СПОСОБ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ НАБОРА ДАННЫХ, СПОСОБ ПРИЕМА НАБОРА ДАННЫХ, РЕГУЛЯТОР ВЕТРОПАРКА, БЛОК ВЕТРОПАРКА И ВЕТРОПАРК
METHOD FOR PROVIDING A DATA SET, METHOD FOR RECEIVING A DATA SET, WIND PARK CONTROLLER, WIND PARK UNIT AND WIND PARK

Изобретение относится к обмену данными в ветропарке, а именно между регулятором ветропарка и блоками ветропарка, такими как ветроэнергетические установки, аккумуляторы энергии или STATCOM-блоки (статичные синхронные компенсаторы).
Согласно уровню техники ветропарк имеет множество блоков. Эти блоки означают в частности ветроэнергетические установки, причем охвачены также блоки, такие как аккумуляторы энергии, которые служат для стабилизации предоставленной ветропарком энергии, или STATCOM-блоки, которые служат для предоставления услуг сети. Эти блоки ветропарка имеют внутренние регуляторы, которые посредством заданных управляющих переменных регулировки регулируют внутри себя регулируемую переменную, например отдачу энергии отдельного блока. Управляющие переменные регулировки для блоков предоставляются обычно вышестоящим регулятором ветропарка. Эти управляющие переменные регулировки могут в соответствии с этим варьироваться во время эксплуатации и таким образом, будучи неоднократно обновлены регулятором ветропарка, предоставляются для блоков.
В соответствии с этим ветропарк имеет двухступенчатую схему регулирования. При этом первая, а именно вышестоящая, ступень регулирования предоставляется регулятором ветропарка, который управляющие переменные, которые называются в дальнейшем также управляющими переменными регулировки, определяет для отдельных блоков ветропарка, например для ветроэнергетических установок ветропарка. Эти управляющие переменные рассматриваются затем в регуляторах отдельных блоков как входная величина или расчетные значения и подаются там на вторую, а именно подчиненную, структуру регулирования.
Настоящее изобретение относится к передаче определенной регулятором ветропарка управляющей переменной регулировки на отдельные блоки и таким образом к вышеуказанной вышестоящей схеме регулирования. Регулятор ветропарка получает свои фактические значения при помощи обратной связи, например из точки измерения в области точки подачи в сеть ветропарка, которая называется также узлом сети. То есть в узле сети, в котором все блоки ветропарка подают общую энергию в сеть, значения, такие как например напряжение, частота, активная мощность и/или реактивная мощность, которые предоставляют в распоряжение блоки и которые подаются в питающую сеть, измеряются и предоставляются в виде фактического значения. Это фактическое значение подается на регулятор ветропарка, который в зависимости от также предоставленной входной величины определяет и предоставляет управляющие переменные или управляющие переменные регулировки для блоков. Регулятор ветропарка получает свою входную величину, например, от оператора сети или вышестоящего регулятора кластера.
Предоставленные регулятором ветропарка для блоков управляющие переменные регулировки передаются по линии данных, которая по причинам безопасности данных выполнена в виде электрической линии, на отдельные блоки ветропарка. Однако ввиду физических свойств этих линий данных, в частности у существующих ветропарков более старых поколений, скорость передачи данных ограничена, так что лишь максимальное количество пакетов данных может передаваться за определенный промежуток времени от регулятора ветропарка на отдельные блоки.
В частности для услуг сети, таких как поддержка сети, изменяющиеся управляющие переменные регулировки должны предоставляться регулятором ветропарка для ветроэнергетических установок с частотой обновления в несколько секунд или даже меньше одной секунды. Для того чтобы обеспечивать временные требования реакции отдельных блоков на измененные управляющие переменные регулировки, отдельные блоки ветропарка могут запрашиваться регулятором ветропарка не индивидуально, так как скорость передачи данных в частности у старых ветропарков недостаточна для этого. В отдельных случаях ветропарки имеют скорости передачи данных, которые настолько низки, что предусмотренный сетью промежуток времени для адаптации регулировки позволяет только-только посылать и принимать один единственный пакет данных. Время реакции всех блоков при отдельном запросе блоков индивидуальным набором данных было бы таким образом неудовлетворительным.
Для того чтобы противостоять этому, регулятором ветропарка посылаются пакеты данных, которые выполнены в виде так называемой широковещательной передачи. То есть все блоки ветропарка запрашиваются одним пакетом данных или принимают этот пакет данных и в соответствии с частотой обновления принимают содержащуюся в пакете данных управляющую переменную регулировки для обновления принятой ранее через пакет данных управляющей переменной регулировки.
Если в соответствии с этим имеется, например, избыток выдаваемой энергии, и общая отдача мощности ветропарка должна дросселироваться, то уменьшенное значение для выдаваемой активной мощности ветропарка разделяется в регуляторе ветропарка на доли для отдельных блоков, и эта уменьшенная управляющая переменная регулировки активной мощности предоставляется в широковещательной рассылке всем блокам. Все блоки сокращают затем соответственно свою созданную активную мощность, например на заранее заданную процентную долю.
Для оператора ветропарка эта ситуация невыгодна, в частности если ветропарк состоит из ветроэнергетических установок, которые были установлены в разное время и потому оплачиваются по-разному. А именно было бы желательным ветроэнергетические установки, энергия которых оплачивается меньше, сокращать в отношении их отдачи энергии относительно сильнее, чем отдачу энергии ветроэнергетических установок, энергия которых оплачивается относительно лучше.
Исходя из этого, задача данного изобретения обеспечить с одной стороны быструю регулировку ветроэнергетических установок ветропарка, которая удовлетворяет требованиям оператора сети, а с другой стороны обеспечить индивидуальную регулировку ветроэнергетических установок, например, в зависимости от их даты установки или их положения в ветропарке. В любом случае должна решаться одна из проблем уровня техники.
Немецкое ведомство по патентам и товарным знакам провело по приоритетной заявке к данной заявке поиск  и выявило следующий уровень техники: US 2015/0219075 A1 и DE 10 2007 044 601 A1.
В документе US 2011175353 A1 раскрыт способ управления работой ветропарка, содержащего несколько ветроэнергетических установок. При этом определяется вектор заданных значений, причем каждый компонент вектора заданных значений представляет собой индивидуальное заданное значение мощности одной из нескольких ветроэнергетических установок. Определяется матрица зависимостей, которая отражает желаемое распределение генерирования мощности между ветроэнергетическими установками из нескольких ветроэнергетических установок. Опорный вектор мощности вычисляется путем умножения матрицы зависимостей на вектор заданных значений, так что опорный вектор мощности содержит скоординированное заданное значение мощности для каждой ветроэнергетической установки. Работой ветропарка управляют на основе расчетного опорного вектора мощности.
Документ EP 2563039 A1 описывает Документ EP 2563039 A1 /Д2/ описывает систему управления устройством, содержащую несколько рабочих терминалов, выполненных с возможностью передавать в качестве управляющей команды индивидуальную управляющую команду, передаваемую индивидуально на конкретное управляющее устройство, или коллективную управляющую команду, передаваемую совместно двум или более управляющим устройствам. Каждое управляющее устройство содержит: блок определения команд, определяющий, является ли принятая команда управления индивидуальной управляющей командой или коллективной управляющей командой; и блок обработки информации, который, если принятая управляющая команда является индивидуальной управляющей командой, отвечает коллективной широковещательной передачей на несколько рабочих терминалов уведомления об изменении состояния, соответствующего выполнению индивидуальной управляющей команды, и, если принятая управляющая команда является коллективной управляющей командой, отвечает коллективной широковещательной передачей на рабочие терминалы уведомления об изменении состояния, соответствующего выполнению коллективной управляющей команды.
Исходя из этого, изобретение относится к способу предоставления наборов данных для блоков ветропарка. Блоками являются, например, ветроэнергетические установки, один или несколько STATCOM-блоков и/или один или несколько аккумуляторов энергии. Ветропарк разделен, по меньшей мере, на две группы. По меньшей мере, одна, несколько или каждая группа имеет, по меньшей мере, два из блоков. Согласно способу создается индивидуальный набор данных в каждом случае для каждой из групп. Если определены, например, две группы, то первый набор данных создается для первой группы, а второй набор данных для второй группы.
После этого создается согласно изобретению пакет данных, который включает в себя индивидуальные наборы данных. Таким образом, пакет данных содержит один набор данных в каждом случае для каждой группы. После этого пакет данных передается на все блоки ветропарка.
Кроме того, изобретение относится к способу приема пакета данных, в частности вышеуказанного переданного пакета данных. Этот способ выполняется предпочтительно блоком ветропарка. Ветропарк имеет несколько блоков. Блоки ветропарка разделены помимо этого, по меньшей мере, на две группы, причем, по меньшей мере, одна, несколько или все группы в каждом случае имеют, по меньшей мере, два блока. Способ приема данных включает в себя далее этапы приема пакета данных, который включает в себя, по меньшей мере, индивидуальные наборы данных в каждом случае для каждой из групп. Кроме того, наборы данных извлекаются из пакета данных для группы, с которой соотнесен блок. Наконец, извлеченные наборы данных используются в блоке.
Благодаря изобретению предоставляются таким образом в одном пакете данных, который предоставляется для всех блоков, несколько наборов данных, причем каждый набор данных соотнесен в каждом случае индивидуально ровно с одной группой блоков. Этот пакет данных передается всем блокам и принимается всеми блоками. Пакет данных может передаваться таким образом в рамках широковещательной рассылки. Каждый блок извлекает затем из этого пакета данных набор данных, который соотнесен с группой, с которой соотнесен соответствующий принимающий блок, и использует этот извлеченный набор данных, в то время как наборы данных, которые определены для других групп, игнорируются. Таким образом, все ветроэнергетические установки могут одновременно достигаться одним единственным пакетом данных. Одновременно становится возможным индивидуальное управление, по меньшей мере, двумя группами. Индивидуальный запрос каждого отдельного блока регулятором ветропарка таким образом не требуется. Пакет данных имеет для этого длину в битах, которая позволяет содержать в нем, по меньшей мере, два индивидуальных набора данных.
Согласно первому варианту осуществления индивидуальные наборы данных включают в себя управляющие сигналы, управляющую переменную регулировки, в частности управляющую переменную регулировки активной мощности или управляющую переменную регулировки реактивной мощности, или резервную мощность. В соответствии с этим согласно этому варианту осуществления предоставляются посредством индивидуальных данных при способе предоставления, например, управляющие сигналы или управляющие переменные регулировки, а согласно способу приема управляющие сигналы или управляющие переменные регулировки соответственно извлекаются из пакета данных в виде набора данных.
Согласно другому варианту осуществления пакет данных включает в себя наряду с индивидуальными наборами данных в каждом случае для каждой из групп также, по меньшей мере, один глобальный набор данных, который предоставляется для нескольких или всех групп. Наряду с заданием различных наборов данных для различных групп таким образом также возможно предоставление одного глобального набора данных для нескольких или всех блоков одним единственным пакетом данных. Согласно способу создается таким образом пакет данных, который содержит несколько индивидуальных наборов данных в каждом случае для каждой из групп и дополнительно, по меньшей мере, один глобальный набор данных. Блоком извлекается соответственно из пакета данных согласно этому примеру осуществления индивидуальный набор данных, который соотнесен с группой, с которой соотнесен блок. Кроме того, блок извлекает наряду с индивидуальным набором данных также глобальный набор данных. Таким образом, при помощи одного пакета данных возможно одновременное задание глобального набора данных для всех блоков и индивидуальное задание индивидуального набора данных для различных групп блоков.
Согласно другому варианту осуществления индивидуальные данные соответствуют управляющим переменным регулировки активной мощности, а глобальные данные управляющим переменным регулировки реактивной мощности. В соответствии с этим при способе предоставления управляющие переменные регулировки активной мощности задаются для каждой отдельной группы блоков индивидуально и вкладываются в виде индивидуального набора данных в каждом случае для каждой из групп в пакет данных. В тот же пакет данных дополнительно добавляется созданная управляющая переменная регулировки реактивной мощности в виде глобального набора данных. Согласно способу приема в соответствии с этим вариантом осуществления принимается соответственно в блоке пакет данных, и из пакета данных извлекается управляющая переменная регулировки активной мощности, которая соотнесена с группой, с которой соотнесен блок. Наряду с этой управляющей переменной регулировки активной мощности, которая индивидуально задана для группы, с которой соотнесена ветроэнергетическая установка, которая принимает пакет данных, дополнительно извлекается из того же пакета данных управляющая переменная регулировки реактивной мощности, которая соответствует глобальному набору данных пакета данных.
Вследствие этого в случае заданного оператором сети изменения реактивной мощности, которое должно обеспечиваться парком для поддержки сети, возможно предоставлять эту реактивную мощность всем установкам одновременно. С другой стороны активная мощность может изменяться с индивидуальной долей для различных групп.
Согласно другому варианту осуществления ветропарк включает в себя, по меньшей мере, две группы, причем с одной из этих групп соотнесены все ветроэнергетические установки, которые до заданной даты уже подавали энергию в сеть или до даты были соединены с сетью, в то время как с другой или другими группами соотнесены ветроэнергетические установки, которые лишь после заданной даты подавали энергию в сеть или были соединены с сетью. Предпочтительно на ветроэнергетические установки, которые соотнесены с группой, которая уже до заданной даты была соединена с сетью или подавала энергию в нее, подается пакет данных с индивидуальной управляющей переменной регулировки активной мощности, который позволяет ветроэнергетическим установкам первой группы выдавать относительно более высокую активную мощность, чем блокам других групп.
Таким образом, в случае заданного оператором сети ограничения активной мощности хуже оплаченные новые установки могут ограничиваться в отношении их выдачи активной мощности относительно сильнее, чем лучше оплаченные установки. Это происходит по-прежнему в рамках посылки одно единственного пакета данных, который передается на все ветроэнергетические установки. Таким образом, можно очень быстро реагировать на требования оператора сети и соблюдать заданные границы в пределах заданного времени реакции. Одновременно благодаря индивидуальным наборам данных различными группами блоков можно управлять по-разному.
Согласно другому варианту осуществления с блоками, которые соотнесены с различными группами, соотносятся различные стандартные значения, которые могут называться также значениями по умолчанию. Стандартные значения используются для регулировки блока, если прием пакетов данных нарушен. Эти значения по умолчанию или стандартные значения являются, например, стандартными значениями для управляющих переменных регулировки активной мощности или управляющих переменных регулировки реактивной мощности или резервной мощности.
Кроме того, изобретение относится к регулятору ветропарка, для того чтобы выполнять способ предоставления данных, и к блоку, а именно в частности к ветроэнергетической установке, для того чтобы выполнять способ приема пакетов данных. Кроме того, изобретение охватывает ветропарк с регулятором ветропарка для предоставления пакетов данных и с несколькими ветроэнергетическими установками для приема пакетов данных.
Другие варианты осуществления показаны на основе примеров осуществления, разъясненных более подробно на фигурах:
фиг. 1 - ветроэнергетическая установка;
фиг. 2 - ветропарк;
фиг. 3 - регулятор ветропарка;
фиг. 4 - блок;
фиг. 5 - этапы способа предоставления набора данных; и
фиг. 6 - этапы способа приема набора данных;
Фиг. 1 показывает схематичное изображение блока 100, а именно ветроэнергетической установки 100 ветропарка 112. Ветроэнергетическая установка 100 имеет башню 102 и гондолу 104 на башне 102. На гондоле 104 предусмотрен аэродинамический ротор 106 с тремя лопастями 108 ротора и обтекателем 110. Аэродинамический ротор 106 приводится во время эксплуатации ветроэнергетической установки ветром во вращательное движение и вращает таким образом также ротор или колесо генератора, который непосредственно или опосредованно соединен с аэродинамическим ротором 106. Электрический генератор расположен в гондоле 104 и генерирует электрическую энергию. Углы атаки лопастей 108 ротора могут изменяться посредством двигателями для регулировки угла атаки на комлях соответствующих лопастей 108 ротора.
Фиг. 2 показывает ветропарк 112 в качестве примера с четырьмя ветроэнергетическими установками 100, которые могут быть одинаковыми или различными. Четыре ветроэнергетические установки 100 являются таким образом репрезентативными для практически любого количества ветроэнергетических установок 100 ветропарка 112. Ветроэнергетические установки 100 предоставляют свою мощность, а именно в частности произведенный ток, через электрическую сеть 114 парка. При этом произведенные в каждом случае токи или мощности отдельных ветроэнергетических установок 100 суммируются, и в основном предусмотрен трансформатор 116, который напряжение в парке 112 трансформирует с повышением, для того чтобы затем в точке 118 подачи, которая обозначается также в целом как PCC (точка общего присоединения), узел сети или узел подачи энергии в сеть, подавать энергию в энергосеть 120.
Фиг. 2 - это лишь упрощенное изображение ветропарка 112. Также, например, сеть 114 парка может быть выполнена по-другому, благодаря тому, что, например, также предусмотрен трансформатор 116 на выходе каждой ветроэнергетической установки 100, что указывается лишь в качестве другого примера осуществления.
Ветроэнергетические установки 100 разделены согласно этому примеру осуществления на две группы 122, 124. Обе верхние ветроэнергетические установки 100 соотнесены с первой группой 122, а обе нижние ветроэнергетические установки 100 со второй группой 124.
Далее фиг. 2 показывает регулятор 10, который является в данном случае регулятором 10 ветропарка, который через систему 12 шин соединен с каждой отдельной ветроэнергетической установкой 100. Кроме того, фиг. 2 показывает центр 14 управления оператора, а именно оператора сети или оператора парка. В данном примере осуществления подробно рассматривается передача данных между регуляторами 10 ветропарка и ветроэнергетическими установками 100. Центр 14 управления соединен с входом 15 данных регулятора 10 ветропарка соединением 16. Соединение 16 соответствует, например, TCP/IP-соединению.
Фиг. 3 показывает регулятор 10 ветропарка на увеличенном изображении. Регулятор 10 ветропарка включает в себя вход 15 данных, через который регулятор 10 ветропарка соединен с центром 14 управления оператора. Далее регулятор 10 ветропарка имеет дополнительный вход 20 данных, на который подается обратная связь 19 контура регулирования, который регулируется регулятором 21 регулятора 10 ветропарка. Обратная связь 19 соединена с местом 22 измерения, которое расположено в области точки 118 подачи и измеряет электрические величины сети 114 парка. Этими электрическими величинами являются, например, напряжение и/или частота электрического тока или электрического напряжения в сети 114 парка. Отклонение 24 регулируемой величины определяется в регуляторе 10 ветропарка посредством подачи обратной связи 19 через вход 20 данных и заданной оператором через вход 15 данных входной величиной. Отклонение 24 регулируемой величины подается на регулятор 21, который определяет управляющие переменные для блоков 100 ветропарка 112.
При этом регулятор 21 определяет индивидуальные управляющие переменные для различных групп блоков 100 ветропарка 112. Для этого с регулятором 21 соотносится из блока 26 памяти информация о количестве групп, а также о количестве блоков 100, которые соотнесены с отдельными группами. Кроме того, в блоке 26 памяти сохранено, какими свойствами обладают отдельные блоки группы. Регулятор 21 определяет таким образом - если исходить, как в данном примере, из двух групп ветропарка 112 - первый набор 28 данных и второй набор 30 данных, которые определяются индивидуально для двух различных групп блоков 100. Эти оба индивидуальных набора 28, 30 данных подаются затем на генератор 32 пакета данных, который из этих обоих наборов 28, 30 данных создает пакет 34 данных и выдает его на выходе 36. Пакет 34 данных с двумя наборами 28, 30 данных предоставляется таким образом на линии 12 шины.
Пакет 34 данных может также опционально еще включать в себя, по меньшей мере, один глобальный набор данных, причем это не изображено в данном примере осуществления.
Фиг. 4 показывает фрагмент блока 100, а именно только блок 40 управления блока 100. Блок 40 управления имеет вход 42 данных, на который по линии 12 шины подается пакет 34 данных. Пакет 34 данных подается затем на блок 44 извлечения. Блок 44 извлечения извлекает из пакета 34 данных набор 28, 30 данных, который соотнесен с группой, с которой соотнесен также блок 100. Извлеченный набор 46 данных подается затем на блок 48 регулировки блока 100 для регулирования блока 100.
Фиг. 5 показывает этапы способа предоставления набора 28, 30 данных.
Сначала на этапе 50 создаются индивидуальные наборы 28, 30 данных в каждом случае для каждой из групп 122, 124 нескольких блоков 100 ветропарка 112, и на этапе 52 из индивидуальных наборов 28, 30 данных создается пакет 34 данных. На этапе 54 пакет 34 данных посылается на все блоки 100 ветропарка 112.
Фиг. 6 показывает этапы способа приема данных блоком 100, причем на этапе 56 принимается пакет 34 данных, который включает в себя, по меньшей мере, индивидуальные данные для каждой из групп 122, 124 блоков 100 ветропарка, и на этапе 58 из пакета 34 данных для группы 122, 124 извлекается набор 28, 30 данных, который соотнесен с блоком 100. Затем на этапе 60 извлеченный набор 46 данных используется в блоке 100.