[發(fā)明專利]用于在低風速期間操作風場的系統(tǒng)和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010466533.4
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN112012886A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發(fā)明（設計）人: V.N.文基塔納拉亞南;P.H.哈特;A.F.穆斯維;C.J.科蘇思;E.烏本;A.阿克布盧特
• 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: 危凱權;金飛

一種用于操作連接到功率網(wǎng)的風場的方法，該功率網(wǎng)要求隨無功功率需求隨有功功率變化，該方法包括監(jiān)測在風場中的多個風力渦輪中的每個處的風速。當風速在切入風速范圍內(nèi)時，方法包括基于對應于風速的有功功率輸出下的無功功率需求和在該風速下多個風力渦輪中每個的無功功率可用性來確定風場的無功功率裕度。方法還包括確定滿足無功功率裕度的對于多個風力渦輪中每個的可能的最低切入轉(zhuǎn)子速度。此外，方法包括命令多個風力渦輪中的每個切入且開始以滿足無功功率裕度的可能的最低切入轉(zhuǎn)子速度來產(chǎn)生功率。

技術領域

本公開內(nèi)容大體上涉及風力渦輪，且更特別地涉及一種用于在低風速期間操作具有一個或多個風力渦輪的風場以提高效率的系統(tǒng)和方法。

背景技術

大體上，在風力渦輪的操作期間，風沖擊轉(zhuǎn)子葉片，且葉片將風能轉(zhuǎn)換為驅(qū)動低速軸的機械轉(zhuǎn)矩。低速軸驅(qū)動齒輪箱，該齒輪箱隨后逐步提高低速軸的低旋轉(zhuǎn)速度，以增加的旋轉(zhuǎn)速度驅(qū)動高速軸，其中高速軸可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)子。在許多常規(guī)的風力渦輪配置中，發(fā)電機電聯(lián)接到雙向功率轉(zhuǎn)換器，該雙向功率轉(zhuǎn)換器包括經(jīng)由調(diào)節(jié)的DC鏈路連結(jié)到線路側(cè)轉(zhuǎn)換器(LSC)的轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)換器(RSC)。LSC將DC鏈路上的DC功率轉(zhuǎn)換為AC輸出功率，該AC輸出功率與來自發(fā)電機定子的功率組合來提供多相功率，該多相功率具有基本保持在電網(wǎng)總線頻率(例如50HZ或60HZ)處的頻率。

上文系統(tǒng)大體上稱為雙饋感應發(fā)電機(DFIG)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的操作原理包括轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)由滑環(huán)連接到電網(wǎng)且功率轉(zhuǎn)換器控制轉(zhuǎn)子電流和電壓。轉(zhuǎn)子電壓和電流的控制使發(fā)電機能夠在風力渦輪速度變化(例如，轉(zhuǎn)子頻率可與電網(wǎng)頻率不同)時保持與電網(wǎng)頻率同步。而且，來自DFIG系統(tǒng)的無功功率的主要源是經(jīng)由發(fā)電機來自RSC(發(fā)電機定子側(cè)無功功率)和來自LSC(發(fā)電機線路側(cè)無功功率)。使用功率轉(zhuǎn)換器(特別是RSC)來控制轉(zhuǎn)子電流/電壓使得可能獨立于發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)速度來調(diào)整從RSC饋送到電網(wǎng)的無功功率(和有功功率)。另外，發(fā)電機能夠輸入或輸出無功功率，這允許系統(tǒng)在電網(wǎng)上極端電壓波動期間支持電網(wǎng)。

典型地，在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)狀況期間由風場向電網(wǎng)供應的無功功率的量通過由電網(wǎng)操作者指示的規(guī)范需求來確定，其中風場控制器確定對風場內(nèi)每個風力渦輪所提的無功功率要求。每個風力渦輪處的本地控制器在發(fā)電機源之間(例如，在發(fā)電機側(cè)無功功率與線路側(cè)無功功率之間)接收和分配無功功率要求。

大體上，DFIG的最小速度(即切入速度)是基于由RSC施加的電壓極限(本文中也稱為轉(zhuǎn)子電壓)來決定的。降低或延長渦輪的最小速度增加DFIG的操作滑差，這要求(mandate)RSC在較高電壓下操作。因此，對于轉(zhuǎn)子電壓的上限通常確定可能的最低轉(zhuǎn)子切入速度。

除了最小渦輪速度之外，來自DFIG的無功功率需求還影響RSC的端子處的電壓。此外，如提到的，大多數(shù)的電網(wǎng)規(guī)范要求在風力渦輪的整個操作期間(即從切入速度到額定速度)的額定無功功率支持。以最小渦輪速度提供額定無功功率進一步迫使RSC在較高電壓下操作。

降低轉(zhuǎn)子電壓的一種方法是減小過激勵(或容性)無功功率的量，且如果可能，增加由發(fā)電機產(chǎn)生的欠激勵(或感性)無功功率的量。此外，當風速接近于切入風速時，大多數(shù)電網(wǎng)規(guī)范允許風場產(chǎn)生小于滿負載的無功功率。例如，德克薩斯州電力可靠性委員會(ERCOT)大體上允許當場在其額定功率輸出的10%以下操作時的零無功功率能力(capability)。相比之下，對于美國的其余部分，聯(lián)邦能源管制委員會(FERC)的需求需要無功功率能力僅與由風場產(chǎn)生的有功功率成比例。

因此，用于在低風速期間操作風力渦輪功率系統(tǒng)以利用低風速下無功功率需求放寬(relaxation)的改進系統(tǒng)和方法在本領域中將受歡迎。相應地，本公開內(nèi)容涉及用于在低風速期間操作風力渦輪功率系統(tǒng)而還滿足由該功率輸出水平的電網(wǎng)規(guī)范所設定的無功需求的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的方面和優(yōu)點將在以下描述中部分地闡述，或可從描述中清楚，或可通過實施本發(fā)明來學習。