用于优化风力涡轮机操作的系统和方法技术方案

本公开涉及一种用于优化风力涡轮机的操作的系统和方法。该方法包括在功率网与风力涡轮机之间提供电压调节器。所述电压调节器配置成控制风力涡轮机的至少一个电压状态。另一个步骤包括通过一个或多个传感器监测风力涡轮机的至少一个操作状态和至少一个电压状态。方法还包括通过控制器将操作状态或者电压状态中的至少一个与预定阈值相比较以确定裕度与阈值比。这样，进一步的步骤包括基于比较来控制电压调节器以使裕度与阈值比最大化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于优化风力涡轮机操作的系统和方法专利
本公开一般涉及风力涡轮机，并且更具体地，涉及一种通过电压调节器优化风力涡轮机操作的系统和方法。专利技术背景风功率被认为是目前可得到的最清洁的，最环境友好的能量源之一，并且在这点上风力涡轮机获得了更多的关注。现代风力涡轮机通常包括塔、发电机、变速箱、机舱和具有一个或多个转子叶片的转子。通过转子，转子叶片把风能变换为驱动一个或多个发电机的机械旋转力矩。发电机有时但不是一直，通过变速箱旋转地耦合到转子。变速箱提高发电机转子固有的低转速以有效地把旋转机械能转换为电能，其能通过至少一个电连接馈送到公用事业电网。这种配置还可以包括功率转换器，其用于把生成的电功率的频率转换为与公用事业电网频率基本上类似的频率。可再生能源功率系统，例如上述的风力涡轮机，通常包括功率转换器，其具有由转换器控制器控制的调节的DC链路。更特别地，风驱动双馈感应发电机(DFIG)系统或者全功率转换系统通常包括具有AC-DC-AC拓扑结构的功率转换器。对于许多风力涡轮机，操作空间并且因此对于顾客的值受到一个或多个DFIG系统固有的风力涡轮机组件，例如DC链路和发电机转子的最大电压的限制。此外，电网操作实践和故障可以导致发电机定子上增加的或降低的电压，这反映到发电机转子和DC链路上。为了缓解这类电压瞬变，转换器控制器必须从顾客要求的设定点将转子和定子的功率因数移走或者增加转子转换器调制指数，从而导致由顾客观察到较高次谐波。这类限制倾向于对操作在高额定滑差(RPM)的DFIG发电机或者正在经历超速状况的发电机来说更重要。致力于缓解上述问题中，各种风力涡轮机控制技术已经实现，使用电压调节器将电网电压与阈值电压值相比较。控制系统然后命令在电压调节器中的阶跃变化以维持特定裕度从而缓解电网扰动。另外的系统利用更大的转换器或者动态制动器以控制过速的电压水平和功率对功率的因数要求限制。然而上述的多种系统可能要求附加的成本和/或复杂性。因此，本专利技术涉及一种处理上述问题的改进的系统和方法。更特别地，本专利技术涉及一种通过电压调节器优化风力涡轮机操作的系统和方法，电压调节器配置成最大化各种风力涡轮机组件的裕度与电压阈值(margin-to-voltagethreshold)。
技术实现思路
本专利技术的各方面和优点将在下面的描述中部分阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过本专利技术的实践而学到。在一方面中，本公开涉及一种用于优化风力涡轮机操作的方法。该方法包括在功率网与风力涡轮机之间提供电压调节器。电压调节器配置成控制风力涡轮机的至少一个电压状态。另一个步骤包括通过一个或多个传感器监测风力涡轮机的至少一个操作状态和至少一个电压状态。该方法还包括通过控制器将操作状态或者电压状态中的至少一个与预定的阈值相比较以确定裕度与阈值比。因此，另外的步骤包括基于比较来控制电压调节器以使裕度与阈值比最大化。在一个实施例中，该方法还可以包括通过一个或多个传感器监测功率网的电网电压并且基于电网电压和比较控制电压调节器，以使裕度与阈值比最大化。在另一个实施例中，一个或多个操作状态可以是风力涡轮机的任何合适的操作参数。例如，在某个实施例中，一个或多个操作状态可以包括下面中的任何一种或者组合：发电机速度、VAR需求、功率因数、功率输出或者类似的。类似地，一个或多个电压状态可以包括风力涡轮机的任何合适的电压参数。例如，在特定实施例中，一个或多个电压状态可以包括下面中的任何一种或者组合：定子电压、定子电流、转子电压、转子电流、电网侧转换器电流、DC链路电压或者类似的。在各个实施例中，电压调节器可以包括抽头转换开关。另外，抽头转换开关可以位于功率网与风力涡轮机的变压器之间。在另一个实施例中，基于比较来控制电压调节器以使裕度与阈值比最大化的步骤可以进一步包括命令在电压调节器中的阶跃变化。在还有附加的实施例中，风力涡轮机还可以包括风驱动双馈感应发电机(DFIG)。在另一方面中，本公开涉及一种用于最大化风力涡轮机的功率输出的方法。该方法包括在功率网与风力涡轮机之间提供电压调节器。另一个步骤包括通过一个或多个传感器监测风力涡轮机的电压状态。该方法还包括通过控制器将电压状态与预定的电压阈值相比较以确定裕度与阈值比。因此，另外的步骤包括基于比较来控制电压调节器以使裕度与阈值比最大化。应理解的是，该方法还可以包括如在本文中关于各实施例所述的任何附加的特征和/或方法步骤。在还有另一个方面中，本公开涉及一种用于优化风力涡轮机操作的系统。系统包括操作地连接在功率网与风力涡轮机之间的电压调节器，配置成监测风力涡轮机的操作状态、电压状态或者电网电压中的至少一个的一个或多个传感器，和配置成执行一个或多个操作的控制器。电压调节器配置成控制风力涡轮机的至少一个电压状态。由控制器执行的一个或多个操作可以包括将操作状态或者电压状态中的至少一个与预定的阈值相比较以确定裕度与阈值比，并且基于比较来控制电压调节器以使裕度与阈值比最大化。应理解的是，系统还可以包括如在本文中关于各实施例所述的任何附加的特征。参考下面的描述和所附的权利要求，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。附图(其并入并构成说明书的一部分)图示本专利技术的实施例并且与描述一起用来解释专利技术的原理。附图说明本专利技术对本领域技术人员来说充分且使能的公开(包括其最好方式)在说明书中被阐述，其参考附图，其中：图1示出了根据本公开的风力涡轮机的一个实施例；图2示出了根据本公开的风力涡轮机的电气和控制系统的一个实施例；图3示出了适合与如图1所示的风力涡轮机一起使用的控制器的一个实施例的框图；图4示出了根据本公开的用于优化风力涡轮机操作的系统的一个实施例；以及图5示出了根据本公开的用于优化风力涡轮机操作方法的流程图的一个实施例。具体实施方式现在详细参考本专利技术的实施例，其一个或多个示例图示在图中。每个示例通过解释本专利技术而不是限制本专利技术来提供。事实上，能够在不背离本专利技术的范围或精神的情况下在本专利技术中作出各种修改和变化对于本领域技术人员来说将是显而易见的。例如，作为一个实施例一部分来图示或描述的特征能与另一个实施例一起用来产生更进一步的实施例。因此，意图本专利技术覆盖如落入所附的权利要求及其等同物的范围内的这类修改和变化。一般来说，本公开涉及一种通过电压调节器优化风力涡轮机操作的系统和方法。例如，在各种实施例中，电压调节器可以是配置在功率网与风力涡轮机的变压器之间的在线(on-line)抽头转换开关。在一个实施例中，抽头转换开关可以由涡轮机或者转换器控制器控制以在低和高速操作与高VAR操作期间增加或降低定子电压。更特别地，一个或多个传感器配置成监测风力涡轮机的操作状态或电压状态中的至少一个。各种操作状态可以包括发电机速度、VAR需求、功率因数、功率输出或者类似的，而各种电压状态可以包括定子电压、定子电流、转子电压、转子电流、电网侧转换器电流、DC链路电压或者类似的。控制器也可以监测电网电压。因此，在一个实施例中，控制器配置成将操作状态或者电压状态中的至少一个与预定的阈值相比较以确定裕度与阈值比。基于比较并可选地基于电网电压，控制器能命令在电压调节器中的阶跃变化以使裕度与阈值比最大化。本公开具有现有技术中没有的许多优点。例如，本公开在DFIG风力涡轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于优化风力涡轮机的操作的方法，实施方法包括：在功率网与所述风力涡轮机之间提供电压调节器，所述电压调节器配置成控制所述风力涡轮机的至少一个电压状态；经由一个或多个传感器监测所述风力涡轮机的至少一个操作状态和至少一个电压状态；经由控制器将所述操作状态或所述电压状态中的至少一个与预定的阈值相比较以确定裕度与阈值比；以及基于比较来控制所述电压调节器以使所述裕度与阈值比最大化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.03 US 14/4756161.一种用于优化风力涡轮机的操作的方法，实施方法包括：在功率网与所述风力涡轮机之间提供电压调节器，所述电压调节器配置成控制所述风力涡轮机的至少一个电压状态；经由一个或多个传感器监测所述风力涡轮机的至少一个操作状态和至少一个电压状态；经由控制器将所述操作状态或所述电压状态中的至少一个与预定的阈值相比较以确定裕度与阈值比；以及基于比较来控制所述电压调节器以使所述裕度与阈值比最大化。2.根据权利要求1所述的方法，还包括经由所述控制器监测所述功率网的电网电压并且基于所述电网电压和比较控制来所述电压调节器以使所述裕度与阈值比最大化。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述操作状态包括下面中的任何一个或者组合：发电机速度、VAR需求、功率因数或者功率输出。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述电压状态包括下面中的任何一个或者组合：定子电压、定子电流、转子电压、转子电流、电网侧转换器电流或者DC链路电压。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述电压调节器包括抽头转换开关。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述抽头转换开关位于所述功率网与所述风力涡轮机的变压器之间。7.根据权利要求1所述的方法，其中基于比较来控制电压调节器以使所述裕度与阈值比最大化的步骤进一步包括命令在所述电压调节器中的阶跃变化。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述风力涡轮机包括风驱动双馈感应发电机(DFIG)。9.一种用于最大化风力涡轮机的功率输出的方法，所述方法包括：在功率网与所述风力涡轮机之间提供电压调节器；经由一个或多个传感器监测所述风力涡轮机的电压状态；经由控制器将所述电压状态与预定电压阈值相比较以确定裕度与阈值比；以...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·W·哈德维克，C·E·霍利代，R·K·巴拉，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US