專利名稱：用于使風(fēng)電場(chǎng)在平衡狀態(tài)下運(yùn)行的控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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下運(yùn)行的方法。另外，本文還公開(kāi)了用于平衡風(fēng)電場(chǎng)的功率產(chǎn)出和功 率消耗的控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
提供了 一種用于運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)的方法，該風(fēng)電場(chǎng)包括風(fēng)電場(chǎng)控制系
統(tǒng)和至少兩臺(tái)風(fēng)力渦4侖機(jī)。該至少兩臺(tái)風(fēng)力渦4侖機(jī)通過(guò)內(nèi)部電網(wǎng)連 接?；诘谝环矫?，該方法包括確定風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際功率消耗的步驟； 以及調(diào)節(jié)至少 一 臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)的實(shí)際功率產(chǎn)出使得風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際功 率產(chǎn)出和實(shí)際功率消耗基本相等的步驟。
另外，提供了一種用于運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)的方法，該風(fēng)電場(chǎng)包括風(fēng)電場(chǎng) 控制系統(tǒng)和通過(guò)內(nèi)部電網(wǎng)連接的多個(gè)功率源。至少兩個(gè)功率源為風(fēng)力 渦輪機(jī)，而至少一個(gè)功率源選自燃料功率源、基于電池的功率源和太 陽(yáng)能功率源?；诹硪环矫?，該方法包括確定風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際功率消耗 的步驟；以及調(diào)節(jié)至少 一 個(gè)功率源的實(shí)際功率產(chǎn)出使得風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際 功率產(chǎn)出和實(shí)際功率消耗基本相等的步驟。
在又一方面中，提供了一種風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)，該風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng) 布置成用于將風(fēng)電場(chǎng)控制為處于風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際功率產(chǎn)出和實(shí)際功率 消耗基本相等的狀態(tài)。風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)包括控制器，該控制器適于確 定風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際功率消耗和實(shí)際功率平衡，并確定用于風(fēng)力渦輪機(jī)的 發(fā)電指令。風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)還包括通信裝置，該通信裝置適于將發(fā)電 指令傳輸給風(fēng)電場(chǎng)的各風(fēng)力渦輪機(jī)。
通過(guò)從屬權(quán)利要求、說(shuō)明書(shū)和附圖，其它的方面、優(yōu)點(diǎn)和特征將 顯而易見(jiàn)。


參考附圖，在說(shuō)明書(shū)的其余部分中對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員更具體地闡
方式，其中
圖1顯示了本技術(shù)的方面可適用的風(fēng)電場(chǎng)的示意圖。
圖2顯示了在多個(gè)實(shí)施例中使用的中心控制器的示意圖。
圖3顯示了在多個(gè)實(shí)施例中使用的示范性風(fēng)電場(chǎng)的功能性構(gòu)件。
圖4顯示了基于實(shí)施例的用于運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)的流程圖。
圖5顯示了基于另 一個(gè)實(shí)施例的根據(jù)測(cè)量?jī)?nèi)部電網(wǎng)頻率的用于運(yùn)
行風(fēng)電場(chǎng)的方法的流程圖。
圖6顯示了基于又一個(gè)實(shí)施例的根據(jù)測(cè)量?jī)?nèi)部電網(wǎng)電壓的用于運(yùn)
行風(fēng)電場(chǎng)的方法的流程圖。
圖7顯示了基于又一個(gè)實(shí)施例的根據(jù)測(cè)量?jī)?nèi)部電網(wǎng)的電壓和電流
的用于運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)的方法的流程圖。
圖8顯示了基于又一個(gè)實(shí)施例的用于運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)的方法的流程圖。
圖9顯示了基于又一個(gè)實(shí)施例的用于運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)的方法的流程圖。
圖10顯示了基于又一個(gè)實(shí)施例的用于運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)的方法的流程圖。
圖11顯示了基于又一個(gè)實(shí)施例的用于運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)的方法的流程圖。
圖12顯示了基于實(shí)施例的控制系統(tǒng)的示意圖。 圖13顯示了在多個(gè)實(shí)施例中使用的用于控制風(fēng)電場(chǎng)的計(jì)算機(jī)程 序模塊和信息流的視圖。
部件列表
10 風(fēng)電場(chǎng)
5100-102風(fēng)力渦4侖才幾
110渦輪轉(zhuǎn)子
115轉(zhuǎn)子葉片
120發(fā)電機(jī)
125發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子
130發(fā)電機(jī)定子
150渦輪機(jī)控制器
160功率轉(zhuǎn)換器
200內(nèi)部電網(wǎng)
300夕卜4，電網(wǎng)
400變電站
450-453變壓器
500中心控制器
510通信裝置
520處理及儲(chǔ)存裝置，處理器
530到傳感器和促動(dòng)器的接口
540計(jì)算機(jī)
550第 一控制線路(LAN, WLAN)
560第二控制線路(CAN)
600-603傳感器
700,701開(kāi)關(guān)，饋電器(feeder)
800SCADA PC
900附加的功率源
5000風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)
5100通信裝置
5200控制裝置
5010計(jì)算機(jī)程序編碼
5110將功率指示傳輸給風(fēng)力渦輪機(jī)的計(jì)算機(jī)程序編碼模塊5210 確定風(fēng)電場(chǎng)的功率需求并計(jì)算用于風(fēng)力渦輪機(jī)的功率 指示的計(jì)算機(jī)程序編碼模塊 s
5310 從測(cè)量裝置接收數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估的計(jì)算機(jī)編碼
模塊
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)地參照本發(fā)明的不同實(shí)施例，其中 一個(gè)或多個(gè)實(shí)例顯 示在附圖中。各實(shí)例作為對(duì)本發(fā)明的闡述而提供，而并非意圖進(jìn)行限 制。例如，作為一個(gè)實(shí)施例的一部分所顯示或描述的特征可用于其它 實(shí)施例或與其它實(shí)施例結(jié)合使用，以形成另一個(gè)實(shí)施例。這些變更和 變型意圖被包括在本文中。
在圖1中顯示了風(fēng)電場(chǎng)IO的示意圖。兩臺(tái)風(fēng)力渦4侖才幾100和101 經(jīng)由內(nèi)部電網(wǎng)200與使用饋電器700的變電站400連接。風(fēng)力渦輪機(jī) 100和101所產(chǎn)出的功率可在聯(lián)接到內(nèi)部電網(wǎng)200之前通過(guò)渦輪才幾變 壓器450升高。內(nèi)部電網(wǎng)200通常為中等電壓的、三相交流(ac)的網(wǎng) 絡(luò)，其例如在幾千伏(KV)到幾十千伏以及50Hz或60Hz下運(yùn)行。變電 站400的電站變壓器451通常用來(lái)將來(lái)自內(nèi)部電網(wǎng)電壓的電壓升高到 外部主電網(wǎng)或公用電網(wǎng)300所需的傳輸電壓，變電站400可使用適當(dāng) 的功率開(kāi)關(guān)701在公共聯(lián)接點(diǎn)(PCC)連接到該外部主電網(wǎng)或公用電網(wǎng) 300上。另外，內(nèi)部電網(wǎng)200通過(guò)變壓器452和453給中心控制器500 和風(fēng)力渦輪機(jī)100及101供電。中心控制器500布置成經(jīng)由通信線路 550與風(fēng)力渦輪機(jī)100和101進(jìn)行通信，該通信線i 各550可實(shí)施為硬 件和/或軟件。另外，中心控制器500可構(gòu)造成經(jīng)由通信線路550與附 加的功率源900(諸如小型的(例如100kW)柴油機(jī)組)進(jìn)行通信，該附加 的功率源900可另外連接到內(nèi)部電網(wǎng)200上。通常，通信線路550可 實(shí)現(xiàn)為以太網(wǎng)LAN，這也使得能夠使用SCADA(監(jiān)控、控制和數(shù)據(jù)釆 集)計(jì)算機(jī)800進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。然而，通信線路550還可以構(gòu)造成基于 本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何光纖通信網(wǎng)絡(luò)、有線通信網(wǎng)絡(luò)或無(wú)線通信
7網(wǎng)絡(luò)與中心控制器500進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)信號(hào)通信。這些數(shù)據(jù)信號(hào)例如可 包括指示傳輸?shù)街行目刂破?00的單臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行狀況的信 號(hào)，以及由中心控制器500通信到風(fēng)力渦輪機(jī)100和101的各種命令 信號(hào)。中心控制器500還通過(guò)傳感器600至602(諸如電壓傳感器、電 流傳感器、頻率傳感器、功率傳感器等等)與內(nèi)部電網(wǎng)200和外部電網(wǎng) 進(jìn)行通信。應(yīng)注意的是，傳感器600至602中的各傳感器例如對(duì)于各 相線可表示不同的傳感器。另外，中心控制器500通?？刹僮?，以通 過(guò)通信線路560控制各種切換裝置或促動(dòng)器(諸如饋電器700、功率開(kāi) 關(guān)701和702、電容器(未示出)和電抗器(未示出))，以例如控制風(fēng)電場(chǎng) IO的頻率、有功功率輸出和無(wú)功功率輸出。在交流電力系統(tǒng)中，電流 I和電壓V可具有不同相位。因此，電流和電壓的乘積S-PV可以是 復(fù)數(shù)型的。在本申請(qǐng)的上下文中，術(shù)語(yǔ)功率是指有功功率或?qū)崝?shù)功率 P=Re(S),即單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)哪芰俊Ｏ喾?，在本申?qǐng)的上下文中，S 的虛數(shù)部分是指無(wú)功功率Q-Im(S)。通常，通信線路560實(shí)現(xiàn)為 CAN(控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò))總線。再者，通信線路560也可以構(gòu)造成基于 本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何的光纖通信網(wǎng)絡(luò)、有線通信網(wǎng)絡(luò)或無(wú)線通 信網(wǎng)絡(luò)與中心控制器500進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)信號(hào)通信。應(yīng)注意的是，圖1 中的虛線和點(diǎn)劃線僅僅指示中心控制器500與其它裝置之間存在聯(lián) 接。它們未必反映所使用的通信線路550和560的布局。
圖2顯示了用作風(fēng)電場(chǎng)10的監(jiān)控器的中心控制器500的示意圖。 中心控制器500與位于風(fēng)電場(chǎng)10中的各風(fēng)力渦輪機(jī)100-102進(jìn)行通 信，并通常執(zhí)行閉環(huán)控制或調(diào)節(jié)，使得風(fēng)電場(chǎng)10基于給定的要求或 風(fēng)電場(chǎng)10的全局設(shè)定點(diǎn)產(chǎn)生有功功率和無(wú)功功率。應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語(yǔ) "控制"也可指"調(diào)節(jié)"或"調(diào)整"。通常，中心控制器500讀取PCC 處的實(shí)際的無(wú)功功率和實(shí)際(實(shí)數(shù)或有功)功率；比較測(cè)量值與全局設(shè) 定點(diǎn)，并針對(duì)任何偏差對(duì)各風(fēng)力渦輪機(jī)100-102發(fā)出功率和VAR(無(wú) 功伏安)命令或設(shè)定點(diǎn)。這有效地使得風(fēng)電場(chǎng)IO用作單一的功率產(chǎn)出 單元，而不是單獨(dú)的風(fēng)力渦輪機(jī)100-102。例如，中心控制器500可通過(guò)以太網(wǎng)LAN 550^v外部電網(wǎng)的控制中心(未示出)或SCADA計(jì)算 機(jī)接收全局設(shè)定點(diǎn)，該全局設(shè)定點(diǎn)用于待供入外部電網(wǎng)300或待從外 部電網(wǎng)300接收的總有功功率和無(wú)功功率。為此，中心控制器500包 括通信裝置510,即以太網(wǎng)LAN控制器和適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)程序編碼，其 接收全局設(shè)定點(diǎn)信息，并將該信息傳輸?shù)教幚砑按鎯?chǔ)單元，例如處理 器520。另外，到達(dá)中心控制器500的傳感器600和促動(dòng)器701的接 口 530通過(guò)CAN總線560從傳感器600接收電流和電壓數(shù)據(jù)，這些 數(shù)據(jù)也傳輸?shù)教幚砑按鎯?chǔ)單元520。通常，接口 530包括多功能繼電 器(MFR)。處理及存儲(chǔ)單元520和通信裝置510例如可由計(jì)算機(jī)540 構(gòu)成，該計(jì)算機(jī)540裝備有以太網(wǎng)接口和CAN總線接口 ，以便與MFR 通信。在處理及存儲(chǔ)單元520中計(jì)算用于風(fēng)力渦4侖機(jī)100-102的各個(gè) 設(shè)定點(diǎn)以便實(shí)現(xiàn)功率流的全局設(shè)定點(diǎn)之后，相應(yīng)的設(shè)定點(diǎn)通過(guò)以太網(wǎng) 550分配給各臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)100-102。另外的命令可通過(guò)CAN總線發(fā) 送給功率開(kāi)關(guān)701和/或電容器(未示出)和電抗器(未示出)，以將有功 功率和無(wú)功功率調(diào)節(jié)到所需的值。應(yīng)注意的是，圖2為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)只 顯示了三臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)100-102。大型風(fēng)電場(chǎng)可具有由一個(gè)中心控制 器500控制的多于上百臺(tái)的風(fēng)力渦4侖^/L，該中心控制器500通常位于 變電站中，但是也可以是一臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)的一部分。
圖3顯示了示范性的風(fēng)力渦輪機(jī)100的功能構(gòu)件。在該申請(qǐng)的上 下文中，術(shù)語(yǔ)風(fēng)力渦輪機(jī)是指將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能并使用同步發(fā) 電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)器。風(fēng)力渦輪機(jī)100包括 渦輪轉(zhuǎn)子110，該渦輪轉(zhuǎn)子110具有示例性的三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片115，并 驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)120。風(fēng)力渦輪機(jī)100還可具有在渦輪轉(zhuǎn)子110與發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)子125之間的齒輪箱(未示出)。發(fā)電機(jī)120包括發(fā)電機(jī)定子130和 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子125,發(fā)電機(jī)定子130具有聯(lián)接到內(nèi)部電網(wǎng)200上的繞組(未 示出)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子125具有聯(lián)接到功率轉(zhuǎn)換器160(諸如所顯示的可變 頻率變換器)上的繞組(未示出)。功率轉(zhuǎn)換器160構(gòu)造成通過(guò)調(diào)節(jié)到轉(zhuǎn) 子繞組的激勵(lì)電壓而控制發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的扭矩。通過(guò)控制輸送到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子125上的頻率，還可以使發(fā)電機(jī)的功率輸出頻率保持在與發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)子125的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的穩(wěn)定水平上。由功率轉(zhuǎn)換器160提供的激勵(lì)基 于由渦輪機(jī)控制器150傳輸?shù)呐ぞ孛詈皖l率命令。渦輪機(jī)控制器150 可包括可編程邏輯控制器(PLC)或計(jì)算機(jī)，其可操作以執(zhí)行扭矩控制 算法和頻率控制算法，從而在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子125的可變速度下保證所需 功率的固定頻率輸出。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知，發(fā)電機(jī)的功率輸出是 發(fā)電機(jī)速度與發(fā)電機(jī)扭矩的乘積。渦輪機(jī)控制器150通常使用傳感器 603對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子125的速度每秒鐘進(jìn)行多次檢查。因此，如果速度 已知，可調(diào)節(jié)扭矩以保持通過(guò)以太網(wǎng)LAN550從中心控制器500獲得 的功率設(shè)定點(diǎn)。渦輪機(jī)控制器150還可操作，以通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片115 的傾斜(pitch)來(lái)控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子125的速度。如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子125的 速度變得過(guò)高或過(guò)低，則渦輪機(jī)控制器150給葉片傾斜機(jī)構(gòu)(未示出) 發(fā)出指令，該葉片傾斜機(jī)構(gòu)分別將轉(zhuǎn)子葉片115旋轉(zhuǎn)為偏離風(fēng)向或面 對(duì)風(fēng)向。另夕卜，風(fēng)力渦輪機(jī)IOO可裝備有例如測(cè)量發(fā)電機(jī)120的功率、 電壓和/或電流輸出的傳感器604。應(yīng)注意的是，裝備有雙重饋電 (doubly feed)感應(yīng)發(fā)電機(jī)120的可變速度風(fēng)力渦輪機(jī)IOO僅僅作為示例 顯示在圖3中。能夠接收電力設(shè)定點(diǎn)(諸如來(lái)自監(jiān)控器的有功功率和/ 或無(wú)功功率和/或電壓和/或頻率)并且能夠至少對(duì)所產(chǎn)生的有功功率執(zhí) 行閉環(huán)控制的任何其它風(fēng)力渦輪機(jī)可用于以下所闡述的實(shí)施例中。風(fēng) 力渦輪機(jī)可以是恒速的或變速的，并且直接地或間接地(即通過(guò)頻率變 換器將發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的可變頻率的交流轉(zhuǎn)換成內(nèi)部電網(wǎng)200的固定頻 率的交流)聯(lián)接到內(nèi)部電網(wǎng)200上。雙重饋電感應(yīng)發(fā)電機(jī)120的一個(gè)優(yōu) 點(diǎn)在于其能夠給內(nèi)部電網(wǎng)200提供有功功率和無(wú)功功率。
參照?qǐng)D4,描述了用于使風(fēng)電場(chǎng)IO在平衡狀態(tài)(即處于風(fēng)電場(chǎng)10 的實(shí)際的(總)功率產(chǎn)出與實(shí)際的(總)功率消耗基本相等的狀態(tài))下運(yùn)行 的方法?；诘谝环矫妫\(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)10的方法2000包括步驟2100: 確定風(fēng)電場(chǎng)10的實(shí)際功率消耗；以及隨后的步驟2200:調(diào)節(jié)風(fēng)力渦 輪機(jī)的實(shí)際功率產(chǎn)出，使得風(fēng)電場(chǎng)10的實(shí)際功率產(chǎn)出與實(shí)際功率消
10耗相平衡。通常，風(fēng)力渦輪機(jī)的功率消耗例如由于風(fēng)力渦輪機(jī)及其部
分所需的加熱過(guò)程或冷卻過(guò)程而波動(dòng)。因此，步驟2100和2200另一 方面在閉環(huán)中執(zhí)行，如圖4中的虛線箭頭所示，以保持風(fēng)電場(chǎng)10的 平衡狀態(tài)。通常，如果風(fēng)電場(chǎng)IO的實(shí)際功率消耗偏離實(shí)際功率產(chǎn)出， 則在各循環(huán)的步驟2200中至少給一臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)出新的功率命令 或功率指令。
基于又一方面，在步驟2100中確定風(fēng)電場(chǎng)IO的實(shí)際功率消耗基 于測(cè)量?jī)?nèi)部電網(wǎng)200的實(shí)際電力狀況。這種測(cè)量可包括測(cè)量所有相線 的頻率、電流和電壓和/或測(cè)量所導(dǎo)出的電學(xué)值，諸如有功功率、無(wú)功 功率或相位滯后。如圖2所示，風(fēng)力渦輪機(jī)通常調(diào)節(jié)其自身的設(shè)定點(diǎn)。 因此，風(fēng)電場(chǎng)10所產(chǎn)生的實(shí)際功率在任何給定時(shí)間是已知的。如果 風(fēng)電場(chǎng)10的功率產(chǎn)出和功率消耗是平衡的，則內(nèi)部電網(wǎng)200的實(shí)際 電力狀況(即內(nèi)部電網(wǎng)200的所有相線的頻率和/或電壓和/或電流和/ 或相位)與預(yù)期^直相匹配。具體而言，電壓和頻率應(yīng)當(dāng)恒定；而電流和
進(jìn)行計(jì)算的值。內(nèi)部電網(wǎng)200的實(shí)際電力狀況與預(yù)期值的任何偏離(諸 如頻率偏移或電壓偏移)可用來(lái)計(jì)算實(shí)際的有功功率消耗和實(shí)際的無(wú) 功功率消耗。這將在下面更詳細(xì)地進(jìn)行闡述。備選地和/或附加地，風(fēng)
電場(chǎng)10的實(shí)際功率消耗可根據(jù)所有風(fēng)力渦輪機(jī)和風(fēng)電場(chǎng)10的具有可 變功率消耗的其它電力消耗裝置的已知的或測(cè)量的實(shí)際功率消耗進(jìn) 行計(jì)算。在實(shí)例中，所有風(fēng)力渦輪機(jī)對(duì)其實(shí)際的功率消耗進(jìn)行測(cè)量， 并將所測(cè)量的值發(fā)送到中心控制器500。
參照?qǐng)D5,將闡述又一方面。使風(fēng)電場(chǎng)IOO在功率產(chǎn)出和功率消 耗的平衡狀態(tài)下運(yùn)行的方法2001基于對(duì)內(nèi)部電網(wǎng)200的頻率測(cè)量而 執(zhí)行閉環(huán)下降(droop)補(bǔ)償。在各循環(huán)的第一步驟2110中，例如使用 顯示在圖1中的傳感器600測(cè)量?jī)?nèi)部電網(wǎng)頻率f。在隨后的步驟2210
中，內(nèi)部電網(wǎng)頻率f與兩個(gè)參考頻率frefl和&ef2進(jìn)行比較，這兩個(gè)參 考頻率frefl和fref2接近但是分別低于和高于所需的內(nèi)部電網(wǎng)頻率(例如50HZ或60HZ)。如果內(nèi)部電網(wǎng)頻率f處于frefl與fref2的范圍內(nèi)，則風(fēng)
電場(chǎng)10的實(shí)際總功率產(chǎn)出和實(shí)際總功率消耗基本相等或平衡，并且 在下一個(gè)時(shí)間步驟中重新執(zhí)行測(cè)量步驟2110。否則，在步驟2220中 計(jì)算為了與實(shí)際功率消耗相匹配而需要的總功率產(chǎn)出的變化。如果電
網(wǎng)頻率f低于frefp則總功率產(chǎn)出必須增加。如果電網(wǎng)頻率f高于fref2， 則總功率產(chǎn)出必須降低。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知，所需的總產(chǎn)出功率 的變化還分別取決于實(shí)際的總功率消耗和實(shí)際的總功率產(chǎn)出。然而， 因?yàn)轱L(fēng)力渦輪機(jī)的功率產(chǎn)出在環(huán)路中進(jìn)行控制，故風(fēng)電場(chǎng)10的實(shí)際
的總功率產(chǎn)出是已知的。接下來(lái)，在步驟2230中計(jì)算用于各臺(tái)風(fēng)力
渦輪機(jī)的所需的總功率輸出的變化。改變風(fēng)力渦輪機(jī)的功率輸出也可
改變其功率消耗。這種功率消耗的變化也可在步驟2230中例如基于 已使用過(guò)的風(fēng)力渦輪機(jī)的典型的功率消耗-功率產(chǎn)出的特性或曲線通 過(guò)迭代法進(jìn)行考慮。在循環(huán)的結(jié)束處，所確定的各個(gè)功率設(shè)定點(diǎn)在步 驟2250中發(fā)送給相應(yīng)的風(fēng)力渦輪機(jī)。
參照?qǐng)D6，將闡述另一方面。圖6顯示了用于控制實(shí)際無(wú)功功率 的方法。在閉環(huán)循環(huán)的第一步驟2120中，例如使用圖1所示的傳感 器600測(cè)量?jī)?nèi)部電網(wǎng)電壓V。在隨后的步驟2215中，內(nèi)部電網(wǎng)電壓V
與兩個(gè)參考電壓V礎(chǔ)和VreQ進(jìn)行比較，這兩個(gè)參考電壓V礎(chǔ)和Vref2 接近但是分別低于和高于所需的內(nèi)部電網(wǎng)電壓。如果電網(wǎng)電壓V處于 Vrefl與Vref2的范圍內(nèi)，則風(fēng)電場(chǎng)10的實(shí)際的總無(wú)功功率產(chǎn)出和實(shí)際 的總無(wú)功功率消耗基本相等，并且在下一個(gè)時(shí)間步驟中重新執(zhí)行測(cè)量
步驟2120。否則，在步驟2225中計(jì)算為了與實(shí)際的無(wú)功功率消耗相
匹配而需要的總無(wú)功功率產(chǎn)出的變化。如果電網(wǎng)電壓V低于Vrefl，則 總無(wú)功功率產(chǎn)出必須增加。如果電網(wǎng)電壓V高于Vref2，則總無(wú)功功率 產(chǎn)出必須降低。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知，所需的總無(wú)功功率的變化還
取決于已知的、當(dāng)前產(chǎn)出的總無(wú)功功率。在隨后的步驟2235中，針
對(duì)各臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)計(jì)算所需的總無(wú)功功率輸出的變化。在循環(huán)的結(jié)束
處，所確定的各個(gè)無(wú)功功率設(shè)定點(diǎn)(VAR命令或指令)在步驟2255中
12發(fā)送給相應(yīng)的風(fēng)力渦輪4幾。
在又一方面中，控制實(shí)際的有功功率和實(shí)際的無(wú)功功率，使得它
們處于平衡。如果方法2001和2002例如作為不同的路線并行地執(zhí)4亍 或在共同環(huán)路中執(zhí)行，則例如可實(shí)現(xiàn)上述情況。在這種情況下，有功 功率和無(wú)功功率都無(wú)需與外部電網(wǎng)300進(jìn)行交換。這使得可在沒(méi)有外 部電網(wǎng)300的情況下運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)10。
在正常的運(yùn)行期間，風(fēng)電場(chǎng)IO將電能供入外部電網(wǎng)300。通常， 運(yùn)行該風(fēng)電場(chǎng)IO,使得功率產(chǎn)出在給定的風(fēng)力條件下處于最大值。中 心控制器500也可根據(jù)外部需求調(diào)節(jié)有功功率流和/或無(wú)功功率流。通 往外部電網(wǎng)300的功率流的量通常使用圖1所示的傳感器601在變電 站400中在公共聯(lián)接點(diǎn)(PCC)上進(jìn)行測(cè)量。在外部電網(wǎng)300運(yùn)轉(zhuǎn)中斷 的情況下，所有的風(fēng)力渦輪機(jī)通常從內(nèi)部電網(wǎng)200上斷開(kāi)，并且通常 對(duì)風(fēng)電場(chǎng)10的所有風(fēng)力渦輪機(jī)執(zhí)行快速的緊急停機(jī)。應(yīng)注意的是， 如果外部電網(wǎng)300的頻率和/或電壓超出某個(gè)閾值，則這一點(diǎn)也是必需 的。如將要參照附圖7所闡述的，即便在內(nèi)部電網(wǎng)和外部電網(wǎng)必須斷 開(kāi)的情況下，風(fēng)電場(chǎng)IO的所有風(fēng)力渦專侖機(jī)可保持連接到內(nèi)部電網(wǎng)200 上。這通過(guò)使風(fēng)電場(chǎng)IO進(jìn)入平衡狀態(tài)并使風(fēng)電場(chǎng)IO在平衡狀態(tài)下運(yùn) 行而實(shí)現(xiàn)。因?yàn)轱L(fēng)力渦輪機(jī)通?；谟泄β屎蜔o(wú)功功率的給定的設(shè) 定點(diǎn)而運(yùn)行，所以在內(nèi)部電網(wǎng)200和外部電網(wǎng)300連接的情況下，在 PCC處的測(cè)量使得能夠在正常運(yùn)行期間的任何給定時(shí)間計(jì)算風(fēng)電場(chǎng) 10的實(shí)際有功功率消耗和實(shí)際無(wú)功功率消耗。基于使風(fēng)電場(chǎng)10在功 率產(chǎn)出與功率消耗相平衡的狀態(tài)下運(yùn)行的方法2003的另 一個(gè)實(shí)施例， 在步驟2130中針對(duì)各相線使用例如顯示在圖1中的傳感器600進(jìn)行 電壓V和電流I的測(cè)量。之后，在步驟2205中計(jì)算實(shí)際功率P。在備 選的實(shí)施例中，使用功率計(jì)直接測(cè)量實(shí)際功率來(lái)代替測(cè)量電流和電 壓。在風(fēng)電場(chǎng)IO的正常運(yùn)行期間，作為閉環(huán)控制的一部分，步驟2130 和步驟2205通常每秒鐘執(zhí)行幾次，以保證外部需求的功率流進(jìn)入外 部電網(wǎng)300。在斷開(kāi)內(nèi)部電網(wǎng)200和外部電網(wǎng)300的情況下(例如由于外部電網(wǎng)300運(yùn)轉(zhuǎn)中斷)，在步驟2207中，才艮據(jù)上次測(cè)量的功率流P 與風(fēng)力渦輪機(jī)的當(dāng)前功率設(shè)定點(diǎn)的總和之間的差值計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)10的 實(shí)際功率消耗。之后，在步驟2200中計(jì)算為了與所計(jì)算的風(fēng)電場(chǎng)10 的實(shí)際功率消耗相匹配而需要的總功率輸出。隨后，在步驟2230中 確定所需的風(fēng)力渦輪機(jī)的功率輸出，使得其總和等于在步驟2220中 獲得的風(fēng)電場(chǎng)IO的總功率輸出。應(yīng)注意的是，步驟2205、 2207、 2220 和2230通常既針對(duì)有功功率執(zhí)行，也針對(duì)無(wú)功功率執(zhí)行。因此，在 步驟2250中，相應(yīng)的VAR命令或指令附加地發(fā)送給風(fēng)力渦輪機(jī)。
這樣，所有的風(fēng)力渦輪機(jī)可保持連接到內(nèi)部電網(wǎng)200上。另外， 所有風(fēng)力渦輪機(jī)的所有的基本系統(tǒng)功能(即潤(rùn)滑、加熱、冷卻和所有的 控制及監(jiān)控功能)可得以保持。換言之，風(fēng)力渦輪機(jī)可保持在功能待機(jī) 的狀態(tài)，該狀態(tài)允許以后立即啟動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)。這意味著不是從內(nèi)部 電網(wǎng)200上斷開(kāi)單臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)，而是整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)IO是分離的并且 可保持運(yùn)行。因此，風(fēng)電場(chǎng)10以可控的方式獨(dú)立出來(lái)(islanded),并 在外部電網(wǎng)300運(yùn)轉(zhuǎn)中斷期間避免風(fēng)電場(chǎng)10的緊急停機(jī)。這至少具 有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。 一方面，緊急停機(jī)伴隨著風(fēng)力渦輪機(jī)的緊急制動(dòng)。 這對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)而言是可能限制風(fēng)力渦輪機(jī)的使用壽命的高負(fù)載。 另一方面，在外部電網(wǎng)300恢復(fù)之后，需要較長(zhǎng)時(shí)間(在極端冷的天氣 條件下可達(dá)幾天)來(lái)重新加熱風(fēng)力渦輪才幾的系統(tǒng)，并使其返回到運(yùn)行狀 態(tài)。
風(fēng)電場(chǎng)10可另外包括交流或直流能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)(未顯示在圖1 中)，用于緩存內(nèi)部電網(wǎng)200的電能和/或電流。在又一方面中，用于 使風(fēng)電場(chǎng)10在平衡狀態(tài)下運(yùn)行的方法包括緩存內(nèi)部電網(wǎng)200的電能 的步驟。這種電力緩存系統(tǒng)可包括例如并行地連接到風(fēng)力渦輪機(jī)上的 電池、磁能儲(chǔ)存器(諸如超導(dǎo)裝置)、飛輪裝置、電容器及其組合。能 量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)通常使用頻率變換器(未顯示在圖1中)聯(lián)接到內(nèi)部電網(wǎng) 200上，該頻率變換器在內(nèi)部電網(wǎng)200的固定頻率交流與能量?jī)?chǔ)存系 統(tǒng)中所使用的頻率之間轉(zhuǎn)換功率流和/或電流。飛輪儲(chǔ)存在轉(zhuǎn)子的快速轉(zhuǎn)動(dòng)的質(zhì)量中的動(dòng)能。具體而言，如果轉(zhuǎn)子是^f茲懸浮的，則可在較高的轉(zhuǎn)速下儲(chǔ)存大量的能量。超級(jí)電容器和飛輪可在幾秒鐘內(nèi)充電并釋
放其能量；超導(dǎo)線圈可幾乎瞬時(shí)以接近100%的效率吸收并提供數(shù)兆瓦的能量。在斷開(kāi)內(nèi)部電網(wǎng)200和外部電網(wǎng)300的情況下，無(wú)功功率補(bǔ)償系統(tǒng)和/或有功功率補(bǔ)償系統(tǒng)尤其有用。注意，在外部電網(wǎng)300運(yùn)轉(zhuǎn)中斷的情況下，風(fēng)電場(chǎng)10的總功率輸出必須在幾十微秒(ms)內(nèi)降低到使風(fēng)電場(chǎng)10的實(shí)際總功率消耗平衡的量。這可能需要急劇地降低風(fēng)力渦輪機(jī)的斜坡速率(ramping rate)。在該申請(qǐng)的上下文中，術(shù)語(yǔ)使風(fēng)力渦輪機(jī)斜坡上升和斜坡下降是指分別增大和降低風(fēng)力渦輪機(jī)的功率輸出。如果所產(chǎn)生的有功功率和/或無(wú)功功率的一部分可儲(chǔ)存在臨時(shí)的緩存系統(tǒng)中，則可減小使風(fēng)力渦輪機(jī)斜坡下降的速率。緩存的能量可在外部電網(wǎng)300恢復(fù)之后供回到外部電網(wǎng)300。
參照?qǐng)D8將闡述另一方面。因此，在第一步驟1300中風(fēng)電場(chǎng)10從外部電網(wǎng)300上斷開(kāi)并斜坡下降，使得實(shí)際功率消耗和實(shí)際功率產(chǎn)出相匹配。這例如可如同參照?qǐng)D7所闡述的那樣而實(shí)現(xiàn)。在隨后的步驟2000中，例如使用方法2001和/或2002將風(fēng)電場(chǎng)10保持在平衡狀態(tài)。步驟2000通常在閉環(huán)中執(zhí)行，如圖8中的虛線箭頭所示。所有的風(fēng)力渦輪機(jī)可保持連接到內(nèi)部電網(wǎng)200上，但是至少一部分風(fēng)力渦輪機(jī)必須斜坡下降。在外部電網(wǎng)300恢復(fù)之后，風(fēng)力渦輪機(jī)無(wú)需重新啟動(dòng)并加熱。但是，內(nèi)部電網(wǎng)200和外部電網(wǎng)300必須同步并重新連接；并且風(fēng)力渦輪機(jī)必須重新斜坡上升。因此，在外部電網(wǎng)恢復(fù)之后，風(fēng)電場(chǎng)10能夠再次將功率供入外部電網(wǎng)300中，并且與^f吏所有風(fēng)力渦輪機(jī)從內(nèi)部電網(wǎng)200上斷開(kāi)并使其完全停機(jī)相比具有短得多的延遲。注意，如果外部溫度較低，則風(fēng)力渦輪機(jī)通常必須非常緩慢地啟動(dòng)，在極端的情況下超過(guò)數(shù)小時(shí)，以便因此允許在風(fēng)力渦輪機(jī)可提供滿功率之前非常均勻地加熱所有的組成部分。
風(fēng)力渦輪機(jī)的最低功率輸出可受到限制，即風(fēng)力渦輪機(jī)以在最低值與0%之間的功率水平運(yùn)行是不可能的。通常，各風(fēng)力渦輪機(jī)的功率輸出可以以線性方式降低到滿功率的百分之幾，例如降低到1%或5%。相應(yīng)地，風(fēng)電場(chǎng)10的總功率輸出通常也可以以線性方式從額定
滿容量的100%降低到百分之幾，例如降低到1%或5%。特別地，對(duì)于大型(MW產(chǎn)出的)風(fēng)力渦輪機(jī)，如果所有的風(fēng)力渦輪機(jī)均輸送電能，則風(fēng)力渦輪機(jī)和風(fēng)電場(chǎng)10的其它電能消耗裝置(如傳感器、變電站400和中心控制器500)的總功率消耗可低于風(fēng)電場(chǎng)10可產(chǎn)出的功率的最低量。因此，在另一個(gè)實(shí)施例中， 一臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)或部分風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)定成僅僅消耗能量。換言之，使這些風(fēng)力渦輪機(jī)不產(chǎn)出功率，即如圖9中所示，在步驟1500中它們被控制成斜坡下降到零功率產(chǎn)出。此外，所有的風(fēng)力渦輪機(jī)可保持連接到內(nèi)部電網(wǎng)200上，并且所有風(fēng)力渦輪機(jī)的所有系統(tǒng)功能可得以保持?？刂乒β十a(chǎn)出和功率消耗而不改變正在斜坡下降的風(fēng)力渦輪機(jī)的功率值的并行步驟2005保證了風(fēng)電場(chǎng)10保持在平衡狀態(tài)。這可再次使用方法2001和/或方法2002實(shí)現(xiàn)，而不改變正在斜坡下降的或已經(jīng)斜坡下降的風(fēng)力渦輪機(jī)的功率設(shè)定點(diǎn)。步驟2005通常再次在閉環(huán)中執(zhí)行。在外部電網(wǎng)300運(yùn)轉(zhuǎn)中斷期間，使風(fēng)電場(chǎng)10中的一部分風(fēng)力渦輪機(jī)斜坡下降也是有利的。在這種情況下，僅僅一部分(例如兩臺(tái))風(fēng)力渦輪機(jī)通常預(yù)定成產(chǎn)出功率，而其余的風(fēng)力渦輪機(jī)在圖7的方法2003的步驟2250中設(shè)定成不產(chǎn)出功率。即使一臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)也足以提供足夠的功率，用于維持其余風(fēng)力渦輪機(jī)的系統(tǒng)功能，并為風(fēng)電場(chǎng)10的其它電能消耗裝置供電。然而，即使在這種情況下，可使用至少兩臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)來(lái)產(chǎn)出功率，這是因?yàn)榭衫脙膳_(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)來(lái)更好地平衡波動(dòng)的風(fēng)力狀況。
在另 一個(gè)實(shí)例中， 一 臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)或部分風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)定成僅產(chǎn)出無(wú)功功率，以補(bǔ)償產(chǎn)出有功功率的風(fēng)力渦輪機(jī)和內(nèi)部電網(wǎng)200的其它消耗裝置(諸如變壓器)的實(shí)際的無(wú)功功率消耗。在又一個(gè)實(shí)例中，風(fēng)電場(chǎng)10的部分風(fēng)力渦輪機(jī)可完全停止。這可在外部電網(wǎng)300持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)中斷的情況下減少損耗。
如參照?qǐng)D1已經(jīng)闡述的，風(fēng)電場(chǎng)10可另外包括附加的交流或直流功率源900,諸如燃料功率源、基于電池的功率源和太陽(yáng)能功率源。另外，附加的功率源900可使用頻率變換器(未示出)聯(lián)接到內(nèi)部電網(wǎng)200上，該頻率變換器在內(nèi)部電網(wǎng)200的固定頻率交流與附加的功率源之間對(duì)功率流進(jìn)行轉(zhuǎn)換?；谟忠环矫?，用于使風(fēng)電場(chǎng)10在平衡狀態(tài)下運(yùn)行的方法包括步驟1200:使附加的功率源900與內(nèi)部電網(wǎng)200同步，并使附加的功率源900連接到內(nèi)部電網(wǎng)200上。如圖10所示，此后是步驟2006,在該步驟中執(zhí)行用于平衡風(fēng)電場(chǎng)10的實(shí)際功率產(chǎn)出和實(shí)際功率消耗的閉環(huán)控制。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，可
考慮附加的功率源900所產(chǎn)生的功率。在以下實(shí)例中，100kW的柴油機(jī)組用作附加的功率源900。在步驟1200中，柴油機(jī)組接通并使其同步，而沒(méi)有將功率供入內(nèi)部電網(wǎng)200中。同步包括對(duì)電壓、頻率和相位進(jìn)行匹配，并且例如可通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的速度來(lái)實(shí)現(xiàn)，而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的速度可例如通過(guò)使用自動(dòng)同步器經(jīng)由發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速器完成。在同步之后，柴油機(jī)組可連接到內(nèi)部電網(wǎng)200上。然后，柴油機(jī)組所產(chǎn)生的功率在步驟2006的環(huán)路中增加，使得風(fēng)力渦輪機(jī)和柴油機(jī)組的功率產(chǎn)出匹配風(fēng)電場(chǎng)的功率消耗。這例如可使用與圖9的方法2005類似的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是在各循環(huán)的步驟2006中考慮了柴油機(jī)組增加的功率輸出。
如果附加的功率源900產(chǎn)生足夠的功率以維持所有風(fēng)力渦輪機(jī)的所有的系統(tǒng)功能，則用于使風(fēng)電場(chǎng)10在平衡狀態(tài)下運(yùn)行的方法可包括另外的步驟使所有的風(fēng)力渦輪機(jī)一起、成組地或逐個(gè)地斜坡下降。所有的風(fēng)力渦輪機(jī)可以以功能待機(jī)的狀態(tài)保持連接到內(nèi)部電網(wǎng)上，其中風(fēng)力渦輪機(jī)的所有的系統(tǒng)功能均得以保持。這將允許例如在外部電網(wǎng)300運(yùn)轉(zhuǎn)中斷期間進(jìn)行維護(hù)工作，并在外部電網(wǎng)300恢復(fù)之后快速地重新連接風(fēng)電場(chǎng)10。
另外，風(fēng)電場(chǎng)10的部分風(fēng)力渦輪機(jī)或全部風(fēng)力渦輪機(jī)可完全停止，即關(guān)閉。在外部電網(wǎng)300預(yù)期持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)中斷的情況下，這將允許節(jié)省燃料或能源，并減少損耗。
參照?qǐng)Dll將闡述另一方面。例如，在準(zhǔn)備緊急恢復(fù)外部電網(wǎng)300時(shí)，那些停機(jī)到功能待機(jī)狀態(tài)或者甚至關(guān)閉的風(fēng)力渦輪機(jī)在步驟1700中重新啟動(dòng)并與內(nèi)部電網(wǎng)200同步。閉環(huán)控制步驟2000并行地執(zhí)行以保持風(fēng)電場(chǎng)IO處于平衡狀態(tài)，該步驟2000使實(shí)際功率產(chǎn)出和實(shí)際功率消耗匹配，而不改變啟動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)的功率設(shè)定點(diǎn)。這例如可使用方法2001和/或2002實(shí)現(xiàn)。步驟2000通常再次在閉環(huán)中執(zhí)行，如虛線箭頭所示。例如，在所有的風(fēng)力渦輪機(jī)完全關(guān)閉的情況下，連接到內(nèi)部電網(wǎng)200上的附加的功率源900(如柴油^/l組)用來(lái)重新啟動(dòng)第一風(fēng)力渦輪機(jī)。在使第一風(fēng)力渦輪機(jī)同步之后，將第一風(fēng)力渦輪機(jī)連接到內(nèi)部電網(wǎng)200上。在使一臺(tái)、幾臺(tái)或所有的風(fēng)力渦輪機(jī)同步之后，附加的功率源900可重新斜坡下降并最終關(guān)閉。為了平衡功率產(chǎn)出和功率平衡，至少一臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)并行地斜坡上升。最終，在外部電網(wǎng)300恢復(fù)之后，使內(nèi)部電網(wǎng)200和外部電網(wǎng)300同步，并且所有的風(fēng)力渦輪機(jī)可斜坡上升，以再次產(chǎn)出滿功率或外部需求的總功率量。
參照?qǐng)D12，提供了風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)5000。風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)5000包括通信裝置5100，該通信裝置5100適于將設(shè)定點(diǎn)(諸如功率命令或功率產(chǎn)生指令)傳輸給風(fēng)電場(chǎng)10的風(fēng)力渦輪機(jī)100-102。通常，通信裝置5100還適于從風(fēng)力渦輪機(jī)接收設(shè)定點(diǎn)和/或數(shù)據(jù)和/或命令。風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)5000還包括控制器5200,控制器5200適于確定風(fēng)電場(chǎng)10的實(shí)際功率消耗和實(shí)際功率平衡。另外，控制器5200構(gòu)造成用于為風(fēng)電場(chǎng)10的風(fēng)力渦輪機(jī)100-102確定功率指示或功率產(chǎn)生指令?；谝粚?shí)施例，風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)5000布置成用于將風(fēng)電場(chǎng)IO控制為處于功率消耗和功率產(chǎn)出基本相等的平衡狀態(tài)。風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)5000尤其可操作以執(zhí)行用于使風(fēng)電場(chǎng)10在平衡狀態(tài)下運(yùn)行的任何上述方法。
如上所述，風(fēng)電場(chǎng)10的實(shí)際功率消耗可根據(jù)表征內(nèi)部電網(wǎng)200的實(shí)際電力狀況的參數(shù)(諸如電網(wǎng)的電壓和/或頻率和/或功率流)而確定。基于另一方面，控制器5200包括用于確定內(nèi)部電網(wǎng)200的實(shí)際
18電力狀況的頻率傳感器和/或電壓傳感器和/或電流傳感器和/或功率傳
感器600;以及適于計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)IO的功率平衡并確定用于各風(fēng)力渦輪機(jī)100-102的功率指示或功率產(chǎn)生指令的處理器。附加地和/或備選地，風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)5000還可考慮由各臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)100-102和內(nèi)部電網(wǎng)200的其它功率消耗裝置所測(cè)量的功率消耗值，用于計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)10的總功率消耗。對(duì)于具有可預(yù)測(cè)消耗的功率消耗裝置(諸如變壓器、電容
器等等)，對(duì)消耗的測(cè)量可由基于相應(yīng)的電力模型的計(jì)算所代替。
通常，通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)5000使風(fēng)電場(chǎng)IO的有功功率產(chǎn)出和無(wú)功功率產(chǎn)出與有功功率消耗和無(wú)功功率消耗相平衡。
另外，風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)5000的通信裝置5100通常可操作，以將功率設(shè)定點(diǎn)傳輸給附加的功率源900和/或能量?jī)?chǔ)存裝置和/或另外的傳感器和/或促動(dòng)器，并從附加的功率源900和/或能量?jī)?chǔ)存裝置和/或另外的傳感器和/或促動(dòng)器接收數(shù)據(jù)和/或指令。
在又一方面，風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)5000包括用于測(cè)量外部電網(wǎng)300的實(shí)際電力狀況的傳感器602。這使得風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)5000能夠;險(xiǎn)測(cè)外部電網(wǎng)300的運(yùn)轉(zhuǎn)中斷或電壓不足和/或頻率不足的狀況。在這種情況下，風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)5000可獨(dú)立地?cái)嚅_(kāi)內(nèi)部電網(wǎng)200和外部電網(wǎng)300,并使風(fēng)電場(chǎng)IO在平衡的狀態(tài)下運(yùn)行。因此，風(fēng)電場(chǎng)10以受控的方式獨(dú)立出來(lái)，并可避免在外部電網(wǎng)300的運(yùn)轉(zhuǎn)中斷期間的風(fēng)電場(chǎng)10的緊急停機(jī)。另外，可在4企測(cè)到外部電網(wǎng)300的電壓不足和/或頻率不足的情況下迅速地穩(wěn)定外部電網(wǎng)300。在外部電網(wǎng)300恢復(fù)或穩(wěn)定之后，可使內(nèi)部電網(wǎng)200在最短延遲的情況下與外部電網(wǎng)300同步并重新連接到外部電網(wǎng)300上，這是因?yàn)轱L(fēng)力渦輪機(jī)100-102的所有基本的系統(tǒng)功能可在風(fēng)電場(chǎng)10的受控的獨(dú)立期間得以保持。
基于另一方面，參照?qǐng)D2描述的風(fēng)電場(chǎng)中心控制器500作為控制器5200運(yùn)行。在備選的實(shí)施例中，這些功能由風(fēng)力渦輪機(jī)100-102中的一臺(tái)提供。在這種情況下，監(jiān)控風(fēng)力渦輪機(jī)的渦輪機(jī)控制器150的硬件必須足夠強(qiáng)大，以運(yùn)行與風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)5000有關(guān)的附加軟件或計(jì)算機(jī)程序編碼。
參照?qǐng)D13，提供了用于風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)5000的計(jì)算機(jī)程序5010。程序5010包括計(jì)算機(jī)程序編碼模塊5310，用于接收、評(píng)估或預(yù)處理來(lái)自風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)5000的傳感器600的數(shù)據(jù)。另外，模塊5310可附加地包括用于將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絺鞲衅?00和/或促動(dòng)器700的計(jì)算機(jī)編碼。通常，模塊5310在多功能繼電器上運(yùn)行，該繼電器轉(zhuǎn)換傳感器的數(shù)據(jù)并使傳感器的數(shù)據(jù)數(shù)字化，并在CAN總線560上將結(jié)果通信至計(jì)算機(jī)程序編碼模塊5210。備選地和/或附加地，模塊5210通過(guò)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)或總線560接收例如來(lái)自風(fēng)力渦輪機(jī)100-102的測(cè)量的功率消耗。模塊5210計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)IO的實(shí)際功率平衡，并確定用于風(fēng)力渦輪機(jī)100-102的功率指示，使得風(fēng)電場(chǎng)10的實(shí)際功率產(chǎn)出和實(shí)際功率消耗平衡。通常，模塊5210既針對(duì)有功功率執(zhí)行這些計(jì)算，也針對(duì)無(wú)功功率執(zhí)行這些計(jì)算。計(jì)算機(jī)程序5010還包括程序編碼模塊5110，以經(jīng)由以太網(wǎng)總線560將功率指令和/或VAR指示或指令傳輸給風(fēng)力渦輪機(jī)100。另外，模塊5210可確定用于附加裝置(例如功率開(kāi)關(guān)700、能量?jī)?chǔ)存裝置、附加的功率裝置900等等)的指令。這些指令通常也通經(jīng)由CAN總線或以太網(wǎng)總線傳輸。計(jì)算機(jī)程序編碼模塊5110和5210通常在單臺(tái)計(jì)算機(jī)(例如在風(fēng)力渦輪機(jī)100中的一臺(tái)中)上或在風(fēng)電場(chǎng)10的中心控制器500上運(yùn)行。
通常，計(jì)算機(jī)程序5010為實(shí)時(shí)程序。這允許風(fēng)電場(chǎng)10的功率產(chǎn)出和功率消耗的快速可靠的平衡，并降低對(duì)風(fēng)電場(chǎng)10的能量緩存容量和/或硬件對(duì)功率波動(dòng)的容許度的要求。
本書(shū)面描述使用實(shí)例公開(kāi)了實(shí)施例，包括實(shí)施例的最佳實(shí)施方式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并使用這些實(shí)施例。盡管已經(jīng)描述了各種具體的實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)可在具有改進(jìn)的情況下實(shí)施其它實(shí)施例。特別地，上述實(shí)施例的不彼此排斥的特征可互相結(jié)合?？扇　ǖ脤＠姆秶蓹?quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所想到的其它實(shí)例。如果這些其它的實(shí)例具有與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言無(wú)異的結(jié)構(gòu)性元件，或者它們包括等同的結(jié)構(gòu)性元件，而這些等同的結(jié)構(gòu)性元件與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言具有非本質(zhì)的差別，則意圖使這些其它實(shí)例處于權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種用于運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)(10)的方法，所述風(fēng)電場(chǎng)(10)包括風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)(5000)和經(jīng)由內(nèi)部電網(wǎng)(200)連接的至少兩臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)(100，101)，所述方法包括確定所述風(fēng)電場(chǎng)(10)的實(shí)際功率消耗；并且調(diào)節(jié)所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100，101)的實(shí)際功率產(chǎn)出使得所述風(fēng)電場(chǎng)(10)的實(shí)際功率產(chǎn)出和實(shí)際功率消耗基本相等。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)(10)的方法，其特征在于，確定所述風(fēng)電場(chǎng)(10)的實(shí)際功率消耗的步驟是閉環(huán)控制的；并且調(diào)節(jié)所述風(fēng)力渦輪機(jī)(100， 101)的實(shí)際功率產(chǎn)出使得所述風(fēng)電場(chǎng)(10)的實(shí)際功率產(chǎn)出和實(shí)際功率消耗基本相等的步驟是閉環(huán)控制的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)(10)的方法，其特征在于，確定所述風(fēng)電場(chǎng)(IO)的實(shí)際功率消耗包括，測(cè)量所述內(nèi)部電網(wǎng)(200)的電壓和/或電流和/或頻率。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)(10)的方法，其特征在于，基本不與所述風(fēng)電場(chǎng)(10)連接在其上的外部電網(wǎng)(300)交換電流和/或功率，和/或所述風(fēng)電場(chǎng)(10)的內(nèi)部電網(wǎng)(200)從所述外部電網(wǎng)(300)上斷開(kāi)。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)(10)的方法，其特征在于，所述方法還包括使至少一臺(tái)另外的風(fēng)力渦輪機(jī)(100)斜坡下降。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)(10)的方法，其特征在于，所述風(fēng)力渦輪機(jī)(IOO， IOI)中的至少一臺(tái)被控制成不產(chǎn)生能量并被保持在允許所述風(fēng)力渦輪機(jī)(IOO， IOI)立即啟動(dòng)的功能待機(jī)的狀態(tài)。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)(10)的方法，其特征在于，所述風(fēng)電場(chǎng)(10)還包括選自燃料功率源、基于電池的功率源和太陽(yáng)能功率源的附加的功率源(900),所述方法還包括使所述附加的功率源(900)與所述內(nèi)部電網(wǎng)(200)同步；并且將所述附加的功率源(900)連接到所述內(nèi)部電網(wǎng)(200)上。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的用于運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)(10)的方法，其特征在于，所述方法還包括從所述功能待機(jī)的狀態(tài)啟動(dòng)至少 一 臺(tái)另外的風(fēng)力渦輪機(jī)(100);并且使所述至少 一 臺(tái)另外的風(fēng)力渦輪機(jī)(100)與所述內(nèi)部電網(wǎng)(200)同步。
9. 一種布置成用于控制風(fēng)電場(chǎng)(10)的風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)(5000)，其包括控制器(5200),該控制器適于確定所述風(fēng)電場(chǎng)(10)的實(shí)際功率消耗和實(shí)際功率平tf，并適于確定用于所述風(fēng)力渦I侖才幾(IOO， IOI)的發(fā)電指令；以及通信裝置(5100)，該通信裝置(5100)適于將所述發(fā)電指令傳輸給各所述風(fēng)力渦輪機(jī)(IOO， 101);使得所述風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)(5000)可使所述風(fēng)電場(chǎng)(10)在平衡狀態(tài)下運(yùn)行，在所述平衡狀態(tài)中，在所述風(fēng)電場(chǎng)(10)中產(chǎn)生的功率基本等于所述風(fēng)電場(chǎng)消耗的功率。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)(5000),其特征在于，所述控制裝置包括頻率傳感器和/或電壓傳感器和/或電流傳感器和/或功率傳感器(600)，用于確定內(nèi)部電網(wǎng)(200)的實(shí)際電力狀況；以及處理器(520)，該處理器適于計(jì)算所述風(fēng)電場(chǎng)(10)的功率平衡并確定用于各所述風(fēng)力渦輪機(jī)(IOO， IOI)的功率指令。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了用于使風(fēng)電場(chǎng)在平衡狀態(tài)下運(yùn)行的控制系統(tǒng)和方法，其中風(fēng)電場(chǎng)(10)包括風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)(5000)和經(jīng)由內(nèi)部電網(wǎng)(200)連接的至少兩臺(tái)風(fēng)力渦輪機(jī)(100，101)。該方法包括確定風(fēng)電場(chǎng)(10)的實(shí)際功率消耗；并且調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)(100，101)中的至少一臺(tái)的功率產(chǎn)出，使得風(fēng)電場(chǎng)(10)的實(shí)際功率產(chǎn)出和實(shí)際功率消耗基本相等。另外，該風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)(5000)布置成用于平衡風(fēng)電場(chǎng)(10)的功率產(chǎn)出和功率消耗。
文檔編號(hào)H02J3/38GK101465552SQ20081019031
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者H·肖爾特-瓦辛克 申請(qǐng)人:通用電氣公司