[發明專利]具有可變旋轉速度特性的風能設施

有效

• 申請號: 201010254203.5
• 申請日: 2010-08-12
• 公開（公告）號: CN101994660A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發明（設計）人: T·克呂格爾
• 申請（專利權）人: 再生動力系統股份公司
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03D7/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李娜;李家麟

技術領域

本發明涉及一種風能設施，該風能設施具有風輪(wind?rotor)、被風輪驅動的雙饋異步發電機，并且具有包括發電機側逆變器(inverter)和電網側逆變器的轉換器以及控制器，該控制器被設計成確定用于操作旋轉速度的操作扭矩，該操作扭矩不超過最大扭矩，并且進而具有電網頻率探測器。

背景技術

現代風能設施被設計用于可變旋轉速度，并且為此目的設有轉換器。通常，它們具有雙饋異步發電機，其定子被永久地連接到電網，并且轉子經由轉換器而被連接到電網。這允許發電機不僅在對應于電網頻率的旋轉速度下而且還在比相應于電網頻率的旋轉速度更低的旋轉速度(或者由其決定的同步旋轉速度)下操作，或者在比相應于同步旋轉速度的旋轉速度更高的旋轉速度下操作。在實際旋轉速度和由電網頻率決定的同步旋轉速度之間的相應差異被稱作轉差率?！?0％或者在一些情形中甚至更大的轉差率數值對于現代風能設施而言是正常的。風能設施因此能夠在寬的旋轉速度范圍內操作。

對于確定轉差率而言重要的同步旋轉速度在實際電網上的實際操作期間不是恒定的，而是經歷與電網頻率相同的波動。例如，當在電網中發生過頻率(overfrequency)時，則同步旋轉速度相應地向上移位，并且反之亦然。如果結果轉差率數值變得太高或者太低，則存在過載和損壞風能設施構件的風險。根據現有技術，用以避免這點的各種補救區域是已知的。

第一措施是基于分別地最差的極端情形設計風能設施的構件，即對于最大容許電網頻率差異加以考慮。最后，這導致對構件的經計劃的過度設計(overengineering)，并且因此在生產成本方面是相應地昂貴的。進而，當特性被與最差的情形匹配時，這導致在額定頻率下的操作是低于最佳狀態的，從而產生產出損失。另外，基于極端情形的這種設計仍然是完全地不充分的，并且進而穩態旋轉速度范圍應該被與電網頻率匹配從而當實際欠頻率(underfrequency)發生時在過度轉子轉差率的情形中、特別地在較重負載的情形中防止過載。

US?2007/069522A1公開了一種用于特性調整的不同的方案。電網頻率得以測量從而確定是否存在過頻率或者欠頻率情況，從而作為其函數朝向同步點移位旋轉速度/扭矩特性。這降低了實際上發生的轉差率。全部特性因此作為實際電網頻率的函數得以調整。這具有以下缺點，即，這個調整作用于整個操作范圍內，由于不必要的降低，這能夠同樣地產生產出損失，如已經在上面關于基于極端情形的靜態設計描述地。進而，這對于特定的操作狀態例如對于過頻率和高負載組合僅給出并不充分的保護。

特別地對于這種危急性操作情況不能保證足夠的保護。

發明內容

針對以上剛剛引用的現有技術的背景，本發明是基于以下目的，即，指定一種改進的風能設施和一種減輕了上述缺點的操作方法。

根據本發明的方案在于獨立權利要求的特征。有利的改進是從屬權利要求的主題。

在這樣一種風能設施的情形中，該風能設施具有風輪、被風輪驅動的雙饋異步發電機，并且具有包括發電機側逆變器和電網側逆變器的轉換器，以及被設計成確定用于操作旋轉速度的操作扭矩的控制器，該操作扭矩不超過最大扭矩，本發明提供一種頻率自適應扭矩限制器，該扭矩限制器具有用于容差范圍(tolerance?band)外的過頻率或者欠頻率的分類器、被設計成在頻率差異的情形中減小最大扭矩的扭矩移位器(toque?shifer)，和在欠頻率下阻止扭矩移位的抑制器(inhibitor)，以及用于頻率差異的信號被施加到其輸入并且與分類器交互從而在過頻率下僅僅下限旋轉速度被增加并且在欠頻率下僅僅上限被降低的頻率依賴旋轉速度限制器。

本發明是基于以下思想，即，并不在整個操作范圍內調整(adapt)操作扭矩，而是僅僅相對于容許極限數值特別是最大數值執行所述調整，但是這種調整并非是以靜態方式執行的，而是作為實際上發生的頻率差異的函數以動態方式執行的。這使得關聯在前已知的方案選項的在以前相矛盾的優點并且因此減小它們的各自的缺點成為可能。特別地，動態限制避免了總是發生的產出損失的缺點，例如在過去當對于最差的情形進行設計時已經在前地不可避免地發生的那些。因為僅僅極限數值而非整個特性在整個操作范圍內移位，所以損失能夠被進一步降低。