基于由风力涡轮机的功率转换器提供的AC输出电压信号的频率的风力涡轮机运行。一种用于控制风力涡轮机运行的方法，该风力涡轮机包括机械驱动系、被机械连接到驱动系的发电机和被电连接到发电机的功率转换器。该方法包括（a）确定由功率转换器提供的AC输出电压信号的频率；（b）识别是否存在所确定频率相对于先前确定频率的大于给定阈值的修改；（c）如果所确定频率的修改大于给定阈值，则改变用于风力涡轮机的功率参考信号；（d）将已改变功率参考信号提供给风力涡轮机的控制器；以及 （e）基于已改变功率参考信号控制风力涡轮机的运行。此外，描述能够实现此风力涡轮机控制方法的风力涡轮机和用于控制风场的多个风力涡轮机的总体发电的方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般地涉及从风场向电力网传输由包括多个风力涡轮机的风场产生的电功率的
具体地，本专利技术涉及一种用于运行风力涡轮机的方法，其允许从包括风力涡轮机的风场到电力网的有效的功率传输。此外，本专利技术涉及一种能够实现此风力涡轮机控制方法的风力涡轮机和用于控制风场的多个风力涡轮机的总体发电的方法，其中，每个风力涡轮机能够实现所述风力涡轮机控制方法。在本文中，术语“风场”可以是包括产生一般地被提供给公用事业电网的电功率的至少两个风力涡轮机的任何布置。还可将“风场”表示为“风力农场”或者甚至更加描述性地“风力发电厂”。风场可以位于离岸或岸上。
技术介绍
风力涡轮机被用来以清洁且高效的方式将机械风能转换成电能。在风力涡轮机中，包括具有若干转子叶片的转子的机械驱动系直接地或借助于齿轮箱来驱动发电机。在发电机的定子端子处产生的结果得到的交流电（AC）频率与转子的旋转速度成正比。定子端子处的电压还根据发电机的转速而变化。为了最佳的能量捕捉，此转速根据驱动转子叶片的可用风的速度而变化。为了限制高风速下的能量捕捉并避免转子的潜在损坏，可通过改变转子叶片的俯仰角来控制发电机的转速。通常由功率转换器来实现发电机的可变电压和频率对电力网的标称固定电压和频率的适应。功率转换器通常包括发电机桥接器，其在正常运行中充当用以向直流（DC）链路供应功率的有源整流器。发电机桥接器可以具有任何适当的拓扑，其具有使用脉宽调制（PWM）策略被完全地控制和调节的一系列半导体功率切换设备。功率转换器通常还包括网络桥接器，其将DC链路的DC功率转换成在电压、频率以及相角方面与电力网的各电量匹配的AC功率信号。当从网络桥接器或从被连接到多个网络桥接器（例如分别地经由一个变压器）的汇流条传输或运送功率时，除振幅之外，还有网络桥接器的输出处或汇流条处的电压信号相对于电力网相位的相对相位是用于可以被传输的功率数量的重要的量。在这方面，据说此相角与某个反电动势（反EMF）相关联，其在用于解释电功率传输的另一种方法中是向电力网运送电功率所必需的。在这种方法中反EMF由电力网产生。然而，与AC功率连接相反，还可以经由所谓的高压直流（HVDC）功率连接将特别地由被分配给风场的多个风力涡轮机产生的电功率传输到电力网。此类解决方案特别地可适合于离岸风场，其中，在（a）风力涡轮机与（b）各岸上电力网之间的距离很大（例如，数百千米）。在长距离的情况下，在HVDC输电系统内的电功率损耗比在AC输电系统内的对应损耗小得多，在AC输电系统内特别地由各电缆的寄生电感引起的感应功率损耗大得多。在下文中，描述了经由HVDC输电系统从离岸风场向岸上电力网的电力传输：（1）（每一个都包括具有发电机（AC-DC）桥接器、DC链路以及网络（DC-AC）桥接器的功率转换器的多个离岸风力涡轮机中的每一个产生中压AC功率信号。在第一汇流条处收集所述中压AC功率信号。（2）经由被离岸竖立在变电站平台处的变压器将在第一汇流条处收集的中压AC功率信号转换成高压（HV）AC功率信号。（3）HVAC功率信号和来自其它变电站平台的其它HVDC功率信号在第二汇流条处被收集并作为公共HVAC功率信号被馈送到HVDC平台，其中，公共HVAC功率信号被转换成DC功率信号。（4）DC功率信号经由可具有比100km更多一些的长度的（低损耗）HVDC电缆被在岸上传输。（5）在岸上，DC功率信号被馈送到（DC-AC）转换站，其产生AC功率输出信号。此AC功率输出信号被用适当的电压和频率或者说相角馈送到岸上AC电力网中。在这方面，已提到关于电感，与AC电力网相比，HVDC电缆仅表示非常弱的功率接收器，其不能提供接收电功率所必需的显著的反EMF。因此，为了允许有效的功率传输，必须以产生必需的反EMF的这样的方式运行风力涡轮机的网络（DC-AC）桥接器。为了在HVDC平台处将公共HVAC功率信号转换成DC功率信号（参见上文（3）项），可使用高功率AC-DC转换器，其包括总共六个功率半导体开关，其中，在（三个中的）一个半桥路径内分别地串联地连接两个功率半导体开关，每个在高功率AC-DC转换器的两个DC输出端子之间延伸。可借助于脉宽调制（PWM）以已知方式驱动功率半导体开关。此类AC-DC转换具有优点：通过提供适当的切换模式，双向功率流是可能的。然而，此类AC-DC转换的缺点是高功率AC-DC转换器是复杂、大且极其沉重的实体。为了可靠的运行，必须提供空气绝缘。最近，已提出了用于HVDC平台处的AC-DC功率转换的另一方法，该方法是基于具有六个无源高功率二极管的整流器的概念。再次地，在（三个中的）一个半桥路径内分别地串联地连接两个高功率二极管，每个在对应的功率整流器的两个DC输出端子之间延伸。这种方法具有优点：可以作为密封设备并以简单且稳健的方式实现整流器。整流器内的功率损耗是小的，并且整流器的运行仅要求相当低的维护成本。然而，“整流器方法”的缺点可能是只有单向功率流是可能的。在必须从岸上电力网向风场传输功率的情况下，对应的HVDC输电系统必须被装配有在岸上电力网与风场之间延伸的相对于HVDC电力电缆平行的所谓的脐带AC电缆。当其它风力涡轮机的功率产生不足时例如在风场的至少某些风力涡轮机的启动阶段期间经由脐带AC电缆的功率传输可能是必需的以便允许可靠的启动。当使用（无源）整流器时的另一挑战是必须通过每个单独的风力涡轮机的DC-AC网络桥接器排他性地控制应被整流的公共HVAC功率信号的振幅、频率以及相位。已指出除脐带AC电缆之外，还可以在必要时由本地电源对风场进行供电。此类本地电源可以是电池蓄能器、发电机、燃料电池、压缩空气、热蓄能器或抽水蓄能器或者各种电源的可能组合。
技术实现思路
可能需要控制在HVDC输电系统中必须被转换成HVDC功率信号的HVDC功率信号的特性量。可用根据独立权利要求的主题来满足此需要。用从属权利要求来描述本专利技术的有利实施例。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于控制风力涡轮机的运行的方法，该风力涡轮机包括（i）机械驱动系，（ii）被机械地连接到所述驱动系的发电机，以及（iii）被电连接到所述发电机的功率转换器。所提供的方法包括（a）确定由功率转换器提供的AC输出电压信号的频率；（b）识别是否存在所确定频率相对于先前确定频率的修改，该修改大于给定阈值；（c）如果所确定频率的修改大于给定阈值，则改变用于风力涡轮机的功率参考信号；（d）将已改变功率参考信号提供给风力涡轮机的控制器；以及（e）基于已改变功率参考信号来控制风力涡轮机的运行。本专利技术的这方面是基于这样的思想，即将所述风力涡轮机且特别是风场的多个风力涡轮机与电力网（常常也被称为公用事业电网）相连接的输电系统内的某个点或节点处的潜在功率不平衡将引起频率变化。当检测或监视频率时且当进一步认识到此频率已改变至一定程度或在一定程度上改变时，可以至少部分地通过以适当方式改变或调整功率参考信号来减少功率不平衡。具体地，当认识到频率已至少以预定程度下降或下降至预定程度时，应增加风力涡轮机的功率产生。只要存在可用的足够的风，这将通过增加功率参考信号以已知方式实现。相反地，当认识到频率已至少提高预定程度或提高至预定程度，则应减少风力涡轮机的功率产生。这将通过减小功率参考信本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于控制风力涡轮机（120）的运行的方法，所述风力涡轮机（120）包括（i）机械驱动系（222、228），（ii）被机械地连接到所述驱动系（111、228）的发电机（230）以及（iii）被电连接到所述发电机（230）的功率转换器（240），该方法包括确定由所述功率转换器（240）提供的AC输出电压信号的频率；识别是否存在所确定频率相对于先前确定的频率的修改，该修改大于给定阈值；如果所确定频率的修改大于所述给定阈值，则改变用于所述风力涡轮机（120）的功率参考信号；将已改变功率参考信号提供给所述风力涡轮机（120）的控制器（250）；以及基于已改变功率参考信号来控制所述风力涡轮机（120）的运行。
【技术特征摘要】
2015.07.07 EP 15175613.71.一种用于控制风力涡轮机（120）的运行的方法，所述风力涡轮机（120）包括（i）机械驱动系（222、228），（ii）被机械地连接到所述驱动系（111、228）的发电机（230）以及（iii）被电连接到所述发电机（230）的功率转换器（240），该方法包括确定由所述功率转换器（240）提供的AC输出电压信号的频率；识别是否存在所确定频率相对于先前确定的频率的修改，该修改大于给定阈值；如果所确定频率的修改大于所述给定阈值，则改变用于所述风力涡轮机（120）的功率参考信号；将已改变功率参考信号提供给所述风力涡轮机（120）的控制器（250）；以及基于已改变功率参考信号来控制所述风力涡轮机（120）的运行。2.如前述权利要求所述的方法，其中在将所述功率转换器（240）与电力网（195）相连接的输电系统（170）的节点处确定频率，其中，所述输电系统（170）包括高压直流，HVDC，输电线（175）。3.如前述权利要求所述的方法，其中所述HVDC输电系统（170）包括整流器（180）。4.如前述权利要求所述的方法，其中所述HVDC输电系统（170）包括辅助输电线（162），其被相对于所述HVDC输电线（175）并行地电气布置，并且其将所述电力网（195）与所述输电系统（170）的节点相连接。5.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中基于已改变功率参考信号来控制风力涡轮机（120）的运行包括控制所述功率转换器（240）的运行且特别地控制所述功率转换器（240）的DC-AC网络桥接器（246）的运行；和/或控制所述风力涡轮机（120）的风力转子（222）的叶片（224）的俯仰角。6.如前述权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中所确定频率的修改是所确定频率的值的增加，并且所述给定阈值是针对所确定频率的预定上边界值。7.如前述权利要求5所述的方法，其中所确定频率的修改是所确定频率的值的改变的绝对值，并且所述给定阈值是针对所述改变的绝对值的预定阈值值。8.如前述权利要求7所述的方法，其中在某个可容许频率范围内，所述功率参考信号保持恒定。9.如前述权利要求1至5中...
【专利技术属性】
技术研发人员：PB布罗冈，N戈尔登鲍姆，J蒂斯泰德，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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