TWI538335B - 控制一群組多個風力發電設備之功率消耗之方法 - Google Patents

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Description

控制一群組多個風力發電設備之功率消耗之方法
本發明係關於一種用於控制一群組多個風力發電設備(特定言之一風力發電廠)之功率消耗之方法。另外，本發明係關於一群組多個風力發電設備(特定言之一風力發電廠)。
風力發電設備且特定言之風力發電廠不僅係能量生產器，而且亦可成為主要能量消耗器。一般而言，歸因於天氣，由於必須連接大多數大型能源消耗器，故特性中之此改變會發生於在同一時間點處之一區域中的所有風力發電設備中。此特定言之係應用至大型熱量消耗器，其等必須復原或維持風力發電設備之操作便利。舉例而言，此等消耗器可係一葉片加熱器或一發電機乾燥器(僅列舉兩個實例)。其他消耗器亦被考量。
在一些區域中，所描述之情況可代表對於連接此等風力發電設備之供電網之電網操作者之一重大問題。此等重大之負載流改變(分別)無法被計算或被預測或難以計算或預測，且因此必須以昂貴之保留來支援。
因此產生之額外成本接著便會由風力發電設備(特定言之風力發電廠)之操作者來負擔。
通常而言，風力發電機在其等管理中係自給自足的，且亦會控制參考功率，其亦可稱之為參考功率之管理。此處，參考功率被理解為意指風力發電設備汲取用於所描述之消耗或用於未描述之另一消耗 之功率，因此意指風力發電設備消耗且非生產之功率。在此情況下，存在大型熱量消耗器，其等不可避免地經操作以復原或維持風力發電設備之操作便利。使此問題更困難的係以下事實：一般而言，在此情形下，風力發電設備常無法產生能量或不被允許產生能量。
舉例而言，若用葉片加熱來操作一風力發電廠之風力發電設備以去除冰葉片，一般而言，則所有設備將同時調整能量生產且開始操作除冰。此主要歸因於該事實：轉子葉片之此一結冰實際上將同時同地發生。此導致風力發電廠之一非常大之參考功率，其因此分別超過容許之一最大值或協商之參考功率，且藉此造成巨大之額外成本。容許之此一最大值及協商之參考功率係風力發電廠可自供電網無成本或無特別高成本來汲取(例如)以啟動風力發電廠之一參考功率。原則上，儘管可能比所協商之參考功率自供電網汲取更多功率，但因此超過協商功率之功率必須以非常高之比率來補償。
另一問題係當消耗功率時能量可能會被浪費。舉例而言，若對一區域或一風力發電廠預報一長時間平靜，則在存在一潛在風之前葉片將不必被除冰。相反地，若預報有風，則不考慮參考功率可同時除冰所有系統。此會導致所汲取之功率之一高價格，但可藉由可避免當預期有風時風力發電設備停止之事實而調整。所汲取之功率因此可在可用的情況下快速回收。
本發明之目的係解決上述問題之至少一者。特定言之，將產生一解決方案，其中參考功率可盡可能有效率地汲取及使用，且具有最低之可能成本。應提出對先前已知方法之至少一個替代解決方案。
德國專利及商標局已對於本申請案研究EP 2 166 225 A1及DE 195 02 786 A1之PCT申請案中的下列先前技術。
根據本發明提出如技術方案1之一方法。此方法係基於一群組多個風力發電設備，其等(例如)皆在一電網連接點處連接至供電網。此 群組之此等風力發電設備可係一風力發電廠之部分或該群組之部分，且因此其之風力發電設備可形成風力發電廠，然而該群組之其他組態亦可併入考量。實際上，此處一常見情況應係一風力發電廠，其形成此群組且在此方面，後續經常表示為一風力發電廠。然而，除非描述中另有明確規定，否則一風力發電廠之所有此等解釋亦可應用至未必形成一風力發電廠之一群組風力發電設備。
因此應使此群組風力發電設備循環可用一供應功率以用於逐漸消耗。如此，首先按一指定順序分類風力發電設備。如下文描述，基本上依此順序相繼處理此等風力發電設備。此預定順序可(例如)依據邊界條件(特定言之環境條件諸如方向)而變。舉例而言，在此預定順序中之第一風力發電設備可係針對當前風而言位在前面之風力發電設備。在此情況下，如下文所解釋，其基本上係最重要之風力發電設備且亦接受最優先之處理。
然而，特定言之當(在上文提及之實例中)風向改變時亦可修改此順序。亦可將其他準則納入考慮，例如風力發電設備之大小(只要此在群組內為相異)。若相較於其他風力發電設備，一風力發電設備必須在其操作中調節(例如因減少噪音之原因或因其他原因)，則此設備可進一步向後安置或完全安置於預定順序之後面。因此按預定順序中之循環相繼處理所考量之此群組風力發電設備。如此，使風力發電設備之各者可用消耗器之一供應功率，即，以順序中之第一風力發電設備開始。所討論之風力發電設備(因此最初為第一風力發電設備)保留此或一較少供應功率作為一參考功率。為簡單起見，此處可假定風力發電設備實際上汲取且消耗此所保留之參考功率。舉例而言，所討論之風力發電設備之設備管理判定加熱轉子葉片對除冰係有必要的且加熱發電機對乾燥係有必要的。此管理已知用於此等加熱裝置之功率值且自作為一保留之參考功率可用之供應功率保留此等加熱裝置所需 (因此葉片加熱及發電機加熱所需)之功率。風力發電設備可接著汲取此功率且因此可加熱轉子葉片及發電機。
風力發電廠可用之功率可係且接著為後續風力發電設備(因此最初為順序中之第二風力發電設備)可用，其功率已減少保留之參考功率。
風力發電廠可用之功率包括來自供電網之一預定、協商之取回容量及藉由功率產生及/或累積而在風力發電廠內或群組風力發電設備內可用之一風力發電廠輸出。在最簡單的情況下，當風力發電廠或群組之風力發電設備並不產生任何功率且不具有儲存之能量時，風力發電廠可用之功率相當於協商之取回容量。因此特定言之，取回容量係與供電網之操作者協商自供電網可獲得之該功率(即，分別自群組或風力發電廠可獲得之總功率)之功率。特定言之，為此取回容量，僅提供一小補償給電網操作者(因此給供電網之操作者)。
風力發電廠可用之此功率基本上限制一風力發電設備可用之功率之最大值。此處，源自於風力發電廠可用之此功率之一供應功率可用於第一風力發電設備。此供應功率最多只相當於風力發電廠可用之功率。然而，如將在下文所解釋，經常會造成較少的功率可用。
第一風力發電設備現可以將可用之全部供應功率量保留來作為一參考功率，或其可保留更少之參考功率或(若合適)不保留參考功率。
最多只有風力發電廠可用之功率減去由前一個風力發電設備所保留之參考功率的一供應功率量可用於下一個風力發電設備。在第二風力發電設備之情況中，減去由第一風力發電設備保留之參考功率。在第三風力發電設備之情況中(若存在)，自潛在可用之功率減去由第一風力發電設備保留之參考功率及由第二風力發電設備保留之參考功率，且依此類推。
該方法因此提出確保盡可能支援第一風力發電設備之需要之一優先順序。倘若第一或更前之風力發電設備未留下足夠之可用功率，則後續風力發電設備接著可能無法汲取足夠之參考功率。就此而言，前一個風力發電設備按預定順序汲取功率，其中按該循環處理風力發電設備。
在各情況下，較佳地自一當前、可用參考功率加上由前一個循環中之此風力發電設備保留之參考功率來計算當前循環中之風力發電設備之各者可用之供應功率。因此各循環及其之各步驟(因此各個別風力發電設備之處理)係基於一嶄新可用之參考功率。該可用參考功率可自循環中之一個至下一個風力發電設備保持不變。無論如何，此可用參考功率形成基礎，且下文將解釋其之計算。
此係基於在前一個循環期間至少一當前風力發電設備已保留之功率可用於該風力發電設備之考量。若功率仍係可用的，則其可用於當前風力發電設備。較佳地以基本上不同於額外風力發電設備之一方式做出第一風力發電設備可用之參考功率之計算，其中此始終係依風力發電設備之預定順序。
較佳地自風力發電廠可用之功率減去風力發電廠之當前參考功率而計算第一風力發電設備之可用參考功率。因此上文提及之風力發電廠可用之功率被視為一基礎，即，協商取回容量加上(若合適)額外產生之功率或已被儲存之功率。自風力發電廠可用之此功率減去當前正分別由群組或風力發電廠自供電網取回之風力發電廠之參考功率。
可量測風力發電廠之當前取回之參考功率。替代地，可使用群組之總保留參考功率而非風力發電廠之當前取回(經量測)之參考功率，且因此自風力發電廠可用之功率減去群組之總保留參考功率。特定言之若風力發電廠未產生功率或無法使用儲存的功率，則此總保留參考功率可大約相當於風力發電廠之取回參考功率。
對於計算第一風力發電設備之可用參考功率存在兩個變化形式。在最簡單的情況下，不存在產生之能量或來自儲存的能量，則風力發電廠可用之功率相當於協商取回容量(即，所協商之最大值)。當未自電網取回參考功率時，此取回容量接著便相當於可用參考功率。然而，若風力發電設備或此等設備之至少一者已保留一參考功率且亦取回該參考功率，則可用參考功率減少此值，即，減少群組之所有風力發電設備一起取回之功率量。因此，對第一風力發電設備計算可用參考功率，即，自風力發電廠可用之功率減去群組之風力發電廠之當前參考功率或已自電網取回之風力發電廠之功率。
因此首先對第一風力發電設備判定一可用參考功率。此可用參考功率現較佳地用作判定後續風力發電設備之參考功率之一基礎(因此最初對於第二風力發電設備)。如此，若相較於前一個循環，當前風力發電設備已增加其保留參考功率，則對一後續風力發電設備減少此可用參考功率。因此在計算第二風力發電設備中，若相較於前一個循環，第一風力發電設備已增加其保留參考功率，則對第二風力發電設備減少第一風力發電設備之可用參考功率。
此即係基於在各循環開始處，自風力發電廠可用之功率減去風力發電廠當前汲取之參考功率而再計算可用參考功率之想法。此係第一風力發電設備之可用參考功率。若第一風力發電設備先增加其保留參考功率，且因此亦增加其實際上取回之參考功率，則最初計算之可用參考功率減少此值且因此，一減少之可用參考功率係為後續風力發電設備可用(因此最初為第二風力發電設備)。
然而，若由第一風力發電設備保留之參考功率減少，則一相應增加之可用參考功率將可用於後續風力發電設備。然而，在此情況下，提出一增加之參考功率無法用於後續風力發電設備。替代地，提出若第一風力發電設備或另前一個風力發電設備分別保留小於其在前 一個循環中保留之參考功率，則可用參考功率保持不變。此確保任何產生之額外可用參考功率(因此又釋放之參考功率)並不傳遞至定位於預定順序中之更後面之風力發電設備。一循環中又釋放之參考功率最初不應用於具有一較低優先順序之風力發電設備。
因此釋放之功率或大量功率亦可被傳遞至僅在一嶄新循環中之順序之更後面之風力發電設備。若由於一風力發電設備已保留小於前一個循環之參考功率，在一循環內釋放參考功率，則因此自電網汲取更小之參考功率，且其之效應在下一循環之開始處可見，即當再計算第一風力發電設備之可用參考功率時。在可用參考功率之計算中，接著自來自電網之風力發電廠可用之功率減去風力發電廠之參考功率，且因此減去比在前一個循環中更少之風力發電廠之參考功率。此因此增加循環之第一步驟中之可用參考功率，即，對第一風力發電設備。此第一風力發電設備現可在所有其他設備之前決定是否其將相應保留更多之參考功率。僅當此第一風力發電設備不期望保留此功率或僅期望保留此功率之一部分時，已被釋放之此參考功率為定位在順序之更後面之其他風力發電設備可用。在此實現一優先順序，其中被釋放之參考功率最初為第一風力發電設備可用，且僅當第一風力發電設備不需要此功率時為後續設備可用。在此為至第一風力發電設備之功率供應做出一優先順序。
作為一循環處理一個風力發電設備接著另一個之預定順序較佳地依據一或多個邊界條件來判定或修改。為此，可靈活調整或修改順序，其中已預定之一順序無法立即修改，而係保存許多循環(特定言之若干小時)。此常可係保持不變持續一延長時段之邊界條件之結果。一邊界條件可係風向。在此情況下，將第一優先順序給面朝風之風力發電設備且因此將此設備放置於順序之第一位置中係有用的。當(例如)群組風力發電設備(特定言之風力發電廠)在平靜後由於風增加 待啟動時，雖然可能存在結冰，但因此將提出首要風力發電設備經供有其需要(但在預定限制內)之參考功率，且因此首先能夠為此風力發電設備除冰。此風力發電設備接著再次啟動且產生功率，其有時快速超過可自電網取回之功率，其因此實質上超過可被取回之協商參考功率。
若此風力發電設備需要參考功率用於除冰且以乾燥發電機，且若乾燥在除冰之前已完成(以列舉一簡化實例)，則乾燥所需之參考功率可為其他風力發電設備釋放。
(例如)基於過往經驗(根據該經驗，一風力發電設備具有較輕或較重之結冰)，其他邊界條件可被納入考量。此設備可接著放置於順序之更後面，此係因為經歷較少結冰(且可依據當地地形而變)之一風力發電設備可經更快速除冰且接著提供所需之功率以除冰額外設備(以繼續此實例)。此效應亦可依據風向及/或空氣性質(特定言之空氣濕度)而變。
較佳地提出待自供電網取回之取回容量係基於對應於群組之風力發電設備使用之所有可能功率之總和之一值，而對應於所有可能之功率使用量之最大總和。
藉由用於控制一群組多個風力發電設備之功率消耗之方法提供至少一個風力發電設備具備足夠參考功率之此一優先順序。因此甚至當相對少之參考功率可用時，使用此方法能夠實現具有參考功率之最優先順序之風力發電設備之足夠供應。為此，其可當如僅一個風力發電設備所需提供足夠參考功率時係足夠的。只要風力發電設備相異，此應朝需要最大數量之參考功率之風力發電設備定向，因此其當同時需要所有消耗器時消耗最大量之功率。此處用作一基礎之總量僅係用於該等消耗器係有意義的，因邏輯或技術原因可同時操作該等消耗器。
因此，這可藉由協商群組風力發電設備(特定言之風力發電廠)與電網操作者之間的最小可能的取回容量而實現。對於風力發電廠操作者，這意謂著其可協商有利條件，且對於電網操作者，這意謂著其必須僅提供一非常小量之參考功率，且因此僅需要用一小量參考功率計算。繼而此可改良電網穩定性且或可使電網操作者不受(至少部分)此功率之成本規定限制。
根據一額外實施例，提出當來自前一個循環之保留功率之總和大於風力發電廠可用之功率時保留參考功率係由風力發電設備之至少一者減少。
特定言之當可使大量供應功率為風力發電設備可用時發生此一情形，此係因為功率亦可產生於風力發電廠內，且可使用此功率。若此功率產生損失或減少，則其可造成類似所描述之一情況，且在此情況下，自定位於順序後面之風力發電設備開始基本上自風力發電設備取走功率，直到第一風力發電設備具有足夠功率。
此一情形可當取回容量待被取回時發生，即，特定言之與電網操作者協商容量減少。此可歸因於(例如)一對應先前臨時協議。
較佳地實施已保留之參考功率之一減少，其中用於使供應功率可用之循環現按一相反順序運行。因此功率首先自處於順序之最後面之風力發電設備取走，且若此係不夠，則自最後之前一個風力發電設備等等取走。以此方式，相繼可用之參考功率可為第一風力發電設備獲得。因此在分配參考功率中維持第一風力發電設備之優先順序。
各自風力發電設備之各者之保留參考功率較佳地係用於加熱其等之轉子葉片。另外或替代地，此能力將係用於加熱此等設備之發電機。發電機經加熱以移除凝結物，因此以分別乾燥發電機或確保其係乾燥的。另外或替代地，保留參考功率或其之一部分分別可用於啟動風力發電設備。特定言之，此係關於激勵一個或多個方位角馬達以將 風力發電設備放置於風中。另外或替代地，其係關於激勵所謂傾伏角馬達，其以朝向風之對應角度(稱之為傾伏角)旋轉轉子葉片。至一相對受限之程度，啟動風力發電設備之功率規定亦可係關於供應功率以控制包含控制電腦之設備。若可以，功率亦可用於除冰一吊艙風速計。
較佳地在半分鐘至五分鐘之一時間範圍中重複該循環，較佳地在一至三分鐘之時間範圍中重複該循環，且特定言之大約每分鐘重複該循環。在半分鐘至五分鐘之範圍中之循環重複之此判定容許循環具有足夠時間來查詢在該時間中必須查詢之所有風力發電設備，且來使適當供應功率為該等設備可用。在此時間期間，適當功率最初分別僅需要由一中央處理器使之可用或僅需要藉由分別控制個別風力發電設備而保留。就此而言，其係一IT程序，其中實際上未需要請求且使用該功率。然而實際上，風力發電設備可立即開始汲取保留功率。
上文提及之分鐘範圍亦落入該範圍中，其中可執行除冰一轉子葉片及/或乾燥一發電機及/或除冰一風速計。
另外或替代地，根據一項實施例提出可能手動中端循環且倘若此一手動中斷發生，提出參考功率可經手動指派給各風力發電設備。此可係(例如)當服務人員就位時之情況或此可自一遠端位置完成。
在循環之此一手動中斷結束後，循環可再次啟動第一風力發電設備。至少根據一些實施例，如上文所述，不使用在前一個循環中可用或保留之值而係基於自供電網汲取之實際參考功率對於第一風力發電設備計算可用之供應功率。就此而言，在一中斷後重新啟動循環係容易實現的，且先前值不需要納入考量及/或暫存。
根據一項實施例，另外提出下列值之至少一者保持不變，在群組或風力發電廠之風力發電設備之間出現一通信故障。此可係關於群組之風力發電設備之參考功率之保留量之保留。另外或替代地，此亦 可係關於風力發電廠可用之功率及/或風力發電廠當前之參考功率。此較佳地係在一預定過渡時段中完成。若超過此過渡時段，則其可有助於起始其他量測，其等包含手動接管該程序。
根據本發明，亦提出一群組多個風力發電設備(特定言之一風力發電廠)，其經製備以執行根據上述實施例之至少一者之一方法。
此群組較佳地具有用於執行該方法之一中央控制單元(特定言之一風力發電廠控制單元)。為此亦可使用一現有之風力發電廠控制單元且因此可調適該控制單元。特定言之，風力發電廠控制單元應一致協商參考功率之數量，且其應分別量測當前正自電網汲取之各自功率或此等量測之值。另外，中央控制單元應與風力發電設備通信。
圖1展示一風力發電設備100，其具有一塔架102及一吊艙104。具有三個轉子葉片108及一旋轉器110之一轉子106經安置於吊艙104上。在操作期間，轉子106藉由風以一旋轉運動移動且藉此驅動吊艙104中之一發電機。
圖2藉由實例展示具有三個風力發電設備100之一風力發電廠112，該等風力發電設備100可係相同或不同的。三個風力發電設備100因此基本上代表一風力發電廠112之任何數量之風力發電設備。風力發電設備100藉由一風力發電廠電網114提供功率(即，特定言之產生之電流)。如此，分別將產生之各自電流或來自個別風力發電設備100之功率量加起來，且通常提供一變壓器116，其提高風力發電廠中之電壓以在饋送點118處(其大體上亦被稱為PCC)將該電壓饋送至供電網120中。圖2僅係一風力發電廠112之一簡化圖解說明，儘管實際上存在一控制，但其(例如)並不展示一控制。舉例而言，風力發電廠電網114可經不同組態，而一變壓器亦可提供於各風力發電設備100之輸出端處(以僅指定另一實施例)。
圖3展示參考功率之分佈之一流程圖。此處，流程圖之右部區域 或中間區域分別展示可用之供應功率，且保留對應參考功率。在流程圖之左部(標記為「復原」)展示由風力發電設備復原之保留參考功率。下列變量係用於該圖式中：- Ppos：可能可用之參考功率。此係指參考功率加上該設備先前已保留之功率，該參考功率可在程序中之各自步驟及因此可用於各自設備之循環中。
- Pmax：最大參考功率，即，依照協商對於討論中之所有風力發電設備自供電網取回之最大功率。此亦經描述為待自供電網取回之協商取回容量。在圖3中展示之實例中，此最大參考功率等於風力發電廠可用之功率，此係由於在此圖解說明中，分別由風力發電設備產生或可自功率儲存汲取之功率並未納入考量，且因此具有值0。
- Pact：當前功率電網連接點(NAP)。此係在電網連接點處取回之功率，且因此係對於所討論之所有風力發電設備自供電網取回之功率。就此而言，其亦分別代表一實際值或一量測值。分別視情況而定或為簡明起見，Pact經形成為由所有風力發電設備在前一個循環中保留之參考功率之數量之總和。
- PweaXcons(t)：設備X之參考功率，因此自當前循環考量各自設備。
- PweaXcons(t-1)：設備X之參考功率，因此自前一個循環考量各自設備。此等兩個值PweaXcons(t)及PweaXcons(t-1)因此係指所討論之設備實際上已保留及特定言之實際上已消耗之參考功率。此處，「X」係一佔位數字，其指示分別在循環中或在預定順序中所討論之風力發電設備之數目。
- △P：兩個循環之間的一風力發電設備之(保留)參考功率之差。
一循環「逾時循環」開始於方塊1。此後，最初在電網連接點處量測當前功率Pact。在方塊11中，計算可能可用之參考功率，即，自 可取回之協商最大參考功率Pmax減去取回之實際當前功率Pact。若結果係大於或等於0之Ppos之一值，則功率Ppos加上此風力發電設備自前一個循環保留之參考功率係為風力發電設備可用作為一供應功率：其可用作Ppos+Pwea1cons(t-1)。
然而，若可用參考功率Ppos小於0，則程序在流程圖下方分叉且下文描述之復原程序開始。
然而，若可用參考功率Ppos為正值或至少為0，則此功率以及在前一個循環期間保留之參考功率係可用於第一風力發電設備且風力發電設備1(被稱為WEA 1)在此內容背景中保留一保留參考功率，即，Pwea1cons(t)。此值亦係用於第二風力發電設備WEA 2之一供應功率之計算。
在方塊21中，最初做出一檢查以查看第一風力發電設備之參考功率是否已減少。為此，因此相應計算參考功率差△P：△P=Pwea1cons(t)-Pwea1cons(t-1)。
若△P大於0，則前一個(待稱為方塊21之)第一風力發電設備已增加其保留參考功率，可用參考功率Ppos減少，即減少此值△P：Ppos=Ppos-△P。
此係在方塊22中展示。
具有可用參考功率Ppos之量之供應功率加上由第二風力發電設備在前一個循環中保留之參考功率Pwea2cons(t-1)此時可用於第二風力發電設備。第二風力發電設備WEA 2現可保留此數量之一參考功率，或其可保留一較少量之參考功率，即，第二風力發電設備WEA 2之當前保留參考功率Pwea2cons(t)。
基於第二風力發電設備自前一個循環及當前循環保留之參考功率之值，在方塊31中做出一檢查以查看第二風力發電設備WEA 2之保留參考功率是否已增加或減少。若必要，在方塊32中以類似於方塊22 中之計算之一方式對可用參考功率Ppos判定一新、特別小之值。基於此，對下一風力發電設備(其此處係指第X個風力發電設備WEA X，而代表各額外風力發電設備)計算一Ppos，且基於此Ppos，一供應功率係可用的。
當運行通過循環時，風力發電設備1至X相繼可用供應功率，且若必要，藉此保留一參考功率。
在此循環中各風力發電設備1至X可用一供應功率且由所討論之風力發電設備在此內容背景內相應保留一參考功率。如此，程序進展使得第一風力發電設備被優先化，且後續風力發電設備跟進其等在順序中之各自位置而類似給定一優先順序。
若結果係汲取比保留更多之功率，則在方塊11中對可能可用參考功率Ppos給定一負值。因此，自方塊11直接朝下存在一分叉，且可用參考功率之此負值加上在最後循環中由此第X個風力發電設備保留之參考功率係為最後一個風力發電設備可用。因此第X個風力發電設備可用Ppos+PweaXcons(t-1)。由於可能可用之參考功率Ppos具有一負值，因此此值小於在前一個循環中保留之參考功率值PweaXcons(t-1)。在此內容背景內，風力發電設備X可保留一參考功率PweaXcons(t)，即，小於在前一個循環中保留之功率。在方塊33中，接著做出一檢查以查看由風力發電設備X保留之參考功率是否比在前一個循環中少及少至何程度。可能可用之參考功率Ppos接著在方塊34中增加兩個循環間風力發電設備X之參考功率之此差值：Ppos=Ppos+△P。
舉例而言，此可意謂在方塊11中對Ppos產生一負值4kW。若由於風力發電設備X先前保留2kW且現並未保留額外參考功率，故此設備之保留參考功率減少2kW，則在方塊33中之參考功率之差值△P總計+2kW且Ppos在方塊34中增加2kW，即，自負4kW至負2kW。對額外風 力發電設備可進一步增加可能可用之參考功率Ppos，其中(分別)風力發電設備經供給更小之保留參考功率或取消該等設備已保留之參考功率。此僅藉由實例在方塊23及24中展示，然而對於風力發電設備2而言，方塊23及24類似地對應於方塊33及34。
根據方塊23及24之輸出，此處已有希望至少增加至0之風力發電設備1之Ppos值加上在前一個循環中第一風力發電設備保留之參考功率Pwea1cons(t-1)可最終作為一供應功率為第一風力發電設備WEA 1可用。其後，循環結束且再於方塊1開始。若未復原保留參考功率，則未使用方塊33、34、23及24且循環在風力發電設備X之結尾處返回至方塊1，且包含在相應判定之時段後再次開始。
除此之外，在下文中將大致上解釋。
風力發電設備之參考功率管理(下文中被稱為WEA)以一群組定向之方式運行。群組係有選擇地選定之風力發電設備，其等皆經連接至(例如)一個電網連接點。處理係循環的(例如，每1分鐘)。
在各循環之起始處判定仍可用之參考功率(Ppos=Pmax-Pact)。此處需要之當前汲取之功率(Pact)可藉由在電網連接點處之一安裝量測或藉由形成參考功率之所有保留量之總和而提供，且係在參考功率管理循環上之最小值(參考功率之最大值)。
按該等設備可用之參考功率(Ppos+PweaXcons(t-1))之順序查詢群組之所有風力發電設備。此參考功率係由總可用參考功率(Ppos)及來自前一個循環之各自設備之保留功率(PweaXcons(t-1))(已保留且當前正被消耗之功率)形成。
若風力發電設備中需要功率且若可用功率係足夠的，則設備可取走其需要之功率。設別返回其當前、總參考功率(PweaXcons(t))作為一確認。
若設備已接收額外參考功率(△P>0)，則修正後續設備可用之參考 功率(Ppos-=△P)。若再釋放功率，則在此循環中忽略該功率。
由於釋放之功率並不為循環順序中之稍後設備可用，故優先順序管理藉由忽略由一設備釋放之此參考功率形成於系統中。此功率僅可在下一循環期間被告示為可用。以此方式，定位於請求列表更前之設備更可能由機會保留功率。
若比保留汲取更多功率時，必須自設備取走保留之參考功率。此係當最大參考功率(Pmax)減少(即，指定一更小之目標值)時之情況。在此例外情況下，根據優先順序列表執行受迫返回參考功率。具有一較低優先順序之設備必須首先放棄其等功率。對此循環保留查詢設備之順序且釋放之參考功率可立即作為可用的。
系統之品質之重要之處係設備與參考功率管理之間的一同步操作。設備僅可在其由管理系統釋放後召集參考功率。亦應相對同步地運行參考功率之關閉。否則，能量平衡將不會係正確的。
在設備之所報告之參考功率量(PweaXcons)之情況下，此等係在各自情形下一設備可汲取之最大值。舉例而言在對於一設備之轉子葉片加熱之情況下，甚至當當前僅風扇正運行時，保留加熱器線圈之功率及風扇加熱器之功率。因此確保一設備之周邊設備之獨立操作。
藉由設備之所報告之最大參考功率量及在NAP(電網連接點)處之最大量測參考功率，確保在NAP處之總參考功率並不溢出且維持設備之一相對獨立之管理。在NAP處避免參考功率之一精確調整(其將難以自一技術立場而實施)。
圖4a至圖4f展示改變參考負載之一情形及為此參考功率之可能進程。虛線進程展示如需要各自風力發電設備已報告之參考功率量，且實線進程展示各自風力發電設備已實際接收且因此能夠保留之參考功率量。此標記之使用亦可適用於圖4a至圖4f以及圖5a至圖5f。
改變參考負載之情形被視為一基礎且在下文對所討論之時間點 描述。
實例係指具有在參考功率管理中之5個風力發電設備(WEA)之一風力發電廠。根據設備之數目分配設備之優先順序(設備1對於具有最低優先順序之設備5具有最高優先順序)。
此處描述為取回容量之一固定最大標稱參考700kW被視為一基礎，(例如)藉由契約責任對於該基礎判定該容量可不容易溢出或應不容易溢出。在風力發電廠中可用之任何額外風力發電廠功率此處分別不納入考量或不可用。此固定取回容量在圖4a中作圖為P Max.。
第2分鐘：設備1需求100kW且設備2需求500kW；其等因此保留此等功率量作為參考功率且亦獲取此等功率量，後續亦對於圖5a至圖5f假定此功率。設備4需求250kW，但可支援50kW之一部分需要，且因此僅保留50kW參考功率。設備5需求150kW，然而無法支援其需要，且因此不保留參考功率。在圖4a中被標記為P Cons.(NAP)且亦在圖5a中被標記為P Cons.(NAP)之例示性風力發電廠之總需求係650kW。此功率係指風力發電廠之參考功率且係指在風力發電設備1至5之此情況下群組風力發電設備當前自供電網汲取之功率。
第8分鐘：設備4下降至所需需要之50kW。總供應無改變。
第11分鐘：設備1需求0kW功率。釋放100kW功率且設備5可實施150kW之一需求，且因此保留150kW。因此產生700kW總供應。
第13分鐘：設備4需求250kW，但已保留一額外50kW之供應。仍存在一700kW之總供應。
第19分鐘：設備4下降至所需需要之50kW。總供應不改變。
第21分鐘：設備1需求100kW，但由於皆不可用，並不接收此。總供應不改變。
第25分鐘：設備4需求250kW，但已保留一額外50kW供應。仍存在一700kW之總供應。
第27分鐘：設備2釋放200kW。總供應減少至500kW。功率並未給至查詢順序中之後續設備；舉例而言至具有250kW之一需求之設備4。此功率僅在下一分鐘中(因此在下一循環中)再次可用。就此而言，所展示且解釋之分鐘亦係圖解說明可係多次而非一分鐘之循環。此亦應用至圖5a至圖5f。
優先數字：在查詢順序中更接近前部之設備具有一更高之優先順序。
第28分鐘：設備1具有100kW。總供應為600KkW。
第31分鐘：設備1需求0kW功率。總供應為500KkW。
第32分鐘：設備4下降至所需求需要之50kW。總供應不改變。設備4需求250kW，但已保留一額外50kW供應。仍存在一700kW之總供應。
第37分鐘：設備4需求且具有250kW功率。總供應為700kW。
第41分鐘：設備1需求100kW功率，但並不接收此。
第44分鐘：設備4下降至所需求需要之50kW。釋放200kW參考功率。總供應為500kW。
第45分鐘：設備1具有已被釋放之100kW功率。總供應為600kW。
第49分鐘：設備4需求250kW，但已保留一額外50kW供應。仍存在一600kW之總供應。
第51分鐘：設備1需求0kW功率。總供應為500kW。
第52分鐘：設備4需求且具有250kW供應。總供應為700kW。
第57分鐘：設備2釋放一額外300kW。總供應在200與500kW之間。所有設備可支援其等需要。
圖5a至圖5f係基於改變具有變化、最大標稱參考(因此分別具有一變化之協商取回容量或風力發電廠可用之變化之功率量)之參考負 載之一情形，且在下文描述所討論之時間點。此變化之取回容量在圖5a中被描繪為為P Max.。
如在圖4中，實例係關於具有在參考功率管理系統中之5個風力發電設備之一風力發電廠。
根據設備數目分配設備之優先順序(設備1具有最高優先順序)。
第2分鐘：設備2及設備5正汲取總供應之200kW功率，因此風力發電廠具有200kW參考功率。
第11分鐘：設備2具有250kW參考功率。500kW(分別)係總供應或風力發電廠之參考功率，即，所有5個風力發電設備汲取作為此刻總參考功率之功率。
第14分鐘：目標參考功率(因此協商之取回容量)減少至400kW。一負目標值/實際值比較(足夠參考功率不再可用)導致調整由設備消耗之能量之一需要。基於優先順序以相反順序查詢設備。取決於負目標值/實際值比較，由設備所釋放之參考功率立即被包含於各自後續設備之可用能量中以避免不必要之關閉。
憑藉最低優先順序，設備5立即停止能量消耗。結果係一350kW總供應。
第18分鐘：設備4下降至所需需要之50kW。釋放200kW參考功率。設備5可再次具有150kW，不僅在第19分鐘處之下一循環中。總供應接著為300kW。
第21分鐘：設備1需求0kW功率。總供應為200kW。
第25分鐘：設備3需求100kW功率。總供應為300kW。
第31分鐘：設備1需求100kW功率。總供應為400kW(最大值)。
第36分鐘：目標參考功率減少至200kW。基於其等優先順序，設備5加上設備4下降至0kW。總供應為200kW。
第41分鐘：設備1需求0kW功率。設備4具有50kW功率。總供應 為150kW。
第54分鐘：設備2急需200kW功率，但由於僅剩50kW參考功率，並未接收此。
第57分鐘：目標參考功率(因此協商之取回容量)增加至450kW。設備1具有100kW且設備2具有200kW。總供應為450kW。
第61分鐘：設備1需求0kW功率。總供應為350kW。
第65分鐘：設備3將其消耗減少至50kW。設備5具有150kW。總供應為450kW。
總之，在下文中至少可藉由實例以極為簡單之方式來解釋。
根據優先順序(查詢順序)將參考功率分配至各自設備。若一設備已保留參考功率，則設備保存此功率直至其不再需求此供應。此導致一臨時優先順序。參考功率經分配至首先報告其需要之設備。若多個設備同時報告需要參考功率，則查詢設備之順序決定優先順序。此確保根據優先順序分配釋放之功率。
若比保留汲取更多之功率，保留參考功率必須自設備取走。此係當目標參考功率減少時的情況。在此例外之情況下，根據優先順序列表執行參考功率之受迫返回。具有一低優先順序之設備必須首先放棄其等功率。
1‧‧‧方塊
11‧‧‧方塊
21‧‧‧方塊
22‧‧‧方塊
23‧‧‧方塊
24‧‧‧方塊
31‧‧‧方塊
32‧‧‧方塊
33‧‧‧方塊
100‧‧‧風力發電設備
102‧‧‧塔架
104‧‧‧吊艙
106‧‧‧轉子
108‧‧‧轉子葉片
110‧‧‧旋轉器
112‧‧‧風力發電廠
114‧‧‧風力發電廠電網
116‧‧‧變壓器
118‧‧‧饋送點
120‧‧‧供電網
WEA 1‧‧‧第一風力發電設備
WEA 2‧‧‧第二風力發電設備
WEA X‧‧‧第X個風力發電設備
現在在下文中藉由實例且參考附圖描述本發明。
圖1示意性展示一風力發電設備。
圖2示意性展示一風力發電廠。
圖3展示參考功率之分佈之一流程圖。
圖4a至圖4f展示在一固定取回容量的情況下之參考功率之分佈之一例示性進程。
圖5a至圖5f展示在一變化取回容量的情況下之參考功率之分佈之 一例示性進程。
1‧‧‧方塊
11‧‧‧方塊
21‧‧‧方塊
22‧‧‧方塊
23‧‧‧方塊
24‧‧‧方塊
31‧‧‧方塊
32‧‧‧方塊
33‧‧‧方塊
WEA 1‧‧‧第一風力發電設備
WEA 2‧‧‧第二風力發電設備
WEA X‧‧‧第X個風力發電設備

Claims (18)

  1. 一種用於控制一群組多個風力發電設備(100)之一功率消耗之方法，其中該等風力發電設備(100)經製備以將電能饋送至一供電網(120)中，且其中一供應功率係可用的，一供應功率係可用於消耗，至該等風力發電設備(100)以一重複循環，以預定順序，連續地，及依據該等風力發電設備(100)可用於消耗之該風力發電廠可用之全部功率量，其中自下列之總和判定該風力發電廠可用之該功率：可自該供電網(120)取回之一預定取回容量(P_max)及藉由產生及/或藉由累積該風力發電廠(112)或該群組風力發電設備(100)可用之一風力發電廠輸出(P_park)，且其中該各自風力發電設備(100)保留此或一更少的供應功率作為一參考功率，及在該循環中之後續風力發電設備(100)最多只具備該風力發電廠可用之該功率減去已保留之該參考功率來作為一供應功率，其中，自以下計算該各自風力發電設備(100)可用之該供應功率：一當前可用之參考功率加上在前一個循環期間由此風力發電設備保留之該參考功率。
  2. 如請求項1之方法，其中 該群組多個風力發電設備(100)形成一風力發電廠(112)或其之一部分。
  3. 如請求項1或2之方法，其中自以下對該預定順序之該第一風力發電設備(100)計算該可用參考功率該風力發電廠可用之該功率減去該風力發電廠當前正由該群組自該供電網(120)汲取之一當前參考功率，或減去對該群組所保留之該總參考功率。
  4. 如請求項1或2之方法其中自在該預定順序中之該前一個風力發電設備(100)之該可用參考功率產生一後續風力發電設備(100)之該可用參考功率，且其中相較於該前一個循環，若該當前風力發電設備(100)增加其保留參考功率，則對一後續風力發電設備(100)減少該可用參考功率。
  5. 如請求項4之方法，其中對於該後續風力發電設備(100)，該可用參考功率減少此保留參考功率增加之該值，且其中相較於該前一個循環，若該當前風力發電設備保存或減少其保留參考功率，則該後續風力發電設備(100)之該可用參考功率保持不變。
  6. 如請求項1或2之方法，其中該預定順序係依據一或多個邊界條件而判定或修改。
  7. 如請求項6之方法，其中該等邊界條件包含環境條件。
  8. 如請求項1或2之方法，其中待自該供電網(120)取回之該回測容量係基於對應於該群組之該風力發電設備(100)之所有可能之功率使用量之該總和之一值，其對應於所有可能之功率使用量之最大總和。
  9. 如請求項1或2之方法，其中若自該前一個循環之該保留功率之總和大於該風力發電廠可用之該功率，則減少該等風力發電設備(100)之至少一者之該保留參考功率。
  10. 如請求項1或2之方法，其中當參考功率之保留量將被減少時，特定言之當該保留參考功率之該總量超過該風力發電廠可用之該功率時，循環以與該預定順序相反而運行。
  11. 如請求項10之方法，其中該等最後之風力發電設備之該保留參考功率開始被減少且額外風力發電設備之該保留參考功率與該預定順序相反而相繼被減少，直至該保留之參考功率量之該總量超過該風力發電廠可用之該功率。
  12. 如請求項1或2之方法，其中該等風力發電設備使用該各自、保留之參考功率來加熱其等轉子葉片及/或加熱其等發電機及/或啟動該風力發電設備。
  13. 如請求項1或2之方法，其中 該循環可在半分鐘至5分鐘之一時間範圍中重複，較佳地在1至3分鐘之一時間範圍中重複或每一分鐘重複及/或該循環可被手動中斷且該參考功率可經手動指派至各風力發電設備。
  14. 如請求項1或2之方法，其中若在該群組之該等風力發電設備之間，或在該風力發電廠中發生一通信故障，則至少一個保留參考功率，或該群組之該等風力發電設備之參考功率之所有保留量及/或該風力發電廠可用之該功率及/或一預定過渡時段之該風力發電廠之該當前參考功率保持不變。
  15. 一種群組之多個風力發電設備，其經製備以實施根據請求項1至14中之一項的方法。
  16. 如請求項15之群組，其中一中央控制單元或一發電廠控制單元(FCU)係可用於執行該方法。
  17. 一風力發電廠(112)，其經製備以實施根據請求項1至14中之一項的方法。
  18. 如請求項17之風力發電廠，其中一中央控制單元或一發電廠控制單元(FCU)係可用於執行該方法。
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