[发明专利]具有高度可靠实时功率控制的风力发电厂

说明书

技术领域

本发明涉及一种为风力发电厂建立高度可靠实时功率控制系统的方法。

背景技术

在风力发电厂中，已知的现有技术是对每个风力涡轮机或子站输出的功率进行实时控制，以符合电网要求。控制通常从子站中的中央发电厂控制器单元进行，并可能涉及到对有功功率、无功功率、频率、电流和/或电压的控制。

随着风力发电厂的规模和功率输出的增大，发电厂控制中故障造成的后果变得越来越严重。

新的电网服从法规对正常运行状况下以及风力发电厂内部或外部电网故障的情况下发电厂的可靠且决定性功率输出提出了要求。

在风力发电厂外部电网故障的情况下，为了补偿电网，越来越经常依赖于风力发电厂。

因此希望具有一种高度可靠的发电厂控制系统，其特征在于：

o发电厂控制器系统的可靠性非常高。这里将“非常高的可靠性”理解为发电厂控制器系统具有以下特性：在正常运行状况下，在单一故障情况下，并也可能在双重或多重故障情况下，以非常高的概率来保证正确的发电厂控制。

o用于发电厂控制的发电厂通信网络的可靠性非常高。这里将“非常高的可靠性”理解为通信网络具有以下特性：在正常运行状况下，在单一故障情况下，并也可能在双重或多重故障情况下，以非常高的概率保证输送正确的数据。

o发电厂控制器和/或发电厂资源控制器以及连接的风力涡轮机和子站之间的通信网络中的硬实时特性。这里将“硬实时”理解为通信网络具有以下特性：在所有负载的情况下，在指定最后期限内，具有非常高的概率保证输送数据。

对发电厂控制中非常高可靠性的要求由发电厂控制系统和发电厂通信系统中的容错性来支持。该要求进一步受到分散表决方案的支持，所述分散表决方案旨在在多个可用风力涡轮机设定点值当中选择最可靠的风力涡轮机设定点值。

用于风力发电厂的容错控制系统通常被实现为包括各种关键性发电厂模块/设备的副本的冗余系统。在关键性发电厂模块/设备故障时，其功能由类似的发电厂模块/设备来接管。

US2009/0309360和US2009/0309361论述了一种用于控制风能发电场的方法和控制系统。在US2009/0309360和US2009/0309361中，主要通信单元控制着多个具有优先级的控制单元。在具有给定优先级的给定控制单元故障的情况下，主要通信单元选择优先级较低的控制单元来接管故障控制单元的功能。

在US2009/0309360和US2009/0309361中提出的方法和系统缺点在于，主要通信单元在另一个控制单元损坏或任何其它方式的故障的情况下，可选择哪个控制单元来接管。然而，在主要通信单元自身损坏的情况下，没有替换单元可用。

因此，在US2009/0309360和US2009/0309361中提出的控制方法和控制系统不能被视为容错控制方法/系统，至少在主要通信单元的层次上不是。

可以将提供风力发电厂中高度可靠的实时发电厂控制看做本发明实施例的目的。

发明内容

在第一方面，可以通过提供一种用于风力发电厂的实时容错控制系统来实现上述目的，所述风力发电厂包括多个电力单元，该控制系统包括

-控制装置，其用于产生基本同时的电力单元设定点值的副本，

-数据通信网络，其用于向所述多个电力单元发送基本同时的电力单元设定点值的副本，以及

-多个分散表决装置，其被布置成使分散表决装置被分配到每个电力单元，每个分散表决装置都适于从电力单元设定点值的副本中选择一个电力单元设定点值。

术语“电力单元”应当做宽泛理解，并因此可以覆盖风力涡轮机或其它类型的发电或电力供应单元，例如储能单元。显然，风力发电厂的电力单元可以是不同类型电力单元（即风力涡轮机、储能单元等）的组合。

可以通过使多个控制装置针对相同数据进行操作同时执行相同的功能，来提供基本同时的电力单元设定点值的副本产生，并因此使该副本是决定性的。

以下优点与本发明的第一方面相关联：

o本发明的控制系统架构可以满足对现代风力发电厂控制系统提出的可靠性的高要求。

o本发明的控制系统架构可以满足对现代风力发电厂控制系统中可靠实时控制的要求。

o本发明的控制系统架构可以集成功能安全性，并能够支持如在IEC61508标准中所指定的安全相关功能的低需求模式、高需求模式和连续模式类别。

o本发明的控制系统架构以能够针对各种风力涡轮机平台和各种发电厂布局调节功能的方式，而可以是可缩放和灵活的。