用于风力涡轮机的全DC电压电力备用系统技术方案

本发明专利技术涉及一种风力涡轮机，包括用于向该风力涡轮机的多个电力消耗单元分配电力的内部供电网络，该风力涡轮机还包括连接到该内部供电网络的电力备用系统，用于在电网故障期间向该内部供电网络供电，其中，该电力备用系统包括电力存储模块，该电力存储模块提供落入该风力涡轮机的该内部供电网络的标称电压范围内的总备用电压。内的总备用电压。内的总备用电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于风力涡轮机的全DC电压电力备用系统


[0001]本专利技术涉及包括电力备用系统的风力涡轮机，该电力备用系统用于在电网故障期间向风力涡轮机的内部供电网络供电。具体而言，本专利技术涉及一种提供与风力涡轮机的内部供电网络的标称电压范围相匹配的总备用电压的电力备用系统。

技术介绍

[0002]风力发电厂也称为风电场，通常包括多个风力涡轮机，这些风力涡轮机的发电输出被联网以向国家或地区公用电网供电。现代风力涡轮机包括复杂的电气系统，该电气系统包括众多需要其自身专用电源的控制单元、开关设备、冷却系统、照明系统、致动器和液压系统。这种电源通常是经由变电站从公用电网馈送的。这样的电源可以被称为“内部供电网络”，其作用是管理中压电源并将其分配给给风力涡轮机和风力发电厂内的电力消耗单元形式的辅助设备，以确保发电的高度可用性。
[0003]在所谓的“电网丢失”的事件中，风力涡轮机失去与公用电网的连接，风力涡轮机的电气系统也失去其电力供应。为了减轻此类电力损失而导致的问题，已知为风力发电厂装备一种形式的辅助电源。这可能采取基于电池的系统的形式，或者可以基于柴油发电机。例如，WO2018/224110A1描述了一种系统，其中，使用可充电电池作为电力备用系统。
[0004]电力备用系统可以确保风力发电厂的风力涡轮机的一些至关重要的电气系统即使在公用电网丢失期间也保持工作。已知如下所述来操作风力涡轮机：在电网丢失期间从桥接发电机和公用电网的主转换器的DC链路为可充电电池充电。不过，这种布置需要在电网丢失期间操作主转换器，这将不可避免地诱发开关损耗形式的不期望损耗。
[0005]此外，风力涡轮机的常规内部供电网络通常被配置成在多个电压电平下工作，这样确实增大了这种内部供电网络的复杂性以及安装成本，以及关联的电力备用系统的成本。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例的目的在于提供一种简单的风力涡轮机电力备用系统，其能够在不期望的电网故障，例如电网丢失或临时电压下降的情况下，向风力涡轮机提供基本上即时的电力备用。
[0007]上述目的是通过如下方式实现的：在第一方面中，提供一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括用于向该风力涡轮机的多个电力消耗单元分配电力的内部供电网络，该风力涡轮机还包括连接到该内部供电网络的电力备用系统，用于在电网故障期间向该内部供电网络供电，其中，该电力备用系统包括电力存储模块，该电力存储模块提供落入该风力涡轮机的该内部供电网络的标称电压范围内的总备用电压。
[0008]在本上下文中，电网故障可以是电网丢失，其中，失去了与公用电网的连接，或者可以是临时电压下降，其中，尽管电网电压显著下降，但仍然保持了与公用电网的连接。
[0009]下文将要更详细论述，以下优点与本专利技术的电力备用系统以及包括该电力备用系
统的风力涡轮机相关联：
[0010]1)电力备用系统直接连接到的风力涡轮机的内部供电网络仅包括一DC总线，该DC总线被配置成工作于相对高电压电平，这样减小了电压下降、电动机驱动以及电动机和电缆尺寸。
[0011]2)该单根DC总线被配置成向整个风力涡轮机的各个电力消耗单元分配电力。就实施方式而言，风力涡轮机的单根DC总线非常简单，从而降低了风力涡轮机内的硬件/软件安装的复杂性以及减低了安装成本。
[0012]3)本专利技术的电力备用系统允许处理显著更高的功率水平(标称功率和峰值功率)，因为未结合DC/DC/AC升压器。
[0013]4)通过将单根总线作为DC总线操作，并且应用可变频率驱动AC电动机，消除了对AC
‑
DC
‑
AC逆变器的需求。在不安装这样的AC
‑
DC
‑
AC逆变器的情况下，显著减小了逆变损耗，结果，提高了电力备用系统的效率和备用时间。
[0014]该电力存储模块可以包括第一串串联连接的电力存储单元。该电力存储模块还可以包括第二串串联连接的电力存储单元，其类似第一串串联连接的存储单元，提供落入风力涡轮机的内部供电网络的标称电压范围内的总备用电压。该电力存储模块还可以包括附加串的串联连接的电力存储单元。应用多串串联连接的电力存储单元是有利的，因为，通过冗余增大了电力备用系统的可靠性，其中，在发生故障的情况下，一串串联连接的电力存储单元可以接管另一串串联连接的电力存储单元。
[0015]为了提供冗余电力备用系统，可以并联连接第一串和第二串串联连接的电力存储单元。
[0016]每个电力存储单元都可以包括多个串联连接的电力单元，其中每个电力存储单元都具有40
–
60V DC范围内，例如大约50V DC的标称端电压。这些电力单元可以选自由以下项构成的组：铅酸电池、锂离子电池、镍金属氢化物电池和燃料电池。给定电力存储单元的多个电力单元可以是具有相同端电压的相同电力单元。此外，该多个电力单元可以是可再充电电力单元。
[0017]该电力备用系统还可以包括用于每串串联连接的电力存储单元的控制器，该控制器适于在电网故障期间，即在电网丢失或临时电压下降期间，将该串电力存储单元连接到内部供电网络。该控制器还可以适于在重建电网连接时和/或在该串串联连接的电力存储单元已经充满电时，将该串电力存储单元与内部供电网络断开。
[0018]如前所述，电力备用系统直接连接到的风力涡轮机的内部供电网络仅包括单根DC总线，该DC总线被配置成工作于相对高的电压电平。更具体而言，风力涡轮机的内部供电网络的标称电压范围可以在400
‑
1000V DC的范围内，例如在400
‑
600V DC的范围内，例如在400
‑
450V DC和/或450
‑
560V DC的范围内，由此，可以减小电压下降、电动机驱动以及电动机和电缆尺寸。
[0019]由于本专利技术的电力备用系统包括提供落入风力涡轮机的内部供电网络的标称电压范围内的总备用电压的电力存储模块，该电力备用系统可以适于在电网故障期间，即在电网丢失或临时电压下降期间，直接向风力涡轮机的内部供电网络供电。“直接”表示不修改由给定串的串联连接的电力存储单元提供的电压电平，使得内部供电网络的电压电平由电力存储模块的电压电平给出。于是，在电力存储模块和内部供电网络之间的连接中既不
需要插入无源电压调节装置，也不需要插入可控电压调节装置，例如升压器。
[0020]根据第一方面的风力涡轮机还可以包括用于检测电网故障，即检测电网丢失或临时电压下降的传感器装置。该传感器装置可以是电压、电流和/或功率传感器，适于在公共耦合点(PCC)或测量点(PoM)处检测这些电气参数中的一种或多种。
[0021]该风力涡轮机还可以包括电源模块，该电源模块用于在正常工作条件期间向所述风力涡轮机的这些电力消耗单元提供电力和/或为该电力备用系统充电。因此，该电源模块可以在风力涡轮机连接到电网的正常操作条件期间向风力涡轮机的电力消耗单元供电，并且任选地，如果需要，对电力备用系统充本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种风力涡轮机，包括用于向所述风力涡轮机的多个电力消耗单元分配电力的内部供电网络，所述风力涡轮机还包括连接到所述内部供电网络的电力备用系统，所述电力备用系统用于在电网故障期间向所述内部供电网络供电，其中，所述电力备用系统包括电力存储模块，所述电力存储模块提供落入所述风力涡轮机的所述内部供电网络的标称电压范围内的总备用电压。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述电力存储模块包括第一串串联连接的电力存储单元。3.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其中，所述电力存储模块还包括第二串串联连接的电力存储单元，所述第二串串联连接的电力存储单元提供落入所述风力涡轮机的所述内部供电网络的所述标称电压范围内的总备用电压。4.根据权利要求3所述的风力涡轮机，其中，所述第一串串联连接的电力存储单元和所述第二串串联连接的电力存储单元被并联连接。5.根据权利要求2
‑
4中任一项所述的风力涡轮机，其中，每个电力存储单元都包括多个串联连接的电力单元，并且其中，每个电力存储单元都具有在40
–
60V DC范围内，例如大约50V DC的标称端电压。6.根据权利要求5所述的风力涡轮机，其中，所述电力单元选自由以下项构成的组：铅酸电池、锂离子电池、镍金属氢化物电池和燃料电池。7.根据权利要求2
‑
6中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述电力备用系统还包括用于每串串联连接的电力存储单元的控制器，所述控制器适于在所述电网故障期间将所述串的电力存储单元连接到所述内部供电网络。8.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述风力涡轮机的所述内部供电网络的所述标称电压范围在400
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1000V DC的范围内，例如在400
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600V DC的范围内，例如在400
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450V DC和/或450
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560V DC的范围内。9.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，其中，所述电力备用系统适于在所述电网故障期间直接向所述风力涡轮机的所述内部供电网络供电。10.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，还包括用于检测电网故障的传感器装置。11.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机，还...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：发明
国别省市：