具有频率测量的风力发电厂的制作方法
【专利说明】具有频率测量的风力发电厂
[0001]本发明涉及一种用于控制风力涡轮机的方法，该风力涡轮机连接至一个电网、检 测电网中存在的电网频率，并且在这种情况下，一个控制器基于电网频率调节功率输出，并 且尤其在超过电网频率的极限值时切断向电网的功率馈送。
[0002] 在风力涡轮机情况下，在电网中的频率变化的事件中风力涡轮机的输出功率必须 变化。在这种情况下，如果频率增加，则可能需要减小功率。还已知的是以节流的方式操作 风力涡轮机以便能够在频率下降的实际中增加功率。在电网中的极端频率事件情况下，功 率必须减小至零或者涡轮机必须与电网隔离。
[0003] 例如从DE10022974A1、从EP1790850或者从W02010/000648A2中了解到诸如这种方 法。
[0004] 由于电网频率的变化通常基于电网中供需平衡的扰动，所以需要所述调节。然而， 存在对所述平衡没有影响但作为电网测量中显著的电网频率扰动而被感知的多个电网事 件。通过举例的方式，电网中转换过程情况下的相移可能改变两个零点交叉之间的时间，其 结果是电网测量根据突然的频率跃变来获取这些内容。
[0005] 风力涡轮机由于对电网运营商的高要求而以功率的突然且巨大的变化来对这种 事件作出反应，这还包括在极端情况下断开功率馈送。所述功率变化引起频率变化并且必 须由电网运营商调节。因此，这种事件是不令人希望的。
[0006] 本发明的所解决的问题是避免以上缺点、更好地检测电网频率的变化和允许风力 涡轮机对电网中的事件作出更好的反应。
[0007] 根据本发明的解决方案在于根据独立权利要求的特征所述的一种方法和一种装 置;有利的发展是从属权利要求的主题。
[0008] 根据本发明的程序在于，在连接至一个电网、检测该电网中存在的电网频率的风 力涡轮机情况下，并且在一个控制器基于该电网频率调节功率输出的情况下，并且尤其在 超过一个电网频率的极限值时切断向该电网的功率馈送，检测该电网频率随时间的变化， 确定变化速率并且将该变化速率与一个变化速率极限值进行比较，并且在超过该变化速率 极限值时将一个经修改的频率值用于调节该功率输出。
[0009] 本发明已经确定在转换过程和故障情况下对电网电压、尤其是对零点交叉的正沿 的估计导致错误测量，并且因此风力涡轮机的调节由于错误测量而作出错误反应。该反应 引起风力涡轮机剧烈改变其功率馈入，也就是说在频率过高情况下，剧烈减小，或者在频率 过低情况下，剧烈增加(条件是已经保留了功率储备)并且因此触发频率波动或使其恶化。 在极端情况下，不再将功率馈入。因此，在电网平衡中突然缺少发电。于是，所述波动必须由 常规发电站的调节性干预来补偿。
[0010]在这种情况下，本发明利用了以下事实：调节不补偿其自己的错误而是修改所测 量的变量。在这种情况下，检测频率随时间的变化速率并且针对变化速率将其与有技术意 义的变化速率极限值进行比较。在超过了变化速率极限值的事件中，作为风力涡轮机的调 节器的输入变量的、所测量的电网频率的值被限制到相对于所测量的电网频率而修改的频 率值。所述经修改的频率值可以优选地是引起变化时或之前的值加上变化速率极限值乘以 自引起频率变化以来的时间。如果没有超过变化速率极限值，则所测量的电网频率用于调 节功率输出。
[0011] 所述方法排除了如例如由相移引起的错误频率测量，并且由于避免了控制电路中 的平均值形成或积分部分，同时获得了调节器的高动态特性。此外，错误测量没有被完全忽 略并且接下来是功率馈入中的与常规发电站的已知反应相对应的适中变化;尤其，不再发 生突然断开。
[0012] 优选地，如果经修改的频率值与未经修改的频率值相比较具有更低的变化速率， 则要使用该方法；因此，变化速率受到限制，并且尤其，经修改的频率值是使用增加值或增 加函数来计算的。因此，经修改的频率值的偏差与之前所测量的频率值偏差较小。变化速率 极限值和/或增加值在这种情况下可以被选择成使其在电网的最大频率变化速率范围内。 所述频率变化速率尤其在从3到15Hz/s范围内。这种变化速率存在于常规热力发电站的电 网联接同步发电机中。
[0013] 可以进一步提供有待暂时受到限制的经修改的频率值的使用。这是特别有意义 的，因为一旦已经过去一段具体的时间（假设是由于电网中的瞬变、突然过程），就没有对电 网频率测量的持续影响;而是，所测量的频率实际上存在并且测量结果不再是有错误的。优 选地，所述时间在从20到IOOms范围内，特别优选地在20-50ms范围内。尤其，可以进一步提 供，一旦已经过去一段可预定义的时间，经修改的频率值就平滑地返回至所测量的极限值。 术语"平滑地"在此方面被理解成是指没有突然切换至未经修改的所测量的频率值;反而， 经修改的频率值例如通过斜坡函数接近未经修改的频率值。在优选的改进方案中提出，除 了该电网频率以外，还测量电网中存在的电网电压的水平，并且在该电网频率变化在极限 值以上的同时只要不超过预定义的电压极限值，就不修改该频率值。在此方面，电压极限值 可以被理解成是指电压的水平和电压随时间的增加两者。通过将电网电压的水平与极限值 进行比较，检测电压的瞬变过程并且因此将电网故障与其他过程(例如，相移)区分开。频率 测量的这种附加的拟真性控制（PlausibililiitskontroiIe)进一步提高了错误检测的可靠 性。
[0014] 在优选改进方案中提出，频率是根据具有正梯度并且具有负梯度的电压的零点交 叉的时间间隔确定的，并且尤其，该频率能够根据所有三个相的电压特征曲线来确定。对频 率测量的以上两种改进措施是迄今未知的。在风力涡轮机情况下，这些措施是特别有利的， 因为由此更频繁地并且以改进的方式测量频率。
[0015] 对所有三个相的测量可以同样用于拟真性检查，其结果是单相的偏差特别强的测 量不被作为测量错误来考虑并且因此不被输出。还可以对频率测量加以发展，这样使得在 一个相或两个相上的信号质量差的事件中，根据信号质量足够好的相计算所述相的频率。 本发明还涉及一种用于执行该方法的相应的风力涡轮机。
[0016] 以下参照附图基于有利的实施例通过举例方式描述了本发明。至于根据本发明 的、在正文中没有更详细解释的所有细节，明确参照附图，在附图中：
[0017]图1:示出了风力涡轮机并且
[0018]图2:示出了根据本发明的转换器调节器。
[0019]参照图1简要解释了风力涡轮机的设计。风力涡轮机1的风动转子2被设置成依靠 风旋转。在这种情况下，风动转子2可以通过传动器3以机械方式连接至发电机4并且设定发 电机4的转子6进入旋转。发电机的定子5通过导管电缆连接至转换器7,该转换器进而同样 通过塔1