在没有电网连接的情况下操作风力涡轮机的方法以及风力涡轮机技术

本发明专利技术涉及一种操作风力涡轮机的方法、一种制造风力涡轮机的方法和一种风力涡轮机。该风力涡轮机包括永磁体(PM)同步发电机、主转换器、主转换器控制器、风力涡轮机主控制器和包括电能存储装置的电力供应级。可以独立于供电网和/或内燃机使用来自电能存储装置的电能来执行风力涡轮机的启动。在启动之后，通过由主转换器控制器控制主转换器的中间电压并且独立于电能存储装置从PM同步发电机取回电力来以岛模式操作风力涡轮机。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在没有电网连接的情况下操作风力涡轮机的方法以及风力涡轮机
本专利技术涉及一种操作风力涡轮机的方法、一种制造风力涡轮机的方法、一种风力涡轮机以及一种风力发电场。
技术介绍
在本领域中通常已知以岛模式操作风力涡轮机。术语“岛模式”涉及在没有电网连接(电网丢失；电网故障)的情况下的操作，其中风力涡轮机需要独立于电网进行操作。针对风力涡轮机(特别是海上风力涡轮机)的另一总体挑战涉及风力涡轮机的第一启动(或调试)。为了开始正常操作，风力涡轮机需要能够通过与风力涡轮机连接的电网供应的一定量的能量。然而，当风力涡轮机被装配并准备好启动时，电网(或通过电网的电源)通常还不可用。这可能导致风力涡轮机由于空转而损坏。为了独立地执行启动或黑启动以及避免空转，可以提供向风力涡轮机供应必要的电能的柴油发电机。然而，这要求需要被携带到风力涡轮机上的大量的燃料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种操作风力涡轮机的方法、一种制造风力涡轮机的方法、一种风力涡轮机以及一种风力发电场，其确保风力涡轮机能够在没有电网连接或内燃发电机的情况下执行启动或黑启动。在本专利技术的一方面中，提供了一种操作风力涡轮机的方法。该风力涡轮机包括永磁体(PM)同步发电机、主转换器、主转换器控制器、风力涡轮机主控制器以及电力供应级(UPS)。电力供应级可以例如是不间断电源(UPS)。电力供应级可以包括电能存储装置。在第一方面中，风力涡轮机的(第一)启动或黑启动可以(排他的)来自独立于供电网或内燃发电机使用电能存储装置的电能来执行。风力涡轮机可以以岛模式操作。在该岛模式中，主转换器的中间电压(DC链路)由主转换器控制器控制。换句话说，内部电力供应是由主转换器控制器控制的，而不是由风力涡轮机的主控制器控制的。此外，在岛模式中，从PM同步发电机取回电力，并且该电力用于供应风力涡轮机的必要的内部部件。这意味着电能存储装置仅仅可以在启动或黑启动期间被使用。以岛模式操作风力涡轮机不需要电能存储装置。在岛模式中，电能存储装置可以被充电。这提供了电能存储装置总是在启动之后被充电以存储足够的电能来执行随后的启动或穿越平静风的时段(同时等待风势)。在启动或黑启动期间必须被供电的必要的内部部件可以被称为子系统或辅助操作系统。该子系统或辅助操作系统可以有利地在风力涡轮机内部。辅助操作系统提供了操作例如如风力涡轮机的偏航驱动器的其他子系统的可能性，使得机舱可以根据风向而被定位。子系统还可以用于对如浆距系统和/或空调系统的子系统供电。根据另一方面，在执行下一次黑启动之前，使风力涡轮机停止和/或处于安全操作状态。换句话说，在安全操作状态中和/或当使风力涡轮机被停止时，执行从风力涡轮机的正常发电到岛模式的转变的步骤。由于与“标准风力涡轮机”相比，风力涡轮机不使用附加的电力转换硬件，所以在电网故障后岛模式将无法被无缝进入。首先，涡轮机必须被停止(或者进入安全操作状态，例如低rpm空转模式)。然后可以仅仅在这种关闭状态下执行从正常发电到岛模式的转变。有利地，在岛模式期间，风力涡轮机的扭矩由主转换器控制器控制。这意味着扭矩不是由风力涡轮机的主控制器控制的，而是由风力涡轮机的主转换器控制器控制的。然后风力涡轮机的DC链路电压也可以由主转换器控制器控制。这可以通过PM同步发电机的场弱化和/或制动斩波器控制来实现。发电机侧转换器则能够仅仅提供测量数据以用于计算。通常，负责控制转子叶片的旋转速度和浆距的风力涡轮机控制器的功能以及负责控制转矩的主转换器控制器的功能都可以在岛模式期间受到限制。有利地，在岛模式中，风力涡轮机的转子叶片的浆距控制可以被限制为在每分钟的转子旋转(nR)和/或每分钟的发电机旋转(nG)的公差带之外的值，使得浆距仅仅被调节为低于每分钟的旋转的最小值并且高于每分钟的旋转的最大值。针对转子旋转的最小值可以是6rpm，而最大值可以是14rpm。目标值可以是10rpm到11rpm。针对每分钟的发电机旋转的最小值可以是60rpm，而最大值可以是140rpm。目标值可以是100-110rpm。针对转子和发电机的rpm值通过变速箱比率而与彼此相关。在该范例中，变速箱比率约为10。在本专利技术的该方面中，转子叶片的浆距可以有利地仅仅在每分钟的旋转的数量离开旋转的相应的最小值与最大值之间的公差带时被调节。无论目标值如何，都是这样。风力涡轮机表现类似于“高rpm空转”模式，但包括取决于辅助操作系统以及供电的子系统的要求的可变功率偏移。术语“高rpm空转模式”是指涡轮机操作状态为旋转速度接近正常负载操作速度的空转情况。在这种模式下，发电机下至变压器的正常损耗可以是100kW到200kW，并且对于特定的风力涡轮机为80kW。齿轮的损失可以达到40kW到60kW。这意味着没有辅助操作系统和任何其他子系统的总损耗可以达到大约120kW至140kW。因此，在rpm空转模式下，需要约100kW至200kW的范围，特别是值为150kW的功率。取决于额外的供电的子系统(包括辅助操作系统)，偏移量可以具有以下值：-在平稳操作中50kW至70kW；-用于对偏航驱动系统供电的100kW至120kW，或者-用于启动偏航驱动系统(瞬时)的240kW至260kW。换句话说，在“岛模式”中，涡轮机类似于高rpm空转(＝其中旋转速度接近正常负载操作的空转)进行操作。执行闭环转子速度控制。取决于在岛模式中(子系统以及辅助操作系统)的实际辅助电力需求，与在高rpm的“正常”空转相比，将存在处于例如50kW～300kW范围内的负载偏移。电能存储装置可以是电池，特别是可充电电池。电能存储装置的最小容量可以为50kWh。在实施例中，电能存储装置可以包括铅酸电池。电能存储装置可以被配置为存储足够的电能以用于桥接至少一整天(24小时)平静时段。由于大电池缓冲器，风力涡轮机可以在停止后数小时甚至数天进入岛模式，而没有对外部能量的任何依赖。本专利技术还提供一种风力涡轮机(特别是海上发电机)，其包括永磁体(PM)同步发电机、主转换器、主转换器控制器、风力涡轮机主控制器以及能量存储装置。风力涡轮机可以被配置为通过从能量存储装置取回电力并随后转变成岛模式来独立于外部电源执行风力涡轮机的第一启动，其中，在岛模式中，主转换器控制器被配置为控制主转换器的转矩和/或中间电压(DC链路电压)。因此，根据本专利技术的这些方面的风力涡轮机可以在没有外部能量的情况下执行启动或黑启动。此外，在岛模式中，主转换器控制器可以被配置为通过PM同步发电机的场弱化和/或制动斩波器控制来控制DC链路电压。有利地，在岛模式中，涡轮机主控制器可以被配置为仅仅响应于发电机和/或转子的旋转速度来调节转子叶片的浆距角和/或停止向主转换器控制器发送扭矩请求。在一方面中，风力涡轮机还可以被配置为仅仅在每分钟的转子旋转(nR)和/或每分钟的发电机旋转(nG)在公差范围之外时执行对在岛模式中的风力涡轮机的浆距控制。本专利技术还提供了一种风力发电场，其包括根据本专利技术的方面以及实施例的一个或多个风力涡轮机。本专利技术还提供一种制造风力涡轮机的方法。该方法有利地包括以下步骤：对(优选岸上)风力涡轮机进行完全烧机，对风力涡轮机进行拆卸，在最终目的地(有利地海上)处重新装配风力涡轮机，在没有连接到电网的情况下仅仅基于由UPS或能量存本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种操作风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括永磁体(PM)同步发电机、主转换器、主转换器控制器、风力涡轮机主控制器以及包括电能存储装置的电力供应级，其中，所述方法包括：独立于供电网和/或内燃机使用来自所述电能存储装置的电能来执行所述风力涡轮机的启动；在启动之后，通过由所述主转换器控制器控制所述主转换器的中间电压并且独立于所述电能存储装置从所述PM同步发电机取回电力来以岛模式操作所述风力涡轮机。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.30 EP 15153335.31.一种操作风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括永磁体(PM)同步发电机、主转换器、主转换器控制器、风力涡轮机主控制器以及包括电能存储装置的电力供应级，其中，所述方法包括：独立于供电网和/或内燃机使用来自所述电能存储装置的电能来执行所述风力涡轮机的启动；在启动之后，通过由所述主转换器控制器控制所述主转换器的中间电压并且独立于所述电能存储装置从所述PM同步发电机取回电力来以岛模式操作所述风力涡轮机。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述岛模式中对所述电能存储装置进行充电。3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：在启动期间通过所述电能存储装置对所述风力涡轮机内部的子系统进行供电。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述子系统是用于根据风向来定位机舱的偏航驱动器和/或用于调节转子叶片和/或空调系统的浆距系统。5.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括：在电网故障之后在执行下一次启动之前，使所述风力涡轮机停止和/或使所述风力涡轮机处于安全操作状态。6.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括：由所述主转换器控制器通过所述PM同步发电机的场弱化和/或制动斩波器控制来控制DC链路电压。7.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括：将所述风力涡轮机主控制器配置为响应于所述发电机和/或所述转子在岛模式中的旋转速度来调节所述转子叶片的浆距角，并且在岛模式期间通过所述主转换器控制器控制所述扭矩。8.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括在岛模式中将所述风力...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕特里克·阿亨巴赫，威廉·詹森，
申请(专利权)人：艾德温股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE