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      具有電網(wǎng)故障調(diào)節(jié)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備及其運(yùn)行方法

      文檔序號(hào):7423474閱讀:346來(lái)源:國(guó)知局
      專利名稱:具有電網(wǎng)故障調(diào)節(jié)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備及其運(yùn)行方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備,該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備具有由風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)和用于 產(chǎn)生電能的逆變器以及控制裝置,其中所述電能被饋送到電網(wǎng)中。
      背景技術(shù)
      在電能傳輸網(wǎng)絡(luò)或分配網(wǎng)絡(luò)中,必須始終考慮可能由于短路形成孤立電網(wǎng)。在孤 立電網(wǎng)中,電壓、頻率以及相位不再與主電網(wǎng)的相應(yīng)參數(shù)同步運(yùn)行。這尤其在排除電網(wǎng)故障 之后的重新接通時(shí)導(dǎo)致高補(bǔ)償電流,由此可能出現(xiàn)元件的過(guò)載或者損壞。此外,在具有同步 發(fā)電機(jī)的傳統(tǒng)發(fā)電站中存在以下危險(xiǎn)孤立電網(wǎng)的偏差如此大,以至于發(fā)電機(jī)在接通到其 余電網(wǎng)時(shí)發(fā)生傾覆。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備往往設(shè)置在多風(fēng)并且人口密度低的地方。在很多情況中,這決定了 風(fēng)力發(fā)電設(shè)備通過(guò)能量傳輸網(wǎng)絡(luò)的相對(duì)較長(zhǎng)且很少互連的饋線(AuslSufer)進(jìn)行連接。 由于該設(shè)置,風(fēng)力發(fā)電設(shè)備相對(duì)容易地由于孤立電網(wǎng)的形成而發(fā)生干擾情況。這既適用于單獨(dú)存在的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備也適用于組成風(fēng)電場(chǎng)的多個(gè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。如果風(fēng)力發(fā)電設(shè)備設(shè)置在該孤立電網(wǎng)中,則對(duì)于這些風(fēng)力發(fā)電設(shè)備而言容易出現(xiàn) 電網(wǎng)頻率相對(duì)快速的升高。對(duì)此,一個(gè)重要的因素是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備_與在傳統(tǒng)發(fā)電站中所 使用的同步發(fā)電機(jī)不同-僅僅具有較小的慣性。由于更高的偏差,在重新接通時(shí)可能出現(xiàn) 更大程度的補(bǔ)償過(guò)程,由此產(chǎn)生損害風(fēng)險(xiǎn)。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的任務(wù)在于,對(duì)開(kāi)始部分所述類型的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備進(jìn)行改進(jìn),使得所述風(fēng) 力發(fā)電設(shè)備在電網(wǎng)中短路時(shí)或者孤立電網(wǎng)形成時(shí)表現(xiàn)出更良好的特性。根據(jù)本發(fā)明的解決方案記載在獨(dú)立權(quán)利要求的特征中。有利的擴(kuò)展方案是從屬權(quán) 利要求的主題。根據(jù)本發(fā)明,在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中設(shè)有由風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)和用于產(chǎn)生被饋送 到電網(wǎng)中的電能的逆變器以及控制裝置,其中所述控制裝置具有電網(wǎng)干擾模塊,所述電 網(wǎng)干擾模塊包括用于測(cè)量電網(wǎng)的至少一個(gè)電參數(shù)的測(cè)量裝置、用于識(shí)別電網(wǎng)干擾和輸 出開(kāi)關(guān)信號(hào)的檢測(cè)器、基于由測(cè)量裝置所確定的參數(shù)而產(chǎn)生用于逆變器的替換引導(dǎo)向量 (Fuhrungsvektor)的參考發(fā)生器以及故障引導(dǎo)單元,所述故障引導(dǎo)單元具有故障分類器并 且與其它元件協(xié)作,使得在孤立運(yùn)行時(shí)在欠壓情形中激活快速頻率調(diào)節(jié)器,所述快速頻率 調(diào)節(jié)器作用于逆變器,以便在電網(wǎng)頻率有偏差時(shí)改變有功功率饋送。本發(fā)明的工作原理如下借助于測(cè)量裝置測(cè)量電網(wǎng)的電參數(shù)并且由此確定頻率和 /或相位。測(cè)量裝置優(yōu)選被構(gòu)造為使得所述測(cè)量裝置在電網(wǎng)故障時(shí)繼續(xù)提供電網(wǎng)頻率或相 位。借助于所述檢測(cè)器可以根據(jù)所述信號(hào)以及在期望情形下的其它信號(hào)-如電壓或電流或 者從外部預(yù)給定的信號(hào)-確定孤立電網(wǎng)是否已經(jīng)形成。如果檢測(cè)器根據(jù)信號(hào)識(shí)別到孤立 電網(wǎng)形成,則所述檢測(cè)器輸出相應(yīng)的開(kāi)關(guān)信號(hào)。參考發(fā)生器被構(gòu)造用于產(chǎn)生參考值,所述參考值作為引導(dǎo)向量施加到逆變器上。在由檢測(cè)器所確定的電網(wǎng)干擾的持續(xù)時(shí)間的跨度上產(chǎn) 生所述參考值。該參考值在此例如是相位大小、旋轉(zhuǎn)指針或者固定指針。借助引導(dǎo)向量,可 以在電網(wǎng)故障時(shí)如電網(wǎng)引導(dǎo)的逆變器那樣運(yùn)行所述逆變器。因此,也可以在具有非常低的 剩余電壓的嚴(yán)重的電壓驟降時(shí)(短路)_例如在低于為額定電壓的5-15%的閾值時(shí)-仍然 繼續(xù)向電網(wǎng)饋送電流,而在如此低的電壓下無(wú)法可靠識(shí)別相位的傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備會(huì)調(diào) 節(jié)后續(xù)的饋電。因此,根據(jù)本發(fā)明可以在具有低剩余電壓的強(qiáng)電壓驟降情形中通過(guò)繼續(xù)饋 電來(lái)支持電網(wǎng)。 故障分類器被構(gòu)造用于區(qū)分不同種類的電網(wǎng)干擾。如果故障分類器在與檢測(cè)器協(xié) 作的情形下識(shí)別到孤立電網(wǎng)形成,則通過(guò)故障分類器激活頻率調(diào)節(jié)單元。所述頻率調(diào)節(jié)單 元被構(gòu)造用于以快速的時(shí)間常數(shù)(小于100ms)將由逆變器輸出的功率的頻率調(diào)節(jié)到期望 值。頻率調(diào)節(jié)單元通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)以上所述特征頻率調(diào)節(jié)單元通過(guò)逆變器改變有功功 率饋送,更確切地說(shuō),如此改變有功功率饋送,使得電壓的頻率以及優(yōu)選還有該電壓的相位 被調(diào)節(jié)到額定值。 以下闡釋一些所使用的概念“孤立電網(wǎng)”理解為電網(wǎng)故障,其中,電網(wǎng)的一部分-其中連接了相應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電設(shè) 備-不再以相同的電壓特性和頻率特性占主導(dǎo)的方式與整個(gè)電網(wǎng)連接。“引導(dǎo)向量”理解為用于逆變器的控制信號(hào),該控制信號(hào)包含一個(gè)或多個(gè)確定該逆 變器的開(kāi)關(guān)特性并且因此確定由逆變器輸出的有功功率/無(wú)功功率的元素?!翱焖僬{(diào)節(jié)”理解為具有比傳統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)小至少一個(gè)數(shù)量級(jí)的時(shí)間常數(shù)的調(diào)節(jié)。 優(yōu)選地,這涉及IOOms或更小的時(shí)間常數(shù)。這例如可以通過(guò)在頻率調(diào)節(jié)單元中保存有例如 隨著頻率升高而降低有功功率饋送的額定曲線、函數(shù)或者表來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的核心基于以下構(gòu)思,即將三個(gè)不同的方面進(jìn)行組合。第一方面在于識(shí)別 電網(wǎng)故障并且因此識(shí)別可能的孤立電網(wǎng)形成。第二方面在于為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備提供關(guān)于電 網(wǎng)頻率或相位的自己的參考值,從而該電網(wǎng)頻率或相位不是基于通過(guò)電網(wǎng)的由于電網(wǎng)故障 而根本不存在的引導(dǎo)而指示的。第三方面在于在孤立電網(wǎng)形成時(shí)提供快速頻率調(diào)節(jié),所 述快速頻率調(diào)節(jié)借助風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的逆變器調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備,使得所輸出的電功率具有 與根據(jù)參考值的頻率相一致的頻率并且盡可能也具有與根據(jù)參考值的相位相一致的相位。 這意味著,頻率調(diào)節(jié)器改變有功功率饋送,使得調(diào)節(jié)差盡可能到零。因此實(shí)現(xiàn),逆變器在暫 時(shí)形成孤立電網(wǎng)的情形中也包含與剩余電網(wǎng)同步的電網(wǎng)頻率(以及必要時(shí)的相位)。根據(jù) 本發(fā)明,補(bǔ)償電流-如在故障排除后出現(xiàn)的補(bǔ)償電流-不出現(xiàn)或者僅僅以較低的程度出現(xiàn)。 這與傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備相比是顯著的優(yōu)點(diǎn),傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備通常根本不能識(shí)別孤立 電網(wǎng)形成,并且由此逆變器在缺少通過(guò)電網(wǎng)的引導(dǎo)的情況下以及因?yàn)槿鄙賾T性而不可能保 持剩余電網(wǎng)的頻率。這樣在故障排除之后出現(xiàn)頻率偏差和顯著的補(bǔ)償電流。因此,根據(jù)本 發(fā)明,具有逆變器的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備獲得相對(duì)于電網(wǎng)故障-如隨著孤立電網(wǎng)形成的電壓驟降 或者短路-的穩(wěn)定性,該穩(wěn)定性可與具有同步發(fā)電機(jī)的大型的傳統(tǒng)發(fā)電站的穩(wěn)定性相比, 其中所述同步發(fā)電機(jī)由于其慣性而具有顯著的自然的頻率穩(wěn)定性。因此,風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在 短路并且由此暫時(shí)形成孤立電網(wǎng)時(shí)(尤其是在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備連接到長(zhǎng)的未互連的電網(wǎng)饋 線上時(shí)出現(xiàn))可以與剩余電網(wǎng)幾乎同步地繼續(xù)運(yùn)行。優(yōu)選地,故障引導(dǎo)單元還包括電壓調(diào)節(jié)器,所述電壓調(diào)節(jié)器被構(gòu)造用于通過(guò)改變
      6無(wú)功功率饋送來(lái)調(diào)節(jié)由逆變器輸出的電功率的電壓。因此,可以將該電壓調(diào)節(jié)到額定值。在 此,適宜的是,該額定值是引導(dǎo)向量的一個(gè)元素,該元素由參考發(fā)生器確定并且約等于電網(wǎng) 故障出現(xiàn)之前電網(wǎng)中的電壓。如果未調(diào)節(jié)到這樣的值,則以適宜的方式設(shè)有用于電壓調(diào)節(jié) 器的輔助運(yùn)行方式,其中電壓被調(diào)節(jié)到尚不導(dǎo)致逆變器過(guò)載的最大值上。適宜的是,故障引導(dǎo)單元被進(jìn)一步構(gòu)造為使得在短路情形中可以借助引導(dǎo)向量作 為替代來(lái)引導(dǎo)逆變器。電網(wǎng)跟隨單元可以與故障引導(dǎo)單元協(xié)作。所述電網(wǎng)跟隨單元可被構(gòu)造用于限制電 網(wǎng)中的相位角與由風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的逆變器饋送的功率的相位角之間的角差。為此適宜的 是,所述電網(wǎng)跟隨單元具有角偏差檢測(cè)器和限制器,借助所述角偏差檢測(cè)器由電網(wǎng)處的頻 率的信號(hào)和逆變器處的頻率的信號(hào)形成差值并且由此確定角偏差,所述限制器將該角偏差 限制為可預(yù)給定的角差。如果在電網(wǎng)干擾時(shí)形成除風(fēng)力發(fā)電設(shè)備外還包含其它發(fā)電裝置的 孤立電網(wǎng),則電網(wǎng)中的頻率和相位不單獨(dú)由該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備確定,從而可能出現(xiàn)不同。在此 設(shè)置由風(fēng)力發(fā)電設(shè)備饋送到孤立電網(wǎng)中的功率以及耗電器的類型和數(shù)量所確定的角差???以通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的逆變器向電網(wǎng)進(jìn)行饋電所采用的角度來(lái)改變電網(wǎng)電壓的角度。 但是在此,電網(wǎng)角度的變化不允許過(guò)大,以便避免風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在所饋送的功率方面過(guò)載 以及避免由于過(guò)快的變化而導(dǎo)致的調(diào)節(jié)振蕩。有利的是,故障引導(dǎo)單元被構(gòu)造用于識(shí)別電網(wǎng)故障的結(jié)束并且向故障引導(dǎo)單元輸 出第二開(kāi)關(guān)信號(hào)。為此監(jiān)視電網(wǎng)電壓的走向和/或相位的變化。在快速的重新上升或者跳 躍式的變化時(shí)可以結(jié)束快速頻率調(diào)節(jié)并且將有功功率重新調(diào)節(jié)到故障出現(xiàn)以前那樣。為了 在此實(shí)現(xiàn)盡可能均勻的過(guò)渡,故障引導(dǎo)單元優(yōu)選具有轉(zhuǎn)換模塊,所述轉(zhuǎn)換模塊在結(jié)束快速 頻率調(diào)節(jié)時(shí)借助于傳遞函數(shù)、例如斜坡函數(shù)使有功功率回到預(yù)給定值。所述預(yù)給定值可以 是當(dāng)前所要求的值,如在電網(wǎng)中存在的值,或者是電網(wǎng)故障出現(xiàn)以前的原始值。有利的是,故障引導(dǎo)單元具有輸入通道,在孤立運(yùn)行時(shí)通過(guò)所述輸入通道至少可 預(yù)給定頻率和/或相位。因此,根據(jù)期望可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的外部控制。這在不僅 一個(gè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備而且具有多個(gè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)被控制或者風(fēng)力發(fā)電設(shè)備應(yīng)彼 此同步的情況下是尤其有利的。以相應(yīng)的方式,故障引導(dǎo)單元還具有輸出通道,在孤立運(yùn)行 時(shí)通過(guò)所述輸出通道輸出引導(dǎo)向量。因此可以告知外部的操縱臺(tái)或其它的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備關(guān) 于頻率、相位或者電壓的信息,以便使它們同步。優(yōu)選地,故障引導(dǎo)單元具有時(shí)間模塊。所述時(shí)間模塊用于在電網(wǎng)故障出現(xiàn)之后控 制風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的特性,更確切地說(shuō),適宜地根據(jù)其它條件控制風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的特性。因 此可以設(shè)置在可預(yù)給定的持續(xù)時(shí)間結(jié)束之后或者在低于與時(shí)間有關(guān)的電壓和/或頻率限 制特性曲線之后關(guān)閉風(fēng)力發(fā)電設(shè)備或者將風(fēng)力發(fā)電設(shè)備與電網(wǎng)分離。為此,時(shí)間模塊適宜 地與故障分類器協(xié)作。因此,時(shí)間模塊可被構(gòu)造用于在持續(xù)的接近于零的低電壓情形下在 可調(diào)節(jié)的相對(duì)較短的第一持續(xù)時(shí)間之后才使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備與電網(wǎng)分離并且在此之前繼續(xù) 饋電。該情形在短路與風(fēng)力發(fā)電設(shè)備非常接近時(shí)尤其重要,其中不考慮立即排除短路。通 過(guò)快速的分離可以確保不對(duì)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備附近的短路進(jìn)行不可靠的長(zhǎng)時(shí)間的饋電。反過(guò) 來(lái),電壓上升一定的大小也是如此,這所給出的提示是故障位于距風(fēng)力發(fā)電設(shè)備較遠(yuǎn)的距 離處。這樣可以假定能夠?qū)崿F(xiàn)故障排除,從而可以設(shè)置直到關(guān)斷風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的更長(zhǎng)的持 續(xù)時(shí)間。在可預(yù)給定的第二持續(xù)時(shí)間之后檢查是否存在持續(xù)的欠壓(例如低于額定電壓的50%的欠壓)。由此認(rèn)為存在嚴(yán)重的、未被排除的電網(wǎng)故障并且關(guān)閉風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。同 樣,在識(shí)別到孤立運(yùn)行時(shí),可以在確定的第三持續(xù)時(shí)間結(jié)束之后關(guān)閉風(fēng)力發(fā)電設(shè)備;但不應(yīng) 排除繼續(xù)運(yùn)行并且僅僅根據(jù)外部的信號(hào)關(guān)閉運(yùn)行。即隨后才關(guān)斷風(fēng)力發(fā)電設(shè)備或者根本不 關(guān)斷風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。因此提高整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性,因?yàn)樵陔娋W(wǎng)故障時(shí)更多地饋送風(fēng)力 發(fā)電設(shè)備。有利的是,當(dāng)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備與其它風(fēng)力發(fā)電設(shè)備相鄰時(shí)-如在一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)中,電 網(wǎng)干擾模塊可以具有同步模塊。同步模塊與故障引導(dǎo)單元和頻率調(diào)節(jié)器連接并且與故障引 導(dǎo)單元和頻率調(diào)節(jié)器協(xié)作,以便利用外部的站點(diǎn)來(lái)調(diào)整引導(dǎo)向量。借助所述調(diào)整可以識(shí)別 和補(bǔ)償風(fēng)力發(fā)電設(shè)備之間的不期望的偏差,如由于信號(hào)檢測(cè)和信號(hào)處理之間因不理想的精 度而導(dǎo)致的不可避免的差異。為此,適宜地檢測(cè)頻率和相位并且必要時(shí)也檢測(cè)電壓,并且借 助時(shí)間戳將所述頻率和相位并且必要時(shí)的電壓作為向量存儲(chǔ)。因此可以確定風(fēng)力發(fā)電設(shè)備 之間的角差。為此目的,同步模塊優(yōu)選具有時(shí)間參考。但不應(yīng)排除的是,同步模塊利用故障 引導(dǎo)單元的時(shí)間模塊。為了在建立風(fēng)電場(chǎng)中的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備時(shí)與其它風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、電場(chǎng) 控制器聯(lián)系或者與外部的站點(diǎn)、例如電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的操縱臺(tái)聯(lián)系,同步模塊有利地具有通信 單元。但為了避免高成本也可以與故障引導(dǎo)單元協(xié)作,從而將故障引導(dǎo)單元的輸入通道和 輸出通道用于同步。發(fā)電機(jī)本身可以具有任意結(jié)構(gòu),例如同步發(fā)電機(jī)、異步發(fā)電機(jī)或者優(yōu)選地雙饋異 步發(fā)電機(jī)。雙饋異步發(fā)電機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)在需要時(shí)進(jìn)行快速頻率調(diào)節(jié)甚至可以作用于逆 變器的兩個(gè)反相換流器,以便通過(guò)相應(yīng)地接收或者饋送有功功率來(lái)實(shí)現(xiàn)快速頻率變化。此外適宜的是,可以實(shí)質(zhì)斷路裝置(用于消除逆變器的中間電路中的能量的電 路),其中快速頻率調(diào)節(jié)作用于該斷路裝置。通過(guò)控制斷路裝置來(lái)消除能量,即降低有功功 率,由此可以快速地并且高效地作用于頻率。附加地或替代地,也可以設(shè)置可控電阻作為耗 電器,該可控電阻同樣可被用于降低有功功率。本發(fā)明還涉及一種用于運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的方法,所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備具有由風(fēng)輪 驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)和用于產(chǎn)生被饋送到電網(wǎng)中的電能的逆變器,所述方法具有以下步驟測(cè)量 電網(wǎng)的至少一個(gè)電參數(shù),檢測(cè)和輸出開(kāi)關(guān)信號(hào),基于所測(cè)量的參數(shù)生成參考值作為用于逆 變器的引導(dǎo)向量,在識(shí)別出開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)對(duì)故障進(jìn)行分類,其中在短路故障情形中取代電網(wǎng) 而借助引導(dǎo)向量來(lái)控制逆變器以饋送電功率,并且在孤立運(yùn)行時(shí)在欠壓故障情形中實(shí)施快 速頻率調(diào)節(jié),其中通過(guò)改變有功功率饋送來(lái)調(diào)節(jié)電網(wǎng)頻率。為了詳細(xì)地闡述所述方法和有利的擴(kuò)展方案參考以上實(shí)施例。本發(fā)明進(jìn)一步延伸到具有多個(gè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備并具有電場(chǎng)控制器的風(fēng)電場(chǎng)以及用 于運(yùn)行所述風(fēng)電場(chǎng)的方法,其中所述電網(wǎng)干擾模塊設(shè)置在電場(chǎng)控制器中。為電場(chǎng)的各個(gè)風(fēng) 力發(fā)電設(shè)備求得有功功率的值以及必要時(shí)求得無(wú)功功率的值,向風(fēng)力發(fā)電設(shè)備傳輸這些值 并且以此方式實(shí)現(xiàn)所期望的頻率調(diào)節(jié)或電壓調(diào)節(jié),如以上所詳細(xì)描述的那樣。為了使風(fēng)力 發(fā)電設(shè)備同步,這些風(fēng)力發(fā)電設(shè)備適宜地與電場(chǎng)控制器進(jìn)行通信。但這些風(fēng)力發(fā)電設(shè)備也 可以彼此通信,這提高了相對(duì)于電場(chǎng)控制器故障的運(yùn)行可靠性。但也可以設(shè)置與電場(chǎng)外的 站點(diǎn)、如電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的操縱臺(tái)進(jìn)行通信并且同步到該電場(chǎng)外站點(diǎn)的值。這具有以下優(yōu)點(diǎn)在 孤立電網(wǎng)持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的情況下也可以與電網(wǎng)同步地運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。
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      以下參考附圖闡釋本發(fā)明,在這些附圖中示出本發(fā)明的有利的實(shí)施例。圖1示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的示意圖;圖2示出風(fēng)力發(fā)電設(shè)備連接至電網(wǎng)的示意圖;圖3示出根據(jù)本發(fā)明的電網(wǎng)干擾模塊的示意圖;圖4示出電網(wǎng)故障期間電網(wǎng)中的相位角的曲線圖;圖5示出根據(jù)圖3的電網(wǎng)干擾模塊的可選擴(kuò)展。
      具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備包括塔10,該塔10具有可擺動(dòng)地設(shè)置 在其上端的機(jī)器室11。在塔10的正面可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)有風(fēng)輪12,該風(fēng)輪12通過(guò)輪軸(未示 出)驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)電機(jī)2。逆變器3與發(fā)電機(jī)2連接。此外,在機(jī)器室11中設(shè)置 有控制裝置4,該控制裝置4通過(guò)(未示出的)信號(hào)線路與發(fā)電機(jī)2和逆變器3以及與外部 的信號(hào)源(未示出)連接。由風(fēng)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)輪12通過(guò)輪軸向發(fā)電機(jī)2輸送機(jī)械能,該發(fā)電機(jī)2相應(yīng)地產(chǎn)生電 能。發(fā)電機(jī)2優(yōu)選地是具有定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的雙饋異步電機(jī)。在定子繞組上連接有連接線路16,該連接線路16通過(guò)塔10底部的中壓變壓器17 和接觸器18與能量分配網(wǎng)絡(luò)9連接。逆變器3借助其機(jī)器側(cè)的反相換流器31與發(fā)電機(jī)2 的轉(zhuǎn)子繞組連接,該反相換流器31通過(guò)中間電路32與逆變器3的電網(wǎng)側(cè)的反相換流器33 連接。逆變器3與連接線路16連接。此外,在中間電路32上連接有斷路裝置(Chopper) 34, 該斷路裝置34根據(jù)開(kāi)關(guān)信號(hào)從中間電路32中攝取電能并且將其轉(zhuǎn)換成熱。控制裝置4被構(gòu)造用于根據(jù)不同的預(yù)給定值來(lái)控制逆變器3,尤其是控制由逆變 器3產(chǎn)生的有功功率和無(wú)功功率??刂蒲b置4可由上級(jí)的運(yùn)行控制裝置(未示出)和/或 電場(chǎng)控制器7供給控制量和/或引導(dǎo)量,控制裝置4與該電場(chǎng)控制器7通過(guò)(未示出的) 通信連接保持連接。此外可以設(shè)置例如借助于數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸(未示出)來(lái)接入外部的控 制信號(hào)。如在圖1中僅僅粗略地示意性示出的那樣,在圖2中詳細(xì)地示出風(fēng)力發(fā)電設(shè)備 1(或者風(fēng)電場(chǎng);為了簡(jiǎn)化僅僅參考風(fēng)力發(fā)電設(shè)備)到能量分配網(wǎng)絡(luò)9的連接。風(fēng)力發(fā)電設(shè) 備1通過(guò)其中壓變壓器和接觸器18連接到第一母線81。母線例如可以是風(fēng)電場(chǎng)的內(nèi)部連 接網(wǎng)絡(luò),在該內(nèi)部連接網(wǎng)絡(luò)上連接有其它風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1’。第一母線81通過(guò)多個(gè)-在所 示示例中兩個(gè)_連接線路83、84與第二母線82連接。連接線路83、84可以是短的,但在通 常情形中具有可觀的長(zhǎng)度,使得連接線路83、84的有功電阻和無(wú)功電阻(在圖2中通過(guò)等 效元件示出)不可忽略。兩個(gè)連接線路83和84在它們母線81、82的端部處分別具有開(kāi)關(guān) 元件85、86、87、88。第二母線82連接到能量分配網(wǎng)絡(luò)9,更確切地說(shuō),可能通過(guò)高壓變壓器 (未示出)連接到能量分配網(wǎng)絡(luò)9。此外,在圖2中通過(guò)閃電符號(hào)Fl和F2示例性地示出兩個(gè)可能的電網(wǎng)故障的地點(diǎn)。 以下簡(jiǎn)短地闡述故障時(shí)的特性。觀察兩種類型的故障第一故障Fl在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備Fl附 近而第二故障F2在第二母線82附近。故障應(yīng)在于出現(xiàn)短路。短路的結(jié)果是在該區(qū)域中 電壓驟降至接近于零,并且風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)電機(jī)可能對(duì)短路進(jìn)行饋電。
      首先,詳細(xì)地闡述傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在兩種故障時(shí)的特性如果短路故障位于 區(qū)域Fl中,則風(fēng)力發(fā)電設(shè)備處的剩余電壓顯著下降。該剩余電壓如此低,以至于可能發(fā)生 傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的關(guān)斷。傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在關(guān)斷之后才重新進(jìn)行再同步并且隨后 在母線81的區(qū)域中達(dá)到足夠電壓水平時(shí)重新向電網(wǎng)饋電?,F(xiàn)在假設(shè)在第二母線82中出現(xiàn) 故障F2。因?yàn)檩^遠(yuǎn)的距離,風(fēng)力發(fā)電設(shè)備處的剩余電壓還足夠高(高于約為額定電壓的5% 至15%的閾值),從而風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的逆變器可以繼續(xù)向電網(wǎng)饋送電功率。但通常在風(fēng)力 發(fā)電設(shè)備中存在問(wèn)題,即由于與具有同步發(fā)電機(jī)的傳統(tǒng)發(fā)電站相比慣性較小而快速地出現(xiàn) 頻率變化或者相位偏差。這導(dǎo)致所涉及的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的區(qū)域中的相位差異和頻率升高。因此,具有逆變器的傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在沒(méi)有附加措施的情況下不能使電網(wǎng)頻 率和相位與其余電網(wǎng)保持同步。這導(dǎo)致在故障排除之后由于偏差的頻率或相位可能產(chǎn)生顯 著的補(bǔ)償電流。為了抵消,根據(jù)本發(fā)明設(shè)有電網(wǎng)干擾模塊5。在圖3中示出該電網(wǎng)干擾模塊5。以下詳細(xì)闡述該電網(wǎng)干擾模塊5的結(jié)構(gòu)和工作 原理。用于測(cè)量電網(wǎng)各相中的電壓或者電流的測(cè)量敏感元件(Messaufnehmer)50、50’設(shè)置 在電網(wǎng)側(cè)中壓變壓器17處。測(cè)量敏感元件50、50’的測(cè)量信號(hào)作為輸入信號(hào)施加到測(cè)量裝 置51上。測(cè)量裝置51由此確定電網(wǎng)電壓U、電網(wǎng)電壓的頻率f和相位φ的參數(shù)。電網(wǎng)電壓 U的信號(hào)以及電網(wǎng)頻率f的信號(hào)施加到檢測(cè)器52上。檢測(cè)器52包含用于輸入信號(hào)的差分 級(jí)52 ’,從而除電網(wǎng)電壓U的絕對(duì)值外還提供電壓變化信號(hào)Δ U并且相應(yīng)地除電網(wǎng)頻率的絕 對(duì)信號(hào)外還提供電網(wǎng)頻率變化信號(hào)Af。應(yīng)注意替代地,除電壓外也可以使用電網(wǎng)電流。 根據(jù)所施加的信號(hào),檢測(cè)器52基于頻率的大小或者變化和/或基于電壓U的大小或者變化 來(lái)確定是否已從風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1所連接的電網(wǎng)9中形成孤立電網(wǎng)。在識(shí)別出孤立電網(wǎng)形 成時(shí),檢測(cè)器52向其輸出端輸出相應(yīng)的開(kāi)關(guān)信號(hào)。由測(cè)量裝置51產(chǎn)生的頻率f的信號(hào)和相位φ的信號(hào)作為輸入信號(hào)施加到參考發(fā)生 器53上。參考發(fā)生器53由此借助于振蕩裝置——如穩(wěn)態(tài)振蕩器、PLL或者高精度無(wú)線電時(shí) 鐘——產(chǎn)生電網(wǎng)頻率的連續(xù)參考值。在此,參考發(fā)生器53被構(gòu)造為使得在測(cè)量裝置52的 信號(hào)消失時(shí)也繼續(xù)產(chǎn)生該參考值。該參考值包括頻率信號(hào)fs以及相位信號(hào)<ps。該參考值作 為引導(dǎo)向量在參考發(fā)生器53的輸出端輸出并且通過(guò)開(kāi)關(guān)元件73施加到逆變器3上。該開(kāi) 關(guān)元件73根據(jù)所施加的控制信號(hào)接通引導(dǎo)向量。由檢測(cè)器52產(chǎn)生的針對(duì)孤立電網(wǎng)形成的開(kāi)關(guān)信號(hào)被施加在故障引導(dǎo)單元54的輸 入端上。在其它輸入端上施加電網(wǎng)電壓的信號(hào)以及可選地電網(wǎng)中的電流以及所饋送的無(wú)功 功率Q的其它信號(hào)。另一輸入端可被設(shè)置為作為引導(dǎo)信號(hào)CMD的輸入通道,該引導(dǎo)信號(hào)CMD 例如用于關(guān)閉風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。故障引導(dǎo)單元54包括故障分類器55、時(shí)間模塊56以及轉(zhuǎn)換 模塊57。故障分類器55用于根據(jù)所施加的輸入信號(hào)來(lái)確定是否存在電網(wǎng)干擾以及必要時(shí) 存在哪種電網(wǎng)干擾并且選擇合適的運(yùn)行方式。通過(guò)輸出通道OUT可以輸出運(yùn)行狀態(tài)和/參 數(shù),如電壓U和頻率f的參數(shù)。對(duì)于孤立電網(wǎng)形成時(shí)的運(yùn)行設(shè)有快速頻率調(diào)節(jié)器64。該頻率調(diào)節(jié)器64包括差分 環(huán)節(jié)62,在該差分環(huán)節(jié)62的輸入端施加由測(cè)量裝置51所確定的電網(wǎng)頻率信號(hào)f和由參考 發(fā)生器53所產(chǎn)生的額定電網(wǎng)頻率的信號(hào)。頻率調(diào)節(jié)器64被構(gòu)造用于在所測(cè)量的頻率與額 定頻率之間存在偏差的情況下以優(yōu)選為10至50ms的快速時(shí)間常數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)要由逆變器3饋 送的有功功率P。為此,頻率調(diào)節(jié)器64在其輸出端上提供額定有功功率的信號(hào)Ps,該信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)元件74施加到逆變器3的控制輸入端上。此外,頻率調(diào)節(jié)器通過(guò)控制線路與逆變器 3的斷路裝置34連接。在需要時(shí),該頻率調(diào)節(jié)器可以通過(guò)控制斷路裝置34消除能量,即快 速地降低有功功率,以便快速并且高效地防止頻率過(guò)度升高。此外設(shè)有電網(wǎng)跟隨單元67。該電網(wǎng)跟隨單元67包括角偏差檢測(cè)器68和限制器 69。角偏差檢測(cè)器68具有兩個(gè)輸入端,在這兩個(gè)輸入端上分別施加(如由測(cè)量裝置所確定 的)電網(wǎng)中的角度(相位)的信號(hào)以及逆變器3的相位(pr。由差值形成角偏差(角差)的 信號(hào)。該信號(hào)施加在限制器上,該限制器在大小方面并且必要時(shí)也在變化速度方面將該信 號(hào)限制在臨界值并且在電網(wǎng)跟隨單元的輸出端輸出該信號(hào)。輸出信號(hào)施加在參考發(fā)生器53 上。因此導(dǎo)致改變引導(dǎo)向量的相位,使得逆變器3以不超過(guò)臨界值的相位饋送電功率。此外設(shè)有可選的附加電壓調(diào)節(jié)器65。該電壓調(diào)節(jié)器65包括差分環(huán)節(jié)63,該差分 環(huán)節(jié)63由實(shí)際上所測(cè)量的電網(wǎng)電壓U和所施加的額定電壓隊(duì)形成一個(gè)差值。電壓調(diào)節(jié)器 63被構(gòu)造用于基于該電壓差值確定額定無(wú)功功率Qs,該額定無(wú)功功率Qs作為控制信號(hào)通過(guò) 開(kāi)關(guān)元件75施加到逆變器3上。以下參考圖3詳細(xì)地闡述運(yùn)行方式。借助于測(cè)量裝置51測(cè)量電網(wǎng)的電流和電壓 并且由此確定電網(wǎng)頻率f以及相位φ的信號(hào)?;谌绱舜_定的頻率信號(hào)和相位信號(hào),參考發(fā) 生器53產(chǎn)生連續(xù)的參考值。該參考值可被用作為控制逆變器3的引導(dǎo)向量。此外,檢測(cè)器 52分析由測(cè)量裝置51所確定的電壓以及頻率或相位的信號(hào)并且在識(shí)別到孤立電網(wǎng)形成時(shí) 輸出一個(gè)輸出信號(hào)。只要沒(méi)有識(shí)別到孤立電網(wǎng)形成,則重復(fù)以上所述過(guò)程。如果識(shí)別到孤 立電網(wǎng)形成,則在故障分類器55上施加開(kāi)關(guān)信號(hào)。該故障分類器55根據(jù)同樣被施加的電 壓U的信號(hào)確定電壓是否位于為可靠識(shí)別電壓而設(shè)置的閾值以下(該閾值例如是電網(wǎng)9 的額定電壓的5%至15% )。在此情形中,在故障分類器55的第一運(yùn)行方式中接通開(kāi)關(guān)元 件73,從而由參考發(fā)生器53所產(chǎn)生的引導(dǎo)向量施加到逆變器3上。因此,逆變器3繼續(xù)饋 送電流,而在現(xiàn)有技術(shù)中在電壓低于閾值的情況下停止繼續(xù)饋電。相反,如果電壓U高于預(yù)給定的閾值,則在由檢測(cè)器52識(shí)別到孤立電網(wǎng)形成的情 況下由故障分類器55激活根據(jù)本發(fā)明的快速頻率調(diào)節(jié)。為此,接通開(kāi)關(guān)元件74。在進(jìn)行快 速頻率調(diào)節(jié)時(shí)嘗試,借助幾十毫秒范圍內(nèi)的時(shí)間常數(shù)將電網(wǎng)頻率重新調(diào)節(jié)到所期望的值。 頻率調(diào)節(jié)器64通過(guò)以下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)以上特征通過(guò)控制信號(hào)來(lái)改變逆變器3的有功功率饋 送P。在此可選地設(shè)置,不僅對(duì)頻率f進(jìn)行調(diào)節(jié),而且也更多地考慮相位φ·相位的額定值可 以由參考發(fā)生器53提供。根據(jù)差值求得調(diào)節(jié)偏差,該調(diào)節(jié)偏差導(dǎo)致由逆變器3所饋送的有 功功率P的相應(yīng)變化。如果附加地通過(guò)操縱開(kāi)關(guān)元件75激活運(yùn)行方式——電壓調(diào)節(jié),則以 相應(yīng)的方式測(cè)量實(shí)際電壓并將實(shí)際電壓與額定值進(jìn)行比較。作為額定值,由測(cè)量裝置51所 確定的參考值可用于出現(xiàn)電網(wǎng)故障前的電壓。只要已經(jīng)從出現(xiàn)電網(wǎng)故障前的電壓中獲得該 參考值,則該參考值例如可以是電網(wǎng)故障前的值在一個(gè)可預(yù)給定的時(shí)間段上的平均值,其 中已經(jīng)測(cè)量出出現(xiàn)電網(wǎng)故障前的值并且已經(jīng)將其存儲(chǔ)在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控制裝置中。電壓 調(diào)節(jié)器65根據(jù)所求得的電壓差值形成控制信號(hào),該控制信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)元件75施加到逆變 器3上,從而根據(jù)該電壓差值來(lái)改變由逆變器提供的無(wú)功功率。適宜的是設(shè)置,在電壓差值 過(guò)大的情況中被調(diào)節(jié)到一個(gè)確定的最大值,該最大值不導(dǎo)致逆變器的過(guò)載。如果電網(wǎng)故障被排除-這可以由故障分類器55例如根據(jù)電壓U的快速重新升高 或者相位φ的跳躍式變化來(lái)確定,則故障引導(dǎo)單元54通過(guò)關(guān)斷開(kāi)關(guān)元件73、74、75來(lái)結(jié)束快速頻率調(diào)節(jié)并且由逆變器3饋送的有功功率被重新調(diào)節(jié)到故障出現(xiàn)之前的值或者外部的 預(yù)給定值。為此設(shè)有轉(zhuǎn)換模塊57,該轉(zhuǎn)換模塊57例如實(shí)現(xiàn)斜坡函數(shù)。由轉(zhuǎn)換模塊57產(chǎn)生 的相應(yīng)的控制信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)元件77傳輸?shù)侥孀兤?,該開(kāi)關(guān)元件77在此情形中被故障分類 器55接通。通過(guò)與時(shí)間模塊56的協(xié)作,故障分類器55檢查在可調(diào)節(jié)的、例如故障出現(xiàn)之后 150ms的第一持續(xù)時(shí)間內(nèi),是否盡管饋送無(wú)功功率但電壓一直保持在接近零的值上。如果情 形如此,則故障分類器識(shí)別到風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1附近的短路(故障情形Fl),并且在該第一持 續(xù)時(shí)間結(jié)束之后輸出用于使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1與電網(wǎng)分離的信號(hào)(例如斷開(kāi)接觸器18)。因 此可以確保,不對(duì)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1附近的短路不可靠地長(zhǎng)時(shí)間饋送電功率。相反,如果電壓 U在饋送無(wú)功功率之后上升超過(guò)可調(diào)節(jié)的臨界值,則故障分類器55識(shí)別到在距風(fēng)力發(fā)電 設(shè)備1的較遠(yuǎn)距離處存在故障(故障情形F2)。隨后,風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1可在較長(zhǎng)的時(shí)間段 上運(yùn)行,由此向電網(wǎng)饋送附加的功率,這對(duì)于保持電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性是有利的。適宜的是, 故障分類器55隨后激活輸入通道。因此可以實(shí)現(xiàn)從外部預(yù)給定頻率額定值,隨后相應(yīng)地 逼近(anfahren)該頻率額定值。因此可以實(shí)現(xiàn)孤立電網(wǎng)中的電物理量與電網(wǎng)9中的那些 電物理量的重新同步。此外優(yōu)選設(shè)置故障分類器55通過(guò)輸出通道OUT輸出頻率和電壓 的實(shí)際值,以便可以使對(duì)孤立電網(wǎng)中的頻率和電壓的調(diào)節(jié)與其它發(fā)電裝置——如其它風(fēng)力 發(fā)電設(shè)備——協(xié)調(diào)一致。此外,故障分類器55檢查電網(wǎng)電壓在可確定的第二持續(xù)時(shí)間、優(yōu) 選400ms之后是否超過(guò)一個(gè)電壓閾值——例如額定電壓的50%。如果電網(wǎng)電壓沒(méi)有超過(guò)該 值,則故障分類器55識(shí)別到電網(wǎng)中的嚴(yán)重的、未被排除的故障并且輸出用于關(guān)閉風(fēng)力發(fā)電 設(shè)備的開(kāi)關(guān)信號(hào)。相反,如果可以用超過(guò)閾值的電壓來(lái)進(jìn)行孤立運(yùn)行,則風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在外 部的命令信號(hào)的情況下才被關(guān)閉。在圖4a和4b中示出在電網(wǎng)故障時(shí)根據(jù)本發(fā)明的快速頻率調(diào)節(jié)的運(yùn)行的特征曲 線。圖4a示出電網(wǎng)電壓的角φ以及在電網(wǎng)干擾期間由參考發(fā)生器53所產(chǎn)生的參考角<Ps 通過(guò)電網(wǎng)電壓的角位置約15至20°的跳躍可以明顯看出在0.2s時(shí)發(fā)生干擾并且在3. 8s 時(shí)干擾結(jié)束。在圖4b中示出不具有(上方曲線)和具有(下方曲線)根據(jù)本發(fā)明的快速 頻率調(diào)節(jié)的電網(wǎng)電壓的角變化Δφ??梢钥闯鱿辔唤堑念~定值與實(shí)際值之間的調(diào)節(jié)差被 具有短的時(shí)間常數(shù)的快速頻率調(diào)節(jié)器64調(diào)節(jié)到接近于零的值。圖5示出電網(wǎng)干擾模塊5的可選補(bǔ)充。附加地設(shè)有同步模塊58,該同步模塊58通 過(guò)數(shù)據(jù)線路與故障分類器55、頻率調(diào)節(jié)器64以及電壓調(diào)節(jié)器65 (兩個(gè)調(diào)節(jié)器在圖5中未示 出)連接。同步模塊優(yōu)選地包括自己的通信單元59和時(shí)間參考59’,但也可以通過(guò)故障分 類器55進(jìn)行通信或接收其時(shí)間模塊56的時(shí)間信號(hào)。同步模塊58用于將風(fēng)力發(fā)電設(shè)備與 電場(chǎng)控制器7或外部的控制站(如電網(wǎng)9的運(yùn)營(yíng)商的操縱臺(tái))和/或與優(yōu)選設(shè)置在同一風(fēng) 電場(chǎng)中的其它風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1’連接。同步模塊58使自己的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的引導(dǎo)向量與其 它風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1’或與電場(chǎng)控制器7(或者控制站)的引導(dǎo)向量均衡。為此,同步模塊56 被構(gòu)造為使得該同步模塊為當(dāng)前的引導(dǎo)向量配備由時(shí)間參考(或者時(shí)間模塊56)提供的時(shí) 間戳并且通過(guò)通信單元59輸出該當(dāng)前的引導(dǎo)向量。反過(guò)來(lái),同步模塊58接收其它風(fēng)力發(fā) 電設(shè)備或電場(chǎng)控制器7 (或者控制站)的相應(yīng)的信號(hào)。時(shí)間戳被提取并且當(dāng)前的引導(dǎo)向量 在考慮時(shí)間信息的情況下被計(jì)算出來(lái)并且被輸出到故障分類器55。在此可以設(shè)置可選的不同變型方案。在第一變型方案中,電場(chǎng)控制器7中央地輸出用于電壓、頻率以及相位的引導(dǎo)量。在各風(fēng)力發(fā)電設(shè)備處同樣檢測(cè)這些物理量并且由此 計(jì)算出偏差,所述偏差被存儲(chǔ)。在出現(xiàn)電網(wǎng)故障的情況下,對(duì)由電網(wǎng)干擾模塊5所確定的弓I 導(dǎo)向量與電場(chǎng)控制器7的引導(dǎo)向量進(jìn)行協(xié)調(diào)。這在考慮所存入的偏差的情況下進(jìn)行,使得 至少使頻率一致并且在需要時(shí)根據(jù)電壓和電流的當(dāng)前值以及電特性——例如連接線路83 和84——來(lái)重新計(jì)算相位。在第二變型方案中,分布式地進(jìn)行同步。為此,風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1 的同步模塊58與至少一個(gè)其它的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1’進(jìn)行通信。在此,通信結(jié)構(gòu)可設(shè)置成簡(jiǎn) 單的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1、1’的串聯(lián)形式或者互連形式,其中風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1中的每一個(gè)與事先 確定的相鄰的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1’進(jìn)行通信。在第三變型方案中,該通信與風(fēng)電場(chǎng)以外的外部 點(diǎn)進(jìn)行。該點(diǎn)間隔的距離優(yōu)選為使得該點(diǎn)在出現(xiàn)電網(wǎng)故障時(shí)不位于孤立電網(wǎng)中而是位于剩 余電網(wǎng)9中的概率很小。因此在這些變型方案中,也可以在持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的孤立電網(wǎng)形成 中使頻率和電壓與電網(wǎng)9中的頻率和電壓保持同步。
      權(quán)利要求
      一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備,具有由風(fēng)輪(12)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)(2)和用于產(chǎn)生被饋送到電網(wǎng)(9)中的電能的逆變器(3)以及控制裝置(4),其特征在于,所述控制裝置具有電網(wǎng)干擾模塊(5),所述電網(wǎng)干擾模塊(5)包括以下裝置作為元件測(cè)量裝置(51),用于測(cè)量所述電網(wǎng)(9)的至少一個(gè)電參數(shù),檢測(cè)器(52),用于識(shí)別電網(wǎng)干擾和輸出開(kāi)關(guān)信號(hào),參考發(fā)生器(53),所述參考發(fā)生器(53)基于由所述測(cè)量裝置(51)確定的參數(shù)產(chǎn)生用于所述逆變器(4)的替代引導(dǎo)向量,以及故障引導(dǎo)單元(54),所述故障引導(dǎo)單元(54)具有故障分類器(55)并且與其它元件(51 53)協(xié)作,使得在孤立運(yùn)行時(shí)在欠壓情形中激活快速頻率調(diào)節(jié)器(64),所述快速頻率調(diào)節(jié)器(64)作用于所述逆變器(4),以便在電網(wǎng)頻率有偏差時(shí)改變有功功率饋送P。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備, 其特征在于,所述故障引導(dǎo)單元(54)進(jìn)一步與電壓調(diào)節(jié)器(65)協(xié)作,以便在孤立運(yùn)行時(shí)通過(guò)改變 無(wú)功功率Q來(lái)調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備, 其特征在于,所述故障引導(dǎo)單元(54)被進(jìn)一步構(gòu)造為在短路情形中將所述替代引導(dǎo)向量接入到所 述逆變器⑶。
      4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備, 其特征在于,所述故障引導(dǎo)單元(54)具有時(shí)間模塊(56)。
      5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備, 其特征在于,所述故障分類器(55)與所述時(shí)間模塊(56)協(xié)作,使得在持續(xù)的短路時(shí)在第一持續(xù)時(shí) 間之后不再向所述電網(wǎng)饋電。
      6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備, 其特征在于,所述故障分類器(55)與所述時(shí)間模塊(56)協(xié)作,使得在持續(xù)的欠壓時(shí)在第二持續(xù)時(shí) 間之后不再向所述電網(wǎng)重新饋電。
      7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備, 其特征在于,所述故障分類器(55)與所述時(shí)間模塊(56)協(xié)作,使得在孤立運(yùn)行時(shí)在第三持續(xù)時(shí)間 之后不再向所述電網(wǎng)(9)饋電。
      8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備, 其特征在于,在電壓上升時(shí),所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備(1)在可調(diào)節(jié)的更長(zhǎng)時(shí)間段的跨度上繼續(xù)向所述電 網(wǎng)(9)饋電。
      9.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備, 其特征在于,所述故障引導(dǎo)單元(54)具有輸入通道(CMD),在孤立運(yùn)行時(shí)通過(guò)所述輸入通道(CMD) 能夠預(yù)給定至少頻率和/或相位。
      10.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備, 其特征在于,所述故障引導(dǎo)單元(54)具有輸出通道(OUT),在孤立運(yùn)行時(shí)通過(guò)所述輸出通道(OUT) 輸出所述引導(dǎo)向量。
      11.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備, 其特征在于,所述發(fā)電機(jī)(2)是雙饋異步電機(jī)。
      12.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備, 其特征在于,所述快速電壓調(diào)節(jié)器(64)附加地作用于耗電器。
      13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備, 其特征在于,所述耗電器是所述逆變器(3)處的斷路裝置(35)。
      14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備, 其特征在于,所述耗電器是可控電阻。
      15.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備, 其特征在于,所述故障引導(dǎo)單元(54)具有轉(zhuǎn)換模塊(57),使得在所述孤立運(yùn)行結(jié)束時(shí)使施加在所 述逆變器上的用于有功功率的信號(hào)重新回到預(yù)給定值。
      16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備, 其特征在于,所述預(yù)給定值是電網(wǎng)故障出現(xiàn)前的原始值或者是當(dāng)前所要求的值。
      17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備, 其特征在于,所述轉(zhuǎn)換模塊(57)具有斜坡函數(shù)。
      18.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備, 其特征在于,設(shè)有電網(wǎng)跟隨單元,所述電網(wǎng)跟隨單元被構(gòu)造用于限制角差。
      19.根據(jù)權(quán)利要求21所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備, 其特征在于,所述電網(wǎng)跟隨單元具有角偏差檢測(cè)器和限制器。
      20.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備, 其特征在于,設(shè)有同步模塊(58),所述同步模塊(58)與所述故障引導(dǎo)單元(54)和所述頻率調(diào)節(jié)器 (64)連接并且協(xié)作,以便利用外部的站點(diǎn)調(diào)整所述引導(dǎo)向量。
      21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備,其特征在于,所述同步模塊與時(shí)間參考(56)協(xié)作,以便為所述引導(dǎo)向量配備時(shí)間戳。
      22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備, 其特征在于, 所述同步模塊(58)具有通信單元(59)。
      23.一種風(fēng)電場(chǎng),具有電場(chǎng)控制器(7)和多個(gè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備(1),所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備具 有由風(fēng)輪(12)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)(2)和用于產(chǎn)生被饋送到電網(wǎng)(9)中的電能的逆變器(3),其特征在于,所述電場(chǎng)控制器具有電網(wǎng)干擾模塊(5),所述電網(wǎng)干擾模塊(5)根據(jù)權(quán)利要求1至19 中任一項(xiàng)構(gòu)造。
      24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的風(fēng)電場(chǎng), 其特征在于,根據(jù)權(quán)利要求20至22中任一項(xiàng)所述的同步模塊設(shè)置在所述控制裝置(4)處。
      25.一種用于運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的方法,所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備具有由風(fēng)輪(12)驅(qū)動(dòng)的發(fā) 電機(jī)(2)和用于產(chǎn)生被饋送到電網(wǎng)(9)中的電能的逆變器(3),其特征在于以下步驟 測(cè)量所述電網(wǎng)(9)的電參數(shù), 檢測(cè)孤立電網(wǎng)形成,并輸出開(kāi)關(guān)信號(hào),基于所測(cè)量的參數(shù)為所述逆變器(3)生成參考值作為引導(dǎo)向量, 在識(shí)別到所述開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)對(duì)故障進(jìn)行分類,其中,在孤立運(yùn)行時(shí)在欠壓情形中進(jìn)行快速頻率調(diào)節(jié),在所述快速頻率調(diào)節(jié)時(shí)借助于 所述逆變器(4)通過(guò)改變有功功率P來(lái)調(diào)節(jié)所述電網(wǎng)(9)的頻率。
      26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法, 其特征在于,使用根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述的電網(wǎng)干擾模塊(5)。
      27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法, 其特征在于,運(yùn)行根據(jù)權(quán)利要求18至20中任一項(xiàng)所述的同步模塊(58)。
      28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法, 其特征在于,使所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備與電場(chǎng)控制器(7)同步。
      29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法, 其特征在于,與另一風(fēng)力發(fā)電設(shè)備(1’ )同步。
      30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法, 其特征在于,接收電場(chǎng)外的預(yù)給定值并且與這些預(yù)給定值同步。
      全文摘要
      風(fēng)力發(fā)電設(shè)備,具有由風(fēng)輪(12)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)(2)和用于產(chǎn)生被饋送到電網(wǎng)(9)中的電能的逆變器(3)以及控制裝置(4)??刂蒲b置具有特殊的電網(wǎng)干擾模塊(5),其作為元件包括用于測(cè)量電網(wǎng)(9)的頻率的電參數(shù)的測(cè)量裝置(51);用于識(shí)別孤立電網(wǎng)形成和輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)的檢測(cè)器(52);參考發(fā)生器(53),其基于由測(cè)量裝置(51)確定的參數(shù)產(chǎn)生用于逆變器(4)的替代控制向量;故障引導(dǎo)單元(54),其具有故障分類器(55)并且與其它元件(51-53)協(xié)作,使得在孤立運(yùn)行時(shí)在欠壓情況中激活快速頻率調(diào)節(jié)器(64),快速頻率調(diào)節(jié)器(64)作用于逆變器(4),以便在電網(wǎng)頻率有偏差時(shí)改變有功功率饋送P。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了識(shí)別電網(wǎng)故障并且可以在孤立運(yùn)行時(shí)通過(guò)針對(duì)性的有功功率改變將頻率調(diào)節(jié)到出現(xiàn)干擾之前的重新確定的電網(wǎng)頻率的值。
      文檔編號(hào)H02J3/38GK101897098SQ200880120290
      公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2008年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月12日
      發(fā)明者J·福特曼 申請(qǐng)人:再生動(dòng)力系統(tǒng)股份公司
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