[发明专利]故障情况下风力涡轮发电机的转矩控制

说明书

技术领域

本发明涉及风力涡轮发电机的转矩控制，并且特别地但不排他地，涉及控制风力涡轮发电机转矩的方法、风力涡轮发电机的转矩控制器，包括该转矩控制器的风力涡轮机以及使用该方法的计算机程序产品。

背景技术

风力涡轮机技术是快速发展的技术领域。然而，风电场的安装和运行以及该风电场到公共电网的连接带来了一些技术上的挑战。风力涡轮机可能被安装在电网不是非常稳定的区域中，从而风电场的控制系统和/或风电场的各台风力涡轮机中的控制系统应当能够在运行期间发生所谓的电网故障或故障时采取措施。在此，故障可以被定义为导致公用输电系统(如，公共电网)上的电压在短时间(典型地小于500ms)内显著降低的设施扰动。故障可由接地和短路引起，并常常在闪电和风暴期间出现。显著电压降还可以是由于公用输电系统中负载的大幅变化所引起的。

常规地，可以使用故障保护电路来保护涡轮机免于这些电网故障。当检测到故障时，故障检测电路可以例如将涡轮机在故障期间产生的过剩电力倾泻到一些电阻器组中。一旦电阻器组过载，电力和相关转矩就在数毫秒内减小为零。类似的情况可能在风力涡轮机中的紧急停机被触发时发生。例如在特定的涡轮机元件有缺陷的情况下可能例如触发紧急停机。同样在该情况下，风力涡轮机的转矩在数毫秒内减小至零。

风力涡轮机转矩的突然减小使涡轮机和塔架暴露于严重的机械应力下。特别是在电网故障频繁发生的地区，频繁转矩关闭的影响是可能最终对风力涡轮机结构造成不利的机械影响。

因此，现有技术中需要改进的在电网故障和紧急停机期间的转矩控制。特别地需要如下这样的转矩控制，其缓解了关于风力涡轮机暴露于重机械负载的问题。

发明内容

本发明的一个目的是减少或消除现有技术中已知的缺点中的至少一个，并且在本发明的第一方面提供一种用于控制风力涡轮发电机的转矩的方法，其中所述方法可包括：接收故障信号；以及，响应于所述故障信号，在0.01和10秒之间、优选为0.5和1.5秒之间的预定时间段内将所述发电机的转矩从第一转矩值可控地降低(ramp down)至预定的第二转矩值。在一个实施例中，可基于一个或多个转矩参考值来降低所述发电机的转矩。这些计算的或者预先确定的参考值可限定对于故障信号的期望转矩响应，其中转矩参考值被确定为使得故障期间风力涡轮机结构上的机械应力最小。

在另一实施例中，所述转矩降低可进一步包括：确定所述发电机的实际转矩值；将所述实际转矩值与所述参考转矩值中的至少一个进行比较；如果所述实际转矩值偏离所述参考转矩值，则将所述实际转矩值控制为所述参考转矩值。因此，可使用直接转矩控制方法以允许对于检测到的故障信号的快速转矩响应。

在又一实施例中，所述方法可包括：在所述转矩降低期间将存储在转换器(converter)中的功率的至少一部分释放给一个或多个制动电阻器。通过这种方式，在快速降低期间，可以高效地释放过剩能量，从而减小受损的可能性。

在进一步的实施例中，所述方法可包括：检测故障信号的结束；响应于故障信号的所述结束，在达到所述第二转矩值的情况下停止所述转矩降低；以及，优选在0.01和10秒之间、优选为0.5和1.5秒之间的预定时间段内，将所述转矩升高至所述第一转矩值。从而，在故障之后，转矩可被以风力涡轮机结构受到最小机械应力的方式高效地升高。

在又一实施例中，所述第一转矩值代表正常工作转矩值，并且其中所述第二转矩值代表低转矩值，该低转矩值大约在所述正常工作转矩值的0和50％之间，优选地20％和40％之间。从而，本发明不仅允许在低电压穿越期间进行转矩控制，还允许在紧急停机要求风力涡轮机在很短时间内被设为零转矩状态时进行转矩控制。

在一个变型中，所述故障信号可由所述转换器控制器响应于检测到电网故障而产生，电网故障包括额定电网电压值减小至低电网电压值，或者其中所述故障信号由风力涡轮机控制器响应于检测到所述风力涡轮机的元件的至少一部分的故障或紧急停机而产生。

在又一方面，本发明可涉及用于控制风力涡轮机中转矩的转矩控制器，其中所述转矩控制器被配置为接收故障信号；以及，响应于所述故障信号，在0.01和10秒之间、优选为0.5和1.5秒之间的预定时间段内将所述发电机的转矩从第一转矩值可控地降低至预定的第二转矩值。