风力涡轮机辅助电力系统技术方案

提供了一种风力涡轮机辅助电力系统，并且其被配置成从风力涡轮机的发电系统(110)或从电网(200)接收电力。辅助电力系统(10)包括辅助变压器(20)，其具有被配置成耦合到风力涡轮机(100)的发电系统(110)的初级侧和被配置成耦合到风力涡轮机(100)的辅助耗电设备(60)并且向辅助耗电设备(60)提供经变换的电力的次级侧。它还包括提供在辅助变压器(20)上的电子负载上抽头变换器(30)，其中，电子负载上抽头变换器(30)包括辅助变压器(20)的至少一个变压器绕组(21，22)上的抽头(31)和半导体开关(32，35，36)，所述半导体开关耦合到抽头(31)并且配置成使得通过控制半导体开关(32，35，36)，辅助变压器(20)的变压比可调节以补偿辅助变压器(20)的初级侧上的电压变化。压器(20)的初级侧上的电压变化。压器(20)的初级侧上的电压变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】风力涡轮机辅助电力系统


[0001]本专利技术涉及一种包括辅助变压器的风力涡轮机辅助电力系统。本专利技术还涉及一种操作风力涡轮机的辅助电力系统的方法。

技术介绍

[0002]风力涡轮机作为可再生能源的使用正在激增。风力涡轮机，也称为风力涡轮发电机(WTG)，通常连接到电网，并且需要满足确保电网稳定性和电力质量的某些要求。电网运营商在所谓的电网规范中提出这些要求。电网规范定义了例如风力涡轮机承受电网上的高电压和低电压情况的所需能力。这些要求可以以例如低电压穿越(LVRT)或高电压穿越(HVRT)包络的形式来提供。在图1中示出了这种示例性HVRT包络。包络301示出风力涡轮机必须能够在某些过压水平(指示过压的轴U(T)/Ur，其中，1.0对应于标称操作电压Ur)下操作的时间t(以秒s为单位)。在图1的示例中，风力涡轮机将需要能够在1.5p.u.的过压下操作33ms(点A)；在1.4p.u.的150ms(点B)；和在1.3p.u.的1s(点C)。还需要能够在1.25p.u.的过压下操作一分钟(点D)，并在1.13p.u.的过压下连续操作(点E)。应当清楚，这些要求仅是示例性的，并且限定所需风力涡轮机能力的这种HVRT或LVRT包络取决于特定的电网。
[0003]已经设计了若干保护机构以允许风力涡轮机在这种过压或欠压状况下操作。通常采用的一种可能性是例如使风力涡轮机的电气组件的尺寸过大，使得组件可以处理更高的电压。作为一个示例，风力涡轮机的辅助电力系统可以适于能够通过增加辅助电力系统组件的绝缘水平并且通过要求组件可以在相应的较高电压下操作而在这样的过压状况下操作。风力涡轮机的这些和其它组件的尺寸过大会导致增加的空间和重量要求。然而，风力涡轮机的机舱中可用的空间是有限的。而且，这种尺寸过大将会导致相应的风力涡轮机组件的增加的成本。此外，为了证实这些组件在所需HVRT/LVRT状况下操作的能力，通常需要进行现场测试以显示组件承受相应电网事件的能力。然而，这种一次性测试不能验证组件在风力涡轮机的整个寿命期间承受相应事件的能力，从而使故障的风险增加。随着近来电网规范的更严格的要求，这个问题甚至更加突出。
[0004]文献EP3413423Al涉及了一种用于向风轮机组件提供电气电力的系统。风力涡轮机组件被布置成通过第一路径或第二路径选择性地连接到母线。该系统被配置成如果母线处的电压是主电压则选择第一路径，并且如果母线处的电压是例如由柴油发电机提供的辅助电力电压则选择第二路径。
[0005]文献WO2016/165739A1涉及了一种可再生能源系统，其包括具有可调变压比的系统变压器，该系统变压器的初级侧连接到发电单元，并且其次级侧可连接到电力网络。根据系统无功功率、系统无功功率要求、初级/次级侧系统电压、初级/次级侧系统电压要求、发电单元的操作点和系统的操作点中的至少一个来调节变压比。
[0006]文献US2009/0102438A1涉及了一种在电子调节器中使用的3相电子抽头变换器换向设备，并且提供了一种改进性能和降低成本的特定变压器绕组拓扑和换向技术。
[0007]文献EP2506384A1涉及了一种操作电网中的变压器或电压调节器的抽头变换器的
方法。该方法包括获得负载预测并基于此确定平均电压分布。估计抽头变换器的用于调平平均电压分布的抽头位置，并且向抽头变换器提供相应的切换信号命令。

技术实现思路

[0008]因此，需要减轻上述缺点中的至少一些，并且提供能够更好地承受电网上的相应事件的改进的辅助电力系统。
[0009]这种需要是由独立权利要求的特征来满足的。从属权利要求描述了本专利技术的实施例。
[0010]根据本专利技术的一个实施例，提供了一种风力涡轮机辅助电力系统，其被配置成从风力涡轮机的发电系统或从电网(例如，经由风力涡轮机变压器)接收电气电力。辅助电力系统包括辅助变压器，辅助变压器具有初级侧和次级侧，初级侧被配置成耦合到风力涡轮机的发电系统，次级侧被配置成耦合到风力涡轮机的辅助耗电设备并且向辅助耗电设备提供经变换的电气电力。它还包括在辅助变压器上提供的电子负载上(on
‑
1oad)抽头变换器。电子负载上抽头变换器包括在辅助变压器的至少一个变压器绕组上的抽头，例如在初级侧上的绕组(初级绕组)、次级侧上的绕组(次级绕组)或两者上。电子负载上抽头变换器还包括半导体开关，其耦合到抽头并且被配置、特别是连接为使得通过控制半导体开关，可调节辅助变压器的变压比以补偿辅助变压器的初级侧上的电压变化。
[0011]优选地，辅助电力系统被配置成控制半导体开关以补偿在风力涡轮机耦合到电网时的电压变化。风力涡轮机可以特别是连接到电力电网，以便向电网供应电力和/或从电网接收电力。电网与风力涡轮机之间的(主)断路器可以例如处于闭合状态。
[0012]更优选地，辅助电力系统还包括控制器，其被配置成控制半导体开关以在风力涡轮机耦合到电网时补偿这样的电压变化。
[0013]电压变化可以基于电网上的电压变化或由电网上的电压变化引起。电压变化优选地包括相对于辅助变压器的初级侧上的标称电压的欠压和/或过压，例如，可以执行控制以便补偿初级侧上的欠压和过压两者。
[0014]因此，当电网上的电压变化，诸如在欠压和过压，导致风力涡轮机的发电系统中相应电压变化时，这些电压变化可以通过改变抽头变换器的抽头设置而由辅助电力系统补偿。因此，辅助耗电设备所经历的电压变化显著减小。
[0015]根据抽头变换器的分辨率，即根据抽头的数量和切换配置，这些电压变化可以显著地减小，使得辅助耗电设备不需要被过额定或过大尺寸，并且不需要被提供有增加的绝缘水平。此外，通过提供具有半导体开关的电子抽头变换器，抽头变换器的响应时间是快速的，使得对相应的过压/欠压事件的快速反应成为可能。抽头变换器例如可以配置成在初级侧上的电压的交流频率的两个、优选地在一个周期内执行抽头变换。此外，利用这种系统，辅助耗电设备不暴露于相应的过压/欠压，这显著地降低在风力涡轮机的寿命期间组件故障的风险，风力涡轮机的寿命通常在25年的量级上。该系统特别地允许使用额定用于针对辅助系统的标称操作电压的标准组件。使用更小和标准化的组件进一步导致显著的成本降低。
[0016]此外，辅助电力系统的空间要求与常规辅助系统没有显著不同，使得不需要对风力涡轮机机舱进行修改。由于可以使用常规辅助变压器可用的空间，所以可以保留维护程
序并且可以重新使用现有的电力连接。因此，不需要显著地改变风力涡轮机的电力系统。因此，通过辅助电力系统可以实现显著的优点。
[0017]在一个实施例中，负载上抽头变换器被提供在辅助变压器的初级侧上，即，抽头可以被提供在初级绕组上(即，在辅助变压器的次级侧上可以没有提供抽头)。这确保了快速反应，并且变压器的次级侧不被暴露于过压。应当清楚，例如初级绕组的变压器绕组，可以包括一个或多个绕组部分，所述一个或多个绕组部分照此可以是绕组装置。在其他实施例中，抽头可以附加地或替代地提供在次级绕组上。
[0018本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种风力涡轮机辅助电力系统，所述辅助电力系统(10)被配置成从所述风力涡轮机的发电系统(110)或从电网(200)接收电力，其中，所述辅助电力系统(10)包括：
‑
辅助变压器(20)，具有初级侧和次级侧，所述初级侧被配置成耦合到所述风力涡轮机(100)的所述发电系统(110)，所述次级侧被配置成耦合到所述风力涡轮机(100)的辅助耗电设备(60)并且向所述辅助耗电设备(60)提供经变换的电力；以及
‑
电子负载上抽头变换器(30)，提供在所述辅助变压器(20)上，其中，所述电子负载上抽头变换器(30)包括在所述辅助变压器(20)的至少一个变压器绕组(21，22)上的抽头(31)以及半导体开关(32，35，36)，所述半导体开关耦合到所述抽头(31)并且被配置成使得通过控制所述半导体开关(32，35，36)，所述辅助变压器(20)的变压比可调节以补偿所述辅助变压器(20)的初级侧上的电压变化，以及其中，所述辅助电力系统(10)被配置成控制所述半导体开关(32、35、36)以补偿在所述风力涡轮机耦合到所述电网(200)时的电压变化。2.根据权利要求1所述的辅助电力系统，其中，所述电子负载上抽头变换器(30)被提供在所述辅助变压器(20)的初级侧上。3.根据权利要求1或2所述的辅助电力系统，其中，所述半导体开关(32)中的一个直接或经由转换阻抗(33)连接到所述电子负载上抽头变换器(30)的多个抽头(31)中的每一个。4.根据前述权利要求中任一项所述的辅助电力系统，其中，所述变压器绕组(21、22)至少包括第一绕组部分(21
‑
1)和第二绕组部分(21
‑
2)，其中，所述第一绕组部分(21
‑
1)和所述第二绕组部分(21
‑
2)可串联连接，并且其中，所述第一绕组部分(21
‑
1)和所述第二绕组部分(21
‑
2)均提供有一个或多个半导体开关(32、35、36)，所述一个或多个半导体开关可切换以从所述串联连接中引出所述相应绕组部分(21
‑
1；21
‑
2)的一匝或多匝。5.根据权利要求4所述的辅助电力系统，其中，所述第一绕组部分(21
‑
1)包括多个匝，所述多个匝被选择成使得当所述电子负载上抽头变换器(30)被切换成使得仅所述第一绕组部分(21
‑
1)被连接在所述相应变压器绕组(21)中时，所述变压比具有标称比，所述标称比当标称操作电压被提供在所述辅助变压器(20)的初级侧上时在所述辅助变压器(20)的次级侧上提供标称辅助电压。6.根据权利要求4或5所述的辅助电力系统，其中，所述第二绕组部分(21
‑
2)包括所述第一绕组部分(21
‑
1)的匝数的3％至70％之间，优选地10％至40％之间，更优选地20％至30％之间。7.根据前述权利要求中任一项所述的辅助电力系统，其中，所述半导体开关(32)包括功率电子开关，特别是晶闸管。8.根据前述权...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源创新与技术有限公司，
类型：发明
国别省市：