用于将控制调节变量从控制器尤其风电场的风电场控制器传输给单元的方法以及待控制的单元和控制器与流程

本发明涉及在风电场中或者与风电场的数据通信，即在单元和控制器之间的数据通信，所述单元为如风能设备、能量储存器或者风电场的风电场控制器，所述控制器为如风电场控制器、scada系统、集群控制器或者在运营商的控制中心中的控制器。

背景技术：

根据现有技术已知的是，风电场具有多级的，例如两级的控制路径(regelstrecke)，其中第一控制级，即上级的控制级通过风电场控制器提供，所述风电场控制器针对风电场的各个单元例如风电场的风能设备来确定调节变量，也称为控制调节变量。这些调节变量于是在各个单元的控制器中被认为是指令变量或者期望值并且在该处输送给第二控制结构，即下级的控制结构。

本发明例如涉及风电场控制器或借助于风电场控制器确定的控制调节变量到风能设备处的传输。由此，本发明在示例性的情况中涉及之前所提及的上级的控制结构，然而不限于该情况。更确切地说，主要考虑在风电场中在风电场控制器和风能设备之间的数据通信，其中本发明能够应用于在多个风电场控制器的集群控制器之间的数据通信。

在之前所提及的实例中，风电场控制器经由从例如在风电场的电网馈入点的区域中的测量点的反馈获得实际值，所述电网馈入点也称为电网节点。也就是说，在风电场的所有单元共同将能量馈入到电网中的电网节点处，测量例如可供单元使用的电压、频率、有功功率和/或无功功率并且馈送到供电网中的值并且将所述值作为实际值来提供。

该实际值被输送给风电场控制器，所述风电场控制器根据同样被提供的指令变量为各个单元提供调节变量或控制调节变量。由风电场控制器提供的控制调节变量经由数据线路传输给风电场的各个单元，所述数据线路出于数据安全的原因构成为电线路。然而，由于这些数据线路的物理特性，数据传输速率受到限制，使得仅能够在特定的时间段中将最大数量的数据包从风电场控制器传输给各个单元。

因为控制调节变量由风电场控制器以数秒或者甚至小于一秒的更新速率来提供，所以发送具有如下数据包的控制调节变量，所述数据包构成为所谓的广播呼叫。也就是说，风电场的所有单元由数据包寻址(angesprochen)或者风电场的所有单元接收该数据包并且根据所述更新速率接受包含在数据包中的控制调节变量，以用于更新之前接收到控制调节变量。

然而，鉴于对要馈入电网中的能量的要遵循的参数的越来越严格的要求，除了风电场特有的干扰变量之外，也必须考虑如下干扰变量，所述干扰变量对于各个单元具有个体的影响，所述风电场特有的干扰变量能够对风电场控制器的控制路径产生影响，即在风电场的层面上观察产生影响。因此期望的是，由风电场控制器为每个单独的单元提供控制调节变量并且将其传输给各个单元。然而，由于在上文中提到的数据传输速率的限制，尤其也在具有较旧的数据传输技术的现有的风电场中，将个体的控制调节变量以之前提到的所期望的快速的更新速率传输给所有单元是不可行的。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是，解决现有技术的所提及的问题中的至少一个。尤其能够实现对于每个单元，例如风电场以适当的更新速率提供个体的控制调节变量。

德国专利商标局在本申请的优先权申请中检索到下述现有技术：wo2016/128005a1和de102010056456a1。

为此，本发明涉及一种用于将控制调节变量从控制器传输给单元的方法，所述控制器优选是风电场的风电场控制器、scada系统、集群控制器或者在运营商即电网和/或风电场运营商的控制中心中的控制器，所述单元优选是风电场的单元。所述单元例如是风电场的风能设备。风电场的单元的另一实例是能量储存器，所述能量储存器例如是蓄电池，或者如果风电场控制器就本发明而言应当通过集群控制器或者由电网运营商加载控制调节变量，那么所述能量储存器是风电场控制器本身。

根据本发明，在控制器中确定第一控制调节变量分量和第二控制调节变量分量。第一控制调节变量分量在第一数据包中输出，而第二控制调节变量分量在第二数据包中输出。于是由第一单元接收具有第一控制调节变量分量的第一数据包。同样地，由第一单元接收具有第二控制调节变量分量的第二数据包。于是在所述单元中控制调节变量由第一控制调节变量分量和第二控制调节变量分量形成。此外，根据本发明，第一数据包具有接收器地址，所述接收器地址被分派给第一单元和至少一个另外的单元。第二数据包具有如下接收器地址，所述接收器地址至少被分派给第一单元。

有利地，由此控制调节变量的两个分量由控制器分开地在两个数据包中传输。这些分量能够稍后在单元中组合成控制调节变量。在这种情况下，至少具有第一控制调节变量分量的第一数据包用接收器地址来寻址，使得该第一数据包由多于一个的单元来接收。据此，借助于第一数据包发出如下控制调节变量分量，所述控制调节变量分量在控制时在发出的时间点通常对于多个或者所有单元是有效的。与此相反，第二数据包包含如下控制调节变量分量，所述控制调节变量分量个体地针对特定的、在此即第一单元来确定并且据此也仅由特定的单元接收。

据此，具有第一控制调节变量分量的第一数据包与具有第二控制调节变量分量的第二数据包相比更频繁地被发送，使得此外能够以所期望的高的频率来实现各个单元的控制调节变量分量的更新速率。与此相反，能够以较低的更新速率发出设置用于所述单元的第二控制调节变量分量，所述第二控制调节变量分量个体地针对每个单独的单元确定。

由此，此外产生如下优点：必须以与全局有效的控制调节变量分量相比更低的频率来计算或者确定个体的控制调节变量分量。尤其，因为确定个体的控制调节变量分量与确定全局控制调节变量分量相比部分地也是更计算密集的，所以由此也能够实现控制调节变量的高的更新速率，而不需要控制器中的明显提高的计算功率来附加地提供个体的控制调节变量分量。

根据第一实施方式，第一控制调节变量分量和第二控制调节变量分量存储在第一单元的存储器中。在接收具有另一第一控制调节变量分量的另一数据包之后，控制调节变量于是在第一单元中由另一第一控制调节变量分量和所存储的第二控制调节变量分量形成。同时或者在此之后，所述另一第一控制调节变量分量存储在存储器中，从而优选覆盖掉之前存储的第一控制调节变量分量。

在具有另一第二控制调节变量分量的另一数据包由第一单元接收的情况下，第一单元的控制调节变量由所存储的第一控制调节变量分量和另一第二控制调节变量分量确定。也在这种情况下，另一第二控制调节变量分量同时或在形成控制调节变量之后存储在存储器中。优选地，之前所存储的第二控制调节变量分量由所述另一第二控制调节变量分量覆盖掉。

通过将第一和第二控制调节变量分量存储在存储器中来保证：在另一控制调节变量分量由第一单元接收的每个时间点，能够确定控制调节变量，因为刚刚未接收到的相应的另一控制调节变量分量已经保存在存储器中。

根据另一实施方式，第一数据包周期性地，即间隔地，或者基于事件地发出，和/或第二数据包周期性地或者基于事件地发出。

根据另一实施方式，第一控制调节变量分量对应于绝对值或者百分比值。第二控制调节变量分量也对应于绝对值或者百分比值。于是在单元中通过将第一控制调节变量分量和第二控制调节变量分量相加来确定控制调节变量。该实施例的一个替选方案提出，将第一和第二控制调节变量分量相乘。在该替选方案中，第一控制变量分量对应于绝对值或者百分比值，而第二控制变量分量对应于因子。因此，与之相应的，在第一单元中通过将第一控制调节变量分量和第二控制调节变量分量相乘来确定控制调节变量。

用于在第一单元中确定控制调节变量的快速的数据处理由此是可行的。因此，在不需要耗费地换算第一控制调节变量分量和第二控制调节变量分量的情况下就能够直接通过简单地相加或相乘实现控制调节变量。

根据另一实施方式，控制调节变量能够采用最小值和最大值。第一控制调节变量根据该实施方式具有如下值，所述值位于最小值和最大值之间的差的0％和100％之间。第二控制调节变量分量具有如下值，所述值位于最小值和最大值之间的差的-100％和100％之间。

由此可行的是，通过传输第一控制调节变量分量和第二控制调节变量分量形成控制调节变量，所述控制调节变量具有最小值，即使例如当第一控制调节变量分量具有大于最小值的值时也是如此。这通过第二控制调节变量分量来实现，所述第二控制调节变量分量根据所述实施方式为负，并且例如在将这两个控制调节变量分量相加以获得控制调节变量的情况下能够补偿第一控制调节变量分量的值。

根据另一实施方式，第一控制调节变量分量根据用于多个或者所有单元的全局参数，例如风电场特有的参数形成。意即，第一控制调节变量分量在控制器中根据如下参数来确定，所述参数是对所有单元的控制路径的干扰变量，因此，所述干扰变量对于所有单元基本上是同样大的。在此所提及的参数的变化由此以基本上相同的程度对所有单元起作用。

第二控制调节变量分量按照该实施方式根据控制器中的单元特有的参数来确定。单元特有的参数由此描述如下参数，所述参数作为干扰变量对单独的单元产生特殊影响。因此，在单元特有的参数改变的情况下，该参数基本上对单独的单元产生影响并且必须与之相应地在确定该单元的控制调节变量时提供，其中单元特有的参数对该单元产生影响。

根据一个特有的实施方式，第一控制调节变量分量根据指令变量来确定，所述指令变量由运营商，即例如风电场运营商和/或电网运营商来预设。据此，由运营商给控制器预设如下指令变量，所述指令变量也能够由运营商改变。这种指令变量例如是特定的功率规定，例如期望无功功率或者期望有功功率，所述期望无功功率或期望有功功率例如应当由风电场馈入到所连接的电网中。

根据反映在一天时间中的能量需求，据此例如在夜间与在日间相比将更少量的电能馈入电网中。据此，由运营商预设指令变量来控制这些变化。据此，所述指令变量对例如一个风电场或者集群的所有单元产生影响，所述集群即为多个风电场或者多个能量发生器，所述多个风电场或多个能量发生器联合为集群。与之相应地，在对所有单元提供一个单元的控制调节变量时必须同等地考虑所述指令变量。据此，在每个相应的单元中计算控制调节变量时也必须考虑第一控制调节变量分量，所述第一控制调节变量分量被传输给例如一个风电场或者集群的多个或者所有单元，由多个或者所有单元借助于第一数据包接收并且与运营商的指令变量相关。

根据另一实施方式，用于至少一个特定的单元的第二控制调节变量分量根据如下指令变量来确定，所述指令变量借助于对于特定的单元的所在地而言特有的参数来确定。据此，根据单元的所在地，特有的参数，即对于该所在地而言特有的参数对在该所在地运行的单元的控制路径产生影响。因为该特有的参数仅对在相应的所在地处的特定的单元产生特定的作用，所以在对于其它单元提供控制调节变量时不允许考虑该参数。由此，也就是说，仅第二控制调节变量分量针对特定的单元确定，即针对多个特定的单元分别单独地确定。

特有的参数例如是单元在风电场之内的位置或者从单元到风电场的馈电节点或变压器的电线路的长度。在单元是风能设备的情况下，例如在风向不同时必须考虑单元在风电场之内的位置。风电场通常表示多个风能设备的联合，所述风能设备在地点上彼此邻近地定位。在这种情况下，风能设备例如按排并排或者相继地架设。因此，在例如盛行允许风从特定一侧到达风电场的风向的情况下，第二排中的风能设备从该风向观察被第一排中的风能设备挡住。为了提高风电场的能量产出，因此有利的是，第一排中的风能设备与位于其后的排中的设备相比以更低的转速运行，以便将这种遮挡效应最小化。也就是说，据此，指令变量例如根据风向和特定的单元的所在地针对单元的每个所在地以不同的方式确定，从而在第二控制调节变量分量中被考虑。

其它参数例如是风能设备的架设日期和与其相关联的、对所馈入的能量的付款量尤其通过风电场扩展，即常常在相同的风电场中运行如下风能设备，这些风能设备的能量不同地被付款(vergütet)。在这种情况下，从场运营商的视角来看有意义的是，如果还没有总归已经馈入所述场的最大的能量功率--更好地被付款的风能设备与能量相对差地被付款的风能设备相比能够按份额馈入更多的能量。

根据另一实施方式，控制调节变量并且与之相应优选地还有第一和第二控制调节变量分量是功率调节变量，即有功功率调节变量或者无功功率调节变量、电压调节变量或者频率调节变量。

此外，本发明涉及一种用于执行根据上述实施方式之一所述的方法的控制器，例如用于风电场的风电场控制器、集群控制器或者运营商的控制器。控制器包括用于确定第一控制调节变量分量和第二控制调节变量分量的控制器计算单元。此外，控制器包括至少一个数据接口，以用于连接与单元，例如风电场的尤其风能设备或者能量储存器的至少一个数据连接。此外，所述数据接口用于传输在第一数据包中的第一控制调节变量分量和在第二数据包中的第二控制调节变量分量。在这种情况下，控制器设计用于将如下接收器地址分派给第一数据包，所述接收器地址已被分派给第一单元和至少一个另外的单元。此外，控制器设计用于，将如下接收器地址分派给第二数据包，所述接收器地址至少已被分派给第一单元。

根据控制器的一个实施方式，该控制器包括用于接收指令变量的数据输入端，所述指令变量由风电场运营商和/或电网运营商预设并且在确定第一控制调节变量分量和/或第二控制调节变量分量时被考虑。

此外，在根据另一实施方式的控制器中，存在用于单元特有的参数的存储器。所述存储器据此包括单元特有的参数如每个单独的单元的所在地或者从每个单元至例如风电场的馈电节点的电线路的长度。由此，指令变量能够根据所保存的单元特有的参数被考虑用于确定第二控制调节变量分量。

根据另一实施方式，控制器包括一个或多个传感器输入端，所述传感器输入端可与环境传感器例如风速计连接。由此，在确定控制调节变量分量时能够确定环境参数的可变的值。

此外，本发明包括用于执行根据之前所提到的实施方式之一所述的方法的单元，例如风电场的风能设备、集群控制器或者电池容器。所述单元包括数据输入端，所述数据输入端用于接收具有第一控制调节变量分量的第一数据包并且用于接收具有第二控制调节变量分量的第二数据包。此外，所述单元具有单元计算单元，所述单元计算单元用于从第一控制调节变量分量和第二控制调节变量分量中形成控制调节变量。

根据一个实施方式，单元计算单元包括用于存储第一控制调节变量分量和第二控制调节变量分量的存储器。此外，单元计算单元设计用于将第一控制调节变量分量和第二控制调节变量分量相加或者将第一控制调节变量分量和第二控制调节变量分量相乘。

此外，本发明包括一种风电场，所述风电场具有根据上述实施方式之一所述的控制器即风电场控制器和根据上述实施方式中的至少一个所述的多个单元即风能设备。

附图说明

本发明的其它实施方式根据下面详细阐述的实施例得出。在附图中示出：

图1示出风能设备，

图2示出风电场，

图3示出风电场控制器和其与风能设备的连接的放大视图，以及

图4示出所述方法的一个实施例。

具体实施方式

图1示出风电场112的单元100，即风能设备100的示意性视图。风能设备100具有塔102和在塔102上的吊舱104。在吊舱104上设有空气动力学的转子104，所述转子具有三个转子叶片108和导流罩110。空气动力学的转子106在风能设备运行时通过风置于旋转运动从而转动发电机的转子或者转动件，其直接或间接与空气动力学的转子106耦联。发电机设置在吊舱104中并且产生电能。转子叶片108的变桨角能够通过在相应的转子叶片108的转子叶片根部处的变桨马达来改变。

图2示出具有示例性三个风能设备100的风电场112，所述风能设备能够是相同或不同的。三个风能设备100由此代表风电场112的基本上任意数量的风能设备100。风能设备100经由电的场电网114提供其功率，即尤其所产生的电流。在此，各个风能设备100的相应产生的电流或功率相加，并且大多设有变压器116，所述变压器将场112中的电压进行高压变换，以便随后在馈入点118处馈入供电网120中，所述馈入点也通常称为pcc、电网节点或者电网馈入节点。图2仅是风电场112的简化视图。场电网114例如也能够不同地设计，其中在每个风能设备100的输出端处例如也存在变压器116，仅列举另一实施例。

此外，图2示出控制器10，所述控制器在此是风电场控制器10，所述风电场控制器经由总线系统12与每个单独的风能设备100连接。此外，图2具有运营商的控制中心14，所述运营商即为电网运营商或者场运营商。在当前的实施例中，详细考虑在风电场控制器10和风能设备100之间的数据传输。因此，控制中心14在该具体的实例中不作为控制器10描述。然而，所述实施例也能够通过考虑在运营商和风电场控制器10之间的数据传输来扩展，使得于是控制中心可能被认为是控制器，而风电场控制器可能被认为是单元。控制中心14经由连接16与风电场控制器10的数据输入端15连接。连接16例如对应于tcp/ip连接。

图3示出风电场控制器10的放大视图。风电场控制器10包括数据输入端15，风电场控制器10借助于所述数据输入端与运营商的控制中心14连接。此外，风电场控制器10包括数据输入端17，至少一个传感器18与所述数据输入端连接。传感器18是环境传感器。传感器18例如用于确定风电场112的区域中盛行的风向和风速。

此外，风电场控制器10具有另一数据输入端20，控制回路的反馈19被输送给该另一数据输入端，所述控制回路借助于风电场控制器10的控制器21来控制。反馈19与测量部位22连接，所述测量部位设置在馈入点118的区域中并且测量场电网114的电变量。所述电变量例如是场电网114中的电流或电压的电压和/或频率。控制偏差24在风电场控制器10中通过经由数据输入端20输送反馈19和由运营商经由数据输入端15预设的指令变量来确定。控制偏差24被输送给控制器21，所述控制器确定用于风电场112的单元100的调节变量。

根据本发明，所述调节变量称为第一控制调节变量分量26。第一控制调节变量分量26被输送给通信接口28，所述通信接口将第一控制调节变量分量26连同接收器地址在数据包中组合在一起。数据包于是经由数据输出端30输出到总线系统12上，所述总线系统也能够称为数据总线。接收器地址在这种情况下因此由通信接口28选择，使得数据包由风电场112中的所有单元100分别经由其数据输入端27接收。

也就是说，风能设备100中的每个风能设备都从第一数据包中提取第一控制调节变量分量26并且一方面将其保存在存储器32中。另一方面，第一控制调节变量分量26被输送给风能设备计算单元34，所述风能设备计算单元从第一控制调节变量分量26中确定用于风能设备控制器38的控制调节变量78。控制调节变量78由此从风电场控制器10的视角来看虽然是调节变量，但是从风能设备控制的视角来看同时对应于期望变量。

第一控制调节变量分量26在风电场控制器10中附加地被输送给确定单元40，所述确定单元也能够是另一控制器，反馈19同样被输送给该另一控制器。此外，传感器18的值被输送给确定单元40，并且确定单元40能够访问风电场控制器10的存储器42。在存储器42中保存有对于各个风能设备100的所在地而言特有的参数，例如风能设备100在风电场112之内的位置。

在确定单元40中于是基于第一控制调节变量分量26、保存在存储器42中的特有的数据以及传感器18的传感器数据来确定用于风能设备100中的每个单独的风能设备的第二控制调节变量分量44。所述第二控制调节变量分量44同样被输送给通信接口28，所述通信接口创建第二数据包，其中这些第二数据包中的每一个都包含第二控制调节变量分量44和特有的风能设备100的地址，对于所述特有的风能设备而言，在观察该风能设备100的保存在存储器42中的特有的数据的情况下确定第二控制调节变量分量44。这些第二数据包同样经由数据输出端30输出到总线系统12上。风能设备100中的每一个于是都相应地接收对相应的风能设备100寻址的数据包。从中于是提取第二控制调节变量分量44并且同样将其保存在相应的风能设备100的存储器32中。

由此可行的是，针对每个风能设备100提供第一控制调节变量分量26以及个体的第二控制调节变量分量44并且将其个体地传输给风能设备100中的每一个。个体的控制调节变量分量44，即第二控制调节变量分量44，在这种情况下以相对小的频率更新，使得由通信接口28以相对较大的重复速率或频率输出具有第一控制调节变量分量26的数据包。

具有第一控制调节变量分量26的第一数据包与之相应地例如总是在经过一定时间段之后才被发出，所述时间段例如低于10秒的时间范围，例如低于一秒的时间范围。具有第二控制调节变量分量44的第二数据包例如仅在如下情况中发出，在所述情况中例如借助于传感器18探测变化的风向，从而基于各个风能设备100在风电场112的联合网络(verbund)之内的位置，对于相应的风能设备100而言需要偏离于通常有效的调节变量的调节变量。

图4示出根据一个实施例的根据本发明的方法的原理性的流程。首先，指令变量50由电网运营商传输给风电场控制器10并且在步骤52中接收。在步骤54中，将接收到的指令变量50与实际值比较，所述实际值已在馈入点118处被测量并且同样已经输送给风电场控制器10。差56于是被输送给风电场控制器10的控制器21并且在步骤58中在控制器21中确定第一控制调节变量分量26。第一控制调节变量分量26随后被输送给通信接口28，所述通信接口在发送步骤60中发出第一数据包64。第一数据包64于是在步骤62中由风能设备100接收并且在存储步骤65中存储在风能设备100的存储器32中。

同时，第一控制调节变量分量26在其由控制器21在步骤58中确定之后被输送给确定单元40，并且在确定单元40中确定66第二控制调节变量分量44。第二控制调节变量分量44于是同样被输送给通信接口28并且在步骤68中在第二数据包70中发出。

在步骤72中第二数据包70由风能设备100接收，并且第二数据包70的第二控制调节变量分量44在步骤74中存储在存储器42中。在第一控制调节变量分量26和第二控制调节变量分量44由风能设备100在步骤65和74中存储之后，此时在步骤76中由风能设备计算单元34确定控制调节变量78并且将其输送给风能设备100的控制器38。

附图标记列表

100一个风能设备/多个风能设备/单元

102塔

104吊舱

106空气动力学的转子

108三个转子叶片

110导流罩

112风电场

114场电网

116变压器

118馈入点

120供电网

10风电场控制器/控制器

12总线系统

14控制中心

15、20数据输入端

16连接

17传感器数据输入端

18传感器/环境传感器

19反馈

21控制器

22测量部位

24控制偏差

26第一控制调节变量分量

27单元的数据输入端

28通信接口

30数据输出端

32单元的存储器

34风能设备计算单元/单元计算单元

38风能设备控制器

40确定单元

41控制器计算单元

42风电场控制器的存储器

44第二控制调节变量分量

50指令变量

52、54、58、62、72、74、76步骤

56差

60发送步骤

64第一数据包

65存储步骤

68被发出/发出

70第二数据包

78控制调节变量