[發(fā)明專利]用于響應(yīng)于電網(wǎng)擾動的風(fēng)力渦輪機操作方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202180041491.2
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN115667705A
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: T·埃斯本森;G·霍格
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子歌美颯可再生能源公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04;F03D7/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 史婧;郭帆揚

描述了一種操作連接到公用電網(wǎng)（6）的風(fēng)力渦輪機（1）的至少一個轉(zhuǎn)子葉片（15）的至少一個可調(diào)適氣流調(diào)節(jié)系統(tǒng)（13）的方法，該方法包括：接收關(guān)于電網(wǎng)擾動的信息（10）；當風(fēng)力渦輪機（1）保持連接到公用電網(wǎng)（6）時，特別是在擾動持續(xù)期間，基于信息（10）來調(diào)適氣流調(diào)節(jié)系統(tǒng)（13）。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在電網(wǎng)擾動的情況下操作連接到公用電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機的至少一個轉(zhuǎn)子葉片的至少一個可調(diào)適氣流調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方法和裝置。此外，本發(fā)明涉及包括該裝置的風(fēng)力渦輪機。

背景技術(shù)

風(fēng)力渦輪機可以與多個其他風(fēng)力渦輪機連接到公用電網(wǎng)，例如經(jīng)由公共連接點和風(fēng)電場變壓器。在正常操作期間，公用電網(wǎng)可具有名義電壓和名義頻率。例如，在公用電網(wǎng)的一個或多個部件中出現(xiàn)故障的情況下，電網(wǎng)可能經(jīng)歷擾動，諸如電網(wǎng)電壓跌落，其甚至可能下降到零伏。

如今，用于風(fēng)力發(fā)電集成的電網(wǎng)規(guī)范可要求風(fēng)力渦輪機在電網(wǎng)故障期間保持連接，甚至當電網(wǎng)電壓跌落到零時也是如此。此外，風(fēng)力渦輪機可能還需要注入與電壓跌落成比例的無功電流。特別是，風(fēng)力渦輪機可能需要符合標準IEC 61400-1，該標準定義了電網(wǎng)擾動、特別是電網(wǎng)跌落（DLC 2.1）的負載情況。

電網(wǎng)故障可以是在風(fēng)力渦輪機操作期間檢測到的電網(wǎng)跌落。電網(wǎng)跌落可導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機的輸出功率迅速變?yōu)榱恪＿@還包括機械轉(zhuǎn)矩被迅速從發(fā)電機移除，給予負載的階躍式變化，從而在結(jié)構(gòu)中引發(fā)高負載循環(huán)，并可驅(qū)動轉(zhuǎn)子朝向超速。剛好在電網(wǎng)跌落之前的平衡點（渦輪機的操作點）可依賴于轉(zhuǎn)子能夠向電氣系統(tǒng)傳遞機械轉(zhuǎn)矩以平衡旋轉(zhuǎn)速度。每當來自發(fā)電機的反轉(zhuǎn)矩被突然移除時（例如在公用電網(wǎng)電壓跌落的情況下），轉(zhuǎn)矩過剩會影響轉(zhuǎn)子的加速。這可涉及風(fēng)力渦輪機部件損壞的危險情形和風(fēng)險。

常規(guī)地，控制方法可已經(jīng)使風(fēng)力渦輪機葉片變槳，即改變風(fēng)力渦輪機葉片的槳距角，以便降低轉(zhuǎn)子加速超過旋轉(zhuǎn)速度閾值的風(fēng)險。其中，控制系統(tǒng)可花費一段時間來變槳以限制輸入功率并停止加速。

一些電網(wǎng)規(guī)范還要求在電網(wǎng)返回到正常操作狀態(tài)之后不久就恢復(fù)接近故障前的電力生產(chǎn)，在電網(wǎng)故障事件之后很少或不允許電力生產(chǎn)中的振蕩。因此，來自發(fā)電機的機械轉(zhuǎn)矩被快速地重新建立（即，意味著增加到故障前的值），并且控制系統(tǒng)現(xiàn)在必須使轉(zhuǎn)子葉片變槳到來自轉(zhuǎn)子的重新建立的轉(zhuǎn)矩。

常規(guī)的，在電壓跌落的情況下，至少一個轉(zhuǎn)子葉片的槳距角可能已經(jīng)改變。因此，可能已經(jīng)滿足電網(wǎng)故障穿越（GFRT）的要求。常規(guī)地，風(fēng)力渦輪機葉片已經(jīng)盡可能早地開始迎風(fēng)變槳，以避免轉(zhuǎn)子超速。所謂的變槳反沖（pitch kick）功能在被觸發(fā)時會在正方向上引入槳距角的快速變化，即意味著增大槳距角。

然而，已經(jīng)觀察到，在電壓跌落的情況下使葉片變槳并不是在所有情形下都提供可靠且安全的操作。此外，可能已經(jīng)觀察到變槳、特別是在大型渦輪機上變槳太慢而不能調(diào)整驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子速度的不期望的變化。當轉(zhuǎn)矩重新建立時，變化既可以高于名義速度（超速是速度變化的嚴重示例），還可以低于名義速度。后者是成問題的，因為低于名義值的速度會降低渦輪機的電力生產(chǎn)能力。

此外，當發(fā)生大量電網(wǎng)擾動時，對轉(zhuǎn)子葉片應(yīng)用變槳可能會對變槳設(shè)備的壽命具有負面影響。此外，使轉(zhuǎn)子葉片變槳可能不夠快，不足以適當?shù)卮_保避免轉(zhuǎn)子超速。

因此，可能需要一種方法和相應(yīng)的裝置，用于在公用電網(wǎng)擾動、特別是公用電網(wǎng)電壓跌落的情況下確保風(fēng)力渦輪機的安全且可靠的操作。此外，可能需要一種用于操作風(fēng)力渦輪機的方法和裝置，其中在公用電網(wǎng)電壓跌落的情況下可以改善響應(yīng)時間。

發(fā)明內(nèi)容

這種需要可以通過獨立權(quán)利要求的主題來滿足。從屬權(quán)利要求指定了本發(fā)明的特定實施例。