本发明专利技术涉及一种风力发电设备，该风力发电设备具有：一转子，由该转子驱动的、产生电功率并将该电功率输出到电力网上的发电机，以及控制该设备的运行并具有无功功率模块的控制单元。根据本发明专利技术规定，控制单元具有针对安全最低有功功率的确定设备。此外，该风力发电设备还以如下的方式包括无功功率控制模块的限制设备，即将无功功率限制到在考虑可供使用的视在功率的情况下还有安全最低有功功率可供使用的这种程度上。因此实现了，除了为了设备的可靠运行所必要的有功电流之外，在电压回落时可以将整个所产生的电流作为用于支持的无功电流馈入电网中。本发明专利技术此外还涉及一种相应的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种风力发电设备，该风力发电设备具有一转子，由该转子驱动的、产生电功率并将电功率输出到电力网上的发电机，和控制风力发电设备的运行并具有无功功率模块的控制单元。风力发电设备获得越来越广泛的推广。常常不是单独地竖立这些风力发电设备，而是将这些风力发电设备组合成所谓的风电场。由风力发电设备所提供的电站容量是相当多的。因而转向不再将风力发电设备连接到中压范围中的配电网上，而是越来越多地将这些风力发电设备直接连接到高压和超高压范围中的输电网上。这随之带来了在电压波动时对风力发电设备性能的改变的要求。不同于被连接到配电网上的发电站，在短时电压波动的情况下不应将被连接到输电网上的发电站与电网脱开。在例如由于短路引起的电压波动的情况下，这些风力发电设备必须支持电网，并且将有功功率馈入电网中。否则，对于电网可能发生紧急情况，该紧急情况可能导致电网中的频率下降并导致设备过载以及最后导致切断整个发电站。但是馈入有功功率的前提是，在电网中还维持着足够的电压水平。如果电网中的电压下降过多，则根据电功率与电压和电流的乘积成比例的已知的关系，必须以相同程度来提高电流，以便还可以将同样的有功功率馈入电网中。由于基于发电站的设计而不能任意提高电流，所以对于电压存在着关键的极限值；低于该值就不再可能将所期望的功率馈入电网中。公知的是，只要引起干扰的短路位于距连接点的某一距离上，通过馈入电容性无功电流就能提高发电站和电网之间的连接点上的电压水平。电网运营商因而给予发电站运营商关于在电压回落的情况下馈入无功电流方面的某些预给定。可以图6中所示出的特性曲线的形状来实现这种预给定。因此，从DE-A-100 19 362中公知一种用于调节被输送给电网的有功功率的方法，其中，可以附加地馈入用于支持电网电压的无功功率。为了在此不超越允许的总电流，规定了必要时减小所输出的有功功率。此外，从GB-A-2 330 256中还公知了一种用于在弱小电网上运行风电场的方法，其中，为了避免在弱的电网负载中的紧急的电压上升，规定了降低由风电场所输出的有功功率。没有说明在下降的电网电压中应该如何来实现支持。此外还公知了设置单纯的电流限制的调节方法(DE-A-101 38 399)。附加地可以预定如要馈入的电流的数额或者功率因数的数额那样的其它参数。这首先用来保护免受有关所馈入的电流的极限值超越，没有说明某个电压水平或者功率水平的维持。最后从DE-C-100 59 018中公知一种用于风力发电设备的功率调节的方法，该方法规定了馈入尽可能恒定的视在功率。所期望的有功功率的预给定被规定为输入值，调节器于是从中调节用于保持视在功率恒定的相应的无功功率。提供恒定的视在功率具有以下的缺点，即在具有弱的电网负载时馈入高数额的无功功率。这可导致对于电网电压的高度的不期望的负面影响。由单个部件的工作极限限制了可由风力发电设备最大提供的电流。这导致了设计中的困难。如果如此来设计该设备，以致该设备已经在微小的电压回落的情况下将相当高的无功电流馈入到电网中，则仅还有少量的有功电流和因此少量的有功功率可供使用。如果与此相反地如此来设计该设备，以致该设备在电压回落时仅将无功电流少量馈入电网中，则虽然有足够的有功电流可供使用，可是只以微小的程度支持了电网。从最后提及的现有技术出发，本专利技术所基于的任务在于，这样来改善开始时所述类型的风力发电设备，使得该风力发电设备避免了视在功率调节的缺点，并且在电压回落时尤其是具有用于支持电网的较好的性能。本专利技术的解决方案在于独立权利要求的特征。有利的扩展方案是从属权利要求的主题。风力发电设备具有一转子，由该转子驱动的、产生电功率并将该电功率输出到电力网上的发电机，和控制该设备的运行并具有无功功率控制模块的控制单元。根据本专利技术，在该风力发电设备中规定，控制单元具有安全最低有功功率的确定设备，并且设置了限制设备，该限制设备与确定设备和无功功率控制模块相连接而且如此来共同作用，以致最多产生如此多的无功功率，以至于还有安全最低有功功率可供使用。以下阐述本专利技术的若干所采用的概念发电机被理解为将机械能转换成电能的机器。该概念不局限于常规的直流电机，而是也包括了单相或者多相交流电的发电机。可以涉及同步电机，或者涉及异步电机。发电机通常也包括逆变器，可是这不是强制性的。逆变器也可被实施为双逆变器。逆变器可以被实施在诸如电压中间回路、电流中间回路、直接转换器(Direktumrichter)的不同的拓扑中。转子被理解为单叶或多叶地来实施的空气螺旋桨。叶片优选地在其安装角(Anstellwinkel)方面是可调节的。安全最低有功功率被理解为以下的有功功率，该有功功率需要用于以如下的方式来保持风力发电设备的转速，即该转速不离开允许的工作范围，并且传动系统的机械负载被保持在某些极限之下。本专利技术基于以下想法，即如此来控制风力发电设备，以致该风力发电设备在电压回落的情况下为稳定电网作出尽可能大的贡献，其方式是该风力发电设备确定对于其自己的更可靠的继续运行所必要的功率需求，并且将多余的功率尽可能完全用于支持电网。为此本专利技术规定了，借助确定设备来确定对于可靠的运行至少必要的有功功率。根据本专利技术如此来设计该调节装置，以致至少产生了该有功功率。以此确保了，风力发电设备保持在其工作极限之内，尤其是转子的转速不离开允许的工作范围。因为可能不再产生安全最低有功功率，则可能存在以下的危险，即由此卸载的转子将其转速提高到超过工作范围之外，由此可能发生对风力发电设备的损坏。如此来设计无功功率控制模块，以致用于支持的可供使用的视在功率的(矢量的)差值可以作为无功功率被输出到电网中。以为了支持电网而快速且很多地输出无功功率的方式来实现本专利技术。由于本专利技术，而将可供使用的视在功率最大地用于支持电网，但是却不尝试使视在功率保持恒定，由此在弱的电网负载的情况下仍可能发生高的无功功率馈入，同时对于电网电压的质量常常有负面后果。在视在功率调节(如从现有技术中所公知的那样)中，由原理决定了，不能确保有功功率不低于某个数额。因此利用视在功率调节不能实现维持安全最低有功功率。通过本专利技术克服了在现有技术中存在的困境、即在具有微小电网支持的平缓特性曲线或者具有以下危险的陡峭特性曲线之间找到折中方案，并且在此为了具有足够的安全系数而舍弃效率，该危险是不再产生用于设备可靠运行的足够的有功功率。尤其是可以单独地为了提高支持作用而考虑当前的设备条件、所在地条件和环境条件。可以不同的方式来实现安全最低有功功率的确定。可以规定，直接确定为此所必需的功率，或者确定必要的转矩(安全最低转矩)。该必要的转矩通过角速度(转速)与安全最低有功功率直接链接。确定设备优选地具有转速备用模块(Drehzahlreservemodul)。该模块被设计用于确定转子的当前转速，并且与转速工作范围的界限进行比较。间距越小，则必须产生越多的有功功率，以便防止超越工作范围。优选地还存在其它的模块。为了达到良好的动态性能，可以附加地设置旋转加速模块。这检测转速变化并以该方式来确定，从当前的转速出发是否有即将超越转速工作范围的威胁。视情况而定，提高或降低用于保持稳定运行所必要的安全最低有功功率。因此在某些工作点中，必要的安全运行功率甚至于可能是零本文档来自技高网...
【技术保护点】
风力发电设备，其具有：一转子（４），由该转子（４）所驱动的、产生电功率并将该电功率输出到电力网（６）上的发电机（３），以及控制所述风力发电设备的运行并具有无功功率控制模块（３２１）的控制单元（３２）， 其特征在于， 所述控制单元（３２）具有安全最低有功功率的确定设备（３５），并且设置了限制设备（３２３），该限制设备（３２３）与所述确定设备（３５）和所述无功功率控制模块（３２１）相连接并且如此共同作用，以致最多产生如此多的无功功率，以至于还有所述安全最低有功功率可供使用。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2003-9-25 103 44 392.41.风力发电设备，其具有一转子(4)，由该转子(4)所驱动的、产生电功率并将该电功率输出到电力网(6)上的发电机(3)，以及控制所述风力发电设备的运行并具有无功功率控制模块(321)的控制单元(32)，其特征在于，所述控制单元(32)具有安全最低有功功率的确定设备(35)，并且设置了限制设备(323)，该限制设备(323)与所述确定设备(35)和所述无功功率控制模块(321)相连接并且如此共同作用，以致最多产生如此多的无功功率，以至于还有所述安全最低有功功率可供使用。2.按权利要求1所述的风力发电设备，其特征在于，所述确定设备(35)具有转速备用模块(351)。3.按权利要求2所述的风力发电设备，其特征在于，所述确定设备(35)具有旋转加速模块(352)和/或叶片角度模块(353)。4.按权利要求2或3之一所述的风力发电设备，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：J福尔特曼，HH勒塔斯，
申请(专利权)人：再生动力系统股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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