控制具有负功率能力的风力发电站以对电网频率不稳定进行响应的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及控制风力发电站中的风力涡轮机的领域，尤其涉及控制风力发电站以对电网频率不稳定进行响应的方法。本发明还涉及风力发电站控制器、风力发电站、计算机程序和计算机程序产品。
【背景技术】
[0002]电力网操作员遭遇维持频率稳定的问题。随着风力发电在很多地区中的与日俱增的渗透，对于电网操作员来说将期望的是，如果风力发电站(也被称为风力发电场)能够以频率响应做出贡献以维持频率稳定。由于风力发电站处的变化的风力条件，用以例如通过减少有效功率的产生来提供频率响应的风力发电站能力也变化。
[0003]因此，存在对能够独立于风力条件提供频率响应的风力发电站的需要。
【发明内容】
[0004]这种需要可由根据独立要求的主题来满足。本发明的有益实施例通过从属权利要求被描述。
[0005]根据发明的第一方面，提供一种控制风力发电站的方法，风力发电站包括多个风力涡轮机且被连接到电力网。该方法包括:(a)检测电网频率不稳定，(b)选择风力涡轮机的子集，(C)修改风力涡轮机的所选子集中的每个风力涡轮机的功率参考以对电网频率不稳定进行响应，以及(d)将修改的功率参考应用到风力涡轮机的所选子集中的相应风力涡轮机。
[0006]本发明的这个方面是基于频率响应通过修改用于风力发电站中的风力涡轮机的所选子集的功率参考而被提供的想法。
[0007]在本情景中，术语“风力涡轮机的子集”可以特别表示包括风力发电站中的任意数量的风力涡轮机的集合，尤其是风力发电站中的单个的风力涡轮机，一些风力涡轮机或所有风力涡轮机。换而言之，如果风力发电站包括N个风力涡轮机，则“风力涡轮机的子集”可包括1，2，3，...，N-1或N个风力涡轮机。
[0008]在本情景中，术语“功率参考”可特别表示用于给定风力涡轮机的指示其应当产生的有效功率量的设定点。
[0009]在操作中，检测到电网频率不稳定的发生，并选择风力涡轮机的子集。特别地，对风力涡轮机的子集的选择可考虑一个或多个参数，诸如频率不稳定的种类(例如，过高频率情形、过低频率情形)、不稳定的意义(例如，从预定的目标频率偏离)以及风力涡轮机的当前运行状况。由此，可以确定的是，风力涡轮机的所选子集包含用于提供期望响应的足够的且合适的风力涡轮机。
[0010]然后，修改用于风力涡轮机的所选子集中的每个风力涡轮机的功率参考以提供对电网频率不稳定的响应。特别地，功率参考可被调整以便更改由风力发电站所产生的有效功率量。最终，修改的功率参考被应用到风力涡轮机的所选子集中的相应风力涡轮机。特别地，修改的功率参考可以例如通过风力发电站中的数据网络从诸如高性能发电场控制器的中央控制单元被传输到每个所选的风力涡轮机。
[0011]由此，可以由风力发电站中的风力涡轮机的所选子集提供对电网频率不稳定事件的正确响应。
[0012]根据本发明的实施例，检测到的频率不稳定是过高频率情形，并且修改用于风力涡轮机的所选子集中的每个风力涡轮机的功率参考包括降低用于风力涡轮机的所选子集中的每个风力涡轮机的功率参考。
[0013]在本情景中，术语“过高频率情形”可特别表示其中电力网频率超过电网频率的允许范围的上限的情形。例如，50 Hz的电网可被允许在介于49.5 Hz和50.5 Hz之间的范围内波动。在此情况下，在电网频率超过50.5 Hz时发生过高频率情形。
[0014]通过减小用于所选风力涡轮机的功率参考，有效功率的总产量减少，以使得电网频率减小。
[0015]根据本发明的另一实施例，风力涡轮机的所选子集中的第一风力涡轮机在电网频率不稳定被检测到时正在产生有效功率。
[0016]通过减小用于产生有效功率的风力涡轮机的功率参考，可以以简单方式快速减少有效功率的产量。特别地，如果第一风力涡轮机运行在标称功率处，例如，在3.0 MW处，则可以通过减小相应的功率参考来实现有效功率的产量的显著减小。
[0017]根据本发明的另一实施例，风力涡轮机的所选子集中的第二风力涡轮机在电网频率不稳定被检测到时仍在空转或待机，并且其中用于第二风力涡轮机的功率参考被减小至负值。
[0018]通过将负功率参考应用到不产生有效功率或仅产生无关紧要的量的有效功率的风力涡轮机，风力涡轮机将用作消耗有效功率的负载。由此，有效功率的总产量被相应地减少，或者在无风的情况下从电网吸收有效功率。在两种情况下，第二风力涡轮机都引起电网频率的减小。
[0019]根据本发明的另一实施例，减小用于风力涡轮机的所选子集中的每个风力涡轮机的功率参考受到保护性极限值的限制。
[0020]在本情景中，术语“保护性极限值”可特别表示允许应用到用于风力涡轮机的功率参考的最大变化量。
[0021]通过利用保护性极限值限制功率参考的减小，风力涡轮机被保护免受由于功率参考的显著变化而导致的危险的大影响。特别地，可以避免的是，运行在例如，3.0 MW的标称功率处的风力涡轮机突然被控制为变化到负的最小功率，例如，-1.8 MWo这样的变化将导致涡轮机中马达、齿轮等上的巨大的机械负载，并且甚至会导致这样的部件的即时毁坏。
[0022]根据本发明的另一实施例，该方法还包括:(a)选择风力涡轮机的另一子集，(b)通过修改用于风力涡轮机的所选另一子集中的每个风力涡轮机的状态信号来增大风力涡轮机的所选另一子集中的每个风力涡轮机中的内部功率消耗。
[0023]风力涡轮机的另一子集可以不同于风力涡轮机的所选子集或者与其相同。
[0024]通过增大所选另一子集中的每个风力涡轮机中的内部功率消耗，可以提供对于减少有效功率的总体产量的进一步的贡献或对于从电网吸收有效功率的进一步的贡献，并且由此可以提供对于减小电网频率的相应的进一步的贡献。
[0025]根据本发明的另一实施例，增大风力涡轮机的所选另一子集中的每个风力涡轮机中的内部功率消耗包括增大风力涡轮机的所选另一子集中的每个风力涡轮机中的加热或冷却。
[0026]通过增大风力涡轮机中的加热或冷却(取决于风力发电站地点处的室外温度条件)，可以以容易的方式至少在有限时间量内提供有效功率的快速的附加消耗。
[0027]根据本发明的另一实施例，检测到的频率不稳定是过低频率情形，并且修改用于风力涡轮机的所选子集中的每个风力涡轮机的功率参考包括增大用于风力涡轮机的所选子集中的每个风力涡轮机的功率参考。
[0028]在本情景中，术语“过低频率情形”可特别表示其中电力网频率超出电网频率的允许范围的下限的情形。例如，50 Hz的电网可被允许在介于49.5 Hz和50.5 Hz之间的范围内波动。在此情况下，在电网频率低于49.5 Hz时发生过低频率情形。
[0029]通过增大用于所选风力涡轮机的功率参考，有效功率的总产量增大，以使得电网频率相应地增大。
[0030]根据本发明的另一实施例，选择风力涡轮机的子集是基于风力发电站中的每个风力涡轮机的使用寿命消耗和/或负载考虑。
[0031]例如，可选择与风力发电站中的其他风力涡轮机相比具有高预期使用寿命的风力涡轮机，以避免例如由于它们在风力发电