[发明专利]用于对诸如组合需求响应、惯性响应以及旋压储备的快速欠频之类的电网事件作出响应的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于特别在风力涡轮机被连接到其的公用电网的频率下降情况下控制诸如潮汐涡轮机或风力涡轮机之类的能量产生涡轮机以便提高公用电网的稳定性的一种方法和一种装置，所述风力涡轮机能够被配置成提供快速频率响应或惯性响应但同时最小化风力涡轮机在惯性响应之后以可接受的水平重新开始正常操作的恢复时间。

背景技术

在欠频事件期间，诸如当电网的频率降到标称频率以下时，常规风力涡轮机可以执行惯性响应功能以用于对电网稳定性作出贡献。从而，惯性响应功能可以从涡轮机转子拉出或者提取动能，从而降低转子的旋转速度。从而，转子的转换效率可能降级并且进一步在能够以转子的标称旋转速度恢复满生产水平之前涉及延时。

已经观察到，常规方法涉及特别有关恢复到正常操作的风力涡轮机的操作的问题。

可能存在对用于特别在公用电网的频率下降情况下控制被连接到公用电网的风力涡轮机的方法和装置的需要，其中与常规方法相比风力涡轮机的恢复时间被减少。

进一步，可能存在对用于特别在公用电网的频率下降情况下控制风力涡轮机的方法和装置的需要，其中可以以过度方式在不使风力涡轮机的操作劣化的情况下提高电网稳定性。

进一步，可能存在对用于控制风力涡轮机的方法和装置的需要，其中较大的可靠综合惯性响应能够提供有最小化的旋压储备量。

发明内容

根据本发明的实施例提供了用于特别在风力涡轮机被连接到其的公用电网的频率下降情况下控制风力电站特别是风力涡轮机电站的方法，所述方法包括：提高来自风力涡轮机的旋转转子的功率提取；并且同时地特别根据标称功率需求来降低特别来自公用电网的风力涡轮机的功率需求，从而提高风力涡轮机到公用电网的净功率输出。

特别在低风速下，提高功率提取可能导致特别从标称旋转速度降低转子的旋转速度。在高风速下转子的旋转速度可以保持不变但叶片螺距角可以被改变以提取更多能量。在后者情况下，可能不存在恢复时间。

所述方法将惯性响应与需求响应结合以便以更有效的方式对公用电网稳定性作出贡献。

进一步可以针对最大可能的工作范围来组合需求响应、惯性响应以及旋压储备以便以最低的风力生产损失量对电网频率稳定性作出贡献。

特别是，与常规方法相比可以扩展可以以其来应用所述方法的风速的范围以便覆盖0 m/s至约40 m/s，并且所提出的方法可以适用于年度的所有小时而不是仅在风速对于有功功率生产足够高的周期期间。

风力涡轮机可以包括一个或多个风力涡轮机转子叶片被连接到其的转子，其中转子驱动发电机，诸如具有带多个永磁体的外转子的同步发电机。该发电机可以将可变频率AC功率流提供给转换器，特别是将可变频率AC功率流转换为然后被提供给公用电网以便给多个消费者提供电能的固定频率AC功率流的AC-DC-AC转换器。

所述转换器可以通过相应的控制信号来控制以便调整发电机施加于转子的转矩。从而，来自旋转转子的功率提取可以被调整，特别通过提高由发电机作用于转子所施加的转矩而提高。从而，转子可以被减速诸如以假定低于标称旋转速度的旋转速度。标称旋转速度还可以被称为与转子被设计和构建成以给定风速运行的旋转速度相对应的额定旋转速度。转子的旋转速度还可以由发电机的旋转速度来表示。

功率提取可以指的是有功功率的提取和/或无功功率的提取。特别是，可以在公用电网的频率下降情况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过来自诸如可能未必需要公用电网的频率下降或电压降的电场导向器（park pilot）之类的控制器的特定命令来启动。

所述控制方法的主要目的是为了频率响应。

风力涡轮机可以包括在风力涡轮机的正常操作期间可能需要电能的一个或多个电气风力涡轮机部件。然而，这些电气风力涡轮机部件中的一些可能并非在所有情况下需要电能的供应或最大电能量的供应。特别是，在不妨碍风力涡轮机的操作的情况下这些电气风力涡轮机部件中的一些可以被断开持续一定时间段或者至少可以用降低的功率需求运行持续一定时间段。从而，风力涡轮机的功率需求可以被降低从而有效地对风力涡轮机的所增加的净功率输出作出贡献。风力涡轮机的净功率输出可以为从旋转转子提取的总功率或由转换器减少风力涡轮机的功率需求以便将电能提供给电气风力涡轮机部件所输出的总功率。

通过组合功率提取的提高和功率需求的降低公用电网可以被稳定，特别是有关期望的频率，同时可能不以过度的方式干扰风力涡轮机的操作，使得特别风力涡轮机可以在相对短的恢复时间之后重新开始标称操作或正常操作。