控制风力涡轮机的方法技术

一种用于运行被连接到电网的用于风力涡轮机的发电系统的方法，该发电系统包括发电机、转换器、变压器和抽头变换器，该方法包括：监测用于检测电网中的电压的信号，该信号需要增大来自发电系统的输出电压；确定转换器的部分负载状况，该部分负载状况对应于该转换器被配置为输出基本上低于其最大输出电压的电压；以及一旦确定该部分负载状况，就运行该抽头变换器以对变压器进行抽头降压，以及运行该转换器以提供所需的来自发电系统的输出电压的增大。

【技术实现步骤摘要】
控制风力涡轮机的方法
本专利技术涉及风力涡轮机，尤其涉及对于风力涡轮机的发电系统的控制。
技术介绍
风力涡轮机通常包括塔架、发电机、变速箱、机舱和具有一个或多个转子叶片的转子。转子叶片将风能转换为机械旋转力矩，该机械旋转力矩通过转子驱动一台或多台发电机。发电机被通过变速箱旋转地联接到转子。进一步设置有由转换器控制器控制的经调节的DC链路的功率转换器，以将所生成的电功率的频率转换成与电网频率基本相似的频率。诸如上述风力涡轮机之类的可再生能源生成系统通常在预定电压和功率因数公差范围内运行。运行公差范围使风力涡轮机能够在多种运行状况下向电网供应可靠的电力传输，并提供辅助功能(例如无功功率的注入和吸收)以支持电网稳定性。例如，电网电压公差范围可以从标称额定电压的90％扩展到110％，而典型的电网功率因数公差范围从+0.9功率因数(pf)扩展到-0.9功率因数(pf)。这些运行公差范围定义了用于连接到电网的所有部件的电气参数，其包括用于电压范围的下限电压和电压范围的上限电压的额定电流和功耗。已知的是，将并网的风力涡轮机配置为使得它们在一电压和/或功率因数范围内运行，该电压和/或功率因数范围互补于与电网相关联的运行公差范围。特别地，每个风力涡轮机均被布置为在参数值的预定范围内运行，这些参数包括发电、电流、电压和功率因数。为了适应电网中潜在的大电压瞬变，每个‘互补’的风力涡轮机都可以在其上限功率参数和上限电流参数以下长时间运行。以这种方式运行风力涡轮机降低了其运行效能和效率，从而导致潜在的风能资源利用不足，同时也给风电场的所有者/运营商带来潜在的经济损失。此外，对于典型的风力涡轮机，其运行参数受到发电系统的一个或多个部件的最大电压的限制。例如，可能需要风力涡轮机向电网提供无功功率，这将会在连接有转换器的变压器绕组上施加过电压状况。因此，当转换器提供无功功率时，所获得的电压可能超过指定的最大持续运行电压电平。为了减轻这种过电压状况，可以运行该转换器以使功率因数偏离所需值；但是，这并不总是最佳的。因此，需要改进在优化风力涡轮机运行的同时还将电压电平保持在指定运行范围内的系统和方法。在此背景下提出了本专利技术。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种运行被连接到电网的用于风力涡轮机的发电系统的方法，该发电系统包括发电机、转换器、变压器和抽头变换器，该方法包括：监测用于检测电网中的电压的信号，该信号要求增大来自发电系统的输出电压；确定转换器的部分负载状况，该部分负载状况对应于该转换器被配置为输出基本上低于其最大输出电压的电压；以及一旦确定该部分负载状况，就运行该抽头变换器以对变压器进行抽头降压，以及运行该转换器以提供所需的来自发电系统的输出电压的增大。与不包括抽头变换器的系统相比，通过对处于部分负载状况下的抽头变换器进行抽头降压，控制方法有利地增大发电系统的潜在的过电压穿越(OVRT)能力。这是因为风力涡轮发电机通常仅在其部分使用寿命内只在满负载下运行，而在其余时间，它则将在部分负载状况下运行。因此，在部分负载状况期间对变压器进行抽头降压导致转换器运行电流增大，这由此降低了针对大部分转换器使用寿命的相关转换器损耗。运行该抽头变换器可包括：确定最小抽头变换器调节，该最小抽头变换器调节仍将允许该转换器提供输出电压的所需增加；以及运行该抽头变换器以对变压器进行抽头降压，以便实施最小抽头变换器调节。该方法可以包括：监测用于检测风力涡轮机的区域中的风速的信号；以及基于检测到的风速确定发电系统的运转状况。该方法可以包括：确定发电系统正在第一运行状况下运行；监测用于检测转换器的运行电流IC的信号；以及一旦确定运行电流IC高于阈值电流IT，就抑制了变压器的抽头降压。阈值电流IT可以是每单位系统1.0。第一运行状况可以对应于介于0m/s至10m/s之间的风速。该方法可以包括：确定发电系统正在第二运行状况下运行；以及基于检测到的风速运行抽头变换器以限制变压器的抽头降压的幅度。第二运行状况可以对应于介于10m/s和11m/s之间的风速。该方法可以包括一旦确定风速高于预定风阈值，就禁用运行发电系统的方法。发电系统可被配置为向电网提供过电压；该方法可以包括：一旦确定不再要求发电系统向电网提供过电压，就根据预定运行协议来运行转换器和抽头变换器。监测用于检测要求增大来自发电系统的输出电压的电网中的电压的信号可包括：监测指示抽头变换器的抽头位置的第一信号；监测指示变压器的低压侧的电压的第二信号；以及基于第一信号和第二信号确定变压器的高压侧的电压。确定变压器的高压侧的电压可以包括：其中，ULV-虚拟定义了当抽头变换器被配置成处于中性位置中时的变压器的低压侧的虚拟电压，n2是变压器的高压侧的绕组数，NTC是抽头变换器的抽头位置，△n是用于给定抽头位置的高压侧的绕组数的变化，以及ULV定义了变压器的低压侧的实际电压；其中，在确定虚拟电压ULV-虚拟和实际电压ULV两者都处于过电压范围内的情况下，检测到过电压状况。确定变压器的高压侧的电压可以包括：其中，UHV-估计定义了在抽头变换器被配置成处于中性位置中时的变压器的高压侧的估计电压，n2是变压器的高压侧的绕组数，n1是变压器的低压侧的绕组数，NTC是抽头变换器的抽头位置，△n是用于给定抽头位置的高压侧的绕组数的变化，ULV定义了变压器的低压侧的实际电压，I无功是变压器的无功电流，以及XHV是变压器的阻抗；其中，在确定估计电压UHV-估计处于过电压范围内的情况下，检测到过电压状况。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于控制发电系统的控制器，该发电系统包括用于风力涡轮机的发电机、发电机侧转换器、网侧转换器、变压器、抽头变换器，该控制器被布置为被连接到发电系统并且被配置为根据前述权利要求中的任一项所述的方法来控制发电系统。根据本专利技术的第三方面，提供了一种用于风力涡轮机的发电系统，该发电系统被连接到外部电网，该发电系统包括转换器、变压器、抽头变换器和控制器，该控制器包括：输入端，其被布置为接收指示电网电压的输入信号；确定模块，其被布置成基于输入信号确定对于增大来自发电系统的输出电压的需求；变压器控制模块，其被布置成确定变压器控制信号，以运行抽头变换器来对变压器进行抽头降压；转换器控制模块，其被布置为确定转换器控制信号以运行该转换器；以及输出端，其被布置为将转换器控制信号和变压器控制信号传输到发电系统；其中，确定模块被配置为确定转换器的部分负载状况，该部分负载状况对应于该转换器被配置为输出基本上低于其最大输出电压的电压，并且一旦确定该部分负载状况，变压器控制模块就被配置为运行抽头变换器以对变压器进行抽头降压，并且该转换器控制模块被配置为运行该转换器以提供所需的来自发电系统的输出电压的增大。将理解的是，前述内容仅代表关于用于控制发电系统的控制方法的一些可能性。因此，将进一步理解的是，控制方法的包括其他或附加方法步骤的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种运行被连接到电网(28)的用于风力涡轮机的发电系统(20、120)的方法，所述发电系统(20、120)包括发电机、转换器(30)、变压器(36)和抽头变换器(40)，所述方法包括：/n监测用于检测要求增大来自所述发电系统(20、120)的输出电压的所述电网(28)中的电压的信号；/n确定所述转换器(30)的部分负载状况，所述部分负载状况对应于所述转换器被配置为输出基本上低于其最大输出电压的电压；以及/n一旦确定所述部分负载状况，就运行所述抽头变换器(40)以对所述变压器(36)进行抽头降压并且运行所述转换器(30)以提供所需的来自所述发电系统(20、120)的输出电压的增大。/n

【技术特征摘要】
20200121 DK PA2020700411.一种运行被连接到电网(28)的用于风力涡轮机的发电系统(20、120)的方法，所述发电系统(20、120)包括发电机、转换器(30)、变压器(36)和抽头变换器(40)，所述方法包括：
监测用于检测要求增大来自所述发电系统(20、120)的输出电压的所述电网(28)中的电压的信号；
确定所述转换器(30)的部分负载状况，所述部分负载状况对应于所述转换器被配置为输出基本上低于其最大输出电压的电压；以及
一旦确定所述部分负载状况，就运行所述抽头变换器(40)以对所述变压器(36)进行抽头降压并且运行所述转换器(30)以提供所需的来自所述发电系统(20、120)的输出电压的增大。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，运行所述抽头变换器(40)包括：确定最小抽头变换器调节，所述最小抽头变换器调节仍将允许所述转换器(30)提供所需的输出电压的增大；以及运行所述抽头变换器(40)以使所述变压器(36)抽头降压，以便实施所述最小抽头变换器调节。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法包括：监测用于检测所述风力涡轮机(10)的区域中的风速的信号；以及基于检测到的所述风速确定所述发电系统(20、120)的运行状况。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述方法包括：确定所述发电系统(20、120)正在第一运行状况下运行；监测用于检测所述转换器(30)的运行电流IC的信号；以及一旦确定所述运行电流IC高于阈值电流IT，就抑制所述变压器(36)的抽头降压。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述阈值电流IT为每单位系统1.0。


6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述第一运行状况对应于介于0m/s至10m/s之间的风速。


7.根据权利要求3至6中的任一项所述的方法，其中，所述方法包括：确定所述发电系统(20、120)正在第二运行状况下运行；以及基于检测到的所述风速来运行所述抽头变换器(40)，以限制所述变压器(36)的抽头降压的幅度。


8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第二运行状况对应于介于10m/s至11m/s之间的风速。


9.根据权利要求3至8中的任一项所述的方法，其中，所述方法包括一旦确定所述风速高于预定风阈值，就禁用运行所述发电系统(20、120)的方法。


10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述发电系统(20、120)被配置为向所述电网(28)提供过电压；所述方法包括一旦确定不再要求所述发电系统(20、120)向所述电网(28)提供过电压，就根据预定运行协议来运行所述转换器(30)和所述抽头变换器(40)。


11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，监测用于检测要求增大来自所述发电系统(20、120)的输出电压的所述电网(28)中的电压的信号包括：
监测指示所述抽头变换器(40)的抽头位置的第一信号；
监测指示所述变压器(36)的低压侧的电压的第二信号；以及
基于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·比里斯，B·孙，P·C·凯尔，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK