风力系统及其运行方法

文档序号:7344375阅读:150来源:国知局
专利名称:风力系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及风力系统及装置领域,尤其涉及所述系统和装置产生 的电力提供给网络或电网进行配电的控制。
背景技术
风力系统包括一个或多个风力发电机或涡轮机,其安排成通过风 力引起的旋转产生电能。由这些发电机中的一个或多个(例如形成或 构成所谓"风力发电场"的几个发电机)产生的电能被提供给网络或 电网进行配电。通常,大量电力发电机连接到同一电网,且通常几个 电力用户也连接到该电网。
为了使网络上的电压和频率维持实质上恒定不变,电网在每一时 刻的功率输入实质上等于消耗的功率非常重要。因此,发电(包括由 各个发电机或风力涡轮机和/或一个或多个风力发电场产生的电力, 所有这些电力视为整体)必须根据消耗进行控制和修改。
与其它类型的发电如水力发电、核电等相比,风能的问题在于在 短期内变动较大。如果风电仅代表输入给网络的电力的非常小的部 分,则这些变化与所述网络的总体性能不是非常相关。然而,当风电 日益普及且现在已构成注入网络的总电力的实质部分时,对风电注入 和提供给电网(由各个风力涡轮机和/或风力发电场提供,视为整体) 的方式的调节已变得日益重要。大量专利、专利申请及其它文献涉及 怎样控制风电提供给网络。
所述专利的一个例子是美国专利US-B-6906431,其建议向多个 风力设施提供"用于调节传给网络的电力的装置,其中所述调节使得 总是向网络馈给恒定不变的表观功率"。表观功率可根据下述公式计 ^巾
S为表观功率量,P为有功功率量,Q为无功功率量。 现在,这暗示了一个问题,即未使用热/电流(I)设计限制。基 本上,当运行这种类型的系统时,流过任一组件的电流不超过该组件 可容许的最高水平非常重要。多余电流可导致过热及损坏所述组件。 进一步地,在US-B-6906431中所述的系统和方法实际上可以什 么样的方式实施在实际系统中也非常清楚。例如,总是保持表观功率 恒定将在例如风力发电机的启动阶段期间表现为非常复杂,而不是不 可能。
同样,当在实质上零无功功率的模式下运行时,有功功率保持恒 定。现在,例如在启动阶段期间这是不可能的。另一方面,如果不考 虑启动阶段,保持有功功率恒定仅是调节电网的电力输入的普通方 式通常,风力涡轮机预期产生其额定有功功率输出,之后,所述有 功功率输出被馈给电网。因而,不能理解在US-B-6906431中公开的 控制方法和系统对该传统现有技术运行(或打算运行,因为100%恒 定的功率输出在实践中是不可能的,这是由任何现实世界的组件和控 制系统的固有公差决定的)风力涡轮机或风力发电场的方式有何种贡 献。加以必要的修正,同样的方法和系统应用于风力涡轮机的运行实 质上不产生有功功率及产生恒定无功功率。
另一问题在于,当运行具有恒定发电并将所述电力注入网络的风 力系统(如风力涡轮机或发电机或包括几个风力涡轮机的风力发电 场)时,如果功率保持恒定,则电压降低意味着电流增加。现在,这 意味着,如果电流初始接近于所涉及组件的最大电流水平,更高的电 流可导致所述组件的损坏。因此,在风力系统正常运行期间必须保持 电流实质上低于由所涉及组件确定的最大水平,以使得电流的增加不 对所述组件造成任何实质上的损害。然而,这继而基本上要求将所涉 及的组件(导体、变压器等)设计成能经受比目前通常所能经受的更
高的电流,这意味着增加另外的成本等。
因此,在US-B-6906431中公开的控制系统和方法很难在现实世 界系统中实施,不是说不可能,即使成功实施,所述方法也面临与过 电流风险有关的问题。
W02007/006565公开了另一种控制从风力发电机或风力发电场向 网络馈给电力的方式。在此,提供高于额定电流的电流。这样,更多 的电力可被提供给网络。在W02007/006565中公开的系统背后的理念 基于与将所产生的电力传给网络有关的组件根据发电机的额定性能 决定其尺寸,不考虑电压有实质变化的事实。因此,所公开的系统宣 称进行管理以增加对电网的电力供应同时不因过高电流损坏所述组 件。
现在,与WO2007/006565所公开系统有关的问题在于,其虽然使 电力输出增加,但这实际上可例如由于过大的扭矩而损坏发电机的机 械零件。

发明内容
本发明的第一方面涉及风力系统,包括用于借助于至少一发电涡 轮机从风力产生电力的装备,所述发电涡轮机安排成由风力使其旋转 (即,所述装备可基本包括一个风力涡轮机或整个风力发电场或其部 分),及包括控制系统,所述控制系统包括用于控制将来自所述风力 系统(包括发电装置/涡轮机和控制系统)的电力(如有功及无功功 率)提供给网络或电网以分配给多个电力用户的功率控制器。所述功 率控制器包括用于根据至少一输入参数(例如,输入参数指示将要提 供给电网的有功功率和无功功率的所需量,或者输入参数指示有功功 率和相角如所需cos(4))值或另一电流和电压之间的相差指示符)控 制由所述风力系统提供给所述网络的电流(总电流)的装置。
例如,风力系统可包括通过全变换器或双馈结构连接到所述网络 的所述装备,其中,例如所述装备可包括一个或多个双馈感应发电机, 如双馈异步机。在两种情况下,所述功率控制器可被安排成对变换器 起作用,使其为全变换器或将转子绕组连接到电网的变换器,同时定 子绕组实质上绕开变换器直接连接到电网。当然,所述装备也可以是 任何其它类型的装备,如直接连接的异步发电机等。
本发明使可能使用系统的全部电流能力(而不是仅着眼于功率), 因而使可能增加可提供给电网的无功功率。
因而,根据本发明,所述功率控制器被构造为使馈给电网的总电
流量保持低于预设最大量(Imax),从而防止(或至少降低)在例如 电网有突然电压降的情形时出现过电流的风险。另外,考虑到所测得 的网络电压,所述控制系统被安排成建立可向所述网络提供的无功功 率的最大量(Qmax)(考虑当前向电网提供的有功功率的量,或者考 虑如果需要被允许向电网馈给的有功功率的量),选择所述无功功率 的最大量使得所述总电流将不超过所述预设最大量(Imax )。
这样,由上面提及的过电流导致组件损坏的风险得以降低。因此, 该电流极限限制可以是胜过有功和无功功率的所需供应的限制,艮口, 如果所需有功和无功功率不能在不超过该电流极限的情况下提供,则 实际注入电网的有功功率和/或无功功率可低于"所需"有功和无功 功率(或者有功功率和/或无功功率的量可相对于相应的"所需"值 进行修改)。
在现有技术系统中,电流极限通常基于系统的功率极限进行计 算。然而,根据本发明,热设计的全部能力均被利用。因此,通过使 用全部电流能力(在每一具体情形中,即考虑到所测得的网络电压及 提供给或"可用于"提供给电网的有功功率量),本发明使可能在普 遍条件下增加提供给网络的无功功率。
因此,即使在欠电压情况下,也可能总是使用高达系统极限的全 部电流,因而使可能通过注入无功功率支持电网。
总电流可由下述公式确定<formula>formula see original document page 9</formula>
其中,I为总电流量,Ip为与电压同相的电流分量(所谓的有功
电流)的量值,1。为与电压具有±"/2弧度(即90度)相差的电流 分量的量值。IP和I。为馈给电网的总电流。
功率控制器可被构造成运行所述装备使得风力系统根据有功功
率参考信号或值及无功功率参考信号或值(或相角或cos(40参考信
号或值)向网络提供预定量的有功功率和预定量的无功功率,所述功 率控制器还可被安排成控制电流及调整有功功率和无功功率(或相角
/cos(40)使得总电流不超过所述预设最大量(Imax)。例如,控制 系统可被构造成在风力系统的输出端有电压降时增加风力系统提供 的电流,以在电流不超过所述预设最大量的前提下尽可能继续提供所 述预定量的有功功率和无功功率。
所述系统可被安排成使得在总电流不超过所述预设最大量 (Imax)就不可能提供预定(或所需)量的所述有功功率和无功功率 的情况下优先提供有功功率或优先提供无功功率。即,在总电流不超 过所述预定极限的先决条件下,系统可尽可能地提供所需量的有功和 无功功率,当在不增加总电流使其超过相应极限就不再可能提供时, 根据建立或预先编程的优先规则,首先减少有功功率或无功功率。
功率控制器可包括有功功率的控制环路及无功功率控制环路,其 中有功功率控制环路可包括用于产生有功电流参考信号的装置,及其 中无功功率控制环路可包括用于产生无功电流参考信号的装置,其中 所述控制系统还包括用于限制所述有功电流参考信号和无功电流参 考信号的装置以防止总电流超过所述预设最大量。
这样,可实现有效及有效率的电流控制,这降低了损坏与电源有 关的组件的风险。
所述功率控制器可被安排成根据系统中保存的至少一优先指示 符限制所述有功电流参考信号和无功电流参考信号,使得或优先限制 所述有功电流参考信号或优先限制所述无功电流参考信号。例如,所 述功率控制器可被预编程以有条件地或无条件地通过优先限制无功 电流参考信号而优先产生有功电流,因而尽可能地避免降低或限制有 功电流参考信号。 .
所述系统可被安排成防止有功功率的增长超出预定水平,因而在 电压和电流之间的相角降低而低于某一水平时能降低表观功率,从而 防止在系统的机械部件上出现多余扭矩。
本发明的另一方面涉及运行风力系统的方法,其实质上如相应独 立权利要求所定义。加以必要修正,上面结合所述系统所陈述的内容 也可应用于本发明方法。


为完成描述及为提供对本发明更好的理解,提供一组附图。所述 附图形成描述的主要部分并图示了本发明的优选实施例,其不应被视 为限制本发明的范围,而仅是本发明可怎样实现的例子。所述附图包 括下述图
图1示意性地示出了风力发电系统的结构(图1中所示的一般结 构既对应于现有技术系统也对应于根据本发明的系统,而差别在于安 排、构造和/或编程控制系统的方式)。
图2为根据本发明优选实施例的系统对电网的功率输出图。 图3示意性地示出了根据本发明优选实施例的系统的功率控制 器的一部分。
具体实施例方式
图1示意性地示出了风力发电系统的结构,包括具有转子11的 风力涡轮机l,转子具有叶片12,所述转子被安排成使得其由风力旋 转,因而产生相应的旋转,有时通过发电机13的变速箱(未示出) (即,所述发电机的转子部分的变速箱,所述发电机还包括定子部
分)。发电机13产生输出AC电压并可被连接到电变换器14;目前,
许多不同的变换器设计和结构在本领域众所周知,因而没必要在此进
一步讨论它们;可在本发明框架内使用的变换器结构的例子包括全电 力变换器结构(如US-A-5083039中所公开的变换器)及双馈感应发 电机结构如使用背对背电力变换器的结构(如US-A-2003/0151259中
所公开的变换器);这些文献的内容通过引用包含于此。
变速箱、发电机13和电变换器14均可安排在外壳或"机舱"15 内,其通常安装在塔16上。然而,在本发明范围内其它结构也是可 能的。
电变换器14将在发电机13的输出处的AC电压转换为DC电压, 其随后在变换器14的输出端转换为AC电压(及电流),所述变换器 连接到电网或网络4以将风力涡轮机产生的电力分配给电力用户。该 连接通过电源线3发生,其可包括组件(如图1中所示)如低电压线 31、变压器32和高电压线33。在全变换器系统中,给电网的全部电 力均通过变换器。在双馈感应发电机系统中,电力的一部分通过变换 器而另一部分不通过变换器即提供给电网,例如,通过定子和电网之 间绕开电力变换器的连接,如US-A-2003/0151259的图1和3所示。 所有这些均是常规手段,因而不必要在此进一步描述。
此外,风力发电系统包括总控制系统,其也可全部或部分安排在 外壳15内,尽管其也可在外壳的外面。如图1中所示,该控制系统 包括主控制器2,其被提供相应的软件以基于预先保存的信息和不同 传感器提供的信息及例如来自外部操作员或操作软件的信息或指令 全面控制所述系统。该主控制器2控制节距调节器21的运行,其负 责基于从主控制器接收的指令及从转子处的传感器211接收的信息 设定转子11的叶片12的节距。此外,有功率控制器22,其从一个 或多个电流传感器221和电压传感器222接收输入。
功率控制器22对电变换器14起作用以基于相应电流传感器221 和电压传感器222提供的电流和电压信息及主控制器2提供的电力参 考信号223向电网提供正确的输出功率(有功功率P和无功功率Q)。
所有这些均是常规的,因而不必要进行更详细的描述。特别地, 为了根据电力需求向网络提供电力,应进行节距和电力调节,网络调 节和可用风力是众所周知的,用于所述控制的几种不同的实际系统和 方法可从现有技术获知(例如,上面提及的US-A-5083039 、 US-A-6137187和US-A-2003/0151259)。
基本地,有兴趣通过电源线3向电网4提供大量有功功率(即, 对应于与电压同相的电流的功率)。然而,也可感兴趣提供无功功率, 因为这有时可帮助支持电网。
通过电源线提供的电压和电流由相应的检测器221和222检测, 因而功率控制器22获得关于提供给电网的电压(U)、关于电流(I) 及关于功率和电压之间的相差(40的实时信息,藉此,可容易地确 定有功功率(P=U*I*cos(4>))和无功功率(Q=U*I*sin(4)))。因此, 功率控制器可向变换器提供相应的控制信号以保持所述变换器输出 端的有功和无功功率(尽可能)与从主控制器接收的参考功率223 — 致。
提供给电网的电流为关键因素,因为过多的电流可导致加热及损 坏电网和电源线3的组件。因此,根据本发明,预先建立最大电流 Imax,其不应被超出。例如,如果电源线上的电压U下降(例如由于 电网短路),继续提供相同量的有功和无功功率意味着增加电流,这 可导致系统组件的损坏。通常,该问题已不太相关,因为在电网有电 压降时发电机通常已被与电网断开连接。然而,不再是那样,实际上, 有这样的趋势至少部分网络操作员实际上需要发电机在整个电网故 障期间还继续连接到电网,尽管有时不向电网提供电力。
根据本发明,及为了避免任何过多电流,功率控制器22安排成 对变换器起作用,使得一方面有功功率P和无功功率Q尽可能与参考 功率223确定的一致,但前提是总电流量(包括与电压同相的电流分 量Ip和与电压错相^/2弧度即90度的电流分量1。)不超过预先建立 的最大电流量(Imax)。当总电流量接近所述最大电流量时,功率控 制器对变换器起作用以限制Ip和/或I。(因而,在固定电压时,限制 相应的有功功率P和/或无功功率Q)从而将总电流保持在相应极限 内。基于所测得的电流和电压值及应提供给(或可用于提供给)网络 的有功功率量,功率控制器22可计算可提供给网络的无功功率的最 大量(Qmax),并提供相应的信息给例如主控制器,其可使用该信息 计算参考功率223。
功率控制器22可被构造成给予有功功率或无功功率优先权,以 仅降低它们中之一或使其中之一比另一个降低更大程度。例如,通过 降低电流和电压之间的角,在某一电压降时,有功功率可被保持实质 上恒定及总电流可被保持低于相应的最大值,而较少的无功功率被提
供给网络4,反之亦然。
图2示出了根据本发明优选实施例的系统对电网的功率输出,其
中横轴代表有功功率(P)的量,纵轴代表提供给电网的无功功率(Q)
的量。曲线100代表在额定电压仏(在该类型的典型系统中,例如在
变换器14的输出端其可以是690V)运行。根据电流和电压之间的相
差小(其通常可由变换器14控制;例如,控制其的一种方法是通过
控制有功和无功功率,因而给出所得相角4>),对于恒定电流量和电
压量,可沿曲线100的弯曲部分(IOOB、 100C)移动,按需改变有功
功率和无功功率之间的关系。沿曲线的该弯曲部分,表观功率S
(5 = V尸2 +22 )恒定。
涡轮机已被设计成在额定电压仏及例如在一定cos(cj))(例如, cos(<|))=0.9)运行,则在额定电压Uw和电流IN,产生输出额定有功 功率^。因此,机械系统在其扭矩抗力方面己被设计成支持对应于该 额定功率的扭矩(具有相应的安全余量)。也就是说,扭矩超出对应 于该额定有功功率的扭矩是不合需要的。因此,控制系统被编程使得 如果cos(40增加而高于相应值(例如,在图2中,如果角4)向零 降低,则cos(小)从0.9向1增加),有功功率被控制(例如通过电 流控制)为不超过额定有功功率。这由曲线100的垂直直线部分100A 表示。因此,在运行期间,即使在额定电压时,S将不被保持恒定, 但在角4)向零减小时其将被降低,即,当无功分量向零降低时,避 免过多有功功率,其引起过多扭矩及损坏或磨损系统机械零件的相应 风险,所述机械零件如驱动链组件(例如,变速箱、主轴、发电机等)。所述系统已被设计成在额定电压工作且设定电流极限,使得可通 过在电压降低时在某一极限内(即,某一最大量或百分比)增加电流 而保持功率输出恒定,及在电压增加时通过降低电流保持功率输出恒
定。例如,所述系统可被设计用于额定电压Uw士XQ/。的电压,如UN±10%, 例如690V土69V。即,电压波动±10%可为系统"接受",其已因之那 样设计。因此,最大电流Imax可被设定为额定电流 IN*(l/0. 9)"IN*1. 11。这将使能通过根据"可接受"波动范围(例如, 10%)内的电压调节电流而沿额定运行曲线100运行。由于电流被控 制为不超过最大电流Imax,且组件被选择为支持Imax,因此没有因 过电流(或过热)损坏组件的风险(与所发生的相反,如果表观功率 S保持恒定,在电压降低多余预定量的情况下,即在上面给出的例子 中,如降低20%:恒定的表观功率S ""尸2+22 )将要求电流增加 高于Imax,即在给出的例子中,增加大约25%而不是11%)。
在图2中,曲线101示意性地示出了在电压降低两倍于所允许量 时的运行曲线,即在上面给出的例子中,降低20%而不是预期的最大 ±10%的变化。在这种情形下,不再可能沿曲线100运行,因为这将 需要电流增加超出Irnax (如,考虑上面例子中的图,相比于额定电 流增加25%而不是11%)。也就是说,在此,表观功率被降低以避免可 能的有害过电流。
相比于基于恒定表观功率S的备选现有技术方法,曲线102代表 通过本发明获得的延伸运行区域。由于Imax己被选择为使能在"预 期"电压范围(例如仏±10%)的低限时沿曲线IOO运行,当电压高 于最小电压(例如,UN-10%)时,例如在电压仏或仏+10%,可能增加 表观功率而超过曲线100。有功功率P仍然被限于Pn (例如,以将扭 矩保持在基于其设计系统的预定极限内),但更高的(电感性或电容
性)无功功率Q可被产生并注入电网,这将改善系统在可提供给电网 的无功功率支持方面的灵活性。
因此,基于实际测得的网络电压、电流的最大量Imax和提供或 "可用于"提供的有功功率P,功率控制器22可确定最大无功功率 Qmax,其将限制从主控制器发送给功率控制器的相应参考功率信号 223。
因此,可提供的最大无功功率将取决于所测得的电压及系统应能 提供的有功功率,且将由电流的所述最大量Imax (进一步)限制。
因此,所述系统不仅降低因过电流(过热)引起问题及损害的风 险,所述过电流在表观功率S保持恒定时出现(同样在电压低于系统 设计"容许"的电压时出现),而且所述系统还使能增加可注入电网 的无功功率,从而增强系统的电网支持能力。
图2中所示的负的有功功率可对应于在发电机实质上未被风力 驱动时因而系统未产生有功功率时发电机和变换器中的内部损耗,其 可仍然继续连接到电网,耗用一些有功功率来补偿这些损耗,同时向 电网注入无功功率以支持电网。
图3示意性地示出了图1的功率控制器22的一部分。基本地, 其包括两个控制环路, 一个用于有功功率, 一个用于无功功率。
考虑有功功率环路,其包括求和运算器301,用于从测得的有功 功率P减去对应于由总控制系统确定(及,例如,作为主控制器2提 供的参考功率信号223的一部分传给功率控制器,如上结合图1所述) 的、将要提供给电网的"所需有功功率"(其可被限制以防止有功功 率增加超过极限如如上结合图2所述的额定功率^极限)的第一参考 信号P,。差值被提供给有功功率PID控制器302,其产生有功电流 参考(IRQ一REF),该有功电流参考提供给求和运算器303并在那里与 测得的有功电流(IRQ)比较,其后相应的差信号提供给有功电流PID 控制器304,从而产生用于控制变换器的输出参考电压(URQ—REF)(例 如,其可用以控制常规变换器系统的脉宽调制)。
类似地,无功功率环路包括求和运算器401,用于比较测得的无
功功率Q和对应于将要提供给电网的"所需无功功率"(例如对应于
由主控制器2提供的参考功率信号223的一部分,如上结合图1所述) 的第一参考信号Q,。差值被提供给无功功率PID控制器402,其产 生无功电流参考(IRD_REF),该无功电流参考提供给求和运算器403 并在那里与测得的无功电流(IRD)比较,其后相应的差信号提供给 无功电流PID控制器404,从而产生用于控制变换器的输出参考电压 (URD—REF)(例如通过脉宽调制)。
电力控制系统还包括有功电流限制器305和无功电流限制器
405,安排成保证总电流不超出某一阈值,其通过限制参考电流(来 自有功功率PID控制器302和无功功率PID控制器402的输出信号) 进行。因此,借助于这些电流限制器305/405,可防止总电流超出某 一阈值。例如,可确定^/7i 2—MF2+/i D—MFe2的值将不超出某一阈 值,对应于总电流的最大量(Imax)。两个电流限制器可协调使得根 据优先向电网提供有功功率还是无功功率而优先有功电流或无功电 流。例如,通常首选优先产生有功功率。例如,所述优先可通过设置 参数实现,所述参数或给予有功功率产生或给予无功功率产生更高的 优先权。例如,可设置所述极限以实现额定有功功率的产生,其余"可 用"电流可用于提供无功功率,按为向网络提供无功功率支持所需的 程度提供无功功率。用于无功功率I"v的"可用"电流在任何时 刻可通过下述公式确定
=^g-肌/"服=V^mox)2 — (/尸)2
其中Imax为上面提及的最大电流量,工P为提供给电网的有功电流。
另一组限制器306/406可提供在电流PID控制器304/404的输出处以限制给变换器系统的电压参考从而避免变换器系统的过调制,因 而避免更高的谐频。
US-B-6906431中提出的方法(如果应用于图3中所示的系统, 其对应于有功和无功功率的输入参考的某些类型的控制,使得例如 A/户;+2^的值被设定为常数,因而意味着表观功率恒定)未暗含有 效保护以防止过热,因为其不涉及电流水平的控制,而本发明提供所 述过热的有效防止,因为总电流水平被有效控制。
在本文中,术语"包括"及其变化(如"包含"等)不应理解为 除外的含义,也就是说,这些术语不应解释为排除所描述和所定义的 内容可包括另外的元件、步骤等的可能性。
另一方面,本发明显然不限于在此所述的具体实施例,而是包括 本领域任何技术人员在权利要求确定的总范围内考虑的任何变化(例 如,关于材料、尺寸、组件、结构等的选择)。
权利要求
1、风力系统,包括用于借助于至少一发电涡轮机从风力产生电力的装备(1),所述发电涡轮机安排成由风力使其旋转,及包括控制系统(2),所述控制系统包括用于控制将来自所述风力系统的电力提供给网络(4)以将电力分配给多个电力用户的功率控制器(22),其中所述功率控制器包括用于根据至少一输入参数(223)控制由所述风力系统提供给所述网络的电流的装置,其特征在于所述功率控制器(22)被构造为使向网络提供的总电流量保持低于预设最大量(Imax);及所述控制系统被安排成考虑所测得的网络电压及向网络提供的有功功率而确定可向所述网络提供的无功功率的最大量(Qmax),选择所述无功功率的最大量使得所述总电流将不超过所述预设最大量(Imax)。
2、 根据权利要求1的风力系统,其中所述总电流由下述公式确定其中,I为总电流量,IP为与电压同相的电流分量的量值,1。为与电压具有士 ^/2弧度相差的电流分量的量值。
3、 根据权利要求1或2的风力系统,其中所述功率控制器被构 造成运行所述风力系统以根据有功功率参考信号及无功功率参考信 号向网络提供预定量的有功功率(P)和预定量的无功功率(Q),其 中所述功率控制器还被安排成控制风力系统提供的电流及调整有功 功率(P)和无功功率(Q)使得所述总电流不超过所述预设最大量(Imax)。
4、 根据权利要求1或2的风力系统,其中所述功率控制器被构 造成运行所述风力系统以根据有功功率参考信号及相角参考信号向 网络提供预定量的有功功率(P)和预定量的无功功率(Q),其中所 述功率控制器还被安排成控制风力系统提供的电流及调整有功功率 (P)和相角使得所述总电流不超过所述预设最大量(工max)。
5、 根据权利要求1或2的风力系统,其中所述控制系统被构造 成在风力系统的输出端有电压降时增加风力系统提供的电流,以在电 流不超过所述预设最大量(Imax)的前提下尽可能继续提供所述预定 量的有功功率和无功功率。
6、 根据权利要求5的风力系统,所述系统被安排成使得在总电 流不超过所述预设最大量(Imax)就不可能提供预定量的所述有功功 率和无功功率的情况下优先提供有功功率(P)或优先提供无功功率(Q)。
7、 根据权利要求6的风力系统,其中所述功率控制器(22)包 括有功功率的控制环路及无功功率控制环路,其中有功功率控制环路 包括用于产生有功电流参考信号的装置(302),及其中无功功率控制 环路包括用于产生无功电流参考信号的装置(402),其中所述控制系 统还包括用于限制所述有功电流参考信号和无功电流参考信号的装 置(305、 405)以防止总电流超过所述预设最大量(Imax)。
8、 根据权利要求7的风力系统,其中所述功率控制器(22)被 安排成根据系统中保存的至少一优先指示符限制所述有功电流参考 信号和无功电流参考信号,使得或优先限制所述有功电流参考信号或 优先限制所述无功电流参考信号。
9、 根据权利要求8的风力系统,所述系统被安排成防止有功功 率的增长超出预定水平(PN),因而在电压和电流之间的相角降低而 低于某一水平时能降低表观功率,从而防止在系统的机械部件上出现 多余扭矩。
10、 运行风力系统的方法,所述风力系统包括用于借助于至少一 发电涡轮机从风力产生电力的装备(1),所述发电涡轮机安排成由风 力使其旋转,以向网络(4)提供电流从而将电力分配给多个电力用 户,其特征在于该方法包括步骤使向网络提供的总电流量保持低于预设最大量(Imax);及 考虑所测得的网络电压及向网络提供的有功功率而确定可向所述网络提供的无功功率的最大量(Qmax),选择所述无功功率的最大 量使得所述总电流将不超过所述预设最大量(Imax)。
11、 根据权利要求10的方法,其中所述总电流由下述公式确定其中,I为总电流量,Ip为与电压同相的电流分量的量值,1 为 与电压具有士 ^/2弧度相差的电流分量的量值。
12、 根据权利要求10或11的方法,其中运行所述风力系统以根 据有功功率参考信号及无功功率参考信号向网络提供预定量的有功 功率(P)和预定量的无功功率(Q),及包括控制电流及调整有功功 率(P)和无功功率(Q)的步骤使得所述总电流不超过所述预设最大 量(Imax)。
13、 根据权利要求10或11的方法,其中运行所述风力系统以根 据有功功率参考信号及相角参考信号向网络提供预定量的有功功率(P)和预定量的无功功率(Q),及包括控制电流及调整有功功率(P) 和相角的步骤使得所述总电流不超过所述预设最大量(Imax)。
14、 根据权利要求10或11的方法,包括在风力系统的输出端有 电压降时增加风力系统提供的电流的步骤,以在电流不超过所述预设 最大量(Imax)的前提下尽可能继续提供所述预定量的有功功率和无 功功率。
15、 根据权利要求14所述的方法,包括在总电流不超过所述预 设最大量(Imax)就不可能提供预定量的所述有功功率和无功功率的 情况下优先提供有功功率(P)或优先提供无功功率(Q)的步骤。
16、 根据权利要求15所述的方法,包括步骤在有功功率控制 环路中产生有功电流参考信号,及在无功功率控制环路中产生无功电 流参考信号,限制所述有功电流参考信号和无功电流参考信号以防止 向电网提供的总电流超过所述预设最大量(Imax)。
17、 根据权利要求16的方法,包括根据至少一优先指示符限制 所述有功电流参考信号和无功电流参考信号的步骤,使得或优先限制 所述有功电流参考信号或优先限制所述无功电流参考信号。
18、根据权利要求17所述的方法,包括防止有功功率的增长超 出预定水平(PJ及在电压和电流之间的相角降低而低于某一水平时 能降低表观功率的步骤,从而防止在系统的机械部件上出现多余扭 矩。
全文摘要
风力系统,包括用于借助于至少一发电涡轮机从风力产生电力的装备(1),所述发电涡轮机安排成由风力使其旋转,及包括控制系统(2),所述控制系统包括功率控制器(22)。所述功率控制器(22)被构造为使总电流量保持低于预设最大量(Imax)。
文档编号H02J3/46GK101350528SQ20081013239
公开日2009年1月21日 申请日期2008年7月16日 优先权日2007年7月16日
发明者B·安德森 申请人:歌美飒创新技术公司
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