專利名稱：控制連接到市電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機的方法、風(fēng)力渦輪機與風(fēng)電廠的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制連接到市電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機的方法、風(fēng)力渦輪才幾 以及風(fēng)電廠。
背景技術(shù)：
國家電網(wǎng)公司發(fā)布了用于發(fā)電設(shè)備到市電網(wǎng)的連接的策略和要求。這
些連接要求在電網(wǎng)規(guī)程(Grid Codes)中詳細(xì)說明，并隨國家而異。
電網(wǎng)規(guī)程中討論的主題之一是當(dāng)市電網(wǎng)遇到故障時風(fēng)力渦輪機的能 力。對于風(fēng)力渦輪機的運行以及對于電力的可靠供給來說，風(fēng)力渦輪機能 夠在所述電網(wǎng)故障期間保持連接到市電網(wǎng)且與市電網(wǎng)同步是必要的。
系統(tǒng)故障典型地為短路，并可以為三相與地短路的任意組合。當(dāng)短路 發(fā)生時，電流的流動導(dǎo)致遍及市電網(wǎng)的電壓下降(低電壓情況)，且大小 依賴于故障電流的大小、短路路徑的阻抗以及短路的類型。另外，低電壓 情況可包含一個以上的電壓下降，例如兩個連續(xù)的電壓下降。
當(dāng)風(fēng)力渦輪機經(jīng)受市電網(wǎng)故障時，作為不能被轉(zhuǎn)換為電力的過量空氣 動力的結(jié)果，發(fā)電才幾速度幾乎立即增大。因此，必須在市電網(wǎng)故障過程中 急劇減小空氣動力。
現(xiàn)有技術(shù)的 一種方法是當(dāng)市電網(wǎng)故障發(fā)生時將風(fēng)力渦輪機的葉片從運 行位置旋轉(zhuǎn)到停泊位置，并允許風(fēng)力渦輪發(fā)電機跳閘離線。但是，由于電 網(wǎng)規(guī)程典型地設(shè)置了對于要求風(fēng)力渦輪發(fā)電機保持連接的低電壓穿越(low voltage ride through ) (LVRT)的要求，現(xiàn)有技術(shù)的所述方法不能與電網(wǎng) 規(guī)程兼容。
美國專利No. 6,921,985公開了 一種用于連接到市電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機的 LVRT系統(tǒng)。當(dāng)?shù)碗妷罕粰z測到時，改變?nèi)~片仰俯角(pitch angle),以便將轉(zhuǎn)子速度保持為低于過速跳閘限制值。在持續(xù)電網(wǎng)故障期間該系統(tǒng)的 問題在于風(fēng)力渦輪機將連續(xù)測試速度跳閘限制值，例如，在使風(fēng)力渦輪機 具有遭受破壞的風(fēng)險的情況下。
本發(fā)明的目的在于提供一種在市電網(wǎng)故障期間以可控制的方式且在沒

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了 一種對連接到市電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪才幾進行控制的方法，該
方法包含以下步驟
檢測市電網(wǎng)的故障，以及
在故障才莫式中控制一個或一個以上的轉(zhuǎn)子葉片，其中，對所述一個或 一個以上的轉(zhuǎn)子葉片進行仰俯，以便將轉(zhuǎn)子速度穩(wěn)定在過速(over speed ) 范圍內(nèi)。
由此，確保風(fēng)力渦輪機通過將轉(zhuǎn)子葉片仰俯到過速范圍內(nèi)的基本穩(wěn)定 的速度——即避免了任何跳閘限制——對市電網(wǎng)故障做出反應(yīng)。仰俯可隨 后受到控制，以便在故障過程中進一步將轉(zhuǎn)子速度穩(wěn)定在過速范圍內(nèi)，或 者甚至供給電力，以便支持市電網(wǎng)。
術(shù)語"過速范圍"意味著風(fēng)力渦輪機額定轉(zhuǎn)子rpm與過速限制值之間 的轉(zhuǎn)子速度范圍，過速限制值又被定義為風(fēng)力渦輪發(fā)電機由于轉(zhuǎn)子過速而 跳閘離線的轉(zhuǎn)子速度rpm。
在本發(fā)明一實施形態(tài)中，開始所述故障^=莫式包含建立風(fēng)力渦輪機產(chǎn) 生的電力的值，并在該電力高于預(yù)先建立的限制值一一例如標(biāo)稱電力的 25%——時ii^所述故障模式。由此，保證了當(dāng)正?？刂扑惴茉陔娋W(wǎng)故 障事件期間避免轉(zhuǎn)子過速并且由于不存在在風(fēng)中由于低功率引起的急迫危 險而繼續(xù)運行在正常模式時，不會開始所述故障模式。
在本發(fā)明另 一 實施形態(tài)中，作為所產(chǎn)生電力的直接測量或間接地通過 例如發(fā)電機rpm、風(fēng)速或其組合的測量，建立所述電力的值。由此，確保 了表示風(fēng)力渦輪機狀態(tài)的多個參數(shù)可用作電力監(jiān)視器。另外，確保了周圍環(huán)境——例如市電網(wǎng)一一對風(fēng)力渦輪機的影響能夠得到監(jiān)視。
在本發(fā)明另 一實施形態(tài)中，所述一個或一個以上的轉(zhuǎn)子葉片祐:仰俯到 基本上無加速值，以便將轉(zhuǎn)子速度穩(wěn)定在過速范圍內(nèi)。由此，確保了轉(zhuǎn)子 被穩(wěn)定下來，而不對轉(zhuǎn)子速度造成進一步的加速。
術(shù)語"無加速值，，(NOPA)意味著給出空氣動力以及發(fā)電功率之間的
基本平衡、因此不對渦輪機進行加速的仰俯角。
在本發(fā)明另 一實施形態(tài)中，所述無加速值在小于正常風(fēng)力渦輪機安全
限制的情況下建立，例如，在18 JL/秒的最大仰俯速率值的情況下建立。
由此，保證了在檢測到市電網(wǎng)故障后盡可能快地達(dá)到所述無加速值。風(fēng)力 渦輪機控制器可超出仰俯速率值的正常工作范圍運行，由此，使得轉(zhuǎn)子的 加速最小化，并^f吏轉(zhuǎn)子速度基本上得到穩(wěn)定。另外，風(fēng)力渦輪機控制器可 僅僅集中在實現(xiàn)無加速值，例如，通過在小于正常風(fēng)力渦輪機安全限制的 情況下運行，例如暫時降低風(fēng)力渦輪機的一些反饋值的價值。這又保證了 在電網(wǎng)故障期間不會達(dá)到所述過速限制值且風(fēng)力渦輪機因此可保持為連接
到電網(wǎng)。
在本發(fā)明另 一實施形態(tài)中，通過使用查閱表和/或通過使用例如包括葉
片Cp-值、風(fēng)速與方向、轉(zhuǎn)子速度等參數(shù)的數(shù)學(xué)算法進行計算，建立所述 無加速值。這確保了能在檢測到市電網(wǎng)故障后非?？斓亟⑺鲋?。另夕卜， 這確保了葉片具體參數(shù)能被考慮在內(nèi)，由此對所述值進行最優(yōu)化。
在本發(fā)明另 一實施形態(tài)中，所述無加速值是連續(xù)建立或在所述市電網(wǎng) 故障被檢測到時建立的。由此，確保了所述值在需要并入有關(guān)最新更新的 風(fēng)力渦輪機參數(shù)時總是可用。
在本發(fā)明另 一 實施形態(tài)中，在將轉(zhuǎn)子速度穩(wěn)定到可通過風(fēng)力渦輪機控 制器控制的規(guī)定范圍內(nèi)時，所述一個或一個以上的轉(zhuǎn)子葉片^皮仰俯到目標(biāo) 仰俯角值。由此，確保了轉(zhuǎn)子被穩(wěn)定，導(dǎo)致受到風(fēng)力渦輪機控制器處理的 希望的受控加速或加速，由此，不會達(dá)到轉(zhuǎn)子速度限制值。
在本發(fā)明另 一實施形態(tài)中，所述目標(biāo)仰俯角值在小于正常風(fēng)力渦輪才幾 安全限制的情況下建立，例如在18力秒的最大仰俯速率的情況下。由此，保證了在檢測到市電網(wǎng)故障后盡可能快地達(dá)到所述目標(biāo)仰俯角值，由此使 得轉(zhuǎn)子的失控加速最小。風(fēng)力渦輪機控制器可超出仰俯速率值的正常工作 范圍運行。另夕卜，風(fēng)力渦輪機控制器可僅僅集中在實現(xiàn)所述目標(biāo)仰俯角值， 例如通過在小于正常風(fēng)力渦輪機安全限制的情況下運行，例如暫時降低風(fēng) 力渦輪機的一些反饋值的價值。這又保證了在電網(wǎng)故障期間不會達(dá)到所述 過速限制值，且風(fēng)力渦輪機因此可以保持為連接到電網(wǎng)。
在本發(fā)明另 一 實施形態(tài)中，所述目標(biāo)仰俯角值通過使用查閱表來建立
和/或通過采用例如包括葉片Cp-值、風(fēng)速與方向、轉(zhuǎn)子速度、所產(chǎn)生電力
等參數(shù)的數(shù)學(xué)算法進行計算來建立。這確保了所述值能夠在檢測到市電網(wǎng) 故障之后盡可能快地建立。另外，這確保了葉片具體參數(shù)能被考慮在內(nèi)， 由此使得所述值得到最優(yōu)化。
在本發(fā)明另 一實施形態(tài)中，所述目標(biāo)仰俯角值被連續(xù)建立或在檢測到 所述市電網(wǎng)故障時建立。由此，保證了所述值在需要并入有關(guān)最新更新的 風(fēng)力渦輪機參數(shù)時總是可用。
在本發(fā)明另 一實施形態(tài)中，所述轉(zhuǎn)子速度被穩(wěn)定在過速值上或在所述 規(guī)定范圍內(nèi)，其中，所述規(guī)定范圍大大小于所述過速范圍。由此，確保了 所述故障模式過程中的轉(zhuǎn)子速度變化最小化，且對例如傳動系的負(fù)栽沖擊 也最小化。
在本發(fā)明另一實施形態(tài)中，所述過速值或所述規(guī)定速度范圍內(nèi)的任何 值低于風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子過速限制值。由此，確保了風(fēng)力渦輪發(fā)電機能在市 電網(wǎng)的所述故障的過程中保持為連接到市電網(wǎng)。
在本發(fā)明另 一實施形態(tài)中，所述控制基于風(fēng)力渦輪機部件一一例如一 個或一個以上的轉(zhuǎn)子葉片、機艙、塔架、基座或其組合一一上的測量得到 的負(fù)載進行。由此，確保了在不達(dá)到所述負(fù)載的負(fù)載限制的情況下，例如 到所述無加速值的仰俯角的控制安全進行，且在將風(fēng)力渦輪機部件上的負(fù) 載考慮在內(nèi)的情況下受到控制。
本發(fā)明還涉及連接到市電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機，其包含至少一個葉片仰 俯系統(tǒng)，其控制一個或一個以上的轉(zhuǎn)子葉片的仰俯，至少一個風(fēng)力渦輪才幾控制系統(tǒng)，其包含執(zhí)行根據(jù)方法權(quán)利要求中任意一項的方法的系統(tǒng)。
在本發(fā)明另 一實施形態(tài)中，所述執(zhí)行一種方法包含在檢測到市電網(wǎng)故 障的期間執(zhí)行安全模式方法。由此，確保了風(fēng)力渦輪機以這樣的控制值受
到控制其適用于特定的市電網(wǎng)故障的情況，并被一直使用，直到返回正 常電網(wǎng)模式。
在本發(fā)明另 一 實施形態(tài)中，所述風(fēng)力渦輪機在電網(wǎng)故障過程中對市電 網(wǎng)供電。由此，確保了市電網(wǎng)故障的影響最小化，且易于在市電網(wǎng)故障清 除后返回到正常發(fā)電水平。
該發(fā)明還涉及風(fēng)電廠，其包含至少兩個根據(jù)風(fēng)力渦輪機權(quán)利要求中任 意一項的風(fēng)力渦輪機以及用于檢測市電網(wǎng)故障的至少 一個檢測器。由此， 確保了風(fēng)電廠能在故障情況期間主動協(xié)助市電網(wǎng)，或至少不會增加該情況 的嚴(yán)重性。


下面將參照附圖介紹本發(fā)明。
圖1示出了大型現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機，其包含風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子中的三個風(fēng) 力渦輪機葉片；
圖2原理性地示出了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機的一優(yōu)選實施例，其具 有用于控制風(fēng)力渦輪機葉片的仰俯角的控制系統(tǒng)；
圖3示出了概念性的狀態(tài)序列，其包含根據(jù)本發(fā)明的與市電網(wǎng)故障事 件相關(guān)聯(lián)的方法；
圖4示出了為檢測市電網(wǎng)故障事件必須滿足的至少三個條件中的兩
+;
圖5示出了為檢測市電網(wǎng)已經(jīng)恢復(fù)必須滿足的條件；
圖6示出了與市電網(wǎng)故障事件相關(guān)聯(lián)的第一實施例的定時圖的狀態(tài)；
圖7示出了與市電網(wǎng)故障事件相關(guān)聯(lián)的另一實施例的定時圖的狀態(tài)。
具體實施方式
具有塔架2和位于塔架頂部的風(fēng)力 渦輪機機搶3。
風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子一一其包含至少一個葉片，例如所示出的三個風(fēng)力渦 輪機葉片5——通過仰俯機構(gòu)4a被連接到輪轂4。每個仰俯才^包含葉片 軸承和仰俯致動裝置，該裝置允許葉片仰俯。仰俯過程由仰俯控制器進行 控制。
如圖中所示，超過一定水平的風(fēng)力將致動轉(zhuǎn)子并允許它以垂直于風(fēng)的 方向旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)運動被轉(zhuǎn)換為電力，如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的那樣，電力 通常被提供給市電網(wǎng)。
圖2原理性地示出了風(fēng)力渦輪機的一個優(yōu)選實施例，其具有用于對風(fēng) 力渦輪機葉片的仰俯角進行控制的控制系統(tǒng)或控制器。
風(fēng)力渦輪機1的數(shù)據(jù)用傳感器裝置7—一例如仰俯位置傳感器、葉片 負(fù)載傳感器、轉(zhuǎn)子方位角傳感器、塔架加速傳感器等一一進行測量。測量 得到的傳感器數(shù)據(jù)被提供給計算裝置8，以便將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榉答佇盘?。?過建立用于對所述至少一個風(fēng)力渦輪機葉片5進行控制的控制值，反饋信 號用于多種控制系統(tǒng)，例如用于控制仰俯角的仰俯控制系統(tǒng)9。
計算裝置8優(yōu)選為包含用于所述反饋信號的連續(xù)控制的計算M儲裝 置和微處理器。
如才幾搶3處的虛線箭頭所述，風(fēng)力渦輪機塔架2可振動，導(dǎo)致所述機 艙3的位移。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，例如，作為施加到轉(zhuǎn)子的推力的突 然變化的結(jié)果，所述塔架能以其本征頻率振動。所述振動可導(dǎo)致所述塔架 上的過大的負(fù)載，并在最壞的情況下導(dǎo)致?lián)p壞。
圖3對于本發(fā)明一優(yōu)選實施例原理性地示出了用于本發(fā)明的控制算法 的概念性狀態(tài)順序圖，其包含以下步驟
■正常運行(狀態(tài)0 )
■檢測到市電網(wǎng)故障事件，
■作為對所述市電網(wǎng)故障事件的響應(yīng)的、風(fēng)力渦輪才幾l的初始控制， 以便用新的控制參數(shù)穩(wěn)定風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子速度(狀態(tài)l)，■在故障事件過程中以穩(wěn)定水平對風(fēng)力渦輪機的中間控制(狀態(tài)2 )， ■檢測到電網(wǎng)的恢復(fù)，以及
■風(fēng)力渦輪機的最終控制，同時，返回到正常運行條件(狀態(tài)3或狀 態(tài)13)。如圖所示，如果用于測量機械振動和/或負(fù)載的值的裝置 存在(優(yōu)選實施例)，進入狀態(tài)3。如果所述裝置不存在，進入狀 態(tài)13。
對于本發(fā)明一實施例，包含風(fēng)力渦輪機1，其包含用于測量表征風(fēng)力 渦輪機的機械振動和/或負(fù)載的值的傳感器裝置，各種狀態(tài)的說明和所迷狀 態(tài)之間的狀態(tài)切換條件為
狀態(tài)狀態(tài)中的動作切換條件(進入下一狀態(tài))
0正常運行如果檢測到市電網(wǎng)故障則切換到狀 態(tài)1.
初始控制1無加速仰俯角(NOPA)的推定。 以預(yù)定控制參數(shù)，例如仰俯速 度，向著NOPA仰俯。如果"短期驟降(short dip)"則切換 到狀態(tài)0。 如果在達(dá)到NOPA之前已經(jīng)檢測到 電網(wǎng)恢復(fù)則切換到狀態(tài)2。 如果已經(jīng)達(dá)到推定NOPA則切換到 狀態(tài)2,
中間控制2如果達(dá)到NOPA:以轉(zhuǎn)子過速 用新的暫態(tài)參數(shù)設(shè)置對風(fēng)力渦 輪機控制器進行加載。 如果沒有達(dá)到NOPA:用預(yù)定 的控制參數(shù)對風(fēng)力渦輪機控制 器進行加栽。如果檢測到電網(wǎng)恢復(fù)且風(fēng)力渦輪機 振動和/或負(fù)載指示仰俯入風(fēng) (pitching in )將與所述振動和/或 負(fù)載反相發(fā)生，則切換到狀態(tài)3,
最終控制用預(yù)定的控制參數(shù)，例如用最 大仰俯速率，仰俯回到在檢測 到電網(wǎng)故障之前獲得的仰俯角 值。如果實際仰俯角值=檢測到電網(wǎng)故 障之前獲得的仰俯角值，則切換到 狀態(tài)0。
對于本發(fā)明另一實施例，包含風(fēng)力渦輪機1，其沒有用于對表示風(fēng)力 渦輪機^喊振動和/或負(fù)載的值進行測量的傳感器裝置，各種狀態(tài)的說明以
及所述狀態(tài)之間的狀態(tài)切換條件為狀態(tài)說明切換條件(i4X下一狀態(tài))
0正常運行如果檢測到市電網(wǎng)故障則切換到 狀態(tài)1。
初始控制1無加速仰俯角(NOPA)的推 定。 以預(yù)定控制參數(shù)，例如仰俯速 度，向著NOPA仰俯-如果"短期驟降"則切換到狀態(tài)0。 如果在達(dá)到NOPA之前已經(jīng)檢測到 電網(wǎng)恢復(fù)則切換到狀態(tài)2。 如果已經(jīng)達(dá)到推定NOPA則切換到 狀態(tài)2。
中間控制2如果達(dá)到NOPA:以轉(zhuǎn)子過 速，用新的暫態(tài)參數(shù)設(shè)置對風(fēng) 力渦輪機控制器進行加載。 如果沒有達(dá)到NOPA:用預(yù)定 的控制參數(shù)對風(fēng)力渦輪機控 制器進行加栽。如果^f全測到電網(wǎng)恢復(fù)則切換到狀 態(tài)13。
最終控制13用預(yù)定的控制參數(shù)，例如固定 的仰俯速率，仰俯回到在4全測 到電網(wǎng)故障之前獲得的仰俯 值。如果實際仰俯角值=檢測到電網(wǎng)故 障之前獲得的仰俯角值，則切換到 狀態(tài)0。
對于兩個實施例共有的是狀態(tài)O、 1、 2: 狀態(tài)0:
正常運行模式。
如果風(fēng)力渦輪機產(chǎn)生的電力低于預(yù)定限制值，例如標(biāo)稱電力的25%， 不會在檢測到電網(wǎng)故障時開始所述故障模式，因為正?？刂扑惴ㄔ谒鲭?網(wǎng)故障事件過程中能夠避免轉(zhuǎn)子的過速，并將繼續(xù)運行在正常模式，這是 因為不存在在風(fēng)中由于低功率引起的急迫的危險。
狀態(tài)1 (初始控制)
當(dāng)已經(jīng)檢測到電網(wǎng)故障時，i^所述狀態(tài)1。本發(fā)明的控制算法的這 種狀態(tài)的基礎(chǔ)是在檢測到市電網(wǎng)故障之后馬上將一個或 一個以上的風(fēng)力渦 輪機轉(zhuǎn)子葉片5仰俯為脫離風(fēng)(outof thewind)，以4更避免由于作用在所 述轉(zhuǎn)子上的過大的空氣動力引起的轉(zhuǎn)子過速。
對于本發(fā)明一實施例，風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片5被仰俯到無加速仰俯角 (NOPA),因此，不對發(fā)電機給出加速或者實質(zhì)上不對發(fā)電機給出加速， 其中，無加速仰俯角被定義為在空氣動力與任何風(fēng)力渦輪機損耗以及發(fā)電 功率之間給出平衡的仰俯角。對于一個實施例，NOPA在電網(wǎng)故障被檢測 到之后馬上通過Cp表的查閱來計算。對于另一實施例，NOPA通過用例如數(shù)學(xué)算法進行計算來建立。
在本發(fā)明一優(yōu)選實施例中，風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片5被仰俯到給出空氣
(TPA)，因此，在一開始導(dǎo)致發(fā)電機的進一步的加速或減速，但加速或 減速的程度在風(fēng)力渦輪機控制器的運行跨度(operating span )之內(nèi)。
對于本發(fā)明一實施例，如果電網(wǎng)故障足夠短(短期驟降)到僅僅對渦 輪機負(fù)栽有低的影響，短期驟降情況被檢測到，且優(yōu)選為盡可能快地獲得 與所述短期驟降前一樣的正常運行和有功功率發(fā)電。因此，對于此實施例， 本發(fā)明的算法能夠判斷渦輪機上的顯著負(fù)載的水平，并基于此判斷退出還 是需要完成電網(wǎng)故障控制序列。
對于本發(fā)明另一實施例，其中，電網(wǎng)故障持續(xù)時間太長以至于不能被 檢測為所述短期驟降，但電網(wǎng)恢復(fù)在達(dá)到例如所述NOPA之前發(fā)生，優(yōu)選 為盡可能快地獲得與電網(wǎng)故障之前一樣的正常運行以及有功功率發(fā)電。對 于這種情況，直接跳到正常運行模式和正常運行設(shè)置將對風(fēng)力渦輪機具有 太高的沖擊。因此，對于此實施例，本發(fā)明的算法直接跳到如下所迷地重 新獲得預(yù)定控制參數(shù)的狀態(tài)2。
渦輪機已經(jīng)受到多大影響的好的指標(biāo)是已經(jīng)減小了多少所述空氣動力 學(xué)推力。仰俯角、塔架加速、塔架負(fù)載、時間或其組合可以為公平的假設(shè)。 對于作為所述指標(biāo)的仰俯角的實例，為了判斷何時使用所述短期驟降控制 策略或?qū)㈦娋W(wǎng)故障控制策略繼續(xù)到下一狀態(tài)，所述算法連續(xù)監(jiān)督實際仰俯 角與電網(wǎng)故障之前的近期仰俯角差距有多大。因此，如果檢測到電網(wǎng)恢復(fù) 且實際仰俯角與剛好在所述電網(wǎng)故障之前的近期仰俯角之間的差超過某一 預(yù)定水平，所述控制算法將繼續(xù)電網(wǎng)故障控制算法。否則，通過返回到狀 態(tài)0，即將用于例如仰俯角、功率以及發(fā)電機rpm的基準(zhǔn)設(shè)置為剛好在檢 測到所述電網(wǎng)故障之前的設(shè)置，電網(wǎng)故障控制算法將盡快終止。
狀態(tài)2 (中間控制)
本發(fā)明的控制算法的這種狀態(tài)的基礎(chǔ)是將風(fēng)力渦輪機保持為在可由風(fēng) 力渦輪機控制器控制的規(guī)定范圍內(nèi)運行且在電網(wǎng)恢復(fù)之前一直連接到市電網(wǎng)。
對于一實施例，當(dāng)達(dá)到NOPA時，以作為基準(zhǔn)的當(dāng)前控制設(shè)置——例 如發(fā)電機rpm以及仰俯角——來開始風(fēng)力渦輪機控制，從而以高于標(biāo)稱速 度的水平將發(fā)電才幾rpm保持為恒定或接近恒定。
對于由于在達(dá)到所述NOPA之前檢測到電網(wǎng)恢復(fù)而已經(jīng)停止仰俯離風(fēng) (pitching out)的一實施例，初始化所述狀態(tài)2，并重新獲得預(yù)定控制參 數(shù)。
至少在檢測到市電網(wǎng)恢復(fù)之前，控制序列一直以當(dāng)前控制設(shè)置停留在 此狀態(tài)。
對于一優(yōu)選實施例，在用于測量表示風(fēng)力渦輪才/*械振動和/或負(fù)載的 裝置存在時，當(dāng)4吏轉(zhuǎn)子葉片仰俯入風(fēng)將在與風(fēng)力渦輪機的機械振動和/或負(fù) 載一一例如由于塔架加速引起的振動一一相反的相位發(fā)生時，能初始化到 下一狀態(tài)(狀態(tài)3)的切換。即，對所述轉(zhuǎn)子葉片進行仰俯將以這樣的方 式完成由將所述轉(zhuǎn)子葉片仰俯回到正常運行產(chǎn)生的振動和/或負(fù)載受到控 制并與已有的振動和/或負(fù)載相反的相位產(chǎn)生，導(dǎo)致總振動和/或負(fù)載的阻 尼。
對于另一優(yōu)選實施例，當(dāng)用于測量表示風(fēng)力渦輪才A^幾械振動和/或負(fù)載 的值的裝置不存在時，到下一狀態(tài)(狀態(tài)13)的所述切換能在一檢測到市 電網(wǎng)恢復(fù)時立即初始化。
狀態(tài)3 (最終控制——如果存在用于測量機械風(fēng)力渦輪機振動和/或負(fù) 載的傳感器裝置)
為了返回到正常發(fā)電，通過將轉(zhuǎn)子葉片仰俯到其運行位置來重新施加
推力是必要的。
作為本優(yōu)選實施例的實例，當(dāng)仰俯離風(fēng)到例如NOPA時(狀態(tài)l)推 力的突然下降引起塔架已經(jīng)凈皮其影響的交變空氣動力轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電網(wǎng)故障已 經(jīng)恢復(fù)時，塔架將以其本征頻率振動，導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機部件上的、特別是 塔架構(gòu)造上的過大的物理負(fù)載。
對于此實例，當(dāng)塔架加速信號在關(guān)于幅值和方向的預(yù)定窗口內(nèi)時，到狀態(tài)3的切換,皮初始化。
以最大仰俯速度，仰俯角回到正常發(fā)電仰俯角。這樣的仰俯角例如可 為檢測到電網(wǎng)故障事件之前的值，或者，如果條件在電網(wǎng)故障事件過程中 變化，則為新的希望的仰俯角。由此，獲得了所述塔架振動的最大阻尼， 且轉(zhuǎn)子速度向著電網(wǎng)故障事件之前的轉(zhuǎn)子速度減小。
狀態(tài)13:(最終控制一一如果不存在用于測量風(fēng)力渦輪機振動和/或負(fù) 載的傳感器裝置)
為了返回到正常發(fā)電，通過以預(yù)定的控制參數(shù)——例如固定仰俯速 率一一將轉(zhuǎn)子葉片仰俯回到其運行位置一一即在檢測到電網(wǎng)故障之前獲得 的仰俯值_一來重新施加推力是必要的。
作為本優(yōu)選實施例的實例，仰俯速率的斜率(slope)能被計算為
其中，^actual-實際仰俯角
0predip-電網(wǎng)故障事件之前的仰俯角，或者，如果條件在故障事件過 程中已經(jīng)改變，則為新的希望的仰俯角。
Trampback-預(yù)定的退回時間(ramp back time)。
在一實施例中，Trampback必須被定義為長于風(fēng)力渦輪機塔架本征頻 率的一個周期，以^^當(dāng)退回時不在塔架振動上導(dǎo)致正干擾，即，對于具有 例如0.5Hz的; M^頻率的風(fēng)力渦輪機塔架，Trampback必須被定義為長于 2秒，例如直到4秒。
在另一實施例中，對于例如1Hz的本征頻率的另一類型的塔架， Trampback必須被定義為長于1秒，例如1.5秒。
對于塔架非常硬一一例如短塔架一 一的風(fēng)力渦輪機塔架的實施例， Trampback必須被選擇為與高且更為柔性的塔架一一例如上面提到的實 施例——相比較短的時間周期。
圖4示出了本發(fā)明的為了檢測所述電網(wǎng)故障事件并由此初始化安全才莫 式一一其中，風(fēng)力渦輪機受到本發(fā)明的電網(wǎng)故障控制算法的控制一一所滿 足的條件的一個實施例。首先(未示出)，近期產(chǎn)生的功率必須高于預(yù)定限制值。如果所產(chǎn)生 的功率較小，在電網(wǎng)故障事件過程中正?？刂扑惴▽⒛鼙苊廪D(zhuǎn)子的過速， 風(fēng)力渦輪機將繼續(xù)運行在正常模式中，因為不存在例如轉(zhuǎn)子在風(fēng)中由于低 功率而過速的急迫危險。
第二，電網(wǎng)電壓下降的斜率10必須高于預(yù)定斜率限制值11。斜率限
制值由正常風(fēng)力渦輪機控制器的運行范圍以及其適用于交變電網(wǎng)電壓的能 力限定，以使J果持控制并避免轉(zhuǎn)子的過速。
第三，電壓下降必須具有某個預(yù)定大小，也就是說，電網(wǎng)電壓必須下
降到低于閾值Uthre麵d12。
如果所述三個條件滿足，電網(wǎng)電壓在意P木著檢測到市電網(wǎng)故障且初始 化所述電網(wǎng)故障控制算法的交叉區(qū)域15中。
圖5示出了本發(fā)明的檢測到電網(wǎng)恢復(fù)且由此允許控制算法進行到正常 運行所滿足的條件的 一個實施例。
首先，如果電網(wǎng)電壓上升到高于用于正常運行的預(yù)定低電壓限制值
Uthresh。ld 12,則渦輪機可保持正常運行。
否則，如果電網(wǎng)電壓在電網(wǎng)故障過程中高于當(dāng)前低電壓等級ugrid,
minimum上升預(yù)定量Ugrid, add，且電壓高于風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)換器能夠產(chǎn)生有功 功率的限制值Ue。nverter, m化i咖m達(dá)特定預(yù)定量Ue(mverter, add,渦輪機可保持正 常運行。
如果所述條件滿足，電網(wǎng)電壓在意味著電網(wǎng)已經(jīng)恢復(fù)且允許所述電網(wǎng) 故障控制算法進行到正常發(fā)電的交叉區(qū)域14內(nèi)。
圖6原理性地示出了本技術(shù)的一實施例，其中，存在并使用測量塔架 加速的傳感器裝置，簡化的定時圖示出了電網(wǎng)故障過程中控制狀態(tài)、仰俯
角、塔架加速、塔架位移以及發(fā)電機rpm之間的關(guān)系。 狀態(tài)0:
仰俯角、塔架加速、塔架位移和發(fā)電機rpm為正常運行中的理想常數(shù)。 狀態(tài)1:
當(dāng)市電網(wǎng)故障凈皮檢測到15時，風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片向著例如NOPA被仰俯16?？諝鈩恿W(xué)推力中由此產(chǎn)生的突然變化^皮塔架加速和位移17、 18反映。另外，由于空氣動力19的過多的量，發(fā)電機rpm增大。 狀態(tài)2
當(dāng)所述仰俯角達(dá)到例如NOPA20時，推力中的另一反向變化發(fā)生，塔 架將開始以其^i頻率振動21、 22。發(fā)電機rpm因此以過速水平23穩(wěn)定， 因為現(xiàn)在存在it^的空氣動力與所產(chǎn)生的功率之間的平衡。
狀態(tài)3
當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)已經(jīng)被檢測到時，轉(zhuǎn)子葉片被仰俯回到運行設(shè)置24，對于 此實施例，當(dāng)所述塔架加速變?yōu)樨?fù)時25，也就是說，空氣動力推力的重新 施加與塔架加速反相位，進入狀態(tài)3。結(jié)果是在返回到正常運行模式(狀 態(tài)0)時受到阻尼的塔架加速26，僅僅產(chǎn)生阻尼后的塔架位移27，由此， 塔架上的負(fù)載被減小。另夕卜，發(fā)電機rpm被減小28,理想為到^/v所述電 網(wǎng)故障模式29之前的水平。
圖7原理性地示出了本技術(shù)的另一實施例，其中，不存在或至少不使 用用于測量才幾械振動和/或負(fù)載的傳感器裝置，簡化的定時圖顯示出電網(wǎng)故 障期間控制狀態(tài)、仰俯角、塔架加速和發(fā)電機rpm之間的關(guān)系。
本實施例對于狀態(tài)O、 1、 2的介紹與圖6介紹的相同，這里不再重復(fù)。
狀態(tài)13:
轉(zhuǎn)子葉片以預(yù)定控制參數(shù)——例如Trampback——4皮仰俯回到運4亍 設(shè)置30。對于此實施例，在檢測到電網(wǎng)恢復(fù)之后立即進入狀態(tài)13。仰俯速 率被選擇為不導(dǎo)致進一步的顯著的過大機械振動一一例如塔架加速31、 32—一的值。
結(jié)果是在返回到正常運行模式(狀態(tài)0)時的塔架加速31、 32，產(chǎn)生 塔架位移33，由此，塔架上的負(fù)載被保持在可允許的限制值之內(nèi)。另外， 發(fā)電機rpm被減小34，理想為到進入所述電網(wǎng)故障模式29之前的水平。
上面參照LVRT過程中用于風(fēng)力渦輪機的控制算法的具體實例示例性 地介紹了本發(fā)明。然而，應(yīng)當(dāng)明了，本發(fā)明不限于特定實例，而是可在權(quán) 利要求書限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)用多種變型來設(shè)計和改變，例如采用其他的算法狀態(tài)或測量/檢測/建立/推定值。 參考標(biāo)號清單
在附圖中，下面的參考標(biāo)號指
1. 風(fēng)力渦輪才幾或風(fēng)力渦輪才幾系統(tǒng)
2. 風(fēng)力渦輪機塔架
3. 風(fēng)力渦輪;t^幾艙
4. 低速軸 4a.仰俯才幾構(gòu)
5. 風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片
6. 風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)
7. 傳感器裝置
8. 計算裝置
9. 仰俯控制系統(tǒng)
10. 電壓下降的斜率(Sl叩e)
11. 預(yù)定斜率限制值(Sl叩eLim)
12. 預(yù)定的Utreshold
13. 初始化電網(wǎng)故障控制算法的區(qū)域
14. 電網(wǎng)恢復(fù)的區(qū)域
15. 電網(wǎng)故障檢測
16. 狀態(tài)1的向著例如NOPA的仰俯角
17. 狀態(tài)1的塔架加速
18. 狀態(tài)1的塔架位移
19. 狀態(tài)1的發(fā)電機rpm
20. NOPA
21. 狀態(tài)2的塔架加速
22. 狀態(tài)2的塔架位移
23. 狀態(tài)2的發(fā)電機rpm——過速水平置的仰俯角
25. 狀態(tài)2的經(jīng)過0的塔架加速
26. 狀態(tài)0的阻尼后的塔架加速
27. 狀態(tài)0的阻尼后的塔架位移
28. 狀態(tài)3的發(fā)電機rpm——下降
29. 狀態(tài)0的發(fā)電機rpm
30. 狀態(tài)13的預(yù)定仰俯速率
31. 狀態(tài)13的塔架加速
32. 狀態(tài)0的塔架加速
33. 狀態(tài)0的塔架位移
34. 狀態(tài)13的發(fā)電機rpm
權(quán)利要求
1.一種用于對連接到市電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機進行控制的方法，該方法包含以下步驟檢測出市電網(wǎng)的故障，以及在故障模式中控制一個或一個以上的轉(zhuǎn)子葉片，其中，所述一個或一個以上的轉(zhuǎn)子葉片受到仰俯，以便將轉(zhuǎn)子速度穩(wěn)定在過速范圍內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中，開始所述故障模式包含建立風(fēng)力 渦輪機產(chǎn)生的電力的值，并在該電力高于預(yù)先建立的限制值一一例如標(biāo)稱 電力的25%—一時近入所述故障模式。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中，所述電力的值被建立作為所產(chǎn)生電 力的直接測量，或間接地通過例如發(fā)電機rpm、風(fēng)速或其組合的測量來建 立。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l-3中任意一項的方法，其中，所述一個或一個以上 的轉(zhuǎn)子葉片被仰俯到基本無加速值，以便將轉(zhuǎn)子速度穩(wěn)定在過速范圍內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中，所述無加速值在小于正常風(fēng)力渦輪 機安全限制的情況下建立，例如，在18 JL/秒的最大仰俯速率值的情況下 建立。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項的方法，其中，通過使用查閱表和/ 或通過使用例如包括葉片Cp-值、風(fēng)速與方向、轉(zhuǎn)子速度等參數(shù)的數(shù)學(xué)算 法進行計算，建立所述無加速值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l-6中任意一項的方法，其中，所述無加速值是連續(xù) 建立的或在所述市電網(wǎng)故障,皮檢測到時建立的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l-3中任意一項的方法，其中，在將轉(zhuǎn)子速度穩(wěn)定到 可通過風(fēng)力渦輪機控制器控制的規(guī)定范圍內(nèi)時，所述一個或一個以上的轉(zhuǎn) 子葉片4皮仰俯到目標(biāo)仰俯角值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中，所述目標(biāo)仰俯角值在小于正常風(fēng)力 渦輪機安全限制的情況下建立，例如在18力秒的最大仰俯速率值的情況下建立。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8與9中任意一項的方法，其中，所述目標(biāo)仰俯角 值通過使用查閱表來建立和/或通過使用例如包括葉片Cp-值、風(fēng)速與方向、 轉(zhuǎn)子速度、所產(chǎn)生電力等參數(shù)的數(shù)學(xué)算法進行計算來建立。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-10中任意一項的方法，其中，所述目標(biāo)仰俯角值 被連續(xù)建立或在檢測到所述市電網(wǎng)故障時建立。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l-ll中任意一項的方法，其中，所述轉(zhuǎn)子速度被穩(wěn) 定在過速值上或在所述規(guī)定范圍內(nèi)，其中，所述規(guī)定范圍大大小于所述過 速范圍。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，任何過速值或所述規(guī)定速度范圍 內(nèi)的任何值低于風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子過速限制值。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1-13中任意一項的方法，其中，所述控制基于風(fēng)力 渦輪機部件一一例如一個或一個以上的轉(zhuǎn)子葉片、機艙、塔架、基座或其 組合一一上的測量得到的負(fù)載進行。
15. 連接到市電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機(1)，其包含至少一個葉片仰俯系統(tǒng)(9)，其控制一個或一個以上的轉(zhuǎn)子葉片(5) 的仰俯，以及至少 一個風(fēng)力渦輪機控制系統(tǒng)(7-9)，其包含執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-14 中任意一項的方法的系統(tǒng)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的風(fēng)力渦輪機(1)，其中，所述執(zhí)行一種方法 包含在檢測到市電網(wǎng)故障的期間執(zhí)行安全模式方法。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15或16的風(fēng)力渦輪機(1)，其中，所述風(fēng)力渦輪 機在電網(wǎng)故障期間對市電網(wǎng)供電。
18. 風(fēng)電廠，其包含至少兩個才艮據(jù)權(quán)利要求15-17中任意一項的風(fēng)力渦輪機，以及 至少一個用于檢測市電網(wǎng)故障的檢測器(7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對連接到市電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機進行控制的方法，該方法包含以下步驟檢測市電網(wǎng)的故障，在故障模式中控制一個或一個以上的轉(zhuǎn)子葉片，其中，所述一個或一個以上的轉(zhuǎn)子葉片受到仰俯，以便將轉(zhuǎn)子速度穩(wěn)定在過速范圍內(nèi)。本發(fā)明還涉及風(fēng)力渦輪機以及包含至少兩個風(fēng)力渦輪機的風(fēng)電廠。
文檔編號F03D7/02GK101517229SQ200780034084
公開日2009年8月26日 申請日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月14日
發(fā)明者A·尼堡 申請人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)有限公司