风力涡轮机的自适应电压控制的制作方法

专利名称：风力涡轮机的自适应电压控制的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及风力涡轮机领域，并且更具体地说，涉及基于电网状态来控制风力涡轮机的运转。
背景技术：
当与电网的总发电容量相比时，风力发电系统在过去只有小规模应用。通常被用于描述风力发电的相对值的术语是“渗透性(penetration)”。渗透性是风力发电与用于电网的总有效发电的比率。以前，即使在风力发电最高的那些地方，渗透水平也处于几个百分点以下。虽然这是相对较小的电量，并且管理风力涡轮机的运转的规则反映了这种小渗透性，但清楚的是，这种渗透性在增加并由此针对风力涡轮机的操作规则将改变。例如，被修订的一种操作原理是电网稳定支持的所需量必须由风力涡轮机来提供。如可以清楚，随着风力涡轮机的渗透性增加，它们贡献于电网的稳定性的期望值就变得更大。电力设施现今面临针对更高质量、可靠电力以及增加传输容量的日益增长需要。 增加可靠性和容量的关键是确保恰当地调整电网电压。这帮助防止运行中断、破坏电气运行设备、发电厂以及电网的其它组件，并且可以帮助最大化传输容量。一般来说，电力设施通过在它们的传输网上保持有功功率和无功功率的平衡来保持电压电平稳定。在交流网中，几乎处处都生成、传输以及消耗大量电力。AC系统的部件提供(或生成)和消耗(或吸收或损失)两种功率有功功率和无功功率。有功功率完成有用工作 (例如，运行电动机和点亮灯)。无功功率支持必须针对系统可靠性来控制的电压。在AC电气系统中，电压和电流按系统频率(在北美，该频率为60赫兹或每秒钟60 次；在欧洲，该频率为50Hz，或每秒钟50次)脉动(数学上用正弦波来描述)。尽管AC电压和电流按相同频率脉动，但它们在不同时间达到峰值(即，它们可能不同相)。功率是电压和电流的代数乘积。在一个周期期间，功率具有按瓦特测量的平均值，称作有功(或有效) 功率。还存在一部分按无功伏安或VAR测量的具有零平均值的功率，称作无功功率。总功率称作按伏安或VA测量的视在功率。无功功率因其上下脉动、平均为零而具有零平均值。 无功功率可以为正或负，取决于电流峰值在电压之前还是在电压之后。按照惯例，无功功率如同有功功率一样在“提供”其时为正，而在“消耗”或吸收其时为负。消耗无功功率趋于降低电压量值，而提供无功功率趋于增加电压量值。电力系统中的电压控制(保持电压在限定限值内)对于适当操作电力设备来说是重要的，以缩减诸如发电机和电动机过热的潜在破坏，缩减传输损耗，并且保持系统经得住扰动和缩减潜在电压骤降的能力。电压骤降可以发生在系统试图服务比该电压可以支持的负荷更加多的负荷时。不足的无功功率供应降低电压，并且随着电压的下降，电流必须增加以保持所提供功率，导致线路消耗更多无功功率，从而电压进一步下降。如果电流增加得太多，则传输线路脱扣或脱机、其它线路过载以及潜在地造成级联故障。而且，如果电压下降太低，则一些发电机将自动断开以保护自身。电压骤降发生在负荷增加或损失发电或传输设施造成减低电压时，其致使进一步缩减来自电容器和线路充电的无功功率，并且更进一步造成电压缩减。如果继续下降，则这些电压缩减造成辅助部件脱扣，导致电压进一步缩减和损失功率。其结果是电压逐步且不可控制地下降，这一切都是因为电力系统不能够提供无功功率需求所需的无功功率。因此，电力系统的通过提供(或消耗)无功功率来支持电网的各种组件的能力是重要的特征。目前，具有高风力发电潜力的、地理学上遥远的区域，因有限的电网传输容量和/ 或匹配电气生产与需求(或，更一般地说，因“弱电网”)而可能不是可行的候选风力场。弱电网典型为系统设计方必须考虑电压电平和电压波动的电网，因为当考虑负荷和电力生产情况时，存在这些最值可能超出电力工业设置的标准需求的概率。弱电网通常在更遥远地点和针对相对较小负荷设计的区域发现。对于风能系统来说，伴随弱电网的一个问题是，在特定时间段期间电网上的可变电压电平。例如，针对弱电网的电压电平可以因可变用电设备负荷而全天按几个百分点改变。而且，将风力涡轮机连接至弱电网趋于因通过风力涡轮机生成的额外有功功率而增加电压电平。因此，对于用电设备负荷较低(即，电网的电压电平相对较高)的情况来说，将风力涡轮机连接至电网可以造成电压电平上升超过处于最低不可取且经常不可接受的标准所需的最大电平。

发明内容
本发明至少总体上涉及设置和/或操作风力涡轮机以自适应地控制电网电压。在一个或更多个实施方式中，提供了用于识别电网的状态(例如，因弱电网上的可变用电设备负荷而造成的波动)并且自适应地调节电压控制方案以大致“忽略”因该状态而造成的电压变化。在这点上，因风力涡轮机消耗的无功功率的量可以最小化或缩减。另外，本发明的其它特征包括伴随针对风力涡轮机的有功功率降额的电压控制和伴随针对风力涡轮机的有功功率降额的功率因数控制。下面，对本发明的各个方面进行描述。尽管下列每一个方面都可以涉及或可应用于前述，但这里介绍的内容不必用于这些方面中的任一方面，除非另外进行了规定。本发明第一方面通过可以电连接至电网的风力涡轮机来具体实施，其中，该风力涡轮机包括同步发电机。该风力涡轮机可以被设置并且操作成，当所述风力涡轮机与所述电网电连接至时，根据控制方案选择性地控制所述同步发电机的无功功率特性。另外，所述风力涡轮机可以被设置成，识别所述电网的预定状态(下面，可以将其称为“预定电网状态”)，并且响应于识别出这种预定电网状态，来修改其控制方案以缩减被所述同步发电机吸收的无功功率的量。许多精细化特征和附加特征可应用于本发明的第一方面。这种精细化特征和附加特征可以单独使用或者按任何组合使用。下面的讨论可分离应用于第一方面，一直到开始讨论本发明第二方面。
在第一方面的一实施方式中，所述预定电网状态采用因与所述电网相关联的用电设备负荷而造成所述电网的电压波动的形式。作为一示例，所述波动大致周期性的并且具有天、周、季节、年，或者某一其它时间段。在其中所述波动周期性的并且具有一天的情况下，所述波动可能因弱电网上的可变用电设备负荷而造成。在第一方面的一个或更多个实施方式中，识别所述预定电网状态可以包括，针对一时间段测量/分析所述同步发电机的无功功率特性(例如，所吸收或生成的无功功率)。 如可以清楚，无功功率特性可以表示所述电网的电压特性(例如，当所述电网的电压太高时，可以通过所述同步发电机消耗更多无功功率)。在这点上，识别所述预定电网状态可以包括向所述同步发电机的无功功率特性应用比例积分(PI)控制器。而且，识别所述预定电网状态可以包括从所述同步发电机的所述测量无功功率特性中减去标称无功功率特性。在这点上，识别所述预定电网状态可以可能伴随至少大致“忽略”等于或小于标称无功功率特性的无功功率特性。在第一方面的一个或更多个实施方式中，修改所述风力涡轮机的所述控制方案可以包括生成自适应控制基准；并且向所述控制方案提供所述自适应控制基准。例如，所述自适应控制基准可以通过根据所述同步发电机的所测量无功功率特性生成第一电压基准，并且将标称电压基准(例如，额定电压的100%)相加至所述第一电压基准以生成所述自适应控制基准，来生成自适应控制基准。在这点上，所述风力涡轮机可以被设置成，接收或以其它方式利用所述自适应电压基准，来测量或以其它方式利用所述电网的电压；以及选择性地控制所述同步发电机的无功功率特性，使得所述电网的所测量电压大致跟随所述自适应电压基准。作为一示例，所述无功功率特性可以通过调节所述同步发电机的转子电流以缩减被所述同步发电机吸收的无功功率的量来选择性地控制。如可以清楚，所述风力涡轮机操作可以被设置成，按大于更新所述自适应电压基准的比率的比率选择性地控制所述无功功率特性。在第一方面的一个或更多个实施方式中，所述自适应控制基准可以受限于取决于所述电网的额定电压的范围(例如，所述电网的额定电压的95%至105%)。另外，在一个或更多个实施方式中，所述控制方案可以利用自动电压调节器(AVR)来实现。该AVR可以操作以接收电压基准、测量所述电网的电压，以及通过选择性地调节所述同步发电机的转子电流来控制所述电网的所述电压以跟随所述电压基准。为考虑所述电网状态，所述电压基准可以根据识别出的所述预定电网状态来自适应。本发明的第二方面通过一种可以连接至电网的风力涡轮机来具体实施，其中，该风力涡轮机包括同步发电机。所述风力涡轮机可以被设置成，当所述风力涡轮机与所述电网电连接时，针对第一状态按第一有功功率控制模式操作。而且，所述风力涡轮机可以被设置成，当所述风力涡轮机与所述电网电连接时，针对第二状态按第二有功功率控制模式操作，其中，按所述第二有功功率控制模式操作所述风力涡轮机向所述风力涡轮机提供与在按所述第一有功功率控制模式操作所述风力涡轮机时相比不同的有功功率特性。许多精细化特征和附加特性可应用于本发明第二方面。这些精细化特征和附加特征可以单独使用或者按任何组合使用。下面的讨论可分离应用于第二方面，一直到开始讨论本发明第三方面。在第二方面的一个或更多个实施方式中，所述第一有功功率控制模式包括按大致等于所述同步发电机的额定有功功率电平的有功功率电平来操作所述同步发电机，并且所述第二有功功率控制模式包括按小于所述同步发电机的所述额定有功功率电平的有功功率电平来操作所述同步发电机。在第二方面的一个或更多个方面中，所述第一状态和所述第二状态皆取决于所述电网的电压或者所述同步发电机的一个或更多个物理特性。作为一示例，所述第一状态和所述第二状态皆可以通过测量所述电网和与所述电网电连接的所述风力涡轮机的电压、分析所述电网的所测量电压，以及根据这种分析按所述第一有功功率控制模式或者按所述第二有功功率控制模式操作所述风力涡轮机来确定。所提到的分析可以包括在一时间段期间比较所测量电压与阈值电压基准(例如，对所测量电压与所述阈值电压基准之差进行积分)。所述风力涡轮机可以根据这种比较，按所述第一有功功率控制模式和所述第二有功功率控制模式中的一种控制模式来操作。在第二方面的一个或更多个实施方式中，所述有功功率特性在按与所述第一有功功率控制模式相对的所述第二有功功率控制模式操作时，按取决于所述电网的所测量电压的量来缩减。作为一示例，缩减所述有功功率特性的量与对所述电网的所测量电压与最大电压基准之差的积分成比例。在第二方面的一个或更多个实施方式中，所述第一状态和所述第二状态皆取决于功率因数基准。所述功率因数基准可以通过任何合适实体(例如，电网操作人员、控制算法等)提供给所述风力涡轮机。在这种情况下，所述第一状态和所述第二状态可以通过接收功率因数基准，比较所述功率因数基准与所述同步发电机的功率因数能力(例如，PQ能力曲线)，以及根据这种比较按所述第一有功功率控制模式或者按所述第二有功功率控制模式操作所述风力涡轮机来确定。在一个示例中，所述有功功率特性在按与所述第一有功功率控制模式相对的所述第二有功功率控制模式操作时，按取决于所述同步发电机的一个或更多个物理特性的量来缩减。在第二方面的一个或更多个实施方式中，所述第一状态和所述第二状态皆取决于所述电网的功率因数基准和电压两者。在这点上，所述第一状态和所述第二状态可以通过测量所述电网的电压，并接着分析所述电网的所测量电压以生成第一有功功率基准来确定。而且，所述功率因数基准可以被所述风力涡轮机接收或以其它方式利用，可以比较所述功率因数基准与所述同步发电机的功率因数能力(例如，通过利用查寻表)以生成第二有功功率基准，以及可以利用最小有功功率基准用于所述风力涡轮机的操作，其中，该“最小有功功率基准”是所述第一有功功率基准和所述第二有功功率基准中的较小者。所述风力涡轮机可以根据利用所述第一有功功率基准和所述第二有功功率基准中的哪一个来按所述第一有功功率基准或者按所述第二有功功率基准来操作。在第二方面的一个或更多个实施方式中，所述风力涡轮机在所述最小有功功率基准等于所述同步发电机的所述额定有功功率电平时按所述第一有功功率控制模式操作，并且所述风力涡轮机在所述最小有功功率基准小于所述同步发电机的所述额定有功功率电平时按所述第二有功功率控制模式操作。而且，在一个或更多个实施方式中，所述风力涡轮机的所述有功功率电平在按所述第二有功功率控制模式操作时限于预定范围(例如，额定有功功率电平的大约60%至100% )。在第二方面的一个或更多个实施方式中，所述风力涡轮机可以包括涡轮转子，该涡轮转子通过扭矩调节变速箱或“TRG”接合至所述同步发电机。这种TRG可以包括液压或水压扭矩转换器与行星齿轮系统(例如，多级、功能互连旋转行星齿轮系统)的组合。在任何情况下，在所述第一有功功率控制模式与所述第二有功功率控制模式之间改变所述风力涡轮机的操作可以包括调节扭矩调节器的操作。例如并且针对TRG的情况来说，该操作调节可以包括调节所述TRG的扭矩变化特性。在一个或更多个实施方式中，所述TRG包括液压回路，并且所述操作条件可以包括调节通过所述液压回路的液压流体的质量流。而且，所述TRG可以包括设置在导片壳体中的多个导片，并且所述操作调节可以包括调节所述多个导片的位置。所述操作调节还可以被特征化为调节被所述TRG吸收的能量的量。本发明的第三方面通过可以电连接至电网的风力涡轮机来具体实施，并且更具体地说，其中，所述风力涡轮机被设置成自适应地控制针对所述风力涡轮机的发电机的电压。 所述风力涡轮机可以被设置成，在一时间段期间测量所述发电机的无功功率特性，并接着处理所述无功功率特性测量，以生成修正电压因子。所述风力涡轮机还可以被设置成，将所述修正电压因子相加至标称电压基准以生成自适应电压基准，并且其中，可以将这种自适应电压基准提供给所述风力涡轮机的自动电压调节器(AVR)。许多精细化特征和附加特征可应用于本发明的第三方面。这些精细化特征和附加特征可以单独使用或者按任何组合使用。下面的讨论可分离应用于第三方面，一直到开始讨论本发明第四方面。在第三方面的一个或更多个实施方式中，处理所述无功功率特性测量来生成修正电压因子包括向所述无功功率测量应用PI控制器。作为一示例，所述PI控制器可以包括大于一小时的时间常数。而且，所述风力涡轮机可以包括同步发电机，并且所述AVR可以操作以通过调节所述同步发电机的转子电流来调节所述无功功率特性。在第三方面的一个或更多个实施方式中，所述自适应局部电压基准范围可以处于所述电网的额定电压的大约95%和105%之间，并且所述修正电压因子可以限于预定范围内。而且，所述风力涡轮机可以被设置成针对所测量无功功率特性应用低通滤波器，使得可以去除高频波动。另外，所述风力涡轮机可以被设置成，从所测量无功功率特性减去标称无功功率基准，使得例如在所测量无功功率特性低于所述标称无功功率基准时可以被“忽略”。本发明的第四方面通过可以电连接至电网的风力涡轮机来具体实施，其中，控制针对所述风力涡轮机的发电机的有功功率传送。所述风力涡轮机可以被设置成，接收或以其它方式利用阈值电压基准，而且测量(或以其它方式接收)所述电网的电压。所述风力涡轮机可以被设置成，从所述阈值电压基准减去所测量电压以生成电压差值，并且这个电压差值可以通过所述风力涡轮机处理来生成自适应有功功率基准。而且，可以将所述自适应有功功率基准提供给所述发电机的有功功率控制器。许多精细化特征和附加特征可应用于本发明的第四方面。这些精细化特征和附加特征可以单独使用或者按任何组合使用。下面的讨论可分离应用于第四方面，一直到开始讨论本发明第五方面。在第四方面的一个或更多个实施方式中，所述自适应有功功率基准可以限于预定范围内。而且，处理所述电压差值可以包括针对所述电压差值应用积分器，并且所述有功功率传送可以按取决于这个处理的量来缩减。在一个示例中，所述阈值电压基准可以处于所述电网的额定电压的大约101%和105%之间。另外，所述阈值电压基准可以取决于所述同步发电机在按额定有功功率运转时可以消耗的最大无功功率。在第四方面的一个或更多个实施方式中，所述方法可以包括缩减所述发电机的有功功率传送。在其中所述发电机是同步发电机的情况下，所述风力涡轮机可以包括涡轮转子，该涡轮转子利用扭矩调节器(例如，上述TRG)接合至所述同步发电机。在这点上，缩减所述发电机的所述有功功率传送可以包括调节所述扭矩调节器的操作。例如并且对于TRG 的情况来说，所述操作调节可以包括调节所述TRG的扭矩转换特性。在一个或更多个实施方式中，所述TRG包括液压回路，并且所述TRG的操作调节可以包括调节通过所述液压回路的液压流体的质量流。而且，所述TRG可以包括设置在导片壳体中的多个导片，并且所述 TRG的操作调节可以包括调节所述多个导片的位置。所述TRG的操作调节还可以被特征化为调节被所述TRG吸收的能量的量。本发明的第五方面通过可以电连接至电网的风力涡轮机来具体实施，其中，控制针对所述风力涡轮机的发电机(例如，同步发电机)的有功功率传送。所述风力涡轮机可以被设置成，接收或以其它方式利用功率因数基准，而且分析与所述发电机的一个或更多个物理能力有关的所述功率因数基准。另外，所述风力涡轮机可以被设置成，生成取决于所述功率因数基准和所述发电机的所述一个或更多个物理能力的自适应有功功率基准，并接着向所述风力涡轮机发电机的有功功率控制器提供所述自适应有功功率基准。许多精细化特征和附加特征可应用于本发明的第五方面。这些精细化特征和附加特征可以单独使用或者按任何组合使用。下面的讨论可分离应用于第五方面，一直到开始讨论本发明第六方面。在第五方面的一个或更多个实施方式中，所述分析所述功率因数基准可以包括比较所述功率因数基准与所述发电机的所述一个或更多个物理能力，和/或将所述功率因数基准限于预定范围内。所述风力涡轮机可以被设置成，将所述自适应有功功率基准限于预定范围内。在第五方面的一个或更多个实施方式中，所述风力涡轮机可以被设置成，缩减所述发电机的有功功率传送。在所述发电机是同步发电机的情况下，所述风力涡轮机可以包括涡轮转子，该涡轮转子通过诸如上述TRG的扭矩调节器接合至所述同步发电机，在这点上，缩减所述有功功率传送可以包括所述扭矩调节器的调节操作。例如，并且对于TRG的情况来说，该操作调节可以包括调节所述TRG的扭矩转换特性。在一个或更多个实施方式中， 所述TRG包括液压回路，并且所述操作调节可以包括调节通过所述液压回路的液压流体的质量流。而且，所述TRG可以包括设置在导片壳体中的多个导片，并且所述操作调节包括调节所述多个导片的位置。所述操作调节还可以被特征化为调节被所述TRG吸收的能量的量。本发明的第六方面通过可以电连接至电网的风力涡轮机来具体实施，其中，可以控制针对风力涡轮机的发电机(例如，同步发电机)的有功功率传送。所述风力涡轮机可以被设置成，接收或以其它方式利用阈值电压基准，而且测量(或以其它方式利用)所述电网的电压。所述风力涡轮机可以被设置成，从所述阈值电压基准减去所测量电压以生成电压差值，并接着处理所述电压差值以生成电压模式自适应有功功率基准。另外，所述风力涡轮机可以被设置成，接收或以其它方式利用功率因数基准，分析与所述发电机的一个或更多个物理能力有关的所述功率因数基准，以及生成取决于所述功率因数基准和所述发电机的所述一个或更多个物理能力的功率因数模式自适应有功功率基准。而且，所述风力涡轮机可以被设置成，确定所述有功功率模式自适应有功功率基准与所述电压模式有功功率基准之间的最小者，以生成最小自适应有功功率基准；并接着向所述风力涡轮机发电机的有功功率控制器提供所述最小自适应有功功率基准。许多精细化特征和附加特征可应用于本发明的第六方面。这些精细化特征和附加特征可以单独使用或者按任何组合使用。下面的讨论可分离应用于第六方面，一直到开始讨论本发明第七方面。在第六方面的一个或更多个实施方式中，所述风力涡轮机可以被设置成，将所述功率因数模式自适应有功功率基准和所述电压模式自适应有功功率基准中的每一个都限于预定范围内。而且，处理所述电压差值可以包括针对所述电压差值应用积分器。在第六方面的一个或更多个实施方式中，所述阈值电压基准可以处于所述电网的额定电压的大约101%和105%之间，并且可以取决于所述同步发电机在按额定有功功率运转时可以消耗的最大无功功率。在第六方面的一个或更多个实施方式中，所述有功功率传送按取决于处理所述电压差值和随后分析与所述发电机的一个或更多个物理能力有关的功率因数基准中的至少一个步骤的量缩减(降额)。在第六方面的一个或更多个实施方式中，所述风力涡轮机可以被设置成，缩减所述发电机的有功功率传送。在所述发电机是同步发电机的情况下，所述风力涡轮机可以包括涡轮转子，该涡轮转子通过诸如上述TRG的扭矩调节器接合至所述同步发电机。在这点上，缩减所述发电机的有功功率传送可以包括调节所述扭矩调节器的操作。例如并且对于 TRG的情况来说，所述操作调节可以包括调节所述TRG的扭矩转换特性。在一个或更多个实施方式中，所述TRG包括液压回路，并且所述操作调节可以包括调节通过所述液压回路的液压流体的质量流。而且，所述TRG可以包括设置在导片壳体中的多个导片，并且所述操作调节可以包括调节所述多个导片的位置。所述操作调节还可以被特征化为调节被所述TRG 吸收的能量的量。本发明的第七方面通过可以电连接至电网的风力涡轮机来具体实施，其中，所述风力涡轮机包括同步发电机。所述风力涡轮机可以被设置成，接收或以其它方式利用针对控制方案的基准，并且针对所述风力涡轮机，根据取决于所述基准的所述控制方案操作。而且，所述风力涡轮机可以被设置成，监测或以其它方式接收所述电网的特性，并接着根据所述电网的特性自适应修改所述基准。许多精细化特征和附加特征可应用于本发明的第七方面。这些精细化特征和附加特征可以单独使用或者按任何组合使用。与第一到第六方面中的一个或更多个方面有关的许多上述特征可以应用于本发明的第七方面。例如，在第七方面的一个或更多个实施方式中，所述电网的特性可以表示预定电网状态。所述预定电网状态可以采用因与所述电网相关联的用电设备负荷而造成所述电网的电压波动的形式。这些波动可以大致周期性的并且可以具有天、周、季节、年，或某一其它时间段。在这些波动周期性并且具有一天时间段的情况下，这些波动可能因弱电网上的可变用电设备负荷而造成。另外，在第七方面的一个或更多个实施方式中，所述用于根据所述电网的特性自适应修改所述基准的处理可以包括针对一时间段测量和/或分析所述同步发电机的无功功率特性(例如，所吸收或生成的无功功率)。如可以清楚，无功功率特性可以表示所述电网的电压特性(例如，当所述电网的电压太高时，可以通过所述同步发电机消耗更多无功功率)。在这点上，所述用于自适应修改所述基准的处理可以包括向所述同步发电机的无功功率特性应用比例积分(PI)控制器。而且，所述用于自适应修改所述基准的处理可以包括从所述同步发电机的所述测量无功功率特性中减去标称无功功率特性。在这点上，所述用于自适应修改所述基准的处理可能伴随至少大致“忽略”等于或小于标称无功功率特性的无功功率特性。在第七方面的一个或更多个实施方式中，可以通过根据所述同步发电机的所测量无功功率特性生成第一电压基准，并且将标称电压基准(例如，额定电压的100% )相加至所述第一电压基准以生成所述自适应控制基准，来生成向所述控制方案提供的所述自适应基准。在这点上，所述风力涡轮机可以被设置成，接收或以其它方式利用所述自适应电压基准，测量或以其它方式利用所述电网的电压，以及选择性地控制所述同步发电机的无功功率特性，使得所述电网的所测量电压大致跟随所述自适应电压基准。作为一示例，所述无功功率特性可以通过调节所述同步发电机的转子电流，以缩减被所述同步发电机吸收的无功功率的量来选择性地控制。如可以清楚，所述风力涡轮机操作可以被设置成，按大于更新所述自适应电压基准的比率的比率选择性地控制所述无功功率特性。在第七方面的一个或更多个实施方式中，向所述控制方案提供的所述自适应基准可以受限于取决于所述电网的额定电压的范围(例如，所述电网的额定电压的95%至 105%)。另外，在一个或更多个实施方式中，所述控制方案可以利用自动电压调节器(AVR) 来实现。该AVR可以操作以接收电压基准、测量所述电网的电压，以及通过选择性地调节所述同步发电机的转子电流来控制所述电网的所述电压以跟随所述电压基准。为考虑所述电网的状态，所述电压基准可以根据识别出的所述预定电网状态调节来自适应。除了上述示例性方面和实施方式以外，通过参照附图并且通过研究下列描述，本发明的进一步方面和实施方式将变清楚。


图1是包括自适应电压控制器的风力涡轮机的一个实施方式的示意图。图2A是可以被图1的风力涡轮机使用的扭矩调节变速箱的一个实施方式的截面示意图。图2B是被图2A的扭矩调节变速箱所使用的水压扭矩转换器的分解、立体图。图2C是被图2B的水压扭矩转换器使用的、处于最大打开位置的可调节导片的平面图。图2D是被图2B的水压扭矩转换器使用的、处于闭合位置的可调节导片的平面图。图3是针对弱电网的电网电压与时间的图形。图4是可以被图1的风力涡轮机使用的自适应电压控制器的一个实施方式的框图。图5是可以被图1的风力涡轮机使用的具有有功功率降额的自适应电压控制器的一个实施方式的框图。
图6是针对同步发电机的有功和无功功率能力曲线。图7是用于针对风力涡轮机的自适应控制特征的一个实施方式的操作协议。图8是可以与图1的操作协议一起使用的监测协议。图9是用于修改针对风力涡轮机的、可以与图7的操作协议一起使用的控制方案的协议。图10是针对包括有功功率降额的风力涡轮机的控制特征的一个实施方式的操作协议。图11是可以与图10的操作协议一起使用的监测协议。图12是可以与图10的操作协议一起使用的另一监测协议。图13是用于针对风力涡轮机的另一自适应控制特征的一个实施方式的操作协议。
具体实施例方式虽然本发明易受各种修改和另选形式，但其具体实施方式
在附图中通过示例进行了示出并在此进行了详细描述。然而，应当明白，不是旨在将本发明限制成所公开的特定形式，而相反，本发明要覆盖落入如权利要求书所限定的本发明的精神和范围内的所有修改例、等同物以及另选例。图1是一示例性风力涡轮机200的一个实施方式的示意图，该风力涡轮机200可以被设置成，提供自适应电压控制和/或自适应功率因数(PF)控制。在运转中，风力向风力转子202的叶片201赋予能量，其依次在同步发电机214的轴上赋予机械扭矩。该同步发电机214直接接合至电网224，以利用电网224向用电设备提供电力。为调节和控制施加至同步发电机214的旋转速度和扭矩，将固定2级机械变速箱204和扭矩调节变速箱(TRG) 210 设置在同步发电机214与风力转子202之间。而且，可以设置涡轮机控制系统模块236 (其包括自适应电压或PF控制器(AVC) 237)和扭矩调节变速箱或TRG控制系统模块228，以监测并控制风力涡轮机200的各种功能。下面，对风力涡轮机200的各种组件中的每一个组件进行更详细描述。在一个实施方式中，同步发电机214是2兆瓦(MW)、4极自励同步发电机，其针对 60Hz电力系统按1800RPM(针对50Hz电力系统按1500RPM)的恒定频率运转，但可以利用其它同步发电机。可以将自动电压调节器(AVR) 216接合至同步发电机214，以提供电压控制、功率因数控制、同步功能等。有利的是，因为同步发电机214直接连接至电网224，所以可以消除针对用于调节或变换功率的复杂电力电子学的需要。如可以清楚，可以将任何合适方法用于同步发电机214的励磁。在一个实施方式中，励磁系统包括副励磁机，其可以包括永磁发电机(PMG)。有利的是，这种构造可以消除用于提供励磁的外部电源的需求，并且消除针对滑环和/或电刷的需要，其可以缩减同步发电机214的维护需求。如上所述，因为同步发电机214的转子速度被固定至电网224的频率，而风速可变，所以设置TRG 210，以将风力转子202的轴的扭矩和速度转换成适于同步发电机 214的形式。TRG 210可以具有任何恰当构造，例如，TRG 210可以采用具有任何数量构造的叠加变速箱的形式。在一个实施方式中，TRG 210是扭矩转换器和行星齿轮系统的组合。用于 TRG 210 的典型构造是从 Voith Turbo GmbH and Co. KG1 having aplace ofbusiness in Heidenheim，Germany 可获的WinDrive 。在 2005 年 0 月 27 日公布的、题名为 "Hydrodynamic Converter” 的美国专利申请公报 No. US 2005/0235636,2005 年 9 月 8 日 ^^W>^ “Contro 1 System for a Wind Power Plant WithHydrodynamic Gear，，白勺 US 2005/0194787，以及 2008 年 8 月 21 日公布的、题名为"Variable-Speed Transmission for a Power-Generating”的中公开了一种结合TRG 210使用的一个或更多个特征。这三个公布申请的全部内容通过引用并入于此。TRG 210可以被特征化为设置在在风力转子202与同步发电机214之间延伸的动力传动系统(例如，向同步发电机214传递风力转子202的旋转的传动系统)中。可以利用任何合适类型的扭矩调节器或扭矩调节装置/系统，来取代TRG 210 (在该情况下，上述控制模块208还可以被称为“扭矩调节器控制模块228”)。扭矩调节器或扭矩调节装置/ 系统可以与在风力转子202与同步发电机214之间延伸的动力传动系统有关地按任何恰当方式并入(例如，在一个或更多个位置处)。任何调节风力转子202与同步发电机214之间的扭矩传递的任何合适方式都可以利用(例如，以电方式、液压方式)。在图2A-2D所示的一个实施方式中，TRG 210包括液压或水压扭矩转换器602，和位于2级机械变速箱204与同步发电机214之间的2级功能互连旋转行星齿轮系统604的组合。在该旋转行星齿轮系统604中，将从输入轴606 (其根据风力转子202的旋转而旋转驱动)输入的动力提供给旋转行星齿轮系统604的左级的托架608。将多个行星齿轮610旋转安装在托架608上。可以利用任何合适数量的行星齿轮610，同时水压回路经由控制驱动部来驱动外部环状(环形)齿轮616。在多数旋转行星齿轮系统中，固定了三个部件(即， 行星齿轮托架、环形齿轮，或太阳齿轮)中的一个。然而，在TRG 210中，行星齿轮系统604 的左级的全部三个部件可以旋转。在环状齿轮616与流体机之间，可能必需通过固定齿轮级614来适应旋转的速度和方向。旋转行星齿轮系统604经由太阳齿轮618向连接至同步发电机214的输出轴612引导两个动力流。在液压回路中，利用水压扭矩转换器602的泵轮620从输出轴612取出控制动力并经由水压扭矩转换器602的涡轮机叶轮622返回至旋转行星齿轮系统604。变速齿轮箱中的动力流可以通过相互作用旋转行星齿轮系统604与水压扭矩转换器602的组合而连续改变。水压扭矩转换器602设置有可调节导片6 (通过导片壳体6 并入)并由此可以被用作针对泵轮620的动力消耗可变的致动器或控制部。流体的能含量和通过涡轮机叶轮622生成的扭矩随着泵轮620动力消耗的变化而变。涡轮机叶轮622的旋转至少部分地受导片6M支配或以其它方式控制。图2C示出了处于最大打开位置的导片6 (其允许涡轮机叶轮622在当前状态下按最大速度旋转)。图2D示出了处于闭合位置的导片624。在打开位置(图2C)与闭合位置(图2D)之间调节导片6M的位置控制涡轮机叶轮622的旋转速度，和被水压扭矩转换器602 “吸收”的能量。水压扭矩转换器602的核心是其液压回路；包括泵轮620、涡轮机叶轮622，以及具有可调节导片624的导轮或导片壳体626。这些组件在包含液压油或具有合适粘性的任何其它合适流体的公共壳体中组合。在图2B中，在标号621所示点处示意性地示出了公共壳体中的液压流体的流动路径。输入轴606的机械能通过泵轮620转换成液压能。在涡轮机叶轮622中，将同一液压能反向转换成机械能并且传送至输出轴612。导轮拟6的可调节导片拟4调节液压回路中的质量流。当导片624闭合时(即，图2D，小质量流)，动力传送处于最小。当导片拟4完成打开时，S卩，图2C，大质量流)，动力传送处于最大。因为质量流中的变化(因可调节导片拟4造成)，所以涡轮机叶轮622的速度可以被调节成匹配同步发电机214的各种运转点。在操作中并且下面参照图1和图2A-2D两者，风力涡轮机200的TRG控制系统模块 2 可以控制TRG 210的导片拟4的定位，使得适当地控制同步发电机214的转子轴的旋转速度和扭矩。即可以动态地控制通过同步发电机214生成的有功功率。在这点上，TRG控制系统模块2 可以与涡轮机控制系统模块236通信以实现这种功能。控制系统模块2 和236可以物理或逻辑上隔离，或者可以组合成单一单元。而且，控制系统模块2 和236 可以采用硬件、软件，其组合，或者按任何合适方式来实现。作为一示例，控制系统模块2 和236可以采用一个或更多个“现成的”或定制微控制器来实现。尽管上面描述了 TRG210的一个示例，但还应当清楚，可以提供任何合适构造(例如，任何扭矩调节装置(TRD))，以将风力转子202的轴的扭矩和速度转换成适于同步发电机214的形式。作为一示例，可以使用包括用于调节风力转子202的轴的扭矩和速度的电气机构(与液压相对)的TRD。图1的风力涡轮机200还包括风力转子202，其又包括多个转子叶片201(例如， 三个转子叶片)，这些转子叶片可以被设计用于最佳化空气动力学流动和能量传递。可以利用任何合适数量的转子叶片201。而且，风力转子202可以包括节距控制系统，其可操作以按希望/需求方式调节转子叶片201的角。为实现这种功能，风力转子202可以包括液压节距控制系统，其包括可通过涡轮机控制系统模式236控制的节距阀234。转子叶片201 的位置和节距可以同时或共同调节，或者可以独立调节。除了节距控制以外，图1的风力涡轮机200还可以包括可控侧转驱动部232，其可操作以调节风力涡轮机200所面对的方向(具体来说，风力转子202所面对的方向)。例如，涡轮机控制系统模块236可以控制侧转驱动部232以旋转风力转子202及其转子叶片 201，面向风力的方向，使得可以最佳化风力涡轮机200的效率。风力涡轮机200还可以包括不间断电源(UPS) 230。该UPS 230可以接合至各种组件(例如，节距阀234、控制系统模块2 和236等)并且起作用以向这些组件提供电力，尤其是在主电源不可用时。UPS 230可以包括任何类型的电力系统，包括一个或更多个电池、 光伏电池、电容器、飞轮等。风力涡轮机200还可以包括接合在2级变速箱204与TRG 210之间的可控制机械制动器206。该制动器206可以通过涡轮机控制系统模块236来控制，以缩减风力转子202 的旋转速度。应当清楚，可以使用任何合适的制动机构，包括但不限于，尖端制动器、副翼、 阻流板、边界层装置等。任何合适类型的一个或更多个制动器可以被包括在风力转子202 与同步发电机214之间的传动系统中，例如，设置在风力转子202与TRG 210之间。另外， 摩擦离合器208和212可以设置在机械传动系统中，以限制施加在组件之间的扭矩，并且选择性地接合和分离传动系统组件的各种轴。如可以清楚，在将同步发电机214直接接合至电网2 之前，必须满足特定条件。 例如，同步发电机214的定子电压必须基本上匹配电网2 的电压，并且该电压的频率和相位同样必须匹配。为实现这种功能，必须向风力涡轮机200提供同步单元218、电网测量单元226，以及断路器222。在操作中，同步单元218可以与AVR 216和控制系统模块236以及2 通信，以调节同步发电机214的电压特性，以匹配如通过电网测量单元2 测量的电网224的电压特性。一旦该电压特性在发电机侧和电网侧都基本上匹配，同步单元218就可以向断路器220发送命令以闭合电路，由此将同步发电机214接合至电网224。断路器 222还可以接合至电网和发电机保护单元220，其可操作以感测其可能希望将风力涡轮机 200与电网2M断开的有害状态。如上所述，涡轮机控制系统模块236包括AVC 237，其可以被设置成，响应于检测到的至少一个特定电网条件，自适应地控制同步发电机214的输出电压、PF，以及有功功率传送。下面，参照图4和5，对AVC 237的实施方式的具体细节进行描述。尽管AVC 237可以与风力涡轮机200的构造相关地描述，但其可以被利用同步发电机的各种其它风力涡轮机设计利用。图3例示了针对电网的电网电压(黑线)与时间的图形250。如图所示，轴邪4表示表达为额定电网电压的百分比的电网电压。轴252表示时间，并且沿轴252的每一个标签按十二个小时分隔。从图形250可以看出，电网电压因可变用电设备负荷和/或弱电网而贯穿每一天从额定电网电压的大约101%至104%波动。在特定状态下，可能希望利用风力涡轮发电机通过提供或消耗无功功率来控制电网的电压。然而，已经观察到，对于弱电网来说，单独风力涡轮发电机在轻用电设备负荷时间期间可能无法缩减电网的电压。结果，风力涡轮发电机可能努力消耗最大可能量的无功功率达较长时间段，来缩减电网电压。这种风力涡轮机的扩展无功功率消耗可能降低风力涡轮发电机的效率，同样削弱了有功功率的传送。为纠正这种问题，可以将自适应电压控制器(AVC)237设置成，确定或识别当电网电压因特定条件(例如，因可变用电设备负荷的波动)而超过额定电压时的状态，并且响应于标识这种状态，最小化被同步发电机214消耗的无功功率。在这点上，同步发电机214可能起作用以缩减电网电压，除非电网电压已经达到不可接受电平(例如，额定电网电压的至少105% )，或者假设电网电压因除了要被AVC 237 “忽略”的状态(例如，电网电压中的周期性波动)以外的其它状态而超过额定电网电压。图4例示了可以被图1所示自适应电压控制器或AVC 237使用的功能框图300。 一般来说，这种构造中的AVC 237操作以向ACR 216提供自适应电压基准，其依次修改同步发电机214的转子绕组中的励磁电流ie，以调节同步发电机214的电压。自适应电压基准的作用通常是使AVR 216忽略电网2 的、因正常每小时、每天、季节性、每年而造成的电压波动，或者因弱电网的可变用电设备负荷而造成的其它波动。最初，AVC 237接收所测量无功功率信号Q_sural(例如，来自电网测量单元226、来自AVR 216等)。所测量无功功率Qnreasured 接着被低通滤波器302滤波，以生成信号。低通滤波器302通常操作以去除所测量无功功率Qnreasured中的任何高频波动。一旦对所测量无功功率Qnreasured进行了滤波，就通过减法器304将标称无功功率基准Qkef从(^皿减去，该减法器304生成馈送到比例积分(PI)控制器306中的无功功率误差信号。根据针对风力涡轮机200的希望操作，该标称无功功率基准Qkef可以是任何值，包括零VARS。在操作中，PI控制器306提供取决于Qmeasured与QKEF(即，QemJ之差的特性的输出 VKEF1，更具体地说，Veefi涉及无功功率误差信号Qctm与积分的无功功率误差信号Qctm的加权和。使得PI控制器306可以适当地调节提供给AVR 216的基准电压，PI控制器306可以具有相对较大的时间常数(例如，几秒钟、几分钟、几小时或更多)。在这点上，仅在无功功率误差信号Qotot的加权和较大(例如，大于1千瓦，大于100千瓦等)和/或已经持续达一时间段(例如，几分钟、几小时等)时自适应该电压基准，使得可以忽略每小时、每天、 每周，或其它周期性电网波动。为了约束PI控制器306的输出，可以将Vkefi信号馈送到限制器308中，该限制器
308可操作以将Vkefi限于Vadapt.MIN与Vadapt.mx内。作为一示例，VADAPT.mx% Vadapt.目可以分别为额定电网电压的+3%和_3%。或者是针对可以希望的自适应基准电压的无论什么合适限值。Vadaflmax与Vadaflmin中的每一个可以是任何恰当值。在限制器308之后，可以通过加法器310将标称电压基准信号Vkefnqm相加至限制电压基准信号VKEF2，以生成Vkefadapt信号。VKEF.M信号例如可以是额定电压的100%。接着可以将VKEF.ADAPT信号提供给AVR 216，其又可以控制同步发电机214的励磁电流ie，以按VKEF.ADAPT 保持同步发电机214的定子处的电压。为实现其，AVR216可以将来自减法器312的误差信号馈送到PI控制器314中，其接着可以向同步发电机214的转子绕组输出励磁电流ie。图5例示了具有提高功率降额并且可以被AVC 237使用的自适应电压/PF控制器 400的一个实施方式的框图。一般说来，控制器400可以操作以在同步发电机214按额定功率(例如，2MW)运转时准许风力涡轮机200增加所消耗无功功率至超过可以消耗的最大无功功率的程度。这个特征在需要时通过降额同步发电机214的有功功率传送来实现。艮口， 可以使用同步发电机214的固有性质，以准许同步发电机214通过缩减有功功率传送(例如，从2MW至1.7MW)而在特定条件下消耗额外无功功率。这种功能在将同步发电机接合至弱电网时可能是希望的，其在轻用电设备负荷状态下可以具有电压电平上升超出额定电平的趋势。参照图6，提出了有关同步发电机214的有功功率与无功功率能力之间的关系的讨论。控制器400的第一部分是电压控制模式(VCM)自适应控制器402，其操作以在同步发电机214的电压Vmeasured上升超过阈值电压VREF. MAX(例如，超过额定电压的103% ) 时生成降额有功功率基准PC0RR.V2。为了实现这种功能，同步发电机214的所测量电压 Vffleasured首先通过减法器406从Vkermax减去以生成误差信号。接着，将这个误差信号馈送到积分器408中，其可操作以生成第一修正有功功率基准Ρωκκ.νι。作为一示例，Pamvi可以是 0与1之间的数值，使得当乘以针对同步发电机214的额定有功功率时，生成处于额定有功功率的0%与100%之间的值(例如，0. 8X2MW = 1. 6丽)。为约束针对第一修正有功功率基准的可能值，可以设置限制器410，其可操作以将Pamvi限制成处于Ρ_.ΜΙΝ与P—内 (例如，处于0. 5与1. 0之间)的值，由此生成针对VCM自适应控制器402的第二修正有功功率基准。Ρ·ΜΙΝ与Pamm中的每一个都可以是任何合适值。控制器400的第二部分是功率因数控制模式(PFCM)自适应控制器404，其可操作以在将功率因数(PF)基准设置为使得同步发电机214在生成额定有功功率的同时不能按该PF运转时生成降额有功功率PamPF2 (参见图6)。为实现这种功能，控制器404首先例如从电力工业或电网操作人员接收PFkef信号。可以将该PFkef信号馈送至限制器412，以将可能PF基准值约束至PFmin与PFmax内(例如，0. 6-1. 0 PF之间。)PFmin与PFmax中的每一个都可以是任何合适值。接着可以将所得信号馈送至PQ能力表414，其可操作以接收PF基准信号，并且生成取决于同步发电机214的特定能力的第一修正有功功率基准Ρωκκ.ρη。作为一示例，PQ能力表414可以包括查寻表，该查寻表包括用于同步发电机214的能力数据。为约束针对第一修正有功功率基准Pampn的值，可以设置限制器416，其可操作以将Pampn限制成处于Pamra与P 之间(例如，处于额定有功功率的0. 6与1. 0之间)的值，由此生成针对PF控制模式自适应控制器404的Pampp^ Ρ·.ΜΙΝ与Pamm中的每一个都可以是任何合适值。在图5所示实施方式中，将输出信号Pamv2和PamPF2都馈送到模块418中，其可操作以比较两个输入，并且向涡轮机控制系统(TCS)模块236输出两个Ρωκκ中的最小者。在这点上，同步发电机214的有功功率接着可以至少按通过电压控制模式模块402和PF控制模式模块404所要求的量来降额。在操作中，TCS模块236可以利用P。·基准来修改同步发电机214的有功功率传送，以实现希望电压或PF特性。为实现有功功率降额功能，涡轮机控制系统模块236可以与TRG控制系统模块228 相互作用，以调节至TRG 210的速度扭矩特性。S卩，控制系统模块2 和236可以选择性地调节TRG 210的导片624的位置，使得同步发电机214的有功功率传送根据自适应有功功率基准Potk从额定有功功率缩减。图6例示了针对同步发电机(如图1所示同步发电机214)的有功与无功功率能力曲线(PQ能力曲线)。一般来说，同步发电机用于提供无功功率支持的能力取决于其提供有功功率生成。发电机的原动机(例如，风力涡轮转子)可以设计有比发电机本身更少的容量，结果产生图6所示“风力涡轮机传动系统功率限值”。而且，发电机的电枢(定子) 的电流承载能力导致“定子发热限值”。另外，生成的无功功率涉及增加磁场以提升发电机的端电压，其又需要增加转子磁场绕组的电流。转子磁场绕组的电流能力导致“磁场发热限值”。与此相反，吸收大量无功功率导致“在励磁限值之下”，其在从电网汲取显著无功功率时通过系统稳定性限值并且还通过定子绕组发热限值来确定。图6中的点502表示在同步发电机214按额定有功功率(例如，2MW)运转的同时可以被该发电机吸收的无功功率的最大量。在这个示例中，这个状态在同步发电机214按 0. 9的超前功率因数运转时出现。点504例示了为了使同步发电机214吸收额外无功功率， 必须将有功功率降额至低于风力涡轮机传动系统功率限值(即，额定功率)的程度。即，为了使发电机按小于0. 9的PF运转，有功功率可以例如利用图5所示控制器400来降额。图7是用于包括图1所示风力涡轮机200在内的风力涡轮机(WT)的自适应电压控制方案的一个实施方式的操作协议700。该风力涡轮机可以包括直接接合至电网的同步发电机(参见图1所示的风力涡轮机200的同步发电机214)。在操作中，该操作协议700 可以包括保持同步发电机(SG)与电网之间的电连接(步骤702)。例如，同步发电机的定子端子可以直接接合至电网。操作协议700还可以包括根据标称控制方案来操作风力涡轮机(步骤704)。例如， 该标称控制方案可以包括自动电压调节器(AVR)，其被设置成测量电网的电压，并且通过选择性地调节同步发电机所提供或所吸收的无功功率的量来控制电网的电压。在这点上，AVR 可以被设置成接收电压基准，并且利用任何合适控制方案(例如，PI控制)使电网的电压跟随该电压基准。为考虑电网的预定状态，如因弱电网的可变用电设备负荷而造成的电压波动，操作协议700可以包括针对出现的预定状态来监测电网(步骤706)。作为一示例，监测步骤706可以包括监测并分析同步发电机的无功功率特性。操作协议700还可以包括确定该预定状态是否存在(步骤708)。如可以清楚，如果通过监测步骤706没有检测到该预定状态，则该操作协议700可以继续以利用该标称控制方案来操作WT。然而，如果操作协议700确定该预定状态存在，则操作协议700可以根据该预定状态的特性修改标称控制方案(步骤712)。作为一示例，该标称控制方案可以根据同步发电机的无功功率特性(例如，所吸收或传送的无功功率)的量值和/或量值的积分来修改。而且，随着上述示例继续，该标称控制方案可以通过向标称控制方案提供修改(或自适应)电压基准来修改，以提供修改控制方案。最后，风力涡轮机可以利用修改控制方案来操作(步骤710)，只要该预定状态存在即可。图8例示了可以例如在诸如图7所述操作协议700的操作协议中使用的监测协议 800。最初，该监测协议800可以针对一时间段测量同步发电机的特性(步骤80 。例如， 可以测量无功功率特性、电压特性、电流特性，或任何其它合适特性。该监测协议中的下一个步骤是分析同步发电机的所测量特性(步骤804)。作为一示例，该分析步骤804可以包括针对所测量特性执行一个或更多个数学运算(例如，PI控制等)。一旦已经分析了所测量特性，该监测协议806就可以确定电网上存不存在该预定状态。在一个实施方式中，在步骤802期间测量无功功率特性，并且在分析步骤804期间将所测量无功功率特性馈送至PI控制逻辑。在这点上，该PI控制逻辑可以操作以分析所测量无功功率特性，并且确定存不存在该预定状态(例如，因弱电网而造成的电压波动)。 作为一示例，该PI控制逻辑可以确定，因为同步发电机吸收相对大量的无功功率达相对较长时间段，所以电网的电压特性由弱电网造成，由此，指示电网的电压超过额定电压。图9例示了例如可以在诸如图7所示操作协议700的操作协议中使用的自适应控制协议900。最初，风力涡轮机(WT)可以利用标称控制方案来操作(步骤90 。如上所述， 该标称控制方案可以包括自动电压调节器(AVR)，其被设置成测量电网的电压，并且通过选择性地调节同步发电机所提供或所吸收的无功功率的量来控制电网的电压。在这点上，AVR 可以被设置成，接收控制变量(例如，电压基准)，并且利用任何合适控制方案使电网的电压跟随该电压基准(例如，PI控制)。接下来，如果监测协议800(参见图8)确定存在该预定状态，则自适应控制协议 900可以生成取决于该预定状态的特性的控制变量(步骤904)。例如，对于利用无功功率特性确定该预定状态的情况来说，该控制变量可以取决于无功功率特性的一个或更多个特征(例如，无功功率特性的量值和/或量值的积分)。接着，可以将该控制变量提供给波长控制方案(步骤906)，其可以具有根据该控制变量修改标称控制方案的作用(步骤908)。例如，可以将修改(或自适应)电压基准提供给标称控制方案，以生成修改控制方案。最后，风力涡轮机可以根据利用取决于预定状态的特性的控制变量的修改控制方案来操作(步骤910)。图10例示了用于针对风力涡轮机(WT)的有功功率传送控制方案的一个实施方式的操作协议1000。如在先前描述的实施方式中，风力涡轮机可以包括直接接合至电网的同步发电机(例如，参见图1所示风力涡轮机200)。在操作中，该操作协议1000可以包括保持同步发电机(SG)与电网之间的电连接(步骤1002)。例如，可以将同步发电机的定子端子直接接合至电网。该操作协议1000还可以包括按第一有功功率控制模式操作风力涡轮机(步骤 1004)。例如，第一有功功率控制模式可以包括按大致等于额定有功功率电平的电平来操作风力涡轮机的同步发电机。该操作协议1000还可以包括针对预定状态进行监测(步骤 1006)，并且确定是否存在预定状态(步骤1008)。下面参照图11，对两个步骤1006和1008 进行更详细描述。如果确定该预定状态存在，则操作协议1000接着可以按第二有功功率控制模式操作风力涡轮机(步骤1010)。而且，第二有功功率控制模式可以包括按小于额定有功功率电平的电平(例如，额定有功功率电平的80% )操作同步发电机。如在与图5相关联的讨论中提到，在特定情况下，可能希望按小于额定有功功率电平的有功功率电平来操作同步发电机(即，有功功率降额)。例如，同步发电机的物理特性可以在希望同步发电机消耗相对大量无功功率的情况下支配缩减有功功率。图11例示了用于针对预定状态监测和用于确定是否存在该预定状态的协议 1100。最初，该协议1100可以操作以测量或接收一参数(步骤1102)。接下来，该协议1100 可以操作以根据风力涡轮机的同步发电机的特性分析该参数(步骤1104)。而且，该协议 1100可以包括确定存不存在该预定状态(步骤1106)，使得风力涡轮机由此可以按第一有功功率控制模式或第二有功功率控制模式来操作。如可以清楚，该预定状态可以包括其中希望根据该状态按第一或者按第二有功功率控制模式来操作风力涡轮机的任何合适状态。例如，步骤1102可以操作以接收功率因数基准作为该参数(例如，来自电网或电力工业操作人员)。在这个示例中，步骤1104和1106可以比较该功率因数基准和同步发电机的运转特性(例如，PQ能力曲线)，并且若需要，可以操作以缩减同步发电机的有功功率电平，使得其可以按该功率因数基准所指定的功率因数运转。为实现其，可以比较该功率因数基准与包括同步发电机的PQ能力特性的查寻表。在另一示例中，该协议1100可以包括这样的逻辑，其可操作以测量电网的电压并且在希望增加同步发电机所吸收的无功功率超过在按额定有功功率电平运转时可以吸收的最大量时缩减该同步发电机的有功功率电平(参见图5和相关讨论)。这种状态例如可以在即使同步发电机吸收按额定有功功率运转时可以吸收的最大无功功率，电网的电压也太高时出现，使得希望同步发电机吸收额外无功功率以尝试降低电网的电压。图12例示了用于在第一有功功率控制模式与第二有功功率控制模式之间转变风力涡轮机的协议1200。最初，风力涡轮机可以按第一有功功率控制模式操作(步骤1202)。 接着，可以根据同步发电机的特性来生成有功功率基准(步骤1204)。例如，该有功功率基准可以根据同步发电机的运转特性和所测量或所接收参数来生成(参见图11的步骤 1102)。一旦已经生成了有功功率基准，接着就可以将其提供给用于操作风力涡轮机的控制逻辑(步骤1206)。控制逻辑又可以操作以利用有功功率基准按第二有功功率控制模式来操作风力涡轮机(步骤1208)。例如，该控制逻辑可以操作以控制风力涡轮机的各个组件，如同步发电机，转子叶片，或扭矩调节变速箱(例如，图1-3所示的TRG 210)，以按第一和第二有功功率控制模式操作风力涡轮机。图13例示了针对风力涡轮机(WT)的自适应控制方案的另一实施方式的操作协议1300。该风力涡轮机可以包括直接接合至电网的同步发电机(例如，参见图1所示风力涡轮机200)。在操作中，该操作协议1300还可以包括保持同步发电机(SG)与电网之间的电连接(步骤1302)。例如，该同步发电机的定子端子可以直接接合至电网。该操作协议1300还可以包括向被用于操作风力涡轮机的控制模式提供基准(步骤1304)。作为一示例，该控制方案可以操作以利用该基准选择性地控制电网的电压。该操作协议1300接着可以根据利用该基准的控制方案来操作风力涡轮机(步骤1306)。该操作协议1300还可以操作以监测电网的特性(步骤1308)，并且根据电网的所监测特性自适应该基准(步骤1310)。作为一示例，该监测可以包括在一时间段期间测无功功率特性，并且分析其(例如，利用PI控制逻辑)，以确定电网的特性，如存在因弱电网的可变用电设备负荷而造成的电压波动。接着，该操作协议1300可以操作以继续自适应提供给该控制方案的基准，使得例如可以补偿电网的电压特性。在一个示例中，该控制方案包括AVR，该AVR被设置成，通过调节同步发电机所吸收或提供的无功功率来选择性地控制电网的电压以跟随基准电压。在这个示例中，可以自适应该电压基准，使得因弱电网而造成的状态基本上可以通过自适应控制方案来“忽略”。 即，如果监测步骤1308确定电网的电压因弱电网而高于额定电压，则AVR的基准电压可以自适应地增加，使得不控制同步发电机来吸收相对大量的无功功率达相对较长时间段，其可以减小同步发电机的性能。虽然已经在附图和前述描述中详细例示并描述了本发明，但这种例示和描述在性质上应被视为示例性的，而非限制性的。例如，上面描述的特定实施方式可以与其它描述实施方式组合和/或按其它方式排列(例如，处理部件可以按其它顺序执行)。因此，应当明白，仅示出并且描述了优选实施方式及其变型例，并且希望保护落入本发明的精神内的所有改变例和修改例。
权利要求
1.一种连接至电网的风力涡轮机的操作方法，其中，所述风力涡轮机包括同步发电机， 所述方法包括以下步骤保持所述风力涡轮机与所述电网之间的电连接状态；和在所述保持步骤期间，根据控制方案操作所述风力涡轮机以选择性地控制所述同步发电机的无功功率特性，其中，所述操作步骤包括 识别所述电网的预定状态；和响应于所述识别步骤，修改所述控制方案以缩减被所述同步发电机吸收的无功功率的量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电网的所述预定状态包括因与所述电网相关联的用电设备负荷的波动而造成的所述电网的电压波动。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述电压波动是大致周期性的，并且具有从由天、周、季度以及年所组成的组中选择的周期。
4.根据权利要求1到3中的任一项所述的方法，其中，所述识别步骤包括 在所述保持步骤期间，针对一时间段测量所述同步发电机的无功功率特性。
5.根据权利要求1到4中的任一项所述的方法，其中，所述识别步骤包括 在所述保持步骤期间，针对一时间段分析所述同步发电机的无功功率特性。
6.根据权利要求1到5中的任一项所述的方法，其中，所述识别步骤包括在所述保持步骤期间，针对一时间段向所述同步发电机的无功功率特性应用比例积分 (PI)控制器。
7.根据权利要求1到6中的任一项所述的方法，其中，所述识别步骤包括 从测量出的所述同步发电机的无功功率特性中减去标称无功功率特性。
8.根据权利要求1到7中的任一项所述的方法，其中，所述修改步骤包括 生成自适应控制基准；和向所述控制方案提供所述自适应控制基准。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述生成自适应控制基准的步骤包括 根据测量出的所述同步发电机的无功功率特性生成第一电压基准；和将标称电压基准和所述第一电压基准相加以生成所述自适应控制基准。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述自适应控制基准是自适应电压基准，所述操作步骤还包括在所述保持步骤期间接收所述自适应电压基准； 在所述保持步骤期间测量所述电网的电压；以及选择性地控制所述同步发电机的无功功率特性，使得测量出的所述电网的电压大致跟随所述自适应电压基准。
11.根据权利要求8到10中的任一项所述的方法，其中，所述自适应控制基准限于取决于所述电网的额定电压的范围。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述范围是所述电网的所述额定电压的95% 至 105%。
13.根据权利要求1到12中的任一项所述的方法，其中，所述修改步骤包括 调节所述同步发电机的转子电流，以缩减被所述同步发电机吸收的无功功率的量。
14.根据权利要求1到13中的任一项所述的方法，其中，所述控制方案是利用自动电压调节器(AVR)来实现的，该AVR用于接收电压基准、测量所述电网的电压，以及通过选择性地调节所述同步发电机的转子电流来控制所述电网的电压以跟随所述电压基准，并且其中，所述修改步骤包括根据所述识别步骤自适应修改所述电压基准。
15.一种连接至电网的风力涡轮机的操作方法，其中，所述风力涡轮机包括同步发电机，所述方法包括以下步骤保持所述风力涡轮机与所述电网之间的电连接状态；执行第一操作步骤，该第一操作步骤包括在所述保持步骤期间，针对第一状态按第一有功功率控制模式操作所述风力涡轮机；以及执行第二操作步骤，该第二操作步骤包括在所述保持步骤期间，针对第二状态按第二有功功率控制模式操作所述风力涡轮机，其中，所述第二操作步骤向所述风力涡轮机提供与所述第一操作步骤不同的有功功率特性。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一有功功率控制模式包括按大致等于所述同步发电机的额定有功功率电平的有功功率电平来操作所述同步发电机，并且其中， 所述第二有功功率控制模式包括按小于所述同步发电机的所述额定有功功率电平的有功功率电平来操作所述同步发电机。
17.根据权利要求15到16中的任一项所述的方法，其中，所述第一状态和所述第二状态皆取决于所述电网的电压。
18.根据权利要求15到17中的任一项所述的方法，其中，所述第一状态和所述第二状态皆取决于所述同步发电机的一个或更多个物理特性。
19.根据权利要求15到18中的任一项所述的方法，其中，所述第一状态和所述第二状态皆通过执行以下步骤来确定在所述保持步骤期间测量所述电网的电压；分析所测量出的所述电网的电压；以及根据所述分析步骤按所述第一有功功率控制模式或者按所述第二有功功率控制模式来操作所述风力涡轮机。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述分析步骤包括在一时间段期间比较所测量出的电压与阈值电压基准。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述比较步骤包括对所测量出的电压与所述阈值电压基准的差进行积分。
22.根据权利要求21所述的方法，所述方法还包括根据所述积分步骤按所述第一有功功率控制模式和所述第二有功功率控制模式中的一种控制模式来操作所述风力涡轮机。
23.根据权利要求15到22中的任一项所述的方法，其中，相比于在按所述第一有功功率控制模式操作时，在按所述第二有功功率控制模式操作时，所述有功功率特性缩减了取决于测量出的所述电网的电压的量。
24.根据权利要求15到23中的任一项所述的方法，其中，相比于在按所述第一有功功率控制模式操作时，在按所述第二有功功率控制模式操作时，所述有功功率特性缩减了与测量出的所述电网的电压与最大电压基准之间的差的积分成比例的量。
25.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一状态和所述第二状态皆取决于功率因数基准。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述第一状态和所述第二状态通过执行以下步骤来确定接收功率因数基准；比较所述功率因数基准与所述同步发电机的功率因数能力；以及根据所述比较步骤按所述第一有功功率控制模式或者按所述第二有功功率控制模式来操作所述风力涡轮机。
27.根据权利要求25到沈中的任一项所述的方法，其中，相比于在按所述第一有功功率控制模式操作时，在按所述第二有功功率控制模式操作时，所述有功功率特性缩减了取决于所述同步发电机的一个或更多个物理特性的量。
28.根据权利要求15到16中的任一项所述的方法，其中，所述第一状态和所述第二状态皆取决于所述电网的功率因数基准和电压。
29.根据权利要求观所述的方法，其中，所述第一状态和所述第二状态通过执行以下步骤来确定在所述保持步骤期间测量所述电网的电压；分析所测量出的所述电网的电压以生成第一有功功率基准；接收功率因数基准；比较所述功率因数基准与所述同步发电机的功率因数能力以生成第二有功功率基准；选择最小有功功率基准，该最小有功功率基准是所述第一有功功率基准和所述第二有功功率基准中的最小值；以及根据所述选择步骤按所述第一有功功率控制模式或者按所述第二有功功率控制模式来操作所述风力涡轮机。
30.根据权利要求四所述的方法，其中，所述比较步骤包括利用与所述同步发电机的所述功率因数能力相关联的查寻表。
31.根据权利要求四到30中的任一项所述的方法，其中，在所述最小有功功率基准等于所述同步发电机的所述额定有功功率电平时，所述风力涡轮机按所述第一有功功率控制模式操作，并且其中，在所述最小有功功率基准小于所述同步发电机的所述额定有功功率电平时，所述风力涡轮机按所述第二有功功率控制模式操作。
32.根据权利要求15到31中的任一项所述的方法，其中，所述风力涡轮机在按所述第二有功功率控制模式操作时的所述有功功率电平限于预定范围。
33.根据权利要求15到32中的任一项所述的方法，其中，所述风力涡轮机在按所述第二有功功率控制模式操作时的所述有功功率电平限于所述同步发电机的额定有功功率电平的大约60%至100%的范围。
34.根据权利要求15到33中的任一项所述的方法，其中，所述风力涡轮机包括涡轮转子，该涡轮转子利用扭矩调节器接合至所述同步发电机，其中，所述第一操作步骤或所述第二操作步骤包括调节所述扭矩调节器的操作。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述调节所述扭矩调节器的操作的步骤包括 调节从所述涡轮转子传递至所述同步发电机的扭矩的量。
36.根据权利要求15到33中的任一项所述的方法，其中，所述风力涡轮机包括涡轮转子，该涡轮转子通过扭矩调节变速箱(TRG)接合至所述同步发电机，其中，所述第一操作步骤或所述第二操作步骤包括调节所述TRG的操作。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述调节操作步骤包括调节所述TRG的扭矩转换特性的步骤。
38.根据权利要求36到37中的任一项所述的方法，其中，所述TRG包括液压回路，并且其中，所述调节操作步骤包括调节通过所述液压回路的液压流体的质量流。
39.根据权利要求36到38中的任一项所述的方法，其中，所述TRG包括设置在导片壳体中的多个导片，并且其中，所述调节操作步骤包括调节所述多个导片的位置。
40.根据权利要求36到39中的任一项所述的方法，其中，所述调节操作步骤包括调节被所述TRG吸收的能量的量。
41.一种用于对连接至电网的风力涡轮机的发电机的电压进行自适应控制的方法，该方法包括在一时间段期间测量所述发电机的无功功率特性；处理所述无功功率特性的测量值以生成修正电压因子；将所述修正电压因子和标称电压基准相加以生成自适应电压基准；以及向所述风力涡轮机的自动电压调节器(AVR)提供所述自适应电压基准。
42.根据权利要求41所述的方法，其中，所述处理包括针对所述无功功率的测量值应用PI控制器。
43.根据权利要求42所述的方法，其中，所述PI控制器包括大于一小时的时间常数。
44.根据权利要求41到43中的任一项所述的方法，其中，所述风力涡轮机包括同步发电机，并且其中，所述AVR能够操作以通过调节所述同步发电机的转子电流来调节所述无功功率特性。
45.根据权利要求41到44中的任一项所述的方法，其中，自适应局部电压基准范围在所述电网的额定电压的大约95%到105%之间。
46.根据权利要求41到45中的任一项所述的方法，所述方法还包括将所述修正电压因子限于预定范围内。
47.根据权利要求41到46中的任一项所述的方法，所述方法还包括对所测量的无功功率特性应用低通滤波器。
48.根据权利要求41到47中的任一项所述的方法，所述方法还包括从所测量的无功功率特性减去标称无功功率基准。
49.一种用于对连接至电网的风力涡轮机的发电机的有功功率传送进行控制的方法， 该方法包括接收阈值电压基准； 测量所述电网的电压；从所述阈值电压基准减去所测量的电压以生成电压差值； 处理所述电压差值以生成自适应有功功率基准；以及向所述发电机的有功功率控制器提供所述自适应有功功率基准。
50.根据权利要求49所述的方法，所述方法还包括 将所述自适应有功功率基准限于预定范围内。
51.根据权利要求49到50中的任一项所述的方法，其中，所述处理包括 对所述电压差值应用积分器。
52.根据权利要求49到51中的任一项所述的方法，其中，所述阈值电压基准在所述电网的额定电压的大约101%到105%之间。
53.根据权利要求49到52中的任一项所述的方法，其中，所述发电机是同步发电机。
54.根据权利要求49到53中的任一项所述的方法，其中，所述阈值电压基准取决于所述同步发电机在按额定有功功率操作时能够消耗的最大无功功率。
55.根据权利要求49到M中的任一项所述的方法，其中，所述有功功率传送缩减取决于所述处理步骤的量。
56.根据权利要求49到55中的任一项所述的方法，所述方法还包括 缩减所述发电机的有功功率传送。
57.根据权利要求56所述的方法，其中，所述风力涡轮机包括涡轮转子，该涡轮转子利用扭矩调节器接合至所述同步发电机，其中，所述第一操作步骤或所述第二操作步骤包括调节所述扭矩调节器的操作。
58.根据权利要求57所述的方法，其中，所述调节所述扭矩调节器的操作的步骤包括调节从所述涡轮转子向所述同步发电机传递的扭矩的量。
59.根据权利要求56所述的方法，其中，所述发电机是同步发电机，并且其中，所述风力涡轮机包括涡轮转子，该涡轮转子通过扭矩调节变速箱(TRG)接合至所述同步发电机， 所述缩减步骤包括调节所述TRG的操作。
60.根据权利要求59所述的方法，其中，所述调节操作步骤包括调节所述TRG的扭矩转换特性。
61.根据权利要求59到60中的任一项所述的方法，其中，所述TRG包括液压回路，并且其中，所述调节操作步骤包括调节通过所述液压回路的液压流体的质量流。
62.根据权利要求59到61中的任一项所述的方法，其中，所述TRG包括设置在导片壳体中的多个导片，并且其中，所述调节操作步骤包括调节所述多个导片的位置。
63.根据权利要求59到62中的任一项所述的方法，其中，所述调节操作步骤包括 调节被所述TRG吸收的能量的量。
64.一种用于对连接至电网的风力涡轮机的发电机的有功功率传送进行控制的方法，所述方法包括接收功率因数基准；分析与所述发电机的一个或更多个物理能力有关的所述功率因数基准； 生成取决于所述功率因数基准和所述发电机的所述一个或更多个物理能力的自适应有功功率基准；以及向所述风力涡轮机发电机的有功功率控制器提供所述自适应有功功率基准。
65.根据权利要求64所述的方法，其中，所述发电机是同步发电机。
66.根据权利要求64到65中的任一项所述的方法，其中，所述分析包括 比较所述功率因数基准与所述发电机的所述一个或更多个物理能力。
67.根据权利要求64到66中的任一项所述的方法，所述方法还包括 将所述功率因数基准限于预定范围内。
68.根据权利要求64到67中的任一项所述的方法，所述方法还包括 将所述自适应有功功率基准限于预定范围内。
69.根据权利要求64到68中的任一项所述的方法，所述方法还包括 缩减所述发电机的有功功率传送。
70.根据权利要求69所述的方法，其中，所述风力涡轮机包括涡轮转子，该涡轮转子利用扭矩调节器接合至所述同步发电机，其中，所述第一操作步骤或所述第二操作步骤包括调节所述扭矩调节器的操作。
71.根据权利要求70所述的方法，其中，所述调节所述扭矩调节器的操作的步骤包括调节从所述涡轮转子向所述同步发电机传递的扭矩的量。
72.根据权利要求69所述的方法，其中，所述发电机是同步发电机，并且其中，所述风力涡轮机包括涡轮转子，该涡轮转子通过扭矩调节变速箱(TRG)接合至所述同步发电机， 所述缩减步骤包括调节所述TRG的操作。
73.根据权利要求72所述的方法，其中，所述调节操作步骤包括调节所述TRG的扭矩转换特性。
74.根据权利要求72到73中的任一项所述的方法，其中，所述TRG包括液压回路，并且其中，所述调节操作步骤包括调节通过所述液压回路的液压流体的质量流。
75.根据权利要求72到74中的任一项所述的方法，其中，所述TRG包括设置在导片壳体中的多个导片，并且其中，所述调节操作步骤包括调节所述多个导片的位置。
76.根据权利要求72到75中的任一项所述的方法，其中，所述调节操作步骤包括 调节被所述TRG吸收的能量的量。
77.一种用于对连接至电网的风力涡轮机的发电机的有功功率传送进行控制的方法， 该方法包括接收阈值电压基准； 测量所述电网的电压；从所述阈值电压基准减去所测量出的电压以生成电压差值； 处理所述电压差值以生成电压模式自适应有功功率基准； 接收功率因数基准；分析与所述发电机的一个或更多个物理能力有关的所述功率因数基准； 生成取决于所述功率因数基准和所述发电机的所述一个或更多个物理能力的功率因数模式自适应有功功率基准；确定所述功率因数模式自适应有功功率基准与所述电压模式自适应有功功率基准之间的最小值，以生成最小自适应有功功率基准；以及向所述风力涡轮机发电机的有功功率控制器提供所述最小自适应有功功率基准。
78.根据权利要求77所述的方法，所述方法还包括将所述功率因数模式自适应有功功率基准和所述电压模式自适应有功功率基准中的每一个都限于预定范围内。
79.根据权利要求77到78中的任一项所述的方法，其中，所述处理包括 对所述电压差值应用积分器。
80.根据权利要求77到79中的任一项所述的方法，其中，所述阈值电压基准在所述电网的额定电压的大约101%到105%之间。
81.根据权利要求77到80中的任一项所述的方法，其中，所述阈值电压基准取决于所述同步发电机在按额定有功功率运转时能够消耗的最大无功功率。
82.根据权利要求77到81中的任一项所述的方法，其中，所述有功功率传送缩减取决于所述处理步骤和所述分析步骤中的至少一个步骤的量。
83.根据权利要求77到82中的任一项所述的方法，其中，所述发电机是同步发电机。
84.根据权利要求77到83所述的方法，其中，所述分析步骤包括 比较所述功率因数基准与所述发电机的所述一个或更多个物理能力。
85.根据权利要求77到84中的任一项所述的方法，所述方法还包括 将所述功率因数基准限于预定范围内。
86.根据权利要求77到85中的任一项所述的方法，所述方法还包括 缩减所述发电机的有功功率传送。
87.根据权利要求86所述的方法，其中，所述风力涡轮机包括涡轮转子，该涡轮转子利用扭矩调节器接合至所述同步发电机，其中，所述第一操作步骤或所述第二操作步骤包括调节所述扭矩调节器的操作。
88.根据权利要求87所述的方法，其中，所述调节所述扭矩调节器的操作的步骤包括调节从所述涡轮转子向所述同步发电机传递的扭矩的量。
89.根据权利要求86所述的方法，其中，所述发电机是同步发电机，并且其中，所述风力涡轮机包括涡轮转子，该涡轮转子通过扭矩调节变速箱(TRG)接合至所述同步发电机， 所述缩减步骤包括调节所述TRG的操作。
90.根据权利要求89所述的方法，其中，所述调节操作步骤包括调节所述TRG的扭矩转换特性。
91.根据权利要求89到90中的任一项所述的方法，其中，所述TRG包括液压回路，并且其中，所述调节操作步骤包括调节通过所述液压回路的液压流体的质量流。
92.根据权利要求89到91中的任一项所述的方法，其中，所述TRG包括设置在导片壳体中的多个导片，并且其中，所述调节操作步骤包括调节所述多个导片的位置。
93.根据权利要求89到92中的任一项所述的方法，其中，所述调节操作步骤包括调节被所述TRG吸收的能量的量。
94.一种连接至电网的风力涡轮机，该风力涡轮机包括同步发电机，该同步发电机电连接至所述电网；和控制逻辑，该控制逻辑被设置成，根据控制方案操作所述风力涡轮机以选择性地控制所述同步发电机的无功功率特性，其中，所述控制逻辑还被设置成，识别所述电网的预定状态，并且响应于识别出所述预定状态，来修改所述控制方案以缩减被所述同步发电机吸收的无功功率的量。
95.根据权利要求94所述的风力涡轮机，其中，所述电网的所述预定状态包括因与所述电网相关联的用电设备负荷的波动而造成的所述电网的电压波动。
96.根据权利要求95所述的风力涡轮机，其中，所述电网的电压波动是大致周期性的， 并且具有从由天、周、季度以及年所组成的组中选择的周期。
97.根据权利要求94到96中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成，针对一时间段测量所述同步发电机的无功功率特性。
98.根据权利要求94到97中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成，针对一时间段分析所述同步发电机的所述无功功率特性。
99.根据权利要求94到98中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成，向所述同步发电机的无功功率特性应用比例积分(PI)控制器。
100.根据权利要求94到99中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成，从所测量出的所述同步发电机的无功功率特性中减去标称无功功率特性。
101.根据权利要求94到100中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成，生成自适应控制基准，并且向所述控制方案提供所述自适应控制基准。
102.根据权利要求101中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成， 通过根据所测量出的所述同步发电机的无功功率特性生成第一电压基准来生成自适应控制基准，并且将标称电压基准相加至所述第一电压基准以生成所述自适应控制基准。
103.根据权利要求101中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述自适应控制基准是自适应电压基准，并且所述控制逻辑被设置成，接收所述自适应电压基准，测量所述电网的电压，以及选择性地控制所述同步发电机的无功功率特性，使得所测量出的所述电网的电压大致跟随所述自适应电压基准。
104.根据权利要求101到103中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述自适应控制基准限于取决于所述电网的额定电压的范围。
105.根据权利要求104所述的风力涡轮机，其中，所述范围是所述电网的所述额定电压的95%至105%。
106.根据权利要求94到105中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成，调节所述同步发电机的转子电流，以缩减被所述同步发电机吸收的无功功率的量。
107.根据权利要求94到106中的任一项所述的方法，其中，所述控制方案是利用自动电压调节器(AVR)来实现的，该AVR被设置成，接收电压基准，测量所述电网的电压，以及通过选择性地调节所述同步发电机的转子电流来控制所述电网的电压以跟随所述电压基准， 其中，所述控制逻辑还被设置成，自适应修改所述AVR的所述电压基准。
108.一种连接至电网的风力涡轮机，该风力涡轮机包括同步发电机，该同步发电机电连接至所述电网；和控制逻辑，该控制逻辑包括用于在第一状态期间操作所述风力涡轮机的第一有功功率控制模式，并且还包括用于在第二状态期间操作所述风力涡轮机的第二有功功率控制模式，其中，按所述第二有功功率控制模式操作所述风力涡轮机向所述风力涡轮机提供与在按所述第一有功功率控制模式操作所述风力涡轮机时相比不同的有功功率特性。
109.根据权利要求108所述的风力涡轮机，其中，所述第一有功功率控制模式包括按大致等于所述同步发电机的额定有功功率电平的有功功率电平来操作所述同步发电机，并且其中，所述第二有功功率控制模式包括按小于所述同步发电机的所述额定有功功率电平的有功功率电平来操作所述同步发电机。
110.根据权利要求108到109中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述第一状态和所述第二状态皆取决于所述电网的电压。
111.根据权利要求108到110中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述第一状态和所述第二状态皆取决于所述同步发电机的一个或更多个物理特性。
112.根据权利要求108到111中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成，通过测量所述电网的电压并分析所测量出的所述电网的电压来识别所述第一状态和所述第二状态中的每一个状态的出现。
113.根据权利要求112所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成，通过在一时间段期间比较所测量的电压与阈值电压基准来识别所述第一状态和所述第二状态中的每一个状态的出现。
114.根据权利要求113所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成，通过对所测量出的电压与所述阈值电压基准的差进行积分来识别所述第一状态和所述第二状态中的每一个状态的出现。
115.根据权利要求114所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成，根据所述对所测量出的电压与所述阈值电压基准的差的积分，按所述第一有功功率控制模式和所述第二有功功率控制模式中的一种控制模式来操作所述风力涡轮机。
116.根据权利要求108到115中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成，相比于按所述第一有功功率控制模式操作所述风力涡轮机，在按所述第二有功功率控制模式操作所述风力涡轮机时将所述有功功率特性缩减取决于所测量出的所述电网的电压的量。
117.根据权利要求108到116中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成，相比于按所述第一有功功率控制模式操作所述风力涡轮机，在按所述第二有功功率控制模式操作所述风力涡轮机时将所述有功功率特性缩减与对所测量出的所述电网的电压与最大电压基准之间的差的积分成比例的量。
118.根据权利要求108所述的风力涡轮机，其中，所述第一状态和所述第二状态皆取决于功率因数基准。
119.根据权利要求118所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成，通过接收功率因数基准，并且比较所述功率因数基准与所述同步发电机的功率因数能力，来识别所述第一状态和所述第二状态中的每一个状态的出现。
120.根据权利要求118到119中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成，相比于按所述第一有功功率控制模式操作所述风力涡轮机，在按所述第二有功功率控制模式操作所述风力涡轮机时将所述有功功率特性缩减取决于所述同步发电机的一个或更多个物理特性的量。
121.根据权利要求108-109中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述第一状态和所述第二状态皆取决于所述电网的功率因数基准和所述电网的电压。
122.根据权利要求121所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成，通过测量所述电网的电压，分析所测量出的所述电网的电压以生成第一有功功率基准，接收功率因数基准，比较所述功率因数基准与所述同步发电机的功率因数能力以生成第二有功功率基准，以及选择最小有功功率基准来标识所述第一状态和所述第二状态中的每一个状态的出现，所述最小有功功率基准是所述第一有功功率基准和所述第二有功功率基准中的最小值。
123.根据权利要求122所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成，在比较所述功率因数基准与所述同步发电机的功率因数能力以生成第二有功功率基准时，利用与所述同步发电机的所述功率因数能力相关联的查寻表。
124.根据权利要求122到123中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成，在所述最小有功功率基准等于所述同步发电机的所述额定有功功率电平时按所述第一有功功率控制模式操作所述风力涡轮机，并且其中，在所述最小有功功率基准小于所述同步发电机的所述额定有功功率电平时按所述第二有功功率控制模式操作所述风力涡轮机。
125.根据权利要求108到IM中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成，将在按所述第二有功功率控制模式操作时所述风力涡轮机的所述有功功率电平限于预定范围。
126.根据权利要求108到125中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成，将在按所述第二有功功率控制模式操作时所述风力涡轮机的所述有功功率电平限于所述同步发电机的额定有功功率电平的大约60%至100%的范围。
127.根据权利要求108到1 中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述风力涡轮机包括涡轮转子，该涡轮转子利用扭矩调节器接合至所述同步发电机，其中，所述控制逻辑被设置成调节所述扭矩调节器的操作。
128.根据权利要求127所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成，调节从所述涡轮转子传递至所述同步发电机的扭矩的量。
129.根据权利要求108到1 中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述风力涡轮机包括涡轮转子，该涡轮转子通过扭矩调节变速箱(TRG)接合至所述同步发电机，其中，所述控制逻辑被设置成调节所述TRG的操作。
130.根据权利要求1 所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成调节所述TRG 的扭矩转换特性。
131.根据权利要求1 到130中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述TRG包括液压回路，并且其中，所述控制逻辑被设置成调节通过所述液压回路的液压流体的质量流。
132.根据权利要求1 到131中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述TRG包括设置在导片壳体中的多个导片，并且其中，所述控制逻辑被设置成调节所述多个导片的位置。
133.根据权利要求1 到132中的任一项所述的风力涡轮机，其中，所述控制逻辑被设置成调节被所述TRG吸收的能量的量。
134.一种连接至电网的风力涡轮机，该风力涡轮机包括 同步发电机，该同步发电机电连接至所述电网；和控制逻辑，该控制逻辑被设置成在一时间段期间接收所述发电机的无功功率特性；处理所述无功功率特性测量值，以生成修正电压因子；将所述修正电压因子相加至标称电压基准以生成自适应电压基准；以及向所述风力涡轮机的自动电压调节器(AVR)提供所述自适应电压基准。
135.一种连接至电网的风力涡轮机，该风力涡轮机包括 同步发电机，该同步发电机电连接至所述电网；和控制逻辑，该控制逻辑被设置成 接收阈值电压基准； 接收所测量出的所述电网的电压；从所述阈值电压基准减去所测量出的电压以生成电压差值； 处理所述电压差值以生成自适应有功功率基准；以及向所述发电机的有功功率控制器提供所述自适应有功功率基准。
136.一种连接至电网的风力涡轮机，该风力涡轮机包括 同步发电机，该同步发电机电连接至所述电网；和控制逻辑，该控制逻辑被设置成 接收功率因数基准；分析与所述发电机的一个或更多个物理能力有关的所述功率因数基准； 生成取决于所述功率因数基准和所述发电机的所述一个或更多个物理能力的自适应有功功率基准；以及向所述风力涡轮机发电机的有功功率控制器提供所述自适应有功功率基准。
137.一种连接至电网的风力涡轮机，该风力涡轮机包括 同步发电机，该同步发电机电连接至所述电网；和控制逻辑，该控制逻辑被设置成 接收阈值电压基准； 接收所测量出的所述电网的电压；从所述阈值电压基准减去所测量出的电压以生成电压差值； 处理所述电压差值以生成电压模式自适应有功功率基准；接收功率因数基准；分析与所述发电机的一个或更多个物理能力有关的所述功率因数基准； 生成取决于所述功率因数基准和所述发电机的所述一个或更多个物理能力的功率因数模式自适应有功功率基准；确定所述功率因数模式自适应有功功率基准与所述电压模式自适应有功功率基准之间的最小值，以生成最小自适应有功功率基准；以及向所述风力涡轮机发电机的有功功率控制器提供所述最小自适应有功功率基准。
138.—种连接至电网的风力涡轮机，该风力涡轮机包括 同步发电机，该同步发电机电连接至所述电网；和控制逻辑，该控制逻辑被设置成 向控制方案提供基准；根据取决于所述基准的所述控制方案操作所述风力涡轮机；接收所测量出的所述电网的特性；以及根据所测量出的所述电网的特性自适应修改所述基准。
139.—种用于连接至电网的风力涡轮机的操作方法，其中，该风力涡轮机包括同步发电机，所述方法包括以下步骤保持所述风力涡轮机与所述电网之间的电连接状态； 向控制方案提供基准；根据取决于所述基准的所述控制方案操作所述风力涡轮机；监测所述电网的特性；以及根据所述电网的所述特性自适应修改所述基准。
全文摘要
在此提供了用于设置和/或操作风力涡轮机以自适应控制电网的电压的系统和方法。在一个或更多个实施方式中，提供了用于识别电网的状态(例如，因弱电网上的可变用电设备负荷而造成的波动)并且自适应地调节电压控制方案以“忽略”因该状态所造成的电压变化的方法和系统。另外，本发明的其它特征包括伴随针对风力涡轮机的有功功率降额的电压控制和伴随针对风力涡轮机的有功功率降额的功率因数控制。本发明的有功功率降额特征可以取决于与风力涡轮机相关联的同步发电机的物理特性。
文档编号F03D7/04GK102301556SQ200980155766
公开日2011年12月28日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年1月30日
发明者K-F·斯塔佩菲尔德 申请人:德风公司