DE102015103952B4

DE102015103952B4 - System und Verfahren zur Steuerung einer elektronischen Komponente einer Windkraftanlage mittels Kontingenzkommunikation

Info

Publication number: DE102015103952B4
Application number: DE102015103952.4A
Authority: DE
Inventors: Robert Allen Seymour; David Smith; Allen Michael Ritter; James Michael Nowak; Terry Michael Tackman
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Renovables Espana SL Es
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2023-02-09
Anticipated expiration: 2035-03-18
Also published as: US20150267684A1; CA2884649A1; US9157415B1; DK201570154A1; DK179321B1; BR102015006271B1; DK201770756A1; CN104929862B; DK179327B1; CN104929862A; BR102015006271A2; DE102015103952A1; CA2884649C

Abstract

Verfahren (400) zur Steuerung einer elektrischen Komponente (260) einer Windkraftanlage (100), wobei das Verfahren (400) aufweist:Empfangen (402), durch die elektrische Komponente (260), eines Standardsatzes von Befehlen für einen ersten Zeitrahmen;Empfangen (404), durch die elektrische Komponente (260), eines oder mehrerer Kontingenzsätze von Befehlen für Zeitrahmen über den ersten Zeitrahmen hinaus;Bestimmen, (406) ob der Standardsatz von Befehlen innerhalb eines Startfensters des ersten Zeitrahmens empfangen wird;Implementieren (408), durch die elektrische Komponente (260), des Standardsatzes von Befehlen während des ersten Zeitrahmens, wenn der Standardsatz von Befehlen innerhalb des Startfensters empfangen wird; undImplementieren (410), durch die elektrische Komponente (260), eines der Kontingenzsätze von Befehlen, die während eines früheren Zeitrahmens empfangen wurden, wenn der Standardsatz von Befehlen nicht innerhalb des Startfensters empfangen wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Der vorliegende Gegenstand betrifft allgemein Windkraftanlagen und insbesondere ein System und ein Verfahren zur Steuerung einer elektronischen Komponente einer Windkraftanlage mittels Kontingenzkommunikation.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Windkraft gilt als eine der saubersten und umweltfreundlichsten Energiequellen, die heute verfügbar sind, und den Windkraftanlagen kommt diesbezüglich zunehmende Aufmerksamkeit zu. Eine moderne Windkraftanlage umfasst in der Regel einen Turm, eine Gondel, ein oder mehrere Rotorblätter, ein Getriebe, einen Generator und einen Leistungswandler. Die Rotorblätter erfassen und übertragen kinetische Energie in Form von Rotationsenergie, um eine Welle zu drehen, welche die Rotorblätter mit einem Getriebe, oder wenn kein Getriebe verwendet wird, direkt mit dem Generator, koppelt. Das Getriebe setzt die inhärent langsame Rotationsgeschwindigkeit des Rotors herauf, damit der Generator die mechanische Rotationsenergie effizient in elektrische Energie umwandeln kann, die über mindestens einen elektrischen Anschluss in ein Energieversorgungsnetz eingespeist wird. Ein Leistungswandler oder eine Leistungsbrücke wird in der Regel verwendet, um eine Frequenz einer erzeugten elektrischen Leistung in eine Frequenz umzuwandeln, die im Wesentlichen einer Energieversorgungsnetzfrequenz ähnelt. Herkömmliche Windkraftanlagen umfassen in der Regel auch eine Hauptsteuereinrichtung zur Steuerung verschiedener Betriebsmodi der Windkraftanlage. Die USPatentanmeldung US 2012 / 0 066 544 A1 beschreibt einen Fernkontrollapparat für eine Windturbine, ein Windturbinengeneratorsystem und ein Verfahren zum Steuern des Fernkontrollapparats. Das Patent US 8 162 788 B2 beschreibt ein System, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Windturbine basierend auf Betriebsprofilen und die US-Patentanmeldung US 2013 / 0 166 090 A1 bezieht sich auf einen Leistungswandler und ein Verfahren zum Steuern desselben.
Verschiedene Windkraftanlagen umfassen auch eine Wandlersteuereinrichtung, die dafür eingerichtet ist, den Leistungswandler zu steuern. Genauer gesagt, kann die Wandlersteuereinrichtung kommunikationsmäßig mit dem Leistungswandler über eine Brückenlogikschnittstelle gekoppelt sein. Die Brückenlogik ist ein programmierbarer Logikbaustein, mit dem allgemein die quasi-intelligente im Feld programmierbare Logikgatter-Anordnung (FPGA) gemeint ist. Anders ausgedrückt, ist die Brückenlogik das Programm, das in dem Steuereinrichtung-Code mitgeführt wird und beim Anfahren der Windkraftanlage zu der Leistungsbrückenschnittstellenkarte heruntergeladen wird. Außerdem steht die Brückenlogik in der Regel mit der Wandlersteuereinrichtung über eine serielle Verbindung, beispielsweise einen High-Speed Serial Link (HSSL), und der Leistungsbrücke über diskrete Signale in Verbindung.
In der Regel erfolgt die Kommunikation zwischen der Steuereinrichtung und der Brückenlogik periodisch in regelmäßigen Intervallen, die allgemein als ein „Rahmen“ (bzw. „Frame“) bezeichnet werden. Zum Beispiel werden am Anfang jedes Rahmens Rückmeldungsmitteilungen von der Brückenlogik an die Steuereinrichtung gesendet, und bei Empfang der Rückmeldungsmitteilungen führt die Steuereinrichtung Berechnungen aus, die zu neuen Befehlsmitteilungen für die Brückenlogik für den nächsten Rahmen führen. Die Steuereinrichtung sendet dann vor Beginn des nächsten Rahmens die neuen Befehlsmitteilungen an die Brückenlogik. Bei Empfang verwendet die Brückenlogik Informationen in den neuen Befehlsmitteilungen zum Konfigurieren der Ansteuerungs- und Rückmeldungslogik für den nächsten Rahmen.
Aufgrund der Anzahl an asynchronen Prozessen, die in der Steuereinrichtung ablaufen, kann es aber vorkommen, dass die Brückenlogik die neuen Befehlsmitteilungen nicht rechtzeitig empfängt. Darüber hinaus kann Rauschen in der Übertragung der neuen Befehlsmitteilungen und/oder der Rückmeldungsmitteilungen die Kommunikation verzögern, so dass sie nicht rechtzeitig gesendet oder empfangen wird. Somit kann die Ansteuerungs- und Rückmeldungslogik für den nächsten Rahmen möglicherweise nicht ordnungsgemäß konfiguriert werden. Aus diesen und weiteren Gründen können die Ansteuerungs- oder Befehlsoperationen der Brückenlogik letztendlich gestört werden, und es ist möglich, dass sie keine Rückmeldungsmitteilungen von der Steuereinrichtung empfangen bzw. an diese senden kann. Noch weitere elektrische Komponenten der Windkraftanlage können mit ähnlichen Problemen konfrontiert werden, wenn sie mit der Steuereinrichtung kommunizieren.
Dementsprechend würde ein System und Verfahren, die die oben erwähnten Probleme bewältigen, in der Technik begrüßt werden. Genauer gesagt, wären ein System und ein Verfahren von Nutzen, die eine Kontingenzkommunikation für den bevorstehenden Ansteuerungs-Rahmen und einen oder mehrere anschließende Rahmen umfassen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in der folgenden Beschreibung dargelegt oder ergeben sich aus der Beschreibung oder können bei der Ausführung der Erfindung in Erfahrung gebracht werden.
In einem Aspekt betrifft der vorliegende Gegenstand ein Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Komponente einer Windkraftanlage. Das Verfahren umfasst das Empfangen, durch die elektrische Komponente, eines Standardsatzes von Befehlen für einen ersten Zeitrahmen. Ein nächster Schritt umfasst das Empfangen, durch die elektrische Komponente, eines oder mehrerer Kontingenzsätze von Befehlen für Zeitrahmen über den ersten Zeitrahmen hinaus. Das Verfahren umfasst außerdem das Bestimmen, ob der Standardsatz von Befehlen innerhalb eines Startfensters des ersten Zeitrahmens empfangen wird. Ein weiterer Schritt umfasst das Implementieren, durch die elektrische Komponente, des Standardsatzes von Befehlen während des ersten Zeitrahmens, wenn der Standardsatz von Befehlen innerhalb des Startfensters empfangen wird. Das Verfahren umfasst außerdem das Implementieren, durch die elektrische Komponente, eines der Kontingenzsätze von Befehlen, die während eines früheren Zeitrahmens empfangen wurden, wenn der Standardsatz von Befehlen nicht innerhalb des Startfensters empfangen wird.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren des Weiteren das Feststellen, ob die elektrische Komponente auf der Basis des Standardsatzes von Befehlen oder des Kontingenzsatzes von Befehlen gesteuert wird, und das Senden der Feststellung an die Steuereinrichtung. In weiteren Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Überschreiben des Kontingenzsatzes von Befehlen, die während eines früheren Zeitrahmens empfangen wurden, wenn der Standardsatz von Befehlen innerhalb des Startfensters des ersten Zeitrahmens empfangen wird. In weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren, falls die elektrische Komponente auf der Basis des Kontingenzsatzes von Befehlen gesteuert wird, das Bestimmen eines Fehlers zwischen dem Kontingenzsatz von Befehlen und dem Standardsatz von Befehlen und das Anpassen anschließender Befehle auf der Basis des Fehlers umfassen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Kontingenzsatz von Befehlen unter Verwendung eines oder mehrerer Algorithmen berechnet werden. Zum Beispiel kann in verschiedenen Ausführungsformen der eine oder können die mehreren Algorithmen eines oder eine Kombination von Folgendem umfassen: Halten eines letzten Wertes, einen Stopp-Wert, eine Zeit/Winkel-basierte Extrapolation, einen Haltewert nullter Ordnung, eine Extrapolation höherer Ordnung, eine Verschmelzungstechnik und/oder Ähnliches.
In dem Verfahren von einer der oben erwähnten Arten kann die elektrische Komponente eines oder eine Kombination von Folgendem umfassen: einen Leistungswandler, eine Brückenlogikschnittstelle, einen Brückengleichrichter, eine Leistungshalbleitervorrichtung oder einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT).
In einem weiteren Aspekt betrifft der vorliegende Gegenstand ein Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Komponente einer Windkraftanlage. Das Verfahren umfasst: Empfangen, über die Steuereinrichtung, von Rückmeldungsmitteilungen von der elektrischen Komponente; Bestimmen, ob die Rückmeldungsmitteilungen innerhalb eines Startfensters eines ersten Zeitrahmens empfangen werden; Berechnen, über die Steuereinrichtung, eines Satzes von Befehlen für den ersten Zeitrahmen, wobei, wenn die Rückmeldungsmitteilungen innerhalb des Startfensters des ersten Zeitrahmens empfangen werden, die Berechnungen auf der Basis der Rückmeldungsmitteilungen erfolgen, und wobei, wenn die Rückmeldungsmitteilungen nicht innerhalb des Startfensters des ersten Zeitrahmens empfangen werden, die Berechnungen auf der Basis eines geschätzten Rückmeldungswertes erfolgen; und Steuern der elektrischen Komponente auf der Basis des Satzes von Befehlen, der während des ersten Zeitrahmens angewendet wurde.
In einer Ausführungsform kann der Satz von Befehlen einen Standardsatz von Befehlen und einen Kontingenzsatz von Befehlen umfassen. Somit kann, in einer weiteren Ausführungsform, das Verfahren des Weiteren das Steuern der elektrischen Komponente auf der Basis des Standardsatzes von Befehlen oder des Kontingenzsatzes von Befehlen umfassen. Außerdem kann das Verfahren das Feststellen umfassen, ob die elektrische Komponente auf der Basis des Standardsatzes von Befehlen oder des Kontingenzsatzes von Befehlen gesteuert wird. In einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren das Bestimmen eines Fehlers zwischen dem Kontingenzsatz von Befehlen und dem Standardsatz von Befehlen und das Anpassen anschließender Befehle auf der Basis des Fehlers umfassen. In noch einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren des Weiteren das Anpassen anschließender berechneter Befehle auf der Basis des Fehlers umfassen. Darüber hinaus kann das Verfahren in weiteren Ausführungsformen auch das Überschreiben des Kontingenzsatzes von Befehlen umfassen, wenn die Rückmeldungsmitteilungen innerhalb eines erforderlichen Startfensters des ersten Zeitrahmens empfangen werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der geschätzte Rückmeldungswert unter Verwendung eines oder mehrerer Algorithmen berechnet werden. Zum Beispiel können in verschiedenen Ausführungsformen der eine oder die mehreren Algorithmen eines oder eine Kombination von Folgendem umfassen: Halten eines letzten Wertes, einen Stopp-Wert, eine Zeit/Winkel-basierte Extrapolation, einen Haltewert nullter Ordnung, eine Extrapolation höherer Ordnung, eine Verschmelzungstechnik oder etwas Ähnliches. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Standardsatz von Befehlen auf der Basis der empfangenen Rückmeldungsmitteilungen bestimmt werden.
In beliebigen Ausführungsformen kann die elektrische Komponente eines oder eine Kombination von Folgendem umfassen: einen Leistungswandler, eine Brückenlogikschnittstelle, einen Brückengleichrichter, eine Leistungshalbleitervorrichtung oder einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT).
In einem weiteren Aspekt betrifft der vorliegende Gegenstand ein System zur Steuerung einer elektrischen Komponente einer Windkraftanlage. Das System umfasst eine Steuereinrichtung, die kommunikationsmäßig mit einem oder mehreren Prozessoren gekoppelt ist. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet zum: Empfangen von Rückmeldungsmitteilungen von der elektrischen Komponente; Bestimmen, ob die Rückmeldungsmitteilungen innerhalb eines Startfensters eines ersten Zeitrahmens empfangen werden; Berechnen eines Satzes von Befehlen für den ersten Zeitrahmen, wobei, wenn die Rückmeldungsmitteilungen innerhalb des Startfensters des ersten Zeitrahmens empfangen werden, die Berechnungen auf der Basis der Rückmeldungsmitteilungen erfolgen, und wobei, wenn die Rückmeldungsmitteilungen nicht innerhalb des Startfensters des ersten Zeitrahmens empfangen werden, die Berechnungen auf der Basis eines geschätzten Rückmeldungswertes erfolgen; und Steuern der elektrischen Komponente auf der Basis des Satzes von Befehlen während des zweiten Zeitrahmens.
In verschiedenen Ausführungsformen sind die Steuereinrichtung und die elektrische Komponente kommunikationsmäßig über eine serielle Verbindung gekoppelt.
Es versteht sich, dass die elektrische Komponente, wie hierin beschrieben, eine beliebige geeignete elektrische Komponente der Windkraftanlage sein kann, wozu beispielsweise ein Leistungswandler, eine Brückenlogikschnittstelle, ein Brückengleichrichter, eine Leistungshalbleitervorrichtung oder ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) gehören, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung und der beiliegenden Ansprüche besser verstanden. Die begleitenden Zeichnungen, die in diese Spezifikation aufgenommen sind und einen Teil von ihr bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
Figurenliste
Eine umfassende und befähigende Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich deren bester Ausführungsart, die sich an den Fachmann richtet, ist in der Beschreibung dargelegt, die auf die beiliegenden Figuren Bezug nimmt, in denen:

1 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Ausführungsform einer Windkraftanlage gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 veranschaulicht eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines elektrischen und Steuerungssystems, das sich zur Verwendung bei der in 1 gezeigten Windkraftanlage eignet;
3 veranschaulicht ein Blockschaubild einer Ausführungsform einer Steuereinrichtung, die sich zur Verwendung bei der in 1 gezeigten Windkraftanlage eignet;
4 veranschaulicht ein Schaubild einer Ausführungsform eines Systems zur Steuerung einer Windkraftanlage gemäß der vorliegenden Offenbarung;
5 veranschaulicht ein Schaubild einer Ausführungsform der Wandlersteuereinrichtung, die mit der Brückenlogik kommuniziert, gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
6 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTES BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun im Detail auf Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Jedes Beispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und nicht ihrer Einschränkung. Dem Fachmann leuchtet ein, dass verschiedene Modifizierungen und Variationen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Wesen oder Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil einer einzelnen Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, bei einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine noch weitere Ausführungsform zu ergeben. Daher ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Modifizierungen und Variationen umfasst, sofern sie in den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.
Allgemein betrifft der vorliegende Gegenstand ein System und Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Komponente, zum Beispiel einer Leistungsbrücke, einer Windkraftanlage unter Nutzung der Kontingenzkommunikation. Wie erwähnt, entspricht in einer Ausführungsform die elektrische Komponente einer Brückenlogikschnittstelle des Leistungswandlers. Die elektrische Komponente ist dafür eingerichtet, einen Standardsatz von Befehlen für einen ersten Zeitrahmen zu empfangen. Außerdem empfängt die elektrische Komponente einen oder mehrere Kontingenzsätze von Befehlen für Zeitrahmen über den ersten Zeitrahmen hinaus. Die elektrische Komponente ist außerdem dafür eingerichtet zu bestimmen, ob der Standardsatz von Befehlen innerhalb eines Startfensters des ersten Zeitrahmens empfangen wird. Wenn der Standardsatz von Befehlen rechtzeitig empfangen wird, implementiert die elektrische Komponente den Standardsatz von Befehlen während des ersten Zeitrahmens. Wenn im Gegensatz dazu der Standardsatz von Befehlen nicht rechtzeitig empfangen wird, implementiert die elektrische Komponente einen der Kontingenzsätze von Befehlen, die während eines früheren Zeitrahmens empfangen wurden.
Der vorliegende Gegenstand hat viele Vorteile, die der Stand der Technik nicht vorzuweisen hat. Wenn zum Beispiel herkömmliche Systeme Befehle und/oder Rückmeldungsmitteilungen nicht rechtzeitig empfangen würden, dann würde die Ansteuerungs- und Rückmeldungslogik für den nächsten Rahmen nicht ordnungsgemäß konfiguriert werden, was eine Störung der des Ansteuerungs-Betrieb für die Leistungsbrücke und/oder eine fehlende Akquisition und Sendung der Rückmeldung an die Steuereinrichtung zur Folge hätte. Die vorliegende Offenbarung bestimmt hingegen Kontingenzinformationen für nachfolgende Zeitrahmen, die einfach über denjenigen des nächsten Zeitrahmens hinausgehen, so dass die Kontingenzinformationen in dem Fall genutzt werden können, wenn Rückmeldungsdaten und/oder Befehle nicht rechtzeitig empfangen werden. Somit bieten das System und das Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Toleranz für verspätete oder beeinträchtigte Kommunikationen zwischen der Windkraftanlagensteuereinrichtung und einer oder mehreren elektrischen Komponenten der Windkraftanlage, und sie beseitigen und/oder reduzieren dadurch entsprechende Fehler und/oder Systemausfälle. Darüber hinaus erlaubt die vorliegende Offenbarung einen robusten und zuverlässigen Betrieb der elektrischen Ausrüstung im Fall des Auftretens zwischenzeitlicher Kommunikationsprobleme.
Indem nun auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, zeigt 1 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer beispielhaften Windkraftanlage 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Windkraftanlage 100 umfasst eine Gondel 102, die in der Regel einen (nicht gezeigten) Generator beherbergt. Die Gondel 102 ist auf einem Turm 104 montiert, der eine beliebige geeignete Höhe hat, die den Betrieb der Windkraftanlage 100, wie hierin beschrieben, gestattet. Die Windkraftanlage 100 umfasst außerdem einen Rotor 106, der drei Blätter 108 umfasst, die an einer rotierenden Nabe 110 angebracht sind. Alternativ kann die Windkraftanlage 100 jede beliebige Anzahl von Blättern 108 umfassen, die den Betrieb der Windkraftanlage 100, wie hierin beschrieben, ermöglicht.
Bezug nehmend auf 2 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften elektrischen und Steuerungssystems 200 veranschaulicht, das bei der Windkraftanlage 100 verwendet werden kann. Während des Betriebes trifft Wind auf die Blätter 108 auf, und die Blätter 108 wandeln Windenergie in ein mechanisches Drehmoment um, das eine langsam drehende Welle 112 über die Nabe 110 drehend antreibt. Die langsam drehende Welle 112 ist dafür eingerichtet, ein Getriebe 114 anzutreiben, das anschließend die niedrige Drehzahl der langsam drehenden Welle 112 heraufsetzt, um eine Hochgeschwindigkeitswelle 116 mit einer erhöhten Drehzahl anzutreiben. Die Hochgeschwindigkeitswelle 116 ist im Allgemeinen mit einem Generator 118 drehfest gekoppelt, um so einen Generatorrotor 122 in drehend anzutreiben. In einer Ausführungsform kann der Generator 118 ein dreiphasiger doppelt gespeister (Asynchron-) Generator mit gewickeltem Rotor (DFIG) sein, der einen Generatorstator 120 umfasst, der magnetisch mit einem Generatorrotor 122 gekoppelt ist. An sich kann ein rotierendes Magnetfeld durch den Generatorrotor 122 induziert werden, und eine Spannung kann innerhalb eines Generatorstators 120 induziert werden, der magnetisch mit dem Generatorrotor 122 gekoppelt ist. In einer Ausführungsform ist der Generator 118 dafür eingerichtet, die mechanische Rotationsenergie in ein sinusförmiges, dreiphasiges, elektrisches Wechselstrom(AC)-Energiesignal in dem Generatorstator 120 umzuwandeln. Die damit verbundene elektrische Leistung kann über einen Statorbus 208, einen Statorsynchronisierschalter 206, einen Systembus 216, einen Haupttransformator-Leistungsschalter 214 und einen Generator-seitigen Bus 236 zu einem Haupttransformator 234 übertragen werden. Der Haupttransformator 234 nimmt setzt die Spannungsamplitude der elektrischen Leistung herauf, so dass die transformierte elektrische Leistung über einen Leistungsschalter-seitigen Bus 240, einen Energienetz-Leistungsschalter 238 und einen Energienetzbus 242 weiter zu einem Energienetz übertragen werden kann.
Außerdem kann das elektrische und Steuerungssystem 200 eine Windkraftanlagensteuereinrichtung 202 umfassen, die dafür eingerichtet ist, ein beliebige der Komponenten der Windkraftanlage 100 zu steuern. Zum Beispiel kann, wie insbesondere in 3 gezeigt, die Steuereinrichtung 202 einen oder mehrere Prozessor(en) 204 und zugehörige Speichervorrichtung(en) 207 umfassen, die dafür eingerichtet ist/sind, vielfältige Computerimplementierte Funktionen auszuführen (beispielsweise die Verfahren, Schritte, Berechnungen und dergleichen durchzuführen und relevante Daten, wie hierin offenbart, zu speichern). Außerdem kann die Steuereinrichtung 202 auch ein Kommunikationsmodul 209 zum Ermöglichen der Kommunikation zwischen der Steuereinrichtung 202 und den verschiedenen Komponenten der Windkraftanlage 100, zum Beispiel jeglichen der Komponenten von 2, umfassen. Darüber hinaus kann das Kommunikationsmodul 209 eine Sensorschnittstelle 211 (beispielsweise einen oder mehrere Analog-Digital-Wandler) umfassen, um es zu ermöglichen, dass Signale, die von einem oder mehreren Sensoren gesendet werden, in Signale umgewandelt werden können, die durch die Prozessoren 204 verstanden und verarbeitet werden können. Es versteht sich, dass die Sensoren (zum Beispiel die Sensoren 252, 254, 256, 264) mit Hilfe beliebiger geeigneter Mittel mit dem Kommunikationsmodul 209 kommunikationsmäßig gekoppelt sein können. Zum Beispiel sind, wie in 3 gezeigt, die Sensoren 252, 254, 256, 264 mit der Sensorschnittstelle 211 über eine leitungsgebundene Verbindung gekoppelt. Jedoch können in anderen Ausführungsformen die Sensoren 252, 254, 256, 264 mit der Sensorschnittstelle 211 über eine drahtlose Verbindung gekoppelt sein, wie zum Beispiel unter Verwendung eines beliebigen geeigneten, in der Technik bekannten Drahtloskommunikationsprotokolls. Auf diese Weise kann der Prozessor 204 dafür eingerichtet sein, ein oder mehrere Signale von den Sensoren zu empfangen.
In dem hierin verwendeten Sinne bezeichnet der Begriff „Prozessor“ nicht nur integrierte Schaltkreise, die in der Technik in einem Computer enthalten sind, sondern bezeichnet auch einen Controller, einen Mikrocontroller, einen Mikrocomputer, einen programmierbaren Logikcontroller (PLC), einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis und anderen programmierbare Schaltkreise. Der Prozessor 204 ist außerdem dafür eingerichtet, fortschrittliche Steuerungsalgorithmen zu berechnen und mit einer Vielfalt unterschiedlicher Ethernet- oder seriell gestützter Protokolle (Modbus, OPC, CAN usw.) zu kommunizieren. Außerdem kann die eine oder können die mehreren Speichervorrichtung(en) 207 allgemein ein oder mehrere Speicherelemente, einschließlich eines Computer-lesbaren Mediums (beispielsweise eines Direktzugriffsspeichers (RAM)), eines Computer-lesbaren nicht-flüchtigen Mediums (beispielsweise eines Flash-Speichers), einer Floppy-Disk, eines Compact-Disc-Nur-Lese-Speichers (CD-ROM), einer magneto-optischen Disk (MOD), einer Digital-Versatile-Disk (DVD) und/oder anderer geeigneter Speicherelemente, umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Solche Speichervorrichtung(en) 207 kann/können allgemein dafür eingerichtet sein, geeignete Computerlesbare Instruktionen zu speichern, die, wenn sie durch den oder die Prozessoren 204 implementiert werden, die Steuereinrichtung 202 dafür konfigurieren, die verschiedenen Funktionen, wie sie hierin beschrieben sind, auszuführen.
Erneut Bezug nehmend auf 2 kann der Generatorstator 120 über einen Statorbus 208 mit einem Statorsynchronisierschalter 206 elektrisch gekoppelt sein. In einer Ausführungsform ist der Generatorrotor 122 zur Unterstützung der DFIG-Konfiguration über einen Rotorbus 212 elektrisch mit einer bidirektionalen Leistungswandlungsbaugruppe 210 gekoppelt. Alternativ kann der Generatorrotor 122 mit dem Rotorbus 212 über jede beliebige andere Vorrichtung elektrisch gekoppelt sein, die den Betrieb des elektrischen und Steuerungssystems 200, wie hierin beschrieben, ermöglicht. In einer weiteren Ausführungsform kann der Statorsynchronisierschalter 206 über einen Systembus 216 mit einem Haupttransformator-Leistungsschalter 214 elektrisch gekoppelt sein.
Die Leistungswandlungsbaugruppe 210 kann ein Rotorfilter 218 umfassen, das über den Rotorbus 212 elektrisch mit dem Generatorrotor 122 gekoppelt ist. Ein Rotorfilterbus 219 koppelt das Rotorfilter 218 elektrisch mit einem Rotor-seitigen Leistungswandler 220. Darüber hinaus kann der Rotor-seitige Leistungswandler 220 elektrisch mit einem netzseitigen Leistungswandler 222 gekoppelt sein. Es versteht sich, dass der Rotor-seitige Wandler 220 und der netzseitige Wandler 222 Wandler eines beliebigen geeigneten Typs sein können. Zum Beispiel können die Wandler 220, 222, wie hierin beschrieben, eines oder eine Kombination von Folgendem sein: ein AC-DC-Wandler, ein AC-AC-Wandler, ein DC-DC-Wandler, ein DC-AC-Wandler, ein Brückengleichrichter, eine Leistungshalbleitervorrichtung, ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder Ähnliches. Der IGBT ist allgemein ein mit drei Anschlüssen ausgestatteter Leistungshalbleiterbaustein, der in erster Linie als ein elektronischer Schalter verwendet wird. Der Rotor-seitige Leistungswandler 220 und der netzseitige Leistungswandler 222 können jede beliebige Konfiguration unter Verwendung beliebiger Schaltvorrichtungen haben, die den Betrieb des elektrischen und Steuerungssystems 200, wie hierin beschrieben, ermöglichen. Darüber hinaus kann die Leistungswandlungsbaugruppe 210 mit der Turbinensteuereinrichtung 202 und/oder einer gesonderten oder integralen Wandlersteuereinrichtung 262 in elektronischer Datenkommunikationsverbindung stehen, um den Betrieb des Rotor-seitigen Leistungswandlers 220 und des netzseitigen Leistungswandlers 222 zu steuern, was unten noch ausführlicher erläutert ist.
Weiterhin Bezug nehmend auf 2 kann ein netzseitiger Leistungswandlerbus 223 den netzseitigen Leistungswandler 222 elektrisch mit einem Netzleitungsfilter 224 koppeln. Des Weiteren kann ein Netzleitungsbus 225 das Netzleitungsfilter 224 elektrisch mit einem Netzleitungsschütz 226 koppeln. Darüber hinaus kann der Netzleitungsschütz 226 über einen Wandlungsleistungsschalterbus 230 mit einem Wandlungsleistungsschalter 228 elektrisch gekoppelt sein. Außerdem kann der Wandlungsleistungsschalter 228 über den Systembus 216 und einen Verbindungsbus 232 mit dem Haupttransformator-Leistungsschalter 214 elektrisch gekoppelt sein. Der Haupttransformator-Leistungsschalter 214 kann über einen Generator-seitigen Bus 236 mit einem elektrischen Hauptleistungstransformator 234 elektrisch gekoppelt sein. Der Haupttransformator 234 kann über einen Leistungsschalter-seitigen Bus 240 mit einem Energienetz-Leistungsschalter 238 elektrisch gekoppelt sein. Der Energienetz-Leistungsschalter 238 kann über einen Energienetzbus 242 mit dem elektrischen Energieübertragungs- und -verteilungsnetz verbunden sein.
Innerhalb der Leistungswandlungsbaugruppe 210 kann der Rotor-seitige Leistungswandler 220 über eine einzige Gleichstrom(DC)-Verbindung 244 mit dem netzseitigen Leistungswandler 222 elektrisch gekoppelt sein. Alternativ können der Rotor-seitige Leistungswandler 220 und der netzseitige Leistungswandler 222 über einzelne und separate DC-Verbindungen elektrisch gekoppelt sein. Außerdem kann, wie gezeigt, die DC-Verbindung 244 eine positive Schiene 246, eine negative Schiene 248 und mindestens einen dazwischen eingekoppelten Kondensator 250 umfassen.
Während des Betriebes kann die Steuereinrichtung 202 dafür eingerichtet sein, ein oder mehrere Spannungs- und/oder Strommesssignale von einem ersten Satz Spannungs- und Stromsensoren 252 zu empfangen. Somit kann die Steuereinrichtung 202 dafür eingerichtet sein, mindestens einige der Betriebsvariablen im Zusammenhang mit der Windkraftanlage 100 über die Sensoren 252 zu überwachen und zu steuern. In der veranschaulichten Ausführungsform kann jeder der Sensoren 252 mit jeweils einer der drei Phasen des Energienetzbusses 242 elektrisch gekoppelt sein. Alternativ können die Sensoren 252 mit jedem beliebigen Abschnitt des elektrischen und Steuerungssystems 200 elektrisch gekoppelt sein, der einen Betrieb des elektrischen und Steuerungssystems 200, wie hierin beschrieben, ermöglicht. Außerdem können die Sensoren, wie hierin beschrieben, dafür eingerichtet sein, einen oder mehrere Betriebsparameter der Windkraftanlage 100 zu messen und/oder zu überwachen. In einer Ausführungsform können zum Beispiel die Sensoren den ersten Satz von Spannungs- und Stromsensoren 252, einen zweiten Satz von Spannungs- und Stromsensoren 254, einen dritten Satz von Spannungs- und Stromsensoren 256, einen vierten Satz von Spannungs- und Stromsensoren 264 (alle in 2 gezeigt) und/oder beliebige sonstige geeignete Sensoren umfassen.
Es versteht sich des Weiteren, dass jede beliebige Anzahl oder Art von Sensoren innerhalb der Windkraftanlage 100 und an jeder beliebigen Stelle verwendet werden kann. Zum Beispiel können die Sensoren Mikroträgheitsmesseinheiten (MIMUs), Dehnungsmessstreifen, Beschleunigungsmesser, Drucksensoren, Temperatursensoren, Angriffswinkelsensoren, Schwingungssensoren, Lichtdetektions- und Entfernungsmessungs(LIDAR)-Sensoren, Kamerasysteme, faseroptische Systeme, Windmesser, Windschaufeln, Schalldetektions- und Entfernungsmessungs(SODAR)-Sensoren, Infralaser, Radiometer, Pitotrohre, Rawinsonden, andere optische Sensoren und/oder sonstige geeignete Sensoren sein. Darüber hinaus können die Sensoren und/oder Vorrichtungen Teil desselben Windparks, verschiedener Windparks oder von einem beliebigen Windpark unabhängig sein.
Wie erwähnt, kann das System 200 ferner eine Wandlersteuereinrichtung 262 umfassen, die dafür eingerichtet ist, ein oder mehrere Spannungs- und Strommesssignale zu empfangen. Zum Beispiel empfängt, wie in der veranschaulichten Ausführungsform gezeigt, die Wandlersteuereinrichtung 262 Spannungs- und Strommesssignale von dem zweiten Satz Spannungs- und Stromsensoren 254, die mit dem Statorbus 208 in elektronischer Datenkommunikationsverbindung stehen. Die Wandlersteuereinrichtung 262 kann auch den dritten und den vierten Satz Spannungs- und Strommesssignale von dem dritten und vierten Satz Spannungs- und Stromsensoren 256, 264 empfangen. Außerdem kann die Wandlersteuereinrichtung 262 mit jedem beliebigen der hierin in Bezug auf die Hauptsteuereinrichtung 202 beschriebenen Merkmale konfiguriert sein. Darüber hinaus kann die Wandlersteuereinrichtung 262 von der Hauptsteuereinrichtung 202 gesondert oder mit dieser integral sein.
Indem nun auf die 4-6 Bezug genommen wird, sind dort verschiedene Ausführungsformen eines Systems 300 und eines Verfahrens 400 zur Steuerung der Windkraftanlage 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Indem insbesondere auf 4 Bezug genommen wird, enthält das System 300 in der Regel eine Wandlersteuereinrichtung 262, die mit einer elektrischen Komponente kommunikationsmäßig gekoppelt ist. Wie zum Beispiel in der veranschaulichten Ausführungsform gezeigt, entspricht die elektrische Komponente der Brückenlogikschnittstelle 260. Es versteht sich, dass die elektrische Komponente jede beliebige geeignete elektrische und/oder Leistungskomponente der Windkraftanlage 100, einschließlich eines Leistungswandlers (einschließlich eines AC-DC-Wandlers, eines AC-AC-Wandlers, eines DC-DC-Wandlers, eines DC-AC-Wandlers oder Ähnlichem), eines Brückengleichrichters, einer Leistungshalbleitervorrichtung, eines Bipolartransistors mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder Ähnlichem, umfassen kann, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Darüber hinaus kommunizieren die Wandlersteuereinrichtung 262 und die Brückenlogik 260 miteinander über eine Kommunikationsverbindung 304. Genauer gesagt, wie gezeigt, entspricht die Kommunikationsverbindung einer seriellen Verbindung 304. In dem hierin verwendeten Sinne bezeichnet eine serielle Verbindung allgemein eine Verbindung mit der Fähigkeit, durch bitweises sequenzielles Senden von Daten über einen Kommunikationskanal oder Computerbus zu kommunizieren. Zum Beispiel kann in verschiedenen Ausführungsformen die serielle Verbindung 304 ein High-Speed Serial Link (HSSL) sein. In weiteren Ausführungsformen kann die Kommunikationsverbindung 304 einen beliebigen sonstigen geeigneten, in der Technik bekannten Kommunikationskanal umfassen.
Bezug nehmend auf die 4 und 5 generiert die Brückenlogikschnittstelle 260 kontinuierlich Rückmeldungsmitteilungen (in 5 als A-fbk, B-fbk, C-fbk dargestellt), die durch Befehle, die von der Wandlersteuereinrichtung 262 aus empfangen werden, und verschiedene andere Faktoren beeinflusst werden. In verschiedenen Ausführungsformen können die Rückmeldungsmitteilungen beliebige Informationen hinsichtlich des Betriebsstatus der elektrischen Komponente, zum Beispiel Spannungen, Ströme, Zustandsinformationen, Befehle, Fehlerstatus, Temperatur usw, umfassen. Gleichermaßen generiert die Wandlersteuereinrichtung 262 kontinuierlich Befehle auf der Basis der von der Brückenlogik 260 aus empfangenen Rückmeldungsmitteilungen. In verschiedenen Ausführungsformen können die Befehle Informationen bezüglich Einzelflanken- oder Mehrflankenmodulationen und/oder Brückenübergängen, Umdrehungen, fortschreitenden Spannungen, Niedrig-zu-hoch-Übergängen, Hoch-zu-niedrig-Übergängen, Voranschreiten eines Zeigers auf den Anschlüssen des Mehrphasensystems, Pattern-Firing, gezahnter Rechteckwelle usw. Zum Beispiel beinhalten Brückenübergänge in bestimmten Ausführungsformen eine phasenweise Übergangsrichtung (positiv oder negativ) und den Zeitpunkt, zu dem der Übergang stattfinden soll.
Indem nun insbesondere auf 5 Bezug genommen wird, erfolgen die Kommunikationsübertragungen in der Regel periodisch und in regelmäßigen Zeitintervallen, wie durch die Zeitrahmen A bis D angezeigt ist. Die Zeitrahmen können beliebige geeignete Zeiträume sein, zum Beispiel von etwa 50 Mikrosekunden bis etwa 200 Mikrosekunden. In noch weiteren Ausführungsformen können die Zeitrahmen kürzer als 50 Mikrosekunden oder länger als 200 Mikrosekunden sein. Die Rückmeldungsmitteilungen (zum Beispiel A-fbk, B-fbk und C-fbk) werden von der Brückenlogik 260 zu der Wandlersteuereinrichtung 262 während eines Startfensters eines der Zeitrahmen gesendet, wie durch die fett gezeichneten vertikalen Linien 302 angezeigt ist.
Die vorliegende Offenbarung wird nun näher anhand des Zeitrahmens B erläutert, wobei jedoch verstanden werden sollte, dass vorausgehende und nachfolgende Zeitrahmen in einer ähnlichen Weise arbeiten und dass der Zeitrahmen B lediglich zu Veranschaulichungszwecken erläutert wird. Zum Beispiel werden Rückmeldungsmitteilungen, und zwar A-fbk, am Anfang des Zeitrahmens B von der Brückenlogik 260 zu der Steuereinrichtung gesendet, wie durch die fett gezeichneten Linien 302 angezeigt. Bei Empfang der A-fbk-Mitteilungen führt die Wandlersteuereinrichtung 262 Berechnungen durch, als B-Calc dargestellt, die einen oder mehrere Befehlen (zum Beispiel C-Gate (norm)) für die Brückenlogik 260 für den nächsten Zeitrahmen, den Zeitrahmen C, zur Folge haben. Die Wandlersteuereinrichtung 262 sendet dann die neuen Befehle an die Brückenlogik 260 vor dem Beginn des Zeitrahmens C. Bei Empfang verwendet die Brückenlogik 260 Informationen in den neuen Befehlen zum Konfigurieren der Ansteuerungs- und Rückmeldungslogik (B-fbk) für den Zeitrahmen C.
Die Wandlersteuereinrichtung 262 ist außerdem dafür eingerichtet, einen oder mehrere Kontingenzbefehle für einen Zeitrahmen über den nächsten Zeitrahmen hinaus zu berechnen. Zum Beispiel berechnet die Steuereinrichtung 262 während des Zeitrahmens A einen einzelnen Satz normaler Befehle (zum Beispiel B-Gate (norm)) für den Zeitrahmen B und einen einzelnen Satz Kontingenzbefehle (C-Gate (cont)) für den Zeitrahmen C, und sie kann diesen Prozess für nachfolgende Zeitrahmen fortsetzen. Das heißt, wenn die Steuereinrichtung 262 und die Brückenlogik 260 die Kommunikation über nachfolgende Zeitrahmen fortsetzen, und wenn die Brückenlogik 260 nicht rechtzeitig die normalen Befehle (zum Beispiel C-Gate (norm)) empfängt, so wird sich die Ansteuerungs- und Rückmeldungslogik für den Zeitrahmen C auf die Kontingenzbefehle (C-Gate (cont)) stützen, die während des Zeitrahmens B berechnet wurden. Dementsprechend reduziert das System 300 Störungen an dem System, die mit Störungen der Datenübertragung zwischen der Brückenlogik 260 und der Steuereinrichtung 262 verbunden sind, indem Backup-Befehle und Rückmeldungen bereitstellt werden.
In weiteren Ausführungsformen können, falls die Kontingenzbefehle (zum Beispiel C-Gate (cont)) nicht durch die Brückenlogik 260 während eines bestimmten Zeitrahmens genutzt werden (zum Beispiel, weil die Brückenlogik 260 die C-Gate (norm)-Befehle rechtzeitig empfängt), die Kontingenzbefehle dann durch die normalen enthaltenen Befehle, die rechtzeitig empfangen werden, überschrieben werden. Alternativ ist für den Fall, dass die normalen Befehle nicht rechtzeitig durch die Brückenlogik 260 empfangen werden, die Brückenlogik 260 dafür eingerichtet, die Kontingenzbefehle, zum Beispiel C-Gate (cont), von dem letzten rechtzeitigen Satz von Befehlen, die durch die Brückenlogik 260 empfangen wurden (zum Beispiel die Kontingenzbefehle, die am Anfang von dem Zeitrahmen A empfangen wurden), zu nutzen. Falls die Kontingenzbefehle genutzt werden, so ist die Steuereinrichtung 262 dafür eingerichtet festzustellen, dass der genutzte Befehl eine Kontingenz war. Somit hat die Steuereinrichtung 262 ein genaueres Modell davon, was idealerweise hätte angewiesen werden sollen, und sie berechnet einen Fehler, der in anschließende Befehle einzubinden ist. Der Fehler kann dafür verwendet werden, anschließende Befehle zu kompensieren und die Auswirkung der Kontingenz zu mindern. Auf diese Weise braucht die Steuereinrichtung 202 nicht zu warten, um die Auswirkung von Befehlsfehlern, die durch die Verwendung der Kontingenzbefehle mittels der normalen Rückmeldungsmitteilungen hervorgerufen werden, zu erfassen und darauf zu reagieren, da die Steuereinrichtung 262 Korrekturmaßnahmen bei einer viel höherer Bandbreite und verringerter Latenz vornehmen kann. In verschiedenen Ausführungsformen, bei denen die Kontingenzbefehle verwendet worden sind, kann der Fehler aus den gewünschten Nicht-Kontingenzbefehlen vorhergesehen werden. In einer solchen Ausführungsform kann eine aus diesem Fehler resultierende Reaktion durch Aktionen der Steuereinrichtung 262, welche die Standardbefehle bilden, reduziert werden. Da der oder die Fehler vorhergesehen werden können, können die nächsten berechneten Standardbefehle notwendige Anpassungen in Reaktion auf den bekannten Fehler vornehmen. Dementsprechend erlauben die Kontingenzbefehle es, dass die Brücken-Ansteuerung und die Erfassung und Übertragung der Rückmeldungsmitteilungen mit minimalen Störungen weiter funktionieren können.
Wenn, weiterhin Bezug nehmend auf den Zeitrahmen B, die Wandlersteuereinrichtung 262 in herkömmlichen Systemen die neuen Rückmeldungsmitteilungen (zum Beispiel A-fbk) nicht rechtzeitig empfing, so verfügten die Berechnungen der Wandlersteuereinrichtung 262 (zum Beispiel B-Calc) nicht über gültige Daten, mit denen sie hätten arbeiten können, so dass dadurch eine entsprechende Störung bei den Brückenbefehlen (zum Beispiel C-Gate (norm)) verursacht wurde. Um dieses Problem zu lösen, erfasst die Wandlersteuereinrichtung 262 gemäß der vorliegenden Offenbarung, dass die Rückmeldungsmitteilungen (zum Beispiel A-fbk) nicht rechtzeitig empfangen wurden, und sie schätzt die Rückmeldungsmitteilungen, zum Beispiel bestimmt einen geschätzten Rückmeldungswert, zur Verwendung in den Berechnungen der Wandlersteuereinrichtung 262. Wenn also die Wandlersteuereinrichtung 262 die A-fbk-Mitteilungen nicht empfängt, kann die Steuereinrichtung 262 weiterhin ordnungsgemäß arbeiten, indem sie die fehlenden Rückmeldungsmitteilungen schätzt und den Standardsatz von Befehlen 306 und den Kontingenzsatz von Befehlen 308 auf der Basis der geschätzten Rückmeldung berechnet und den Standard- und den Kontingenzsatz von Befehlen 306, 308 an die Brückenlogik 260 sendet, so dass die Brückenlogik 260 kontinuierlich Befehle von der Wandlersteuereinrichtung 262 empfängt. Somit wird die Kommunikation zwischen der Wandlersteuereinrichtung 262 und der Brückenlogik 260 weiterhin mit minimalen Störungen funktionieren.
Es versteht sich, dass verschiedene Algorithmen zum Schätzen der Rückmeldungsmitteilungen verwendet werden können. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform die Steuereinrichtung 262 einen letzen Haltewert bestimmen. Genauer gesagt, und unter Bezug auf den Zeitrahmen C von 5, kann die Steuereinrichtung 262 für den Fall, dass B-fbk durch die Wandlersteuereinrichtung 262 nicht rechtzeitig (zum Beispiel am Anfang von dem Zeitrahmen C) empfangen wird, den letzten Wert nutzen, der für eine Rückmeldungsmitteilung empfangen wurde, nämlich A-fbk, um die Befehle für den Zeitrahmen C zu berechnen. In weiteren Ausführungsformen kann die Wandlersteuereinrichtung 262 die fehlende Rückmeldungsmitteilung extrapolieren. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 262 eine oder mehrere Zeit/Winkel-basierte Extrapolationen zum Schätzen der fehlenden Mitteilung nutzen. In einer Ausführungsform, bei der die elektrische Komponente eine mehrphasige AC-Komponente umfasst, rotieren die elektrischen Größen in einer zweidimensionalen Ebene. Somit umfasst der stationäre Zustand einen sich kontinuierlich ändernden Satz von Zuständen anstatt einen Satz konstanter Werte. Dementsprechend könnte die Art der fehlenden Mitteilung ein Winkel und/oder eine Amplitude sein, und sie kann jede beliebige Anzahl zeitlicher Ableitungen beinhalten. In weiteren Ausführungsformen, bei denen eine Fortsetzung geringdynamischer Zustände die künftige Fortdauer von Zeigern prognostiziert, kann eine Erwartung der Befehle der Brückenlogik 260 in naher Zukunft geschätzt werden, indem zuerst rahmenweise eine durchschnittliche gewünschte Spannung prognostiziert wird und dann die Befehle der Brückenlogik 260 berechnet werden, die für ihre Erzwingung erforderlich sind. In noch weiteren Ausführungsformen kann die Extrapolation zunehmend komplexer werden, da weitere Verfeinerungen und/oder Zeitverlängerungen aufgenommen werden müssen.
In noch weiteren Ausführungsformen kann die Wandlersteuereinrichtung 262 die fehlenden Rückmeldungsmitteilungen mittels einer oder mehrerer Verschmelzungs- oder Vermischungstechniken schätzen. Zum Beispiel können in einer Ausführungsform die fehlenden Rückmeldungsmitteilungen durch Einbinden eines Teils des Befehlsinhalts geschätzt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann ein solcher Inhalt in Form von Vorausschätzungen (Feed-Forward-Schätzungen) von Reaktionen auf Befehle vorliegen, wenn eine gegebenen Form von Reaktion angenommen wird. In weiteren Ausführungsformen, in denen erwartet wird, dass die Rückmeldungsmitteilungen Informationen bestätigen, die aus dem Durchschnittsspannungsbefehl resultieren, kann der Durchschnittsspannungsbefehl verwendet werden. In noch weiteren Ausführungsformen, in denen erwartet wird, dass die Rückmeldungsmitteilungen Informationen bestätigen, die aus einer bedingten vorausgegangenen Berechnung des Durchschnittsspannungsbefehls resultieren, kann die vorausgegangene Durchschnittsspannungsberechnung verwendet werden. In noch weiteren Ausführungsformen können die fehlenden Rückmeldungsmitteilungen mittels eines Stopp-Wertes, eines Haltewertes nullter Ordnung, einer Extrapolation höherer Ordnung oder eines beliebigen sonstigen geeigneten Berechnungsverfahrens geschätzt werden. Die Schätzung der Rückmeldungsmitteilungen ermöglicht es, dass die Berechnungen der Wandlersteuereinrichtung 262 weiterhin mit minimalen Störungen funktonieren.
Indem nun auf 6 Bezug genommen wird, ist eine Ausführungsform eines Verfahrens 400 zur Steuerung einer Windkraftanlage 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Wie gezeigt, kann das Verfahren 400 einen Schritt 402 des Empfangens eines Standardsatzes von Befehlen für einen ersten Zeitrahmen durch die elektrische Komponente umfassen. Ein nächster Schritt 404 kann das Empfangen eines oder mehrerer Kontingenzsätze von Befehlen für Zeitrahmen über den ersten Zeitrahmen hinaus durch die elektrische Komponente umfassen. Das Verfahren 400 kann außerdem einen Schritt 406 des Bestimmens, ob der Standardsatz von Befehlen innerhalb eines Startfensters des ersten Zeitrahmens empfangen wird, umfassen. Außerdem umfasst ein weiterer Schritt 408 das Implementieren des Standardsatzes von Befehlen durch die elektrische Komponente während des ersten Zeitrahmens, wenn der Standardsatz von Befehlen innerhalb des Startfensters empfangen wird. Das Verfahren 400 kann ferner einen Schritt 410 des Implementierens eines der Kontingenzsätze von Befehlen, die während eines früheren Zeitrahmens empfangen wurden, durch die elektrische Komponente umfassen, wenn der Standardsatz von Befehlen nicht innerhalb des Startfensters empfangen wird.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zum Offenbaren der Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, und auch zu dem Zweck, es einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung auszuführen, einschließlich der Herstellung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und der Ausführung jeglicher hierin aufgenommener Verfahren. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die dem Fachmann einfallen. Solche weiteren Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich nicht vom Wortsinn der Ansprüche unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente umfassen, die sich nur unwesentlich vom Wortsinn der Ansprüche unterscheiden.
Der vorliegende Gegenstand betrifft ein System 300 und ein Verfahren 400 zur Steuerung einer elektrischen Komponente 260, zum Beispiel einer Leistungsbrücke, einer Windkraftanlage 100 mittels Kontingenzkommunikation. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren 400 das Empfangen 402, durch die elektrische Komponente 260, eines Standardsatzes von Befehlen für einen ersten Zeitrahmen. Ein nächster Schritt umfasst das Empfangen 404, durch die elektrische Komponente 260, eines oder mehrerer Kontingenzsätze von Befehlen für Zeitrahmen über den ersten Zeitrahmen hinaus. Das Verfahren 400 umfasst außerdem das Bestimmen 406, ob der Standardsatz von Befehlen innerhalb eines Startfensters des ersten Zeitrahmens empfangen wird. Ein weiterer Schritt umfasst das Implementieren 408, durch die elektrische Komponente 260, des Standardsatzes von Befehlen während des ersten Zeitrahmens, wenn der Standardsatz von Befehlen innerhalb des Startfensters empfangen wird. Das Verfahren umfasst außerdem das Implementieren 410, durch die elektrische Komponente 260, eines der Kontingenzsätze von Befehlen, die während eines früheren Zeitrahmens empfangen wurden, wenn der Standardsatz von Befehlen nicht innerhalb des Startfensters empfangen wird.
Bezugszeichenliste

100: Windkraftanlage
102: Gondel
104: Turm
106: Rotor
108: Rotorblätter
110: Nabe
112: Langsam drehende Welle
114: Getriebe
116: Hochgeschwindigkeitswelle
118: Generator
120: Generatorstator
122: Generatorrotor
200: Elektrisches und Steuerungssystem
202: Turbinensteuereinrichtung
204: Prozessor(en)
206: Synchronisierschalter
207: Speichervorrichtung/Datenspeicher
208: Statorbus
209: Kommunikationsmodul
210: Leistungswandlungsbaugruppe
211: Sensorschnittstelle
212: Rotorbus
214: Haupttransformator-Leistungsschalter
216: Systembus
218: Rotorfilter
219: Rotorwandlerbus
220: Rotor-seitiger Leistungswandler / AC-DC-
222: Wandler / Leistungshalbleitervorrichtung Netzseitiger Leistungswandler / DC-AC-Wandler
223: Netzleitungswandlerbus
224: Netzleitungsfilter
225: Netzleitungsbus
226: Netzleitungsschütz
228: Leistungsschalter
230: Wandlungsleistungsschalterbus
232: Verbindungsbus
234: Elektrischer Hauptleistungstransformator
236: Generator-seitiger Bus
238: Energienetz-Leistungsschalter
240: Leistungsschalter-seitiger Bus
242: Energienetzbus
244: DC-Verbindung, Gleichspannungszwischenkreis
246: Positive Schiene
248: Negative Schiene
250: Kondensator
252: Spannungs- oder Stromsensoren
254: Spannungs- oder Stromsensoren
256: Spannungs- oder Stromsensoren
260: Elektrische Komponente / Brückenlogik
262: Wandlersteuereinrichtung
300: System
302: Anfang des Zeitrahmens
304: Serielle Verbindung
306: Erster Satz von normalen Befehlen
308: Zweiter Satz von Kontingenzbefehlen
400: Verfahren
402: Verfahrensschritt
404: Verfahrensschritt
406: Verfahrensschritt
408: Verfahrensschritt
410: Verfahrensschritt

Claims

Verfahren (400) zur Steuerung einer elektrischen Komponente (260) einer Windkraftanlage (100), wobei das Verfahren (400) aufweist: Empfangen (402), durch die elektrische Komponente (260), eines Standardsatzes von Befehlen für einen ersten Zeitrahmen; Empfangen (404), durch die elektrische Komponente (260), eines oder mehrerer Kontingenzsätze von Befehlen für Zeitrahmen über den ersten Zeitrahmen hinaus; Bestimmen, (406) ob der Standardsatz von Befehlen innerhalb eines Startfensters des ersten Zeitrahmens empfangen wird; Implementieren (408), durch die elektrische Komponente (260), des Standardsatzes von Befehlen während des ersten Zeitrahmens, wenn der Standardsatz von Befehlen innerhalb des Startfensters empfangen wird; und Implementieren (410), durch die elektrische Komponente (260), eines der Kontingenzsätze von Befehlen, die während eines früheren Zeitrahmens empfangen wurden, wenn der Standardsatz von Befehlen nicht innerhalb des Startfensters empfangen wird.
Verfahren (400) nach Anspruch 1, das ferner aufweist: Feststellen, ob die elektrische Komponente (260) auf der Basis des Standardsatzes von Befehlen oder eines der Kontingenzsätze von Befehlen gesteuert wird, und Senden der Feststellung an die Steuereinrichtung (262); und/oder Überschreiben des Kontingenzsatzes von Befehlen, die während eines früheren Zeitrahmens empfangen wurden, wenn der Standardsatz von Befehlen innerhalb des Startfensters des ersten Zeitrahmens empfangen wird.
Verfahren (400) nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Fall, dass die elektrische Komponente (260) auf der Basis des Kontingenzsatzes von Befehlen gesteuert wird, das Verfahren (400) ferner ein Bestimmen, durch die Steuereinrichtung (262), eines Fehlers zwischen dem Kontingenzsatz von Befehlen und dem Standardsatz von Befehlen und Anpassen nachfolgender Befehle auf der Basis des Fehlers aufweist.
Verfahren (400) nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kontingenzsätze von Befehlen unter Verwendung eines oder mehrerer Algorithmen berechnet werden, wobei der eine oder die mehreren Algorithmen eines oder eine Kombination von Folgendem umfassen: Halten eines letzten Wertes, einen Stopp-Wert, eine Zeit/Winkel-basierte Extrapolation, einen Haltewert nullter Ordnung, eine Extrapolation höherer Ordnung oder eine Verschmelzungstechnik.
Verfahren (400) nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektrische Komponente (260) eines oder eine Kombination von Folgendem umfasst: einen Leistungswandler, eine Brückenlogikschnittstelle, einen Brückengleichrichter, eine Leistungshalbleitervorrichtung oder einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT).
Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Komponente (260) einer Windkraftanlage (100), wobei das Verfahren (400) aufweist: Empfangen, über die Steuereinrichtung (262), von Rückmeldungsmitteilungen von der elektrischen Komponente (260) ; Bestimmen, ob die Rückmeldungsmitteilungen durch die Steuereinrichtung (262) innerhalb eines Startfensters eines ersten Zeitrahmens empfangen werden; Berechnen, mittels der Steuereinrichtung (262), eines Satzes von Befehlen für den ersten Zeitrahmen, wobei für den Fall, dass die Rückmeldungsmitteilungen innerhalb des Startfensters des ersten Zeitrahmens empfangen werden, die Berechnungen auf der Basis der empfangenen Rückmeldungsmitteilungen erfolgen, und wobei für den Fall, dass die Rückmeldungsmitteilungen nicht innerhalb des Startfensters des ersten Zeitrahmens empfangen werden, die Berechnungen auf der Basis eines geschätzten Rückmeldungswertes erfolgen; und Steuern der elektrischen Komponente (260) auf der Basis des Satzes von Befehlen, der während des ersten Zeitrahmens angewendet wurde.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Satz von Befehlen einen Standardsatz von Befehlen und einen Kontingenzsatz von Befehlen aufweist; und wobei das Verfahren ferner wenigstens eines von Folgendem aufweist: Steuern der elektrischen Komponente (260) auf der Basis des Standardsatzes von Befehlen oder des Kontingenzsatzes von Befehlen; Feststellen, ob die elektrische Komponente (260) auf der Basis des Standardsatzes von Befehlen oder des Kontingenzsatzes von Befehlen gesteuert wird; Bestimmen eines Fehlers zwischen dem Kontingenzsatz von Befehlen und dem Standardsatz von Befehlen und Anpassen nachfolgender berechneter Befehle auf der Basis des Fehlers; und/oder Überschreiben des Kontingenzsatzes von Befehlen, der während eines früheren Zeitrahmens empfangen wurde, wenn der Standardsatz von Befehlen innerhalb des Startfensters des ersten Zeitrahmens empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei der geschätzte Rückmeldungswert unter Verwendung eines oder mehrerer Algorithmen berechnet wird, wobei der eine oder die mehreren Algorithmen eines oder eine Kombination von Folgendem umfassen: Halten eines letzten Wertes, einen Stopp-Wert, eine Zeit/Winkel-basierte Extrapolation, einen Haltewert nullter Ordnung, eine Extrapolation höherer Ordnung oder eine Verschmelzungstechnik.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6-8, wobei der Standardsatz von Befehlen auf der Basis der empfangenen Rückmeldungsmitteilungen bestimmt wird.
System (300) zur Steuerung einer elektrischen Komponente (260) einer Windkraftanlage (100), wobei das System (300) aufweist: eine Steuereinrichtung (262), die mit einem oder mehreren Prozessoren kommunikationsmäßig gekoppelt ist, wobei die Steuereinrichtung (262) eingerichtet ist zum: Empfangen von Rückmeldungsmitteilungen von der elektrischen Komponente (260); Bestimmen, ob die Rückmeldungsmitteilungen innerhalb eines Startfensters eines ersten Zeitrahmens empfangen werden; Berechnen eines Satzes von Befehlen für den ersten Zeitrahmen, wobei für den Fall, dass die Rückmeldungsmitteilungen innerhalb des Startfensters des ersten Zeitrahmens empfangen werden, die Berechnungen auf der Basis der Rückmeldungsmitteilungen erfolgen, und wobei für den Fall, dass die Rückmeldungsmitteilungen nicht innerhalb des Startfensters des ersten Zeitrahmens empfangen werden, die Berechnungen auf der Basis eines geschätzten Rückmeldungswertes erfolgen; und Steuern der elektrischen Komponente (260) auf der Basis des Satzes von Befehlen während des ersten Zeitrahmens.