[發(fā)明專利]具有LVRT能力的風(fēng)力渦輪機(jī)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980155768.3
• 申請日: 2009-04-30
• 公開（公告）號: CN102301585A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: G·魯?shù)婪?/a>;K-F·斯塔佩菲爾德
• 申請（專利權(quán)）人: 德風(fēng)公司
• 主分類號: H02P9/10
• 分類號: H02P9/10;H02J3/18;F03D7/02
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 李輝;張旭東

對相關(guān)申請的交叉引用

本專利申請根據(jù)35?U.S.C.§119(e)要求2009年1月30日遞交的發(fā)明名稱為“LOW?VOLTAGE?RIDE?THROUGH?FOR?WIND?TURBINES”的待審美國臨時專利申請第61/148,777號的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其全部公開內(nèi)容并入于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體涉及風(fēng)力渦輪機(jī)領(lǐng)域，更具體來說，涉及配置/操作風(fēng)力渦輪機(jī)以在低電壓穿越狀態(tài)(low?voltage?ride?through?condition)期間保持連接到電網(wǎng)。

背景技術(shù)

同電網(wǎng)的總體發(fā)電能力相比，過去風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用是小規(guī)模的。經(jīng)常被用來描述風(fēng)力發(fā)電的相對量的術(shù)語是“滲透性(penetration)”。滲透性是對電網(wǎng)而言風(fēng)力發(fā)電與可用的全部發(fā)電的比。以前，即使在風(fēng)力發(fā)電最高的地方，滲透性水平也是在幾個百分比的范圍內(nèi)。盡管這是相對少量的電力，并且管理風(fēng)力渦輪機(jī)操作的規(guī)則也反映出這種小的滲透性，顯然，該滲透性正在增加，因此針對風(fēng)力渦輪機(jī)的操作規(guī)則現(xiàn)在和將來也會改變。例如，一種正在修改的操作原則就是風(fēng)力渦輪機(jī)必須提供的所需數(shù)量的電網(wǎng)穩(wěn)定性支持。可以理解，隨著風(fēng)力渦輪機(jī)的滲透性增加，對他們對電網(wǎng)穩(wěn)定性所做貢獻(xiàn)的期望也變得更大。

如今電氣設(shè)施面臨對更高質(zhì)量、可靠電力和增加傳輸容量的需求日益增長。增加可靠性和容量的關(guān)鍵在于確保恰當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓。這有助于防止服務(wù)中斷、對電氣服務(wù)設(shè)備、發(fā)電廠和電網(wǎng)的其他部件的損害，并能夠有助于傳輸容量最大。為了向電網(wǎng)可靠地提供電力，風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)(也可以是其他類型的發(fā)電機(jī))必須符合定義了對電力提供商和大功率消費(fèi)者的強(qiáng)制要求的電網(wǎng)互連標(biāo)準(zhǔn)。一種這樣的標(biāo)準(zhǔn)是“低電壓穿越”(LVRT：low?voltage?ride?through)要求，其通常要求在發(fā)電單元的端子處的電壓下降到規(guī)定的電平持續(xù)規(guī)定的時間段(例如，下降到額定電平的15％持續(xù)0.5秒，等)時，發(fā)電單元保持與電網(wǎng)的連接和同步。

LVRT要求已經(jīng)在流和氣體渦輪發(fā)電廠中通過使用由DC電源供電的重要電氣總線和連接至發(fā)電機(jī)的輔助總線得到解決。由于該輸入功率(例如，流或氣體)可以封閉式調(diào)節(jié)，所以相對那些依靠極易變化的風(fēng)速來提供機(jī)械能的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)，這些類型的發(fā)電機(jī)通常更耐電壓波動。過去，允許風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)在低電壓事件期間離線以保護(hù)他們不受損害。但是，由于上面提到的原因，風(fēng)力渦輪機(jī)包含LVRT功能以在這些不希望的電壓波動期間支持電網(wǎng)變得越來越重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明至少總體涉及配置和/或操作風(fēng)力渦輪機(jī)以在低電壓穿越狀態(tài)期間保持連接到電網(wǎng)。本發(fā)明可以由作為單獨(dú)單元操作的風(fēng)力渦輪機(jī)來使用，也可以由在風(fēng)力場/園內(nèi)的一個或更多個風(fēng)力渦輪機(jī)(例如，其中多個風(fēng)力渦輪機(jī)相互連接或者至少可以通過公共耦接點(diǎn)與電網(wǎng)相互連接)來使用。不論實現(xiàn)方式如何，根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)可以包括渦輪轉(zhuǎn)子(例如，具有一個或更多個相關(guān)的葉片)、同步發(fā)電機(jī)、在所述渦輪轉(zhuǎn)子和同步發(fā)電機(jī)之間的傳動系統(tǒng)中的扭矩調(diào)節(jié)器或“TR”(例如，一個這樣的TR是扭矩調(diào)節(jié)變速箱(TRG))、以及可能的其他部件。本發(fā)明的實施方式可以包括配置并操作上面提到的和其他部件，以促進(jìn)所述風(fēng)力渦輪機(jī)的故障電壓穿越功能(例如，低電壓穿越功能)。現(xiàn)在將描述本發(fā)明的各個方面。雖然以下方面的每一點(diǎn)可能涉及或可應(yīng)用于上面所述，但是這里介紹的內(nèi)容并不是對任何這些方面的要求，除非以其他方式提到。

本發(fā)明的第一方面通過一種自動方法來實現(xiàn)，該方法使得風(fēng)力渦輪機(jī)在低電壓事件期間保持與電網(wǎng)的電連接。所述風(fēng)力渦輪機(jī)可以包括耦接至所述電網(wǎng)和經(jīng)由扭矩調(diào)節(jié)器(例如，TRG)耦接至渦輪轉(zhuǎn)子的同步發(fā)電機(jī)。所述自動方法可以包括檢測低電壓事件。而且，所述自動方法可以包括提高所述同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流以在所述低電壓事件期間向所述電網(wǎng)提供無功功率，其中所述提高轉(zhuǎn)子電流是響應(yīng)于檢測到所述低電壓事件而開始的。

多個特征改進(jìn)和額外的特征可應(yīng)用于本發(fā)明的第一方面。這些特征改進(jìn)和額外特征可以單獨(dú)或以任意組合形式使用。以下詳述可單獨(dú)地應(yīng)用于第一方面，直到本發(fā)明第二方面的詳述開始。

在第一方面的一個實施方式中，所述自動方法可以包括調(diào)整所述扭矩調(diào)節(jié)器的操作，例如以改變在所述渦輪轉(zhuǎn)子和所述同步發(fā)電機(jī)之間傳遞的扭矩量(例如，以響應(yīng)于檢測到所述低電壓事件，減小施加給所述同步發(fā)電機(jī)的軸的所述扭矩)。所述扭矩調(diào)節(jié)器可以是任意合適大小、形狀、配置和/或類型的。可以采用任意合適的方式(例如，電氣地、液壓地)調(diào)節(jié)從所述渦輪轉(zhuǎn)子到所述同步發(fā)電機(jī)的扭矩傳遞。