[發明專利]用于增加風力渦輪機功率輸出的系統和方法

有效

• 申請號: 201511036173.X
• 申請日: 2015-12-18
• 公開（公告）號: CN105715452B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: T·埃登菲爾德
• 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: 徐予紅;張懿

公開用于增加風電場中的風力渦輪機的功率輸出的系統和方法。特別地，風電場能夠包含第一和第二雙饋感應發電機風力渦輪機系統。第一風力渦輪機系統的旋轉的轉子速度能夠在降低的風速下至少部分基于指示轉子電壓的數據來調節以增加雙饋感應發電機的功率輸出。轉子速度能夠被調節，使得轉子電壓不超過電壓閾值。第一風力渦輪機系統的功率輸出能夠通過降低第一風力渦輪機系統的無功功率輸出來進一步增加。第一風力渦輪機系統的降低的無功功率輸出能夠通過第二風力渦輪機系統的增加的無功功率輸出來補償。

技術領域

本公開一般涉及風力渦輪機，并且更特別地涉及用于在降低風速下增加雙饋感應發電機風力渦輪機系統的功率輸出的系統和方法。

背景技術

風力作為目前可用的最清潔、最環境友好的能源中的一個已受到更多的關注。典型的現代風力渦輪機能夠包含塔、發電機、齒輪箱、吊艙以及具有一個或多個轉子葉片的轉子。轉子葉片能夠將風能轉化成經由轉子驅動一個或多個發電機的機械旋轉扭矩。一個或多個發電機能夠例如經由齒輪箱耦合到轉子。齒輪箱能夠逐步增加轉子的固有地低旋轉速度，使得發電機能夠將機械旋轉能有效地變換成電能，其能夠經由至少一個電連接饋送到公用電網中。

風力渦輪機能夠使用可變速操作，使得渦輪機葉片的速度隨風速中的改變而改變。然而，在渦輪機的速度波動時，從發電機流出的交流的頻率也波動。因此，可變速渦輪機配置也能夠包含功率變換器，其能夠用來將所生成電力的頻率變換成實質上類似于公用電網頻率的頻率。這類功率變換器通常能夠包括具有所調節的DC鏈路的AC-DC-AC拓撲，并且能夠由變換器控制器來控制。

這類風力渦輪機能夠使用可變速操作來優化負載及改進渦輪機輸出。特別地，在風力渦輪機操作在最佳葉尖速度比時，它們是最有效的。葉尖速度比是渦輪機葉片的葉尖的切向速度和在風力渦輪機處的風的速度之間的比率。因此，風力渦輪機操作在最佳葉尖速度比將收集比它如果操作在最佳葉尖速度比之外將收集的風能更多的風能。

對于許多風力渦輪機，消耗器(customer)的操作空間以及因此數值由風力渦輪機系統所固有一個或多個風力渦輪機組件的最大電壓來限制。例如，風力渦輪機系統中的功率變換器能夠具有限制發電機的最小和最大速度值的電壓約束。

因此，存在對于用于在降低風速下增加風力渦輪機系統的功率輸出同時也將功率變換器電壓級別維持在所指定操作限制內的系統和方法的需要。

發明內容

本發明的方面和優點將在下面的描述中部分闡述，或從描述可以是顯而易見的，或可通過本發明的實施來學習。

本公開的一個示例方面針對風力渦輪機系統。風力渦輪機系統包含具有轉子和定子的風驅動雙饋感應發電機。定子提供AC功率到定子母線。風力渦輪機系統還包含經由轉子母線耦合到雙饋感應發電機的轉子的功率變換器。功率變換器提供輸出到線路母線。功率變換器具有在轉子母線處的關聯電壓閾值。風力渦輪機系統還包含配置成識別雙饋感應發電機處的降低風速的控制系統。在降低風速下，控制系統還配置成至少部分基于指示轉子電壓的數據來調節雙饋感應發電機的轉子的旋轉速度以增加雙饋感應發電機的功率輸出。控制系統調節轉子的旋轉速度，使得轉子電壓不超過在轉子母線處的與功率變換器關聯的電壓閾值。

本公開的另一個示例方面針對用于在降低風速下增加風驅動雙饋感應發電機的功率輸出的方法。方法包含在風驅動雙饋感應發電機處生成交流功率。將交流功率從風驅動雙饋感應發電機的定子提供到定子母線。方法還包含經由轉子母線提供來自功率變換器的轉子電壓到風驅動雙饋感應發電機的轉子。方法還包含檢測風驅動雙饋感應發電機處的降低風速。方法還包含響應于檢測到降低風速，至少部分基于指示轉子電壓的數據將轉子的旋轉速度從第一旋轉速度降低到第二旋轉速度以增加雙饋感應發電機的功率輸出。確定第二旋轉速度，使得轉子電壓不超過在轉子母線處的與功率變換器關聯的電壓閾值。