带有次同步振动抑制的风力发电设备制造技术

本发明专利技术涉及一种风力发电设备，该风力发电设备带有风力转子(1)、由该风力转子驱动的带有变频器(5)的发电机(2)和变频器控制器(6)，该变频器用于产生电功率，该电功率通过连接导线(3)输出到网络(9)，该变频器控制器具有用于控制功率输出到网络(9)并且用于激励发电机(2)的第一调节通道(7)，其中，提供与第一调节通道(7)不同的第二调节通道(8)，该第二调节通道实施为场导向的调节器并且为此具有自身的坐标转换单元(82)，该坐标转换单元设置有在数值小于网络频率(θ)的频率下旋转的坐标系(θss)。本发明专利技术还涉及一种用于运行风力发电设备的对应的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种风力发电设备，该风力发电设备带有一个风力转子、一个由该风力转子驱动的带有变频器(Umrichter)的发电机和一个变频器控制器，该变频器用于产生电功率，该电功率通过连接导线输出到一个网络，该变频器控制器具有用于控制功率输出到该网络并且用于激励发电机的一个调节通道。
技术介绍
现代结构的风力发电设备承担了越来越大比例的电流供应。风力发电设备具有与一个变频器联接的发电机，其中，该变频器能够实施为所谓的全变频器或实施为所谓的部分变频器，尤其用于双馈异步机器。这些风力发电设备向该电气供应网络中馈电，该电气供应网络具有一定的网络频率(该网络频率在大多数国家为50赫兹，然而在一些国家也为60赫兹)。已知的是，在运行中在一方面风力发电设备与另一方面网络之间能够出现低频的相互作用，更确切地说尤其当该传输系统得到串联补偿(reihenkompensiert)时。已知不同类型的次同步的振动，尤其次同步的共振(SSR)以及次同步的调节相互作用(SSCI)，和次同步的扭转相互作用(SSTI)。在此，次同步的共振(SSR)指的是在一个串联补偿的传输系统与一个发电机(尤其一个风力发电设备)之间的相互作用。相反地，SSTI涉及在一个发电机与一个功率电子控制器之间的相互作用，如在高压直流电传输系统可以见到的。相反地，SSCI指的是在一个串联补偿的传输系统与一个功率电子控制装置之间的相互作用，如设置为用于一个双馈异步发电机的相互作用。对这些相互作用而言共通的是，在此在网络与风力发电设备之间交替地交换能量。由此能够产生共振现象、扭矩振动或类似的现象，这些现象有损该设备的运行安全性并且在不利的情况中会导致提前的故障。为了抵抗有害的影响，人们尝试在这些风力发电设备的变频器调节器中设置更大的缓冲。通过这种缓冲应该实现，次同步的振动不会变得太强。该缓冲越强烈，出现的关键性的次同步振动的极限频率就能够被推移得越高。然而，提升缓冲的一种此类的措施纯粹被动地起作用并且总体上随之带来了通常不希望的该变频器调节惯性的提升作为额外的缺点，即例如于是该变频器仅十分延迟地对已改变的功率需求进行反应。这对于运行特性而言是非常不利的。
技术实现思路
本专利技术所基于的目的在于，给出一种改善的系统和一种改善的方法用于避免或减少次同步振动。根据本专利技术的解决方案在于下文中所描述的特征。有利的改进方案是下文中所描述的主题。在一种风力发电设备的情况下，该风力发电设备带有一个风力转子、一个由该风力转子驱动的带有变频器的发电机和一个变频器控制器，该变频器用于产生电功率，该电功率通过连接导线输出到一个网络，该变频器控制器具有用于控制功率输出到该网络并且用于激励发电机的一个调节通道，根据本专利技术提出的是，设置一个与该第一调节通道不同的第二调节通道，该第二调节通道实施为一个场导向的调节器并且为此具有一个自身的坐标转换单元，该坐标转换单元设计为次同步的并且为此设置有一个在数值小于该网络频率的频率下旋转(umlaufenden)的坐标系。本专利技术基于的构思在于，提供一个额外调节器，该额外调节器相对于该本来存在于该变频器控制器处的功率调节额外地进行安排。该额外调节器实施为一个场导向的调节器，该调节器形成为用于在d、q平面中进行调节。该额外调节器在此以如下方式形成，使得该调节器具有一个自身的(与该本来存在的功率调节器不同的)旋转的场向量。为此目的，该额外调节器具有一个自身的坐标转换单元，该坐标转换单元实现一个旋转的场向量，该场向量以一个比该网络频率更低的频率旋转。由此该额外调节器专门地形成为用于该次同步的范围。本专利技术的基础在于，用该额外调节器在一个与在该功率调节器(该功率调节器在该网络频率层面工作)的情况下完全不同的频率范围内提供一个专门的、自身的调节。为此，这两个调节器的输出信号彼此联结，使得不仅该本来存在的功率调节器还有根据本专利技术的额外调节器协作地对该实际的变频器产生影响。由此通过该额外调节器提供在额外的频率层面中的一种调节，该调节不同于该本来存在的功率调节器的调节。该额外的频率层面处于该网络频率之下。由此根据本专利技术的额外调节器能够专门地协调抵抗次同步的相互作用。该额外调节器能够主动抵制此类次同步的振动的产生，无需由此(如在现有技术中)使该常规的调节器变得迟缓。该常规的调节器保持完全未经改动并且根据本专利技术不负载额外的缓冲构件。通过一个宽的、次同步的频率范围能够实现这样一种实质上改善的对次同步的振动的抵抗。该额外调节通过自身的调节通道相对于不同的运行状况是稳健的，因为该额外调节根本不需要处理不同的功率需求(例如由该网络运营商调节的)，因为这是该本来存在的功率调节器的任务(该功率调节器然而再次不被考虑用于抵抗这些次同步的振动)。通过根据本专利技术提供的第二调节通道以主动的方式借助于一种自身的调节，整体上产生对这些次同步的振动的抵抗的明显改善，更确切地说没有对该整体的变频器调节的惯性产生负面影响。本专利技术的另一个优点在于，完全无需或仅用十分少的硬件耗费能够实现这些显著的功能性优点。本专利技术由此适用于更新现有的设备。本专利技术的其他的优点在于对次同步的振动的有效抵抗，尤其是对这些次同步的共振(SSR)和这些次同步的调节相互作用(SSCI)，更确切地说以十分有效的方式。一般而言这些在此必要的装置能够用该变频器的已有的硬件实现，使得就此而言不出现额外的耗费。此外，通过用该第二调节通道实现的主动的调节实现了相对于次同步振动的频率偏移比在以经典的方式使用的方法的情况下借助于被动缓冲而可能实现的更大的稳健性。该第二调节通道的坐标转换单元针对性地具有一个坐标转换器、一个调节核心以及一个提供该输出信号的坐标反向转换器，在该坐标转换器中施加用于该网络中的电流和电压的测量信号。由此得出该调节通道在结构上和功能上更有利的构造，该调节通道与用于该变频器的功率控制的本来设置的第一调节通道很好地协调。能够由此有效地抵制在这两个调节通道之间的相互作用的危险，这些相互作用在适当时可以导致出现带有对应的负载的调节器振动。一般而言，该第一调节通道同样实施为一个场导向的调节器，该调节器带有一个与网络同步旋转的坐标系。然而这对于本专利技术是不一定必要的。就此而言，该第二调节通道由于自身的坐标转换单元而自足(autark)。该第二调节通道优选地在该第一调节通道的输出端处接通，更确切地说尤其直接地形成在用于操纵该变频器的电流阀的一个调制单元之前。该调制单元优选地实施为一个脉冲宽度调制单元(PWM单元)。由此得出该第二调节通道对该调制单元(该调制单元对于这些电流阀的功能是决定性的)的直接的访问，类似于该第一调节通道的访问。针对性地提供用于接通的加和构件。该第二调节通道有利地具有一个自身的跟踪同步单元(PLL)，该跟踪同步单元形成为用于比该网络频率更低的频率范围。一个便利的频率范围位于该网络频率的10％与80％的范围内。在该范围中通常存在该次同步的振动，使得通过该跟踪同步单元对该频率范围的协调一方面实现对该第二调节通道的最佳的适配并且另一方面实现与该第一调节通道的解耦。该自身的跟踪同步单元针对性地输出一个次同步的场向量，该场向量的频率小于该网络中的频率，并且该场向量作为输入端指示器施加在该坐标反向转换器处。由此能够实现一种准确并且运行安全本文档来自技高网...

【技术保护点】
风力发电设备，带有一个风力转子(1)、一个由该风力转子驱动的带有变频器(5)的发电机(2)和一个变频器控制器(6)，该变频器用于产生电功率，该电功率通过连接导线(3)输出到一个网络(9)，该变频器控制器具有用于控制功率输出到该网络(9)并且用于激励该发电机(2)的一个第一调节通道(7)，其特征在于提供一个与该第一调节通道(7)不同的第二调节通道(8)，该第二调节通道实施为一个场导向的调节器并且为此具有一个自身的坐标转换单元(82)，该坐标转换单元设计为次同步的并且为此设置有一个在数值小于该网络频率(θ)的频率下旋转的坐标系(θss)。

【技术特征摘要】
2015.03.13 DE 102015003170.81.风力发电设备，带有一个风力转子(1)、一个由该风力转子驱动的带有变频器(5)的发电机(2)和一个变频器控制器(6)，该变频器用于产生电功率，该电功率通过连接导线(3)输出到一个网络(9)，该变频器控制器具有用于控制功率输出到该网络(9)并且用于激励该发电机(2)的一个第一调节通道(7)，其特征在于提供一个与该第一调节通道(7)不同的第二调节通道(8)，该第二调节通道实施为一个场导向的调节器并且为此具有一个自身的坐标转换单元(82)，该坐标转换单元设计为次同步的并且为此设置有一个在数值小于该网络频率(θ)的频率下旋转的坐标系(θss)。2.根据权利要求1所述的风力发电设备，其特征在于该第一调节通道(7)实施为一个场导向的调节器，该调节器带有一个与网络同步旋转的坐标系。3.根据权利要求1或2所述的风力发电设备，其特征在于该第二调节通道(8)在该第一调节通道(7)的输出端处接通，优选地在用于操纵该变频器(5)的电流阀的一个调制单元(56)之前。4.根据权利要求3所述的风力发电设备，其特征在于提供一个用于接通的加和构件(89)。5.根据以上权利要求之一所述的风力发电设备，其特征在于该第二调节通道(8)具有一个自身的跟踪同步单元(PLL)(81)，该跟踪同步单元形成为用于比该网络频率更低的频率范围，优选地在该网络频率的10％至80％的范围内。6.根据权利要求5所述的风力发电设备，其特征在于该自身的跟踪同步单元(81)产生一个次同步的场向量(θss)，该场向量的频率小于该网络频率，并且该场向量作为用于一个坐标转换单元和一...

【专利技术属性】
技术研发人员：海因茨赫尔曼·莱塔斯，立军·蔡，
申请(专利权)人：森维安有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE