用网络桥接器控制器来运行风力涡轮机制造技术

用网络桥接器控制器运行风力涡轮机。控制风力涡轮机运行的方法包括（a）有功功率参考信号和有功功率反馈信号；（b）基于有功功率参考信号和有功功率反馈信号来确定第一电压控制信号和功率控制器频率信号；（c）基于功率控制器频率信号确定第二电压控制信号；（d）基于频率参考信号确定频率控制器频率信号；（e）基于功率控制器频率信号和频率控制器频率信号确定指示旋转dq参考系的实际角的实际角信号；以及（f）基于第一电压控制信号、第二电压控制信号和实际角信号来控制风力涡轮机的功率转换器的运行。还描述了网络桥接器控制器、风力涡轮机、功率产生和转送系统以及计算机程序，其全部能够实现或控制所述控制方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及从风场向电力网传输由包括多个风力涡轮机的风场产生的电功率的
具体地，本专利技术涉及一种用于控制可连接到公用事业电网（选择性地经由HVDC输电系统和/或经由AC辅助输电系统）的风场的风力涡轮机的运行的控制方法，其中，该风场仅经由HVDC输电系统被连接到公用事业电网。此外，本专利技术涉及一种网络桥接器控制器、一种风力涡轮机和一种功率产生和转送系统，其全部能够执行所描述的控制方法。此外，本专利技术涉及一种用于根据所描述的控制方法来控制风力涡轮机的运行的计算机程序。
技术介绍
风力涡轮机被用来以清洁且高效的方式将机械风能转换成电能。在风力涡轮机中，包括具有若干转子叶片的转子的机械驱动系直接地或借助于齿轮箱来驱动发电机。在发电机的定子端子处产生的结果得到的交流电（AC）频率与转子的旋转速度直接地成正比。定子端子处的电压还根据转速和发电机的无功功率要求而变化。为了最佳的能量捕捉，此转速根据驱动转子叶片的可用风的速度而变化。为了限制高风速下的能量捕捉并避免转子的潜在损坏，可通过改变转子叶片的俯仰角来控制发电机的转速。通常通过功率转换器实现发电机的可变电压和频率到电力网的标称固定电压和频率的适应。功率转换器通常包括发电机桥接器，其在正常运行中充当用以向直流（DC）链路供应功率的有源整流器。发电机桥接器可以具有其中具有被使用脉宽调制（PWM）策略完全地控制和调节的一系列半导体功率切换设备的任何适当的拓扑。功率转换器通常还包括网络桥接器，其将DC链路的DC功率转换成在电压、频率以及相角方面与电力网的各电量匹配的AC功率输出。当从网络桥接器或从被连接到多个网络桥接器（例如分别地经由一个变压器）的汇流条传输或运送功率时，除振幅之外，还有网络桥接器的输出处或汇流条处的电压信号相对于电力网相位的相对相位是对于可以被传输的功率数量的重要的量。在这方面，据说此相角被与某个反电动势（反EMF）相关联，其在用于解释电功率传输的另一种方法中是向电力网运送电功率所必需的。在该方法中反EMF由电力网产生。然而，与AC功率连接相反，还可以经由所谓的高压直流（HVDC）功率连接将特别地由被分配给风场的多个风力涡轮机产生的电功率传输到电力或公用事业网。此类解决方案特别地可适合于离岸风场或所谓的孤立风场（islandedwindpark），其中，在（a）风场的公共汇流条（常常也被称为公共耦合点（PCC））与（b）各功率接收（岸上）电力网之间的距离很大（例如，数百千米）。在长距离的情况下，在HVDC输电系统内的电功率损耗比在AC输电系统内的对应损耗小得多，在AC输电系统内特别地由各电缆的寄生电感引起的感应功率损耗大得多。在下文中，描述了经由HVDC输电系统从离岸风场向岸上电力网的电力传输：（1）多个离岸风力涡轮机中的每一个包括（a）具有发电机（AC-DC）桥接器、DC链路以及三相网络（DC-AC）桥接器的三相功率转换器，以及（b）经由电力变压器到中压AC系统的接口。每个风力涡轮机通过确保网络桥接器调制电压相对于中压AC功率收集器系统具有正确的相角和量级而从网络桥接器向中压AC功率收集器系统输出AC电功率。（2）中压AC功率收集器系统经由被离岸竖立在变电站平台处的变压器被连接到高压（HV）AC功率收集器系统。（3）HVAC功率输出和来自其它变电站平台的其它HVDC功率输出在第二汇流条处被收集并作为公共HVAC功率输出被馈送到HVDC平台，其中，公共HVAC功率输出被转换成DC功率输出。（4）DC功率输出经由可具有比100km更多一些的长度的（低损耗）HVDC电缆被在岸上传输。（5）在岸上，DC功率输出被馈送到（DC-AC）转换站，其产生调制AC电压输出。此调制AC电压输出被用适当的电压和频率或者说相角控制到岸上AC电力网中，从而将所需功率输出到岸上AC电力网中。为了在HVDC平台处将公共HVAC功率输出转换成DC功率输出（参见上文（3）项），可使用高功率AC-DC转换器，其包括总共六个功率半导体开关，其中，在（三个中的）一个半桥路径内分别地串联地连接两个功率半导体开关，每个在高功率AC-DC转换器的两个DC输出端子之间延伸。可借助于脉宽调制（PWM）以已知方式驱动功率半导体开关。此类AC-DC转换具有优点：通过提供适当的切换模式，双向功率流是可能的。然而，此类AC-DC转换的缺点是高功率AC-DC转换器是复杂、大且极其沉重的实体。为了可靠的运行，必须提供空气绝缘。最近，已提出了用于HVDC平台处的AC-DC功率转换的另一方法，该方法是基于包括具有六个无源高功率二极管的整流器的HVDC系统的离岸端的概念。再次地，在（三个中的）一个半桥路径内分别地串联地连接两个高功率二极管，每个在对应的功率整流器的两个DC输出端子之间延伸。这种方法具有优点：可以作为密封设备并以简单且稳健的方式实现整流器。整流器内的功率损耗是小的，并且整流器的运行仅要求相当低的维护成本。然而，“整流器方法”的缺点可能是只有单向功率流是可能的。在必须从岸上电力网向风场传输功率的情况下，对应的HVDC输电系统必须被装配有在岸上电力网与风场之间延伸的相对于HVDC电力电缆平行的所谓的脐带AC电缆。当其它风力涡轮机的功率产生不足时例如在风场的至少某些风力涡轮机的启动阶段期间经由脐带AC电缆的功率传输可能是必需的以便允许可靠的启动。当使用（无源）整流器时的另一挑战是必须通过每个单独的风力涡轮机的DC-AC网络桥接器排他性地控制应被整流的离岸HVAC功率输出的振幅、频率以及相位。在运行风场时，可使用若干运行模式（OM），其全部要求谨慎的风力涡轮机控制以便允许高度的运行控制。具体地，在第一运行模式（OM1）下，风场仅经由AC辅助输电系统被连接到公用事业电网。在第二运行模式（OM2）下，风场仅经由HVDC输电系统被连接到AC电力网。在第三运行模式（OM3）下，风场经由HVDC输电系统和脐带输电系统两者被连接到AC电力网。
技术实现思路
可能需要提供一种用于风场所包括的风力涡轮机的控制规程，其中，该风场仅经由HVDC输电系统被连接到公用事业电网。可通过根据独立权利要求的主题来满足此需要。通过从属权利要求来描述本专利技术的有利实施例。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于控制风力涡轮机的运行的方法，其中，该风力涡轮机包括（i）机械驱动系，（ii）被机械连接到驱动系的发电机，以及（iii）被电连接到发电机的功率转换器，其中，风力涡轮机形成风场的一部分，其（i）经由HVDC输电系统和/或（ii）经由AC辅助输电系统可连接到公用事业电网，并且其中，风场处于第二运行模式，其中风场仅经由HVDC输电系统被连接到公用事业电网。所提供的方法包括（a）借助于功率控制器来接收（a1）指示应由风力涡轮机产生的有功功率的有功功率参考信号和（a2）指示实际上由风力涡轮机产生的有功功率的有功功率反馈信号；（b）借助于功率控制器且基于有功功率参考信号和有功功率反馈信号来确定第一电压控制信号和功率控制器频率信号；（c）借助于HVDC功率控制器接收功率控制器频率信号；（d）借助于HVDC功率控制器且基于功率控制器频率信号来确定第二电压控制信号；（e）借助于频率控制器接收频率参考信号；（f）借助于频率控制器且基于频率参考信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制风力涡轮机（120）的运行的方法，其中所述风力涡轮机（120）包括（i）机械驱动系（222、228），（ii）被机械地连接到所述驱动系（111、228）的发电机（230），以及（iii）被电连接到所述发电机（230）的功率转换器（240），其中，所述风力涡轮机（120）形成风场（110）的一部分，所述风场（110）（i）经由HVDC输电系统（170）和/或（ii）经由AC辅助输电系统（164）可连接到公用事业电网（195），并且其中，所述风场（110）处于第二运行模式，其中，所述风场（110）仅经由HVDC输电系统（170）被连接到公用事业电网（195），所述方法包括借助于功率控制器（5240）接收，指示应由所述风力涡轮机（120）产生的有功功率的有功功率参考信号（P*conv、PrefWT），以及指示实际上由所述风力涡轮机（120）产生的有功功率的有功功率反馈信号（Pfb）；借助于功率控制器（5240）且基于有功功率参考信号（P*conv、PrefWT）和有功功率反馈信号（Pfb）来确定第一电压控制信号（Vd）和功率控制器频率信号（PC）；借助于HVDC功率控制器（5350）接收功率控制器频率信号（PC）；借助于HVDC功率控制器（5350）且基于功率控制器频率信号（PC）来确定第二电压控制信号（Vq）；借助于频率控制器（5260）来接收频率参考信号（ref）；借助于频率控制器（5260）且基于频率参考信号（ref）来确定频率控制器频率信号（FC）；借助于θ积分器单元（5380）且基于功率控制器频率信号（PC）和频率控制器频率信号（FC）来确定实际角信号（θ0），其指示旋转dq参考系与固定abc参考系之间的实际角；以及基于第一电压控制信号（Vd）、第二电压控制信号（Vq）以及实际角信号（θ0）来控制功率转换器（240）的网络桥接器（246）的运行。...

【技术特征摘要】
2015.07.07 EP 15175610.31.一种用于控制风力涡轮机（120）的运行的方法，其中所述风力涡轮机（120）包括（i）机械驱动系（222、228），（ii）被机械地连接到所述驱动系（111、228）的发电机（230），以及（iii）被电连接到所述发电机（230）的功率转换器（240），其中，所述风力涡轮机（120）形成风场（110）的一部分，所述风场（110）（i）经由HVDC输电系统（170）和/或（ii）经由AC辅助输电系统（164）可连接到公用事业电网（195），并且其中，所述风场（110）处于第二运行模式，其中，所述风场（110）仅经由HVDC输电系统（170）被连接到公用事业电网（195），所述方法包括借助于功率控制器（5240）接收，指示应由所述风力涡轮机（120）产生的有功功率的有功功率参考信号（P*conv、PrefWT），以及指示实际上由所述风力涡轮机（120）产生的有功功率的有功功率反馈信号（Pfb）；借助于功率控制器（5240）且基于有功功率参考信号（P*conv、PrefWT）和有功功率反馈信号（Pfb）来确定第一电压控制信号（Vd）和功率控制器频率信号（PC）；借助于HVDC功率控制器（5350）接收功率控制器频率信号（PC）；借助于HVDC功率控制器（5350）且基于功率控制器频率信号（PC）来确定第二电压控制信号（Vq）；借助于频率控制器（5260）来接收频率参考信号（ref）；借助于频率控制器（5260）且基于频率参考信号（ref）来确定频率控制器频率信号（FC）；借助于θ积分器单元（5380）且基于功率控制器频率信号（PC）和频率控制器频率信号（FC）来确定实际角信号（θ0），其指示旋转dq参考系与固定abc参考系之间的实际角；以及基于第一电压控制信号（Vd）、第二电压控制信号（Vq）以及实际角信号（θ0）来控制功率转换器（240）的网络桥接器（246）的运行。2.如前述权利要求所述的方法，其中所述实际角信号（θ0）进一步依赖于标称频率参考信号（Nom），其指示收集由所述风力涡轮机（120）和所述风场（110）的其它风力涡轮机（120）产生的AC功率的AC系统（160）的期望频率。3.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述频率控制器（5260）经由滤波器（9400）、特别地经由低通滤波器（9400）来接收频率参考信号（ref）。4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中表示旋转dq参考系相对于固定abc参考系的旋转频率并被直接地馈送到θ积分器单元（5380）中的角速度信号（0）也被馈送到频率控制器（5260），使得进一步基于此角速度信号（0）来确定由频率控制器（5260）产生的频率控制器频率信号（FC）。5.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述实际角信号（θ0）进一步依赖于频率修改信号（Q），其中，所述频率修改信号（Q）是基于无功功率反馈信号（Qfb）。6.如前述权利要求所述的方法，其中经由无功功率下垂增益单元（5160）从无功功率反馈信号（Qfb）导出所述频率修改信号（Q）。7.如两个前述权利要求中的任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：PB布罗冈，N戈尔登鲍姆，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE