[發明專利]用于對諸如組合需求響應、慣性響應以及旋壓儲備的快速欠頻之類的電網事件作出響應的方法和裝置

無效

• 申請號: 201310269123.0
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN103527407A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: K.S.尼爾森
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00;F03D11/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 馬紅梅;劉春元

技術領域

本發明涉及用于特別在風力渦輪機被連接到其的公用電網的頻率下降情況下控制諸如潮汐渦輪機或風力渦輪機之類的能量產生渦輪機以便提高公用電網的穩定性的一種方法和一種裝置，所述風力渦輪機能夠被配置成提供快速頻率響應或慣性響應但同時最小化風力渦輪機在慣性響應之后以可接受的水平重新開始正常操作的恢復時間。

背景技術

在欠頻事件期間，諸如當電網的頻率降到標稱頻率以下時，常規風力渦輪機可以執行慣性響應功能以用于對電網穩定性作出貢獻。從而，慣性響應功能可以從渦輪機轉子拉出或者提取動能，從而降低轉子的旋轉速度。從而，轉子的轉換效率可能降級并且進一步在能夠以轉子的標稱旋轉速度恢復滿生產水平之前涉及延時。

已經觀察到，常規方法涉及特別有關恢復到正常操作的風力渦輪機的操作的問題。

可能存在對用于特別在公用電網的頻率下降情況下控制被連接到公用電網的風力渦輪機的方法和裝置的需要，其中與常規方法相比風力渦輪機的恢復時間被減少。

進一步，可能存在對用于特別在公用電網的頻率下降情況下控制風力渦輪機的方法和裝置的需要，其中可以以過度方式在不使風力渦輪機的操作劣化的情況下提高電網穩定性。

進一步，可能存在對用于控制風力渦輪機的方法和裝置的需要，其中較大的可靠綜合慣性響應能夠提供有最小化的旋壓儲備量。

發明內容

根據本發明的實施例提供了用于特別在風力渦輪機被連接到其的公用電網的頻率下降情況下控制風力電站特別是風力渦輪機電站的方法，所述方法包括：提高來自風力渦輪機的旋轉轉子的功率提取；并且同時地特別根據標稱功率需求來降低特別來自公用電網的風力渦輪機的功率需求，從而提高風力渦輪機到公用電網的凈功率輸出。

特別在低風速下，提高功率提取可能導致特別從標稱旋轉速度降低轉子的旋轉速度。在高風速下轉子的旋轉速度可以保持不變但葉片螺距角可以被改變以提取更多能量。在后者情況下，可能不存在恢復時間。

所述方法將慣性響應與需求響應結合以便以更有效的方式對公用電網穩定性作出貢獻。

進一步可以針對最大可能的工作范圍來組合需求響應、慣性響應以及旋壓儲備以便以最低的風力生產損失量對電網頻率穩定性作出貢獻。

特別是，與常規方法相比可以擴展可以以其來應用所述方法的風速的范圍以便覆蓋0?m/s至約40?m/s，并且所提出的方法可以適用于年度的所有小時而不是僅在風速對于有功功率生產足夠高的周期期間。

風力渦輪機可以包括一個或多個風力渦輪機轉子葉片被連接到其的轉子，其中轉子驅動發電機，諸如具有帶多個永磁體的外轉子的同步發電機。該發電機可以將可變頻率AC功率流提供給轉換器，特別是將可變頻率AC功率流轉換為然后被提供給公用電網以便給多個消費者提供電能的固定頻率AC功率流的AC-DC-AC轉換器。

所述轉換器可以通過相應的控制信號來控制以便調整發電機施加于轉子的轉矩。從而，來自旋轉轉子的功率提取可以被調整，特別通過提高由發電機作用于轉子所施加的轉矩而提高。從而，轉子可以被減速諸如以假定低于標稱旋轉速度的旋轉速度。標稱旋轉速度還可以被稱為與轉子被設計和構建成以給定風速運行的旋轉速度相對應的額定旋轉速度。轉子的旋轉速度還可以由發電機的旋轉速度來表示。

功率提取可以指的是有功功率的提取和/或無功功率的提取。特別是，可以在公用電網的頻率下降情況下提高有功功率提取，然而，提高功率提取和/或降低功率需求可以通過來自諸如可能未必需要公用電網的頻率下降或電壓降的電場導向器（park?pilot）之類的控制器的特定命令來啟動。

所述控制方法的主要目的是為了頻率響應。

風力渦輪機可以包括在風力渦輪機的正常操作期間可能需要電能的一個或多個電氣風力渦輪機部件。然而，這些電氣風力渦輪機部件中的一些可能并非在所有情況下需要電能的供應或最大電能量的供應。特別是，在不妨礙風力渦輪機的操作的情況下這些電氣風力渦輪機部件中的一些可以被斷開持續一定時間段或者至少可以用降低的功率需求運行持續一定時間段。從而，風力渦輪機的功率需求可以被降低從而有效地對風力渦輪機的所增加的凈功率輸出作出貢獻。風力渦輪機的凈功率輸出可以為從旋轉轉子提取的總功率或由轉換器減少風力渦輪機的功率需求以便將電能提供給電氣風力渦輪機部件所輸出的總功率。

通過組合功率提取的提高和功率需求的降低公用電網可以被穩定，特別是有關期望的頻率，同時可能不以過度的方式干擾風力渦輪機的操作，使得特別風力渦輪機可以在相對短的恢復時間之后重新開始標稱操作或正常操作。