用于對諸如組合需求響應(yīng)、慣性響應(yīng)以及旋壓儲備的快速欠頻之類的電網(wǎng)事件作出響應(yīng) ...的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于對諸如組合需求響應(yīng)、慣性響應(yīng)以及旋壓儲備的快速欠頻之類的電網(wǎng)事件做出響應(yīng)的方法和裝置。描述了一種用于特別在所述風(fēng)力渦輪機被連接到其的公用電網(wǎng)的頻率下降情況下控制風(fēng)力電站的方法(100)，所述方法包括：針對給定風(fēng)速來組合需求響應(yīng)、慣性響應(yīng)以及旋壓儲備以便風(fēng)力電站在每個風(fēng)速處以最小恢復(fù)時間和最小生產(chǎn)損失針對寬風(fēng)速范圍輸送快速聚合欠頻響應(yīng)。
【專利說明】用于對諸如組合需求響應(yīng)、慣性響應(yīng)以及旋壓儲備的快速欠頻之類的電網(wǎng)事件作出響應(yīng)的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于特別在風(fēng)力渦輪機被連接到其的公用電網(wǎng)的頻率下降情況下控制諸如潮汐渦輪機或風(fēng)力渦輪機之類的能量產(chǎn)生渦輪機以便提高公用電網(wǎng)的穩(wěn)定性的一種方法和一種裝置，所述風(fēng)力渦輪機能夠被配置成提供快速頻率響應(yīng)或慣性響應(yīng)但同時最小化風(fēng)力渦輪機在慣性響應(yīng)之后以可接受的水平重新開始正常操作的恢復(fù)時間。
【背景技術(shù)】
[0002]在欠頻事件期間，諸如當(dāng)電網(wǎng)的頻率降到標(biāo)稱頻率以下時，常規(guī)風(fēng)力渦輪機可以執(zhí)行慣性響應(yīng)功能以用于對電網(wǎng)穩(wěn)定性作出貢獻。從而，慣性響應(yīng)功能可以從渦輪機轉(zhuǎn)子拉出或者提取動能，從而降低轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。從而，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)換效率可能降級并且進一步在能夠以轉(zhuǎn)子的標(biāo)稱旋轉(zhuǎn)速度恢復(fù)滿生產(chǎn)水平之前涉及延時。
[0003]已經(jīng)觀察到，常規(guī)方法涉及特別有關(guān)恢復(fù)到正常操作的風(fēng)力渦輪機的操作的問題。
[0004]可能存在對用于特別在公用電網(wǎng)的頻率下降情況下控制被連接到公用電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機的方法和裝置的需要，其中與常規(guī)方法相比風(fēng)力渦輪機的恢復(fù)時間被減少。
[0005]進一步，可能存在對用于特別在公用電網(wǎng)的頻率下降情況下控制風(fēng)力渦輪機的方法和裝置的需要，其中可以以過度方式在不使風(fēng)力渦輪機的操作劣化的情況下提高電網(wǎng)穩(wěn)定性。
[0006]進一步，可能存在對用于控制風(fēng)力渦輪機的方法和裝置的需要，其中較大的可靠綜合慣性響應(yīng)能夠提供有最小化的旋壓儲備量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的實施例提供了用于特別在風(fēng)力渦輪機被連接到其的公用電網(wǎng)的頻率下降情況下控制風(fēng)力電站特別是風(fēng)力渦輪機電站的方法，所述方法包括:提高來自風(fēng)力渦輪機的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的功率提??；并且同時地特別根據(jù)標(biāo)稱功率需求來降低特別來自公用電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機的功率需求，從而提高風(fēng)力渦輪機到公用電網(wǎng)的凈功率輸出。
[0008]特別在低風(fēng)速下，提高功率提取可能導(dǎo)致特別從標(biāo)稱旋轉(zhuǎn)速度降低轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。在高風(fēng)速下轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度可以保持不變但葉片螺距角可以被改變以提取更多能量。在后者情況下，可能不存在恢復(fù)時間。
[0009]所述方法將慣性響應(yīng)與需求響應(yīng)結(jié)合以便以更有效的方式對公用電網(wǎng)穩(wěn)定性作出貢獻。
[0010]進一步可以針對最大可能的工作范圍來組合需求響應(yīng)、慣性響應(yīng)以及旋壓儲備以便以最低的風(fēng)力生產(chǎn)損失量對電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性作出貢獻。
[0011]特別是，與常規(guī)方法相比可以擴展可以以其來應(yīng)用所述方法的風(fēng)速的范圍以便覆蓋O m/s至約40 m/s，并且所提出的方法可以適用于年度的所有小時而不是僅在風(fēng)速對于有功功率生產(chǎn)足夠高的周期期間。
[0012]風(fēng)力渦輪機可以包括一個或多個風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片被連接到其的轉(zhuǎn)子，其中轉(zhuǎn)子驅(qū)動發(fā)電機，諸如具有帶多個永磁體的外轉(zhuǎn)子的同步發(fā)電機。該發(fā)電機可以將可變頻率AC功率流提供給轉(zhuǎn)換器，特別是將可變頻率AC功率流轉(zhuǎn)換為然后被提供給公用電網(wǎng)以便給多個消費者提供電能的固定頻率AC功率流的AC-DC-AC轉(zhuǎn)換器。
[0013]所述轉(zhuǎn)換器可以通過相應(yīng)的控制信號來控制以便調(diào)整發(fā)電機施加于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩。從而，來自旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的功率提取可以被調(diào)整，特別通過提高由發(fā)電機作用于轉(zhuǎn)子所施加的轉(zhuǎn)矩而提高。從而，轉(zhuǎn)子可以被減速諸如以假定低于標(biāo)稱旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度。標(biāo)稱旋轉(zhuǎn)速度還可以被稱為與轉(zhuǎn)子被設(shè)計和構(gòu)建成以給定風(fēng)速運行的旋轉(zhuǎn)速度相對應(yīng)的額定旋轉(zhuǎn)速度。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度還可以由發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)速度來表示。
[0014]功率提取可以指的是有功功率的提取和/或無功功率的提取。特別是，可以在公用電網(wǎng)的頻率下降情況下提高有功功率提取，然而，提高功率提取和/或降低功率需求可以通過來自諸如可能未必需要公用電網(wǎng)的頻率下降或電壓降的電場導(dǎo)向器(park pilot)之類的控制器的特定命令來啟動。
[0015]所述控制方法的主要目的是為了頻率響應(yīng)。
[0016]風(fēng)力渦輪機可以包括在風(fēng)力渦輪機的正常操作期間可能需要電能的一個或多個電氣風(fēng)力渦輪機部件。然而，這些電氣風(fēng)力渦輪機部件中的一些可能并非在所有情況下需要電能的供應(yīng)或最大電能量的供應(yīng)。特別是，在不妨礙風(fēng)力渦輪機的操作的情況下這些電氣風(fēng)力渦輪機部件中的一些可以被斷開持續(xù)一定時間段或者至少可以用降低的功率需求運行持續(xù)一定時間段。從而，風(fēng)力渦輪機的功率需求可以被降低從而有效地對風(fēng)力渦輪機的所增加的凈功率輸出作出貢獻。風(fēng)力渦輪機的凈功率輸出可以為從旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子提取的總功率或由轉(zhuǎn)換器減少風(fēng)力渦輪機的功率需求以便將電能提供給電氣風(fēng)力渦輪機部件所輸出的總功率。
[0017]通過組合功率提取的提高和功率需求的降低公用電網(wǎng)可以被穩(wěn)定，特別是有關(guān)期望的頻率，同時可能不以過度的方式干擾風(fēng)力渦輪機的操作，使得特別風(fēng)力渦輪機可以在相對短的恢復(fù)時間之后重新開始標(biāo)稱操作或正常操作。
[0018]從而，特別是，可以調(diào)整經(jīng)提高的功率提取和經(jīng)降低的功率需求的相對部分以便實現(xiàn)風(fēng)力渦輪機的凈功率輸出增加。
[0019]根據(jù)示例性實施例功率需求可以被降低諸如以貢獻實際功率輸出的約5%至10%，但這個部分可以變化。例如在I kw生產(chǎn)下，5 kW的需求減少可能比I kW生產(chǎn)的10%更高。但在標(biāo)稱生產(chǎn)下需求減少可能僅為總渦輪機輸出的1%。因此，這個水平可以取決于實際的渦輪機生產(chǎn)水平。
[0020]根據(jù)示例性實施例，來自旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的功率提取的增加可以貢獻生產(chǎn)水平的約5%與10%之間。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的實施例所述方法還包括:接收命令以將風(fēng)力渦輪機的凈功率輸出提高需要量；確定功率需求的最大減小小于所述需要量；將尤其來自公用電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機的功率需求降低功率需求的最大減??；以及提高來自旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的功率提取使得所述需要量等于所增加的凈功率輸出。
[0022]所述命令可以包括從電場控制器供應(yīng)的一個或多個電和/或光信號。命令可以由公用電網(wǎng)的頻率下降和/或由戰(zhàn)略性考慮事項來觸發(fā)。需要量可以規(guī)定將被附加地供應(yīng)給公用電網(wǎng)的有源功率的量。
[0023]功率需求的最大減小可以表示特別為了至少持續(xù)特定時間段最大地可以以過度的方式在不影響風(fēng)力渦輪機操作的情況下通過斷開或者至少調(diào)低一個或多個電氣風(fēng)力渦輪機部件以便使得風(fēng)力渦輪機仍然可以以生產(chǎn)性方式操作而節(jié)省的有功功率或能量。
[0024]根據(jù)這個實施例首先，功率需求的減少的容量被利用以便使轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度盡可能長地保持在其標(biāo)稱值處。僅由所述命令所需求的剩余能量或功率然后通過提高來自旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的功率提取來供應(yīng)。從而，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度僅被降低到基本上需要的量以便使得所述恢復(fù)時間可能是相對短的或者可以被最小化。
[0025]從而，可以在快速時間內(nèi)重新開始風(fēng)力渦輪機的正常操作，從而提高功率生產(chǎn)的效率。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提高來自旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的功率提取導(dǎo)致將轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度從標(biāo)稱旋轉(zhuǎn)速度降低到低于標(biāo)稱旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度。
[0027]旋轉(zhuǎn)速度被從標(biāo)稱旋轉(zhuǎn)速度降低，借此風(fēng)力渦輪機的效率可以降低。然而，因為旋轉(zhuǎn)速率的降低是相對小的所以恢復(fù)可以在短時間段內(nèi)實現(xiàn)。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述方法還包括:在特別是5 m/s與12 m/s之間的第一風(fēng)速范圍下或者在特別是23 m/s與30 m/s之間的第二風(fēng)速范圍下操作風(fēng)力渦輪機，將來自旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的功率提取到為可用功率提取特別是額定功率提取以下的5%至10%的量(以便提供旋壓儲備)；接收命令以在頻率下降情況下將風(fēng)力渦輪機的凈功率輸出提高需要量；確定功率需求的最大減小小于所述需要量；將來自公用電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機的功率需求降低功率需求的最大減小；以及提高從旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子提取功率使得需要量等于所增加的凈功率輸出。
[0029]根據(jù)這個示例性實施例旋壓儲備通過在特定風(fēng)速范圍內(nèi)不從轉(zhuǎn)子提取可用功率但僅提取可以為可用功率提取以下的5%與20%之間的功率來維持，從而提供然后可以稍后被利用來臨時地從旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子提取更多能量的旋壓儲備。再次確定通過排他地降低功率需求不能夠提供凈功率輸出的增加的需要量。然后，功率需求的最大減小受到影響(例如通過斷開選定的電氣風(fēng)力渦輪機部件中的一些或者降低它們需要的能量或功率)。僅剩下的凈功率輸出的增加的需要量然后通過提取旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的一些動功率來提供。再次，從而旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度可以被降低僅輕微地低于標(biāo)稱速度，諸如恢復(fù)時間是相對短的。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的實施例，針對至少一個操作條件尤其針對不同外部條件的指示功率需求的最大減小的需求減少容量信息被存取并且被處理以用于控制風(fēng)力渦輪機。
[0031]所述需求減少容量信息可以包括關(guān)于尤其針對不同的風(fēng)力條件、不同的電網(wǎng)狀態(tài)、不同的諸如溫度、濕度之類的外部條件的(一個或多個電氣風(fēng)力渦輪機部件的)功率需求的最大減小的信息。取決于外部條件一個或多個風(fēng)力渦輪機部件可以被省去或者它們可以在減少的功率消耗情況下操作。從而，可以改進所述方法。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的實施例，針對至少一個操作條件特別針對不同外部條件的指示特別在實際功率提取的5%與10%之間、來自旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的功率提取的最大增加的慣性容量信息被存取并且被處理以用于控制風(fēng)力渦輪機。
[0033]所述慣性容量信息可以包括關(guān)于可能取決于例如旋轉(zhuǎn)速度、風(fēng)速、機械規(guī)格或轉(zhuǎn)子部件等等的來自旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的功率提取的最大增加的信息。例如，由于傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子和/或軸承和/或其他部件的機械構(gòu)造在轉(zhuǎn)子處施加的最大轉(zhuǎn)矩可能是有限的。從而，對于操作條件特別是多個不同外部條件中的每一個，可以確定功率提取的增加的最佳量。
[0034]從而，可以進一步改進所述方法。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的實施例，關(guān)于特別針對至少一個操作條件、用來從當(dāng)前旋轉(zhuǎn)速度恢復(fù)到標(biāo)稱旋轉(zhuǎn)速度的恢復(fù)時間的恢復(fù)時間信息被存取并且被處理以用于控制風(fēng)力渦輪機。
[0036]所述恢復(fù)時間信息可以包括針對不同的旋轉(zhuǎn)速度即當(dāng)前旋轉(zhuǎn)速度、針對不同的風(fēng)速、轉(zhuǎn)子葉片螺距角、風(fēng)速等的關(guān)于從當(dāng)前旋轉(zhuǎn)速度恢復(fù)到標(biāo)稱旋轉(zhuǎn)速度的時間的信息。這個恢復(fù)時間信息可能是非常有用的，以便選擇功率提取的增加和功率需求的減小諸如以實現(xiàn)用于將風(fēng)力渦輪機的操作恢復(fù)到正常操作或標(biāo)稱操作的最小恢復(fù)時間，尤其包括轉(zhuǎn)子的標(biāo)稱旋轉(zhuǎn)速度。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的實施例，特別取決于凈功率輸出的需要增加，降低風(fēng)力渦輪機的功率需求的量和提高來自旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的功率提取的量基于用于控制風(fēng)力渦輪機的恢復(fù)時間信息來確定，以便最小化所述恢復(fù)時間。
[0038]特別是，當(dāng)功率提取被提高時并且當(dāng)功率需求被降低時，所述方法可以涉及建立或者應(yīng)用風(fēng)力渦輪機的操作的模型。所述模型可以包括風(fēng)力渦輪機特別是連接到發(fā)電機的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子和/或轉(zhuǎn)換器的數(shù)學(xué)/物理/自學(xué)習(xí)模型。從而，可以對當(dāng)轉(zhuǎn)子已被降低到當(dāng)前旋轉(zhuǎn)速度時轉(zhuǎn)子在給定風(fēng)力條件下重新開始穩(wěn)定狀態(tài)功率/標(biāo)稱旋轉(zhuǎn)速度可能花費多長時間建模。進一步地，所述模型可以指示通過從轉(zhuǎn)子提取附加的能量導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)速度的降低可以有效地從轉(zhuǎn)子提取多少能量。進一步地，所述模型可以確定最大化來自轉(zhuǎn)子的功率提取與最小化恢復(fù)時間之間的平衡。從而，可以解決優(yōu)化問題。
[0039]從而，可以改進所述方法。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的實施例，控制風(fēng)力渦輪機(涉及提高來自旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的功率提取和/或降低風(fēng)力渦輪機的功率需求)是基于需求減少容量信息、慣性容量信息、旋壓儲備信息以及恢復(fù)時間信息的組合的?？梢葬槍χT如風(fēng)速、濕度、溫度、轉(zhuǎn)子葉片螺距角等等之類的不同外部條件、公用電網(wǎng)電壓、公用電網(wǎng)頻率等等以及要求的凈功率增加獲得所有這些信息部分。從而，控制器可以說明什么消耗當(dāng)前正通過什么部件而發(fā)生。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的實施例，降低來自公用電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機的功率需求包括降低包括以下各項中的至少一個的至少一個電氣風(fēng)力渦輪機設(shè)備的功率需求:用于除去風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片上的冰的除冰系統(tǒng)、特別用于除去風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片上的冰的加熱系統(tǒng)、用于冷卻風(fēng)力渦輪機的機械和/或電氣部件的冷卻系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、用于使風(fēng)力渦輪機相對于風(fēng)力方向定向的偏航電機、用于移動風(fēng)力渦輪機的部件的液壓系統(tǒng)、不間斷電源系統(tǒng)、泵循環(huán)冷卻液或冷卻液。關(guān)于它們的能量消耗，可以在執(zhí)行方法時控制其他電氣風(fēng)力渦輪機設(shè)備。
[0042]所有這些電氣風(fēng)力渦輪機設(shè)備都可以被接通和/或斷開或者至少可以被操作以便降低它們的能量消耗。從而，這些電氣風(fēng)力渦輪機設(shè)備可以被個別地控制，其中每個特定設(shè)備可以具有指示在哪些外部條件期間相應(yīng)的風(fēng)力渦輪機設(shè)備可能是必要的或者這個設(shè)備必須如何在不同的外部條件下操作的操作信息，以便提供能量產(chǎn)生風(fēng)力渦輪機操作。從而，可以個別地針對適于當(dāng)前外部條件的風(fēng)力渦輪機中的每一個來降低功率需求。從而，可以確保風(fēng)力渦輪機的操作以允許能量生產(chǎn)，同時最小化來自公用電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機的功率需求。
[0043]渦輪機控制器可以連續(xù)不斷地監(jiān)控活動狀態(tài)開/關(guān)，并且可以一直重新計算以這個給定實例可以減少多少能量需求。這個值可以通過電站控制器來累積或者存儲。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的實施例所述方法還包括將控制信號供應(yīng)給連接到風(fēng)力渦輪機的發(fā)電機的轉(zhuǎn)換器從而使所述轉(zhuǎn)換器提高施加于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩以提高來自旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的功率提取。該控制信號可以涉及供應(yīng)給一個或多個可控開關(guān)的一個或多個柵(gate)的一個或多個脈寬調(diào)制信號，所述可控開關(guān)諸如包括在轉(zhuǎn)換器中的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。通過使用轉(zhuǎn)換器并且將相應(yīng)的控制信號提供給轉(zhuǎn)換器所述方法可以被簡化。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的實施例所述控制方法適于控制多個風(fēng)力渦輪機。特別是，所述方法可以通過風(fēng)電場控制器來執(zhí)行。特別是，風(fēng)電場控制器可以個別地控制特別地相對于風(fēng)力渦輪機的受推崇的構(gòu)造而適配的單獨風(fēng)力渦輪機。控制來為每個單獨的渦輪機設(shè)置需求響應(yīng)-慣性響應(yīng)和旋壓儲備的最佳組合可以有助于滿足對快速欠頻響應(yīng)的聚合電網(wǎng)要求。
[0046]應(yīng)該注意的是，個別地或以任何組合的方式針對用于控制風(fēng)力渦輪機的方法所公開、描述、提及、說明或者采用的特征還可以被應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的實例的用于控制風(fēng)力渦輪機的裝置并且反之亦然。
[0047]根據(jù)實施例，提供了用于特別在風(fēng)力渦輪機被連接到其的公用電網(wǎng)的頻率下降情況下控制風(fēng)力渦輪機的裝置，所述裝置被適配:以提高來自風(fēng)力渦輪機的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的功率提取，從而特別從標(biāo)稱旋轉(zhuǎn)速度降低轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度；并且同時地以特別根據(jù)標(biāo)稱功率需求降低來自公用電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機的功率需求，從而提高風(fēng)力渦輪機到公用電網(wǎng)的凈功率輸出。
[0048]所述裝置可以被適配成執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述裝置還包括:轉(zhuǎn)換器，其被連接到發(fā)電機并且被適配成使發(fā)電機提高作用于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩以便提高功率提?。浑娫聪到y(tǒng)，其適于控制從公用電網(wǎng)到風(fēng)力渦輪機電氣部件的電源，以便降低風(fēng)力渦輪機的功率需求。從而，渦輪機輸出如產(chǎn)生功率減去消耗功率而得到的功率量(通過風(fēng)力渦輪機部件)。因此，僅當(dāng)渦輪機不在產(chǎn)生任何功率時存在從公用電網(wǎng)拉出以操作風(fēng)力渦輪機部件的功率。
[0050]所述轉(zhuǎn)換器可以為包括AC-DC部、DC鏈路以及DC-AC部的AC-DC-AC轉(zhuǎn)換器，其中AC-DC部和DC-AC部每個都可以包括一個或多個可控開關(guān)，諸如IGBT，特別是每個包括六個IGBT。
[0051]所述電源系統(tǒng)可以包括一個或多個開關(guān)以便個別地接通和斷開一個或多個風(fēng)力渦輪機設(shè)備的電源。進一步，所述電源系統(tǒng)可以被適配成調(diào)整所述一個或多個風(fēng)力渦輪機電氣設(shè)備的功率消耗。
[0052]現(xiàn)將參考附圖對本發(fā)明進行描述。本發(fā)明不限于所描述或所圖示的實施例。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0053]圖1示意性地圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于控制風(fēng)力渦輪機的方法的流程圖；
圖2圖示了在根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法中考慮的圖形；圖3圖示了當(dāng)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法時實現(xiàn)的恢復(fù)延時；
圖4圖示了示出如在根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法中考慮的特定能量部分的貢獻的圖形；以及
圖5圖示了常規(guī)方法的恢復(fù)時間。
【具體實施方式】
[0054]圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于控制風(fēng)力渦輪機的方法100的流程圖。從而，許多風(fēng)力渦輪機101正在提供有關(guān)指示功率需求的最大減小的需求減少容量的信息103。另外，單獨的風(fēng) 力渦輪機101每個都將慣性容量信息104提供給控制器105。
[0055]信息103，即每個渦輪機101的多需求減少容量信息被提供給控制器105，所述控制器105可以接收特定需求容量103和特定慣性容量104以便獲得然后被提供給判定塊109的需求容量的總和107和慣性容量的總和108。
[0056]判定塊109進一步接收定義關(guān)于多個風(fēng)力渦輪機的凈功率輸出增加多少的需要量113的命令111。在判定塊109中測試需求減少容量的總和(sum(P_需求))是否大于所要求或者需要的附加功率的需要量(P_需要)。如果需求減少容量的總和(sum(P_需要))大于需要功率增加(P_需要)，則判定塊109被分支到方法步驟115，其中一個或多個風(fēng)力渦輪機的功率需求被降低諸如以有效地提高等于需要功率P_需要的風(fēng)力渦輪機的凈功率輸出。
[0057]如果需求減少容量的總和(sum(P_需求))不大于所要求的附加功率(P_需要)，則它被分支到方法步驟117，其中測試需求減少容量的總和(sum(P_需求))和慣性容量的總和(811!11(?_慣性))是否大于所要求的附加功率P_需要。如果情況是這樣的，則它被分支到方法步驟119，其中風(fēng)力渦輪機中的一個或多個的功率需求被降低并且其中進一步來自一個或多個風(fēng)力渦輪機的一個或多個旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的功率提取被提高，以便需要所要求的附加功率P_需要。
[0058]如果另一方面情況不是這樣的，則它被分支到方法步驟121，其中此外對于結(jié)合方法步驟119進行的測量利用了風(fēng)力渦輪機中的一個或多個的旋壓儲備，所述旋壓儲備允許從旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子以大于標(biāo)稱速度的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的風(fēng)力渦輪機中的一個或多個的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子提取附加的功率。這個邏輯還可以被用來動態(tài)地設(shè)置旋壓儲備基準(zhǔn)，以便使得僅旋壓儲備的需要量在任何給定時間是可得到的。
[0059]另外，用于特別在風(fēng)力渦輪機被連接到其的公用電網(wǎng)的頻率下降情況下控制一個或多個風(fēng)力渦輪機101的未圖示的裝置可以執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法100。
[0060]圖2圖示了圖形，其中在縱坐標(biāo)201上功率相對于實際功率的百分比被指示，同時在橫坐標(biāo)203上功率以標(biāo)稱功率的百分比來指示。曲線205指示具有配備有電能的特定數(shù)目的電氣設(shè)備的單個風(fēng)力渦輪機的需求減少容量，并且曲線207指示具有配備有來自公用電網(wǎng)的電能的甚至更多的電力設(shè)備的風(fēng)力渦輪機的另一示例。
[0061]如能夠從曲線205看到的，通過斷開電氣設(shè)備中的一個多個以約10%功率輸出產(chǎn)生的總功率的8%以上可以通過斷開這些電氣設(shè)備來節(jié)省。曲線207指示當(dāng)風(fēng)力渦輪機根據(jù)標(biāo)稱功率輸出的10%的功率輸出操作時，甚至幾乎能量的18%能夠通過斷開電氣設(shè)備來節(jié)省。另外，對于較大的功率輸出可以通過斷開或者調(diào)低風(fēng)力渦輪機的設(shè)備節(jié)省的能量的相對貢獻降低。特別是，在曲線205的情況下的需求響應(yīng)能夠貢獻生產(chǎn)水平的9%或大約20% (曲線 207)。
[0062]圖3圖示了當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于控制風(fēng)力渦輪機的方法被執(zhí)行時，在橫坐標(biāo)301上單位為m/s的風(fēng)速和在縱坐標(biāo)303上單位為秒的恢復(fù)延時。
[0063]如能夠從圖3中所了解的那樣，如由曲線305所指示的恢復(fù)延時對于O m/s與6m/s之間的風(fēng)速范圍是零，并且從6 m/s到其中達到最大值的9 m/s相對快速地提高。從那里恢復(fù)延時降低為在11 m/s處變成零，并且對于11 m/s與24 m/s之間的較高風(fēng)速值恢復(fù)延時保持在零位。小增加在24 m/s與26 m/s之間被觀察到。超過26 m/s恢復(fù)延時保持在零位。
[0064]與如圖5中所圖示的常規(guī)方法的恢復(fù)時間相比，所述恢復(fù)延時被特別有利地降低了。特別是，在圖5的橫坐標(biāo)501上風(fēng)速以m/s來指示并且在縱坐標(biāo)503上恢復(fù)時間以秒來指示。如能夠從圖5所了解的那樣，恢復(fù)時間505比圖3中圖示的恢復(fù)時間更高。特別是，恢復(fù)時間505在4 m/s與10 m/s之間的風(fēng)速范圍內(nèi)超過25 S，然而根據(jù)本發(fā)明的實施例的曲線305的恢復(fù)時間在這個風(fēng)速范圍內(nèi)是零。進一步，在9 m/s的風(fēng)速處常規(guī)方法的恢復(fù)時間是約25 s左右，然而根據(jù)本發(fā)明的實施例的恢復(fù)時間(圖3的曲線305)僅僅是大約15 s左右。
[0065]特別是，如能夠從3中取得的那樣恢復(fù)延時是O直到6 m/s，后面是恢復(fù)延時的成比例增加直到用于大約11 m/s的標(biāo)稱生產(chǎn)的風(fēng)速，并且最后下降到再次為O響應(yīng)延時直到約25 m/s被觀察到。特別是，對于具有固定高風(fēng)停止極限的渦輪機模型超過標(biāo)稱風(fēng)速一路直到40 m/s將不存在響應(yīng)延時。
[0066]對于具有高風(fēng)斜降功能的風(fēng)力渦輪機，可能在其中響應(yīng)的主要部分將必須來自轉(zhuǎn)換器而不是來自需求響應(yīng)函數(shù)的25 m/s附近存在小的響應(yīng)延時。
[0067]電站控制器可以以電站操作員能夠在任何給定時間針對該電站的實際操作條件對恢復(fù)延時預(yù)期的數(shù)值格式來計算恢復(fù)延時指示。從而，指數(shù)可以包括諸如需求減少容量信息和/或慣性容量信息之類的時間和容量指定作為總兆瓦指示或安裝容量的百分比或?qū)嶋H容量的百分比。另外，中央控制器還可以聚合針對所模擬的慣性響應(yīng)的哪一部分將通過需求響應(yīng)函數(shù)來執(zhí)行并且哪一部分將通過臨時轉(zhuǎn)換附加的動能并且將其輸出到公共公用電網(wǎng)來執(zhí)行的值，從而在需求響應(yīng)-慣性響應(yīng)與旋壓儲備之間進行分配。因此，中央控制器可以計算提高來自旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的功率提取的部分并且還計算降低風(fēng)力渦輪機的功率需求以便滿足此外要求的功率或能量的部分。
[0068]另外，少量的旋壓儲備可以通過一個或多個風(fēng)力渦輪機來保持。然而，可以僅在其中恢復(fù)延時響應(yīng)落在所期望的標(biāo)準(zhǔn)之外的特定風(fēng)力條件期間應(yīng)用這個。
[0069]圖4圖示了示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的針對需求減少容量、慣性容量以及旋壓儲備的不同貢獻。
[0070]橫坐標(biāo)401以m/s為單位指示風(fēng)速，而縱坐標(biāo)403指示實際功率輸出的百分比。在區(qū)域405中需求減少容量被指示。如能夠從圖4中所了解的那樣需求減少容量在低風(fēng)時即在I m/s與3 m/s之間是特別高的，其中需求減少容量從3 m/s下降到其中它達到零的約13 m/s。另外，對于較高風(fēng)速需求減少容量從24 m/s提高到非常高的值。
[0071]在區(qū)域407中旋壓儲備的貢獻被指示。能夠了解的是，該旋壓儲備被僅提供在兩個不同的風(fēng)速范圍內(nèi)，特別是在范圍從約7 m/s至9 m/s的范圍409內(nèi)和在范圍從約27 m/s至29 m/s的風(fēng)力范圍411內(nèi)。因此，在這些風(fēng)區(qū)中風(fēng)力電站以旋壓儲備來操作(特別轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度被提高超過其標(biāo)稱水平)以便使得在公用電網(wǎng)的頻率下降或電壓降情況下，能夠減少旋壓儲備(特別是旋轉(zhuǎn)速度)的量以便從旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子提取更多能量，以便使公用電網(wǎng)穩(wěn)定。從而，該旋壓儲備可以意指轉(zhuǎn)子速度改變但它還可以為僅螺距改變或兩者的組合。
[0072]在其他實施例中旋壓儲備跨越從例如約4 m/s到例如約29 m/s的較大風(fēng)速范圍通過在圖4中垂直地向上擴展區(qū)域407來提供。
[0073]另外，在速度范圍413內(nèi)，即在約4 m/s與28 m/s之間的范圍內(nèi)如由區(qū)域415所指示的慣性響應(yīng)是可得到的。
[0074]例如，如果外部條件對應(yīng)于9 m/s的風(fēng)速并且如果電網(wǎng)甚至發(fā)生諸如頻率下降，則如由雙箭頭417所指示的那樣需求減少容量將貢獻實際功率輸出的約3%。另外，如由雙箭頭419所指示的那樣慣性響應(yīng)將貢獻約6%。此外，如由雙箭頭421所指示的那樣旋壓儲備將貢獻有約1%至2%。如技術(shù)人員將理解的，在其他風(fēng)速處需求響應(yīng)、慣性容量以及旋壓儲備的相對貢獻可以假定不同的相對值。
[0075]在不同的實施方式中，來自旋壓儲備的貢獻可以通過本地渦輪機或電站儲能系統(tǒng)進一步減少對風(fēng)力渦輪機電站的需要以使功率溢出以便將慣性響應(yīng)的這個輔助服務(wù)提供給電網(wǎng)來提供。
[0076]尤其描述了用于特別在電站的渦輪機被連接到其的公用電網(wǎng)的頻率下降情況下控制電站特別是風(fēng)力電站的方法，所述方法包括:針對給定風(fēng)速來組合需求響應(yīng)、慣性響應(yīng)以及旋壓儲備以便風(fēng)力電站在每個風(fēng)速處以最小恢復(fù)時間和最小生產(chǎn)損失針對寬風(fēng)速范圍輸送快速聚合欠頻響應(yīng)。
[0077]應(yīng)該注意的是，術(shù)語“包括”不排除其它元件或步驟，并且“一”或“一個”不排除多個。并且可以組合與不同的實施例相關(guān)聯(lián)地描述的元件。還應(yīng)該注意的是，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)該被解釋為限制權(quán)利要求的范圍。
【權(quán)利要求】
1.用于特別在所述風(fēng)力渦輪機被連接到其的公用電網(wǎng)的頻率下降情況下控制風(fēng)力渦輪機(101)的方法(100)，所述方法包括: 提高來自所述風(fēng)力渦輪機(101)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的功率提取(419);并且同時地 特別根據(jù)標(biāo)稱功率需求來降低所述風(fēng)力渦輪機(101)的功率需求(417)，從而提高所述風(fēng)力渦輪機到所述公用電網(wǎng)的凈功率輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 接收命令(111)以將所述風(fēng)力渦輪機(101)的所述凈功率輸出提高需要量； 確定所述功率需求的最大減小小于所述需要量； 將所述風(fēng)力渦輪機的所述功率需求降低所述功率需求的所述最大減??；以及 提高來自所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的所述功率提取(419)使得所述需要量等于所提高的凈功率輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，提高來自所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的所述功率提取(419)導(dǎo)致將所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度從標(biāo)稱旋轉(zhuǎn)速度降低到低于所述標(biāo)稱旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，還包括: 在特別是5 m/s與12 m/s之間的第一風(fēng)速范圍(409)下或者在特別是23 m/s與30m/s之間的第二風(fēng)速范圍(411)下操作所述風(fēng)力渦輪機，` 針對給定風(fēng)速將來自所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的功率提取到為可用功率提取以下5%至10%的量， 接收命令(111)以將所述風(fēng)力渦輪機(101)的所述凈功率輸出提高需要量； 確定所述功率需求的最大減小小于所述需要量； 將特別來自所述電網(wǎng)的所述風(fēng)力渦輪機的所述功率需求(417)降低所述功率需求的所述最大減小；以及 提高來自所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的所述功率提取(419)使得所述需要量等于所述提高的凈功率輸出。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的方法， 其中，針對至少一個操作條件特別針對不同外部條件指示所述功率需求的所述最大減小的需求減少容量信息(103)被存取并且被處理以用于控制所述風(fēng)力渦輪機(101)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的方法， 其中，針對至少一個操作條件特別針對不同外部條件的指示特別在實際功率提取的5%與10%之間、來自所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的功率提取的最大增加的慣性容量信息(104)被存取并且被處理以用于控制所述風(fēng)力渦輪機(101)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的方法， 其中，特別針對至少一個操作條件、關(guān)于從旋轉(zhuǎn)速度損失恢復(fù)到所述標(biāo)稱旋轉(zhuǎn)速度的恢復(fù)時間的恢復(fù)時間信息被存取并且被處理以用于控制所述風(fēng)力渦輪機。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的方法， 其中，特別取決于所述凈功率輸出的需要增加，降低所述風(fēng)力渦輪機的所述功率需求的量以及提高來自所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的所述功率提取的量基于用于控制所述風(fēng)力渦輪機的所述恢復(fù)時間信息被確定，以便最小化所述恢復(fù)時間。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的方法，其中，所述控制是基于所述需求減少容量信息、所述慣性容量信息以及所述恢復(fù)時間信息的組合的。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的方法， 其中，降低特別來自所述電網(wǎng)的所述風(fēng)力渦輪機(101)的所述功率需求包括降低包括以下各項中的至少一個的至少一個電氣風(fēng)力渦輪機設(shè)備的功率需求: 用于除去所述風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片上的冰的除冰系統(tǒng)， 特別用于除去所述風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片上的冰的加熱系統(tǒng)， 特別用于加熱控制器附件的加熱系統(tǒng)， 用于冷卻所述風(fēng)力渦輪機的機械和/或電氣部件的冷卻系統(tǒng)， 照明系統(tǒng)， 用于使所述風(fēng)力渦輪機相對于所述風(fēng)力方向定向的偏航電機， 用于移動所述風(fēng)力渦輪機的部件的液壓系統(tǒng)， 不間斷電源系統(tǒng)， 泵循環(huán)冷卻液或冷卻液。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的方法，還包括: 將控制信號供應(yīng)給連接到所述風(fēng)力渦輪機的發(fā)電機的轉(zhuǎn)換器，從而使所述轉(zhuǎn)換器提高施加于所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩以提高`來自旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的所述功率提取。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的方法， 適于控制多個風(fēng)力渦輪機(101)。
13.用于特別在所述風(fēng)力渦輪機被連接到其的公用電網(wǎng)的頻率下降情況下控制風(fēng)力渦輪機(101)的裝置，所述裝置被適配: 以提高來自所述風(fēng)力渦輪機(101)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的功率提取(419);并且同時地以特別根據(jù)標(biāo)稱功率需求來降低所述風(fēng)力渦輪機(101)的功率需求(417)，從而提高所述風(fēng)力渦輪機到所述公用電網(wǎng)的凈功率輸出。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，還包括: 轉(zhuǎn)換器，其被連接到所述發(fā)電機并且被適配成使所述發(fā)電機提高作用于所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩以便提高所述功率提取； 電源系統(tǒng)，其適于控制從所述公用電網(wǎng)到風(fēng)力渦輪機電氣部件的電源，以便降低所述風(fēng)力渦輪機的功率需求。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或權(quán)利要求14所述的裝置，其適于控制風(fēng)力渦輪機(101): 以執(zhí)行用于自動地為每個單獨的風(fēng)力渦輪機建立旋壓儲備的所需要的水平以便在風(fēng)力電站針對所述給定風(fēng)力條件在欠頻事件期間輸送所規(guī)定的快速頻率響應(yīng)。
【文檔編號】F03D11/00GK103527407SQ201310269123
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月28日
【發(fā)明者】K.S.尼爾森 申請人:西門子公司