[发明专利]操作风力涡轮机的方法及其适用系统

说明书

背景技术

本发明涉及一种操作风力涡轮机的方法。此外，本发明涉及用于控制风力涡轮机的操作的控制器系统。最后，本发明涉及一种风力涡轮机。

由于带有变频器的风力涡轮机中有大量的灵敏功率电子设备，过电压(OV)正获得风电场所有者和风力涡轮机制造商的关注。输电系统运营商也对这种现象感兴趣，因为离岸风电场的电网连接系统中发生了状况，其中绝缘系统在以前从未遇到过的状况中受到压力。已经观察到高达2p.u.(每单元)的过电压。

根据电网法规研究，在WTG端子上可能会施加高达2倍的标称电网电压的电压。例如，在澳大利亚，暂时的OV可能高达1.6pu，在加拿大Manitoba，暂时的OV可以高达2.0pu。

在W.Sweet的文章“Danish Wind Turbines Take Unfortunate Turn”，IEEE Spectrum，vol.41，no.11，pp.30，2004中，报道过在丹麦的西海岸，由海底电缆连接的名为Horns Rev1的离岸风电场在陆上连接点的主断路器跳闸时经受过高达2p.u.的过电压，使得风电场与电缆和风电场变压器隔离而单独运行。

尽管这样的事件很少，但这表示了损坏风力涡轮机中设备的风险。丹麦输电系统运营商就这样结合规划新的离岸风电场对这种OV进行调查。这些调查表明，OV水平受到很多参数的影响，包括断开连接之前风力涡轮机的运行特性、保护系统、相关频率范围中电缆和变压器表达的控制和精确度。

希望提供一种非常有效且容易实施的、应对风力涡轮机的过电压的方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种操作风力涡轮机的方法。风力涡轮机包括涡轮机转子、发电机和电力变换器，所述涡轮机转子具有至少一个有可变桨距角的叶片，所述电力变换器经由第一断路器连接到所述发电机并经由第二断路器连接到电网。根据该方法，监测电网处的过电压事件。如果检测到过电压事件，该方法包括打开所述第一断路器和所述第二断路器；禁止所述电力变换器主动操作；将耗电单元连接到所述发电机以消耗从所述发电机输出的电力；以及向顺桨位置移动所述至少一个叶片的桨距角。

在闭合时，第一和断路器第二断路器将电力变换器分别连接到发电机和电网。在开关打开时，将电力变换器从发电机和电网断开连接。

禁止电力变换器主动操作表示(或至少包括)禁止向电力变换器发送PWM(脉宽调制)信号。反之，启用电力变换器的主动操作可以包括不再禁止向变换器发送PWM信号。

耗电单元连接到发电机的输出以消耗来自其的电力。耗电单元可以包括电阻器或具有多个电阻器的电阻器组。耗电单元还可以包括连接于发电机输出和电阻器库之间或在任何其他状况位置的开关。在正常状态期间，开关是“打开”的，电阻器组不连接到发电机。在检测到过电压事件时，开关“闭合”，电阻器组由此连接到发电机的输出以消耗来自其的电力。

叶片的顺桨位置是叶片不会经受由风产生的任何提升的桨距角。在涡轮机的所有叶片都处在顺桨位置时，涡轮机转子停止旋转，因此停止发电。处在顺桨位置的叶片的桨距角通常大约为90度，但顺桨位置可能在其他角度。

本发明的第一方面允许涡轮机应对严重的电网过电压事件(例如，高达2pu或更高)而不损伤涡轮机中有功部件(power component)，还能够在过电压事件一结束就快速将涡轮机重新连接到电网。因此，涡轮机能够在非常短时间内再次开始发电。

本方面的另一个优点是电力变换器系统中的主要有功部件保持不变，以便确保过电压短期内通过涡轮机。此外，仅需要进行轻微的软件修改(关于控制对风力涡轮机的操作进行控制的软件)。可能需要轻微的硬件变化，例如传感器、简单功率电子开关、扼流圈和线路。该方法具有很好的鲁棒性，能够应对对称和不对称的过电压。

典型地，高于1.1pu的电网电压被认为是过电压或电压骤升。不过，在国家与国家之间，标称电压范围和过电压水平有变化。可以由电力变换器的主动开关过程吸收无功功率来应对少量的过电压。但是这样通过电力变换器吸收无功功率可能不足以应对更大的过电压。

术语“过电压事件”表示发生过电压。过电压事件可以包括大约1.1-1.3pu的小过电压或超过1.3pu的大过电压。即使提及可以由电力变换器通过吸收无功功率来应对1.1pu的小过电压，但也可以根据本发明应对小的过电压。过电压事件还可以包括接连发生几个相继的过电压事件。