专利名称：基于反映单独风轮机之间的功率负荷分布的矩阵的风力农场功率控制的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及控制被组合到风力农场的风轮机的操作的技术领域。
背景技术：
风力农场是一组风轮机，其位于同一区域中并用于产生电功率。通常，风力农场的 单独风轮机被与中压(medium-voltage)功率收集系统和通信网络互连。在变电站处，借助 于变压器来在电压方面增大中压电流以便向高压传输系统馈送得到的高压功率。大型风力农场可以包括几十个直到几百个单独的风轮机并覆盖几百平方公里的 扩展面积。通常，每个单独的风轮机装配有单独的控制单元，其例如基于指示风轮机的实际 发电的单独功率设定点来控制和调节风轮机的操作。此外，存在超级(superordinate)风 力农场控制单元，其监视整个风力农场和单独风轮机的操作。经由到单独控制单元的数据 线路，所述超级风力农场控制单元可以收集关于单独风轮机的信息并向各单独控制单元传 送适当的控制信号。例如，已知的是通过风力农场控制单元的中央停止命令来停止风力农 场的所有风轮机并将风力农场完全从电网切断。具体而言，该超级风力农场控制单元管理整个风力农场功率输出的修正，使得可 以实现风力农场的适当总体功率产生。这由用于总体功率产生的超级功率设定点来实现。 为了实现适当的总体风力农场功率输出，基于超级功率设定点，必须针对每个风轮机来确 定适当的单独功率设定点。通常借助于单独的算法来执行此确定。从还可以被称为风力农场功率参考值的(a)超级功率设定点值到还可以被称为风 轮机参考值的(b)单独功率设定点的转换提供(yield)与风力农场中的风轮机的数目相对 应的大跨度的可能性和给定自由度。用于此转换的函数可以考虑多个事项，但是目标通常 是作为一个发电厂来控制风力农场，而不是单独地控制所有单独的风轮机。为了适应这种集中控制，必须具有关于设定点分布将整个风力农场互连的工具。 这意味着用于第一风轮机的分配设定点将是风力农场中的第二风轮机的分配设定点的直 接函数(direction function).用于实现这一点的一种选择将在于连续或迭代设定点计 算。从而，将在“从上到下”运行程序中管理风轮机设定。然而，这样做将使各算法进一步 特别是在数据管理方面变得复杂，并且将导致较慢的程序。基于上述考虑，可能需要提供一种用于有效地管理不同的单独风轮机设定点之间 的相关性的程序。
发明内容
由根据独立权利要求的主题来满足此需要。由从属权利要求来描述本发明的有利 实施例。根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制包括多个风轮机的风力农场的操作 的方法。所提供的方法包括(a)定义设定点向量，其中，设定点向量的每个分量表示所述多个风轮机中的一个的单独功率设定点，(b)确定相关矩阵，其反映所述多个风轮机的不同风 轮机之间的期望的发电分布，(c)通过将相关矩阵与设定点向量相乘来计算功率参考向量， 使得该功率参考向量包括用于每个风轮机的协调功率设定点，以及(d)基于所计算的功率 参考向量来控制风力农场的操作。所述控制方法是基于可以借助于基于矩阵的计算来实现包括多个风轮机的风力 农场的高效且特别是快速操作控制的思想，其中将(i)表示用于每个风轮机的单独功率设 定点的设定点向量与(ii)反映不同的风轮机的假定(supposed)发电量之间的单独相关性 的矩阵相乘。能够在不执行迭代的情况下计算的得到的功率参考向量表示用于每个风轮机 的协调功率设定点。一般而言，为了控制风力农场的操作，可以以高效的方式来考虑不同风轮机的适 当发电量之间的单独相关性。所述方法表示功率设定点调度(dispatch)算法，其为基于矩 阵的函数。可以借助于用于整个风力农场的中央函数中央地执行功率参考向量的基于矩阵 的计算。可以在整个风力农场的中央或超级控制系统内实现此中央函数。所请求的发电分布可以是均勻的。这意味着假定每个风轮机产生相同量的功 率。特别是如果所述多个风轮机是相同的类型和/或例如相对于到目前为止在各风轮机 的相关结构组件(例如，转动叶片)上积累的疲劳负荷而言具有相同的操作年龄，则可能 发生这种情况。在这种情况下，相关矩阵可以是恒等矩阵(identity matrix)(相应地 (respectively)单位矩阵)。所请求的发电分布也可以是不均勻的。在本文中，还可以将不均勻发电分布称为 风力农场内的不均勻负荷分布或不均勻调度。发电的不均勻分布意味着出于任何任意的原因，请求一个特定的风轮机相对于所 述多个风轮机中的至少一个其它特定风轮机而言产生更多或更少的功率。从而，可以通过 相关因数来描述“更多功率”的量或“更少功率”的量，该相关因数可以被包括在相关矩阵 中作为一个或多个矩阵元素。如果风力农场包括不同类型的风轮机，则发电的不均勻分布可能是特别有利的。 此外，如果到目前为止在不同风轮机的相关结构组件(例如，转动叶片)上已经积累了不同 的疲劳负荷，则不均勻的发电分布可能是有利的。例如，为了实现结构风轮机组件的优选维 护间隔和/或计划的(scheduled)更换，到目前为止已遭受已经作用到至少结构风轮机组 件上的较高机械负荷的一个风轮机与仅遭受微小的疲劳负荷积累的另一风轮机相比应以 更平缓的方式(即，以减少的发电)进行操作。该相关矩阵可以是二次矩阵。这意味着行的数目可以与列的数目相同。根据本发明的实施例，基于各风轮机的单独额定功率输出和整个风力农场的请求 总功率输出来确定每个单独功率设定点。根据各单独额定功率输出和整个风力农场或风力农场的多个风轮机的至少一个 选择的所请求的总功率输出二者的单独功率设定点的所述相关性可以提供可以考虑所请 求的总发电的变化的优点。在本文中，术语“单独额定功率输出”可以特别地表示相对于发电而言以最有效的 方式操作的特定风轮机的发电量。
根据本发明的另一实施例，所有单独功率设定点的和对应于整个风力农场的所请 求的总功率输出。这可以提供这样的优点，即基于单独额定功率输出和基于所请求的总功 率输出，可以容易地确定单独功率设定点。如果例如所请求的总发电是风力农场在以最有效的方式操作时将产生的总功率 量的某一百分比，则与各单独额定功率输出相比，用于每个风轮机的单独功率设定点可以 被减少相同的百分比。这可以意味着将以相同的相对方式来缩减每个风轮机的发电，因为 必须缩减整个风力农场的总发电例如以便满足对由整个风力农场所产生的电力进行馈送 的电网给定的要求。根据本发明的另一实施例，计算功率参考向量还包括将修正向量与将相关矩阵与 设定点向量相乘的结果相加。从而，所述修正向量包括用于每个风轮机的功率修正值，由 此，每个功率修正值指示风力农场的总功率输出的请求时间变化率。所述修正向量的利用可以提供这样的优点，即特别地，在不引起风力农场或风力 农场的至少一个风轮机的不稳定的情况下，可以考虑例如如果请求所谓的功率输出分级 (st印ping)则发生的风力农场的请求的总功率输出的快速瞬时变化。在这方面，可以说对于风力农场而言且特别是对于具有大量风轮机的风力农场而 言，很有兴趣的问题是用于整个风力农场的实际发电的(超级)设定点或参考值的分级(阶 梯式变化)。当将此类(超级)参考值分级时，适合于尽快地实现用于各风轮机的每个协调功 率设定点的相应变化。根据这里所述的实施例，可以通过由每个单独风轮机提供的输出功 率的修正来实现此类行为。可以说还可以借助于用于整个风力农场的上述中央函数中央地 执行功率参考向量的所述修正。可以指出的是在数学上减法是具有负代数符号的值的加法。因此，在本文中，加法 还可以包括具有负代数符号的值的加法。根据本发明的另一实施例，每个功率修正值与风力农场的所请求的总功率输出的 时间导数成比例。这可以意味着所请求的总功率输出的时间变化越快，修正向量越大，相应 地功率修正值越大。根据本发明的另一实施例，每个功率修正值与风力农场的所请求的总功率输出的 负时间导数成比例。这意味着功率修正值将具有负代数符号。结果，当将修正向量与将相 关矩阵与设定点向量相乘的结果相加时，在所请求的总输出功率增加的情况下，得到的协 调功率设定点(相应地得到的协调功率设定点值)将被减小。从而，该减小与风力农场的所 请求的总功率输出的时间导数成比例。因此，如果存在所请求的总输出功率的减小，则得到 的协调功率设定点将被增加。因此，增加的量与所请求的总功率输出的时间导数成比例。与负时间导数的所述成比例可以提供这样的优点，即所请求的总功率输出的突然 变化将被以预测性方式转送到每个风轮机。结果，可以显著地增加整个风力农场操作控制 的速度。这可以特别地提供超级控制系统的更高性能，使得例如将发生较少的过冲。根据本发明的另一实施例，相关矩阵的至少一个元素取决于至少一个风轮机的操 作类型。该操作类型可以是例如低噪声操作、功率最优化、至少一个结构组件的机械负荷最 优化和/或至少一个风轮机的任何其它现场专用操作。在这方面，可以说操作模式的所述 列表不是排他性的。操作类型可以更确切地(rather)表示任何操作模式，其应用可以导致 贯穿风力农场的发电分布的改变。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于控制包括多个风轮机的风力农场的操作 的超级控制系统。所提供的超级控制系统包括(a)定义单元，用于定义设定点向量，其中， 设定点向量的每个分量表示所述多个风轮机中的一个的单独功率设定点，(b)确定单元，其 用于确定相关矩阵，其反应所述多个风轮机的不同风轮机之间的期望发电分布，(c)计算单 元，其用于通过将相关矩阵与设定点向量相乘来计算功率参考向量，使得该功率参考向量 包括用于每个风轮机的协调功率设定点，以及(d)控制单元，其基于所计算的功率参考向量 来控制风力农场的操作。并且，所述超级控制系统是基于能够借助于基于矩阵的计算来实现风力农场的快 速且高效的操作控制这一思想，其中涉及(a)表示用于每个风轮机的单独功率设定点的向 量和(b)反映不同风轮机之间的单独相关性的矩阵。得到的功率参考向量包括用于每个风 轮机的协调功率设定点。根据本发明的另一方面，提供了一种用于产生电功率的风力农场。所提供的风力 农场包括(a)多个风轮机，每个包括用于控制各风轮机的操作的单独控制单元，以及(b)如 上所述的超级控制系统。从而，该超级控制系统被连接到每个单独控制单元。根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读介质，在其上面存储了用于控制 包括多个风轮机的风力农场的操作的计算机程序。所述计算机程序在被数据处理器执行 时，适合于控制和/或执行如上所述的方法。所述计算机可读介质可以被计算机或处理器读取。所述计算机可读介质可以是例 如但不限于电、磁、光、红外线或半导体系统、设备或传输介质。该计算机可读介质可以包括 以下介质中的至少一个计算机可分发介质、程序存储介质、记录介质、计算机可读存储器、 随机存取存储器、可擦可编程序只读存储器、计算机可读软件分发包、计算机可读信号、计 算机可读电信信号、计算机可读印刷品、以及计算机可读压缩软件包。根据本发明的另一方面，提供了一种用于控制包括多个风轮机的风力农场的操作 的程序元件。所述程序元件在被数据处理器执行时适合于控制和/或执行如上所述的方 法。该程序元件可以被实现为诸如例如JAVA、C++的任何适当编程语言的计算机可读 指令代码，并且可以被存储在计算机可读介质上(可移动盘、易失性或非易失性存储器、嵌 入式存储器/处理器等)。指令代码可操作用于对计算机或任何其它可编程设备进行编程 以执行预定功能。所述程序元件可从诸如万维网的网络获得，从那里可以将其下载。可以借助于计算机程序(相应地软件)来实现本发明。然而，还可以借助于一个或 多个特定电子电路(相应地硬件)来实现本发明。此外，还可以以混合的形式(即以软件模块 和硬件模块的组合)来实现本发明。必须注意的是已参考不同的主题描述了本发明的实施例。特别地，已参考方法类 型权利要求描述了某些实施例，而参考装置类型权利要求描述了其它实施例。然而，本领域 的技术人员将从以上和以下说明推测，除非另外通知，除了属于一种类型的主题的特征的 任何组合之外，认为也将用本文来公开与不同主题有关的特征之间、特别是方法类型权利 要求的特征和装置类型权利要求的特征之间的任何组合。本发明的上文定义的方面和其它方面从下文将描述的实施例的示例是显而易见 的，并将参考实施例的示例来进行解释。在下文中将参考实施例的示例来更详细地描述本发明，但本发明不限于所述实施例的示例。
附图1举例说明用于控制风力农场的多个风轮机的操作的基于矩阵的调度算法。
具体实施例方式依照本发明的优选实施例的功率设定点调度算法是基于基于矩阵的函数的乘积。 根据这里所述的实施例，基于矩阵的函数是(a)描述不同风轮机之间的发电量的期望分布 的相关矩阵与(b)设定点向量的乘积，由此，设定点向量的每个分量表示所述多个风轮机中 的一个的单独功率设定点。单独功率设定点不考虑不同风轮机之间的可能相关性。此外，所述基于矩阵的函数包括修正向量，该修正向量被从将相关矩阵与设定点 向量相乘的结果中减去。该修正向量包括用于每个风轮机的功率修正值，由此，每个功率修 正值指示风力农场的总功率输出的请求时间变化率。在其中风力农场包括五个涡轮机的示例中，如以下等式(1)中所给出的那样构造 基于矩阵的函数。可以说基于矩阵的函数可以适合于可以被任意风力农场包括的任何数目的风轮 机。当然，必须相应地修改各向量和各相关矩阵的维数。设定点向量包含用于风力农场的每个风轮机的单独功率设定点。在不考虑不同风 轮机之间的潜在发电相关性的情况下计算单独功率设定点。根据用等式(1)描述的实施例，相对于所有风轮机的实际发电同样地对其进行控 制。这可以从相关矩阵中看到，该相关矩阵是恒等矩阵(相应地单位矩阵)。功率参考向量(power ref. vector)包含针对每个风轮机所计算的协调设定点。所有单独功率设定点如用于控制风力农场的操作的超级控制器所请求的总共给 出期望的实际风力农场功率产生。这用以下等式(2)来表达
此外，根据这里所述的实施例，用以下等式(3 )来给出修正向量
权利要求
1.一种用于控制包括多个风轮机(101-105)的风力农场(100)的操作的方法，该方法 包括 定义设定点向量，其中，设定点向量的每个分量表示所述多个风轮机(101-105)中的 一个的单独功率设定点， 确定相关矩阵，其反映所述多个风轮机(101-105)的不同风轮机(101-105)之间的期 望发电分布， 通过将相关矩阵与设定点向量相乘来计算功率参考向量，使得功率参考向量包括用 于每个风轮机(101-105)的协调功率设定点，以及 基于所计算的功率参考向量来控制风力农场(100)的操作。
2.如前述权利要求所述的方法，其中，基于各风轮机(101-105)的单独额定功率输出 和整个风力农场(100)的请求总功率输出来确定每个单独功率设定点。
3.如前述权利要求所述的方法，其中，所有单独功率设定点的和对应于整个风力农场 (100)的请求总功率输出。
4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中计算功率参考向量还包括将修正向量与将相关矩阵与设定点向量相乘的结果相加，其 中，所述修正向量包括用于每个风轮机(101-105)的功率修正值，由此，每个功率修正值指 示风力农场(100)的总功率输出的请求时间变化率。
5.如前述权利要求所述的方法，其中，每个功率修正值与风力农场(100)的请求总功 率输出的时间导数成比例。
6.如前述权利要求所述的方法，其中，每个功率修正值与风力农场(100)的请求总功 率输出的负时间导数成比例。
7.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中相关矩阵的至少一个元素取决于至少一个风轮机(101-105)的操作类型。
8.一种用于控制包括多个风轮机的风力农场的操作的超级控制系统，所述超级控制 系统包括 用于定义设定点向量的定义单元(120)，其中，所述设定点向量的每个分量表示所述 多个风轮机(101-105)中的一个的单独功率设定点， 确定单元(150)，其用于确定相关矩阵，该相关矩阵反映所述多个风轮机(101-105) 的不同风轮机(101-105)之间的期望发电分布， 计算单元(140)，其用于通过将相关矩阵与设定点向量相乘来计算功率参考向量，使 得所述功率参考向量包括用于每个风轮机(101-105)的协调功率设定点，以及 控制单元，其用于基于所计算的功率参考向量来控制风力农场(100)的操作。
9.一种用于产生电功率的风力农场，所述风力农场(100)包括 多个风轮机(101-105)，每个包括用于控制各风轮机(101-105)的操作的单独控制单 元，以及 如前述权利要求所述的超级控制系统，其中，所述超级控制系统被连接到每个单独控 制单元。
10.一种计算机可读介质，在其上面存储有用于控制包括多个风轮机(101-105)的风 力农场(100)的操作的计算机程序，所述计算机程序在被数据处理器执行时适合于控制和/或执行如权利要求1至8中的任一项所述的方法。
11. 一种用于控制包括多个风轮机(101-105)的风力农场(100)的操作的程序元件， 该程序元件在被数据处理器执行时适合于控制和/或执行如权利要求1至8中的任一项所 述的方法。
全文摘要
本发明涉及基于反映单独风轮机之间的功率负荷分布的矩阵的风力农场功率控制。描述了一种用于控制包括多个风轮机(101-105)的风力农场(100)的操作的方法。所述方法包括(a)定义设定点向量，其中，设定点向量的每个分量表示所述多个风轮机(101-105)中的一个的单独功率设定点，(b)确定相关矩阵，其反应所述多个风轮机(101-105)的不同风轮机(101-105)之间的期望发电分布，(c)通过将相关矩阵与设定点向量相乘来计算功率参考向量，使得该功率参考向量包括用于每个风轮机(101-105)的协调功率设定点，以及(d)基于所计算的功率参考向量来控制风力农场(100)的操作。还描述了超级控制系统、风力农场、计算机可读介质和程序元件，其适合于执行和/或控制上述风力农场操作控制方法。
文档编号F03D7/02GK102128134SQ201110022810
公开日2011年7月20日 申请日期2011年1月20日 优先权日2010年1月20日
发明者P·埃格达, R·克里斯纳 申请人:西门子公司