CN115968527A - 具有集中式控制器的电能提供系统 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于提供电能的系统(100，200，300)，所述系统包括：多个能量提供单元(1011，101n)，每个能量提供单元包括用于测量所述能量提供单元的至少一个操作参数(1151，1152，1153，115a，115b，115c)的测量装备；至少一个环境传感器(103a，103b，103c)，其安装在所选的能量提供单元(1013，1016，101n‑2)处或其附近，特别是被布置在外围处，所述至少一个环境传感器被适配成测量环境状况(117a，117b，117c)、特别是风况；中央控制器(107)，其与能量提供单元(1011，101n)通信地连接，并且被适配成以下各项中的至少一个：基于所述环境状况(117a，117b，117c)向能量提供单元供应虚拟传感器数据；基于从能量提供单元中的每一个的测量装备接收到的测量结果(115a，115b，115c)以及基于所述环境状况(117a，117b，117c)来控制(119a，119b，119c)能量提供单元(1011，101n)的操作。

Description

具有集中式控制器的电能提供系统
技术领域
本发明涉及一种用于提供电能的系统和方法，其中该系统具有与多个能量提供单元通信地连接的中央控制器。
背景技术
在当前的风电场(wind park)配置中，每个风力涡轮机可以配备有测量传感器，例如风速计、环境温度传感器、风速传感器、风向标等。这些测量传感器中的许多可以被冗余地安装，即，在每个风力涡轮机上可以安装两个风速计。常规地，风速计可能仅用于决定风力涡轮机的接入(cut-in)或切出(cut-out)。环境温度在风力发电场(wind farm)的区域内可能是基本相同的。环境风向在风力发电场内可能主要是单一的。
在给定的风力发电场中，例如100个风力涡轮机，可能安装了200个风速计、100个环境温度传感器和100个风向标。这表示巨大的财务投资。
当前，风力发电场之间没有通信。此外，风力发电场内的风力涡轮机之间几乎没有任何信息交换或信息流动。这可能导致本可以避免的问题。例如，当第一风力发电场经历引起涡轮机关闭或损坏的极端事件(例如大风暴)时，位于第一风力发电场下游的其他风力发电场将受到相同或类似极端事件的影响。
此外，在现有技术中出现了关于电网不稳定的问题。此外，常规地，每个风力涡轮机配备有其自己的控制器，用于控制操作行为。这些控制器以及还有风力涡轮机的其他装备可能常规地需要定期更新，这些更新被个体地安装在每个风力涡轮机上。这既麻烦又耗时。通常，这需要针对巨大数量的风力涡轮机的手动过程，并且因此，完整的软件更新可能要花费几个月。
常规地，每个风力涡轮机都配备有其自己的测量设备。此外，每个风力发电场常规地不得不进行“其自己的经历”，并且关于危急事件是事先不知道的。此外，每个风力涡轮机常规地接收其自己的软件更新，并且需要靠其自己更新。
因此，可能存在对于一种用于提供电能的系统和提供电能的对应方法的需要，其中可以降低系统的复杂性，可以省去或者至少减少冗余 组件，简化维护，并且还简化并加速更新。
发明内容
该需要可以通过根据独立权利要求的主题来满足。从属权利要求描述了本发明的有利实施例。
根据本发明的实施例，提供了一种用于提供电能的系统，该系统包括：多个能量提供单元，每个能量提供单元包括用于测量所述能量提供单元的至少一个操作参数的测量装备；至少一个环境传感器，安装在所选的能量提供单元处或其附近，特别是被布置在外围处，所述至少一个环境传感器被适配成测量环境状况，特别是风况；中央控制器，其与能量提供单元通信地连接并且被适配成以下各项中的至少一个：基于所述环境状况向能量提供单元供应虚拟传感器数据；基于从能量提供单元中的每一个的测量装备接收到的测量结果以及基于所述环境状况来控制能量提供单元的操作。
用于提供电能的所述系统不仅可以提供电能、特别是向公用电网提供电能，而且还可以根据需要来消耗电能(例如无功功率)、特别是从公用电网消耗电能。能量提供单元可以例如向或从公用电网提供或消耗有功和/或无功功率。用于提供电能的所述系统可以通过一个或多个连接端子连接到一个或多个公用电网。
取决于能量提供单元的类型，测量装备可以被适配成测量与特定类型的能量提供单元兼容的(compatible)相应操作参数。例如，能量提供单元可以包括能量存储单元，特别是包括蓄电池或电池。在这种情况下，操作参数可以例如包括能量存储单元的负载容量和/或能量存储单元的电压和/或电流。在其他实施例中，能量提供单元可以包括能量生产单元。所述系统可以包括例如能量存储单元和能量生产单元的混合。
所述至少一个环境传感器可以属于能量提供单元之一，或者可以安装在所述能量提供单元处或其附近。环境传感器可以例如被配置成测量风况，特别是风速和/或风向、温度、湿度、雨、雪等。环境传感器还可以能够测量入射到所述能量提供单元或特定区域上的阳光辐射。
中央控制器可以包括硬件和/或软件。中央控制器可以通过通信网络(诸如互联网或移动电话通信网络或卫星网络或其组合)与能量提供单元通信地连接。虚拟传感器数据可以模拟由(虚拟)传感器所测量的数据，所述(虚拟)传感器被假定安装在相应的能量提供单元处，但是实际上不存在或者不一定存在。
由所述至少一个环境传感器所测量的、已经在特定位置处(在所选的能量提供单元之一附近或其处)测量的环境状况可以被输入到预测模型，所述预测模型被配置成预测所述多个能量提供单元中的每一个的每个位置处的相应环境状况。由此，例如可以采用尾流模型。在另一个实施例中，中央控制器可以被适配成基于从能量提供单元中的每一个的测量装备接收到的测量结果以及进一步基于所述环境状况来控制能量提供单元的操作。因此，中央控制器可以从能量提供单元接收必要的操作参数，并且附加地接收由所述至少一个环境传感器提供的环境状况。特别地，若干个环境传感器可以安装在多个所选的能量提供单元处或其附近的若干个位置处。特别地，那些环境传感器可以安装在所述多个能量提供单元的外围处，即由所述多个能量提供单元占据的区域的外围处。在其他实施例中，环境传感器也可以跨能量提供单元所占据的区域而分布。然而，可能不是每个能量提供单元都需要携带或具有环境传感器。由此，可以减少硬件。不是每一个能量提供单元都需要具有其自己的环境传感器。
控制相应能量提供单元的操作可以例如包括：向相应能量提供单元的一个或多个组件发送控制信号，例如向转换器发送控制信号，该转换器可以连接到由具有所附接的多个转子叶片的转子驱动的发电机。控制例如风能转换单元的操作可以包括控制叶片桨距(pitch)设置、控制偏航(yawing)设置、控制有功功率、控制无功功率等等。
为了控制能量提供单元的操作，其自己的操作状态通过所述至少一个操作参数来考虑，所述至少一个操作参数由该能量提供单元的相应测量装备测量并被供应给中央控制器。操作参数可以例如包括所述能量提供单元的机械和/或电气操作参数。操作参数例如还可以包括所述能量提供单元的一个或多个组件的温度测量值。由此，可以避免使能量提供单元过载。
由于所述多个能量提供单元可以被控制和/或可以从集中式控制器接收虚拟传感器数据，所以可以简化操作并且可以降低复杂性。此外，可以减少硬件。特别地，能量提供单元中的每一个不一定包括复杂的自己的控制器。然而，能量提供单元可以至少包括基本的简单控制器，以便例如在紧急事件(诸如至中央控制器的连接故障)的情况下控制相应的能量提供单元。
在其他实施例中，中央控制器并不实际地执行对能量提供单元的操作的控制，而是仅仅向能量提供单元中的每一个发送虚拟传感器数据。在该实施例中，能量提供单元可以均包括其自己的控制器，所述控制器可以基于虚拟传感器数据以及其自己的操作参数来控制相应能量提供单元的组件。
根据本发明的实施例，能量提供单元包括至少一个能量生产单元和/或至少一个能量存储单元。由此，可以提供更大的灵活性。因此，所述系统例如还可以包括混合可再生能量生产单元和/或电池和/或蓄电池。因此，所述系统可以例如基于例如混合可再生能量生产系统来建立。
根据本发明的实施例，能量生产单元包括以下各项中的至少一个：风能转换单元；太阳能转换单元；潮汐能转换单元。
风能转换单元常规地也可以被称为风力涡轮机。然而，常规的风力涡轮机可能安装有大量的环境传感器。此外，常规的风力涡轮机可能具有相对复杂的控制器。然而，风能转换单元可以不一定包括环境传感器或大量环境传感器。此外，风能转换单元可以不一定包括如常规地已知的复杂控制器。风能转换单元可以包括塔架(tower)、安装在塔架的顶部上的机舱(nacclle)、可以安装在机舱内的转子，其中在转子处，多个转子叶片被连接。转子可以机械地耦合到发电机，发电机在转子旋转时产生电能。发电机可以电耦合到转换器，所述转换器可以被适配成将例如可变频率功率流转换成固定频率功率流。
太阳能转换单元可以例如包括一个或多个太阳能电池单元，所述太阳能电池单元可以在太阳能电池单元接收到阳光辐射时提供DC功率。潮汐能转换单元可以包括连接到发电机的涡轮机(由潮汐水驱动)。
所述系统可以包括一种类型或若干种不同类型的能量提供单元。由此，提供了大的灵活性，特别是还支持混合能量生产系统，特别是混合可再生能量生产系统。
根据本发明的实施例，每个能量生产单元或至少一个能量生产单元包括：本地控制器，被适配成在紧急情形的情况下控制能量生产单元的操作，所述紧急情形特别是至中央控制器的连接丢失。
本地控制器可以被配置或设置成仅用于在紧急事件的情况下进行控制，所述紧急事件诸如中央控制器与相应的能量提供单元之间的通信中断。本地控制器可以例如仅被配置成用于：在至中央控制器的通信故障的情况下或者在紧急事件的情况下、例如在能量提供单元的组件之一失灵的情况下，关闭相应的能量提供单元。例如在控制器仅被提供用于确保能量提供单元的可靠和安全关闭的情况下，本地控制器可能不需要任何更新。由此，可以改进安全性，同时将复杂性维持在可接受的水平。
根据本发明的实施例，能量提供单元包括风能转换单元，每个风能转换单元包括机械地耦合到转子的发电机，所述转子具有所附接的多个转子叶片，其中特别地，风能转换单元中的至少一个包括电耦合到发电机的转换器。
发电机可以例如包括例如双馈感应发电机或永磁同步电机。由此，支持常规可用的发电机。转换器可以例如包括AC-DC转换器部分、DC链路和DC-AC转换器部分。每个转换器部分可以包括多个可控开关，诸如IGBT。转换器的操作可以由例如向可控开关的栅极(gate)供应栅极驱动器信号的栅极驱动器电路来控制。栅极驱动器电路可以接收例如来自中央控制器的一个或多个控制信号作为输入。由中央控制器发送的控制信号可以定义例如发电机的有功功率输出、无功功率输出、功率因子、转速。此外，中央控制器可以提供关于至少一个转子叶片的桨距角、机舱的偏航角的控制信号，机舱的偏航角定义了转子的转子轴线的取向。由此，可以支撑常规可用的风力涡轮机。
根据本发明的实施例，中央控制器进一步被适配成进一步基于野生动物检测和/或空中交通控制应答器来控制风能转换单元的操作。
操作可以例如被控制，使得在取决于目光的特定时间间隔中，可以减少操作或者可以减少功率输出或者可以降低转子的转速，这是因为在那些时间间隔中或者在那些光条件下，蝙蝠可能是活动的或者鸟类可能是活动的。由此，野生动物可以被有效地保护。此外，野生动物保护然后在每个风能转换单元的每个个体控制器中可能是不需要的。此外，用于飞行交通的信息也可以是集中式的，从而不需要每个风能转换单元上的个体交通控制应答器。由此，可以减少或节省硬件。
根据本发明的实施例，中央控制器进一步被适配成基于所述环境状况、特别是由传感器检测到的风况来针对所有风能转换单元或风能转换单元的子集应用尾流模型，以便特别是实时地预测所有风能转换单元处的风况，和/或其中中央控制器进一步被适配成将所有风能转换单元处的风况作为虚拟传感器数据供应给相应的风能转换单元。
尾流模型可以对所述多个能量提供单元、特别是风能转换单元中的每一个的每个位置处的环境状况、特别是风况进行建模。由此，可以利用由至少一个环境传感器、特别是由若干个环境传感器测量的环境状况作为输入。为了预测每个风能转换单元的每个位置处的风况或总体环境状况，可以考虑风能转换单元中的每一个的操作状态。特别地，偏航角、桨距角可以与在一个或多个位置处测量的环境状况被一起考虑。以这种方式，可以预测和确定环境传感器之一下游的风况。
在一个实施例中，中央控制器还被配置成执行优化，例如用于优化整个系统的功率输出。由此，例如，风能转换单元可以取决于它们相应的定位和它们相应位置处的所预测的环境状况或风况来利用不同的控制信号被个体地控制。
根据本发明的实施例，中央控制器进一步被适配成进一步基于由至少一个环境传感器检测到的极端天气状况来控制风能转换单元的操作。
当例如由环境传感器测量的风速高于预定阈值时，极端天气状况可以被确定或检测到。中央控制器可以例如通过向风能转换单元发送控制信号来做出反应，该控制信号指示减少功率产生或者甚至关闭相应的功率转换单元。由此，可以避免损坏。由中央控制器指示关闭的风能转换单元可以不包括任何环境传感器或者至少可以不包括任何风况传感器。
根据本发明的实施例，中央控制器被适配成控制以下各项中的至少一个：风能转换单元中的每一个的额定功率、无功功率、转子转速、至少一个转子叶片的桨距角、容纳转子的机舱的偏航角、削减。
中央控制器可以通过向发电机、转换器、或风能转换单元的任何其他装备(诸如偏航系统或变桨系统)发送相应的信号来控制这些参数中的一个或多个。由此，使得中央控制器也可以实施任何操作模式，如常规地通过使用个体风力涡轮机控制器所实现的那样。
根据本发明的实施例，风能转换单元的操作参数包括以下各项的至少一个值：有功功率输出、无功功率输出、转子转速、至少一个转子叶片的桨距角、容纳转子的机舱的偏航角、削减、风能转换单元的至少一个组件的温度、输出功率的电气属性。
通过考虑这些操作参数中的一个或多个来控制风能转换单元，可以改进操作。此外，可以考虑(每个个体风能转换单元的)有功功率的容量或无功功率输出的容量、特别是额定有功功率输出和额定无功功率输出的容量。削减可以定义例如额定有功功率或额定无功功率的减少百分比。在其他实施例中，削减可以例如被定义为有功功率输出或无功功率输出的绝对减少。例如，可以考虑主转子轴承的温度，或者可以考虑偏航系统的温度或变桨轴承的温度。输出功率的电气属性可以例如包括电压和/或电流和/或功率因子。
根据本发明的实施例，风能转换单元被布置在至少两个风电场中，其中每个风电场具有至少一个连接端子，相应风电场的所有风能转换单元连接到所述至少一个连接端子，并且所述至少一个连接端子连接到公用电网。
常规地，风电场不会彼此通信。此外，常规地，风电场不是由一个中央控制器控制的。取决于应用，风电场可能具有不同的大小。小型陆上风电场可以例如包括少量的风力涡轮机，诸如3个至10个风力涡轮机之间。海上风电场可以包括50至200个风力涡轮机。单个风电场的所有风能转换单元的电功率可以在公共母线或连接端子处收集，所述公共母线或连接端子经由一个或多个风电场变压器连接到公用电网。由此，可以支持风力涡轮机的常规布置。
根据本发明的实施例，每个风电场包括以400m至2000m之间的距离间隔开的3至200个风能转换单元，其中两个风电场的中心之间的距离特别地在5km至50km之间。由此，可以支持风电场的不同配置。
根据本发明的实施例，所述系统被配置成执行中央控制器的软件更新。特别地，可以不需要个体(简化的)控制器的软件更新。那些个体本地控制器可以仅在紧急事件的情况下被提供或利用，这可以不需要控制软件的定期更新。相比之下，通过使用新软件来更新中央控制器，可以改变或更新风力涡轮机的整个操作行为，而不需要个体风能转换单元的任何其他个体组件的任何更新。
应该理解的是，针对用于提供电能的系统而个体地或以任何组合被公开、描述、解释或提供的特征也可以针对根据本发明实施例的用于提供电能的方法而个体地或以任何组合被提供、应用或利用，并且反之亦然。
根据本发明的实施例，提供了一种提供电能的方法，所述系统包括：提供多个能量提供单元，每个能量提供单元包括测量装备；由每个能量提供单元的测量装备来测量所述能量提供单元的至少一个操作参数；由安装在所选的能量提供单元处或其附近的至少一个环境传感器来测量环境状况、特别是风况；使用与能量提供单元通信地连接的中央控制器来执行以下各项中的至少一个：基于所述环境状况向能量提供单元供应虚拟传感器数据；基于从能量提供单元中的每一个的测量装备接收到的测量结果以及基于所述环境状况来控制能量提供单元的操作。
本发明的上面定义的方面和另外的方面根据下文将要描述的实施例的示例是清楚的，并且参考实施例的示例来解释。下文将参考实施例的示例来更详细地描述本发明，但是本发明不限于这些示例。
附图说明
现在参考附图来描述本发明的实施例。本发明不限于所图示或描述的实施例。
图1示意性地图示了根据本发明实施例的用于提供电能的系统；
图2示意性地图示了根据本发明实施例的用于提供电能的系统的另一个实施例；以及
图3示意性地图示了根据本发明实施例的用于提供电能的系统的又一实施例。
具体实施方式
附图中的图示是以示意形式的。要注意的是，在不同的图中，在结构和/或功能上相似或相同的元件被提供有相同的附图标记或仅在第一个数字上不同的附图标记。一个实施例中未描述的元件的描述可以从关于另一个实施例的该元件的描述中取得。
图1中示意性地图示的根据本发明实施例的用于提供电能的系统100包括多个能量提供单元101_1......101_n，其中n是整数，例如在5和1000之间。每个能量提供单元包括未明确图示的测量装备，用于测量相应能量提供单元101_1......101_n的至少一个操作参数。系统100进一步包括至少一个环境传感器103a、103b、103c。环境传感器103a、103b、103c安装在所选的能量提供单元、特别是能量提供单元101_3、101_6、101_n-2处或其附近。环境传感器103a、103b、103c被适配成测量环境状况、特别是风况。特别地，传感器可以能够测量风105的风向和风速。
系统100进一步包括与能量提供单元101_1......101_n通信地连接的中央控制器107。中央控制器107可以包括数据库或存储装置108以及处理器110。在图1中所图示的实施例中，能量提供单元101_1......101_n被布置在至少两个风电场中，即风力发电场109a、风力发电场109b和风力发电场109c。在其他实施例中，系统100中可以包括三个以上的风力发电场。
在所图示的实施例中，每个风力发电场具有(或可能不具有)相应的风力发电场控制器、特别是风力发电场109a具有风力发电场控制器111a，风力发电场109b具有风力发电场控制器111b，并且风力发电场109c具有风力发电场控制器111c。
图1中所图示的能量提供单元被配置为风能转换单元101_1......101_n。风能转换单元101_1、101_2和101_3属于风力发电场109a，并且与相应的风力发电场控制器111a通信地连接。这同样适用于其他风力发电场109b和109c，其中相应的风力发电场控制器111b、111c分别与分别被包括在相应的风力发电场109b或109c中的风能转换单元通信地连接。
中央控制器107经由相应的风力发电场控制器111a、111b、111c通信地连接到风能转换单元。在其他实施例中(例如，在没有任何风力发电场控制器的情况下)，中央控制器107可以直接连接到相应的风能转换单元。
中央控制器被适配成以下各项中的至少一个：经由风力发电场控制器111a、111b、111c向风能转换单元供应虚拟传感器数据113a、113b、113c；和/或基于从风能转换单元101_1......101_n中的每一个的测量装备接收到的测量结果115a、115b、115c以及基于由环境传感器103a、103b、103c所测量的环境状况117a、117b、117c来控制风能转换单元的操作。
本文中，测量结果115a表示被包括在风力发电场109a中的风能转换单元101_1、101_2、101_3的测量结果。特别地，中央控制器考虑风能转换单元101_1的个体测量结果115_1、风能转换单元101_2的测量结果115_2、以及风能转换单元101_3的个体结果115_3。类似地，中央控制器为了控制相应的风能转换单元还考虑被包括在风力发电场109b和风力发电场109c中的其他个体风能转换单元的测量结果以用于对其进行控制。
相应的风能转换单元的操作控制是通过从中央控制器107分别向相应的风电场控制器111a、111b、111c发送控制信号119a、119b和119c来实现的。相应的风电场控制器111a、111b、111c然后将相应的个体控制信号119_1、119_2、119_3分别分配给被包括在风力发电场109a中的风能转换单元101_1、101_2、101_3。类似地，其他风电场控制器将控制信号119b和119c分配给被包括在相应风力发电场中的风能转换单元。因此，相应的风电场控制器111a、111b、111c自身可能不执行任何控制，而是仅仅充当从中央控制器107接收到的控制信号的调度器或分配器。
在图1中所图示的实施例中，能量提供单元被实现为能量生产单元、特别是被实现为风能转换单元。由此，每个风能转换单元包括转子121_1，多个转子叶片123_1机械地连接到该转子121_1。风能转换单元101_1的转子121_1驱动被容纳在机舱125_1中的未图示的发电机。在其他实施例中，附加于或替代于风能转换单元，该系统可以包括太阳能转换单元和/或潮汐能转换单元和/或能量存储单元，诸如电池和/或蓄电池。
风能转换单元101_1......101_n中的每一个可以包括本地控制器(未明确图示)，该本地控制器被适配成：在紧急情形的情况下、特别是在至中央控制器107的连接丢失时的情况下，控制相应风能转换单元的操作。
环境传感器103a、103b、103c还可以感测极端天气状况或极端环境状况，并且中央控制器可以还基于极端天气状况来控制风能转换单元。从中央控制器107经由相应的风力发电场控制器111a、111b、111c发送到相应的风能转换单元的控制信号119a、119b、119c可以定义例如额定功率、有功功率、无功功率、转子转速、至少一个转子叶片的桨距角、容纳转子的机舱的偏航角和/或每个风能转换单元的削减的值。
操作参数115_1、115_2、115_3(针对风力发电场109a共同地用附图标记115a标记)可以包括有功功率输出、无功功率输出、至少一个转子叶片的桨距角、容纳转子的机舱的偏航角、削减、风能转换单元的至少一个组件的温度和/或输出功率的电气属性的至少一个值。
每个风电场109a、109b、109c包括相应的风电场连接端子127a、127b、127c，相应风能转换单元的功率输出端子连接到这些风电场连接端子127a、127b、127c。所有风力涡轮机的连接端子127a、127b、127c连接到一个或多个公用电网129。两个相邻风电场109b、109c的中心106b和106c之间的距离d的范围可以在例如5km至50km之间。
图2示意性地图示了根据本发明的另一个实施例的用于提供电能的系统200。应当注意的是，不同的图中的结构或元件用仅在第一个数字上不同的附图标记来标记。关于一个实施例没有明确描述的一个电气部件的描述可以从参考另一个实施例描述的对应单元或结构或元件的描述中取得。
图2或3中所图示的能量提供单元可以交换信号，类似于关于图1所详细描述的那样。
在图2中所图示的实施例中，中央控制器207直接连接到能量提供单元201_1、201_n中的每一个。此外，在图2中所图示的实施例中，能量提供单元特别地被配置为风能转换单元201_1......201_n，它们被布置在多个风电场209a、209b、209c中。中央控制器207从环境传感器203a、203b、203c接收环境状况217a、217b、217c，并且被配置成应用尾流模型，以便预测在不同于环境传感器的位置的其他位置处的风况。由此，有可能预测所有其他风能转换单元201_1......201_n的风况。此外，由环境传感器之一检测的极端事件(例如大风暴)可以被检测到并且可以被考虑以适当地控制所有的风能转换单元。
例如，相对于风向205，风力发电场209b位于风力发电场209a的下游。因此，可以例如由环境传感器203a来检测极端天气状况，并且可以在考虑到预计会以时间延迟来影响风力发电场209b的检测到的极端天气状况的情况下控制风力发电场209b。特别地，例如由环境传感器之一检测到的关于当前风况的所有信息可以用于预测、特别是使用尾流模型来预测关于所有其他风力发电场的风况。由此，对短期生产进行好得多的控制可以是可能的。更好的预测可以导致减小的安全性因子，例如，在大风时段中更少的涡轮机削减，这可以导致增加的生产。
图3图示了根据本发明的另一个实施例的系统300。在图3中所图示的实施例中，被布置在由所有风能转换单元占据的区域的角落处的风能转换单元301_1、301_4、301_13、301_16配备有环境传感器303a、303b、303c、303d。所有其他风能转换单元不一定配备有这样的环境传感器。中央控制器307从相应的环境传感器接收环境状况317a、317b、317c和317d。此外，所有风能转换单元将它们的操作参数发送到中央控制器307，类似于图1中所详细图示的那样。对传感器数据317a......317d的反应以及对操作参数的测量值的反应由集中式控制器307来管理，该集中式控制器307定义了最佳策略并且实现(在环境传感器的情况下)例如涡轮机接入、涡轮机切出、对温度的反应以及对诸如无功功率、有功功率、桨距角、偏航角等其他操作参数的控制。由此，可以提供比常规系统中利用或采用的传感器数量更少的数量的传感器。传感器303a、303b、303c、303d可以例如包括风速计或风向标。此外，传感器内可以包括野生动物检测和/或空中交通控制应答器能力。
在图2和图3中所图示的实施例中，可以省去相应的风电场控制器。此外，图1中所图示的实施例可能不一定包括相应的风力发电场控制器。在这种情况下，中央控制器107可以通信地直接连接到所有能量提供单元。
极端事件信息也由相应的中央控制器来集中处理，并且将经历危急状况的风力发电场可以被标识(经由例如基于风向、风速、风力发电场位置的机器学习)并且适当的措施可以被执行。
集中式控制器可以被采用以实时预测所有风力发电场的风况。由此，对短期生产进行好得多的控制可以是可能的。在一个实施例中，风能转换单元的操作可以完全由相应的中央控制器107、207、307来集中定义。然而，风能转换单元可以具有针对连接丢失情形的紧急控制，否则，它们完全从集中式控制器被远程操作。
在其他实施例中，风能转换单元可以包括相应的风力涡轮机控制器。在这种情况下，中央控制器可以发送虚拟传感器数据，该虚拟传感器数据表示所预测或所测量的风况(例如由安装在所选的风能转换单元处或其附近的传感器测量的)。
集中式控制架构可以导致对于更新控制或维护软件的优点。常规地，如今的更新可能要花费几个月以便被部署在完整的风力涡轮机组中。在本发明的实施例中，通过仅更新中央控制器来实现更新，而不必要求更新风力涡轮机控制器。由此，成本可以显著降低。优点可能是可以在非常短的时间内实现或安装相同的软件版本。由此，由于更少的硬件，系统复杂性也可以降低，这可以导致降低的内部成本。
此外，根本原因分析可以更简单，因为数据可以是即时可用的，而不是从每个风力涡轮机手动下载数据。
中央控制器与每个能量提供单元之间的通信例如可以经由网络(例如5G网络或互联网)来实现。5G网络可以以低时延实现更高的带宽。由此，风力涡轮机的远程实时控制可以是可能的。
本发明的实施例可以实现使风力涡轮机控制器降级(downgrade)，因为大量控制由集中式控制器来执行。此外，代替于将每个风力涡轮机配备有在涡轮机之间具有相似读数的传感器，风力发电场中的涡轮机的仅子集可以配备有例如环境传感器。例如，风力发电场的仅边沿或边缘处的涡轮机可以配备有传感器(例如，风速计、温度传感器、风向标......)以反映不同的风向。
冗余传感器的另外示例可以是野生动物检测(例如用于检测蝙蝠或鸟类)和/或空中交通控制应答器。在第一风力发电场经历极端事件(诸如阵风、波动(wave))的情况下，可能需要关闭该风力发电场。由于关于极端事件的信息从第一风力发电场的相应环境传感器被传输到中央控制器，因此中央控制器可以有利地控制例如该极端事件下游的第二风力发电场。由此，可以改进安全性，并且可以避免伤害。
此外，关于当前风况的所有信息可以用于预测关于所有风力发电场的风况。由此，对短期生产进行好得多的控制可以是可能的。该预测可以导致减小的安全性因子，例如，在大风时段中更少的涡轮机削减，这可以导致增加的生产。
实施例允许省去维护大量风力涡轮机控制器，因为仅需要维护中央控制器。此外，实现了简单的“一次性”部署，而不是如常规系统中执行的增量式更新。此外，由此，可以实现运行相同的软件版本来控制所有风力涡轮机。此外，中央控制器接收关于操作参数的测量结果。因此，所有风能转换单元的所有操作参数可用于例如状态分析、性能分析、诊断等。
应当注意的是，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一(a或an)”不排除多个。结合不同实施例所描述的元件也可以被组合。还应当注意，权利要求中的附图标记不应当被解释为限制权利要求的范围。

Claims (13)

1.一种用于提供电能的系统(100，200，300)，所述系统包括：
多个能量提供单元(101_1......101_n)，其包括风能转换单元(101_1......101_n)，每个能量提供单元包括用于测量所述能量提供单元的至少一个操作参数(115_1，115_2，115_3，115a，115b，115c)的测量装备；
至少一个环境传感器(103a，103b，103c)，其安装在所选的能量提供单元(101_3，101_6，101_n-2)处或其附近、特别是被布置在外围处，所述至少一个环境传感器被适配成测量环境状况(117a，117b，117c)、特别是风况；
中央控制器(107)，其与能量提供单元(101_1......101_n)通信地连接，并且被适配成：
基于所述环境状况(117a，117b，117c)向能量提供单元供应虚拟传感器数据；
基于从能量提供单元中的每一个的测量装备接收到的测量结果(115a，115b，115c)以及基于所述环境状况(117a，117b，117c)来控制(119a，119b，119c)能量提供单元(101_1......101_n)的操作，
其中所述中央控制器(107)进一步被适配成基于所述环境状况(117a，117b，117c)、特别是由所述传感器(103a，103b，103c)检测到的风况来针对所有风能转换单元或风能转换单元的子集应用尾流模型，以便特别是实时地预测所有风能转换单元处的风况，以及
其中所述中央控制器进一步被适配成将所有风能转换单元位置处的风况作为虚拟传感器数据提供给相应的风能转换单元。
2.根据前述一项权利要求所述的系统，其中能量提供单元包括至少一个能量生产单元和/或至少一个能量存储单元。
3.根据前述一项权利要求所述的系统，其中所述能量生产单元包括以下各项中的至少一个：
太阳能转换单元；
潮汐能转换单元。
4.根据前述三项权利要求中任一项所述的系统，每个或至少一个能量生产单元(101_1......101_n)包括：
本地控制器，被适配成在紧急情形的情况下控制所述能量生产单元的操作，所述紧急情形特别是至所述中央控制器的连接丢失。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中能量提供单元包括风能转换单元(101_1......101_n)，每个风能转换单元包括机械地耦合到转子(121_1)的发电机，所述转子具有所附接的多个转子叶片(123_1)，
其中，特别地，风能转换单元中的至少一个包括电耦合到所述发电机的转换器。
6.根据前述一项权利要求所述的系统，其中所述中央控制器进一步被适配成进一步基于野生动物检测和/或空中交通控制应答器来控制风能转换单元(101_1......101_n)的操作。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述中央控制器(107)进一步被适配成进一步基于由所述至少一个环境传感器检测到的极端天气状况来控制风能转换单元的操作。
8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述中央控制器(107)被适配成控制风能转换单元中的每一个的以下各项中的至少一个：
额定功率，
有功功率，
无功功率，
转子转速，
至少一个转子叶片的桨距角，
容纳转子的机舱的偏航角，
削减。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述风能转换单元的操作参数(115a，115b，115c)包括以下各项的至少一个值：
有功功率输出，
无功功率输出，
转子转速，
至少一个转子叶片的桨距角，
容纳转子的机舱的偏航角，
削减，
所述风能转换单元的至少一个组件的温度，
输出功率的电气属性。
10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中风能转换单元(101_1......101_n)被布置在至少两个风电场(109a，109b，109c)中，其中每个风电场具有至少一个连接端子(127a，127b，127c)，相应风电场的所有风能转换单元连接到所述至少一个连接端子，并且所述至少一个连接端子连接到公用电网(129)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中每个风电场包括以400m至2000m之间的距离间隔开的3至200个风能转换单元，
其中两个风电场的中心之间的距离(d)特别地在5km至50km之间。
12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其被配置成执行所述中央控制器的软件更新。
13.一种提供电能的方法，所述系统包括：
提供包括风能转换单元(101_1......101_n)的多个能量提供单元(101_1......101_n)，每个能量提供单元包括测量装备；
由每个能量提供单元的测量装备来测量所述能量提供单元的至少一个操作参数(115_1，115_2，115_3，115a，115b，115c)；
由安装在所选的能量提供单元处或其附近的至少一个环境传感器(103a，103b，103c)来测量环境状况(117a，117b，117c)、特别是风况；
使用与能量提供单元通信地连接的中央控制器(107)来执行：
基于所述环境状况向能量提供单元供应虚拟传感器数据；
基于从能量提供单元中的每一个的测量装备接收到的测量结果(115a，115b，115c)以及基于所述环境状况(117a，117b，117c)来控制(119a，119b，119c)能量提供单元的操作，
其中所述中央控制器(107)进一步被适配成基于所述环境状况(117a，117b，117c)、特别是由所述传感器(103a，103b，103c)检测到的风况来针对所有风能转换单元或风能转换单元的子集应用尾流模型，以便特别是实时地预测所有风能转换单元处的风况，以及
其中所述中央控制器进一步被适配成将所有风能转换单元位置处的风况作为虚拟传感器数据提供给相应的风能转换单元。
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