风力涡轮控制器和用于控制风力涡轮机的电力产生的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于控制风力涡轮机的电力产生的风力涡轮控制器。本发明进一步涉及一种包括此类控制器的风力涡轮机以及包括多个风力涡轮机的风电场。此外，本发明涉及一种用于控制风力涡轮机的电力产生的方法。
【背景技术】
[0002]在普通风电场控制结构中，电场控制器(高级别控制器)位于公共耦合点(PCC)，即风电场和公共电网之间的连接处。由于普通风电场控制结构中的控制结构是层级式的，所以低级别控制器位于各个涡轮机处，所谓的涡轮控制器。
[0003]电场控制器具有调节整个风电场有功功率生成以及例如PCC处的电压、无功功率或功率因数之类的附加变量的任务。电场控制器接收在PCC所取得的电流和电压测量，并且基于它们与对应的参考值的差异其针对各个涡轮机提供电压设置点。电场控制器的实施方式可以是具有可能的软化功能(droop funct1n)的PID结构，其基于所测量的无功功率修改参考电压并且可能地基于所测量的电网频率修改有功功率参考。
[0004]涡轮控制器例如遵循由参考值所定义的最大功率点跟踪，即由电场控制器定义的设置点来调节终端电压和涡轮机有功功率产生。这有效地通过针对Id(基于有功功率设置点)和Iq (基于电压或无功功率设置点)电流分量来产生设置点而实现，所述电流分量然后在并未在范围外的情况下由转换器生成。
[0005]在此类结构中，电场控制器向所有涡轮控制器提供相同的电压并且经常是相同的有功功率设置点而并不考虑它们单个状况，诸如电网电路特性、单个涡轮机风暴露、涡轮机的无功或有功功率容量、饱和状态等。另外，电场控制器并未考虑涡轮控制器一其意味着它们的转换器一的电流饱和限制，这可能导致对应的涡轮PI控制器中的大的积分值。另外，由于此类结构使用层级式控制回路，所以整个电场控制方案的稳定性分析可能非常复杂，原因在于不能关于电场控制器的时间常数而忽略涡轮控制器动态。
【发明内容】
[0006]本发明的一个目标是提供对风电场内的风力涡轮机的改进的控制。
[0007]本发明的这个和其它目标通过独立权利要求来解决。本发明的实施例由从属权利要求描述。
[0008]因此，提供了一种用于控制风力涡轮机的电力产生的风力涡轮控制器，该风力涡轮机被布置在经由公共耦合点耦合至公共电力网络的风电场内。该风力涡轮控制器包括接收单元，其用于接收在该公共耦合点处所取得的该风电场的属性的测量值并且用于接收该属性的参考值；和控制单元，其用于通过基于所接收的该属性的测量值和所接收的该属性的参考值对风力涡轮机的局部(local)属性进行调节而使得在公共耦合点所取得的风电场的该属性的测量值对应于该属性的参考值来控制该风力涡轮机的电力产生。
[0009]例如控制单元的相应单元可以以硬件和/或以软件来实施。如果所述单元以硬件实施，则其可以被实施为设备，例如计算机或处理器或系统的一部分，上述系统例如计算机系统。如果所述单元以软件实施，则其可以被具体实施为计算机程序产品、函数、例程、程序代码或者可执行对象。
[0010]该风力涡轮控制器经由该接收单元接收该风电场的一个或多个属性的一个或多个测量值。这些值在公共耦合点(PCC)处取得，该风电场在其处连接至公共电力网络，下文中也被称为电网。
[0011]该接收单元进一步接收相应属性的一个或多个参考值。该参考值表示应当由风电场一即由所有风力涡轮机共同在PCC处实现的值。
[0012]该控制单元然后基于(多个)所测量值和(多个)参考值对该风力涡轮机进行控制而使得(多个)所测量值对应于(多个)参考值。这意味着该风力涡轮机受到控制以便在PCC处实现或满足(多个)参考值或者至少接近该(多个)参考值。
[0013]使用此类控制结构，该控制结构与使用风电场控制器而不是风力涡轮控制器的常见控制结构相比被简化，因为消除了高级别控制器。
[0014]根据一个实施例，该风电场的属性是电流、电压、无功功率和功率因数中的至少一个。
[0015]所有这些属性都可以被测量并且然后被风力涡轮控制器用作测量值。参考值可以针对这些属性中的全部或部分进行设置。
[0016]根据另外的实施例，该风力涡轮机的局部属性是局部电压和局部有功功率中的至少一个。
[0017]通过控制或调节这些局部属性，风力涡轮控制器可以确保能够接近PCC的参考值。该局部属性影响PCC处的全局(global)属性。
[0018]根据另外的实施例，该控制单元适于确定所测量值和参考值之间的差异。
[0019]当确定该差异时，该控制单元可以基于所确定的差异对局部属性进行调节。该差异还可以被称作PCC处的误差。
[0020]根据另外的实施例，该接收单元适于接收在风电场内活动的(active)风力祸轮机的数目，并且其中该控制单元适于基于该风力涡轮机的数目来控制电力产生。
[0021]有关活动风力涡轮机的总数的信息可以被用来调整风力涡轮控制器的增益。风力涡轮控制器也可以被称作终端控制器。在本上下文中，终端电压是到风场电网的涡轮连接处的电压并且其由涡轮电压控制器所控制。
[0022]根据另外的实施例，该风力涡轮控制器进一步包括监视单元，其用于监视该风力涡轮机的输出端子处的电流设置点的值和/或电压的值。
[0023]除了控制局部属性以用于接近全局参考值之外，该监视单元可以对局部属性中的一些进行监视而使得该风力涡轮机能够在该风力涡轮机的局部极限内进行控制，上述局部极限例如该风力涡轮机的转换器的极限。本上下文中的转换器指的是风力涡轮机的电网侧的转换器。
[0024]根据另外的实施例，该监视单元适于在终端电压的值低于电压范围的电压下限值或者高于电压上限值的情况下生成电压报警信号。
[0025]针对局部电压，可以设置下限值和上限值。如果所监视的电压值超出这些极限，则可以生成电压报警信号。
[0026]根据另外的实施例，该控制单元适于接收电压报警信号并且切换至局部电压控制模式，其中控制单元适于通过基于该电压范围调节风力涡轮机的局部属性而控制该风力涡轮机的电力产生。
[0027]在也被称作PCC控制模式的正常操作模式中，该控制单元可以使得PCC处的电压或无功功率或功率因数误差作为输入并且可以改变局部电压或无功功率以便在PCC处实现所期望的，即参考电压或无功功率或功率因数。
[0028]然而，如果对PCC处的控制的支持驱动局部，也被称作终端电压而使得该局部电压接近其下限或其上限而并不使转换器电流饱和，则该风力涡轮控制器的控制单元的电压控制器切换至局部电压控制模式。作为所要实现的参考值，使用例如上限或下限值的参考局部电压值。因此，替代基于要在PCC处实现的全局参考值来控制风力涡轮机，使用风力涡轮机转换器处的电压的局部值。
[0029]根据另外的实施例，该监视单元适于在作为Iq电流分量的设置点的电流设置点的值一即电压控制器的输出一低于电流转换器范围的电流下限值或高于电流上限值的情况下生成电流报警信号。
[0030]电流转换器范围是转换器所能够输送的Iq电流。该范围由作为电流源的转换器的极限所定义。
[0031]针对局部电流，可以设置下限值和上限值。如果所监视的电流值超出这些极限，则可以生成电流报警信号。
[0032]根据另外的实施例，控制单元适于接收电流报警信号并且切换至局部电流控制模式，其中控制单元适于通过基于该电流范围调节风力涡轮机的局部属性而控制该风力涡轮机的电力产生。
[0033]如果正常操作或电压控制模式导致风力涡轮机的终端电压控制器的电流饱和，则该风力涡轮控制器的控制单元切换至局部电流控制模式。在该模式中，该控制单元使用例如上限或下限值的参考局部电流值作为所要实现的参考值。因此，替代基于要在PCC处实现的全局参考值来对风力涡轮机进行控制，使用该风力涡轮机转换器处的电流的局部值。
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