[發(fā)明專利]無電力網(wǎng)供電的風(fēng)力渦輪啟動(dòng)和操作的方法、設(shè)備和產(chǎn)品

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710162235.0
• 申請日: 2007-10-08
• 公開（公告）號(hào): CN101159423A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·泰希曼;李磊;王長永;楊文強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號(hào): H02P9/00
• 分類號(hào): H02P9/00;H02P9/04;H02J3/38
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王岳;陳景峻

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及發(fā)電裝備與電力網(wǎng)的連接，并且特別地，本發(fā)明涉及將風(fēng)輪機(jī)鏈接到電力網(wǎng)以作為啟動(dòng)過程的一部分。

背景技術(shù)

電力分配網(wǎng)的穩(wěn)定性受到越來越多的關(guān)注。例如，隨著電力生成的持續(xù)反調(diào)節(jié)并且隨著使用再生源(比如風(fēng)力)電力生成裝備的日益增加的共享，電力網(wǎng)中的穩(wěn)定邊際變得越來越小。減小的邊際已導(dǎo)致了更頻繁的電力網(wǎng)斷電。當(dāng)在考慮電力網(wǎng)啟動(dòng)和進(jìn)行電力連接時(shí)至少兩個(gè)問題是值得考慮的。

首先，從電力網(wǎng)斷電恢復(fù)要求至少一個(gè)以及可能若干個(gè)發(fā)電單元在沒有電力網(wǎng)信號(hào)的情況下(例如主動(dòng)電力網(wǎng)(active?grid))被啟動(dòng)。“自行起動(dòng)”的要求被施加在許多類型的發(fā)電機(jī)，包括風(fēng)輪機(jī)。考慮隨著風(fēng)輪機(jī)使用的增加以及功率輸出的增加，風(fēng)輪機(jī)是比以前更大的電力源。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，具有自行起動(dòng)能力的風(fēng)輪機(jī)可以策略性地位于易遭斷電的電力網(wǎng)段內(nèi)部。因此可能依賴于有自行起動(dòng)能力的風(fēng)輪機(jī)來激勵(lì)每個(gè)電力網(wǎng)段。

在這個(gè)情況下，可能考慮到，每個(gè)風(fēng)輪機(jī)將會(huì)形成更大電力網(wǎng)內(nèi)的“島嶼”。島嶼電力網(wǎng)操作可以是臨時(shí)的，比如在從較大電力網(wǎng)斷電的恢復(fù)期間，或者是永久的，比如在自主電力網(wǎng)的情況下。不幸的是，自行起動(dòng)能力是風(fēng)輪機(jī)的新特征。這里進(jìn)行教導(dǎo)的發(fā)明人不知道有什么方案或產(chǎn)品。

此外，借助長的電纜將許多風(fēng)輪機(jī)耦合到電力網(wǎng)。長電纜通常具有大的電容。尤其地，如果風(fēng)輪機(jī)以滿電壓連接，則具有長電纜的風(fēng)輪機(jī)連接能導(dǎo)致不期望的高充電電流的瞬時(shí)傳送以及電壓的瞬變。

所需要的是受控且安全起動(dòng)風(fēng)輪機(jī)的技術(shù)。優(yōu)選地，該技術(shù)用于激勵(lì)具有大電容(如在長電纜的情況下)以及開始電力網(wǎng)操作。

發(fā)明內(nèi)容

公開了一種風(fēng)輪機(jī)，包括：發(fā)電系統(tǒng)，用于通過操作風(fēng)來產(chǎn)生電力，并且包括用于向電力網(wǎng)提供電力的接口；控制系統(tǒng)，用于在發(fā)電系統(tǒng)啟動(dòng)期間控制風(fēng)輪機(jī)的部件，其中啟動(dòng)發(fā)生在電力網(wǎng)的不足的電信號(hào)期間；和至少一個(gè)供能元件和至少一個(gè)耗能元件，用于在啟動(dòng)期間提供在風(fēng)輪機(jī)的輸出和電力網(wǎng)的電信號(hào)之間的平衡。

還公開了一種啟動(dòng)風(fēng)輪機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)的方法，該方法包括：監(jiān)控電力網(wǎng)的信號(hào)，電力網(wǎng)用于分配來自發(fā)電系統(tǒng)的電力輸出信號(hào)，并且通過控制風(fēng)輪機(jī)的啟動(dòng)電源和風(fēng)輪機(jī)的耗能元件中的至少一個(gè)而通過向風(fēng)輪機(jī)的部件供電和消耗來自電力網(wǎng)的功率中的至少一個(gè)操作來起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)。

還公開了一種存在機(jī)器可讀媒體上的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括用于啟動(dòng)風(fēng)輪機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)的指令，用于監(jiān)控電力網(wǎng)的信號(hào)的指令，電力網(wǎng)用于分配來自發(fā)電系統(tǒng)的電力輸出信號(hào)，該指令還用于通過控制風(fēng)輪機(jī)的啟動(dòng)電源和風(fēng)輪機(jī)的耗能元件中的至少一個(gè)而通過向風(fēng)輪機(jī)的部件供電和消耗來自電力網(wǎng)的功率中的至少一個(gè)操作來起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)。

附圖說明

現(xiàn)在參考附圖，其中在一些附圖中相同的元素類似地編號(hào)，其中：

圖1說明風(fēng)力驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)的各方面；

圖2描繪了用于風(fēng)輪機(jī)的支持設(shè)施內(nèi)的各部件；

圖3是風(fēng)輪機(jī)的機(jī)艙的剖視圖；

圖4提供應(yīng)用能量存儲(chǔ)的控制系統(tǒng)概括圖；

圖5描繪臨界控制系統(tǒng)電源的各方面；

圖6描繪用于在獨(dú)立和電力網(wǎng)互連操作之間切換的示例結(jié)構(gòu)；

圖7描繪用于與電力網(wǎng)信號(hào)同步的鎖相環(huán)(PLL)方案的各方面；

圖8是描繪用于在風(fēng)輪機(jī)的獨(dú)立和并行操作之間切換的示例邏輯的流程圖；和

圖9描繪用于從獨(dú)立模式轉(zhuǎn)變到電力網(wǎng)并行模式的仿真信號(hào)。

具體實(shí)施方式

根據(jù)這里的教導(dǎo)的系統(tǒng)架構(gòu)用于自行起動(dòng)風(fēng)輪機(jī)。即是，在電力網(wǎng)電壓不存在的情況下啟動(dòng)和操作風(fēng)輪機(jī)中的所有系統(tǒng)。典型地，電力網(wǎng)電壓被要求用來使風(fēng)輪機(jī)能夠?qū)㈦娔茏⑷氲诫娏W(wǎng)。自行啟動(dòng)能力對于從主要電力網(wǎng)干擾中恢復(fù)、對于自主電力網(wǎng)的操作、以及對于對導(dǎo)致近海風(fēng)力安裝的長電纜進(jìn)行充電是必不可少的。這里公開的系統(tǒng)架構(gòu)用于多個(gè)風(fēng)輪機(jī)的自行起動(dòng)。

如這里使用的，“自行起動(dòng)”和其它類似術(shù)語是指當(dāng)電力網(wǎng)中電信號(hào)不存在時(shí)啟動(dòng)風(fēng)輪機(jī)。電信號(hào)“不存在”是指不存在滿足用于電力網(wǎng)正常操作的設(shè)計(jì)規(guī)范的電信號(hào)。由此，“不存在”可包括完全不存在電信號(hào)以及包括只有電力網(wǎng)中電信號(hào)的較小損失(即存在不足的電信號(hào))。換句話說，認(rèn)識(shí)到，自行起動(dòng)可以在各種條件下發(fā)起且繼續(xù)進(jìn)行直到正常操作信號(hào)存在于電力網(wǎng)中。例如，這里的教導(dǎo)包含了在電力網(wǎng)的低電壓周期期間維持操作，被作為“低電壓照舊進(jìn)行(ride?through)”。