[发明专利]用于风力发电站的套件和方法

说明书

用于风力发电站的套件和方法，所述风力发电站包括借助耦合装置将发电机耦合到电网的固定速度风轮机，使得所述风轮机以所述电网的固定电网电流频率运行。所述套件(100)适于耦合在所述风轮机(1)的所述发电机(10)与所述电网(2)之间，至少替代所述耦合装置，所述套件(100)将所述固定速度风轮机转化为可变速度风轮机。

技术领域

本发明涉及一种用于风力发电站的套件，更具体地涉及一种用于包括固定速度风轮机的风力发电站的套件。

背景技术

近年来，连接到电网的风轮机和风力发电场的数量经历了显著的增加。安装的第一风轮机是耦合到电网的固定速度风轮机。所述风轮机包括：发电机310，其定子耦合到电网302；以及一些附加子系统，其允许风轮机1在电网运营商所需的条件下运行，诸如无功功率补偿装置(通常为电容器组390)和/或软起动器380，如图1通过示例的方式所示。需要第一个电容器组390来提供感应发电机为其磁化而消耗的无功功率，因为无功功率由于几乎所有国家的电网规范要求不能从电网消耗。第二个软起动器380对于启动风轮机是有必要的，因为发电机310不能直接耦合到电网。代替软起动器380，还可能使用用于实现相同功能的另一耦合装置。风轮机的转速必须对应于电网电压频率，并且当达到所述条件时，风轮机借助软起动器380耦合到电网302，允许控制浪涌电流。电容器组390和软起动器380能由图中未示出的PLC(可编程逻辑控制器)控制或监督。

固定速度风轮机还能包括：其它子系统370(诸如齿轮箱)、鼠笼式感应发电机控制装置、俯仰控制系统和/或用于风轮机偏航的控制系统(例如，如图2所示)，其也能由PLC控制或监督。

固定速度风轮机的一个缺点在于，机械传动系统(齿轮箱，等)的惯性和刚度可能导致因风突然变化或湍流而激发的振动，并且由于不能以可变速度工作，这些振动被传递到电网而作为功率波动。减少这些振荡的一种方式是为风轮机提供在更广的速度范围内工作的能力，获得发电机与电网之间更灵活的耦合。这样，可以吸收阵风，减少转矩冲程并向电网输送更稳定的功率。替代地(或另外地)，风轮机的机械部分能被设计成支撑振动(直到某一水平)，并且如果实现了所述振动水平，则风轮机与电网断开。

另外，目前，应用于风轮机的技术要求在诸如电网连接和电力质量的领域中变得越来越严格。在故障穿越(FRT)、谐波含量(电力质量)以及稳态有功和无功发电方面，朝向更高效可靠系统的这种趋势的清楚示例的电网规范要求急剧增加。不同的国际电网规范需要越来越严格的运行条件。固定速度风轮机需要安装额外的设备，以便能够保持发电量并满足电网故障时的无功功率生产要求。为了克服该缺点，一些固定速度系统设置有不同类型的装置，以在风轮机与电网不断开的情况下满足FRT要求，并且确保无功电流注入要求。

固定速度风轮机的另一缺点在于，由于发电机频率必须等于电网频率，所述风轮机仅在实现所述条件时耦合到电网，该事实影响固定速度风轮机的可用性，所以影响其效率。

在文献EP1426616A1中，公开了包括固定速度风轮机的风力发电站。该风力发电站包括额外设备(升级套件)，该额外设备包括连接于发电机与电网之间的转换器装置，以在低于发电机额定功率的50％的风电范围内，使发电机以偏离电网电流频率的可变发电机电流频率运行。一旦达到额定功率的50％，升级套件就去耦并将发电机直接耦合到电网。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于包括借助耦合装置耦合到电网的固定速度风轮机的风力发电站的套件，以及一种用于将固定速度风轮机转化为可变速度风轮机的方法。

所述风力发电站包括借助耦合装置将发电机耦合到电网以便以固定频率运行的固定速度风轮机，所述固定频率等于所述电网的频率。所述发电机包括定子和转子，并且所述发电机的频率与所述转子的转速直接相关，所述转速基于作用在所述风轮机上的风速。