风力发电站控制系统、包括风力发电站控制系统的风力发电站以及控制风力发电站的方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施例总体涉及一种风力发电站控制系统和一种控制风力发电站的方 法。
【背景技术】
[0002] 近年来，已日益关注减少由燃烧化石燃料生成的温室气体的排放。减少温室气体 排放的一个解决方案是开发可再生能源。特别是，已证明来自风的能量是对环境安全且可 靠的能源，其可减少对化石燃料的依赖。
[0003] 风能可由风力涡轮机捕获，风力涡轮机是将风的动能转换成机械能、并且随后将 所述机械能转换成电能的旋转机器。多个风力涡轮发电机可共同布置在风场或风力发电站 中以生成足以支持电网的能量。风力发电站可定位在陆上或海上，并且其通常覆盖大地理 区域。每个风力涡轮发电机典型地包括或连接到风力涡轮机控制器，并且风力发电站典型 地包括中央控制器（通常称为发电站控制器、中央控制器或主控制器），所述中央控制器能 耦合到个体风力涡轮发电机的风力涡轮机控制器。所述发电站控制器被布置为从所述风力 涡轮机控制器接收信息（例如与来自所述风力涡轮发电机的功率输出和/或测量值有关）， 并且所述发电站控制器被布置为将信息传输到风力涡轮发电机（例如）以便从风力涡轮发 电机获得请求输出。
[0004] 这些因素通常使得必需提供用于监视和控制风力发电设施的各种网络化互连和 通信技术。
[0005] 在具有多个风力涡轮发电机的风力发电站中，注意力已从独立风力涡轮发电机连 接点转移到中央风力发电站连接点，通常称为"共用耦合点"。执行具有数个风力涡轮发电 机的风力发电站的中央控制时的一个限制因素是其用于从个体风力涡轮发电机收集和加 工信息、将所述信息传输到所述中央控制器或发电站控制器并且将控制数据（例如新有功 或无功功率设定点）从所述发电站控制器分配到所述风力涡轮机控制器所花费的时间。
【发明内容】
[0006] 本发明的实施例总体涉及一种风力发电站控制系统、一种包括风力发电站控制系 统的风力发电站以及一种用于控制风力发电站的方法。
[0007] 本发明的一个实施例提供一种风力发电站控制系统，其被布置为控制风力发电站 中的一个或多个风力涡轮发电机。所述风力发电站控制系统包括发电站控制器和建模单 元，所述建模单元能耦合到所述发电站控制器。所述建模单元被布置为计算来自所述一个 或多个风力涡轮发电机的电学输出参数的估计值，并且被布置为将所述估计值输出到所述 发电站控制器。所述发电站控制器被布置为确定用于调度到所述一个或多个风力涡轮发电 机的参考信号，其中，所述电学输出参数的所述估计值由所述发电站控制器用于所述参考 信号的所述确定中。所述发电站控制器被布置为将所确定的参考信号调度到所述一个或多 个风力涡轮发电机。
[0008] 本发明的另一实施例提供一种通过风力发电站控制系统来控制包括一个或多个 风力涡轮发电机的风力发电站的方法，所述风力发电站控制系统包括发电站控制器和建模 单元，其中，所述建模单元能親合到所述发电站控制器。所述方法包括如下步骤：在所述建 模单元中，计算来自所述一个或多个风力祸轮发电机的电学输出参数的估计值（yl，y2，..， yn);并且将所述估计值从所述建模单元输出到所述发电站控制器。所述方法还包括在所述 发电站控制器中并且通过使用所述电学输出参数，确定用于调度到所述一个或多个风力涡 轮发电机的参考信号的步骤。所述方法还可包括实际上将所述参考信号从所述发电站控制 器传输到所述一个或多个风力涡轮发电机的步骤。
[0009] 其他特征是所公开的方法和产品中固有的或将由所属领域的技术人员根据以下 说明和附图变得显而易见。
【附图说明】
[0010] 通过示例的方式，并且参考附图，解释了本发明的实施例。应注意，附图仅示出本 发明的实施例的实例且因此并不视为限制本发明的范围，因为本发明可承认其他具有相同 效果的实施例。
[0011] 图1示出风力发电站的简化视图；
[0012] 图2至图4示出根据本发明的风力发电站控制系统的示意图；并且
[0013] 图5示出根据本发明的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0014] 在下文中，参考本发明的实施例。然而，应理解，本发明并不限于特别描述的实施 例。相反，预期以下特征和元件的任意组合（无论是否涉及不同实施例），实施和实践本发 明。在这些图中，相似的附图标记意在表示相似的实体。
[0015] 此外，在本发明的各种实施例中，提供优于现有技术的众多优点。然而，虽然本发 明的实施例可实现优于其他可行解决方案和/或优于现有技术的优点，但是本发明并不限 制给定实施例是否实现特定优点。因此，以下方面、特征、实施例和优点仅为示例性并且不 是权利要求的考虑要素或限制，除非在（一个或多个）权利要求中明确记载。同样地，对"本 发明"的引用不应被理解为对本文中所公开的任一发明主题的概括并且不应视为权利要求 的要素或限制，除非在（一个或多个）权利要求中明确记载。
[0016] 在转到基于附图的实施例的【具体实施方式】之前，将论述实施例的再几个一般物 项。
[0017] 本发明的一个实施例提供一种被布置为控制风力发电站中的一个或多个风力涡 轮发电机的风力发电站控制系统。所述风力发电站控制系统包括发电站控制器和建模单 元，所述建模单元能耦合到所述发电站控制器。所述发电站控制器被布置为确定用于调度 到所述一个或多个风力涡轮发电机的参考信号。所述建模单元被布置为计算来自所述一个 或多个风力涡轮发电机的电学输出参数的估计值，并且被布置为将所述估计值输出到所述 发电站控制器。所述电学输出参数的所述估计值由所述发电站控制器用于所述参考信号的 所述确定中。所述发电站控制器被布置为将所确定的参考信号调度到所述一个或多个风力 涡轮发电机。
[0018] 根据本发明的所述风力发电站系统包括发电站控制器和建模单元。所述发电站控 制器和所述建模单元可以是同一个处理单元的一部分，或者其可以是能耦合到彼此的独立 单元。
[0019] 用于从所述发电站控制器调度到所述一个或多个风力涡轮发电机的所述参考信 号可以是个体参考信号，即所述一个或多个风力涡轮发电机可接收不同参考信号或者发送 到所述一个或多个风力涡轮发电机中的每个风力涡轮发电机的共用或等同参考信号。
[0020] 术语"电学输出参数"意在表不与来自风力祸轮发电机的电学输出有关的任何相 关参数。电学输出参数可（例如）包括来自所述一个或多个风力涡轮发电机的电输出的有 功功率、无功功率、功率因数、电学信号的频率、电压和/或安培数。
[0021 ] 所述建模单元被布置为计算来自所述一个或多个风力涡轮发电机的电学输出参 数的估计值，并且将所述估计值输出到所述发电站控制器，并且所述发电站控制器被布置 为将这些估计值用于将调度到所述一个或多个风力涡轮发电机的所述参考信号的所述确 定中。据此，可能避免其中关于来自所述一个或多个风力涡轮发电机的所述电学输出参数 的测量信号因信号加工和通信延迟而延迟的控制回路。信号加工发生（例如）以便避免噪 声和/或执行内部风力涡轮机控制回路，并且其中，通信延迟因从所述一个或多个风力涡 轮发电机到所述发电站控制器的传输时间而发生。本发明的所述系统的优点在于可获得较 快控制回路。较快控制回路可实现具有较大鲁棒性、较快反应并且其中可避免功率振荡的 风力发电站，因为可更精确地执行快速响应，例如无过冲。因此，可提供具有更高稳定性、较 快响应和/或较高性能的风力发电站。
[0022] 在所述风力发电站控制系统的实施例中，所述发电站控制器被布置为还将所述参 考信号调度到所述建模单元，并且所述建模单元被布置为至少部分基于来自所述发电站控 制器的所述参考信号来计算所述估计值。据此，与发送到所述一个或多个风力涡轮发电机 的参考信号相似的参考信号也发送到所述建模单元。因此，所述建模单元获得经更新参考 信号并且可使用这些经更新参考信号用于基于所述经更新参考信号提供来自所述一个或 多个风力涡轮发电机的所述电学输出参数的所述估计值。
[0023] 所述风力发电站控制系统的所述建模单元可被布置为从所述风力涡轮发电机接 收所述电学输出参数的测量值，并且所述建模单元可包括被布置为生成指示所述电学输出 参数的所述测量值与所述估计值之间的差的估计误差信号的比较器。此估计误差信号可由 所述建模单元使用来更新由所述建模单元用于估计所述电学输出参数的所述值的模型。将 所述电学输出参数的测量值传输到所述建模单元使得所述建模单元可能将所述测量值与 对应的生成的估计值进行比较，且因此在存在差异的情况下更新所述模型。据此，要由所述 建模单元生成的所述估计值的精度得以增强。
[0024] 在所述风力发电站控制系统中，来自所述一个或多个风力涡轮发电机的所述电学 输出参数的所述测量值以第一采样率传输，并且所述建模单元被布置为以第二采样率输出 所述估计值，所述第二采样率高于所述第一采样率。有利地，所述第二采样率可比所述第一 采样率高至少一个数量级。通常，所述第一采样率由用于在所述一个或多个风力涡轮发电 机内进行信