[發明專利]用于控制風力渦輪機的方法和設備

有效

• 申請號: 201010556143.2
• 申請日: 2010-11-12
• 公開（公告）號: CN102062051A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: M·E·卡迪納爾;A·M·克羅多夫斯基;J·G·甘地;S·A·巴克;H·肖爾特-瓦辛克;T·霍夫曼;G·托爾博姆;C·舒爾滕
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;譚祐祥

技術領域

本文描述的主題大體涉及風力渦輪機，并且更具體而言，涉及用于控制風力渦輪機的方法和設備。

背景技術

一般而言，風力渦輪機包括具有轉子的渦輪機，轉子包括具有多個葉片的可旋轉的輪轂組件。葉片將風能轉換成機械旋轉扭矩，機械旋轉扭矩通過轉子驅動一個或多個發電機。發電機有時(但不總是)通過齒輪箱旋轉地聯接到轉子上。齒輪箱提高轉子的固有地低的旋轉速度，以便于發電機將旋轉機械能高效地轉換成電能，該電能通過至少一個電連接而被供給到公用電網中。還存在無齒輪直驅式風力渦輪機。轉子、發電機、齒輪箱和其它構件典型地安裝在殼體或機艙內，殼體或機艙定位在可為桁架或管狀塔架的基座的頂上。

一些風力渦輪機構造包括雙饋感應發電機(DFIG)。這種構造還可包括功率變換器，功率變換器用來將產生的電功率的頻率轉換成基本類似于公用電網頻率的頻率。此外，與DFIG相結合，這種變換器還在公用電網和發電機之間傳送電功率，并且將發電機勵磁功率從(連接)到電力公用電網連接的連接中的一個傳送到繞線發電機轉子。備選地，一些風力渦輪機構造包括但不限于備選類型的感應發電機、永磁(PM)同步發電機和電勵磁同步發電機以及開關磁阻發電機。這些備選構造也可包括功率變換器，功率變換器用來如上所述的那樣轉換頻率以及在公用電網和發電機之間傳送電功率。

已知的風力渦輪機具有多個機械構件和電氣構件。各個電氣構件和/或機械構件可具有與其它構件獨立的或不同的運行極限，例如電流、電壓、功率和/或溫度極限。此外，已知的風力渦輪機典型地設計有和/或組裝有預先定義的額定功率極限。為了在這種額定功率極限內運行，電氣構件和/或機械構件可以關于運行極限以大的邊界來運行。這種運行可導致效率低下的風力渦輪機運行，并且可能不能充分利用風力渦輪機的功率發生容量。

發明內容

在一個實施例中，提供了一種用于風力渦輪機的控制系統，其包括構造成測量風力渦輪機的至少一個運行條件的至少一個測量裝置以及第一控制器。第一控制器構造成基于測得運行條件來計算風力渦輪機的運行極限，以及基于風力渦輪機的構件的極限條件來調節運行極限。

在另一個實施例中，提供了一種風力渦輪機，其包括發電機、構造成可旋轉地驅動發電機的轉子，以及控制系統，該控制系統包括構造成測量風力渦輪機的至少一個運行條件的至少一個測量裝置以及第一控制器。第一控制器構造成基于測得運行條件來計算風力渦輪機的運行極限，基于風力渦輪機的構件的極限條件來調節運行極限，以及基于運行極限來調節發電機和轉子中的至少一個的運行條件。

在又一個實施例中，提供了一種用于控制風力渦輪機的方法，其包括測量風力渦輪機的至少一個運行條件、基于測得運行條件來計算風力渦輪機的運行極限、基于風力渦輪機的構件的極限條件來調節運行極限，以及基于運行極限來調節發電機和轉子中的至少一個的運行條件。

附圖說明

圖1是示例性風力渦輪機的一部分的透視圖。

圖2是適于與圖1所示的風力渦輪機一起使用的示例性電氣與控制系統的示意圖。

圖3是適于與圖2所示的電氣與控制系統一起使用的示例性功率極限控制系統的簡圖。

圖4是適于與圖3所示的功率極限控制系統一起使用的示例性變換器極限計算器的簡圖。

部件列表

100?風力渦輪機

102?機艙

104?塔架

106?轉子

108?葉片

110?輪轂

112?低速軸

114?齒輪箱

116?高速軸

118?發電機

120?發電機定子

122?發電機轉子

200?電氣與控制系統

202?渦輪機控制器

206?定子同步開關

208?定子總線

210?功率變換組件

212?轉子總線

214?主變壓器斷路器

216?系統總線

218?轉子濾波器

219?轉子濾波器總線

220?轉子側功率變換器

222?線路側功率變換器

223?側功率變換器總線

224?線路濾波器

225?線路總線

226?線路接觸器

228?變換斷路器

230?變換斷路器總線

232?連接總線

234?主變壓器

236?發電機側總線

238?電網斷路器

240?斷路器側總線

242?電網總線

244?DC鏈路