風電場的功率供給裝置的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明描述了用于向風電場遞送輔助功率的風電場的功率供給裝置；風電場；以及向風電場提供輔助功率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]離岸風電場(wind farm)或風力場(wind park) 一般包括生成電的多個風力禍輪機。為了向公用電網(wǎng)輸電，首先將電饋送到離岸變電站(substat1n)中以用于轉(zhuǎn)換成合適的電流/電壓水平并且然后通過線纜輸運到岸上變電站，其中電在被饋送到電網(wǎng)中之前可以經(jīng)歷另外的電壓/電流轉(zhuǎn)換。電可以作為交流電(AC)輸運，但是AC輸運一般與損耗相關(guān)聯(lián)，特別是在長距離之上。由于趨勢是往具有增加的容量的更多離岸風電場，因此來自這樣的風電場的電優(yōu)選地通過高壓直流電(HVDC)傳輸鏈路而輸運，一般借助于安置在海床上的海底線纜。為此，來自風力渦輪機的三相AC電被離岸變電站處的離岸轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成高壓DC電以供輸運。
[0003]出于各種原因，風電場的風力渦輪機可能需要停止運轉(zhuǎn)一些時間，此后必須再次啟動它們。為了能夠在風電場停機時間之后重啟風力渦輪機，外部功率源對于保持各種系統(tǒng)和組件在停機時間期間被供給有功率而言是必要的。例如，風力渦輪機的各種馬達和驅(qū)動裝置在停機時間期間需要周期性地在短暫間隔內(nèi)被重啟(以例如防止各種軸承卡住)。這可以通過將離岸AC/DC轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)為雙向功率轉(zhuǎn)換器來達成，使得一些輔助功率可以通過HVDC傳輸線從岸上轉(zhuǎn)換器(其一般實現(xiàn)為全橋轉(zhuǎn)換器)饋送回到風力場。然而，這樣的雙向離岸功率轉(zhuǎn)換器是昂貴的并且相當大地增加風力場的成本。作為替換，離岸轉(zhuǎn)換器可以實現(xiàn)為單向轉(zhuǎn)換器，并且可以與HVDC鏈路平行地安置附加AC鏈路，使得可以在無論何時必要時向風電場提供輔助功率。顯然，這樣的附加傳輸鏈路同樣相當大地增加風電場的總體成本。由于將來的HVDC連接的風電場將通常位于距岸100-200km處，因此這樣的附加AC海底線纜連接呈現(xiàn)經(jīng)濟上以及技術(shù)上的嚴峻挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此本發(fā)明的目的是提供一種向離岸風電場的風力渦輪機提供輔助功率的更加經(jīng)濟的方式。
[0005]該目的通過權(quán)利要求1的功率供給裝置；通過權(quán)利要求11的風電場；以及通過向風電場提供輔助功率的權(quán)利要求14的方法達成。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，風電場(其被實現(xiàn)成饋送到HVDC傳輸鏈路中)的功率供給裝置包括被實現(xiàn)成向風電場遞送輔助功率的輔助功率供給；用于在風電場停機時間期間發(fā)起HVDC鏈路上的反饋電壓的供應的反饋控制構(gòu)件；被實現(xiàn)成閉合HVDC鏈路與輔助功率供給之間的DC電流路徑的反饋開關(guān)；以及用于將反饋電壓轉(zhuǎn)換成用于風電場的輔助功率的功率轉(zhuǎn)換構(gòu)件。
[0007]在風電場的正常操作期間，對于諸如冷卻系統(tǒng)、控制器等之類的輔助設備所需的“輔助”功率由風力渦輪機產(chǎn)生的功率覆蓋，即風力渦輪機生成的功率的(相對小)分數(shù)被用于為輔助設備供電。另外，由風力渦輪機產(chǎn)生的一些功率還被用于維持輔助功率供給的電池中的電荷水平。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“功率供給裝置”和“輔助功率供給裝置”可以被視為等同的術(shù)語并且可以可互換地使用。這同樣適用于術(shù)語“功率供給”和“輔助功率供給”。
[0008]在下文中，在不以任何方式約束本發(fā)明的情況下，可以假定風電場位于諸如離岸位置之類的遠程位置處。根據(jù)本發(fā)明的輔助功率供給特別良好地適合于向過于遙遠的位置處的風電場提供輔助AC功率以用于負擔得起的后備AC傳輸鏈路，如在引言中所解釋的那樣。還可以假定輔助功率供給借助于諸如高壓匯流條之類的供給線而連接到風電場，并且輔助功率供給具有變壓器和雙向轉(zhuǎn)換器，用于在風電場AC功率與電池DC功率之間進行轉(zhuǎn)換。
[0009]還可以假定風電場包括離岸AC/DC轉(zhuǎn)換器，用于將風電場生成的AC功率轉(zhuǎn)換成高壓DC以用于通過HVDC傳輸鏈路進行輸運。根據(jù)本發(fā)明的功率供給可以非常有利地提供一種確保源自岸上功率源的后備或輔助功率供給的方式，即使離岸轉(zhuǎn)換器是基于僅在一個方向上傳遞功率的無源整流器的裝置。
[0010]如以上所指示的，在風電場的正?！斑\行時間”操作中，功率通過HVDC鏈路從風電場輸運到公用電網(wǎng)。本發(fā)明是基于以下領悟:具有常見全橋轉(zhuǎn)換器設計的岸上變電站能夠在兩個方向上變換功率，即從HVDC鏈路到公用電網(wǎng)中；以及從公用電網(wǎng)到HVDC鏈路上。
[0011]在本發(fā)明的上下文中，“反饋電壓”是在風電場的停機時間期間例如通過岸上變電站的轉(zhuǎn)換器施加到HVDC鏈路的電壓水平。因此，在風電場停機時間期間，岸上轉(zhuǎn)換器可以經(jīng)由HVDC鏈路和輔助功率供給為風電場供給有輔助功率。輔助功率供給已經(jīng)利用雙向功率轉(zhuǎn)換器模塊，使得它還可以將反饋DC功率轉(zhuǎn)換成適合用于輸運到風電場的AC功率。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的輔助功率供給裝置的優(yōu)點在于輔助功率供給可以在必要時通過源自公用電網(wǎng)的DC電壓補充。因此，在風電場停機時間期間和緊接在其之后，充足的功率總是可用以維持后備功率到風力渦輪機并且以重啟風力渦輪機。風電場的重啟因此有利地獨立于輔助功率供給的電池的電荷水平，并且風電場可以更加迅速地恢復輸出其額定功率。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，一種被布置成饋送到HVDC傳輸鏈路中的風電場包括根據(jù)本發(fā)明的功率供給裝置以用于響應于風電場停機時間而向風電場提供輔助功率。
[0014]這樣的風力場的優(yōu)點在于后備或輔助功率供給在停機時間期間總是可用，使得其風力渦輪機可以在這樣的風電場停機時間之后迅速重啟，并且風電場的功率輸出可以迅速返回到其額定水平。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，向被實現(xiàn)成饋送到HVDC傳輸鏈路中的風電場提供輔助功率的方法包括以下步驟:提供被實現(xiàn)成向風電場提供輔助功率的輔助功率供給；在風電場停機時間期間發(fā)起HVDC鏈路上的反饋電壓的供應；閉合HVDC鏈路與輔助功率供給之間的DC電流路徑；以及將反饋電壓轉(zhuǎn)換成用于風電場的輔助功率。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點在于其提供了在停機時間期間并且在停機時間之后風力渦輪機重啟所花費的那樣長的時間內(nèi)向風電場提供輔助功率的直接且相對經(jīng)濟的方式。該方法可以結(jié)合現(xiàn)有岸上設施使用，因為控制岸上變電站的全橋轉(zhuǎn)換器以向HVDC鏈路施加合適的反饋電壓是相對容易的。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法可以在風電場需要輔助功率時提供尚效響應。
[0017]通過從屬權(quán)利要求給出本發(fā)明的特別有利的實施例和特征，如在以下描述中揭示的那樣。不同權(quán)利要求類別的特征可以在適當時被組合以給出在本文中未描述的另外的實施例。
[0018]如以上提到的，當風電場在操作時，“轉(zhuǎn)用”一些功率并且將其用于維持輔助功率供給的電池中的電荷是可能的。例如，如果風電場能夠生成比其額定輸出更多的功率，則該多余功率可以用于為輔助功率供給的能量存儲模塊充電以供稍后使用。為此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，輔助功率供給包括被實現(xiàn)成在風電場的運行時間期間為電池裝置的電池充電的AC電池充電器。為了能夠在稍后時間處使用該“存儲的”能量，AC充電器被實現(xiàn)為雙向功率轉(zhuǎn)換器/逆變器，使得功率可以從風電場供給線輸運到輔助功率供給(以用于為電池充電)，并且也從輔助功率供給到風力場(以用于在停機時間期間供給輔助功率并且在停機時間之后重啟風力渦輪機)。優(yōu)選地，輔助功率供給裝置的功率轉(zhuǎn)換器被實現(xiàn)成提供電壓大小控制，作為靜態(tài)VAr補償器(SVC)。在這樣的實施例中，輔助功率供給可以用于幫助控制離岸AC電壓，即風電場匯流條電壓，連同操作在這樣的模式中的任何風力渦輪機。
[0019]優(yōu)選地，反饋控制構(gòu)件被實現(xiàn)成響應于風電場輔助功率請求。例如，風電場控制器可以監(jiān)視風力渦輪機的停機時間相關(guān)功率需求并且可以負責在停機時間之后發(fā)起重啟過程。該風電場控制器還可以與輔助功率供給的控制器聯(lián)系。因此，風電場控制器可以估計可用輔助功率的水平，并且可以按需從岸上轉(zhuǎn)換器“預訂(order)”附加反饋功率。在本發(fā)明的上下文中，術(shù)語“風電場反饋功率請求”可以被理解成意指:指示需要附加反饋功率的任何請求或命令。這樣的命令或請求還可以指示需要多少功率和用多久。優(yōu)選地，反饋功率路徑的斷開或閉合由風力場控制器控制。例如，控制器可以采取任何必要步驟以確保電池組在DC反饋功率可用時被維持和充電。
[0020]岸上轉(zhuǎn)換器可以通過向HVDC鏈路自動施加反饋電壓來響應于風電場停機時