状态输入端(22)处环境条件的场状态预设或改变参数化，并且此外或替选地预设或改变所述至少一个调节器(66，68)的结构。
7.一种用于调节具有多个风能设备(2)的、在网络连接点(6)处馈入到电供应网络(8)中的风电场(1)的风电场调节模块(18)，所述风电场调节模块被适配用于执行根据权利要求1或2所述的方法，所述风电场调节模块包括
-控制变量输出端，在所述控制变量输出端处输出至少一个控制变量(u)，以传输给所述风能设备(2)，
-至少一个调节器(66，68)，以用于产生至少一个控制变量(u)，
-状态输入端，以分别记录所述风电场(1)、其风能设备(2)和/或环境条件的至少一个状态作为场状态，
-调节器设定装置，以根据至少一个所记录的场状态改变或预设所述至少一个调节器(66，68)的至少一个特性，
其特征在于，
-所述场状态在所述风电场调节模块(18)的状态输入端(22)处考虑作为执行器的风能设备的变化，其中所述场状态在所述风电场调节模块(18)的状态输入端(22)处考虑作为执行器的风能设备的变化作为场信号(26)，至少一个场状态借助所述场信号返回给所述风电场调节模块(18)，
-调节误差输入端，在所述调节误差输入端处输入至少一个调节误差(e)，其中
-所述至少一个调节器(66，68)被适配用于用于根据至少一个调节误差产生至少一个控制变量(u)，和
-在首次开始运转之前，所述调节器设定装置被适配用于改变或预设至少一个调节器(66，68)的至少一个特性，其中根据至少一个所记录的、考虑作为执行器的风能设备的变化的场状态，
-预设或改变所述至少一个调节器(66，68)的参数化，并且此外
-预设或改变所述至少一个调节器(66，68)的结构，其中为了预设或改变调节器结构，在存储的调节器结构之间进行选择，并且
其中为了在所述风电场调节模块(18)的调节误差输入端处输入至少一个调节误差(e)，
所述网络连接点处的网络电压(U)，在所述网络连接点处馈入的有功功率(P)和/或在所述网络连接点处馈入的无功功率(Q)中的至少一个的设定值和实际值之间的偏差被处理作为所述至少一个调节误差(e)。
8.根据权利要求7所述的风电场调节模块(18)，其特征在于，所述状态输入端(22)构成为输出模块，所述输出模块不仅输出所述控制变量(u)或多个控制变量(20)，而且也能够接收和继续处理一个或多个场状态，并且然后进行所述至少一个场状态的继续处理，使得包含在所述风电场调节模块(18)中的所述至少一个调节器(66，68)的参数化被改变并且此外或替选地其结构被改变。
9.一种风电场控制装置，其设置用于控制具有多个风能设备(2)的、在网络连接点处馈入到电供应网络中的风电场(1)，所述风电场控制装置包括：
-测量输入端，以记录至少一个测量信号，
-设定值装置(32)，以预设至少一个设定值，
-权利要求7的风电场调节模块(18)，以产生用于所述风能设备(2)的至少一个控制变量(u)，和
-状态输入端(22)，以记录所述风电场(1)、其风能设备(2)和/或环境条件的状态作为场状态，所述场状态在所述风电场调节模块(18)的状态输入端(22)处考虑作为执行器的风能设备的变化，其中
所述风电场控制装置具有调节器设定装置(80)，以根据至少一个所记录的场状态改变或预设所述风电场调节模块的至少一个特性。
10.一种风电场(1)，其具有多个在网络连接点(6)处馈入到电供应网络(8)中的风能设备(2)，所述风电场包括：
-根据权利要求7所述的风电场调节模块(18)，或
-根据权利要求9所述的风电场控制装置。
11.一种风能设备(2)，其包括
-气动转子，与用于从风中产生电功率的发电机耦联，
-具有电流输出端的逆变器单元，用于产生电流和用于在电流输出端处输出以馈入到电供应网络(8)中，
-连接机构，以用于将所述逆变器单元电连接到风电场(1)的内部的场网络(4)上，以便将所产生的电流经由所述场网络在网络连接点处馈入所述电供应网络中，和
-通信模块(24)，以与权利要求7的风电场调节模块(18)或权利要求9的风电场控制装置通信，以便由所述风电场调节模块(18)或风电场控制装置接收和执行控制变量，其中
-所述风能设备(2)还设置用于：将所述风能设备(2)的状态经由所述通信模块(24)传输给所述风电场调节模块(18)或风电场控制装置，以便为所述风电场调节模块(18)或风电场控制装置实现：根据所传输的状态改变所述风电场调节模块(18)或风电场控制装置的调节器(66，68)的至少一个特性。
12.根据权利要求11所述的风能设备(2)，其特征在于，
其设置
-用于在根据权利要求10所述的风电场(1)中运行。
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