[发明专利]风电场的控制系统

说明书

技术领域

本发明描绘了一种用于风力机的控制系统、一种风电场和一种控制风电场的方法。

背景技术

风电场一般包括多个生成如下输出功率的风力机：所述输出功率通常被馈入到电网中，用于配电给一个或多个人口中心或工业区。由于能量源（即风力）的波动特性，所以每个风力机的输出可波动，并且风电场的输出作为整体也将波动。然而，为了保证风电场可以馈入到电网中，风电场必须遵守在公共耦合点或公共连接点（PCC）处的某些电网规程（grid code）。PCC是应满足本地规则或电网规程要求的点。在公共连接点处的电性能可以直接地或间接地由场控制器（park controller）（也称作“场导向器（park pilot）”、“风场控制器（wind farm controller）”、“ 高性能场导向器（HPPP，high-performance park pilot）”）来控制，以满足特别的要求。不同的国家或地区可具有不同的电网规程要求。为此，场控制器监控风电场的输出并且基于所监控的输出来对风力机的控制器生成（或“分派（dispatch）”）设置点。“设置点”要被理解为被风力机控制器用作参考的值或值的集合。场导向器因此可以监控风电场的整体性能并且因此管理风力机控制器。

在公知的控制系统中，电网规程规定了针对各种操作参数、诸如所允许的操作功率因数范围、所允许的工作电压范围等的要求。例如，电网规程可要求：功率因数应在0.95感性的和0.95容性的范围内，并且在PCC点处的电压保持在标称电压的0.95和1.05内。在操作期间，现有技术的控制系统监控风电场的输出并且调节如下设置点：该设置点基于主控制模式将被分派给风场的风力机。极限控制器（limit controller）或“限制控制器（limitation controller）”将生成包括上界限和下界限的极限集合，并且将把这个极限集合转发给主控制器。由主控制器生成的设置点将通过由极限控制器所递送的上界限和下界限来约束。例如，公知类型的场导向器在任何时候都可以在两个模式中的仅仅一个模式（电压限制模式或功率因数限制模式）下操作，并且因此包括电压限制控制器和功率因数限制控制器。当在电压限制模式下工作时，场导向器观察在PCC处的输出电压，确定这是否在规定的范围内，并且电压限制控制器将生成极限集合，该极限集合将被用作针对由主控制器生成的设置点的约束。得到的设置点被发送给风电场的风力机。在某点，场导向器改变到功率因数限制模式，监控功率因数，确定这是否在规定的范围内，并且功率因数限制控制器将提供新极限集合并且使用这个新极限集合作为针对其主控制器的设置点的约束。得到的设置点被发布（issue）或被分派给风电场的风力机。这个公知类型的控制系统的特征是：该控制系统在任何时候只能在一种模式下工作，并且电网要求的仅仅一个方面可被考虑，而场导向器在该模式下操作。因此，公知的控制系统会不能同时履行多个电网规程要求。在上面给出的例子中，在电压限制模式期间生成的设置点可以导致如下功率因数：该功率因数并不遵守功率因数电网规程要求。以相同的方式，在功率因数限制模式期间生成的设置点可以导致如下电压：所述电压并不遵守电压电网规程要求。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于风电场的改进的控制系统。

这个目的通过权利要求1的控制系统、通过权利要求10的风电场和通过权利要求11的控制风电场的方法来实现。

根据本发明，风电场的控制系统包括：多个“添加（add-on）”极限制控制器，其中每个极限控制器都被实现来基于特定的电网规程要求输出极限值集合；选择单元，用于根据多个电网规程要求或特定的电网规程规则对来自极限控制器输出的多个极限值集合的极限值集合进行编译；以及多个主控制器，其中主控制器被实现来生成针对风电场的一个或多个风力机的设置点，并且设置点通过经编译的极限值集合而被限制。