专利名称：风力发电机系统的操作方法
技术领域：
本发明涉及具有转子桨叶角控制(Rotorblattwinkelsteuerung ) 和扭矩控制的风力发电机系统的操作方法。
背景技术：
Siegfried Heyer 在 Windkraftanlagen， Systemauslegung， Netzintegradon und Regelung, Teubner Verlag， 第4版第321中描为标称值。相似地，调节发电机扭矩，其中发电机扭矩将系统功率调 节至最佳值，并引导系统进入安全的和元件减栽的操作状态。风力发电机系统所输出的功率(P)与扭矩(M)和速度(Q) 成比例。其关系为P = M.H。在满负荷操作时，功率在强风和狂风期间将增加。这种被称为"超 产，，的现象对于独立系统是可以接受的，但在多个风力发电机系统之间 相互作用中、例如在风电场(wind farm)中是不能接受的，因为存在 输电干线过载的风险。发明内容本发明的目的是执行风力发电机系统的操作，从而通过简单方法 在满负荷操作时将要输出的功率限制为最大值。按照本发明，该目的是通过权利要求l的方法实现的。有利的方 面构成从属权利要求的主题。在本发明方法中，在满负荷操作中，从预定速度(nAbsenkung)开 始，降低预设扭矩。降低是以这样的方式实现的，即不超过给定功率3
的预定值。在满负荷操作中，通常通过桨叶角调节涡轮机的速度。这 允许已经在满负荷范围内的一定控制。然而，预设扭矩从预定速度开 始减小，以便即使速度增加也防止超过要输出的最大功率值。在按照 上面给出的扭矩和功率之间的关系减小预设扭矩时，在速度增加时产 生减小的功率。这使得即使速度增加也可以限制功率。为了实现高功率收益，已经证明特别有利的是，在本发明方法中， 不选择额定速度作为用于降低预设扭矩的预定速度，而是选择稍微大 于额定速度的值。由于预设扭矩从其开始减小的预定速度的这个值，满负荷操作被区分为两段在第一段中，仅调节桨叶迎角(angle of blade attack)，而在第二段中进行扭矩控制和桨叶迎角控制二者。对于预设值从其开始减小的预定速度，优选选择比额定速度大大 约0.5%到5%的值。然而，转子桨叶角控制将有利地从额定速度开始调节桨叶迎角。 因此，结果是仅通过桨叶迎角、且从预定速度开始，以及通过桨叶迎 角控制和预设扭矩二者实现进行额定速度和预定速度之间的速度调 节。在本发明方法中，为所提供功率的最大值确定与连续操作功率的 扭矩相对应的第一预设扭矩。优选地，还为所提供功率的最大值确定 与实际扭矩相对应的第二预设扭矩，其中第一和第二预设扭矩的较小 值被用于扭矩控制。这里，预设扭矩和速度之间的关系优选为反比关 系，即预设扭矩与速度的倒数值成正比。基于风力发电机系统操作控 制期间的速度值，很大程度上通过直线来近似扭矩对速度的双曲线。在本发明的方法中，扭矩控制预定预设扭矩的减小。同时，转子 桨叶角的控制将速度控制到预定速度值。扭矩控制所确定的预设扭矩 的值对应于功率的预定最大值。
下面将参考两个附图更详细地描述本发明方法。图中 图1示出功率对速度的曲线，和
图2示出预设力矩对速度的曲线。 具体实施例为了一般性解释，将首先解释图1中所示出的风力发电机系统的 调节特性的特征曲线族。特征曲线族具有第一段IO，其中有效功率P 随速度线性增加。然后是第二段12，其中功率与速度为非线性关系。 这里，不同曲线变化是可能的。在特征曲线的第二段12中，优选地， 调节功率对应于风力所输入的功率PAer。。速度和功率之间的数学关系 如下式所示其中rr。t是转子桨叶的半径，ngen是发电机速度，tigetr是传动速比。 X( nr。t)表示与转子速度相关的转子的高速系数(high-speed number),P威表示空气密度，而Cp(Hr。t)表示与转子速度相关的转子桨叶的功率系数。从速度112开始，风力发电机系统从部分负荷区域进入满负荷区域。为此，速度被增加到额定速度。此时，沿段14与速度成线性比例关系地实现功率增加。如果达到额定速度，则在满负荷工作下进入另一特征曲线段16， 直到速度减小。在特征曲线段16中，功率将与速度成线性比例地增加。 在随后的特征曲线段18中，功率对速度保持恒定。在随后的特征曲线 段20中，功率将再次减小，以便最后从某个速度开始完全消除。功率从其开始与速度增加无关地是恒定的速度在所示例子中是 额定速度的1.01倍；因此，其比额定速度高1%。由于该速度增加超 过额定速度，因此所提供的功率比额定速率的功率高1%。上面讨论的功率、扭矩、和速度之间的关系显示出，如果速度增 加，则需要降低扭矩以实现恒定功率。这个过程在图2中示出。图2 示出为主转换器预设的扭矩的扭矩曲线。主转换器预定发电机扭矩， 例如在双馈异步发电机中。在稳定情形中，发电机扭矩与转子所输入的扭矩相对应。图2也
允许清楚地理解，在满负荷操作中，在额定速度上最大扭矩下，力矩 如何首先被保持恒定，并将在速度IUbsenk肌g后降到段22。因此，相对 于速度绘出的预设扭矩在满负荷操作中具有恒定扭矩预设的段24和具有减小扭矩预设的段22。两个曲线之间的转换在速度nAbsenkung时发 生。
权利要求
1.一种利用转子桨叶角控制和扭矩控制操作风力发电机系统的方法，其中在满负荷操作下，从预定速度(nAbsenkung)开始，预设扭矩通过扭矩控制以这样一种方式被降低，使得不超过给定功率(P)的预定值。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用于降低扭矩 的预定速度( nAbsenkung )大于额定速度。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预定速度)比额定速度(nnenn)大0.5%到5%。
4. 如权利要求1到3中任一条所述的方法，其特征在于，所述 转子桨叶角控制在满负荷操作下从额定速度开始控制转子桨叶角。
5. 如权利要求1到4中任一条所述的方法，其特征在于，为所 提供功率的最大值确定与连续操作功率的扭矩相对应的第一预设扭 矩。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，为所提供功率的最 大值确定与实际扭矩相对应的第二预设扭矩，其中第 一和第二预设扭 矩中较小值被用于扭矩控制。
7. 如权利要求1到6中任一条所述的方法，其特征在于，所述 转子桨叶角控制将速度调节到确定的速度，扭矩控制将预设扭矩调节 为与预定最大功率值相对应的值。
全文摘要
一种用于操作风力发电机系统的方法，其具有转子桨叶角控制和扭矩控制，其中在满负荷操作中，从预定速度(n<sub>Absenkung</sub>)开始，预设扭矩通过扭矩控制以这样的方式降低，即不超过给定功率(P)的预设值。
文档编号F03D7/02GK101126371SQ20071012717
公开日2008年2月20日 申请日期2007年7月4日 优先权日2006年8月19日
发明者沃夫冈·卡巴茨克 申请人:诺德克斯能源有限公司