[发明专利]风力发电站的控制

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于控制包括多个风力涡轮机的风力发电站的方法。而且本发明涉及一种用于执行本发明的方法的控制器并涉及一种风力发电站。

背景技术

风力涡轮机和风力发电站（也被称为风电场或风场）作为在环境上安全和相对廉价的替代能源而受到更多的关注。由于这一增长的兴趣，做出相当大的努力来发展可靠和有效的风力发电站。

风力涡轮机通常包括具有多个叶片的转子。转子安装到位于塔的顶部上的外壳或机舱。风力涡轮机可具有大转子（例如，长度为40米或更多）。此外，塔一般高至少60米。这些转子上的叶片将风能转换成驱动一个或多个发电机的旋转扭矩或力。风力涡轮机被配置成提供可变量的功率。可将多个风力涡轮机聚集成被配置为提供可变量的功率的风力发电站。风力发电站一般还包括能够与多个风力涡轮机通信以调节由每个风力涡轮机产生的功率的量的发电站控制器。风力发电站还可包括分站设备，该分站设备例如是以例如STATCOM、电容器组的形式的补偿设备。

发明内容

来自风力发电站的功率可由耦合在风力发电站和电网之间的公共点处或附近的电网计（grid meter）来测量。可以将由电网计测量的功率与所请求的功率进行比较。例如，由于对风力涡轮机或风力发电站的其它设备的保护，这样的功率请求可源自电网准则、公用网络、消费者或源自监控风力发电站的SCADA网络。

在某些情况下，例如在增加电网频率或通常对电网上的功率的低要求的情况下，如果风力涡轮机所有者没有以全容量发电的许可，则为了让风力发电站产生预知的功率，向风力发电站提供指令以减载其输出，即，降低来自风力发电站的功率生产（power production）。

风力发电站可被布置成通过使用第一功率控制设置来处理减载指令，第一功率控制设置包括关于风力发电站中的每个风力涡轮机的能力的信息。在第一功率控制设置中，关于个体风力涡轮机的有功功率的能力的信息包括最大设置点，最大设置点等于风力涡轮机的标称功率。第一控制设置的缺点是当减载来自风力涡轮机的输出的指令被从发电站控制器发送到风力涡轮机时，在风力涡轮机已实际上能够相应地减小其输出功率之前发生了延迟。在一些风力发电站处，这个延迟是不可接受的或不被允许的。

为了克服第一功率控制设置的上述缺点，风力发电站可被布置成通过使用第二功率控制设置来处理减载指令，第二功率控制设置也包括关于风力发电站中的每个风力涡轮机的能力的信息。在第二功率控制设置中，关于个体风力涡轮机的有功功率的能力的信息包括最大设置点，该最大设置点被设置为等于风力涡轮机的可获得功率（取决于当前的风速）。该第二功率控制设置的益处是，当风力发电站接收降低输出功率的指令时，风力发电站大体上立即作出反应。然而，第二功率控制设置具有的缺点在于因为生产可能由于功率设置点未被更新而损失。如果自最后的功率设置点被风力涡轮机接收以来风速增加，则风力涡轮机不能增加其对当前可获得功率的生产。而且，第二功率控制设置可引起在风力涡轮机的部件（例如叶片、主轴、齿轮箱）上的增加的负载。

因此，用于控制风力涡轮机的改进的方法将是有利的，且特别是具有低延迟和高功率输出的控制方法将是有利的。

因此，本发明优选地力图单独地或以任何组合减轻、缓和或消除上述缺点中的一个或多个。特别是，可被看作本发明的目的的是提供一种解决了与功率发电站的反应中的延迟有关和与由于过时的最大允许输出功率所致的损失生产有关的上述问题的用于控制风力发电站的控制方法。

在本发明的第一方面中通过提供一种用于控制风力发电站的方法来得到这个目的和几个其它目的，该风力发电站包括操作性地连接到发电站集电电网的多个风力涡轮机，该方法包括下列步骤：提供期望功率基准信号；确定风力发电站的功率生产，并响应于此来产生实际功率基准信号；比较期望功率基准信号与实际功率基准信号，并执行下列步骤中的一个：1）如果期望功率基准信号超出实际功率基准信号，则在风力涡轮机功率基准的产生当中应用第一滤波特征，或2）如果实际功率基准信号超出期望功率基准信号，则在风力涡轮机功率基准的产生当中应用第二滤波特征，其中第一滤波特征不同于第二滤波特征。因此，根据本发明的方法提出比较期望功率基准信号与实际功率基准信号，并根据该比较来使用适当的滤波特征。在此，可根据期望功率基准信号是大于还是小于实际功率基准信号来使用优化的控制。如果风力发电站接收到将输出减载到实际功率基准信号之下的指令，则使用第二滤波特征，而在风力发电站未被约束的情况下使用第一滤波特征。