专利名称：风力发电场的电输出的控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制风力发电场的电输出的方法，该方法例如由风力涡轮机与其本地风力涡轮机控制器以及中央风力发电场控制器联合执行。本发明还涉及具有电输出控制功能的风力发电场。
背景技术：
J.T.G.Pierik等人的文章“Electrical and Control Aspects of Offshore WindFarms II (Erao II)，，,Volume2:0ffshore Wind farm case studies, ECN, 2004, Chapter8,p.97-118在风力发电场的连接点处的电压控制的上下文中描述了可以通过两种方式实现这种控制:集中式控制，其中一个控制器向所有风力涡轮机给出无功功率；或分散式控制，其中每个风力涡轮机基于本地参数具有其自己的控制器(P.106/107)。在分散式控制中，没有中央控制器，风力涡轮机的本地控制器控制着风力涡轮机终端的电压。可以计算连接点处的电压电平，可以控制所计算的连接点电压(P.107-109)。CA2700248A1 (R印ower)描述了一种具有电压调节的风力发电场。风力发电场控制器(称为“场主控”)向风力涡轮机发送针对无功功率的控制信号。在风力涡轮机处提供额外的控制器。在额外的控制器在风力涡轮机终端处识别到电压跌落时，不需要等候从风力发电场控制器延迟发送的控制信号的新值。相反，它预期无功功率的所需变化。稍晚到达的来自风力发电场控制器的控制信号的新值确保实现足够的稳态精确度。US7606638B2 (R印ower)描述了一种具有无功功率调节系统的风力发电场。提供了风力发电场控制器(称为“高层级调整器”)和风力涡轮机控制器(称为“低层级调整器”)。风力发电场控制器确定参考电压，以便设置全局功率系数，并将其发送到风力涡轮机控制器。也可以针对每个风力涡轮机逐个确定用于每个风力涡轮机的参考电压以适应于具有其电气参数的相应连接线。由风力发电场控制器来集中执行对个体参考电压的这种确定。在风力涡轮机控制器处，如果参考电压的值过大，由限制装置限制个体参考电压。由风力涡轮机控制器在本地反馈控制参考电压，由此确保风力涡轮机处的电压对应于中央风力发电场控制器所指定的个体参考电压。不过，从EP2175540A2可知类似的电压控制，其利用本地风力发电场控制器和高级风力发电场系统控制器来处理多个风力发电场(“风电场”)和控制结构的系统。由高级风力发电场系统控制器向本地风力发电场控制器提供用于补偿线路电压降的信号。
发明内容
提供了一种控制风力发电场的电输出的方法。所述风力发电场包括风力涡轮机、本地风力涡轮机控制器、中央风力发电场控制器、公共测量点、和连接所述风力涡轮机与所述公共测量点的电网，其中所述风力涡轮机与所述公共测量点之间的电网连接具有电阻抗。所述方法是由所述风力涡轮机与其本地风力涡轮机控制器和所述中央风力发电场控制器联合执行的。所述方法包括:由所述风力涡轮机产生电流，并向所述电网供应所述电流；在所述公共测量点处测量电气量的值，并将测量结果提供给所述中央风力发电场控制器；由所述中央风力发电场控制器基于所述公共测量点处的所述电气量的测量值来产生风力涡轮机的电压参考值和无功功率参考值中的至少一个，并向所述风力涡轮机的本地风力涡轮机控制器提供电压参考值和无功功率参考值中的至少一个；由所述本地风力涡轮机控制器使所述风力涡轮机在所述电网中所述风力涡轮机的位置处产生与电压参考值和无功功率参考值中的至少一个相对应的电压和无功功率中的至少一个，但所述电压和无功功率中的至少一个由所述本地风力涡轮机控制器产生的本地校正进行校正。所述本地校正考虑了由所述风力涡轮机供应的所述电流因所述风力涡轮机与所述公共测量点之间的所述电网连接的所述电阻抗所致而预计在所述公共测量点处产生的电压变化和无功功率变化中的至少一个。所述校正考虑的所述电流是在所述风力涡轮机处本地确定的。根据另一方面，提供了一种风力发电场，包括风力涡轮机、本地风力涡轮机控制器、中央风力发电场控制器、公共测量点以及连接所述风力涡轮机和所述公共测量点的电网。所述风力涡轮机与所述公共测量点之间的电网连接具有电阻抗。所述风力发电场布置为通过利用其本地风力涡轮机控制器和所述中央风力发电场控制器联合控制所述风力涡轮机来控制其电输出。所述风力涡轮机布置为产生电流并将所述电流供应到所述电网。所述中央风力发电场控制器布置为基于所述公共测量点处测量的电气量的值来产生风力涡轮机的电压参考值和无功功率参考值中的至少一个，并向所述风力涡轮机的所述本地风力涡轮机控制器提供电压参考值和无功功率参考值中的至少一个。所述本地风力涡轮机控制器布置为使所述风力涡轮机在所述电网中所述风力涡轮机的位置处产生电压和无功功率中的至少一个，所述电压和无功功率中的至少一个与电压参考值和无功功率参考值中的至少一个相对应，但由所述本地风力涡轮机控制器产生的本地校正进行校正。所述本地校正布置为考虑由所述风力涡轮机供应的所述电流因所述风力涡轮机与所述公共测量点之间的所述电网连接的所述电阻抗所致而预计在所述公共测量点处产生的预计的电压变化和无功功率变化中的至少一个，所述校正考虑的所述电流是在所述风力涡轮机处本地确定的。其它特征是所公开的方法和产品所固有的，或者将会通过以下描述和附图而被本领域技术人员明了。
参考附图通过举例方式来说明本发明的实施例，在附图中:图1是连接到公用电网的风力发电场的高度示意图；图2是风力发电场的实施例的示意概要图；图3是风力发电场控制系统的示意电路图；图4和5是具有解耦功能的本地风力涡轮机控制器的示意电路图；图6a至c是类似于图4，在本地风力涡轮机控制器中应用解耦校正的替代方式的不意电路图；图7a至g是风力发电场控制系统不同参数相对于时间的示意图。附图和附图的描述是本发明的实施例而不是本发明本身。
具体实施例方式在转到基于附图的实施例的详细描述之前，将论述实施例的若干一般项。根据实施例的风力发电场具有多个风力涡轮机。每个风力涡轮机都具有本地风力涡轮机控制器，其控制风力涡轮机的工作。例如，风力涡轮机控制器判断在当前风速下风力涡轮机应当工作于部分负载模式(其中优化了能量转换效率)或标称负载模式(其中即使在风速允许产生更多功率时也产生标称功率)。除了机械操作参数(诸如转子转速和叶片间距)之外，风力涡轮机控制器还控制电输出参数，诸如由风力涡轮机产生的电流或功率，或更具体而言，由风力涡轮机产生的电流的有功和无功分量或有功和无功功率。通过影响风力涡轮机的电力变换器来进行电输出控制。实施例的风力发电场的风力涡轮机由电网进行电连接，每个风力涡轮机将其产生的电流馈送到电网中。在电网中有至少一个公共的电气测量点,称为公共测量点或PCM。在一些实施例中，公共测量点是风力发电场的内部电网耦合到公用电网的点；这个点也称为公共耦合点或PCC。在其它实施例中，它是在公共耦合点上游的、风力发电场的内部电网之内的点。在其它实施例中，它是在公共耦合点下游的、公用电网中更远处的点。在实施例中，还提供了风力发电场控制器。风力发电场控制器是负责风力发电场的特定电输出参数的中央控制器。在实施例中，在公共测量点测量电量的值，将测量结果提供给中央风力发电场控制器。当然，这不排除测量更多的量，例如在公共测量点处，并将其提供给风力发电场控制器。在一些实施例中，电气量是公共测量点处的电压，在其它实施例中，是通过公共测量点的无功功率或电压和无功功率两者。例如，其它的量可以是通过公共测量点的有功功率和/或公共测量点处的频率。可以通过不同方式表征电的无功分量，例如，按照相对项的方式，例如通过电压与电流之间的相角9，cos φ的值(也称为“功率因子”，等于有功功率与视在功率之比)加无功分量为电容性还是电感性的指示；或按照绝对项的方式，例如，通过无功电流I,或无功功率Q的绝对值等。在本文中，在提到“无功功率”的测量值或参考/设定点时，可以使用表示电的无功分量的另一参数的任何测量值或参考/设定点。风力发电场控制器通过向各个风力涡轮机提供指定风力涡轮机所必须输送的参考(即设定点)，在总体上维护风力发电场生产的特定电气参数，例如，公共测量点处的电网电压，或风力发电场在公共测量点处产生的无功功率。不过，由于风力发电场通常在当前占优势的风速下尽可能多地产生有功功率，所以中央控制器通常不会支配有功功率的产生，但这相反是由风支配的，除非其受到风力涡轮机的标称功率极限的限制。换言之，通常，如果风速高于标称，风力涡轮机自动地尽可能多地产生有功功率，或将其有功功率产生限制到标称功率。由于风速通常会波动，这意味着风力发电场产生的有功功率的总量通常不受风力发电场控制器的控制或限制，而是一种以风力发电场控制器不能预期的方式波动的实体。可能有例外，例如对于公用电网中全局性超量生产的情况，在电网提供者要求减小有功功率生产时，或在观察到频率升高时；那么风力发电场控制器能够命令风力涡轮机减小其有功功率生产。于是，风力发电场控制器通常不知道各个风力涡轮机产生的有功功率的量(至少是瞬时不知道；可以从风力涡轮机控制器向风力发电场控制器发送关于个体有功功率产生的信息，但这样的传输花费时间，使得关于个体有功功率产生的知识仅能延迟到达风力发电场控制器)。
尽管通常在集中式风力发电场控制的指导下进行控制，但该控制方法是由中央风力发电场控制器和风力涡轮机与其本地风力涡轮机控制器联合执行的。中央风力发电场控制器通过向各个风力涡轮机提供设定点以命令各个风力涡轮机在风力涡轮机的终端处实现特定的本地电气参数(例如本地电压或本地无功功率)，来控制公共测量点处的风力发电场电气参数，诸如电压或无功功率。不过，本地风力涡轮机控制器不执行由风力发电场控制器规定的内容，而是预计和补偿本地输出变化对公共测量点的影响，例如，所述变化是由于风速增大而导致各个风力涡轮机产生的有功功率增大，或由于风力涡轮机与公共测量点之间的电网连接阻抗而使风力发电场控制器所改变的对应设定点导致无功功率的变化。这项功能是由风力涡轮机控制器逐个执行本地校正来实现的。于是，在实施例中，每个风力涡轮机控制器中执行的本地校正将风力发电场控制器与各个风力涡轮机产生的功率或电流变化解耦。返回到中央风力发电场控制器的功能，在一些实施例中，中央风力发电场控制器基于公共测量点处电气量的测量值而产生针对风力涡轮机的电压参考值和无功功率参考值中的至少一个，并向相应的风力涡轮机的本地风力涡轮机控制器提供电压参考值和无功功率参考值中的至少一个。测量量和参考值未必是相同类型的；例如，可以通过在公共测量点处测量电压来进行电压和下垂(droop)控制，同时基于测量电压向风力涡轮机提供无功功率参考。在一些实施例中，中央风力发电场控制器产生的参考值对于风力发电场的所有风力涡轮机而言是相同的值。在一些实施例中，所有风力涡轮机都得到相同的参考值，但参考值是相对参数(例如，表示无功功率的相对参数，诸如功率因子)。该参数例如可以是相对于标称参数的参数(诸如风力涡轮机的标称功率)，从而发送到所有风力涡轮机的相同参考值令风力发电场中不同的标称功率(例如不同类型)的风力涡轮机相应地产生不同绝对大小的电力。例如，于是标称功率较高的风力涡轮机会比标称功率较低的那些产生更多无功功率。在其它实施例中，中央风力发电场控制器向风力发电场的不同风力涡轮机分配各个值。例如，在风力发电场中的一些风力涡轮机(即第一排中的涡轮机)已经产生标称有功功率而其它的(后排中的)产生较少功率时，由风力发电场控制器提供个体设定点，使得工作在更低功率的涡轮机比已经产生标称功率的那些提供更大部分的所需无功功率。在一些实施例中，由中央风力发电场控制器执行的控制功能是前馈控制。例如，对公用电网中的电压控制起作用的风力发电场根据预定义的下垂函数(即，将电压映射到无功功率的功能)，执行下垂控制，即，根据电压(例如，在公共测量点测量的电压)来输送无功功率。例如，风力发电场控制器利用下垂函数来针对各个风力涡轮机确定无功功率参考值(即，设定点)。从更高层的抽象来看，下垂控制是前馈控制。不过，在实施层面上，可以按照包括反馈控制的方式来实施下垂控制，以便精确遵循下垂函数的规定一对于这样的实施方式，反馈控制的以下描述也可以适用于下垂控制。在其它实施例中，中央风力发电场控制器执行反馈控制。例如，由中央风力发电场控制器产生参考值包括将在公共测量点测量的电气量或从其导出的另一量与中央目标值进行比较，并从比较结果，即从测量量(或从其导出的量)与中央目标值之间的误差来获得参考值。产生误差信号是(闭环)反馈控制的要素。示例性应用是电压控制，其中通过反馈控制保持公共测量点处的电压恒定。在一些实施例中，下垂控制还涉及反馈控制，因为在公共测量点处通过测量验证了根据下垂函数的无功功率参考实际被输送，并且通过中央风力发电场控制器对参考值进行基于反馈控制的调节来消除任何观察到的差异。反馈控制回路由如下操作形成:风力发电场控制器将在公共测量点测量的电气量与中央目标值进行比较以产生误差信号，并从误差信号导出用于风力涡轮机的参考值，本地风力涡轮机控制器令风力涡轮机在风力涡轮机位置(例如，在风力涡轮机的终端)的内部电网中产生特定电压和特定无功功率中的至少一个，这又反过来影响要在公共测量点测量并与中央目标值比较的电气量。在一些实施例中，中央目标值是常数；例如恒定电压或恒定无功功率。例如，中央风力发电场控制器能够通过为个体风力涡轮机产生电压或无功功率参考值而保持公共测量点处的电压，这使得它们抵消在公共测量点处测量的任何电压偏差。在其它实施例中，中央目标值是由电网提供者从外部提供的规定，例如可以随日期缓慢改变的无功功率规定。例如，中央风力发电场控制器能够通过为个体风力涡轮机产生电压或无功功率参考值而将公共测量点处的无功功率保持在规定值，这使得它们抵消在公共测量点处测量的任何无功功率偏差。在其它实施例中，风力发电场执行下垂控制，例如根据预定义的下垂函数将在公共测量点处测量的电压映射到无功功率，这样获得的无功功率值形成中央目标值。中央风力发电场控制器能够通过为个体风力涡轮机产生电压或无功功率参考值来将公共测量点处的无功功率保持在从下垂函数的映射所获得的目标值，这使得它们抵消在公共测量点处测量的任何无功功率距目标值的偏差。不过，所述控制不是“纯”反馈控制，而是以由本地风力涡轮机控制器执行本地校正的形式、具有覆盖(overlaid)的前馈控制的反馈控制。本地风力涡轮机控制器不让风力涡轮机恰好产生由来自中央风力发电场控制器的参考值规定的电压或无功功率，而是施加其本地校正。通过相应的风力涡轮机控制器来产生(例如计算)本地校正。产生或计算本地校正，使得本地校正考虑由风力涡轮机供应的电流因风力涡轮机与公共测量点之间电网连接的电阻抗、在公共测量点处的预期的电压变化和无功功率变化中的至少一个。在风力涡轮机处本地确定(例如测量)本地校正所考虑的电流。在风力涡轮机处本地确定(例如测量)的电流值作为输入值而进入由风力涡轮机控制器进行的计算，该计算是对因风力涡轮机供应的电流所致而预计在公共测量点处产生的电压变化和/或无功功率变化的计算。本地校正使得风力涡轮机针对由风力涡轮供应的电流因风力涡轮机与公共测量点之间电网连接的电阻抗所致而预计产生的电压变化或无功功率变化而产生校正的输出。本地校正考虑了由于风力涡轮机供应的电流变化而在公共测量点处引起的预计的电压变化和无功功率变化中的至少一个。如果风力涡轮机供应的电流发生变化，则电压变化和/或无功功率变化通常是由风力涡轮机与公共测量点之间的电网连接的电阻抗在公共测量点处引起的。通过校正来补偿这种阻抗引起的公共测量点处的电压和/或无功功率变化，即使风力涡轮机产生修正量的无功电流或功率。为了计算出补偿公共测量点处的阻抗引起的电压和/或无功功率变化所需的校正量，在风力涡轮机处本地确定(例如，测量或从其它已知参数导出)电流的特性(例如，其大小和无功分量)。如上所述，由于风速通常会波动，风力涡轮机在部分负载模式中产生的有功功率的量通常不被控制或限制到参考值，而是以不能预期的方式波动的实体。于是，风力发电场控制器通常不能立即知道各个风力涡轮机产生的有功功率或有功电流的量。不过，所产生的有功功率或有功电流的量影响从所考虑的风力涡轮机到公共测量点的线路上的电压降。因此，中央风力发电场控制器不能提供参考值来校正这个电压降，这会立刻考虑有功功率或有功电流的量产生的这种波动的影响。不过，如本文所述，确定在风力涡轮机处本地产生的电流特性(例如其大小和/或无功分量)并基于由风力涡轮机控制器针对所述电压降的本地校正实现了有功功率或有功电流的量产生的这种波动对将要补偿的电压降的影响。这与开头提到的US7，606，638B2的教导不同，根据该专利，针对各个风力涡轮机的电压参考值来自中央风轮机控制器。在US’638中不认为有功功率或有功电流产生的这种波动对电压降有影响，US’638的参考值中包括的电压降校正因此是明显的恒定平均值或标称值。因此，在US’638中未公开测量由个体风力涡轮机产生的电流，更不用说用于由中央风力发电场控制器执行的电压降校正。推测地讲，即使关于由个体风力涡轮机当前产生的电流的信息被从风力涡轮机发送到中央风力发电场控制器，并在发送到风力涡轮机的参考值中考虑到它，这将仅在对应的传输延迟中发生。同样的情况适用于也在开头提到的EP2175540A2。于是，在这些实施例的一些中，控制结构是包括风力发电场控制器的反馈控制回路，该风力发电场控制器具有由个体风力涡轮机控制器覆盖的前馈校正，以将个体风力涡轮机产生的电流变化与外部反馈控制回路解耦。典型地，中央风力发电场控制器与风力涡轮机之间的数据连接的数据传输速率相对较低，因此参考信号从中央风力发电场控制器行进到风力涡轮机所需的时间可能很长，导致中央风力发电场控制回路的时间常数相对较大(“时间常数”这一表达是指控制器针对目标参数或扰动的突变(阶跃变化)调整受控系统所需的时间)。本地校正减小了由于个体风力涡轮机以前馈方式(即，无任何反馈延迟)产生的电流变化导致的对中央风力发电场控制器的微扰。在没有本地校正功能或解耦功能的情况下，相对较慢的中央风力发电场控制器会需要更多时间来补偿这些微扰。如果风力涡轮机产生的电流或功率发生变化(例如由于风速的变化)，快速本地校正将立即以前馈方式使风力涡轮机在其电压或无功功率产生方面偏离由风力发电场控制器规定的电压或无功功率参考，以便在校正时间常数的更短时间尺度上确保公共测量点处占优势的电压或无功功率不会变化或不会显著变化。在中央风力发电场控制器的形式为闭环反馈控制的实施例中，如果由于其前馈特性而导致校正不完全正确，则闭环中央风力发电场控制器将执行校正的细调。在一些实施例中，本地前馈活动具有微分特性，即校正仅有效地对所产生的功率或电流变化做出响应，但校正动作的有效量朝向稳态接近零。如果风力涡轮机产生的电流或功率发生变化，则微分特性将使风力涡轮机在其电压或无功功率产生方面偏离由风力发电场控制器规定的电压或无功功率参考，以便在发生变化的时刻立即确保公共测量点处占优势的电压或无功功率不会变化或不会显著变化。不过，假设不发生任何其它变化，由于微分特性，有效校正将接近零并最后消失，同时闭环中央风力发电场控制器将逐渐接管控制，即，逐渐调整其参考值以适应新的稳态电流或功率值。尽管可以将风力涡轮机控制器执行的本地校正视为中央风力发电场控制器的控制回路水平上的前馈控制，但是在一些实施例中，本地风力涡轮机控制器还包括本地反馈控制。例如，在风力涡轮机的内部电网(例如，在风力涡轮机的终端)中测量电压和/或无功功率，本地风力涡轮机控制器将电压和/或无功功率的本地测量值与风力发电场控制器的参考值进行比较，并产生控制风力涡轮机所依据的本地误差信号，由此形成本地反馈控制回路。在开头提到的US7，606，638B2中，由中央风力发电场控制器向风力涡轮机提供各个电压参考信号。在每个风力涡轮机的层级提供反馈控制器。反馈控制器测量所讨论的风力涡轮机处的实际电压，将其与参考电压值进行比较，并且如果在参考电压和测量的实际电压之间有误差使得风力涡轮机的产出被修改，使这样的误差消失。这种反馈误差信号的功能是确保在风力涡轮机层级上实际上符合中央风力发电场控制器规定的电压参考值；不过，反馈误差信号是中央风力发电场控制器提供的无校正参考值。相反，在这些实施例中，“本地校正”是由中央风力发电场控制器提供的参考值的校正，使得风力涡轮机的产出不符合中央风力发电场控制器提供的参考值，而是符合本地校正所修改的参考值。通过向本地反馈控制回路中引入不同替代方式的本地校正，有几种替代方式可有效地校正由中央风力发电场控制器提供的参考值。在一些实施例中，在本地误差信号产生的下游(即之后)应用本地校正，亦即，如同没有校正一样产生本地校正信号，并且校正仅修改已经产生的误差信号或从误差信号导出的参数。在其它实施例中，在本地误差信号产生时应用本地校正，例如在求和块(summation block),其执行在风力润轮机处测量的电压或无功功率的参考值和(否定)值的求和；换言之，在求和块中插入校正信号，作为除风力涡轮机处测量的参考值和(否定)值之外的另一被加数。在其它实施例中，在本地误差信号产生的上游(即之前)应用本地校正，例如，通过将其加到来自风力发电场控制器的参考值，或从风力涡轮机处测量的值减去它。作为所有这些替代方式的结果，风力涡轮机的产出将不会符合中央风力发电场控制器提供的参考值，而是符合通过本地校正修改的参考值。同样的情况适用于没有本地反馈控制回路的实施例，即中央风力发电场控制器提供的参考值是本地前馈控制器的输入的实施例。在这些前馈实施例中，“本地校正”也是对中央风力发电场控制器提供的参考值的校正，这导致风力涡轮机的产出不符合中央风力发电场控制器提供的参考值，而是符合通过本地校正修改的参考值。回到具有本地反馈控制的实施例，在本地误差信号产生之后应用本地校正的那些实施例中的一些中，本地风力涡轮机控制器的时间常数(或带宽)大于校正的时间常数(或带宽)，以便防止本地反馈风力涡轮机控制器补偿校正；这样的补偿将仅朝向稳态极限发生。在一些实施例中，来自中央风力发电场控制器的参考值例如是电压或无功功率值，在风力涡轮机本地测量的参数也是电压或无功功率值，于是通过将参考值和(否定)测量值相加而获得的误差信号也是电压或无功功率(误差)值。在一些实施例中，本地误差信号(例如是电压或无功功率误差信号)被变换成用于风力涡轮机变换器的本地电流参考。例如，由具有例如PI (比例和积分)特性的本地电流控制器块执行到本地电流参考的变换。电流参考规定变换器将产生什么电流；通常包括用于要产生的无功和有功电流分量的参考值。在本地误差信号产生之后并在变换成本地电流参考(B卩，电流控制器下游)之后应用本地校正的实施例中，以电流校正信号的形式提供本地校正，通过电流校正信号校正本地电流参考。例如，向本地电流参考增加电流校正信号。如上所述，为了防止本地反馈风力涡轮机控制器对校正进行补偿，电流控制器的时间常数(或带宽)大于校正的时间常数(或带宽)。在从电压或无功功率进行变换之前(S卩，在电流控制器之前，例如在本地误差信号产生时或上游)应用本地校正的其它实施例中，以电压或无功功率校正信号的形式提供本地校正。例如，将电压或无功功率校正信号增加到来自风力发电场控制器的参考值，从风力涡轮机处测量的电压或无功功率值减去，或作为另一被加数而应用于确定参考值和实测值之间的差异的减法器。在一些实施例中，本地校正是由本地风力涡轮机控制器基于一个函数而确定的，在该函数中，风力涡轮机产生的以及在风力涡轮机的终端测量或确定的电流或功率是该函数的自变量。如上所述，电流或无功功率不是风力发电场控制器事先知道的，这是因为至少在部分负载操作(即，低于风力涡轮机的标称风速)中，产生的电流受到风速的支配，风速通常是波动的，并且波动将首先被风力涡轮机感受到。由于中央风力发电场控制器的时间常数相对较大，如果中央风力发电场控制器的任务是补偿公共测量点处的微扰(例如由风速波动导致的微扰)，则会花费较长时间。在一些实施例中，由本地风力涡轮机控制器基于具有至少两个附加项的函数确定本地校正。附加项之一取决于在风力涡轮机终端处由风力涡轮机注入的总电流(总电流包括有功和无功分量)，另一个附加项取决于在风力涡轮机终端处由风力涡轮机注入的电流的有功分量。在一些实施例中，与总电流的相关性是二次方程式。输入本地校正函数的其它参数是电网阻抗；对于给定的风力发电场和电网，电网阻抗保持不变，因此是常数。在一些实施例中，本地校正的确定包括通过在校正函数中插入总电流和电流有功分量的当前值来评估校正函数、以及计算函数结果。在其它实施例中，由查找表表示校正函数，该查找表包含针对多个总电流和有功电流值的已计算(或试验确定)的函数结果；确定本地校正包括查找与总电流和有功分量的当前值最接近的表项(或内插接近总电流和电流的有功分量的当前值的表项)。中央风力发 电场控制器和本地风力涡轮机控制器的计算机(例如微控制器)具有能够存储计算机代码的存储器。优选以将用于风力发电场控制器的计算机程序和用于本地风力涡轮机控制器的计算机程序分别存储于风力发电场控制器和本地风力涡轮机控制器的存储器中的形式来提供由控制器执行的方法。可以由控制器执行程序。在执行程序时执行所述方法。在独立产品权利要求(风力发电场权利要求)中提到的“本地校正”例如是用于本地风力涡轮机控制器的计算机程序的一部分，其在本地风力涡轮机控制器上执行时使本地校正得到确定。在独立产品权利要求中，“……控制器被布置成[加方法相关的活动]”这样的表达表示对控制器进行编程，使得在执行计算机程序时该程序使所主张的方法相关的活动得到执行。通过这种方式定义的风力发电场至少由这种特殊的编程(即这种特殊计算机程序的存储)而与具有相同硬件的风力发电场区别，不过，后者不被布置成(例如不被编程成)执行所述方法相关的活动。图1:示例性本地校IH功能现在基于连接到公用电网3的风力发电场2的示意性电路图给出示例性近似本地校正函数的推导。图1中仅示出了风力发电场2的单个风力涡轮机I。在图1的实施例中，公共测量点4是风力发电场2的公共耦合点16 (图2)，由“PCC”表示，在该点处风力发电场2被支线5连接到公用电网3。在其它实施例中，可以用另一公共测量点来替代PCCjn结合图2将要解释的那样。于是，图1中提到的“PCC”及其解释也可以代表其它公共测量点。将风力涡轮机I的终端6与PCC连接的线表示为“7”;它形成风力发电场内部电网17的一部分(图2)。支线5耦合到公用电网3的点表示为“8”。下标“WPP”和“UG”代表“风力发电厂”和“公用电网”，下标“I”表示风力涡轮机I (的终端)。线路7的阻抗由Zwpp表示，线路5的阻抗由Zue表示。6、4和8处的电压由Vp Vrcc和Vue表示。 Zwpp两端的电压降为V1，Zg两端的电压降为Vrcc:
权利要求
1.一种控制风力发电场(2)的电输出的方法,所述风力发电场(2)包括风力涡轮机(I)、本地风力涡轮机控制器(14)、中央风力发电场控制器(22)、公共测量点(4)、和连接所述风力涡轮机(I)与所述公共测量点(4)的电网(17)，其中所述风力涡轮机(I)与所述公共测量点(4)之间的电网连接(7)具有电阻抗(20)； 所述方法是由所述风力涡轮机(I)与其本地风力涡轮机控制器(14)和所述中央风力发电场控制器(22)联合执行的，所述方法包括: 由所述风力涡轮机(I)产生电流，并向所述电网(17)供应所述电流； 在所述公共测量点(4)处测量电气量(V，Q)的值，并将测量结果提供给所述中央风力发电场控制器(22); 由所述中央风力发电场控制器(22)基于所述公共测量点(4)处的所述电气量的测量值来产生风力涡轮机(I)的电压参考值(Vref)和无功功率参考值(Qref)中的至少一个，并向所述风力涡轮机(I)的本地风力涡轮机控制器(14)提供电压参考值(VMf)和无功功率参考值(QMf)中的至少一个； 由所述本地风力涡轮机控制器(14)使所述风力涡轮机(I)在所述电网(17)中所述风力涡轮机(I)的位置处产生与电压参考值(VMf)和无功功率参考值(Qref)中的至少一个相对应的电压(V)和无功功率(Q)中的至少一个，但所述电压(V)和无功功率(Q)中的至少一个由所述本地风力涡轮机控制器(14)产生的本地校正(52)进行校正； 其中，所述本地校正(52)考虑了由所述风力涡轮机(I)供应的所述电流因所述风力涡轮机(I)与所述公共测量点(4 )之间的所述电网连接(7 )的所述电阻抗(20 )所致而预计在所述公共测量点(4)处产生的电压变化和无功功率变化中的至少一个，所述校正(52)考虑的所述电流是在所述风力涡轮机(I)处本地确定的。
2.根据权利要求1所述的方法，包括利用具有覆盖的前馈控制(35)的反馈控制回路(33)来控制所述风力发电场(2)的所述电输出， 所述反馈控制回路(33)由如下操作形成:所述风力发电场控制器(22)将所述公共测量点(4)处测量的所述电气量与中央目标值进行比较，并从所述比较导出用于所述风力涡轮机(I)的所述参考值(VMf，QMf)，并且所述本地风力涡轮机控制器(14)使所述风力涡轮机(I)在所述电网(17)中所述风力涡轮机(I)的位置处产生特定电压(V)和特定无功功率(Q)中的至少一个，这又反过来影响要在所述公共测量点(4)处测量的所述电气量(V，Q)， 所述覆盖的前馈控制(35)由所述风力涡轮机控制器(14)的所述本地校正(52)形成，使所述风力涡轮机(I)针对由所述风力涡轮机(I)供应的所述电流因所述风力涡轮机(I)与所述公共测量点(4)之间的所述电网连接(7)的所述电阻抗(20)所致而预计在所述公共测量点(4)处产生的电压变化或无功功率变化而产生校正的输出。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述公共测量点(4)是所述风力发电场(2)到公用电网(3)的公共耦合点(16)、或所述公共耦合点(16)上游的风力发电场电网(17)中的点、或所述公共耦合点(16)下游的所述公用电网(3)中的点。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，在所述电网(3，17)中在所述公共测量点(4)处存在电压和无功功率，且其中在所述公共测量点(4)处测量的所述电气量是所述公共测量点(4)处的所述电压(V)和所述无功功率(Q)中的至少一个。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，由所述中央风力发电场控制器(22)产生所述参考值包括:将所述公共测量点(4)处测量的所述电气量或从其导出的另一量与目标值进行比较，以及获得所述参考值(VMf，Qref)以作为所述比较的结果。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，由所述中央风力发电场控制器(22)产生所述参考值包括:将由下垂函数测量的所述电气量映射到所述参考值(VMf，QMf)。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其中，由所述中央风力发电场控制器(22)产生的所述参考值(VMf，Qref)对于所有的所述风力涡轮机(I)而言是相同的值，或是彼此成比例的值、或是用于不同风力涡轮机(I)的个体值。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中，所述本地风力涡轮机控制器(14)对所述中央风力发电场控制器的参考值(VMf，Qref)的变化的响应具有时间常数，并且其中对所述本地校正(52)的响应具有另一时间常数，并且其中对所述风力发电场控制器(22)的响应的时间常数大于对所述本地校正(52)的响应的时间常数。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其中，电压(V)和无功功率(Q)中的至少一个是在所述电网(17)中在所述风力涡轮机(I)处本地测量的，并且所述本地风力涡轮机控制器(14)将电压(V)和无功功率(Q)中的至少一个的本地测量值与所述中央风力发电场控制器的参考值(VMf，QMf)进行比较，以产生控制所述风力涡轮机(I)所依据的本地误差信号(48，148，248)，由此形成本地反馈控制回路(34)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在本地误差信号产生(47)的下游、在所述本地误差信号产生(47)处、或在所述本地误差信号产生(47)的上游应用所述本地校正(52)。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，将所述本地误差信号(48，148，248)变换成本地电流参考(50)， 以电流校正的形式来提供所述本地校正(52)， 并且通过所述电流校正来校正所述本地电流参考(50 )。
12.根据权利要求9或10所述的方法，其中: 以对应于所述中央风力发电场控制器的参考的形式(252)提供所述本地校正(52)，其形式是电压校正(U或无功功率校正(QMf)， 并且所述本地校正(52)对所述本地误差信号产生(47)上游的所述中央风力发电场控制器的参考(VMf，Qref)进行校正，或者对所述本地测量电压或无功功率值进行校正，或者在所述本地误差信号产生(47)中考虑所述本地校正(52)。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的方法，其中，基于函数来确定所述本地校正(52)，其中由所述风力涡轮机(I)产生的所述电流是所述函数的变量，其中所述电流对于所述风力发电场控制器(22)不是事先已知的，这是因为至少在低于标称风速的工作模式下，所产生的电流受所述风速支配，所述风速能够波动并首先被所述风力涡轮机(I)感知到。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的方法，其中，由所述风力涡轮机(I)产生的所述电流可以用总电流(I)、所述电流的有功分量(Id)和所述电流的无功分量(I,)表示，并且 其中，基于具有至少两个附加项的函数来确定所述本地校正(52 )， 所述附加项之一取决于所述总电流(I)，并且 另一附加项取决于由所述风力涡轮机(I)产生的所述电流的有功分量(Id)。
15.一种风力发电场(2)，包括风力涡轮机(I)、本地风力涡轮机控制器(14)、中央风力发电场控制器(22)、公共测量点(4)以及连接所述风力涡轮机(I)和所述公共测量点(4)的电网(17)，其中所述风力涡轮机(I)与所述公共测量点(4)之间的电网连接(7)具有电阻抗(20)； 其中，所述风力发电场(2)布置为通过利用其本地风力涡轮机控制器(14)和所述中央风力发电场控制器(22 )联合控制所述风力涡轮机(I)来控制其电输出； 其中，所述风力涡轮机(I)布置为产生电流并将所述电流供应到所述电网(17); 其中，所述中央风力发电场控制器(22)布置为基于所述公共测量点(4)处测量的电气量的值来产生风力涡轮机(I)的电压参考值和无功功率参考值中的至少一个，并向所述风力涡轮机(I)的所述本地风力涡轮机控制器(14)提供电压参考值和无功功率参考值中的至少一个； 其中，所述本地风力涡轮机控制器(14 )布置为使所述风力涡轮机(I)在所述电网(17 )中所述风力涡轮机(I)的位置处产生电压和无功功率中的至少一个，所述电压和无功功率中的至少一个与电压参考值和无功功率参考值中的至少一个相对应，但由所述本地风力涡轮机控制器(14)产生的本地 校正(52)进行校正； 其中，所述本地校正(52)布置为考虑由所述风力涡轮机供应的所述电流因所述风力涡轮机(I)与所述公共测量点(4 )之间的所述电网连接(7 )的所述电阻抗(20 )所致而预计在所述公共测量点(4)处产生的电压变化和无功功率变化中的至少一个，所述校正(52)考虑的所述电流是在所述风力涡轮机(I)处本地确定的。
全文摘要
一种控制风力发电场的电输出的方法是由风力涡轮机与其本地风力涡轮机控制器和中央风力发电场控制器联合执行的。中央风力发电场控制器基于公共测量点处测量的电气量的测量值来产生风力涡轮机的参考值，并将其提供到本地风力涡轮机控制器。本地风力涡轮机控制器在电网中风力涡轮机的位置处产生与参考值相对应的电压或无功功率，但其由本地校正进行校正。本地校正考虑了由风力涡轮机供应的电流因电网连接至公共测量点的电阻抗所致而预计在公共测量点处产生的电压变化或无功功率变化。
文档编号H02J3/38GK103190054SQ201180051780
公开日2013年7月3日 申请日期2011年8月29日 优先权日2010年8月31日
发明者J·M·加西亚 申请人:维斯塔斯风力系统集团公司