CN101802395B - 风力发电***及其运转控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于降低互连点上的输出变动。提供一种风力发电***的运转控制方法，包括：取得各风车的输出数据的过程；使用输出数据求出相邻风车的输出变动的相关性的过程；以及在显示较强相关性的情况下，在该较强相关性出现的周期改变相邻风车中任意一个风车的输出变动的相位的过程。

Description

风力发电***及其运转控制方法

技术领域

本发明涉及一种风力发电***及其运转控制方法。 

背景技术

众所周知，风电场的输出变动要求平顺化。设一台风车的输出变动的标准偏差是σ，具有M台风车的风电场的输出变动的标准偏差σ_total在各风车的输出变动不相关(随机)时，由下述公式(1)表示。 

(数式1) 

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{total}}=\mathrm{\σ}\sqrt{M}---\left(1\right)$

专利文献1：美国专利第6724097号说明书 

专利文献2：美国专利第6946751号说明书 

发明内容

但当风电场的各风车的输出变动的相关性较强时，担心风电场的输出变动无法正常化而以较大的输出变动出现。 

本发明用于解决上述课题，其目的在于，提供一种能够降低互连点的输出变动的风力发电***及其运转控制方法。 

为解决上述课题，本发明采用以下手段。 

本发明的第一方式是一种风力发电***的运转控制方法，该风力发电***具有多个风车，各上述风车的输出电力通过共用的互连点供给到电力***，该风力发电***的运转控制方法包括：取得各上述风 车的输出数据的过程；使用上述输出数据求出相邻风车的输出变动的相关性的过程；以及在显示较强相关性的情况下，在该较强相关性出现的周期改变上述相邻风车中任意一个风车的输出变动的相位的过程。 

根据该运转控制方法，求出相邻设置的风车的输出变动的相关性，该相关性较强的情况下，在该较强相关性出现的周期改变相邻风车中任意一个风车的输出变动的相位，因此可减弱相邻风车之间的输出变动的相关性。 

其结果是，可缓和供给各风车的输出电力的互连点的输出变动，可将较稳定的电力供给到电力***。 

“在显示较强相关性的情况”是指例如相对于相关性的平均水平为2倍以上的相关值的情况。例如在图5所示的坐标图中，出现相对于相关性的平均水平为2倍以上的相关值的峰值。将这种情况判断为较强相关性。 

在上述风力发电***的运转控制方法中，也可以是，改变上述相邻风车中任意一个风车的叶片桨距角，由此改变输出变动的相位。 

这样，通过改变任意一个风车的叶片桨距角，发电机的转速改变，结果可错开输出变动的相位。由此可减弱相邻风车之间的输出变动的相关性。 

并且，在上述风力发电***的运转控制方法中，也可以是，改变上述相邻风车中任意一个风车的发电机的转速，由此改变输出变动的相位。 

这样，改变任意一个风车的发电机的转速，因此可错开输出变动 的相位。由此可减弱相邻风车之间的输出变动的相关性。 

本发明的第二方式是一种风力发电***，具有多个风车，各上述风车的输出电力通过共用的互连点供给到电力***，其中，取得各上述风车的输出数据，使用上述输出数据求出相邻风车的输出变动的相关性，在显示较强相关性的情况下，在该较强相关性出现的周期改变上述相邻风车中任意一个风车的输出的相位。 

根据本发明，具有能够降低互连点的输出变动的效果。 

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的风力发电***的整体构成的图。 

图2是表示本发明的一个实施方式的风车的构成的图。 

图3是更详细地表示图2所示的风车的构成的图。 

图4是表示发电机及其周边构成的一例的框图。 

图5是表示风车的输出变动的相关值的一例的坐标图。 

标号说明 

1 风力发电*** 

100 中央控制装置 

30 电力线 

A 互连点 

WTG1、WTG2、WTGn 风车 

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的风力发电***及其运转控制方法的一个实施方式。 

图1是表示本实施方式的风力发电***的整体构成的框图。如图 1所示，风力发电***1具有：多个风车WTG1、WTG2、……WTGn(以下表示所有风车时只用标号“WTG”表示，表示各风车时用标号“WTG1”、“WTG2”等表示)、以及对各风车WTG提供控制指令的中央控制装置100。在本实施方式中，各风车WTG可以是可变速风车，也可是固定速风车。

各风车WTG1、WTG2、……WTGn的输出电力通过电力线30经由共用的互连点A供给到电力***。 

各风车WTG如图2所示，具有塔架2和设置在塔架2上端的机舱3。机舱3可在偏航方向上旋转，通过机舱旋转机构4朝向所需的方向。机舱3中搭载有发电机5和齿轮6。发电机5的转子经由齿轮6与风车转子7接合。 

风车转子7具有叶片8、支承叶片8的轮毂9。叶片8设置成使其桨距角可变。具体而言，如图3所示，轮毂9上收容有驱动叶片8的液压缸11和向液压缸11供给液压的伺服阀12。通过伺服阀12的开度控制供给到液压缸11的液压，由此将叶片8控制为所需的桨距角。 

回到图2，机舱3上进一步设有风速风向计10。风速风向计10测定风速和风向。机舱3响应由风速风向计10测定的风速和风向而旋转。 

图4是表示发电机5及其周边构成的一例的框图。本实施方式的发电机5构成为，发电机5产生的电力可从定子线圈及转子线圈两个线圈输出到电力***。具体而言，发电机5中，其定子线圈直接连接到电力***，转子线圈经由AC-DC-AC转换器17连接到电力***。 

AC-DC-AC转换器17由有源整流器14、DC总线15、及变换器16构成，将从转子线圈接收的交流电力变换为适合于电力***的频率的交流电力。有源整流器14将转子线圈中产生的交流电力变换为直流电力，将该直流电力输出到DC总线15。变换器16将从DC总线15接收的直流电力变换为和电力***相同频率的交流电力，输出该交流电力。 

AC-DC-AC转换器17还具有将从电力***接收的交流电力变换为适合于转子线圈的频率的交流电力的功能，也使用于根据风车WTG的运转状况对转子线圈励磁。这种情况下，变换器16将交流电力变换为直流电力，将该直流电力输出到DC总线15。有源整流器14将从DC总线15接收的直流电力变换为适合于转子线圈的频率的交流电力，将该交流电力供给到发电机5的转子线圈。 

风车WTG的控制***由PLG(pulse logic generator：脉冲逻辑发生器)18、主控制装置19、电压/电流传感器20、转换器驱动控制装置21、桨距控制装置22、以及偏航控制装置23构成。 

PLG18测定发电机5的转速ω(以下称为“发电机转速ω”)。 

主控制装置19响应由PLG18测定的发电机转速ω，生成有效电力指令P^*、无效电力指令Q^*、及桨距指令β^*，进一步响应由风速风向计10测定的风速及风向，生成偏航指令。并且，主控制装置19从中央控制装置100(参照图1)接收到同步解除指令时，将桨距角指令β^*以规定时间、0.5°向顺桨一侧校正。对于该校正控制稍后进行详述。 

电压/电流传感器20设置在将发电机5连接到电力***的电力线30上，测定发电机5的输出电压V及输出电流I。 

转换器驱动控制装置21为了对响应有效电力指令P^*、无效电力指令Q^*而输出的有效电力P和无效电力Q进行控制，控制有源整流器14及变换器16的功率晶体管的开关。具体而言，转换器驱动控制装置21根据由电压/电流传感器20测定的输出电压V及输出电流I，计算出有 效电力P和无效电力Q。进一步，转换器驱动控制装置21响应有效电力P和有效电力指令P^*的差、及无效电力Q和无效电力指令Q^*的差，进行PWM控制，生成PWM信号，将生成的PWM信号供给到有源整流器14及变换器16。由此控制有效电力P和无效电力Q。 

桨距控制装置22响应从主控制装置19传送的桨距指令β^*，控制叶片8的桨距角β。叶片8的桨距角β控制为与桨距指令β^*一致。 

偏航控制装置23响应从主控制装置19传送的偏航指令，控制机舱旋转机构4，使机舱3朝向指示的方向。 

风车WTG内配线的电力线30连接有AC/DC转换器24。该AC/DC转换器24从经由电力线30取自电力***的交流电力生成直流电力，将该直流电力供给到风车WTG的控制***，尤其是为了控制叶片8的桨距角β而使用的伺服阀12、主控制装置19、及桨距控制装置22。 

进一步，为了向伺服阀12、主控制装置19、及桨距控制装置22稳定地供给直流电力，在风车WTG上设置具有充电装置27和应急用蓄电池28的不间断电源***26。根据对LVRT(Low Voltage RideThrough：低电压穿越)这样的风力发电***的要求，即使***电压Vgrid下降时，也需要维持发电机5连接到电力***的状态。因此，需要在电力***的电压下降时也适当控制叶片8的桨距角，由此使发电机5的转速维持在所需值。为了满足这一要求，当***电压Vgrid下降到规定电压时，不间断电源***26通过开关25连接到伺服阀12、主控制装置19、桨距控制装置22，从应急用蓄电池28向伺服阀12、主控制装置19、及桨距控制装置22供给电力。由此，维持叶片8的桨距角的控制。应急用蓄电池28连接到充电装置27。充电装置27通过从AC/DC转换器24供给的直流电力对应急用蓄电池28充电。 

接着说明上述风力发电***1的运转控制方法。 

首先，图1所示的中央控制装置100收集构成风力发电***1的各风车WTG1、WTG2、……WTGn的输出电力(具体而言是有效电力)的时序数据Pi(t)。 

此处，Pi(t)＝P(kΔt)，“k”是采样数，k＝0、1、2、……、N，“Δt”是采样周期，“i”表示第i个风车WTG的有效电力。 

对于上述时序数据P(i)的收集，例如通过取得在各风车WTG具有的转换器驱动控制装置21中计算出的有效电力、无效电力的时序数据来实现。 

中央控制装置100收集到各风车WTG的输出的时序数据后，计算在风力发电***1内(风电场内)相邻风车的输出变动的相关性。因此，在中央控制装置100中提前录入和各风车的配置相关的信息。 

对于上述相关性的计算，可使用以下所示的(2)式进行，或者也可使用快速傅里叶变换(FFT)等来进行。此外也可使用其他公知的方法。 

(数式2) 

$R_{i,i+1}\left(m\right)=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i\left(n\right)P_{i+1}(n+m)---\left(2\right)$

其中，-(N-1)≤m≤(N-1) 

中央控制装置100对i＝1～M-1的每一个分别进行相关关系的计算，判断在相邻的风车中是否存在相关性强的风车。当存在相关性时，例如出现图5所示的相关性的峰值。在图5中，横轴表示时间，纵轴表示相关值，时刻m_pΔt表示从作为采样期间基准的时刻0开始的经过时间，在该时刻表示第i个和第i+1个风车中出现输出变动的强相关性。 

中央控制装置100在存在表示了输出变动有较强相关性的风车组时，对其中的任意一个风车发送将桨距角调整规定量的同步解除指令、和该相关性出现的周期(时刻)相关的信息。 

此处，如果是固定速风车，则发电机5的转速是恒定的，因此上述相关性周期性地出现。因此可推测将来何时出现相关性。并且，即使是发电机5的转速可变的可变速风车，通过使风车的输出的时序数据的采样期间为比转速变化的期间短的时间、例如为一分钟～数十分钟的期间，由此也可推测将来出现相关性的时刻。 

在从中央控制装置100接收到同步解除指令的风车WTG中，图4所示的主控制装置19在出现相关性的时刻m_pΔt附近，以与相邻风车之间输出变动的相关性消失的程度校正上述桨距角指令β^*，将校正后的桨距角指令β^*’给予桨距控制装置22。具体而言，主控制装置19将相关性出现的时刻m_pΔt作为基准，在1/2m_pΔt～1/3m_pΔt的期间内，将使上述桨距角指令β^*向顺桨一侧校正了规定量(例如0.5°)的桨距角指令β^*’给予桨距控制装置22。 

由此，时刻m_pΔt的发电机5的转速改变，输出变动的相位错位。其结果是，可在相邻的风车之间降低输出变动的相关性。因此，可错开互连点A的输出变动的相位，并可降低作为风电场整体的互连点A的输出变动。 

中央控制装置100以规定时间间隔重复进行上述处理，从而降低相邻的风车的输出变动的相关性。 

如上所述，根据本实施方式的风力发电***及其运转控制方法，求出相邻设置的风车的输出变动的相关性，当该相关性较强时，在该较强相关性出现的周期，改变相邻风车的任意一个的输出变动的相位， 因此可减弱相邻风车之间的输出变动的相关性。 

其结果是，可缓和供给各风车的输出电力的互连点的输出变动，可将较稳定的电力供给到电力***。 

以上参照附图详细说明了本发明的实施方式，但具体构成不限于该实施方式，也包括不脱离本发明主旨的范围的设计变更等。 

例如在上述实施方式中，通过校正桨距角指令而降低输出变动的相关性，但也可以通过改变其他参数来降低输出变动的相关性。例如也可以调整方位角，如果是可变速风车则也可以调整电动机的转速。 

并且，在上述实施方式中，监视各风车的输出，根据该监视结果判断是否存在相关性，但也可以代替之而监视各风车的方位角，在该方位角同步时，判断为相关性较强。这种情况下，为了使方位角不同步，可调整桨距控制、转速控制、及方位角控制中的任意一个。 

Claims (4)

1.一种风力发电***的运转控制方法，该***具有多个风车，各所述风车的输出电力通过共用的互连点供给到电力***，该风力发电***的运转控制方法包括：

取得各所述风车的输出数据的过程；

使用所述输出数据求出相邻风车的输出变动的相关性的过程；以及

在显示相对于所述相关性的平均水平为2倍以上的相关值的情况下，在该相对于所述相关性的平均水平为2倍以上的相关值出现的周期改变所述相邻风车中任意一个风车的输出变动的相位的过程。

2.根据权利要求1所述的风力发电***的运转控制方法，其中，改变所述相邻风车中任意一个风车的叶片桨距角，由此改变输出变动的相位。

3.根据权利要求1所述的风力发电***的运转控制方法，其中，改变所述相邻风车中任意一个风车的发电机的转速，由此改变输出变动的相位。

4.一种风力发电***，具有多个风车，各所述风车的输出电力通过共用的互连点供给到电力***，其中，

取得各所述风车的输出数据，

使用所述输出数据求出相邻风车的输出变动的相关性，

在显示相对于所述相关性的平均水平为2倍以上的相关值的情况下，在该相对于所述相关性的平均水平为2倍以上的相关值出现的周期改变所述相邻风车中任意一个风车的输出的相位。

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