[发明专利]具有可变旋转速度特性的风能设施

说明书

技术领域

本发明涉及一种风能设施，该风能设施具有风轮(wind rotor)、被风轮驱动的双馈异步发电机，并且具有包括发电机侧逆变器(inverter)和电网侧逆变器的转换器以及控制器，该控制器被设计成确定用于操作旋转速度的操作扭矩，该操作扭矩不超过最大扭矩，并且进而具有电网频率探测器。

背景技术

现代风能设施被设计用于可变旋转速度，并且为此目的设有转换器。通常，它们具有双馈异步发电机，其定子被永久地连接到电网，并且转子经由转换器而被连接到电网。这允许发电机不仅在对应于电网频率的旋转速度下而且还在比相应于电网频率的旋转速度更低的旋转速度(或者由其决定的同步旋转速度)下操作，或者在比相应于同步旋转速度的旋转速度更高的旋转速度下操作。在实际旋转速度和由电网频率决定的同步旋转速度之间的相应差异被称作转差率。±30％或者在一些情形中甚至更大的转差率数值对于现代风能设施而言是正常的。风能设施因此能够在宽的旋转速度范围内操作。

对于确定转差率而言重要的同步旋转速度在实际电网上的实际操作期间不是恒定的，而是经历与电网频率相同的波动。例如，当在电网中发生过频率(overfrequency)时，则同步旋转速度相应地向上移位，并且反之亦然。如果结果转差率数值变得太高或者太低，则存在过载和损坏风能设施构件的风险。根据现有技术，用以避免这点的各种补救区域是已知的。

第一措施是基于分别地最差的极端情形设计风能设施的构件，即对于最大容许电网频率差异加以考虑。最后，这导致对构件的经计划的过度设计(overengineering)，并且因此在生产成本方面是相应地昂贵的。进而，当特性被与最差的情形匹配时，这导致在额定频率下的操作是低于最佳状态的，从而产生产出损失。另外，基于极端情形的这种设计仍然是完全地不充分的，并且进而稳态旋转速度范围应该被与电网频率匹配从而当实际欠频率(underfrequency)发生时在过度转子转差率的情形中、特别地在较重负载的情形中防止过载。

US 2007/069522A1公开了一种用于特性调整的不同的方案。电网频率得以测量从而确定是否存在过频率或者欠频率情况，从而作为其函数朝向同步点移位旋转速度/扭矩特性。这降低了实际上发生的转差率。全部特性因此作为实际电网频率的函数得以调整。这具有以下缺点，即，这个调整作用于整个操作范围内，由于不必要的降低，这能够同样地产生产出损失，如已经在上面关于基于极端情形的静态设计描述地。进而，这对于特定的操作状态例如对于过频率和高负载组合仅给出并不充分的保护。

特别地对于这种危急性操作情况不能保证足够的保护。

发明内容

针对以上刚刚引用的现有技术的背景，本发明是基于以下目的，即，指定一种改进的风能设施和一种减轻了上述缺点的操作方法。

根据本发明的方案在于独立权利要求的特征。有利的改进是从属权利要求的主题。

在这样一种风能设施的情形中，该风能设施具有风轮、被风轮驱动的双馈异步发电机，并且具有包括发电机侧逆变器和电网侧逆变器的转换器，以及被设计成确定用于操作旋转速度的操作扭矩的控制器，该操作扭矩不超过最大扭矩，本发明提供一种频率自适应扭矩限制器，该扭矩限制器具有用于容差范围(tolerance band)外的过频率或者欠频率的分类器、被设计成在频率差异的情形中减小最大扭矩的扭矩移位器(toque shifer)，和在欠频率下阻止扭矩移位的抑制器(inhibitor)，以及用于频率差异的信号被施加到其输入并且与分类器交互从而在过频率下仅仅下限旋转速度被增加并且在欠频率下仅仅上限被降低的频率依赖旋转速度限制器。

本发明是基于以下思想，即，并不在整个操作范围内调整(adapt)操作扭矩，而是仅仅相对于容许极限数值特别是最大数值执行所述调整，但是这种调整并非是以静态方式执行的，而是作为实际上发生的频率差异的函数以动态方式执行的。这使得关联在前已知的方案选项的在以前相矛盾的优点并且因此减小它们的各自的缺点成为可能。特别地，动态限制避免了总是发生的产出损失的缺点，例如在过去当对于最差的情形进行设计时已经在前地不可避免地发生的那些。因为仅仅极限数值而非整个特性在整个操作范围内移位，所以损失能够被进一步降低。