用于控制可再生能源场符合朝向电网的规范的方法与流程

1.本发明涉及用于控制可再生能源场的方法，所述可再生能源场包括多个风力涡轮机和中央控制单元。可再生能源场的风力涡轮机被连接到电网。在根据本发明的方法中，可再生能源场以确保符合朝向电网的规范的方式被控制。


背景技术：

2.风力涡轮机经常在被称为“可再生能源场”的实体中聚集在一起。可再生能源场可以例如是风场，其中只有风力涡轮机形成可再生能源场的可再生能源发生器。作为替代，可再生能源场可以是包括可再生能源发生器(例如，风力涡轮机以及光伏电池)的混合场。可再生能源场的可再生能源发生器(例如，风力涡轮机)或可再生能源发生器的子集可经由公共耦合点连接到电网。由此，来自可再生能源发生器的混合功率输出被电网视为一个电力生产者。可再生能源场的可再生能源发生器因此常态地以协调的方式被控制，以适当地控制从可再生能源场到电网的总功率输出。
3.然而，可再生能源场的风力涡轮机也可受到局部控制需求，所述局部控制需求独立于场级别的协调控制。存在以下风险：这种局部控制需求可相对于场级别控制需求冲突，和/或相对于可再生能源场的其他风力涡轮机中的一个或多个局部控制需求冲突。
4.us9091245b2公开系统和方法，用于设置、调试和操作具有有效地连接到电网的多个风力涡轮发生器的风厂。系统包括可重新配置的电场控制器，其包括第一调节器、第二调节器和管理系统。管理系统包括控制模式兼容单元(其确定要在具有当前所选择的控制模式的调节器中的一个中选择的任何新的控制模式的兼容性)和控制模式优先单元(其建立序列，以此序列，在调节器中实施所选择的控制模式)。


技术实现要素：

5.本发明的实施方式的一个目的是提供用于控制可再生能源场的方法，在此方法中，避免了可再生能源场朝向电网的规范和对可再生能源场的风力涡轮机的单独的控制命令之间的冲突。
6.本发明提供了用于控制可再生能源场的方法，所述可再生能源场包括：多个风力涡轮机和至少一个中央控制单元，所述可再生能源场的风力涡轮机被连接到电网，所述方法包括以下步骤：
[0007]-中央控制单元接收对风力涡轮机中的至少一个的操作变化的请求，
[0008]
其中，所述操作变化的执行导致风力涡轮机的功率输出变化，
[0009]-中央控制单元检查是否功率输出变化相对于可再生能源场朝向电网的至少一个规范冲突，以及
[0010]-在功率输出变化相对于可再生能源场朝向电网的至少一个规范冲突的情况下，延迟操作变化的执行。
[0011]
因此，根据本发明的方法是用于控制可再生能源场的方法。在本文中，术语“可再
生能源场”应被解释为意指多个可再生能源发生器，诸如风力涡轮机，其布置在特定的地理区域内，以及其共享一些基础设施，诸如内部电网、连接到外部电网、分所、通路等。可再生能源场可以是风场或混合场，如上所述。可再生能源场包括连接到电网的多个风力涡轮机。此外，可再生能源场包括中央控制单元。在本文中，术语“中央控制单元”应该被解释为意指一控制单元，所述控制单元通信地连接到至少可再生能源场的多个风力涡轮机的子集，优选地连接到所有风力涡轮机。因此，中央控制单元能够与风力涡轮机通信，例如，为了向风力涡轮机传输控制命令和/或接收来自风力涡轮机的控制命令，从风力涡轮机收集传感器数据或其他测量等。中央控制单元可以例如是电场控制器(ppc)，其负责可再生能源场的整体控制。作为替代，中央控制单元可以是与ppc分开的单元，例如，专用单元。
[0012]
在根据本发明的方法中，中央控制单元最初接收对风力涡轮机中的至少一个的操作变化的请求。该请求可从被所请求的操作变化影响的风力涡轮机或多个风力涡轮机中的一个转发到中央控制单元，或者请求可源自其他源，例如，其他中央单元或由操作者手动输入。所请求的操作变化是当被执行时将导致风力涡轮机的功率输出变化的类型。
[0013]
接下来，中央控制单元检查是否功率输出变化相对于可再生能源场朝向电网的至少一个规范冲突。相应地，中央控制单元拥有关于可再生能源场当前受到的朝向电网的规范的知识。例如，可再生能源场可被迫使向电网供应最小功率输出，以提供某些辅助服务，和/或任何其他合适种类的朝向电网的规范。此将在下面进一步详细描述。
[0014]
在功率输出变化相对于可再生能源场朝向电网的至少一个规范冲突的情况下，则延迟操作变化的执行。
[0015]
因此，中央控制单元评估可再生能源场的风力涡轮机的操作变化的所有请求，无论操作变化是否在可再生能源场级别，诸如来自电网的请求，或操作变化是局部的，即与单个风力涡轮机或风力涡轮机的小子集有关。相应地，中央控制单元能够确保风力涡轮机的操作变化的请求相对于可再生能源场当前受到的朝向电网的规范不冲突。这种规范可能对单独的风力涡轮机不是“已知的”，以及因此由局部条件导致的风力涡轮机的操作变化的需要可能不考虑此种场级别规范。因此，通过向中央控制单元提供对风力涡轮机的操作变化的所有请求，中央控制单元能够考虑场级别规范，以及由此确保：如果请求的执行的结果不能满足朝向电网的规范，则没有对风力涡轮机的操作变化的请求被执行。否则，延迟所请求的风力涡轮机的操作变化的执行，例如：直到能够执行所请求的操作变化，而相对于朝向电网的规范不冲突。例如，可延迟所请求的风力涡轮机的操作变化的执行，直到朝向电网的相关规范不再有效，或者直到其他可再生能源发生器，例如其他风力涡轮机的操作，可满足规范。
[0016]
应注意的是，不拒绝对风力涡轮机的操作变化的延迟的请求。这种请求的执行仅仅被延迟，直到不再相对于可再生能源场朝向电网的至少一个规范冲突。然而，如果延迟的请求在当时不再相关，则请求将当然不被执行。
[0017]
可重复步骤：检查是否功率输出变化相对于可再生能源场朝向电网的至少一个规范冲突，以便它不再相对于朝向电网的规范冲突时，如果所请求的操作变化在当时依然相关，就允许所请求的操作变化被执行。
[0018]
对操作变化的请求可以例如是对停止风力涡轮机的请求。例如，在要执行预定服务的情况下，这可能是相关的。可替代地或可附加地，对停止风力涡轮机的请求可在当天的
特定时间被触发，例如以便保护野生生物，诸如蝙蝠、鸟类或昆虫，以便在当天的特定时段期间减少噪音，以便减少阴影或闪烁等。
[0019]
作为替代，对操作变化的请求可涉及在风力涡轮机处的局部条件，例如，为了以最佳的方式操作风力涡轮机和/或为了最小化风力涡轮机上的负载和/或磨损。例如，对操作变化的请求可以是对改变风力涡轮机的操作设定点的请求，例如，有功功率设定点和/或无功功率设定点。可替代地或可附加地，请求可包括限制请求，诸如来自系统保护方案的中断(run down)请求。
[0020]
所述方法还可包括以下步骤：
[0021]-在功率输出变化相对于可再生能源场朝向电网的至少一个规范不冲突的情况下，允许操作变化。
[0022]
根据此实施方式，在由中央控制单元执行的检查揭示了所请求的操作变化和可再生能源场朝向电网的当前应用规范之间没有冲突的情况下，则简单地无延迟地、按请求执行操作变化。
[0023]
操作变化的执行可导致风力涡轮机的功率输出中的减小。这可能例如相对于一朝向电网的规范冲突，所述朝向电网的规范需要从可再生能源场到电网的高功率输出，例如在电网事件期间。在此情况下，可延迟所请求的操作变化的执行，直到电网事件或需要高功率输出的其他原因已经过去，和/或直到可再生能源场的一个或多个其他可再生能源发生器(例如，其他风力涡轮机)的功率生产已经增加，以补偿由所请求的操作变化导致的功率减小。
[0024]
导致风力涡轮机的功率输出减小的操作变化的示例包括但不限于停止风力涡轮机、限制风力涡轮机、缩减(curtailing)风力涡轮机等。
[0025]
作为替代，操作变化的执行可导致风力涡轮机的功率输出增加。
[0026]
检查是否功率输出变化相对于可再生能源场朝向电网的至少一个规范冲突的步骤可包括以下步骤：
[0027]-将电网的频率和/或电压与预定静带(deadband)相比较，以及
[0028]-在频率和/或电压在预定静带之外的情况下，确定功率输出变化相对于可再生能源场朝向电网的至少一个规范冲突。
[0029]
根据此实施方式，电网的频率和/或电压被监控。电网的频率以及电压维持在特定的范围内以确保电网的稳定性是重要的。特定的范围可被认为是静带。如果电网的频率和/或电压超出相应的特定的静带的限制，则需要采取措施以阻止电网的不稳定性。当电网频率和/或电网电压在特定的静带之外时，这有时被称为电网事件，或分别称为频率事件或电压事件。
[0030]
在电网事件期间，如上所述，通过改变从可再生能源场到电网的有功功率和/或无功功率的供应，可再生能源场可必须支持电网。例如，在欠压事件的情况下，即如果电网的电压低于电压静带的下限，可再生能源场可必须增加由可再生能源场供应到电网的无功功率，以支持电网。
[0031]
类似地，在过电压事件的情况下，即如果电网的电压高于电压静带的上限，可再生能源场可必须减少由可再生能源场供应到电网的无功功率，以支持电网。
[0032]
可替代地或可附加地，在欠频事件的情况下，即如果电网的频率低于频率静带的
下限，可再生能源场可必须增加由可再生能源场供应到电网的有功功率，以支持电网。
[0033]
类似地，在过频事件的情况下，即如果电网的频率高于频率静带的上限，可再生能源场可必须减少由可再生能源场供应到电网的有功功率，以支持电网。
[0034]
因此，通过将电网的频率和/或电压与预定静带相比较，可确定是否电网事件(以频率事件和/或电压事件的形式)发生在电网中。如果频率和/或电压在静带内，则不存在电网事件，以及如果频率和/或电压在静带之外，则电网事件发生。在电网事件发生的情况下，还可确定是否电网事件是可再生能源场必须以上述的电网支持的形式对其做出反应的类型。如果是此种情况，以及如果所请求的至少一个风力涡轮机的操作变化导致风力涡轮机的功率输出变化抵消可再生能源场必须提供的电网支持措施，则可得出结论：所请求的操作变化相对于可再生能源场的电网支持规范冲突，以及因此延迟所请求的操作变化的执行，例如，直到电网事件不再发生。
[0035]
例如，在欠频事件发生的情况下，其需要增加从可再生能源场到电网的有功功率，以及所请求的操作变化导致风力涡轮机的有功功率输出减小，则应该延迟所请求的操作变化的执行，例如直到电网的频率已经恢复。
[0036]
可替代地或可附加地，检查是否功率输出变化相对于可再生能源场朝向电网的至少一个规范冲突的步骤包括以下步骤：
[0037]-检查是否从可再生能源场到电网的功率输出要求是适用的，以及
[0038]-在功率输出要求是适用的情况下，确定功率输出变化相对于可再生能源场朝向电网的至少一个规范冲突。
[0039]
可再生能源场可被需要以向电网提供特定的功率级别，例如，符合特定的功率参考，例如，其形式为特定的p/q参考，其中，p表示有功功率，以及q表示无功功率。相应地，如果所请求的操作变化的执行引入与特定的功率参考有偏差的风险，则所请求的操作变化的执行应被延迟。
[0040]
可替代地或可附加地，可再生能源场的操作者可已经提供功率预测，其形式是在特定的时间段内可再生能源场的预期功率生产。如果不符合这种功率预测，可再生能源场的所有者可能受到惩罚，经常非常严重。因此，如果所请求的操作变化的执行引入功率预测不被满足的风险，则所请求的操作变化的执行应被延迟。
[0041]
朝向电网的所述至少一个规范中的至少一个可以是朝向电网的辅助服务规范，以及检查是否功率输出变化相对于可再生能源场朝向电网的至少一个规范冲突的步骤包括以下步骤：
[0042]-估计是否功率输出变化很可能(is likely)导致不能满足辅助服务规范，以及
[0043]-在功率输出变化很可能导致不能满足辅助服务规范的情况下，确定功率输出变化相对于可再生能源场朝向电网的至少一个规范冲突。
[0044]
可再生能源场可致力于向电网提供辅助服务。作为回报，可再生能源场的所有者从电网操作者收取费用以获得辅助服务。此外，如果在需要发生的情况下可再生能源场不能提供所请求的服务，则可对可再生能源场的所有者施加处罚。这种辅助服务的示例包括但不限于旋转储备、在电网事件的情况下提供电网支持的规范等。
[0045]
因此，如果出现所请求的操作变化将导致功率输出变化，功率输出变化引入可再生能源场将不能满足辅助服务规范的风险，则所请求的操作变化的执行应被延迟。例如，所
请求的至少一个风力涡轮机的操作变化可导致功率输出减小，其降低可再生能源场的旋转储备到一级别，在所述级别中进行旋转储备的规范不能被实现。
[0046]
检查是否功率输出变化相对于可再生能源场朝向电网的至少一个规范冲突的步骤可基于优先规则组来执行。
[0047]
根据此实施方式，对通过中央控制单元处理的风力涡轮机的操作变化的请求相对于彼此被优先化。例如，对风力涡轮机的操作变化的一些请求可能是由需要采取行动的条件引起的，以及这些请求的执行不应被延迟太久。另一方面，对风力涡轮机的操作变化的其他请求就此而言可能没那么重要。因此，如果可再生能源场朝向电网的规范仅允许执行对风力涡轮机的操作变化的待处理的请求中的一些，则应允许执行最重要的请求，以及没那么重要的请求可被延迟。
[0048]
可再生能源场还可包括多个光伏电池，以及所述方法还可包括以下步骤：
[0049]-中央控制单元接收对光伏电池中的至少一个的操作变化的请求，其中，操作变化的执行导致光伏电池的功率输出变化，
[0050]-中央控制单元检查是否功率输出变化相对于可再生能源场朝向电网的至少一个规范冲突，以及
[0051]-在功率输出变化相对于可再生能源场朝向电网的至少一个规范冲突的情况下，延迟操作变化的执行。
[0052]
根据此实施方式，可再生能源场是混合场，即可再生能源场包括各种可再生能源发生器。更具体地，除了多个风力涡轮机之外，可再生能源场也包括多个光伏电池。此外，光伏电池也按照本发明的方法被控制，即基本上以与风力涡轮机相同的方式，如上所述。上述说明因此在此同样适用。
[0053]
作为替代，可再生能源场可以是风场，即可再生能源发生器可仅是风力涡轮机的形式。
[0054]
如上所述，中央控制单元可以是电场控制器(ppc)。在此情况下，所述方法通过已经在可再生能源场中被需要用于其他目的而不是执行本发明的方法的控制单元来执行。相应地，可在不需要额外的硬件的情况下实施该方法。
[0055]
作为替代，中央控制单元可以是与ppc分开的单元。
附图说明
[0056]
现在将参考附图进一步详细描述本发明，其中：
[0057]
图1是可再生能源场的示意图，其形式是风场，按照根据本发明的实施方式的方法被控制，
[0058]
图2是示出了按照根据本发明的实施方式的方法被控制的可再生能源场的框图，
[0059]
图3是示出了根据本发明的实施方式的方法的框图，以及
[0060]
图4是示出了根据本发明的实施方式的方法的流程图。
具体实施方式
[0061]
图1是可再生能源场1的示意图，其形式是风场，按照根据本发明的实施方式的方法被控制。风场1包括多个风力涡轮机2，其中三个被示出。风力涡轮机2经由公共耦合点4连
接到电网3。
[0062]
风场1还包括中央控制单元5，其经由通信连接6连接到每个风力涡轮机2。中央控制单元5可以例如是电场控制器(ppc)，负责风场1的整体控制。可替代地，中央控制单元5可与ppc分开。例如，中央控制单元5可以是专用于执行根据本发明的方法的单元。
[0063]
图1的风场1可以以下方式被控制。中央控制单元5接收对风力涡轮机2中的至少一个的操作变化的请求。所请求的操作变化是将导致风力涡轮机2的功率输出变化的类型。
[0064]
中央控制单元5然后检查是否预期的功率输出变化相对于风场1朝向电网3的至少一个规范冲突。这种规范可以例如是在持续的电网事件期间支持电网3的规范，或者为电网3获取旋转储备(spinning reverse)的规范。
[0065]
如果发现功率输出变化相对于风场1朝向电网3的至少一个规范冲突，然后延迟所请求的风力涡轮机2的操作变化的执行，例如，直到规范不再相关，或直到风场1的其他风力涡轮机2能够补偿变化的功率输出。由此，确保风场1朝向电网3的规范可被满足。
[0066]
如果功率输出中的预期变化相对于风场1朝向电网2的任何规范不冲突，然后允许请求，以及按请求执行操作变化。
[0067]
应该注意的是，即使图1示出了风场1，是混合场的可再生能源场在本发明的范围内，例如，除了图1中所示的风力涡轮机2之外还包括光伏电池。在此情况下，光伏电池也可以上述的方式被控制。
[0068]
图2是示出了按照根据本发明的实施方式的方法被控制的可再生能源场的框图。
[0069]
中央控制单元5(以电场控制器(ppc)的形式)与许多各种单元通信连接。例如，中央控制单元5接收从监视控制和数据采集(scada)系统7、ppc用户界面8和一般控制单元9的输入。基于传感器数据、电网的要求、市场信息等，scada系统7可提供操作请求。ppc用户界面8可用于提供用户设置，诸如请求的优先规则。一般控制单元9负责或监督可再生能源场的各种实体的操作，以及例如基于传感器测量、功率输出等，向中央控制单元5提供关于这些实体的输入。
[0070]
一般控制单元9负责或监督风力涡轮机控制器10、电池存储控制器11、光伏控制器12和第三方风厂控制器13的操作。
[0071]
对可再生能源场的风力涡轮机的操作变化的所有请求都被提供应到中央控制单元5。此外，中央控制单元5拥有关于可再生能源场朝向电网的规范的知识，以及关于电网的当前状态的知识。
[0072]
因此，当中央控制单元5接收到对风力涡轮机中的至少一个的操作变化的请求时，它检查是否所请求的操作变化相对于可再生能源场朝向电网的一个或多个规范冲突。更具体地，中央控制单元检查是否由操作变化导致的风力涡轮机的功率输出变化相对于可再生能源场朝向电网的一个或多个规范冲突。
[0073]
如果对操作变化的请求相对于可再生能源场朝向电网的至少一个规范冲突，然后延迟操作变化的执行，以确保朝向电网的规范被满足。如果不存在冲突，则允许请求。
[0074]
中央控制单元5把调查的结果传达至各个实体10、11、12、13，以及实体按照其进行操作。
[0075]
因此，该方法高效地确保可再生能源场朝向电网的规范被满足。这是可能的，这是因为中央控制单元5评估对风力涡轮机的操作变化的所有请求，以及因此能够延迟相对于
此规范冲突的请求。
[0076]
图3是示出了根据本发明的实施方式的方法的框图。中央控制单元5接收从传输系统操作者(tso)14、场控制器15和scada系统7的输入。中央控制单元5还接收来自风力涡轮机2的数据和请求。基于从规则数据库16的输入，中央控制单元5检查是否接受到的对风力涡轮机2的操作变化的请求相对于可再生能源场朝向电网的规范冲突，以及如果是此情况，则延迟操作变化的执行，基本上如上所述。基于评估，中央控制单元5把控制信号调度至风力涡轮机2，以及可以至可再生能源场的其他生产单元17。
[0077]
图4是示出了根据本发明的实施方式的方法的流程图。该过程在步骤18处开始。在步骤19处，在中央控制单元处接收到对可再生能源场的至少一个风力涡轮机的操作变化的请求。所请求的操作变化是导致风力涡轮机的功率输出变化的类型。
[0078]
在步骤20处，中央控制单元检查是否所请求的操作变化相对于可再生能源场朝向电网的至少一个规范冲突，在功率输出中的预期变化相对于至少一个规范冲突的意义上。如果不是此情况，则过程前进到步骤21，在所述步骤中允许请求，并按请求执行风力涡轮机的操作变化。
[0079]
在步骤20揭示了所请求的操作变化相对于可再生能源场朝向电网的至少一个规范冲突的情况下，然后过程前进到步骤22，在所述步骤中对操作变化的请求被延迟，以确保朝向电网的规范可被满足。
[0080]
在步骤23处，调查是否特定的时间段已经过去。如果不是此情况，则过程返回到步骤22，以及风力涡轮机的操作变化的请求保持被延迟。
[0081]
当特定的时间段已经过去时，过程返回到步骤20，在所述步骤中中央控制单元检查是否请求相对于可再生能源场朝向电网的至少一个规范仍然冲突。如果不再是此情况，然后在步骤21处允许请求，以及如果仍然是此情况，则在步骤22处，请求保持被延迟。