具有高度可靠實(shí)時(shí)功率控制的風(fēng)力發(fā)電廠的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力發(fā)電廠的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，該風(fēng)力發(fā)電廠包括多個(gè)電力單元，所述控制系統(tǒng)包括控制裝置，其用于產(chǎn)生基本同時(shí)的電力單元設(shè)定點(diǎn)值的副本；數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其用于向所述多個(gè)電力單元發(fā)送基本同時(shí)的電力單元設(shè)定點(diǎn)值；以及多個(gè)分散表決裝置，其被布置成將分散表決裝置分配到每個(gè)電力單元，每個(gè)分散表決裝置都適于從電力單元設(shè)定點(diǎn)的副本中選擇一個(gè)電力單元設(shè)定點(diǎn)值。本發(fā)明還涉及一種相關(guān)聯(lián)的方法。
【專利說明】具有高度可靠實(shí)時(shí)功率控制的風(fēng)力發(fā)電廠
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種為風(fēng)力發(fā)電廠建立高度可靠實(shí)時(shí)功率控制系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在風(fēng)力發(fā)電廠中，已知的現(xiàn)有技術(shù)是對(duì)每個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)或子站輸出的功率進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，以符合電網(wǎng)要求。控制通常從子站中的中央發(fā)電廠控制器單元進(jìn)行，并可能涉及到對(duì)有功功率、無功功率、頻率、電流和/或電壓的控制。
[0003]隨著風(fēng)力發(fā)電廠的規(guī)模和功率輸出的增大，發(fā)電廠控制中故障造成的后果變得越來越嚴(yán)重。
[0004]新的電網(wǎng)服從法規(guī)對(duì)正常運(yùn)行狀況下以及風(fēng)力發(fā)電廠內(nèi)部或外部電網(wǎng)故障的情況下發(fā)電廠的可靠且決定性功率輸出提出了要求。
[0005]在風(fēng)力發(fā)電廠外部電網(wǎng)故障的情況下，為了補(bǔ)償電網(wǎng)，越來越經(jīng)常依賴于風(fēng)力發(fā)電廠。
[0006]因此希望具有一種高度可靠的發(fā)電廠控制系統(tǒng)，其特征在于:
[0007]ο發(fā)電廠控制器系統(tǒng)的可靠性非常高。這里將“非常高的可靠性”理解為發(fā)電廠控制器系統(tǒng)具有以下特性:在正常運(yùn)行狀況下，在單一故障情況下，并也可能在雙重或多重故障情況下，以非常高的概率來保證正確的發(fā)電廠控制。
[0008]ο用于發(fā)電廠控制的發(fā)電廠通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性非常高。這里將“非常高的可靠性”理解為通信網(wǎng)絡(luò)具有以下特性:在正常運(yùn)行狀況下，在單一故障情況下，并也可能在雙重或多重故障情況下，以非常高的概率保證輸送正確的數(shù)據(jù)。
[0009]ο發(fā)電廠控制器和/或發(fā)電廠資源控制器以及連接的風(fēng)力渦輪機(jī)和子站之間的通信網(wǎng)絡(luò)中的硬實(shí)時(shí)特性。這里將“硬實(shí)時(shí)”理解為通信網(wǎng)絡(luò)具有以下特性:在所有負(fù)載的情況下，在指定最后期限內(nèi)，具有非常高的概率保證輸送數(shù)據(jù)。
[0010]對(duì)發(fā)電廠控制中非常高可靠性的要求由發(fā)電廠控制系統(tǒng)和發(fā)電廠通信系統(tǒng)中的容錯(cuò)性來支持。該要求進(jìn)一步受到分散表決方案的支持，所述分散表決方案旨在在多個(gè)可用風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)定點(diǎn)值當(dāng)中選擇最可靠的風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)定點(diǎn)值。
[0011]用于風(fēng)力發(fā)電廠的容錯(cuò)控制系統(tǒng)通常被實(shí)現(xiàn)為包括各種關(guān)鍵性發(fā)電廠模塊/設(shè)備的副本的冗余系統(tǒng)。在關(guān)鍵性發(fā)電廠模塊/設(shè)備故障時(shí)，其功能由類似的發(fā)電廠模塊/設(shè)備來接管。
[0012]US2009/0309360和US2009/0309361論述了一種用于控制風(fēng)能發(fā)電場(chǎng)的方法和控制系統(tǒng)。在US2009/0309360和US2009/0309361中，主要通信單元控制著多個(gè)具有優(yōu)先級(jí)的控制單元。在具有給定優(yōu)先級(jí)的給定控制單元故障的情況下，主要通信單元選擇優(yōu)先級(jí)較低的控制單元來接管故障控制單元的功能。
[0013]在US2009/0309360和US2009/0309361中提出的方法和系統(tǒng)缺點(diǎn)在于，主要通信單元在另一個(gè)控制單元損壞或任何其它方式的故障的情況下，可選擇哪個(gè)控制單元來接管。然而，在主要通信單元自身損壞的情況下，沒有替換單元可用。[0014]因此，在US2009/0309360和US2009/0309361中提出的控制方法和控制系統(tǒng)不能
被視為容錯(cuò)控制方法/系統(tǒng)，至少在主要通信單元的層次上不是。
[0015]可以將提供風(fēng)力發(fā)電廠中高度可靠的實(shí)時(shí)發(fā)電廠控制看做本發(fā)明實(shí)施例的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]在第一方面，可以通過提供一種用于風(fēng)力發(fā)電廠的實(shí)時(shí)容錯(cuò)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)上述 目的，所述風(fēng)力發(fā)電廠包括多個(gè)電力單元，該控制系統(tǒng)包括
[0017]-控制裝置，其用于產(chǎn)生基本同時(shí)的電力單元設(shè)定點(diǎn)值的副本，
[0018]-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其用于向所述多個(gè)電力單元發(fā)送基本同時(shí)的電力單元設(shè)定點(diǎn)值 的副本，以及
[0019]-多個(gè)分散表決裝置，其被布置成使分散表決裝置被分配到每個(gè)電力單元，每個(gè)分 散表決裝置都適于從電力單元設(shè)定點(diǎn)值的副本中選擇一個(gè)電力單元設(shè)定點(diǎn)值。
[0020]術(shù)語“電力單元”應(yīng)當(dāng)做寬泛理解，并因此可以覆蓋風(fēng)力渦輪機(jī)或其它類型的發(fā)電 或電力供應(yīng)單元，例如儲(chǔ)能單元。顯然，風(fēng)力發(fā)電廠的電力單元可以是不同類型電力單元 (即風(fēng)力渦輪機(jī)、儲(chǔ)能單元等)的組合。
[0021]可以通過使多個(gè)控制裝置針對(duì)相同數(shù)據(jù)進(jìn)行操作同時(shí)執(zhí)行相同的功能，來提供基 本同時(shí)的電力單元設(shè)定點(diǎn)值的副本產(chǎn)生，并因此使該副本是決定性的。
[0022]以下優(yōu)點(diǎn)與本發(fā)明的第一方面相關(guān)聯(lián):
[0023]O本發(fā)明的控制系統(tǒng)架構(gòu)可以滿足對(duì)現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電廠控制系統(tǒng)提出的可靠性的高 要求。
[0024]O本發(fā)明的控制系統(tǒng)架構(gòu)可以滿足對(duì)現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電廠控制系統(tǒng)中可靠實(shí)時(shí)控制的 要求。
[0025]O本發(fā)明的控制系統(tǒng)架構(gòu)可以集成功能安全性，并能夠支持如在IEC61508標(biāo)準(zhǔn)中 所指定的安全相關(guān)功能的低需求模式、高需求模式和連續(xù)模式類別。
[0026]O本發(fā)明的控制系統(tǒng)架構(gòu)以能夠針對(duì)各種風(fēng)力渦輪機(jī)平臺(tái)和各種發(fā)電廠布局調(diào)節(jié) 功能的方式，而可以是可縮放和靈活的。
[0027]該發(fā)電廠控制系統(tǒng)架構(gòu)可以包括發(fā)電廠控制器和相關(guān)傳感器系統(tǒng)。此外，發(fā)電廠 控制系統(tǒng)架構(gòu)可以包括多個(gè)電力單元。電力單元的范例可以是風(fēng)力渦輪機(jī)電力變換器系統(tǒng) 和儲(chǔ)能電力變換器系統(tǒng)。
[0028]本發(fā)明的控制系統(tǒng)架構(gòu)可以應(yīng)用具有高可靠性和安全相關(guān)特性的容錯(cuò)實(shí)時(shí)通信 網(wǎng)絡(luò)(RTCN)。
[0029]該容錯(cuò)控制系統(tǒng)還可以包括主控制器裝置，其適于為控制裝置產(chǎn)生參考信號(hào)，用 以產(chǎn)生基本同時(shí)的電力單元設(shè)定點(diǎn)值的副本。集中式主控制器裝置可以包括用于向控制裝 置產(chǎn)生參考信號(hào)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SCADA)。
[0030]此外，可以提供一種包括多個(gè)傳感器的容錯(cuò)傳感器系統(tǒng)。優(yōu)選地，以冗余方式布置 多個(gè)傳感器。所述多個(gè)傳感器適于測(cè)量在公共耦合點(diǎn)處或附近的至少一個(gè)電參數(shù)。這包括 測(cè)量例如電壓、電流、有功功率、無功功率、頻率等。
[0031]數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)可以包括實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)，例如時(shí)間觸發(fā)的以太網(wǎng)。時(shí)間觸發(fā)的以太 網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)可以被實(shí)現(xiàn)為單容錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)或雙容錯(cuò)或多容錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)。實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)的安全相關(guān)的通信。
[0032]在第二方面，本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電廠，其包括根據(jù)第一方面的容錯(cuò)控制系統(tǒng)。 如前所述，多個(gè)電力單元可以包括一個(gè)或多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)和/或一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能單元。
[0033]在第三方面，本發(fā)明涉及一種實(shí)時(shí)控制風(fēng)力發(fā)電廠的方法，該風(fēng)力發(fā)電廠包括多 個(gè)電力單元，該方法包括以下步驟:
[0034]-產(chǎn)生基本同時(shí)的電力單元設(shè)定點(diǎn)值的副本，
[0035]-經(jīng)由數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)向風(fēng)力發(fā)電廠中的電力單元發(fā)送電力單元設(shè)定點(diǎn)值，
[0036]-在每個(gè)電力單元處執(zhí)行分散表決過程，該分散表決過程包括從電力單元設(shè)定點(diǎn) 值的副本中選擇一個(gè)電力單元設(shè)定點(diǎn)值的步驟，以及
[0037]-在每個(gè)電力單元處向所述電力單元應(yīng)用所選擇的電力單元設(shè)定點(diǎn)值。
[0038]同樣，術(shù)語“電力單元”應(yīng)當(dāng)做寬泛理解，并因此可以覆蓋風(fēng)力渦輪機(jī)或任何其它 類型的發(fā)電或電力供應(yīng)單元，例如儲(chǔ)能單元。顯然，風(fēng)力發(fā)電廠的電力單元可以是不同類型 電力單元(即風(fēng)力渦輪機(jī)、儲(chǔ)能單元等)的組合。
[0039]可以將電力單元設(shè)定點(diǎn)值應(yīng)用于所述風(fēng)力發(fā)電廠中的多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)。替代地或 與之組合，可以將電力單元設(shè)定點(diǎn)值應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電廠中的多個(gè)儲(chǔ)能單元。也可以將所產(chǎn) 生的電力單元設(shè)定點(diǎn)值應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電廠中的所有電力單元。
[0040]在第四方面，本發(fā)明涉及一種控制風(fēng)力發(fā)電廠的方法，該風(fēng)力發(fā)電廠包括多個(gè)電 力單元，該方法包括以下步驟:
[0041 ]-提供風(fēng)力發(fā)電廠內(nèi)的全局時(shí)間，
[0042]-根據(jù)全局時(shí)間將電力單元中的電力切換同步，
[0043]-在電力單元之間進(jìn)行同步的交錯(cuò)式電源切換，以及
[0044]-在電力單元中和之間進(jìn)行同步的可變頻率切換。
[0045]在第五方面，本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力發(fā)電廠的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，該風(fēng)力發(fā)電廠包 括多個(gè)電力單元，所述控制系統(tǒng)包括
[0046]-控制裝置，其用于產(chǎn)生基本同時(shí)的測(cè)量值的副本，
[0047]-數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其用于向所述多個(gè)電力單元發(fā)送基本同時(shí)的測(cè)量值的副本，以及
[0048]-多個(gè)分散表決裝置，其被布置成將分散表決裝置分配到每個(gè)電力單元，每個(gè)分散 表決裝置都適于選擇測(cè)量值的副本中的一個(gè)測(cè)量值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]現(xiàn)在將參考附圖來更詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中
[0050]圖1示出了發(fā)電廠控制系統(tǒng)的第一實(shí)施例，
[0051]圖2示出了發(fā)電廠控制系統(tǒng)的第二實(shí)施例，
[0052]圖3示出了示范性單容錯(cuò)通信網(wǎng)絡(luò)，以及
[0053]圖4示出了示范性雙容錯(cuò)通信網(wǎng)絡(luò)。
[0054]盡管容易對(duì)本發(fā)明做出各種修改和替代形式，但具體實(shí)施例已經(jīng)在附圖中通過舉 例示出并將在此詳細(xì)描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，并非要將本發(fā)明限于所公開的具體形式。相反， 本發(fā)明旨在覆蓋落在如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有修改、等價(jià)體和替 代體?！揪唧w實(shí)施方式】
[0055]總體而言，本發(fā)明旨在提供一種用于風(fēng)力發(fā)電廠的容錯(cuò)控制系統(tǒng)。本發(fā)明的控制 系統(tǒng)架構(gòu)大致反映了 “形式遵循功能”的創(chuàng)建設(shè)計(jì)原則。
[0056]根據(jù)本發(fā)明，風(fēng)力發(fā)電廠中的容錯(cuò)控制伴隨著提供一種支持分散表決的方法和系 統(tǒng)，即，在發(fā)電/供應(yīng)單元(例如風(fēng)力渦輪機(jī)或電力存儲(chǔ)單元)的地方進(jìn)行功率設(shè)定點(diǎn)的選 擇。
[0057]因此，功率控制能力不限于控制風(fēng)力渦輪機(jī)的輸出功率。能夠向電網(wǎng)提供電力的 其它合適發(fā)電/供應(yīng)單元可以是受發(fā)電廠控制器控制的蓄能設(shè)施。
[0058]功率設(shè)定點(diǎn)可以反映要由風(fēng)力發(fā)電廠內(nèi)的風(fēng)力渦輪機(jī)或另一發(fā)電/供應(yīng)單元產(chǎn) 生的功率(有功和/或無功)、頻率、電壓或電流，總的目的是確保整個(gè)發(fā)電廠的功率輸出符 合應(yīng)用于電廠電網(wǎng)連接的電網(wǎng)法規(guī)。
[0059]此外,本發(fā)明將能夠:
[0060]O提高電網(wǎng)接口處的功率質(zhì)量 [0061 ] O提高發(fā)電廠的穩(wěn)定性
[0062]O優(yōu)化發(fā)電廠效率
[0063]O提高在故障條件下發(fā)電廠的可用性和電力生產(chǎn)
[0064]O減小電網(wǎng)電力濾波器的尺寸和成本。
[0065]在下文中，將參考包括多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)力發(fā)電廠來描述本發(fā)明。然而，應(yīng)當(dāng)理 解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以由其它類型的發(fā)電/供應(yīng)單元替代或補(bǔ)充這些 風(fēng)力渦輪機(jī)。
[0066]現(xiàn)在參考圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電廠控制系統(tǒng)100的布局。如圖1中所示，子站116經(jīng)由m個(gè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)128-130連接到n個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)101-103。
[0067]每個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)101-103包括風(fēng)力渦輪機(jī)功率控制器(WTPC) 104-106、或可選 地n+m冗余配置的多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)功率控制器、以及連接到其上的多個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) (CNS)107-115。每個(gè)CNS107-115都與其它風(fēng)力渦輪機(jī)的其它CNS級(jí)聯(lián)耦合，以在子站116 和n個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)101-103之間形成環(huán)形通信路徑128-130。環(huán)形通信路徑128-130經(jīng)由 分配CNS設(shè)備125-127連接到子站116。每個(gè)分配CNS服務(wù)于環(huán)形通信路徑128-130之一。
[0068]環(huán)形通信路徑128-130允許一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)CNS107-115可能故障，而不會(huì)使環(huán)中 的其它風(fēng)力渦輪機(jī)與同一通信路徑之內(nèi)的其它CNS接觸不良。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在環(huán) 形通信路徑128-130上雙向通信數(shù)據(jù)，以獲得更高的故障容忍度。對(duì)環(huán)形連接路徑的替代 可以是具有分配CNS的星形連接，這是因?yàn)榭梢越⒅行狞c(diǎn)。
[0069]通常，應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明不限于通信路徑的特定拓?fù)?。可以使用任何拓?fù)?，?jí)聯(lián)耦 合行、級(jí)聯(lián)耦合環(huán)、星形耦合或其組合。
[0070]每個(gè)WTPC104-106都具有內(nèi)置的表決器，用于經(jīng)由風(fēng)力渦輪機(jī)CNS107-115在一個(gè) 或多個(gè)子站中的冗余發(fā)電廠控制器(PPC) 119-121、冗余傳感器系統(tǒng)118或其它冗余數(shù)據(jù)源 提供的設(shè)定點(diǎn)或數(shù)據(jù)值之間表決。每個(gè)通信路徑128-130都向所連接的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)送設(shè) 定點(diǎn)或數(shù)據(jù)值。因此，對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)101而言，WTPC104的表決器適于通過冗余通信路徑 128-130在對(duì)應(yīng)的冗余發(fā)電廠控制器119-121和/或傳感器系統(tǒng)118提供的設(shè)定點(diǎn)和數(shù)據(jù)值之間進(jìn)行表決。
[0071]可能的情形可以是，表決器根據(jù)“3中取2”(2oo3)的原則進(jìn)行表決，S卩，如果設(shè)定 點(diǎn)值之一顯著偏離其它2個(gè)，則忽略偏離的設(shè)定點(diǎn)值。結(jié)果，選擇兩個(gè)相對(duì)等的設(shè)定點(diǎn)值之 一，并隨后應(yīng)用于功率控制器。
[0072]應(yīng)當(dāng)指出，應(yīng)用的表決原則取決于控制系統(tǒng)布局，并可以與前述2oo3原則不同。
[0073]圖1中示出的子站116包括控制多個(gè)冗余布置的PPC119-121的SCADA117。此外， 每個(gè)PPC從容錯(cuò)傳感器系統(tǒng)118的多個(gè)傳感器接收測(cè)量數(shù)據(jù)。容錯(cuò)傳感器系統(tǒng)可以包括多 個(gè)冗余布置的傳感器，這些傳感器被定位在風(fēng)力發(fā)電廠的公共耦合點(diǎn)(PCC)處或附近。傳 感器可直接連接到PPC，或它們可以經(jīng)由本地總線與PPC通信，或者它們可以通過至CNS的 連接經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)來通信。
[0074]如圖1中所示，傳感器子系統(tǒng)118向三個(gè)PPC119-121提供其測(cè)量數(shù)據(jù)(功率、頻 率、電壓、電流等)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，基本同時(shí)向PPCl 19-121提供相同的數(shù)據(jù)。這 樣允許PPC119-121同時(shí)處理相同的數(shù)據(jù)，并因此只要PPC119-121沒有內(nèi)部故障，就產(chǎn)生相 同的輸出。該原理確保了從PPC在設(shè)定點(diǎn)之間的“副本決定論”。這種特性防止發(fā)生由PPC 中的不同計(jì)算軌跡導(dǎo)致的電力單元中的錯(cuò)誤表決。
[0075]在副本決定性系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)的期望特性是“故障-沉默”，這意味著在內(nèi)部故障的 情況下，節(jié)點(diǎn)將不能進(jìn)入無源狀態(tài)。在PPC的設(shè)計(jì)中強(qiáng)制了這種特性。
[0076]每個(gè)PPC119-121都從SCADA117接收參考信號(hào)，并據(jù)此產(chǎn)生風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)定點(diǎn)值。 經(jīng)由可獨(dú)立工作的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)128-130向風(fēng)力發(fā)電廠中的風(fēng)力渦輪機(jī)提供風(fēng)力渦輪機(jī) 設(shè)定點(diǎn)值。因此，參考圖1，風(fēng)力渦輪機(jī)101-103的每個(gè)都根據(jù)PPC系統(tǒng)中的容錯(cuò)水平，接收 兩個(gè)或三個(gè)獨(dú)立產(chǎn)生的風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)定點(diǎn)值。每個(gè)WTPC104-106中并入的表決器表決并選 擇設(shè)定點(diǎn)值中的一個(gè)有效設(shè)定點(diǎn)。
[0077]通過定位于子站116內(nèi)的分配CNS125-127進(jìn)行渦輪機(jī)設(shè)定點(diǎn)值的分配。在兩種 或更多實(shí)例中實(shí)施CNS，以支持期望的容錯(cuò)性。分配CNS能夠支持多個(gè)獨(dú)立的風(fēng)力渦輪機(jī)數(shù) 據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，并因此，支持風(fēng)力發(fā)電廠中的多行風(fēng)力渦輪機(jī)。
[0078]在被分配在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)128-130上之前，可以通過位于子站之內(nèi)的兩個(gè)或三個(gè) 控制CNS122-124傳遞所產(chǎn)生的風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)定點(diǎn)值。這樣允許可以將設(shè)定點(diǎn)值傳遞到其 它分配CNS組131-132，從而能夠控制風(fēng)力發(fā)電廠中另外的風(fēng)力渦輪機(jī)。
[0079]圖2示出了風(fēng)力發(fā)電廠控制系統(tǒng)200的布局的另一實(shí)施例。與圖1相比，省略了 子站216的PPCl 19-121。相反，將PPC的功能并入風(fēng)力渦輪機(jī)201-203的WTPC204-206 中。通過子站216內(nèi)的控制CNS219-221和分配CNS225-227向風(fēng)力渦輪機(jī)中的WTPC系統(tǒng) 204-206分配容錯(cuò)傳感器數(shù)據(jù)。類似于圖1所示的實(shí)施例，每個(gè)CNS207-215都與其它風(fēng)力 渦輪機(jī)的其它CNS級(jí)聯(lián)耦合，以在子站216和n個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)201-203之間形成環(huán)形通信 路徑222-224。可以經(jīng)由控制CNS219-221向其它分配CNS組228-229傳遞設(shè)定點(diǎn)值，從而 能夠控制風(fēng)力發(fā)電廠中的其它風(fēng)力渦輪機(jī)。
[0080]如前所述，本發(fā)明不限于通信路徑的特定拓?fù)洹？梢允褂萌魏瓮負(fù)?，?jí)聯(lián)耦合行、 級(jí)聯(lián)耦合環(huán)、星形耦合或其組合。
[0081]在圖1和2中所示的實(shí)施例中，PPC和CNS系統(tǒng)可以是單容錯(cuò)的，利用PPC和CNS 的兩個(gè)實(shí)例；或者它們可以是雙容錯(cuò)的，利用PPC和CNS的三個(gè)實(shí)例。[0082]在圖1和2中所示的實(shí)施例中，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)是高度可靠的網(wǎng)絡(luò)，并表現(xiàn)出實(shí) 時(shí)能力，該實(shí)時(shí)能力保證以非常高的概率在指定最后期限內(nèi)輸送數(shù)據(jù)。
[0083]優(yōu)選地，發(fā)電廠控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠以lms、500ii s、100ii s或甚至更短間隔通信硬 實(shí)時(shí)設(shè)定點(diǎn)值。
[0084]合適的網(wǎng)絡(luò)可以是以太網(wǎng)/IP、以太網(wǎng)POWERLINK、EtherCAT, SERCOS II1、 PROFInet-1RT, TTEthernet或具有類似特性的其它數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。
[0085]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，RTCN是具有時(shí)間觸發(fā)特性的高決定性通信網(wǎng)絡(luò)。這樣 的網(wǎng)絡(luò)可以是TTEthernet或具有類似特性的其它通信網(wǎng)絡(luò)。這種RTCN使得數(shù)據(jù)在冗余 RTCN信道上基本同時(shí)可用，并從而為系統(tǒng)水平的容錯(cuò)提供強(qiáng)大支持。
[0086]TTEthernet將時(shí)間觸發(fā)的通信樣式的優(yōu)點(diǎn)與廣泛傳播的以太網(wǎng)的靈活性相結(jié)合。 它支持標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)流量，同時(shí)確保不干擾關(guān)鍵性數(shù)據(jù)流量。在這樣的通信樣式中，在設(shè)計(jì)階 段規(guī)劃RTCN上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的通信，并且相關(guān)聯(lián)的節(jié)點(diǎn)具有數(shù)據(jù)何時(shí)可用的先驗(yàn)知識(shí)。
[0087]TTEthernet還向系統(tǒng)中的所有節(jié)點(diǎn)提供了容錯(cuò)精確度全局時(shí)間。這些特性使得能 夠保證通過訂閱相同數(shù)據(jù)的兩個(gè)或更多副本節(jié)點(diǎn)同時(shí)對(duì)相同數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，并由于精確度 全局時(shí)間的緣故，而被設(shè)計(jì)成基本同時(shí)執(zhí)行相同功能，并從而是副本決定性的。
[0088]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，RTCN具有如在IEC61508標(biāo)準(zhǔn)中定義的支持“連續(xù)模 式”安全相關(guān)功能的特性。連續(xù)模式安全功能將取決于在RTCN上的節(jié)點(diǎn)之間通信的安全 相關(guān)數(shù)據(jù)，以執(zhí)行安全功能。TTEthernet固有地通過其容錯(cuò)和安全相關(guān)特性來支持連續(xù)模 式安全功能。TTEthernet通信系統(tǒng)是可證明安全性的。通過利用這種通信網(wǎng)絡(luò)，可以根據(jù) IEC61508標(biāo)準(zhǔn)中的定義來擴(kuò)展本發(fā)明容錯(cuò)架構(gòu)的能力，以包括全部類別的安全功能:低需 求模式、高需求模式和連續(xù)模式安全功能。
[0089]發(fā)電廠控制系統(tǒng)的可依賴性可進(jìn)一步的特征在于:
[0090]O可以根據(jù)在IEC61508標(biāo)準(zhǔn)中的定義將進(jìn)行發(fā)電廠控制的失敗概率保證為安全 完整性等級(jí)2 (SIL2)。
[0091]O可以根據(jù)在IEC61508標(biāo)準(zhǔn)中的定義將進(jìn)行發(fā)電廠控制的失敗概率保證為安全 完整性等級(jí)3 (SIL3)。
[0092]在分配式系統(tǒng)中，可以通過建立精確的全局時(shí)間來支持容錯(cuò)和實(shí)時(shí)特性，其中節(jié) 點(diǎn)所具有的公共時(shí)間概念偏差微乎其微，通常在微秒或更小的范圍內(nèi)，然而不限于該精度。 全局時(shí)間支持:
[0093]O跨節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集的同步
[0094]O跨節(jié)點(diǎn)過程的同步
[0095]O數(shù)據(jù)通信塒間觸發(fā)的通信)的同步
[0096]O容錯(cuò)控制器和分配式節(jié)點(diǎn)中的副本決定論
[0097]可以通過在風(fēng)力渦輪機(jī)中以及整個(gè)風(fēng)力發(fā)電廠中實(shí)施兼容IEEE-1588的精確度 時(shí)間協(xié)議來建立全局時(shí)間。可替換地，可以利用對(duì)于作為很多工業(yè)RTCN的部分的精確全局 時(shí)間的固有支持，來建立全局時(shí)間。在精確全局時(shí)間對(duì)于系統(tǒng)可用性和/或安全性至關(guān)重 要的系統(tǒng)中，必須要在分配精確全局時(shí)間時(shí)建立足夠水平的容錯(cuò)和可靠性，以支持這一點(diǎn)。 TTEthernet支持具有非常高可靠性特性的全局時(shí)間。
[0098]全局時(shí)間域可以包括整個(gè)風(fēng)力發(fā)電廠或僅僅其部分。[0099]全局時(shí)間的特定方面是能夠?qū)︼L(fēng)力渦輪機(jī)及其它發(fā)電廠應(yīng)用中的電力切換進(jìn)行 同步。這種能力能夠支持風(fēng)力渦輪機(jī)和子站應(yīng)用內(nèi)以及風(fēng)力發(fā)電廠中的風(fēng)力渦輪機(jī)和子站 應(yīng)用之間的交錯(cuò)式功率切換。全局時(shí)間還能夠支持同步的可變頻率切換，其能夠減少來自 切換系統(tǒng)的窄帶噪聲發(fā)射。組合交錯(cuò)的切換和頻率切換會(huì)是有益的。功率切換對(duì)準(zhǔn)的目的 是減少濾波器系統(tǒng)、減少電磁干擾、以及減少電網(wǎng)連接處的電噪聲。
[0100]現(xiàn)在參考圖3，容錯(cuò)控制系統(tǒng)300中的DCN305-314由冗余CN連接。圖3例示了應(yīng) 用冗余通信交換機(jī)301-304的單容錯(cuò)CN300。這種結(jié)構(gòu)滿足系統(tǒng)高可靠性所需的容錯(cuò)性。 相對(duì)于本發(fā)明，DCN可以是WTPC。
[0101]每個(gè)DCN305-314通常包括分配式控制系統(tǒng)單元，該分配式控制系統(tǒng)單元是單獨(dú) 地或與其它DCN305-314的其它分配式控制系統(tǒng)單元相組合，來形成給定風(fēng)力渦輪機(jī)或發(fā) 電廠子系統(tǒng)的完整控制系統(tǒng)。經(jīng)由冗余通信路徑315提供與其它通信交換機(jī)的通信。
[0102]圖4例示了應(yīng)用三重冗余通信架構(gòu)的雙容錯(cuò)RTCN400，該架構(gòu)包括三個(gè)通信交換 機(jī)401-403和六個(gè)DCN404-409。這種結(jié)構(gòu)滿足非常高的系統(tǒng)可靠性以及在首次故障之后對(duì) 于長的平均時(shí)間的修理的任務(wù)關(guān)鍵性容錯(cuò)系統(tǒng)所需的容錯(cuò)性。經(jīng)由三重冗余通信路徑410 提供與其它通信交換機(jī)的通信。
【權(quán)利要求】
1.一種用于風(fēng)力發(fā)電廠的實(shí)時(shí)容錯(cuò)控制系統(tǒng)，所述風(fēng)力發(fā)電廠包括多個(gè)電力單元，所述控制系統(tǒng)包括: -控制裝置，其用于產(chǎn)生基本同時(shí)的電力單元設(shè)定點(diǎn)值的副本， -數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，其用于向所述多個(gè)電力單元發(fā)送基本同時(shí)的電力單元設(shè)定點(diǎn)值的副本，以及 -多個(gè)分散表決裝置，其被布置成使分散表決裝置被分配到每個(gè)電力單兀，每個(gè)分散表決裝置都適于從電力單元設(shè)定點(diǎn)值的所述副本中選擇一個(gè)電力單元設(shè)定點(diǎn)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，還包括集中式主控制器裝置，所述集中式主控制器裝置適于為所述控制裝置產(chǎn)生參考信號(hào)，用以產(chǎn)生基本同時(shí)的電力單元設(shè)定點(diǎn)值的副本。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，還包括容錯(cuò)傳感器系統(tǒng)，所述容錯(cuò)傳感器系統(tǒng)包括多個(gè)傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，其中所述多個(gè)傳感器以冗余方式來布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，其中所述多個(gè)傳感器適于測(cè)量在公共耦合點(diǎn)處或附近的至少一個(gè)電參數(shù)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)包括實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，其中所述實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)包括時(shí)間觸發(fā)的以太網(wǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，其中所述時(shí)間觸發(fā)的以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)被實(shí)現(xiàn)為單容錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，其中所述時(shí)間觸發(fā)的以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)被實(shí)現(xiàn)為雙容錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中的任一項(xiàng)所述的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，其中所述實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)支持安全相關(guān)的數(shù)據(jù)通信。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，還包括用于建立全局時(shí)間的>j-U ρ?α裝直。
12.—種風(fēng)力發(fā)電廠，包括根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的實(shí)時(shí)容錯(cuò)控制系統(tǒng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的風(fēng)力發(fā)電廠，其中所述多個(gè)電力單元包括一個(gè)或多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的風(fēng)力發(fā)電廠，其中所述多個(gè)電力單元包括一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能單元。
15.一種用于實(shí)時(shí)控制風(fēng)力發(fā)電廠的方法，所述風(fēng)力發(fā)電廠包括多個(gè)電力單元，所述方法包括以下步驟: -產(chǎn)生基本同時(shí)的電力單元設(shè)定點(diǎn)值的副本， -經(jīng)由數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)向所述風(fēng)力發(fā)電廠中的所述電力單元發(fā)送所述電力單元設(shè)定點(diǎn)值， -在每個(gè)電力單元處執(zhí)行分散表決過程，所述分散表決過程包括從電力單元設(shè)定點(diǎn)值的所述副本中選擇一個(gè)電力單元設(shè)定點(diǎn)值的步驟，以及-在每個(gè)電力單元處向所述電力單元應(yīng)用所選擇的電力單元設(shè)定點(diǎn)值。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，將所選擇的電力單元設(shè)定點(diǎn)值應(yīng)用于所述風(fēng)力發(fā)電廠中的多個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其中，將所選擇的電力單元設(shè)定點(diǎn)值應(yīng)用于所述風(fēng)力發(fā)電廠中的多個(gè)儲(chǔ)能單元。
18.根據(jù)權(quán)利要求15-17中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，將所選擇的電力單元設(shè)定點(diǎn)值應(yīng)用于所述風(fēng)力發(fā)電廠中的所有電力單元。
【文檔編號(hào)】G05B9/03GK103562805SQ201280026408
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月30日
【發(fā)明者】J·本特松, N·E·丹尼爾森 申請(qǐng)人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)集團(tuán)公司