启动风电场的方法技术

描述了一种用于启动风电场（100）的方法，所述风电场包括可连接在可连接到公用电网的收集器系统（106）中的多个风力涡轮机，所述方法包括：启动至少一个第一风力涡轮机（101a、101b、101c），每个第一风力涡轮机配备有独立于公用电网的能量供应（103a、103b、103c）以及电网形成功能（161），以从风能产生电能，从而利用相应的独立于电网的能量供应（103a、103b、103c）来启动；由所述第一风力涡轮机（101a、101b、101c）执行所述电网形成功能以在所述收集器系统中实现参考电压（V

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】启动风电场的方法
本专利技术涉及一种用于启动风电场的方法，该风电场包括多个风力涡轮机，所述多个风力涡轮机可连接在可连接到公用电网的收集器系统中，并且本专利技术还涉及一种被配置为执行启动方法的风电场。
技术介绍
由于公用系统中的故障或由于风电场的输出连接中的故障或由于低风力条件，风电场可以静止不动（不产生电能）并且可以从公用电网断开。特别地，可能存在公用电网的完全或部分停电。可能存在这样的要求，即风电场被配置用于在连接电力系统完全或部分断电之后重新向整个风电场供电。风电场的黑启动可以被认为是风电场在没有连接到传送用于启动风力涡轮机的电力的公用电网的情况下的启动。通常，电力系统黑启动可以通过从多个战略定位的发电站购买该服务来实现，这些发电站具有必要的设备以允许它们在没有来自公用系统本身的支持的情况下启动。当输电系统的主干逐渐通电时，更多的不具有黑启动能力的发电站（例如蒸汽涡轮机、燃气涡轮机或风力涡轮机）可以启动，从而帮助支持系统，由此允许负载的逐渐重新连接。通常，使风电场通电的任务主要由公用电网通过其连接的发电机的混合来处理，即，通过在风电场和连接电力系统之间的互连点处闭合断路器来使风电场通电。可能已经进行了试验，其中基于电压源换流器的HVDC站执行黑启动。通常，用于启动所需的孤岛风电场（即，与公用电网断开的风电场）所需的辅助电力通常可来自柴油发电机或柴油发电机与由已经在风电场中运行的风力涡轮机产生的电力的组合。（特别是在大型海上风电场中的）柴油发电机的问题可能是它们运行昂贵，它们安装昂贵，它们可能需要额外的自升式船只，并且它们需要定期维护和加油。因此，可能需要一种用于启动风电场的方法，并且可能需要一种能够以快速且可靠的方式从其中风电场与公用电网断开的情况启动的风电场。
技术实现思路
这种需要可以通过根据独立权利要求的主题来满足。本专利技术的有利实施例由从属权利要求描述。根据本专利技术的实施例，提供了一种用于启动风电场的方法，所述风电场包括可连接在可连接到公用电网的收集器系统中的多个风力涡轮机，所述方法包括：启动至少一个第一风力涡轮机，以从风能产生电能，从而利用相应的独立于电网的能量供应来进行启动，每个第一风力涡轮机都配备有独立于公用电网的能量供应以及电网形成功能；由第一风力涡轮机执行电网形成功能以在收集器系统中实现参考电压；以及可选地启动至少一个第二风力涡轮机和/或至少一个第三风力涡轮机，以通过转换风能来产生能量，从而利用收集器系统中所提供的能量来进行启动。收集器系统可以在由（一个或多个）第一风力涡轮机控制的正常电压和频率范围内操作，可选地，一个或多个第二涡轮机可以被启动并且可以执行与第一涡轮机相同的电网形成功能并且通过转换风能来产生能量。如果在风电场中总共存在N个涡轮机，则可以有X个第一涡轮机、Y个第二涡轮机和Z个第三涡轮机，其中N=X+Y+Z，我们将具有X<=N，Y＞=0，Z＞=0。该方法可以由风电场的多个单独的风力涡轮机执行，每个风力涡轮机可以有助于启动方法的一部分。该方法可以不需要风电场控制器的协调控制。例如，至少一个第一风力涡轮机中的每一个可以独立于至少一个第一风力涡轮机中的任何其它风力涡轮机和/或还独立于任何（一个或多个）第二风力涡轮机和/或任何（一个或多个）第三风力涡轮机而起作用。该方法可以部分地例如在相应的风力涡轮机控制器中的硬件和/或软件中实现。每个风力涡轮机可以包括转子轴，多个转子叶片连接在该转子轴处。转子轴可以机械地联接到发电机，例如同步永磁发电机，其在转子轴旋转时产生特别是可变频率的AC功率。在转子轴和发电机之间可以存在可选的齿轮箱。发电机的输出端子可以连接到AC-DC-AC转换器，该转换器可以被配置成将可变频率功率转换成固定频率功率流。每个风力涡轮机还可以包括风力涡轮机变压器，其可以将发电机的输出电压转换为中压。相应风力涡轮机变压器的输出端子可以连接在收集器系统中（或与收集器系统连接），或者其可以至少经由相应风力涡轮机断路器（例如，功率开关）是可连接的。当执行该方法时，整个收集器系统可以从公用电网断开，并且收集器系统的所有风力涡轮机的所有断路器可以是断开的，使得每个风力涡轮机从收集器系统断开。第一组风力涡轮机可以包括多个第一风力涡轮机，每个第一风力涡轮机包括或配备有各自的独立于公用电网的能量供应，诸如能量存储或柴油发电机等。使用至少一个第一风力涡轮机的独立于公用电网的能量供应部件（诸如偏航系统、变桨系统、加热系统、冷却系统等）可以从独立于公用电网的能量供应接收电力，所述能量供应部件是风力涡轮机产生电能所需的。因此，当存在足够的风时，至少一个第一风力涡轮机可以偏航到风中，转子叶片的桨距角可以适当地调节，并且相应的风力涡轮机转换器可以被控制，以便允许旋转轴被启动（被设置成处于运动中），即，增加其旋转速度。在增加发电机或旋转轴的旋转速度期间，诸如桨距角或转换器控制信号的操作参数可以连续地供应到风力涡轮机的相应部件，以例如实现旋转轴的标称旋转速度。对于操作参数的这种初始调整，可以利用相应独立于电网的能量供应的功率，而不利用在转换器的输出端子处产生的能量。电网形成功能可以仅在第一风力涡轮机已经连接到收集器系统之后执行。电网形成功能可以操作以使收集器系统达到例如关于电压和/或频率和/或电流的期望的电特性。在收集器系统已经达到足够高的电压之后，可以利用在收集器系统中提供的用于启动的能量或功率来启动第二风力涡轮机和/或第三风力涡轮机。因此，在启动第二风力涡轮机和/或第三风力涡轮机之前，第二风力涡轮机和/或第三风力涡轮机可以已经连接到收集器系统。由此，该方法提供了包括电网形成算法的黑启动能力。因此，“黑启动”被认为包括即使发电机的主端子被断电（例如，至少一个第一风力涡轮机的转换器的输出端子在开始时被断电）发电机启动的能力。系统恢复可以描述在完全或部分停电之后重建电力网络的过程。该方法可以应用于例如两种情况或两种应用：1）风电场所连接的电力系统本身已经经历停电并且可能需要重新通电。只要有足够的风，风电场就可以进行内部黑启动，并且a.闭合风电场断路器并开始给附近的输电系统通电和/或b.与跨越断开的风电场断路器的输电系统上的频率同步，闭合风电场断路器以将风电场连接到输电系统，并且开始支持电力系统的恢复过程。输电系统可以由另一发电机通电，并且风电场进行内部黑启动的能力可意味着恢复过程可以更快，因为风电场在输电系统已被通电时已经在操作和运行。2）风电场与主电力系统（公用系统）隔离但可能需要用于其辅助设备的电力。使用风力涡轮机来使本地风电场网络（也称为收集器系统）通电并让风力涡轮机产生本地岛所需的电力消除了（或至少降低了，这取决于风电场设备在没有电力的情况下能经受多久）引入柴油发电机的需要。本专利技术的实施例可以包括以下特征：1）可能需要X个风力涡轮机（例如包括至少一个第一风力涡轮机的第一组风力涡轮机，X≤风电场中的风力涡轮机的数量）中足以黑启动这些单独的风力涡轮机的能量存储量。2）X个风力涡轮机中的控制算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种启动风电场（100）的方法，所述风电场包括能够连接在收集器系统（106）中的多个风力涡轮机，所述收集器系统能够连接到公用电网，所述方法包括：/n启动至少一个第一风力涡轮机（101a、101b、101c），每个第一风力涡轮机配备有独立于公用电网的能量供应（103a、103b、103c）以及电网形成功能（161），以从风能产生电能，从而利用相应的独立于电网的能量供应（103a，103b，103c）来进行启动；/n由所述至少一个第一风力涡轮机（101a、101b、101c）执行所述电网形成功能，以在所述收集器系统中实现参考电压（V

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180228 EP 18159166.01.一种启动风电场（100）的方法，所述风电场包括能够连接在收集器系统（106）中的多个风力涡轮机，所述收集器系统能够连接到公用电网，所述方法包括：
启动至少一个第一风力涡轮机（101a、101b、101c），每个第一风力涡轮机配备有独立于公用电网的能量供应（103a、103b、103c）以及电网形成功能（161），以从风能产生电能，从而利用相应的独立于电网的能量供应（103a，103b，103c）来进行启动；
由所述至少一个第一风力涡轮机（101a、101b、101c）执行所述电网形成功能，以在所述收集器系统中实现参考电压（V参考、V参考，受限）；
启动至少一个第二风力涡轮机（113a、113b）和/或至少一个第三风力涡轮机（115a、115b、115c、115d）以通过风能的转换产生能量，从而利用在所述收集器系统（106）中提供的能量来进行启动，
其中，由所述第一风力涡轮机执行所述电网形成功能包括：
以受控方式斜升所述第一风力涡轮机（101）的转换器（137）的转换器输出电压，直到达到所述转换器的电流限值和/或功率限值。


2.根据前述权利要求所述的方法，其中，所述至少一个第二风力涡轮机（113a、113b）配备有电网形成功能（161），所述方法还包括：
在启动所述至少一个第二风力涡轮机（113a、113b）之后：
由所述第二风力涡轮机（113a、113b）执行所述电网形成功能，以在所述收集器系统中实现所述参考电压（V参考、V参考，受限），所述参考电压特别是具有在标称频率周围的设定频带内的频率；并且特别地：
增加了所述收集器系统的能量产生能力。


3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括：
在已经启动所述第一风力涡轮机（101a、101b、101c）之后，将所述第一风力涡轮机连接到所述收集器系统；
在启动所述第二风力涡轮机（113a、113b）之前将所述第二风力涡轮机连接到所述收集器系统；
在启动所述第三风力涡轮机（115a、115b、115c、115d）之前将所述第三风力涡轮机连接到所述收集器系统；
自动地使所述第二风力涡轮机和/或所述第三风力涡轮机的电输出与所述第一风力涡轮机的电输出同步，
其中，所述第三风力涡轮机（115a、115b、115c、115d）中的每一个特别地执行在所述第三风力涡轮机的转换器输出端子处的电流控制。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在收集器系统电压处于预先限定的电压限值之间的情况下，启动所述第二风力涡轮机（113a、113b）和/或所述第三风力涡轮机（115a、115b、115c、115d）。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，通过以下操作来执行斜升所述第一风力涡轮机的所述转换器的所述转换器输出电压，以便平衡系统负载：
监测所述收集器系统电压的实际频率；
在所述实际频率比所述标称频率低一阈值的情况下，降低参考电压。


6.根据前述权利要求所述的方法，包括：
基于所述收集器系统电压的所述实际频率与标称频率之间的频率差（Δf）来导出受限参考电压（V参考，受限）；以及
基于所述受限参考电压（V参考，受限）来控制所述第一风力涡轮机（101）的所述转换器（137）。


7.根据前述权利要求5或6中的任一项所述的方法，其中，导出所述受限参考电压包括：
基于测量的收集器系统电压（V测量）...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·B·布罗根，N·戈尔登鲍姆，T·克尼佩尔，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK