具有高度可靠实时功率控制的风力发电厂制造技术

本发明专利技术涉及一种用于风力发电厂的容错控制系统，该风力发电厂包括多个电力单元，所述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；以及多个分散表决装置，其被布置成将分散表决装置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的副本中选择一个电力单元设定点值。本发明专利技术还涉及一种相关联的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有高度可靠实时功率控制的风力发电厂
本专利技术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。
技术介绍
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专利技术实施例的目的。
技术实现思路
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。以下优点与本专利技术的第一方面相关联：o本专利技术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本专利技术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本专利技术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本专利技术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。该发电厂控制系统架构可以包括发电厂控制器和相关传感器系统。此外，发电厂控制系统架构可以包括多个电力单元。电力单元的范例可以是风力涡轮机电力变换器系统和储能电力变换器系统。本专利技术的控制系统架构可以应用具有高可靠性和安全相关特性的容错实时通信网络（RTCN）。该容错控制系统还可以包括主控制器装置，其适于为控制装置产生参考信号，用以产生基本同时的电力单元设定点值的副本。集中式主控制器装置可以包括用于向控制装置产生参考信号的监控和数据采集系统（SCADA）。此外，可以提供一种包括多个传感器的容错传感器系统。优选地，以冗余方式布置多个传感器。所述多个传感器适于测量在公共耦合点处或附近的至少一个电参数。这包括测量例如电压、电流、有功功率、无功功率、频率等。数据通信网络可以包括实时通信网络，例如时间触发的以太网。时间触发的以太网通信网络可以被实现为单容错网络或双容错或多容错网络。实时通信网络能够支持数据的安全相关的通信。在第二方面，本专利技术涉及一种风力发电厂，其包括根据第一方面的容错控制系统。如前所述，多个电力单元可以包括一个或多个风力涡轮机和/或一个或多个储能单元。在第三方面，本专利技术涉及一种实时控制风力发电厂的方法，该风力发电厂包括多个电力单元，该方法包括以下步骤：-产生基本同时的电力单元设定点值的副本，-经由数据通信网络向风力发电厂中的电力单元发送电力单元设定点值，-在每个电力单元处执行分散表决过程，该分散表决过程包括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的步骤，以及-在每个电力单元处向所述电力单元应用所选择的电力单元设定点值。同样，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任何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。可以将电力单元设定点值应用于所述风力发电厂中的多个风力涡轮机。替代地或与之组合，可以将电力单元设定点值应用于风力发电厂中的多个储能单元。也可以将所产生的电力单元设定点值应用于风力发电厂中的所有电力单元。在第四方面，本专利技术涉及一种控制风力发电厂的方法，该风力发电厂包括多个电力单元，该方法包括以下步骤：-提供风力发电厂内的全局时间，-根据全局时间将电力单元中的电力切换同步，-在电力单元之间进行同步的交错式电源切换，以及-在电力单元中和之间进行同步的可变频率切换。在第五方面，本专利技术涉及一种用于风力发电厂的容错控制系统，该风力发电厂包括多个电力单元，所述控制系统包括-控制装置，其用于产生基本同时的测量值的副本，-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测量值的副本，以及-多个分散表决装置，其被布置成将分散表决装置分配到每个电力单元，每个分散表决装置都适于选择测量值的副本中的一个测量值。附图说明现在将参考附图来更详细地说明本专利技术，其中图1示出了发电厂控制系统的第一实施例，图2示出了发电厂控制系统的第二实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于风力发电厂的实时容错控制系统，所述风力发电厂包括多个电力单元，所述控制系统包括：?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所述副本中选择一个电力单元设定点值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.30 DK PA2011701491.一种用于风力发电厂的实时容错控制系统，所述风力发电厂包括多个电力单元，所述控制系统包括：-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所述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所述基本同时的电力单元设定点值的副本中选择一个电力单元设定点值。2.根据权利要求1所述的容错控制系统，还包括集中式主控制器装置，所述集中式主控制器装置适于为所述控制装置产生参考信号，用以产生所述基本同时的电力单元设定点值的副本。3.根据权利要求1或2所述的容错控制系统，还包括容错传感器系统，所述容错传感器系统包括多个传感器。4.根据权利要求3所述的容错控制系统，其中所述多个传感器以冗余方式来布置。5.根据权利要求3所述的容错控制系统，其中所述多个传感器适于测量在公共耦合点处或附近的至少一个电参数。6.根据权利要求1或2所述的容错控制系统，其中所述数据通信网络包括实时通信网络。7.根据权利要求6所述的容错控制系统，其中所述实时通信网络包括时间触发的以太网。8.根据权利要求7所述的容错控制系统，其中所述时间触发的以太网通信网络被实现为单容错网络。9.根据权利要求7所述的容错控制系...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·本特松，N·E·丹尼尔森，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：
国别省市：