CN110832192A - 风电厂控制器和用于提供数据的方法以及风能设备和用于接收数据的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于针对风电厂(112)的单元(100)，尤其风能设备提供数据集(28，30)的方法。风电厂(112)被划分为至少两个组(122，124)，其中至少一个组、多个组或者所有组分别具有至少两个单元(100)。首先分别针对所述组(122，124)中的每一个产生(50)个体的数据集(28，30)。随后产生(52)数据包(34)，所述数据包至少包括所产生的个体的数据集(28，30)，并且随后将所述数据包(34)发送(54)给所述风电厂的所有单元。此外，本发明涉及一种风电厂控制器(10，21)、一种用于接收数据集(28，30)的方法、一种单元(100)以及一种风电厂(112)。

Description

风电厂控制器和用于提供数据的方法以及风能设备和用于接 收数据的方法
技术领域
本发明涉及风电厂中的数据通信，即在风电厂控制器和风电厂的单元如风能设备、能量储存器或者STATCOM单元之间的数据通信。
背景技术
根据现有技术，风电厂具有多个单元。这些单元尤其称为风能设备，其中也包括单元如能量储存器或者STATCOM单元，所述能量储存器用于稳定由风电厂提供的能量，所述STATCOM单元用于提供电网服务功率。风电厂的这些单元具有内部的控制器，所述控制器通过预设的控制调节变量内部地控制控制变量，例如各个单元的能量输出。所述单元的控制调节变量通常由风电厂的上级的风电厂控制器提供。这些控制调节变量据此能够在运行期间改变从而以通过所述单元的风电厂控制器重复更新的方式提供。
据此，风电厂具有两级的控制线路。在这种情况下，通过风电厂控制器提供第一控制器级，即上级的控制器级，所述风电厂控制器针对风电厂的各个单元例如风电厂的风能设备确定调节变量，所述调节变量在下文中也称为控制调节变量。这些调节变量于是在各个单元的控制器中被认为是参考变量或者期望值并且在该处给输送给第二控制器结构，即下级的控制器结构。
本发明涉及借助于风电厂控制器所确定的控制调节变量到各个单元从而到之前所提到的上级的控制线路的传输。风电厂控制器经由反馈从例如风电厂的电网馈电点的区域中的测量点处获取其实际值，所述电网馈电点也称为电网节点。也就是说，在电网节点处测量所述单元所提供的并且被馈入到供给电网中的值例如电压、频率、有功功率和/或无功功率并且作为实际值提供，在所述电网节点处风电厂的所有单元共同地将能量馈入电网中。该实际值被输送给风电厂控制器，所述风电厂控制器根据同样提供的参考变量来确定和提供单元的调节变量或控制调节变量。风电厂控制器例如从电网运营商或上级的群控制器处获得其参考变量。
由风电厂控制器提供给单元的控制调节变量经由数据线路传输给风电厂的各个单元，所述数据线路出于数据安全原因构成为电线路。然而，由于这些数据线路的物理特性，尤其在老一代的现有的风电厂中，数据传输率受限，使得最大数量的数据包仅能够在特定的时间段内从风电厂控制器传输给各个单元。
尤其对于电网服务功率如电网支持而言，变化的控制调节变量由风电厂控制器以数秒或者甚至小于一秒的更新率提供给风能设备。为了确保各个单元对改变的控制调节变量的反应的时间要求，风电厂的各个单元无法个体地通过风电厂控制器来访问，因为数据传输率尤其在旧的风电厂中对此而言是不够的。部分地，风电厂具有如下数据传输率，所述数据传输率小至，使得电网所需求的时间段为了调整所述控制恰好允许唯一的数据包的发送和接收。所有单元的反应时间在通过个体的数据集单独地访问单元时由此是不够的。
为了克服上述情况，由风电厂控制器发送如下数据包，所述数据包构成为所谓的广播。也就是说，风电厂的所有单元由一个数据包访问或接收该数据包并且相应于更新率接收包含在数据包中的控制调节变量以更新之前通过数据包所接收的控制调节变量。
如果据此例如存在能量供过于求并且必须对风电厂的总功率输出进行限制，那么将风电厂的待输出的有功功率的减小的值在风电厂控制器中划分为各个单元的份额并且所述减小的有功功率控制调节变量在广播中提供给所有单元。所有单元于是相应地减小其所产生的有功功率，例如减小预先限定的百分比份额。
对于风电厂运营商而言，这种状况是不利的，尤其当风电厂由如下风能设备构成时，所述风能设备在不同的时间的架设从而得到不同的收益。也就是说，所期望的可能是，其能量不那么高地得到收益的风能设备关于其能量输出与能量相对更好地得到收益的风能设备的能量输出相比使相对更强地减少。
发明内容
据此，本发明的目的是，一方面实现风电厂的风能设备的快速控制，所述快速控制满足电网运行商的要求，而另一方面例如根据其架设日期或者其在风电厂中的位置实现风能设备的个体的控制。在任何情况下都应当克服现有技术的问题中的一个。
德国专利商标局在本申请的优先权申请中检索了下述现有技术：US2015/0219075A1和DE 10 2007 044 601A1。
为此本发明涉及一种用于针对风电厂的单元提供数据集的方法。所述单元例如是风能设备、一个或多个STATCOM单元和/或一个或多个能量储存器。风电厂被划分为至少两组。至少一个、多个或者每个组包括单元中的至少两个。根据所述方法，分别针对所述组中的每一个组产生个体的数据集。如果例如限定两个组，那么针对第一组产生第一数据集而针对第二组产生第二数据集。
关于这一点，根据本发明产生如下数据包，所述数据包包括个体的数据集。由此，数据包包含分别用于每个组的数据集。此后，数据包被发送给风电厂的所有单元。
此外，本发明涉及一种用于接收数据包，尤其之前提到的所发送的数据包的方法。该方法优选借助于风电厂的单元来实施。风电厂具有多个单元。风电厂的单元此外被划分为至少两组，其中至少一个、多个或者所有组分别具有至少两个单元。用于接收数据的方法此外包括接收数据包的步骤，所述数据包至少包括分别用于所述组中的每一个组的个体的数据集。此外，针对与单元关联的组从数据包中提取数据集。最后，在所述单元中使用所提取的数据集。
也就是说，由于本发明，在针对所有单元提供的数据包中，提供多个数据集，其中每个数据集分别个体地与所述单元的恰好一个组相关联。该数据包被输送给所有单元并且由所有单元接收。也就是说，数据包在广播的情况下发送。每个单元于是从该数据包中提取数据集，数据集与相应的进行接收的单元所关联的组相关联，并且使用所提取的数据集，而忽略针对另外的组所确定的数据集。由此，能够同时通过唯一的数据包到达所有风能设备。同时可以个体地操控至少两个组。由此不必通过风电厂控制器个体地作用每个单一的单元。数据包为此具有比特长度，所述比特长度实现，将至少两个个体的数据集包含在其中。
根据第一实施方式，个体的数据集包括控制信号、控制调节变量，尤其有功功率控制调节变量或者风功率控制调节变量，或者储备功率。与之相应地，根据该实施方式，通过个体的数据在用于提供的方法中提供例如控制信号或者控制调节变量并且根据用于接收的方法相应地从数据包中提取控制信号或者控制调节变量作为数据集。
根据另一实施方式，数据包除了个体的数据集之外分别针对所述组中的每一个还包括至少一个全局的数据集，所述全局的数据集针对多个或者所有组提供。由此，除了针对不同的组预设不同的数据集之外，也可以借助于唯一的数据包针对多个或者所有单元提供全局的数据集。由此，根据所述方法，产生如下数据包，所述数据包针对所述组中的每个分别包含多个个体的数据集并且附加地包含至少一个全局的数据集。相应地根据该实施例，由一个单元从与所述单元所关联的组相关联的数据包中提取个体的数据集。此外，所述单元除了个体的数据集外也提取全局的数据集。由此，借助于一个数据包对于所有单元同时预设全局的数据集是可行的并且对于单元的不同的组个体地预设个体的数据集是可行的。
根据另一实施方式，个体的数据对应于有功功率控制调节变量而全局的数据对应于无功功率控制调节变量。与之相应地，在用于提供的方法中针对单元的每个单一的组个体地确定有功功率控制调节变量并且作为分别用于所述组中的每一个组的个体的数据集***数据包中。在同一数据包中，附加地，将所产生的无功功率控制调节变量作为全局的数据集补充。根据用于接收的方法，根据该实施方式，相应地在一个单元中接收数据包并且从数据包中提取有功功率控制调节变量，所述有功功率控制调节变量与所述单元所关联的组相关联。除了个体地针对接收数据包的风能设备所关联的组所确定的该有功功率控制调节变量，附加地从同一数据包中提取无功功率控制调节变量，所述无功功率控制调节变量对应于数据包的全局的数据集。
由此可行的是，在由电网运营商预设的、本应由电厂提供以进行电网支持的无功功率改变的情况下，该无功功率由所有设备同时提供。另一方面，有功功率能够以针对不同的组的个体的份额来改变。
根据另一实施方式，风电厂包括至少两个组，其中如下所有风能设备与这些组中的一个相关联，所述所有风能设备在预定的日期之前已经将能量馈入电网中或者在所述日期之前已经与电网连接，而如下风能设备与另一组或者一些其它组相关联，所述风能设备仅在预定的日期之后将能量馈入电网中或者与电网连接。优选地，将具有个体的有功功率控制调节变量的数据包输送给如下风能设备，所述风能设备与在预先限定的日期之前就已经与电网连接或者向所述电网馈电的组相关联，所述数据包允许第一组的风能设备与其它组的单元相比输出相对更高的有功功率。
由此，在以由电网运营商预设的方式对有功功率进行限制的情况下，较差收益的新的设备在其有功功率输出方面与更好地得到收益的设备相比相对更强地受到限制。这继续在发送唯一的数据包的情况下进行，所述数据包被发送给所有风能设备。由此，可对电网运营商的要求非常地做出反应并且遵循所规定的反应时间之内的所规定的极限。同时，可通过个体的数据集不同地操控不同组的单元。
根据另一实施方式，也能够称为默认值的不同的标准值与如下单元相关联，所述单元与不同的组相关联。当接收数据包受到干扰时，标准值用于控制所述单元。该默认值或者标准值例如是用于有功功率控制调节变量或者无功功率控制调节变量的标准值或者是储备功率。
此外，本发明涉及一种风电厂控制器，以便实施用于提供数据的方法，并且涉及一种单元，即尤其风能设备，以便实施用于接收数据包的方法。此外，本发明包括一种风电厂，其具有用于提供数据包的风电厂控制器和用于接收数据包的多个风能设备。
附图说明
其它实施方式根据在附图中详细阐述的实施例得出。
图1示出风能设备，
图2示出风电厂，
图3示出风电厂控制器，
图4示出单元，
图5示出用于提供数据集的方法的步骤，以及
图6示出用于接收数据集的方法的步骤。
具体实施方式
图1示出风电厂112的单元100即风能设备100的示意性视图。风能设备100具有塔102和在塔102上的吊舱104。在吊舱104上设有空气动力学的转子106，其具有三个转子叶片108和导流罩110。空气动力学的转子106在风能设备运行时通过风进入旋转运动从而也使发电机的转动件或转子旋转，所述发电机的转动件或转子直接或者间接地与空气动力学的转子106耦联。发电机设置在吊舱104中并且产生电能。转子叶片108的桨距角能够通过相应的转子叶片108的转子叶片根部处的桨距马达改变。
图2示出具有示例性四个风能设备100的风电厂112，所述风能设备能够是相同或者不同的。由此，四个风能设备100表示风电厂112的基本上任意数量的风能设备100。风能设备100经由电厂电网114提供其功率，即尤其所产生的电流。在此，各个风能设备100的相应产生的电流或功率相加，并且大多设有变压器116，所述变压器将厂112中的电压进行升压变换，以便随后在馈电点118处馈入供给电网120中，所述馈电点一般称为PCC、电网节点或者电网馈电节点。
图2仅是风电厂112的简化视图。厂电网114例如也能够不同地设计，在所述厂电网中在每个风能设备100的输出端处例如也存在变压器116，以仅列举另一实施例。
根据该实施例，风能设备100被分为两个组122、124。上部两个风能设备100与第一组122相关联，而下部两个风能设备100与第二组124相关联。
此外，图2示出控制器10，所述控制器在此是风电厂控制器10，所述风电厂控制器经由总线***12与每个单一的风能设备100连接。此外，图2具有运营商的控制中心14，即电网运营商或者厂运营商的控制中心。在当前的实施例中，详细地考虑在风电厂控制器10和风能设备100之间的数据传输。控制中心14经由连接16与风电厂控制器10的数据输入端15连接。所述连接16例如对应于TCP/IP连接。
图3在放大的视图中示出风电厂控制器10。风电厂控制器10包括数据输入端15，风电厂控制器10通过所述数据输入端与运营商的控制中心14连接。此外，风电厂控制器10具有另一数据输入端20，控制回路的反馈19被输送给所述另一数据输入端，所述控制回路通过风电厂控制器10的控制器21控制。反馈19与测量部位22连接，所述测量部位设置在馈电点118的区域中并且测量厂电网114的电变量。这些电变量例如是厂电网114中的电流的和/或电压的频率和/或电压。控制偏差24在风电厂控制器10中通过经由数据输入端20输送反馈19并且通过由运营商经由数据输入端15预设的参考变量来确定。控制偏差24被输送给控制器21，所述控制器确定用于风电厂112的单元100的调节变量。
在这种情况下，控制器21针对风电厂112的不同组的单元100确定个体的调节变量。为此，从存储器26中将关于组的数量以及与各个组相关联的单元100的数量的信息配属给控制器21。此外，在存储器26中保存：一个组的各个单元具有何种特性。控制器21由此确定——当在当前的实例中以风电厂112的两个组为出发点时——第一数据集28和第二数据集30，所述第一数据集和第二数据集针对两个不同组的单元100个体地确定。这两个个体的数据集28、30于是被输送给数据包生成器32，所述数据包生成器从这两个数据集38、30中产生数据包34并且将其在输出端36处输出。具有两个数据集28、30的数据包34由此在总线线路12上提供。
数据包34也能够可选地包含至少一个全局的数据集，其中这在当前的实施例中未示出。
图4示出单元100的一部分更确切地说仅示出单元100的控制装置40。控制装置40具有数据输入端42，数据包34经由总线线路12输送给所述数据输入端。数据包34于是被输送给提取单元44。提取单元44从数据包34中提取数据集38、30，数据集与如下组相关联，所述组与单元100相关联。所提取的数据集46于是被输送给单元100的控制装置48以控制所述单元100。
图5示出用于提供数据集28、30的方法的步骤。
首先，在步骤50中分别针对风电厂112的多个单元100的组122、124中的每一个组产生个体的数据集28、30，并且在步骤52中从个体的数据集38、30中产生数据包34。在步骤54中将数据包34发送给风电厂112的所有单元100。
图6示出用于通过单元100接收数据的方法的步骤，其中在步骤56中接收数据包34，所述数据包至少包括用于风电厂的单元100的组122、124中每个组的个体的数据，并且在步骤58中针对与单元100关联的组122、124从数据包34中提取数据集28、30。在步骤60中于是在单元100中使用所提取的数据集46。

Claims (15)

1.一种用于针对风电厂(112)的多个单元(100)，尤其风能设备提供数据集(28，30)的方法，其中所述风电厂(112)被划分为至少两个组(122，124)，并且至少一个组、多个组或者所有组(122，124)分别包括至少两个单元(100)，所述方法包括下述步骤：
-分别针对所述组中的每一个产生(50)个体的数据集(28，30)，
-产生(52)数据包(34)，所述数据包至少包括所产生的个体的数据集(28，30)，并且
-将所述数据包(34)发送(54)给所述风电厂的所有单元。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法提供个体的数据集(28，30)，数据集具有控制信号，控制调节变量，尤其有功功率控制调节变量或者无功功率控制调节变量，或者储备功率。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述方法产生所述数据包(34)，使得除了个体的数据集(28，30)之外在数据包(34)中也包含针对多个组或者所有组(122，124)的全局的数据集。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中产生有功功率控制调节变量作为个体的数据并且产生无功功率控制调节变量作为全局的数据。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所有单元(100)与第一组(122，124)相关联，所有单元在预定的日期之前就已经首次将能量馈入到所连接的电网(120)中和/或与所述电网(120)连接，并且其它组或者所有其它组(122，124)包含所述风电厂(112)的其余单元(100)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中针对所述单元(100)提供个体的标准值，所述标准值针对相同组(122，124)的单元(100)具有相同的值而针对不同的组(122，124)具有不同的值。
7.一种风电厂控制器，所述风电厂控制器设计用于实施根据权利要求1至6中任一项所述的方法。
8.一种用于通过风电厂(112)的单元(100)接收数据集(28，30)的方法，所述单元尤其是风能设备、STATCOM单元或者能量储存器，所述数据集尤其根据权利要求1至6中任一项提供，其中所述单元(100)与风电厂(112)的两个组(122，124)中的至少一个组相关联，其中至少一个组、多个组或者所有组(122，124)分别包括至少两个单元(100)，所述方法包括下述步骤：
-接收(56)数据包(34)，所述数据包至少包括分别用于所述组(122，124)中的每一个组的个体的数据集(28，30)，
-从所述数据包(34)中针对与所述单元(100)关联的组(122，124)提取(58)至少所述数据集(28，30)，并且
-在所述单元(100)中使用(60)所提取的数据集(46)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中数据集(28，30)包含控制信号，所述控制信号在所述单元(100)中使用以控制所述单元(100)，或者个体的数据集(28，30)包括控制调节变量，尤其有功功率控制调节变量或者无功功率控制调节变量，所述控制调节变量用于控制所述单元(100)。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述数据包(34)除了个体的数据集之外还包括用于多个组或者所有组(122，124)的至少一个全局的数据集，并且所述单元(100)除了用于与所述单元(100)关联的组(122，124)的个体的数据集之外，也提取全局的数据集，并且在所述单元(100)中使用所提取的全局的数据集。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中个体的数据集(28，30)具有有功功率控制调节变量，并且全局的数据集具有无功功率控制调节变量，并且所述有功功率控制调节变量和所述无功功率控制调节变量用于控制所述单元(100)。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中当所述单元(100)在预定的日期之前首次将能量馈入所连接的电网(120)中和/或与所述电网(120)连接时，所述单元(100)与第一组(122)相关联，或者在其它情况下与不同于第一组(122)的另一组相关联。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其中所述风能设备(100)具有与相同组(122，124)的其它单元(100)相同的标准控制调节变量并且具有与另外的组(122，124)的单元(100)不同的标准控制调节变量。
14.一种单元，尤其风能设备、STATCOM单元或者能量储存器，其设立用于实施根据权利要求8至13中任一项所述的方法。
15.一种风电厂，所述风电厂具有根据权利要求7所述的风电厂控制器(10，21)和多个根据权利要求14所述的单元(100)。
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