[发明专利]带有电网故障识别的风能设备所用的控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于带有风转子(Windrotor)和由该风转子驱动的发电机(Generator)的风能设备的控制装置，其中，发电机由风转子驱动，并且控制装置具有用于发电机转矩的转矩控制单元。

背景技术

现代风能设备实施成几乎仅转速可变的。这意味着，风转子(该风转子通常通过传动器驱动发电机)可取决于风条件以不同的转速运行。为此，在风转子处设置了这样的可能性，即，改变转子叶片(Rotorblatt)的偏角(Anstellwinkel)。通过改变偏角(桨距(Pitch))，改变由风转子从风中获得的风功率(Windleistung)。相应地通过转矩控制单元，改变发电机的转矩以及由此送出的电功率。传统的调节通常设置有，桨距控制单元(Pitch-Steuereinheit)和转矩控制单元被联接到上一级的运行点模块处，该运行点模块确定用于桨距和转速控制单元的预定理论值(Sollwertvorgabe)并且贴靠到桨距和转速控制单元处。

控制装置可如此地设计，即，使得桨距控制单元以及转矩控制单元彼此独立(文件US 6 137 187)。但是，还可设置成，这两个控制单元彼此相接合(文件DE 10 2005 029 000)，以使得利用这种接合可实现显著地改进在风能设备的部分和全负荷运行之间的过渡特性。

如果在运行中出现电网干扰、尤其为通过短路引起的短暂的电压扰动(Spannungseinbruch)，则由此还涉及转速可变的风能设备。通常WEA与电网分离，由此在电网中提供很少的功率。在短路情况中这会产生不良后果。因此追求的是，至少在短暂的电压扰动的情况下在电网处保持WEA，以使得在电压扰动结束时可尽可能地快速得再次将风能设备(WEA)的功率输送到电网中。在电压扰动的持续期间在电网处保留风能设备的这个观点被称作“低电压穿越(lowvoltage ride through)”。

基于在电网击穿(Zusammenbruch)的情况下电的电网参数的快速的变化，产生对WEA及其传动系统的相应的、高动态的影响。在该处产生振动。这种在电网扰动(Netzeinbruch)开始时产生的振动在实际中在电网扰动结束时(即在电压重返(Wiederkehr)时)再次被激发(anregen)。在此，可出现转矩峰值，转矩峰值位于两倍的额定力矩之上。由此，存在风能设备的传动系统的断裂危险和周围环境的损害危险。已知的补救措施在于，相应地过大设计(überdimensionieren)机械的传动系统的尺寸。但是这具有的缺点是，显著地提高WEA的制造成本。

发明内容

基于最后所提及的现有技术，本发明的目的为，在暂时的电压扰动时改进风能设备在电网处的特性(“低电压穿越”)。

根据本发明的解决方案存在于独立权利要求的特征中。有利的改进方案是从属权利要求的对象。

在用于带有风转子和发电机(该发电机由风转子以可变速的方式驱动)的风能设备的控制装置(该控制装置具有用于风转子转速的桨距控制单元和用于发电机转矩的转矩控制单元)中，根据本发明设置有用于识别电网扰动及该电网扰动结束的检测器、转矩发送器(Drehmomentgeber)(该转矩发送器在识别电网扰动后提供用于发电机转矩的预设值)和初始器(Initialisator)(该初始器在电网干扰识别后将转矩控制单元的部件初始化为预设值)。

本发明的核心是这样的构思，即，在结束电压扰动时强制将转矩控制单元置于一定的值。这可通过将积分器状态(Integratorzustand)置于与零相同的值(auf einen Wert identisch Null)而发生。由此实现，转矩控制单元由于初始化而处于这样的值(该值远离于控制单元的、尤其为在该控制单元中执行的调节器的可能的饱和极限)。本发明已意识到，在传统的方法中所使用的调节装置存在这样的危险，即，这些调节装置在电网扰动结束时运行到饱和中，因为实际所产生的实际力矩在电网扰动的持续期间强烈地偏离起始所设置的理论值。于是，调节器可能不再足够灵敏地对电网扰动的结束产生反应。本发明已意识到，通过删除控制装置的“记忆”，可避免这样的不利的结果。这通过初始化而实现。由此保证，在电网扰动结束时防止饱和，并且由此控制装置具有足够的调整裕量(Stellreserve)。利用初始化，可将控制装置置于初值，该初值引起传动系统振动的优化的衰减。本发明在小的消耗的情况下实现与振动衰减相关的令人惊讶的良好的结果。

在下文首先解释多个所使用的概念。