CN109416020B - 具有多个风力涡轮发电机和发电厂控制器的风力发电厂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操作风力发电厂的方法，该风力发电厂根据有功功率基准给公用电网供电，该风力发电厂包括多个风力涡轮发电机和设置成给多个风力涡轮发电机中的每一个的风力涡轮机控制器发送有功功率设定点的发电厂控制器，该方法包括以下步骤：通过削减多个风力涡轮发电机中的至少一些所述风力涡轮发电机，以低于风力发电厂的标称有功功率的有功功率基准操作风力发电厂；确定被削减的风力涡轮发电机中的每个的功率能力；定义第一组，该第一组包括功率能力高于功率能力限制的风力涡轮发电机；定义第二组，该第二组包括功率能力低于功率能力限制的风力涡轮发电机；通过降低第一组中的风力涡轮发电机的有功功率设定点并增加第二组中的风力涡轮发电机的有功功率设定点来使被削减的风力涡轮发电机的削减量均等。

Description

具有多个风力涡轮发电机和发电厂控制器的风力发电厂
技术领域
本发明涉及具有多个风力涡轮发电机和带有调度器(dispatcher)的发电厂控制器的风力发电厂。
背景技术
在电力公用电网中，消费者通常可以不受控制地消耗电力。由于几乎没有任何能量存储在电网中，所以不可能在产出的功率和消耗的功率之间存在不平衡。因此，瞬时功率产出量应与瞬时功耗相匹配。由于常规同步发电机加速，过量发电导致电网频率增加超过标称值(例如50或60Hz)，而由于常规同步发电机接下来将减速，过量消耗将导致电网频率降低超出标称值(例如50或60Hz)。
为了使电网频率稳定，通常约10％的发电装置作用于所谓的“主功率控制”。这些还被称为“主控制器”的发电装置在频率降低至标称值以下时增加功率输出，并且在频率升高至标称值以上时降低功率输出。
风力涡轮发电机(WTG)可用于给电力公用电网提供能量。风力涡轮发电机有时被称为风力涡轮机(WT)。多个WTG可以形成风力发电厂(WPP)，其还被称为风电园区或风电场。
作为风力发电厂(WPP)控制器运行的发电厂控制器(PPC)生成所有WTG的适当的有功功率设定点，以便允许发电厂有功功率遵循发电厂级别上的某个有功功率基准。PPC的生成所有WTG的有功功率设定点的部分称为调度器。调度器协调所有种类的控制模式，例如，频率控制模式、有功功率削减模式、有功功率快速降额控制模式等。
因此，非常有意义的是提供控制风力发电厂的方法，该方法通过将适当的有功功率基准选择和调度给WPP中的多个风力涡轮发电机来确保改进的控制模式，所以发电厂的总计有功功率与有功功率基准匹配。此外，提供一种对所请求的有功功率的改变做出快速反应的风力发电厂是有意义的。
发明内容
提供本发明内容是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。
本发明中描述的调度策略具有的好处是发电厂级有功功率高精度地遵循发电厂有功功率基准。这样做是为了满足传输系统运营商的(TSO的)电网集成要求(GIR)。由于风对于每个单独的WTG是变化的，且因此不同地分别影响每个WTG的功率输出，所以满足GIR可能是困难的。
第一方面涉及用于操作风力发电厂的方法，该风力发电厂根据有功功率基准给公用电网供电，该风力发电厂包括多个风力涡轮发电机和被设置成给多个风力涡轮发电机中的每一个的风力涡轮机控制器发送有功功率设定点的发电厂控制器，该方法包括以下步骤：
-通过削减多个风力涡轮发电机中的至少一些风力涡轮发电机，以低于风力发电厂的标称有功功率的有功功率基准操作风力发电厂，
-确定被削减的风力涡轮发电机中的每个的功率能力，
-定义第一组，该第一组包括功率能力高于功率能力限制的风力涡轮发电机，
-定义第二组，该第二组包括功率能力低于功率能力限制的风力涡轮发电机，
-通过降低第一组中的风力涡轮发电机的有功功率设定点并增加第二组中的风力涡轮发电机的有功功率设定点来使被削减的风力涡轮发电机的削减量均等。
第一方面的一个实施方式确定被削减的风力涡轮发电机中的每个的功率能力包括：
-计算正功率能力，其是可能功率与产出功率之间的差，和/或
-计算负功率能力，其是最小功率与产出功率之间的差。
第一方面的一个实施方式是在使被削减的风力涡轮发电机的削减量均等的步骤之前设定常数，以确保在一次分派器迭代中，仅功率能力的由该常数乘以功率能力所定义的部分被均等。
第一方面的一个实施方式是通过分派器迭代中的均等限制值来限制有功功率设定点的降低或增加。
在一个实施方式中，限制有功功率设定点的降低或增加的步骤被设定为均等限制值和功率能力的部分之中的最小值。
第二方面涉及一种风力发电厂，其具有多个风力涡轮发电机和设置成与多个风力涡轮发电机通信的发电厂控制器，其中
-多个风力涡轮发电机中的每个风力涡轮发电机与风力涡轮机控制器相关，风力涡轮机控制器被设置成根据从风力发电厂控制器接收的有功功率设定点来控制其相关风力涡轮发电机中的有功功率输出；
-风力发电厂根据有功功率基准给公用电网供电；
-风力发电厂的有功功率基准低于风力发电厂的标称有功功率，使得多个风力涡轮发电机中的至少一些风力涡轮发电机被削减，
-被缩减的风力涡轮发电机中的每个都具有功率能力，
-被缩减的风力涡轮发电机组成，
·第一组，该第一组包括功率能力高于功率能力限制的风力涡轮发电机，或
·第二组，该第二组包括功率能力低于功率能力限制的风力涡轮发电机，以及
-风力涡轮机控制器被设置成通过降低第一组中的风力涡轮机发电机的有功功率设定点并增加第二组中的风力涡轮机发电机的有功功率设定点来使被削减的风力涡轮发电机的削减量均等。
本发明的各个方面可以各自与任何其它方面组合。通过以下参考所述实施方式的描述，本发明的这些和其它方面将变得明显。
通过结合附图参考以下详细描述，将更容易理解同时更好地理解任何伴随特征。如对技术人员明显的是，优选特征可以适当地组合，并且可以与本发明的任何方面组合。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述根据本发明的风力发电厂及其方法。附图示出了实现本发明的一种方式，并且不应被解释为限于落入所附权利要求集的范围内的其它可能的实施方式。
图1示出了根据本发明的风力涡轮发电机。
图2示出了调度器的实施方式。
图3示出了具有均等的削减量的曲线。
图4示出了WTG的排序。
图5示出了基准改变分享优先次序。
具体实施方式
本发明的实施方式涉及具有多个风力涡轮发电机(例如，变速风力涡轮发电机)的风力发电厂。多个风力涡轮发电机(WTG)可以形成风力发电厂(WPP)。风力发电厂试图从所有风力涡轮发电机产出总计功率，并试图确保在公共耦联点(PCC)处的测量功率(P_measurement)等于PCC处的期望功率(P_reference)。这通过将单独或共同的功率设定点调度给每个WTG来完成的。换句话说，PPC接收用于WPP的具体输出功率的请求，并且通过测量PCC处的功率，PPC可以确定它是否满足请求。如果不满足，则PPC改变WTG的功率设定点值。
发电厂控制器(PPC)为WTG生成有功功率设定点的方式是PPC内最重要的控制功能之一。如图2所示，通过使用调度策略，PPC有功功率调度器将发电厂级有功功率基准分成用于每个WTG的不同有功功率设定点(Psetpoint_WTG1...WTGn)。这些设定点对于WPP中的每个WTG可以是不同的，或者对于WPP中的两个或更多个WTG可以是相同的。
从整个风力发电厂的角度来看，WTG充当用于有功功率(P)控制的致动器。当风况允许时，WTG以某个升降速率(ramp rate)接近由有功功率调度器生成的WTG设定点。然而，如果风况阻止WTG产出所请求的有功功率产出量，则调度策略需要足够鲁棒以调整有功功率设定点。因此，调度策略还可以利用每个WTG的不同风况。通过这样做，允许具有高可用功率的WTG产出更多功率以补偿具有低可用功率的WTG。在PPC调度器和WPP电力系统之间使用WTG作为执行器的协调如图2所示。
调度器的目的是确保尽可能快地(例如从传输系统运营商(TSO))输送所需功率，这适用于有功功率基准的增加和降低两者。因此，调度器的目标可以被视为用于控制功率升降速率的方法。
现有技术的一个问题是用于逐个样本地使WTG设定点均等的设计原理。现有技术的使设定点均等的原理存在以下问题：
a)使设定点均等导致低风力涡轮机以可能功率运行，而高风力涡轮机将被削减。这将导致损失并且降低风电场响应其中发电量需要增加的阶跃变化的能力，这是因为已经以可能功率发电的涡轮机将不能执行发电量的增加。
b)当风电场被削减并且一个或多个风力发电机组退出降额(例如由于单个WTG降额或馈线限制)或从暂停模式释放时，其余WTG将减少功率以维持发电厂的有功功率设定点。由于这些WTG通常在(多个)WTG退出削减之前达到设定点，因此可能会出现功率下降。
c)当启动WPP并且当涡轮机从暂停模式变为运行模式时，在几个涡轮机运行之后，将计算过高的设定点以用于连续的涡轮机开始发电。此时，将需要减少发电运行的涡轮机，同时新的涡轮机正在加速以满足平均设定点。由于与启动的加速的WTG相比，运行的WTG可能会进一步减速，因此可能发生过冲。
在一个方面中，调度器基于一组权重因子将有功功率设定点传送给WTG。
在一些实施方式中，调度器使用来自风力发电厂内的风力涡轮发电机的第一子集的剩余可用功率来补偿风力涡轮发电机的第二子集中的功率不足，从而将WPP功率输出调节到期望值。
换句话说，可以控制风力涡轮发电机的第一子集以便补偿风力涡轮发电机的第二子集中的波动，总体目标是确保来自风力发电厂的总功率输出的期望值。
图1示出，示例性变速风力涡轮发电机(WTG)1是风力发电厂(WPP)2的多个风力涡轮发电机中的一个。其具有转子3，转子3具有轮毂，例如三个叶片4安装到该轮毂。转子叶片4的桨距角可通过桨距致动器而改变。转子3由机舱5支撑，并经由主轴8、齿轮箱10和高速轴11驱动发电机12。该结构是示例性的；其它实施方式例如使用直接驱动发电机。
发电机12(例如，感应或同步发电机)产出频率与转子3的转速相关的电输出功率，该电输出功率通过转换器19转换成电网频率(例如，大约50或60Hz)。由此产出的电力的电压由变压器9加压转换。变压器9的输出部是风力涡轮发电机的端子9a。来自风力涡轮发电机1和来自风力发电厂2的其它风力涡轮发电机(WT2...WTn)的电力被馈送到风力发电厂电网18中(在图1中用“a”表示)。风力发电厂电网18在公共耦联点21和可选的其它升压变压器22处连接到风力发电厂外部的电力公用电网20。电网20可以具备针对电网频率波动的调节能力，例如，以传统发电装置的形式，其可以在短时间内增加和降低发电量以控制频率。
控制系统包括风力涡轮机控制器13和风力发电厂控制器(PPC)23。风力涡轮机控制器13控制单独的风力涡轮发电机1的运行，例如，基于当前风速选择满载运行模式或部分负载运行模式。在部分负载模式中，通过调节叶片角度并将叶尖速度比控制在当前风速下的空气动力学最佳值，风力涡轮发电机在最佳工作点处运行，并且根据发电厂控制器23的指示(例如，提供一定量的有功功率和/或除有功功率之外还提供一定量的无功功率的指令等)控制转换器19产出电力。风力涡轮机控制器13使用不同的输入信号来执行其控制任务，例如表示当前风况的信号(例如，来自风速计14和风向标15的信号)，代表桨距角、转子位置、发电机12和端子9a处的电压和电流的幅值和相的反馈信号等，以及来自风力发电厂控制器23的命令信号。发电厂控制器23接收表示公共耦联点21处的电压、电流和频率的信号(可以被认为是表示公用电网20中的电压、电流和频率的参数)，并接收来自TSO或其它运营商的信息、要求或命令信号(在图1中的“c”处)。基于这些中的一些以及可选的其它输入参数，发电厂控制器23监测电网20，并且在监测到不符合来自TSO的命令或不符合任何其它电网要求时，PPC 23可以(在图1中的“b”处)命令风力涡轮发电机1的风力涡轮机控制器13和风力发电厂2的其它风力涡轮发电机的风力涡轮机控制器13改变所供应的输出功率的运行。在接收到这种命令时，风力涡轮机控制器13可以例如通过调节叶片桨距角来调节功率输出，以符合风电场控制器的命令。因此，在图1的示例性实施方式中，控制系统的控制任务是确保符合TSO电网集成要求。在其它实施方式中，该控制任务仅由风力涡轮机控制器13执行；在这些实施方式中，“控制系统”仅由风力涡轮机控制器13表示，而没有发电厂控制器23。在这些实施方式中，可以说风力涡轮机控制器13掌管PPC 23的功能。
尽管期望图1所示的风力涡轮发电机1具有三个叶片4，但应注意，风力涡轮发电机可具有不同数量的叶片。具有两到四个叶片的风力涡轮发电机是常见的。当转子3绕水平轴线旋转时，图1中所示的风力涡轮发电机1是水平轴风力涡轮机(HAWT)。应注意，转子3可绕竖直轴线旋转。这种其转子绕竖直轴线旋转的风力涡轮发电机被称为竖直轴风力涡轮机(VAWT)。此后描述的实施方式不限于具有3个叶片的HAWT。它们可以在HAWT和VAWT中实现，并且在转子3中具有任意数量的叶片4。
图2举例说明了调度器内的计算模块的布置结构。可以看出，所公开的调度器是PPC的一部分。调度器接收发电厂级P基准，在有功功率调度器模块中基于多个状态反馈信号Pavailable_WTG1...WTGn计算有功功率设定点PsetpointWTG1...WTGn。其中Pavailable_WTG是在给定时间处、基于当前风速和限制WTG发电的其它参数计算出的、可从具体WTG获得的有功功率，并且因此，电力系统的可用有功功率是所有WTG的总计Pavailable_WTG1...WTGn。WTG的实际发电量(产出功率)Pproduction_WTG1...WTGn被馈送到馈线，该馈线经由变压器连接到公共耦联点(PCC)。在PCC处，通过功率计测量总计有功功率产出量。测量出的有功功率(P measurement)被传送到PPC。在整个说明书中，有功功率基准用于风力发电厂的所需功率，而有功功率设定点用于单独WTG的所需功率。
给电网供电的风力涡轮发电机(例如，变速风力涡轮发电机)可具备对电网频率和有功功率波动的调节能力。“电力网”或“电网”是在风力发电长的边界和公共耦联点之外的公用电网；当提及风力发电厂内的电网时，采用明确指示风力发电厂的表达，例如“风电园区电网”。
由于本文处理有功功率而不是无功功率，因此有功功率简称为“功率”或“输出功率”。在提到无功功率的情况下，它被明确地称为“无功功率”。虽然权利要求涉及有功功率，但这也暗示地意味着无功功率基准、电压或频率的改变(或其它改变)可以根据情况而导致有功功率基准的改变，因为这些测量值是链接的。
根据实施方式的风力涡轮发电机能够产出的输出功率具有上限，例如，这是由于风力涡轮发电机的电转换器中的结构限制和电流限制。该功率量被称为“标称功率”。足以使风力涡轮发电机产出标称功率的风速被称为“标称风速”。当根据实施方式的风力涡轮发电机在高于标称风速的风速下运行时，可用风能的仅一部分被转换成对应于标称功率的电输出功率。例如，通过使转子-桨距角朝向所谓的标记位置(flag position)逐渐改变来实现这种功率产出量的减少。换句话说，风力涡轮发电机故意不以最佳效率运行。在一些实施方式中，风力涡轮发电机也以次优的叶尖速度比运行，以降低结构负载。
相反，在以部分负载运行期间，在低于标称风速的风速下，根据实施方式的风力涡轮发电机以最佳效率运行。这意味着它以空气动力学上最佳的叶片桨距角和叶尖速度比运行。
关于发电厂的控制(由PPC执行)，有几个因素能够对PPC的有功功率调度产生负面影响，从而妨碍对WPP的准确控制。例如，即使风速足够高以满足所需发电量，每个WTG也不一定能够遵循有功功率设定点。这可能是由于涡轮机中的具体状况，诸如：WTG反馈信号的通信延迟与PPC有功功率控制回路时间(loop time)之间的可比性问题、WTG生成的WTG反馈信号的不准确性、以及WTG的启动持续时间的不确定性。由于这些问题，PPC的有功功率控制遇到了重大挑战。因此，在考虑这些问题的前提下，有功功率调度策略已经得到关注和发展。
在P_reference发生改变的实施方式中，例如，WPP需要输送更多或更少的功率。接下来，PPC需要给WTG调度新的功率设定点以符合所需功率。
在P_reference增加的情况下，使WTG基于总计P_available通过权重因子有助于增加功率，该权重因子基于WTG可用功率与整个发电厂的可用功率之间的关系。
在P_reference减小的情况下，使WTG基于P_produced通过权重因子减小其对WPP输出的作用，该权重因子基于WTG产出的功率与整个发电厂产出的功率之间的关系，例如，基于WTG的P_produced除以WPP产出的功率的分数。
这些实施方式的不同之处在于，实施方式中的涡轮机基于其总可用功率有助于增加或减小功率，使得能够起最大作用的WTG这样做。
在一个实施方式中，权重因子对于多个WTG是相同的。在另一实施方式中，权重因子对于每个风力涡轮发电机是不同的。
在一个实施方式中，权重因子还基于每个风力涡轮机的估计的磨损。
根据作用于整个发电厂可用风能或整个发电厂功率发出量的每个WTG可用风能大小或功率产出量大小，权重因子可以分享有功功率基准改变。换句话说，如果WTG的P_available(或P_production)贡献了发电厂级总可用风能(或总P_production)的10％，则WTG可以分享有功功率基准改变的10％。
图5例示说明了如何在WTG之间分享有功功率基准(ΔPref或ΔP_reference)，每个WTG的贡献于总发电厂Pava(总P_avalible)或总Pprod(总P_production)的Pava(P_availble)或Pprod(P_production)的百分比用作计算WTG的设定点的因子。在图5右侧的WTG可以看到贡献了10％的WTG示例。
也可以在策略中使用不用权重因子的算法。这意味着所有WTG，无论其Pava或Pprod高还是低，都被相对均等地对待，主要有两种均等方式：
第一种方式，所有WTG起初都获得均等的设定点。然而，具有较高Pava或Pprod的WTG必须补偿具有较低Pava或Pprod的WTG。因此，起初均等的设定点将通过与它们的Pava或Pprod比较来进行调整，这种调整可以进行几轮迭代，直到达到Pref或者所有WTG达到它们的Pava限制。
第二种方式，所有WTG的以kW或MW或百分比或p.u.的削减量均等，以便WTG发电量随着时间的推移将朝向相同的从可用/可能功率到实际发电量的平均减少量均等化。如图3所示，t1处的PcurtailWTGn＝t1处的PcurtailWTGm，并且类似地，t2处的PcurtailWTGn＝t2处的PcurtailWTGm。
这种方法将降低高产WTG的设定点，同时提高具有高发电量能力的低产涡轮机的设定点，从而使涡轮机均等地分担发电量减少量。
何时使用不同的模式，诸如权重因子调度器或均等削减调度器，可以在策略中定义并且可以在不同的削减策略之间切换。作为示例，在P控制回路中，通过建立被称为Perror(即Perror＝Pref-Pmeas)的差来比较有功功率基准(Pref)和有功功率测量值Pmeas。如果Perror较大，则可以使用权重因子调度器，如果Perror较小，则可以使用均等的削减。除了Perror之外，还可以使用其它指标来决定何时使用权重因子调度器或均等削减调度器。也可以使用多于一个指标来决定何时切换削减模式。
在一个实施方式中，不同的模式：权重削减和均等削减二者都被使用，并且由指标决定何时改变模式。
在一个实施方式中，该指标是功率误差Perror，通常Perror使用差的绝对值，即没有符号。
削减由低于标称功率的有功功率设定点来定义，但是历史上存在SumOfWTGNominal_kW大于SiteRegistredCapacity_kW的情况。为防止发电量超过发电厂的标称功率，削减被定义为：
Curtailment＝Pset–Min(SiteRegistredCapacity_kW,SumOfWTGNominal_kW)
高需求条件给出为:
HighDemandCriteria＝
HighPosDemandAndHighPosCapability OR HighNegDemandAndHighNegCapability
其中:
HighPosDemandAndHighPosCapability＝Demand_kW>＝HighDemandStrategy_kWAND
TotalPossiblePower_kW-TotalProductionRunning_kW>HighDemandStrategy_kW
HighNegDemandAndHighNegCapability＝Demand_kW<＝-1*HighDemandStrategy_kW AND
TotalProductionRunning_kW-TotalMinimumSetpoint_kW>HighDemandStrategy_kW
其中:
HighDemandStrategy_kW＝HighStrategyPerWTG_kW*Num_WTGs_Available
使用两个子集，控制子集和非控制子集来处理稳态控制期间的涡轮机。控制子集中的涡轮机是可控的且具有控制能力，而非控制子集中的涡轮机具有较差的可控性或没有可控性。在稳态控制期间，所有WTG都不断评估其各自的能力以更新控制子集和非控制子集。在以下任一条件下，WTG移至非控制子集：
1.它的发电量低于Pmin；
2.它的正能力(positive capability)小于预定值。
如果非控制子集中的WTG的发电量小于最小功率Pmin，则给定该WTG为Pmin的设定点，否则给定该WTG可能功率/可用功率(加上PercentageOverNominalPower)。如果它们的正能力增加到可控水平之上，则它们移回控制子集。预定值是可以反映涡轮机的能力的WTG特定值；例如，当在特定功率输出以下运行时，涡轮机可具有低升降速率，这意味着将不适合于调节到功率基准。还可以选择预定值以便调节不可控子集中的涡轮机的数量。
在一个实施方式中，还在所有状态中使用第三非通信子集以处理停止通信的涡轮机。
在稳态控制中，调度策略关注控制涡轮机以优化动态能力，并且调度策略是在风电场的稳态控制期间使用的策略。在一个实施方式中，该策略用于使WTG发电量均等。
在一个实施方式中，分配需求功能基于WTG的能力将来自控制回路的有功功率需求(如Pref-Pmeasured)分配给WTG。当调度正需求时，即增加风电场功率时，具有最高正能力(Ppossible-Pproduction)的涡轮机首先增加有加权重的设定点。接下来的下一个涡轮机将增加有加权重的较低设定点，依此类推。这样，需求将根据WTG的能力分配给每个WTG。
对于调度负需求，涡轮机设定点将根据其负能力(测量值-最小功率)进行调整。
对于风电场发电量必须增加的正需求，需求如下分配：
ActivePowerSPWTG[n]:＝PProductionWTG[n]+demand*CapabilityPosWTG[n]/TotalCapabilityPos
其中n是WTG的指标
对于风电场发电量必须减少的负需求，需求如下分配：
ActivePowerSPWTG[n]:＝PProductionWTG[n]+demand*CapabilityNegWTG[n]/TotalCapabilityNeg
在一个实施方式中，通过以下方式生成来自WPP的功率输出：基于设定功率削减或WTG的可用有功功率的设定分数来削减每个WTG或控制子集中的每个WTG。因此，每个WTG或控制子集中的每个WTG的削减功率将是相同的或是WTG的可用有功功率的相同百分比。在这两种情况中，结果是具有最高可用有功功率的WTG将对WPP功率输出贡献最大。
在另一个实施方式中，可用涡轮机分为两组，其中一组将包括可控涡轮机，另一组将包括不可控涡轮机。只有可控涡轮机将具有均等的削减。
在大风情况下，可控涡轮机具有接近其可能功率的设定点。因此，所选择的涡轮机可以从可控组移动到不可控组，并且被赋予标称功率。这可以通过具有将WTG移动到非控制子集中的附加条款或通过设定使期望数量的涡轮机移动到非控制子集的预定值来实现。这是为了通过增加可能功率和发电量基准之间的跨度来增加剩余可控涡轮机的能力。此外，这将避免运行被缩减并且接近可能功率的涡轮机。
这种均等削减的实施方式不要求所有WTG运行均等的削减，一些涡轮机可以以标称设定点运行，但是所有被削减的涡轮机将被控制为朝向均等的削减。
在一个实施方式中，仅WPP中被削减的涡轮机的子集形成WTG的被均等的部分。
该实施方式的优点是快速反应和有功功率的准确性。由于削减量是均等的，这意味着被削减的WTG被相同量的有功功率所削减。
均等能力策略通过尝试确保所有可控WTG具有相同的正有功功率能力来最大化风电场性能能力。目标是当需求增加时，所有可控制的WTG都能够升降速率以符合新的需求。此外，高产涡轮机将减少，同时具有高风力(high wind)的低产涡轮机将增加，使得随着时间的推移，所有运行的WTG将朝向相同的平均正能力收敛。
图3示出了WTG(m)和WTG(n)的均等削减的示例，其中m和n是WTG的索引号。示出了两个WTG的随着时间的可能功率，其中WTG(n)与WTG(m)相比具有更高的可能发电量。示出了时间t1和时间t2的发电量。
比较位置m和n处的WTG，并且能力在两者之间转移：
CapToMove＝min(EQ_Limit,abs(PosCapErrorN*k),abs(PosCapErrorM*k))
ActivePowerSPWTG[m]:＝ActivePowerSPWTG[m]+CapToMove
ActivePowerSPWTG[n]:＝ActivePowerSPWTG[n]-CapToMove
其中“CapToMove”是能力，其意味着从涡轮机n到m移动的功率或功率设定点。常数“k”用于确保每次调度器迭代仅使部分功率差均等。
在一个实施方式中，由常数k定义的部分是20％，因此k＝0.2，并且EQ_Limit＝50kw。
因此，在静态下，涡轮机n和m将在五次调度器迭代之后具有均等的削减。现实世界不是静止的，因此常数“k”有助于最小化算法中的振荡。“k”可以被理解为每次迭代的步长。
此外，“PosCapErrorM”不是实际误差，而是表示涡轮机m的正能力与WTG的平均正能力之间的差。重要的是要强调，这里的能力意味着输送功率的能力。
当WTG接近平均能力并避免在目标值附近振荡时，常数k允许收敛成比例地减缓。
实际上，基于WTG的正能力与所有可控WTG的平均能力之间的差，控制子集从最高到最低以两种方式排序。
这可以在图4中看到，其中该图的上部分示出了WTG的关于正能力误差的排序，其从左侧的WTGm开始下降到右侧的WTGn。该图的下部分示出了从WTGn上升到WTGm的以相反方向的排序。因此，在削减将均等化的情况下，功率可以从WTGn移动到WTGm或反向。因此，每个柱形代表一个WTG，并且每个WTG在上部行和下部行两者中表示。箭头示出了具体量的发电量从一个涡轮机移动到另一个涡轮机。换言之，由柱形表示的量被从一个涡轮机功率设定点减去并被加到另一个涡轮机功率设定点。从而实现了均等的削减。
被移动的能力的量可以进一步受限，使得将不发送WTG到非控制子集。在没有能力可以转移的情况中，将忽略限制性的WTG，并且将用列表中的下一个WTG转移能力。
在一个WTG已经停止通信的实施方式中，该WTG被移动到单独的非通信子集，以被正在使用的任何调度策略忽略，这是因为该WTG不在其功率产出中提供可控的改变。
应当理解，上述益处和优点可以涉及一个实施方式，或者可以涉及多个实施方式。还应理解，对“一个”项的引用是指那些项中的一个或多个。

Claims (8)

1.一种用于操作风力发电厂的方法，所述风力发电厂根据有功功率基准给公用电网供电，所述风力发电厂包括多个风力涡轮发电机和设置成给所述多个风力涡轮发电机中的每一个的风力涡轮机控制器发送有功功率设定点的发电厂控制器，所述方法包括以下步骤：
-通过削减所述多个风力涡轮发电机中的至少一些所述风力涡轮发电机，以低于所述风力发电厂的标称有功功率的有功功率基准操作所述风力发电厂，
-确定被削减的风力涡轮发电机中的每个的功率能力，
-定义第一组，所述第一组包括功率能力高于平均功率能力的风力涡轮发电机，
-定义第二组，所述第二组包括功率能力低于平均功率能力的风力涡轮发电机，
-通过增加所述第一组中的风力涡轮发电机的有功功率设定点并降低所述第二组中的风力涡轮发电机的有功功率设定点来使所述被削减的风力涡轮发电机的削减量均等。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述被削减的风力涡轮发电机中的每个的功率能力包括：
-计算正功率能力，所述正功率能力是可能功率与产出功率之间的差，和/或
-计算负功率能力，所述负功率能力是最小功率与产出功率之间的差。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于
-在使所述被削减的风力涡轮发电机的削减量均等的步骤之前设定常数，以确保在一次分派器迭代中，仅所述功率能力的由所述常数乘以所述功率能力所定义的部分被均等。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于
-通过分派器迭代中的均等限制值来限制所述有功功率设定点的所述降低或所述增加。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，限制所述有功功率设定点的所述降低或所述增加的步骤被设定为所述均等限制值和所述功率能力的所述部分之中的最小值。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述功率能力限制是所述被削减的风力涡轮发电机的中位数功率能力或平均功率能力。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一组和所述第二组中的风力涡轮发电机的数量基本相等。
8.一种风力发电厂，所述风力发电厂具有多个风力涡轮发电机和设置成与所述多个风力涡轮发电机通信的发电厂控制器，其中
-所述多个风力涡轮发电机中的每个风力涡轮发电机与风力涡轮机控制器相关，所述风力涡轮机控制器被设置成根据从所述风力发电厂控制器接收的有功功率设定点来控制其相关风力涡轮发电机中的有功功率输出；
-所述风力发电厂根据有功功率基准给公用电网供电；
-所述风力发电厂的有功功率基准低于所述风力发电厂的标称有功功率，使得所述多个风力涡轮发电机中的至少一些所述风力涡轮发电机被削减，
-被削减的风力涡轮发电机中的每个都具有功率能力，
-所述被削减的风力涡轮发电机组成，
·第一组，所述第一组包括功率能力高于平均功率能力的风力涡轮发电机，或
·第二组，所述第二组包括功率能力低于平均功率能力的风力涡轮发电机，以及
-其中所述风力涡轮机控制器被设置成通过增加所述第一组中的风力涡轮机发电机的有功功率设定点并降低所述第二组中的风力涡轮机发电机的有功功率设定点来使所述被削减的风力涡轮发电机的削减量均等。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11725628B2 (en) 2018-06-15 2023-08-15 Vestas Wind Systems A/S Control of a power plant with at least one wind turbine
DE102018129429A1 (de) 2018-11-22 2020-05-28 Wobben Properties Gmbh Einspeiseverfahren eines Windenergiesystems sowie Windenergiesystem
JP7181145B2 (ja) * 2019-04-08 2022-11-30 株式会社日立製作所 ウィンドファーム、ウィンドファームコントローラおよびウィンドファーム制御方法
WO2020244718A1 (en) * 2019-06-03 2020-12-10 Vestas Wind Systems A/S Prioritization of power set-points for power generating units in a power plant
US20220399752A1 (en) * 2021-06-09 2022-12-15 General Electric Renovables Espana, S.L. Systems and methods for operating a power generating asset
CN114992047B (zh) * 2022-07-13 2024-05-28 华电电力科学研究院有限公司 一种风力发电机组控制方法及相关组件

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004060943A1 (de) 2004-12-17 2006-07-06 Repower Systems Ag Windparkleistungsregelung und -verfahren
DE102006032389A1 (de) 2006-07-13 2008-01-24 Nordex Energy Gmbh Windpark sowie Verfahren zum Betreiben eines Windparks
US20090055030A1 (en) * 2007-08-21 2009-02-26 Ingeteam, S.A. Control of active power reserve in a wind-farm
US20090212563A1 (en) * 2008-02-21 2009-08-27 General Electric Company System and method for improving performance of power constrained wind power plant
MX2011000030A (es) 2008-06-30 2011-03-30 Vestas Wind Sys As Reduccion de energia de turbinas eolicas.
US7839024B2 (en) 2008-07-29 2010-11-23 General Electric Company Intra-area master reactive controller for tightly coupled windfarms
ES2554836T3 (es) * 2009-04-22 2015-12-23 Vestas Wind Systems A/S Sistema y procedimiento de configuración de una turbina eólica
EP2354541B1 (en) * 2010-01-20 2014-09-17 Siemens Aktiengesellschaft Wind farm power control based on matrix reflecting a power load distribution between individual wind turbines
JP2013102253A (ja) 2010-03-04 2013-05-23 Panasonic Corp Ｐｌｌ回路
CN102356233B (zh) * 2010-05-28 2014-11-05 三菱重工业株式会社 监视控制装置以及方法和具备该监视控制装置的风电场
JP5272113B1 (ja) * 2012-02-24 2013-08-28 三菱重工業株式会社 風力発電システム、その制御装置、及びその制御方法
EP2847457B1 (en) * 2012-05-11 2021-10-27 Vestas Wind Systems A/S A power system and method for operating a wind power system with a dispatching algorithm
DE102012009867A1 (de) 2012-05-21 2013-11-21 Rwe Innogy Gmbh Steuerung eines Windenergiesystems
US9605654B2 (en) * 2012-07-24 2017-03-28 General Electric Company Wind turbine lifetime estimator
ES2609760T3 (es) 2012-09-17 2017-04-24 Vestas Wind Systems A/S Método de determinación de puntos de consigna individuales en un controlador de planta de generación, y un controlador de planta de generación
US9458828B2 (en) 2013-12-09 2016-10-04 Siemens Aktiengesellschaft Controlling wind power plant with negative power capability to respond to grid frequency instability
US9822766B2 (en) * 2014-02-03 2017-11-21 General Electric Company Method for operating a wind farm and wind farm
EP2905864B1 (en) 2014-02-06 2020-11-04 GE Renewable Technologies Wind B.V. Methods of operating a set of wind turbines and systems
CN106164478B (zh) * 2014-03-13 2019-09-13 维斯塔斯风力系统集团公司 一组风力涡轮机的控制方法和装置
US9453497B2 (en) 2014-03-18 2016-09-27 General Electric Company Method for operating a wind farm
WO2016006921A1 (ko) 2014-07-07 2016-01-14 한국과학기술연구원 약물 부작용이 감소된 급성골수성백혈병 표적치료제
CN105515061B (zh) 2016-01-25 2018-05-25 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种风电机组有功功率控制方法和系统

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