CN112868156A - 在外部预设期望值优先的情况下风电场的故障情况调控 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制借助于风电场控制单元运行的风电场的方法，所述风电场包括多个具有风能设施控制装置的风能设施，所述风能设施经由共同的风电场电网相互连接，所述风电场电网借助于风电场变压器连接到电网运营商的供电网上，所述方法包括以下步骤：在所述风电场控制单元处接收至少一个故障位，尤其是所述电网运营商的至少一个故障位；在接收到所述故障位之后，除了所述电网运营商的外部预设期望值以外，在所述风电场控制单元处将所有外部预设期望值禁用；除了所述电网运营商的外部预设期望值以外，在将所有外部预设期望值成功禁用之后，激活在所述风电场控制单元中设施的故障情况调控。

Description

在外部预设期望值优先的情况下风电场的故障情况调控
技术领域
本发明涉及一种用于控制风电场的方法以及这样的风电场。
背景技术
风电场通常具有多个风能设施，所述风能设施经由共同的风电场电网相互连接。
为了将借助于风能设施产生的电功率馈入供电网中，所述风电场电网通常借助于连接线路和风电场变压器连接到供电网上。
具有变流器控制的发电机例如风能设施或光伏设施的供电网越来越多的渗透引起对常规发电机例如煤电厂越来越多地取代，所述常规发电机通常负责当供电网有严重的电网故障例如停电时对供电网进行电网重建。
因为在具有变流器控制的发电机的高渗透的供电网中供电网的电网特性已经漂移，所以已知的风能设施仅有条件地适合于参与供电网的有效的电网重建。
德国专利商标局在关于本PCT申请的优先权申请中检索到以下现有技术：DE 102016 123 384 A1、DE 10 2016 124 840 A1和DE 10 2008 062 356 A1。
发明内容
因此，本发明的目的是，能够解决上文提及的问题之一、改进一般现有技术或提供关于至今已知的方案的替选方案。尤其要提供在供电网发生故障情况时对风电场的改进的可控制性。
因此，根据本发明提出一种用于控制借助于风电场控制单元运行的风电场的方法，所述风电场包括多个具有风能设施控制装置的风能设施，所述风能设施经由共同的风电场电网相互连接，所述风电场电网借助于风电场变压器连接到电网运营商的供电网上，所述方法包括以下步骤：在所述风电场控制单元处接收至少一个故障位，尤其是电网运营商的至少一个故障位；在接收到故障位之后，除了电网运营商的外部预设期望值以外，在所述风电场控制单元处将所有外部预设期望值禁用；除了电网运营商的外部预设期望值以外，在将所有外部预设期望值成功禁用之后，激活在风电场控制单元中设施的故障情况调控。
因此，提出一种用于控制风电场的方法，所述风电场具有多个风能设施，所述风能设施经由共同的风电场电网相互连接。
为此，所述风电场具有中央风电场控制单元，所述中央风电场控制单元至少设立为用于，能够接收电网运营商的数据，并且此外或替选地能够控制风电场的各个风能设施。
所述风能设施本身为此优选同样具有至少一个风能设施控制单元，所述风能设施控制单元优选设立为用于，与所述风电场控制单元通信，即将数据发送给所述风电场控制单元，并且从所述风电场控制单元接收数据。
在根据本发明的方法的第一步骤中，所述风电场控制单元现在接收故障位，尤其是网络运营商的故障位。
为此，例如能够在风电场控制单元和网络运营商之间设有安全线路。所述安全线路例如能够通过地下线缆或通过无线电连接来提供。但是，所述安全线路也能够是光纤线路或VPN隧道，尤其是智能仪表网关的VPN隧道。
所述故障位本身优选应理解为单独的信号，在最简单的情况下，该信号仅由一个位(即“0”或“1”)构成，并且提供用于在风电场控制单元中触发故障情况调控，即单独的运行情况或运行模式：故障情况调控。
优选的是，所述故障位设计为，使得仅在故障情况下施加信号，即“1”。
在接收到故障位之后，将所有其它外部的预设期望值禁用。这尤其表示：设施运营者或直销商或其它第三方不再访问风电场的控制装置，尤其是风电场控制单元。
因此尤其提出，在供电网的故障情况下，所述电网运营商能够将风电场置于自主的故障情况调控中。
在下一步骤中，然后将在风电场控制单元中实施的故障情况调控或运行模式：故障情况调控激活，尤其如下文所述的那样激活。
在故障情况调控本身中，在此优选符合至少下述特性：除了经由电网运营商接口以外，将所有外部预设期望值禁用；尤其通过风电场调控或通过风电场控制单元将所有调节范围限制禁用；在暂时不存在电压时设定启动阻止，或者在电压恢复后将有功功率设定为零。
因此尤其也提出，在激活故障情况调控时切换到适配于电网运营商的运行策略上，尤其是，使得所述风电场具有适配于电网运营商的运行策略。这尤其也表示：既改变风电场控制单元的参数，也改变风能设施控制单元的参数。
因此，所述风电场具有至少一个运行模式：正常运行，以及运行模式：故障情况调控，尤其如下文所描述的那样。为此，在风电场控制单元中优选保存不同的参数组。
优选地，所述风电场控制单元具有调节范围限制，并且所述方法还包括以下步骤：在接收到故障位之后将调节范围限制禁用。
因此尤其提出，如果所述风电场控制单元和/或所述风电场具有可调节的调节范围，该调节范围是可限制的，那么能够将所述调节范围禁用。
例如，所述风电场具有用于无功功率的调节范围，所述调节范围限制于0.95的cos(Phi)。这例如在如下情况下才执行：电网联接准则仅要求这种调整范围。因此避免了由于产生不需要的无功功率而引起的附加的损耗。但是，物理上，所述风电场具有0.5Pnenn的调节范围。
为此现在提出，将所述调节范围限制禁用，尤其以便在所述风电场的物理调节能力的极限处运行所述风电场，以便在故障情况下尽可能好地支持所述供电网，或者尽可能好地辅助电网重建。
优选地，所述风电场控制单元具有用于多个风能设施的有功功率预设期望值，并且所述方法还包括以下步骤：将所述有功功率预设期望值设定为等于零。
因此优选提出，如果所述风电场控制单元具有用于多个风能设施的有功功率预设期望值，那么将所述有功功率预设期望值设定为零。
然后，所述风电场的风能设施在故障情况调控期间最初不会将有功功率馈入所述风电场电网中。
优选地，所述方法还包括以下步骤：在风能设施控制装置的情况下通过所述风电场控制单元查询风能设施的状态。
因此尤其也提出，所述风电场控制单元在故障情况调控期间查询所述风能设施的状态，例如：所述风能设施是否运行准备就绪，尤其是对于故障情况调控运行准备就绪。
在一个特别优选的实施形式中，在风能设施的情况下，所述风电场控制单元此外查询期望的有功功率。
为此，所述风能设施在其控制方面例如具有功率预测单元，所述功率预测单元设立为用于，根据天气预报预测期望的有功功率。
在此特别有利的是，向所述风电场控制单元供应风能设施的预期的功率值，然后将所述预期的功率值通知给电网运营商，或者用于，在故障情况调控的情况下更有效地调节所述风电场。
优选地，所述方法还包括以下步骤：通过风能设施控制装置将警报信号传送给所述风电场控制单元，和/或通过风电场控制单元将警报信号传送给电网运营商。
因此尤其提出，在风电场控制单元和风电场控制单元之间以及此外或替选地在风电场控制单元和电网运营商之间传输数据，所述数据反映了所述风能设施或风电场的状态，尤其以便确保电网重建的预期的功能范围。
例如，在风电场的区域中出现风停滞，所述风停滞引起：所述风电场不再或不再完全地执行其故障情况调控。这样的风电场的可控制性例如也可能失效。如果这通过风电场控制单元例如通过各个风能设施的警告信号来确定，则将相应的警告消息发送给电网运营商。因此，所述电网运营商始终通过警告消息得知：所述风电场是否能够参与故障情况调控，和/或所述风电场是否仍是故障情况调控的组成部分。因此，电网运营商能够在任何时间识别出风电场的未参与，并且在另一风电场的情况下能够请求或激活相应的故障情况调控。
这是特别有利的，所述电网运营商例如需要最小功率，以便在停电之后，即基本上不再具有供电网电压之后，重建供电网。
优选地，当供电网停电时，接收故障位。
因此尤其提出，所述故障位用于，激活电网重建模式。
例如，为此在第一步骤中通过电网运营商将故障位传输给风电场控制单元，所述风电场控制单元由此激活其故障情况调控。然后，在第二步骤中，能够附加地激活风电场电网重建模式，所述风电场电网重建模式是故障情况调控的组成部分。
因此，所述故障情况调控优选设计用于所述供电网的电网重建。
优选地，当风电场将为零的电功率馈入供电网中时，激活故障情况调控。
原则上也可设想的是，当所述风电场仍将电功率馈入所述供电网中时，激活故障情况调控。
但是，在一个优选的实施形式中提出，所述风电场首先在获得故障位之后冻结其电功率馈入，并且随后根据故障情况调控，优选通过功率斜坡启动其功率。
优选地，风电场控制单元具有启动时间，所述启动时间小于多个风能设施的启动时间。
因此尤其提出，能够将风电场控制单元设计为，使得其在系统失效的情况下首先能够全面运行，尤其是还在风能设施能够再次完全运行之前如此。因此确保：在风能设施不受控地开始功率馈入之前，能够接收所述故障位并且将其转发给风能设施。
根据本发明还提出一种风电场，所述风电场包括多个风能设施、连接多个风能设施的风电场电网和风电场控制单元，所述风电场控制单元设立为用于，执行至少一个上文或下文描述的方法。
因此，所述风电场控制单元尤其设立为用于，以运行模式：正常运行以及以运行模式：故障情况调控来运行风电场。
对于运行模式：故障情况调控例如提供另一参数组，即故障情况参数组。所述故障情况参数组在此优选保存在风电场控制单元中以及此外或替选地保存在风能设施控制单元中。所述故障情况参数组在此优选包括下述列表中的至少一个功能：
a)在供电网暂时失去电压的情况下：启动所有风能设施并且准备馈电，其中将从风电场控制单元传送给风能设施控制单元的有功功率和无功功率期望值保持为零；
b)在激活运行模式：正常运行时：通过所述风电场控制单元将风能设施控制单元的有功功率期望值设定为当前的馈电功率；
c)在激活所述运行模式：故障情况调控：将风电场控制单元的所有控制范围限制禁用；
d)具有超前功率和无死区的P(f)特征曲线的有功功率调控；
e)在新的期望值中预先限定的有功功率斜坡(调节速度)；
f)不允许期望值大于Pavailable-10％的Pavailable(或Pnenn)，尤其以便能够确保调控储备；
g)在调控储备有限的情况下例如在15分钟内缓慢降低期望值；
h)预设新的期望频率，所述新的期望频率尤其不等于标称电网频率；
i)具有无死区的适配的Q(U)特征曲线的无功功率调控；
j)在新的期望值的情况下预先限定的无功功率斜坡(无功功率调节速度)；
k)与惯性相关的运行方式；
l)使有功功率斜坡和调节速度适配于系统中的惯性；
m)具有低的惯性分量的供电网的故障穿越策略。
在一个优选的实施形式中，所述风电场的风能设施分别具有风能设施控制单元，所述风能设施控制单元设立为用于，与风电场控制单元交换数据优选期望值和/或警报信号或状态信号。
此外提出，在故障情况调控中尽可能快地对供电网中的电压和频率事件做出响应。因此，要根据预先限定的斜坡启动新的期望值。优选地，调节电压和频率，尤其具有可能最大动态特性，例如每秒两次Pnenn或每秒十次Qnenn，尤其在正的方向和负的方向上调控。
因此提出，将上文或下文描述的功能尽可能接近风能设施放置，尤其以便减少系统运行时间。因此例如有意义的是，通过风电场控制单元预设用于故障穿越策略或功率-频率调控的参数，但是通过风能设施本身，即尤其通过风能设施控制单元来执行。
优选地，所述风电场控制单元具有至少一个运营商接口和电网运营商接口，所述运营商接口设立为用于，能够接收外部的预设期望值，所述电网运营商接口设立为用于，接收所述故障位。
因此，所述风电场控制单元具有用于风电场外部的数据交换的至少两个接口，其中一个接口专门提供用于电网运营商，即所述电网运营商接口，借助于所述电网运营商接口优选接收所述故障位。
在另一优选的实施形式中，所述风电场控制单元还具有至少一个风能设施接口，所述风能设施接口设立为用于，能够将期望值发送给风能设施。
优选地，所述风电场控制单元还具有风能设施警报接口，所述风能设施警报接口设立为用于，从风能设施接收警报信号，并且此外或替选地具有风能设施警报接口，所述风能设施警报接口设立为用于，将警报信号发送给电网运营商。
所述警报信号在此优选提供用于，反映所述风能设施或风电场的状态。
此外优选地，所述风电场控制单元具有至少一个接口或另一接口，所述至少一个接口或另一接口执行下述功能中的至少一个：激活运行模式：故障情况调控；除了电网运营商之外，关断或忽略所有外部预设期望值；输入新期望值，例如期望频率；接收和/或发送警报信号，尤其是关于初级调控功率能力、无功功率调节范围、风电场的可及性、状态信号、P-Available、Q-Available、当前的初级调控功率能力或运行模式：故障情况调控的警报信号。
优选地，所述风电场还包括不间断的电压供应装置，所述不间断的电压供应装置设立为用于，为风电场控制单元和/或多个风能设施在预先确定的时间段内供应电功率，使得所述风电场能够执行黑启动，即使所述供电网不具有电压也如此。
在一个优选的实施形式中，不间断的电压供应装置至少设计为，使得至少能够维持风电场控制单元与电网运营商的通信。
优选地，预先确定的时间段为至少4小时，优选为至少8小时。
因此尤其提出，不间断的电压供应装置设计为，使得风电场自主地，即，即使在完全风停滞的情况下，也能够在至少4小时，优选至少8小时内执行其故障情况调控。
在一个特别优选的实施形式中，预先确定的时间段为至少48小时。
优选地，所述风能设施分别具有风能设施控制装置，所述风能设施控制装置设立为用于，至少以运行参数组和故障情况参数组运行，并且根据风电场控制单元的信号在运行参数组和故障情况参数组之间切换。
因此尤其提出，能够以至少两个不同的参数组运行所述风电场的风能设施，其中至少一个参数组提供用于故障情况调控。
在此，所述故障情况参数组具有上文或下文描述的功能，尤其是所述风电场控制单元的故障情况参数组也具有的相同的功能。
因此，所述风能设施设计和设立为用于至少两个不同的运行模式，其中运行模式专门提供用于故障情况调控。
优选地，风电场控制单元设立为用于，检测供电网的至少一个变量并且生成故障位，所述变量指示在供电网中的故障情况，以便生成故障位。
因此尤其提出，所述风电场控制单元自动地识别故障情况，并且自动地采取故障情况调控，而所述电网运营商不必宣告故障情况。
在此情况下特别有利的是，通过风电场对故障情况的自动识别比电网运营商的故障情况识别明显更快。
根据本发明，还提出上文或下文描述的风电场的风能设施，所述风能设施包括风能设施控制装置，所述风能设施控制装置设立为用于，至少以运行参数组和故障情况参数组来运行，并且所述风能设施控制装置根据风电场控制单元的信号在运行参数组和故障情况参数组之间进行切换，尤其以便能够参与上文或下文描述的方法。
附图说明
下面示例性地和借助实施例参照附图详细阐述本发明，其中对于类似的或功能相同的部件使用相同的附图标记。
图1示出根据本发明的风电场的根据本发明的风能设施的示意图；
图2示出根据本发明的风电场的一个实施形式的示意性构造；和
图3示出根据本发明的用于控制风电场，尤其是激活风电场控制单元的故障情况调控的方法的示意性流程图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的风电场的根据本发明的风能设施100。
为此，所述风能设施100具有塔102和吊舱104。在吊舱104上设置有空气动力学转子106，所述空气动力学转子具有三个转子叶片108和整流罩110。所述转子106在运行中通过风被置于转动运动中，从而驱动吊舱104中的发电机。
因此，所述发电机产生电流，所述电流借助于全功率变流器提供到风能设施变压器上，所述风能设施变压器与风电场电网连接。
为此，所述风能设施具有风能设施控制单元，所述风能设施控制单元设立为用于，操控全功率变流器，尤其是以运行参数组和故障情况参数组进行操控。
图2示出根据本发明的风电场1000的一个实施形式的示意性构造。
所述风电场1000包括多个风能设施1100，如例如在图1中所示出，所述风能设施经由共同的风电场电网1200相互连接。
所述风电场电网1200借助于风电场变压器1300连接到供电网2000上，以便馈入由各个风能设施电功率Pwea之和构成的风电场功率Ppark。
此外，所述风电场1000具有用于控制风电场1000的风电场控制单元1400。
所述风电场控制单元1400包括运营商接口1410、电网运营商接口1420和风能设施接口1430。
所述运营商接口1410设立为用于，接收外部预设期望值Sown，所述预设期望值例如由风电场运营商3000预设。
所述电网运营商接口1420设立为用于，从电网运营商4000接收至少一个故障位S1/0。
所述风能设施接口1430设立为用于，将期望值，例如无功功率期望值Qs传输给风电场1000的风能设施1100，以便控制风电场1000，并且尤其控制风电场功率Ppark。
此外，风电场控制单元1400设立为用于，检测供电网的至少一个变量，尤其是电网电压Ugrid，该变量指示供电网2000中的故障情况，尤其是以便生成故障位S1/0本身。
因此，所述风电场控制单元1400也设立为用于，触发故障情况调控本身，并且尤其是自动地触发。
此外，提供不间断的电压供应装置1500，所述不间断的电压供应装置设立为用于，在预先确定的时间段内向风电场控制单元1400以及可选地向多个风能设施1100供应电功率Pusv，使得风电场1000能够执行黑启动，即使所述供电网2000不具有电压也如此。预先确定的时间段在此例如是至少8小时。
此外，所述风能设施1100分别具有风能设施控制装置1180，所述风能设施控制装置接收所述风电场控制单元1400的期望值Qs，并且设立为用于，至少以运行参数组和故障情况参数组来运行，以便如上文或下文所述相应地控制所述风能设施1100。
所述风能设施控制装置1180还设立为用于，根据风电场控制单元1400的信号Sn/s在运行参数组和故障情况参数组之间进行切换，以便如上文或下文所述地运行所述风能设施1100。
图3示出根据本发明的用于控制风电场的方法5000的示意性流程图，尤其如在图2中示出的那样。
在第一步骤5100中，在风电场控制单元1400处接收电网运营商的故障位S1/0。
随后，在第二步骤5200中，在风电场控制单元1400处将所有外部的预设期望值禁用。
随后，在第三步骤5300中，激活在风电场控制单元1400中实施的故障情况调控，所述故障情况调控优选将风电场控制单元1400的调节范围限制禁用。
最后，在最后的步骤5400中，所述风电场1000，以及尤其是风电场1000的风能设施1100，以运行模式：故障情况调控来运行，所述故障情况调控具有上述功能中的至少一个功能。

Claims (15)

1.一种用于控制借助于风电场控制单元运行的风电场的方法，所述风电场包括多个具有风能设施控制装置的风能设施，所述风能设施经由共同的风电场电网相互连接，所述风电场电网借助于风电场变压器连接到电网运营商的供电网上，所述方法包括以下步骤：
-在所述风电场控制单元处接收至少一个故障位，尤其是所述电网运营商的至少一个故障位；
-在接收到所述故障位之后，除了所述电网运营商的外部预设期望值以外，在所述风电场控制单元处将所有外部预设期望值禁用；
-除了所述电网运营商的外部预设期望值以外，在将所有外部预设期望值成功禁用之后，激活在所述风电场控制单元中实施的故障情况调控。
2.根据权利要求1所述的用于控制的方法，其中所述风电场控制单元具有调节范围限制，所述方法还包括以下步骤：
-在接收到所述故障位之后将所述调节范围限制禁用。
3.根据权利要求1或2所述的用于控制的方法，其中所述风电场控制单元具有用于多个风能设施的有功功率预设期望值，所述方法还包括以下步骤：
-将所述有功功率预设期望值设定为等于零的值。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
-在所述风能设施控制装置处通过所述风电场控制单元查询所述风能设施的状态。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
-通过所述风能设施控制装置将警报信号传送给所述风电场控制单元，和/或
-通过所述风电场控制单元将警报信号传送给所述电网运营商。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中
-当所述供电网停电时，接收所述故障位。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中
-当所述风电场将为零的电功率馈入所述供电网中时，激活所述故障情况调控。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中
-所述风电场控制单元具有启动时间，所述启动时间小于多个风能设施的启动时间。
9.一种风电场，所述风电场至少包括：
-多个风能设施，
-连接所述多个风能设施的风电场电网；和
-风电场控制单元，所述风电场控制单元设立为用于，执行至少一个根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
10.根据权利要求9所述的风电场，其中
-所述风电场控制单元至少具有：
-运营商接口，所述运营商接口设立为用于，接收外部预设期望值，和
-电网运营商接口，所述电网运营商接口设立为用于，接收所述故障位。
11.根据权利要求9或10所述的风电场，所述风电场还包括：
-不间断的电压供应装置，所述不间断的电压供应装置设立为用于，为所述风电场控制单元和/或所述多个风能设施在预先确定的时间段内供应电功率，使得即使所述供电网不具有电压，所述风电场能够执行黑启动。
12.根据权利要求11所述的风电场，其中
-所述预先确定的时间段为至少4小时，优选为至少8小时。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的风电场，其中
-所述风能设施分别具有风能设施控制装置，所述风能设施控制装置设立为用于，
-至少以运行参数组和故障情况参数组运行，和
-根据所述风电场控制单元的信号在所述运行参数组和所述故障情况参数组之间切换。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的风电场，其中
-所述风电场控制单元设立为用于：
-检测供电网的至少一个变量，所述变量指示在供电网中的故障情况，以便生成所述故障位，和
-生成所述故障位。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的风电场的风能设施，所述风能设施至少包括风能设施控制装置，所述风能设施控制装置设立为用于：
-至少以运行参数组和故障情况参数组来运行，和
-所述风能设施控制装置根据所述风电场控制单元的信号在所述运行参数组和所述故障情况参数组之间进行切换，尤其以便参与根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
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