TW201503533A - 用於控制一風力發電場之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於將包括數個風力發電設備(100)之一風力發電場(112)之電力供給至一供電電網(120)之方法，其中該等風力發電設備(100)之各者提供一電渦輪機輸出(PA)，且將所有經提供渦輪機輸出(PA)之總和作為風力發電場輸出(PP)而供給至該供電電網(120)中，且將一渦輪機目標值(PAsoll)指定給該等風力發電設備(100)之各者作為針對待提供之該渦輪機輸出(PA)之一規格，且經由一控制器(R1、R2)，基於作為供給之風力發電場輸出(PPist)與待供給之該風力發電場輸出(PP)之一目標值(PPsoll)之一比較之一控制偏差(△P)來控制該渦輪機目標值(PAsoll)。

Description

用於控制一風力發電場之方法
本發明係關於一種用於將包括數個風力發電設備之一風力發電場之電力供給至一供電電網之方法。本發明且係關於一種適合用於此目的之風力發電場。
現今，風力發電場廣為人知，且其等描述形成一共同單元之風力發電設備之一聚集。特定言之，藉由共同耦合點(PCC)定義此一風力發電場。所有風力發電設備使用此共同耦合點將電力供給至供電網中。
理想地，在盛行風條件之情況下，風力發電設備(且因此風力發電場)將儘可能多之電力供給至供電網中。亦可存在其中(例如)在供電網處之一電力剩餘之情況下可期望減少供給之電力之情境。另一方面，同樣合理的是，(例如)預見電網處之一增大電力需求而減小風力發電場之效能低於當前可行值以能夠在電網處突然發生預見之高需求時即增大供給之電力。
自專利申請案US 2005 0042098 A1可知電網業者可指定風力發電場之一百分比電力值，其相對於風力發電場之標稱電力，指定待供給之一較低所要電力值。例如，若電網業者希望風力發電場供給不大於標稱電力之一半之電力，則其可將標稱電力50%之一值指定給風力發電場。接著，將此值供應給風力發電設備，其將相應地減小其等輸出。以此方式，供給不大於標稱電力一半之電力。
例如，若一風力發電設備無法運作，則可產生一問題。在該情 況下，此故障設備根本不提供任何電力。若剩餘設備認知該一設備之故障，且若已知可藉由剩餘風力發電設備補償此一風力發電設備之故障之電力位準，則剩餘設備可對應地提供更多電力。然而，資訊之此一交換，及補償輸出之此缺乏之風力發電設備之協調係複雜的。亦必須考慮一些風力發電場包括具有不同電力輸出之風力發電設備，且有時甚至風力發電設備源自不同製造場。此等被稱作混合風力發電場。
德國專利商標局已研究此申請案之優先權申請案中之下列先前技術：DE 10 2009 030 725 A1、DE 10 2011 112 025 A1，及US 2005/0042098 A1。
因此，本發明之目的係解決上述問題之至少一者。至少應提出以儘可能最佳之一方式協調將由一風力發電場產生之電力供給一供電電網之程序之一解決方案。應提出至少一個替代解決方案。
根據本發明提出的係根據請求項1之一方法。因此採用以聯合地供給至一供電電網中之數個風力發電設備為特徵之一風力發電場。各風力發電設備提供一電輸出。電輸出指示當前由各自風力發電設備提供之各自有效電力。此意謂電力、或輸出、或風力發電場輸出主要意謂有效電力P。
假若風力發電設備經受所提出方法，則由風力發電場之風力發電設備提供之所有電力之總和係供給至供電電網中之風力發電場輸出。
現將一渦輪機目標值提供至風力發電設備之各者。渦輪機目標值指示待提供至各自風力發電設備之輸出量。風力發電設備之各者將因此嘗試產生及提供如當前藉由渦輪目標值指定之有效電力一樣多之有效電力。此亦可意謂若(例如)盛行風條件容許僅一較低值，則風力發電設備、或甚至僅一單個風力發電設備將保持低於指定值。若其他架構條件不容許供應已由渦輪機目標值指定之電力量，則亦可供給一 較低量之電力。現藉此提出藉由一控制器控制渦輪機目標值。調整控制應發生，使得比較供給之風力發電場輸出(即特定言之在共同耦合點處)與待供給之風力發電場輸出之一目標值。例如，可藉由供電網之業者指定此目標值。在此比較期間，判定一偏差，該偏差在此處用作為一控制偏差。基於此控制偏差控制渦輪機目標值。
此意謂待供給之風力發電場輸出之指定目標值不係經簡單轉送或首先分配至個別設備且接著轉送，但替代地，實際風力發電場輸出與指定風力發電場輸出比較，且接著根據該比較指定一目標值。若比較展示(例如)供給之風力發電場輸出仍大於所要輸出，則相應地更進一步減小渦輪機目標值。此處無需瞭解風力發電場輸出至個別風力發電設備之分配，該等風力發電設備之輸出合計為風力發電場輸出。無需檢查是否風力發電場中之所有設備提供一相對較低輸出，或是否一些設備剛停止運作且剩餘設備提供一較不強烈減小之輸出。
較佳地，控制器將一相對目標值作為渦輪機目標值發出，該相對目標值係關於風力發電設備之各自標稱電力。特定言之，控制器將發出一對應百分比目標值。此外或替代地，將相同值提供至各風力發電設備。例如，特定言之，若待供給之風力發電場輸出之目標值為100%，或若未針對風力發電場輸出指定任何值，即若風力發電場可供給當前儘可能多之電力，則控制器最初可將值100%發出至所有風力發電設備。
此意謂給予各風力發電設備100%之一值作為其渦輪機目標值。以此方式，各風力發電設備可供給儘可能多之電力。藉由上文所述方法，即使大多數之風力發電設備理論上在適當風條件下可產生大於其等標稱電力之電力，仍假定風力發電設備之標稱電力為最大可能電力。然而，在一風力發電設備之正常操作條件下，可將標稱電力值視為實際最大值。
現在，若目標值減小，及若假定(為簡單之目的)所有風力發電設備均在操作中且其等當前提供標稱電力，則此最初將導致待供給之風力發電場輸出目標值與實際供給之風力發電場輸出之間之一差量。現基於經識別差量，即基於控制偏差減小渦輪機目標值。就一P-控制而言，若待供給之風力發電場輸出之目標值(為簡化之目的稱作為風力發電場目標值)之改變係短暫的，則該減小起初亦可係短暫的。其他控制器類型亦可係合適的，例如，PI-控制器。若指定風力發電場目標值(例如)亦係80%，則渦輪機目標值因此減小至(例如)80%。風力發電設備現將根據目標值調適其等輸出，且將其減小至(提及一非常簡單且亦非常簡化實例，例如)80%。因此，供給之總體風力發電場輸出亦減小至80%以因此實現所要風力發電場輸出目標值。
現在，若風力發電設備停止運作，則供給之風力發電場輸出將相應地減少此不運作設備在其停止運作前將供給之電力。例如，若風力發電場輸出僅為70%，則其將低於風力發電場目標值。但控制器將偵測到此且將增大渦輪機目標值。
將此增大的輸出目標值傳輸至風力發電設備，包含停止運作之一者，儘管此最初將與風力發電設備沒有任何關係。然而，其他設備將增大其等效能直至實際供給之風力發電場輸出達到風力發電場目標值，假若此完全可行。在該情況下，(例如)預設目標值係85%，且風力發電場中之所有風力發電設備將可能提供其等各自標稱電力之85%。僅停止運作之設備將提供其標稱電力之0%。
最後，此意謂在未詳細瞭解可藉由哪個風力發電設備產生多少電力之情況下已協調風力發電場中所有風力發電設備。由於根據此實施例預設值係關於各自風力發電設備(即此處關於各自風力發電設備之標稱電力)，故無需判定上文實例中提及之設備之何者實際上停止運作。因此，可將相同值(即所敘述實例之最後條件中之85%)指定給 所有設備。對於一1MW風力發電設備，此意謂1兆瓦之85%，而對於一7.5MW風力發電設備，此意謂7.5兆瓦之85%。
然而，作為一替代，可針對各風力發電設備判定一不同預設值。但此並非問題之有利解決方案。
將一相對或標準化目標值分別用作為渦輪機目標值因此亦係將相同值提供給各風力發電設備之一容易方式。此意謂事實上僅需要計算一單個值且將其提供至各風力發電設備。
根據一項實施例，提出改變控制器之類型及(或替代地)其參數化。此容許考量風力發電場及/或供電網處之不同情境或操作條件。此等可皆係暫時且永久情境或操作條件。風力發電場可(例如)連接至一強或弱電網，可藉由取決於風力發電場目標值判定渦輪機目標值之該控制器考量該電網。可考量之另一事情係分別電網之效能、或(例如)動態、或風力發電場之潛在動態之一預期波動。
根據一項實施例，提出藉由一選擇信號改變控制器類型及/或參數化。風力發電場之業者及/或供電網之業者可使用該選擇信號設定一預設值。例如，若電網業者預期很快地會有可用或經要求電力之一短暫改變，其可(例如)經由選擇信號請求一高動態控制器。可透過一對應參數化及/或一對應動態控制器類型之選擇實現此高動態控制器。
另一實例係其中電網業者知道電網上正在進行運作且其中(例如)電網之一重要區段被暫時中斷之一情境。此處，亦可請求將更佳穩定性提供給經削弱電網之一控制器。
控制器類型之此經要求改變亦可意謂控制渦輪機目標值之控制器仍考量另一輸入參數。
根據一項實施例，提出基於供電網之一電網敏感度改變控制器類型及/或參數化。此處，電網敏感度意謂電網(特定言之，關於共同 耦合點)對影響電網之一參數之一改變之反應。電網敏感度可被定義為關於一電網影響參數之一差量之一電網反應之差量。此處，成問題的係(特定言之)關於供給之有效電力及線電壓位準之一定義。以簡化項表述，可針對電網敏感度GS定義(例如)下列公式：
此處，△P描述供給之有效電力(即，供給之風力發電場輸出)之改變，且△U描述線電壓U之所得改變。在一非常短時段(特定言之，在一秒或更短之範圍)產生此等差量；且較佳地代替使用此描述公式，亦可基於供給之風力發電場輸出P根據關於電力差量之電壓差量產生線電壓U之一偏微分。另一可能電網反應可係電網頻率之一改變。考量電網敏感度之另一方式可係應用下列公式：
根據一項實施例，提出基於一短路比改變控制器類型及/或參數化。
短路比(亦稱作為SCR)意謂短路電力對連接負載之比率。短路電力係若共同耦合點處存在一短路，則各自供電網可在風力發電設備或風力發電場分別連接之經考量之共同耦合點處提供之電力。連接負載係分別連接風力發電設備或連接風力發電場之連接負載，且因此(特定言之)係分別待連接之發電機之標稱電力或風力發電場之發電機之所有標稱電力之總和。因此，短路比係供電電網關於此經考量之共同耦合點之強度之一準則。關於該共同耦合點之一強供電電網大多數具有(例如)SCR=10之一較大短路比。
已認知短路比亦可在共同耦合點處提供關於各自供電網之特性的資訊。短路比亦可改變。
當第一次安裝一風力發電場或一風力發電設備時，考量短路比 且調適有效電力控制及其無效電力控制係有利的。宜進一步提出即使在一風力發電設備或風力發電場之安裝及試運轉之後，仍在一定期基礎上記錄短路比。可基於使用模擬之電網拓撲上的資訊來記錄短路電力。可僅藉由知道一風力發電場處安裝之風力發電設備及/或藉由量測標稱風力下供給之電力來判定連接負載。
根據一組態，提出保持一P-控制器、一PI-控制器、一PT1控制器，或一滯後控制器可用，作為一可選擇控制器類型。控制器宜亦可在其輸入或輸出處提供一動態限制，以確保倘若在輸入處有此限制，則風力發電場目標值或與風力發電場實際值之所得差量可分別僅以一有限傾度上升。作為一替代，可在輸出處(即，針對經確定渦輪機目標值)提供一類似傾度限制。
一指定滯後控制器特定言之係關於非線性且在控制偏差之一增大之情況下與在控制偏差之一減小之情況下不同地反應之一控制組態。
另一組態提出記錄供電網(即，特定言之共同耦合點處)之電壓之一電網頻率。接著，基於電網頻率及/或基於電網頻率之一改變來設定渦輪機目標值。
例如，若電網頻率超過標稱頻率或大於標稱頻率之一限制，則可減小渦輪機目標值。若已記錄電網頻率之一正向改變，則甚至可進一步減小渦輪機目標值。另一方面，若電網頻率之改變為負向(即，若電網頻率再次接近標稱值)，則可提供電力之一更小減小且因此一較小減小的渦輪機目標值。電網頻率或其改變之此考量亦可與一風力發電場目標值之實施一起發生。
根據一項實施例，各風力發電設備依據頻率或頻率之改變來指定本身電力調整。此意謂各風力發電設備應用其本身演算法減小或增大經提供之輸出。
控制器類型及/或其參數化之改變或選擇亦宜取決於固定電網頻率且亦(或替代地)取決於電網頻率之改變。例如，在頻率強烈或快速波動之情況下(即，當記錄電網頻率之一較大改變時)，可選擇一尤其穩定控制器來調節渦輪機目標值。
較佳地，應提供以下基本控制器設定(在後文中被稱作為基本控制類型)。
根據一控制器設定，風力發電場輸出不存在減小。此處，將此作為第一基本控制類型提出。在該情況下，風力發電場目標值根本未設定或設定為100%。由於不期望超過100%之一供給之風力發電場輸出，故供給之風力發電場輸出與所要風力發電場輸出之間之控制偏差之評估一般將導致一負值或不大於0之一值。此處，一限制防止控制將渦輪機目標值增大至大於100%。作為一替代，由於此將不導致除此值為100%之外之任何其他結果，故亦可將渦輪機目標值增大至大於100%。在其中未減小風力發電場輸出之此標準之情況下，控制輸出亦可設定為100%之一穩定值，及/或控制偏差可人工設定為0。
作為另一控制器組態，提出外部(特定言之，藉由供電網之業者)指定風力發電場輸出。此處，此被稱作為第二基本控制類型。在該情況下，控制器將僅基於指定風力發電場輸出與供給之風力發電場輸出之間之控制偏差判定渦輪機目標值。此意謂藉由控制器調整渦輪機目標值直至供給之風力發電場輸出至少在所要精確度方面對應於指定風力發電場輸出。
作為一第三基本控制類型，提出指定一風力發電場目標值，且此外，各風力發電設備取決於頻率或頻率之改變調整其經提供輸出。此第三基本控制類型因此對應於第二基本控制類型，除對於第三基本控制類型，個別風力發電設備額外地提供取決於頻率或頻率之改變之一有效電力控制。
分別作為一第四基本控制類型或基本控制類型4，現提出指定一風力發電場輸出及基於風力發電場目標值與風力發電場實際值之間之控制偏差同時考量電網頻率及/或電網頻率之一改變判定一渦輪機目標值之控制器。此對應於基本控制類型2，除此處渦輪機目標值亦取決於電網頻率或電網頻率之一改變。此處，可額外地提供設備本身含有一頻率相依電力控制。然而，若如基本控制類型4之情況下所提出，已由控制器集中考量頻率相依控制，則為避免防礙頻率相依控制，較佳針對風力發電設備取消或關閉一頻率相依電力控制。
特定言之，所提出的是在此等四個基本控制類型之間切換。可藉由一外部信號(例如，藉由電網業者)執行此切換。亦可基於電網敏感度之一記錄及/或基於電網之一頻率及/或基於頻率之一改變執行此切換。若考量數個準則，則可經由一評估函數組合數個準則，且可經由判定此切換實際上何時發生之一臨限值指定一準則。較佳地，此處亦可安裝一滯後元件以避免兩個或兩個以上控制器類型(特定言之，兩個或兩個以上基本控制類型)之間之一來回持續切換。
然而，特定言之，前文提及之基本控制類型之間之一切換亦可發生在風力發電場之安裝或試運行期間。為此目的可設定亦稱作為一旗標之一對應指示器。在此方面，該指示器或旗標構成設定或選擇對應控制器之一信號。
較佳地，可選擇或改變一基本控制器類型，且此外，可修改一參數化。此外，亦可在分別選擇基本控制類型之內容時選擇或切換一控制器(即，提及僅一實例，自一PI-控制器切換至一滯後控制器)。
較佳地，藉由一中央控制單元判定渦輪機目標值。因此，控制器位於一風力發電場之中央控制單元之內部。中央控制單元在共同耦合點處可係一分離單元，或其可設置在一風力發電設備中(例如，在安裝在共同耦合點附近之一風力發電設備之底部處)。較佳地，中央 控制單元亦可設置在共同耦合點處之一變壓器單元內部。較佳地，中央控制單元包括用於記錄供電網之線電壓及/或電網頻率之量測設備。
此外，根據本發明提出的是準備由依照上文所述實施例之一者之一方法操作之一風力發電場。風力發電場應係(特定言之)順應式FACTS。
將電力供給至一供電網中之方法係基於數個實施例而描述且關於將有效電力供給至供電電網中。同樣地，可以此方式控制將無效電力供給電網，即藉由將一無效電力目標值指定給風力發電場且藉由使控制器針對風力發電設備判定及提供一對應渦輪機無效電力目標值。此亦應根據本發明主張或分別主張為一單獨教示。
圖1展示具有一塔102及機艙104之一風力渦輪機100。具有三個轉子葉片108及一個旋轉器110之一轉子106位於機艙104上。當在操作中時，風力使轉子106產生旋轉運動且藉此驅動機艙104內之發電機。
圖2展示具有(例如)可相同或不同之三個風力發電設備100之一風力發電場112。因此，三個風力發電設備100表示風力發電場112之風力發電設備之一基本隨機數目。風力發電設備100經由一電風力發電場電網114提供其等電力(特定言之，所產生電)。合計個別風力發電設備100分別產生之電流或電力。最通常，提供一變壓器116，其輸送 風力發電場處之電壓且接著在供給點118(其通常亦被稱作為一PCC)處將電壓供給至供電網120中。圖2僅係一風力發電場112之一簡化圖解說明，其未展示(例如)一控制，不過當然存在一控制。再者，風力發電場電網114可經不同地設計，包含(例如)各風力發電設備100之輸出處之一變壓器(提及僅另一實施例)。
特定言之，圖3展示包含一風力發電場電網114之一風力發電場112之一控制結構。只要圖3中所示之風力發電場112之結構至少類似於圖2中所示之風力發電場112，則為更清楚之目的在圖2與圖3之間使用相同元件符號。在此方面，圖3之風力發電場112亦展示在一電網供給點118處經由一變壓器116供給至一供電網120中之一風力發電場電網114。為簡單之目的，亦可被簡單稱作為一電網之風力發電場電網114及供電網120之兩者係三相電網。
一電力計單元2量測當前所產生風力發電場輸出PPist。在一總和點處，比較所產生風力發電場輸出與一指定風力發電場輸出PAsoll，且因此，指示一風力發電場差量△P P。可藉由一外部單元4(例如，藉由供電網120之業者)指定風力發電場目標值。
因此判定之差量△P P被視為控制偏差△P P。若開關S1閉合且開關S2在如所示之位置中，則接著該風力發電場差量被提供至一控制器R1。如所示，若開關S4在斷開位置中，則控制器R1將產生一渦輪機目標值PAsoll。
圖3中所示之所有開關，即開關S1至開關S5用於圖解說明目的。在實際實施方案中，下文將描述之其等功能常常可以一完全不同方式實現。
因此接著將所產生渦輪機目標值PAtarget提供至各自風力發電設備100之各渦輪機控制6。各渦輪機控制6控制各自設備，使得後者分別發出一對應電力PA1、PA2、或PA3及/或提供接著被供給至電網120中之 此電力。根據如所示(特定言之，藉由圖3描述)但開關S1閉合之一操作狀態，此等個別渦輪機輸出PA1、PA2、或PA3分別跟隨渦輪機目標值PAsoll。渦輪機目標值PAsoll係位於(例如)0%與100%之間(即，0與1之間)之一標準化參數。在亦係圖3中之描述之基礎之一項實施例中，渦輪機目標值PAsoll係關於各自風力發電設備100之標稱電力PN。例如，若第一風力發電設備WT1之標稱電力係1MW，且另兩個風力發電設備WT2及WT3之標稱電力各係2MW，則就渦輪機目標值PAsoll而言，50%之一值意謂第一風力發電設備WT1之500kW之一電力及各風力發電設備WT2及WT3之1MW之一值。此意謂此實例中將產生2.5MW之一總數。此所產生總體風力發電場輸出將在計量點2處記錄且接著將可用於風力發電場控制。
根據圖3中之控制結構，發生目標值與實際值之間之差量之記錄用於風力發電場輸出。接著可將此記錄之結果用於一控制器，該控制器基於此記錄計算一渦輪機目標值。在本文中，將此渦輪機目標值提供至若干(可能不同的)風力發電設備。然而，較佳地，其等將被給定相同輸入值，該值將仍導致不同產生電力。
此外所提出的係基於開關S1至開關S5圖解說明之一些切換選項。開關S1圖解說明亦存在不將風力發電場目標值PPsoll與風力發電場實際值PPist之間之差量提供至控制器之一選項。事實上，此選項分別反映其中根本未將目標值指定給待供給之風力發電場輸出PPsoll，或其中此值為100%之情境。在該情況下，無目標值規格生效，其將由斷開開關S1圖解說明。此處，控制器將100%作為渦輪機目標值PAsoll發出。因此，給予所有渦輪機控制6其等無需減小任何電力之信號。各風力發電設備100、或分別WT1、WT2及WT3可在盛行風條件下產生儘可能多之電力。
若開關S1閉合，則取決於待供給之風力發電場輸出PPsoll之一預設 值，渦輪機目標值PAsoll之規格變得有效。在該情況下，為圖解說明目的展示之控制器R1最初控制渦輪機目標值PAsoll。為此目的，(例如)可將控制器R1設計為一PI-控制器。此意謂其具有一比例及一積分部分。因此，將差量△P P經由比例部分迅速轉化為渦輪機目標值PAsoll之部分，且積分部分可嘗試實現一固定精確度。為能夠考量針對風力發電場112或供電網120之其他操作條件之調整，提出切換控制器。此係藉由可用以切換至(例如)控制器R2之開關S2圖解說明。當然，需要相應地切換下列未命名之開關。點暗示可提供進一步控制器以切換該等控制器。
例如，為避免震動，省卻一積分部分且使用一純P-控制器可係有利的。若增加另一控制演算法，則此可係一選項。如藉由控制器S2所圖解說明，控制器之切換亦可係至相同類型但具有不同參數化之一控制器之一切換。尤其更複雜之控制器(但甚至PI-控制器)以應同步之若干參數為特徵。控制器之間之切換確保一致之參數集之存在。當然，亦可在一程式電腦中藉由指派一新的參數集實現此切換。
圖3此外圖解說明提供量測電網頻率fN之一頻率計8。一般而言，亦可在風力發電場電網114處量測該電網頻率。電網頻率fN之此集中量測不僅有利於圖解說明目的，且常常亦有利於實際實施方案。接著將該電網頻率fN經由尤其開關S3提供至渦輪機控制6。在上文展示及描述之操作條件下，關於電力控制之調整，開關S3斷開且渦輪機控制6在不考量電網頻率之情況下運作。在產生待供給之電流時，設備當然必須考量電網之頻率及相。此考量將不受該開關S3影響。
現在，若開關S3閉合，則電網頻率將被提供至渦輪機控制6，其將展示各自輸出PA1、PA2、或PA3之控制現將分別考量此電網頻率fN。此意謂若電網頻率fN上升高於一預定限制或臨限值，則所產生電力可藉由各渦輪機控制而減小(特定言之，快速減小)。然而，由於需要電 網頻率調整頻率及相位，故尤其在實際應用中通常可知任一渦輪機控制之電網頻率。然而，在此處，對於電力位準之判定應維持不考量電網頻率。此意謂在此處，閉合開關S3象徵將電網頻率fN用於判定電力位準PA1、PA2、或PA3之考量。
然而，如藉由開關S4圖解說明，亦可藉由判定渦輪機目標值PAsoll之較高階控制器考量電網頻率。開關S4象徵藉由一頻率相依控制器R(f)共同判定渦輪機目標值PAsoll。此即提供總和點10之用意。取決於開關S2之位置，除控制器R1或R2之外亦重要的係藉由控制器R(f)執行之計算。兩個控制器之補充亦可以不同方式而非藉由總和發生。例如，可切換至考量風力發電場之電力差量△P P及電網頻率fN之兩者之總體控制器。
頻率相依控制器或頻率相依部分控制器R(f)分別可直接取決於頻率或其亦可(或作為一替代)取決於頻率之一改變f/t，如藉由方塊12圖解說明。方塊12展示根據時間之頻率之一偏微分f/t，其亦可在程式電腦中透過不同資訊或以其他方式實現。在任何情況下，開關S5展示部分控制器R(f)可直接取決於電網頻率fN或其改變、或其兩者。
可建議在開關S3斷開時閉合開關S4且反之亦然，以僅依靠一種方式(即，在中央經由部分控制器R(f)或在每單個渦輪機控制6中)考量一頻率相依性。然而，不應取消相應地協調有關控制器時之同時考量。
此外指出可以一目標方式透過一外部輸入(即，透過一外部信號或外部指示器)執行所圖解說明的切換動作，或提供控制此切換動作之一演算法，其較佳取決於電網頻率及/或電網頻率之一時間相關改變。
關於上文提及之基本控制類型，基本控制類型1對應於圖3中所示之情境，其中開關S1、S3及S4斷開。基本控制類型2對應於圖3中之繪示，不同之處是S2閉合。然而，提到基本控制類型2時，開關S2可 選擇不同控制器R1或R2、或其他。
基本控制類型3對應於圖3中所示之情境，然而，開關S1及S3被閉合。此外，此意謂此處有效地係每個渦輪機控制6中之電力位準之一頻率相依判定。
基本控制類型4對應於圖3中所示之情境，然而，開關S1及S4被閉合。此意謂在此處，一渦輪機目標值亦係基於頻率而受影響。
若在此情境下(即，在基本控制類型4之情況中)另外閉合開關S3，則一頻率相依電力位準判定此外在每個渦輪機控制6中有效。此情境可被稱作為基本控制類型5。在該等基本控制類型4及5之情況下，切換此外可透過開關S2(即，在控制器R1、R2之間之一選擇)或其他經建議控制器發生。
圖4展示圖解說明一潛在風力發電場控制程序之若干時間圖。所有圖式係基於相同時間限制。頂部圖式展示風力發電輸出之進程，即指定風力發電場輸出PPsoll及實際風力發電場輸出PPist之進程及風力發電場目標輸出Psoll與風力發電場實際輸出PPist之間之控制差量(此處其亦被稱作為△P P)的進程。此三個進程係分別藉由風力發電場之標稱電力PPN正規化，或為方便之目的，以百分比來表達此三個進程。
第二圖式展示一標準化形式(即，作為一百分比值)之渦輪機目標值PA。
最後三個圖式各分別展示由依照圖3之三個風力渦輪機WT1、WT2及WT3產生之電力PA1、PA2、或PA3。僅為圖解說明之目的，已選擇數量3。儘管一風力發電場可由僅三個風力發電設備構成，然而其通常包括明顯更多之風力發電設備。圖4中之圖式暗示風力條件容許風力發電設備WT1、WT2及WT3之各者產生標稱電力，即PN1、PN2、或PN3。在圖解說明中，亦展示風力發電設備關於其等標稱電力PN1、PN2、或PN3之個別輸出。
圖式開始於風力發電場輸出100%之一預設值。此意謂未施加任何限制。在時間t1處，風力發電場目標值PPsoll減小至50%。此意謂風力發電場差量△P P亦最初上升至50%。當前調整控制可係依照圖3之一者，其中開關S1被閉合。突升至50%之風力發電場輸出之差量△P P現被提供至控制器R1。若該控制器R1為一PI-控制器，則亦可稱作為PAsoll之渦輪機目標值將自100%突降至(例如)75%。因為I-部分，目標值PA將隨時間t降至50%。如為目標值PAsoll所要求，所有渦輪機輸出PA1、PA2、或PA3亦將降至其等標稱電力之50%。然而，突降至75%未由個別渦輪機輸出之實際值所反映，其意謂此圖式分別暗示一特定動態或物理慣性。
在一段時間之後，所有渦輪機輸出PA1、PA2、或PA3將降至其等標稱電力之50%。圖4中所示之圖式係基於所有三個風力發電設備具有相同標稱電力PN1=PN2=PN3之假設。因此，風力發電場輸出之實際值已降至50%且因此對應於指定風力發電場目標值PPsoll。在上方圖式中，已為更佳可見度之目的彼此相距一小距離地繪製實際值PPist及目標值Ppsoll之兩個曲線。理想地，此實例中之此等值係相同的。
現假設第一設備WT1在時間處t2停止運作。因此，其電力PA1將突降至0。因此，風力發電場輸出PPist亦將突降，且風力發電場之電力差量△P P將上升一對應值。因為有效之控制器R1仍係一PI-控制器，所以渦輪機目標值PAsoll亦將改變且增大一較小值以接著保持上升。
當然，第一風力發電設備WT1無法跟隨此經改變渦輪機目標值，其係因為其已停止運作。然而，其他兩個設備WT2及WT3可增大其等輸出。風力發電場輸出將相應地增大以再次達到目標值PPsoll。因此，風力發電場輸出PPist將再次達到50%。但第二及第三風力發電設備之輸出PA2及PA3將分別僅在其等標稱值PN2或PN3之75%附近。請注意風力發電場目標值PPsoll自時間t1起保持在50%不變。
現在，在時間t3處，電網業者決定風力發電場將需要基於頻率用於一受控電網穩定性。此在之前並非如此。將藉由一中央風力發電場控制器而非個別地藉由每個渦輪機執行此電網穩定性。因此，此意謂圖3之圖解說明中之開關S4閉合。順便提及，開關S5之下部部分亦必須閉合。此外，此意謂啟用一頻率相依控制器部分。然而，圖4之圖式未展示無論什麽之任何效果。此係因為電網頻率仍展示其大約在時間t3處之標稱值。此外，在右上側之僅從t3開始之一插入圖式中展示頻率fN。此處假設之標稱頻率為50赫茲，其在世界之其他部分可係(例如)60赫茲。
然而，電網頻率在t3與t4之間開始上升以最終在t4處超過一上臨限值fO。現在，在t3處啟用之頻率相依控制器變得有效且需要風力發電場輸出下降。此係藉由減小渦輪機目標值PAsoll實現。風力發電場目標值PPsoll保持在50%不變。
頻率在t5處達到其最大值且保持在該值直至t6。因此，渦輪機目標值PAsoll在t5處達到其最小局部值。第一風力發電設備WT1仍不運作，且第二及第三風力發電設備WT2及WT3跟隨渦輪機目標值PAsoll且分別相應地降低其等電力PA2或PA3。亦應注意渦輪機目標值PAsoll之此頻率相依減小非常快速地發生。此意謂根據此實例，該頻率相依控制器(在圖3中展示為R(f))之控制器動態高於控制器R1。
在任何情況下，頻率在t6處再次開始下降且在t7處降低低於上臨限值。渦輪機目標值PAsoll在t6處再次開始上升以在t7處基本達到頻率相依目標值。渦輪機輸出PA2及PA3相應地跟隨，且風力發電場輸出PPist之值在t7處再次為外部指定之50%。
2‧‧‧電力計單元/計量點
4‧‧‧外部單元
6‧‧‧渦輪機控制
8‧‧‧頻率計
10‧‧‧總和點
12‧‧‧方塊
100‧‧‧風力渦輪機
102‧‧‧塔
104‧‧‧機艙
106‧‧‧轉子
108‧‧‧轉子葉片
110‧‧‧旋轉器
112‧‧‧風力發電場
114‧‧‧風力發電場電網
116‧‧‧變壓器
118‧‧‧電網供給點
120‧‧‧供電網
fN‧‧‧電網頻率
fO‧‧‧上臨限值
PA1、PA2、PA3‧‧‧電力位準/渦輪機輸出
PAtarget‧‧‧所產生渦輪機目標值
PN1、PN2、PN3‧‧‧風力發電設備之標稱電力
PPN‧‧‧風力發電場之標稱電力
R(f)‧‧‧頻率相依控制器/頻率相依部分控制
R1、R2‧‧‧控制器
S1、S2、S3、S4、S5‧‧‧開關
t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7‧‧‧時間
WT1‧‧‧第一風力發電設備
WT2‧‧‧第二風力發電設備
WT3‧‧‧第三風力發電設備
△P P‧‧‧風力發電場差量/控制偏差
現下文使用作為參考隨附圖式之實例之實施例更詳細描述本發明。
圖1示意性地展示一風力發電設備。
圖2示意性地展示一風力發電場。
圖3為圖解說明之目的，展示具有一控制結構之一風力發電場。
圖4展示圖解說明潛在控制程序之若干時間圖。
2‧‧‧電力計單元/計量點
4‧‧‧外部單元
6‧‧‧渦輪機控制
8‧‧‧頻率計
10‧‧‧總和點
12‧‧‧方塊
100‧‧‧風力渦輪機
112‧‧‧風力發電場
114‧‧‧風力發電場電網
116‧‧‧變壓器
118‧‧‧電網供給點
120‧‧‧供電網
fN‧‧‧電網頻率
PA1、PA2、PA3‧‧‧電力位準/渦輪機輸出
PAtarget‧‧‧所產生渦輪機目標值
R(f)‧‧‧頻率相依控制器/頻率相依部分控制
R1、R2‧‧‧控制器
S1、S2、S3、S4、S5‧‧‧開關
WT1‧‧‧第一風力發電設備
WT2‧‧‧第二風力發電設備
WT3‧‧‧第三風力發電設備
△P P‧‧‧風力發電場差量/控制偏差

Claims (7)

  1. 一種用於將包括數個風力發電設備(100)之一風力發電場(112)之電力供給至一供電電網(120)之方法，藉此該等風力發電設備(100)之各者提供一電渦輪機輸出(PA)，且將該經提供渦輪機輸出(PA)之總和作為風力發電場輸出(PP)而供給至該供電電網(120)中，且將一渦輪機目標值(PAsoll)指定給該等風力發電設備(100)之各者作為待提供之該渦輪機輸出(PA)之一規格，且基於作為經供給風力發電場輸出(PPist)與待供給之該風力發電場輸出(PP)之一目標值(PPsoll)之一比較之一控制偏差(△P)，經由一控制器(R1、R2)來控制該渦輪機目標值(PAsoll)。
  2. 如請求項1之方法，其中：該控制器將相對於該風力發電設備(100)之各自標稱電力(PAN)之一相對(特定言之，百分比)目標值發出，作為該渦輪機目標值(PAsoll)，及/或將相同值給予每個風力發電設備(100)。
  3. 如請求項1或2之方法，其中：透過下列各項來選擇或改變一控制器類型及/或一參數化：經由一選擇信號，取決於該供電電網之一電網敏感度，取決於一電網頻率，取決於電網頻率中之一改變及/或取決於一短路比。
  4. 如上述請求項中之一者之方法，其中可自包括下列一者之清單 中的控制器類型中選擇一控制器類型或該控制器類型：P-控制器，PI-控制器，PT1-控制器及滯後控制器。
  5. 如上述請求項中之一者之方法，其中：記錄該供電網(120)之電壓(U)之一電網頻率(f)，且該渦輪機目標值(PAsoll)取決於該電網頻率(f)及/或該電網頻率中之一改變(f/t)，及/或各渦輪機基於該渦輪機目標值(PAsoll)及該電網頻率及/或該電網頻率中之一改變(f/t)來設定其輸出(PA)。
  6. 如上述請求項中之一者之方法，其中：藉由該風力發電場(112)之一中央控制單元，將該渦輪機目標值(PAsoll)指定給該風力發電場(112)之各風力發電設備(100)，及/或藉由該中央控制單元，將一或該經記錄電網頻率提供(尤其傳輸)至該風力發電場(112)之所有風力發電設備(100)。
  7. 一種用於將電力供給至一供電網中之風力發電場，其中該風力發電場應用根據上述請求項中之一者之一方法來供給電力。
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