專利名稱：在功率受限的操作中用于操作風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在功率受限的操作模式下控制風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的 方法，也被稱為功率受限的操作。
該申請要求2006年11月16日提交的德國專利申請No. 10 2006 054768.3的優(yōu)先權(quán)，在這里被完整地并入作為參考。
背景技術(shù)：
除了標(biāo)準(zhǔn)操作外，其中風(fēng)力發(fā)電設(shè)備根據(jù)可利用的風(fēng)傳送其功率 至可能的最大功率，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備也能以功率受限的方式被操作。該 操作模式很重要，尤其是在一個(gè)風(fēng)力農(nóng)場包含多個(gè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，并 且必須控制來自風(fēng)力農(nóng)場的功率的情況下，如發(fā)電站中的情況。這樣， 由風(fēng)力農(nóng)場或電氣設(shè)施執(zhí)行的控制，在功率受限的操作模式中，為由 風(fēng)力發(fā)電設(shè)備饋送的最大功率，特別是為待饋送的最大無抗功率，預(yù) 先設(shè)置了期望值。
在功率受限的操作中，有一系列的技術(shù)問題。 一方面，風(fēng)力發(fā)電 設(shè)備即使在功率受限的操作中也以對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)操作的旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行， 因此產(chǎn)生的功率過高。這樣，會(huì)產(chǎn)生不必要的噪聲。此外，經(jīng)證明在 功率受限的操作中，帶有扭矩控制器和轉(zhuǎn)子葉片控制器的風(fēng)力發(fā)電設(shè) 備可能采用針對旋轉(zhuǎn)速度和扭矩的操作狀態(tài)，它們導(dǎo)致不必要的對風(fēng) 力發(fā)電設(shè)備的應(yīng)力，并且很難控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在功率受限的操作中用于操作風(fēng)力 發(fā)電設(shè)備的方法，使得即使在這種操作模式下，也能夠可靠地針對扭 矩和旋轉(zhuǎn)速度控制該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過具有權(quán)利要求1所述特征的方法來解決。 具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例構(gòu)成了從屬權(quán)利要求的主題。
根據(jù)本發(fā)明的方法是針對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的操作的，它具有轉(zhuǎn)子葉 片控制器、扭矩控制器和控制單元?？刂茊卧獮榇佀偷墓β暑A(yù)先設(shè) 置了期望值。其中控制單元可以自己生成該期望值。作為替代，控制 單元也可以接收來自風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的農(nóng)場控制器和/或電氣設(shè)施的網(wǎng) 絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的信號，這些信號觸發(fā)了功率受限的操作模式。除了觸發(fā) 切換到功率受限的操作模式的信號外，待饋送功率的期望值也可以從 外側(cè)為控制單元預(yù)先設(shè)置。該外部預(yù)先設(shè)置可以經(jīng)由數(shù)據(jù)通信自動(dòng)進(jìn) 行，或者手動(dòng)進(jìn)行。在功率受限的操作模式下，通過扭矩控制器減小 扭矩，使得超過所提供的功率的期望值，其中控制單元確定門限旋轉(zhuǎn) 速度，它與為功率預(yù)先設(shè)置的期望值有關(guān)。門限旋轉(zhuǎn)速度的值小于旋
轉(zhuǎn)速度的額定值(nn)。根據(jù)本發(fā)明的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)當(dāng)要求的 功率以功率受限的操作模式被提供時(shí)，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備以特定的匹配旋
轉(zhuǎn)速度運(yùn)行。此外，該方法具有以下優(yōu)點(diǎn)根據(jù)力矩的期望值確定的 旋轉(zhuǎn)速度可以考慮對整個(gè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控制而被選擇。這樣，避免 了風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中扭矩和旋轉(zhuǎn)速度相互成比率的條件，這種條件對設(shè) 備操作不利。
具體實(shí)施例方式
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，待確定的門限旋轉(zhuǎn)速度被設(shè)置為與待饋 送的功率的期望值成正比。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，我們可以得到 待饋送的功率的期望值與正常操作中額定功率之間的差別越小，門限 旋轉(zhuǎn)速度和額定旋轉(zhuǎn)速度之間的差別就越小。
當(dāng)為功率受限的操作模式確定門限旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，門限旋轉(zhuǎn)速度的 值被如此設(shè)置，使得它與在非功率受限的操作模式下對于與預(yù)先設(shè)置 的功率受限期望值有關(guān)的功率值導(dǎo)致轉(zhuǎn)換到全負(fù)荷操作的旋轉(zhuǎn)速度相 對應(yīng)。這樣，背離標(biāo)準(zhǔn)操作的特征曲線，選擇旋轉(zhuǎn)速度的限定值，使 得它對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)操作中與受限功率的預(yù)先設(shè)置的期望值相匹配的功率值。這樣，可以確定該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備是以在功率受限的操作中不會(huì)對 風(fēng)力發(fā)電設(shè)備施加不必要的應(yīng)力的旋轉(zhuǎn)速度和扭矩值運(yùn)行的。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的 一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，從到達(dá)門限旋轉(zhuǎn)速度
開始，轉(zhuǎn)子葉片角控制器驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子葉片的迎角(angle of attack)，使 得扭矩線性地減少到對應(yīng)于該旋轉(zhuǎn)速度的一個(gè)最大值。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，當(dāng)降到低于門限旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，扭矩被保 持近似恒定直至第三旋轉(zhuǎn)速度，并被減少至第四旋轉(zhuǎn)速度。在一個(gè)優(yōu) 選的擴(kuò)展方案中，在達(dá)到第四旋轉(zhuǎn)速度之后，隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加， 扭矩再次回到標(biāo)準(zhǔn)操作的特征曲線。
根據(jù)本發(fā)明的方法將通過其執(zhí)行的示例在下文中更詳細(xì)地說明。 唯一的附圖
示出了風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控制行為的特征圖。在該特征 圖中，發(fā)電機(jī)力矩10相對發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度12被畫出。在特征圖的第 一起始區(qū)段14中，發(fā)電機(jī)力矩隨著旋轉(zhuǎn)速度線性增加。之后，從到達(dá) 旋轉(zhuǎn)速度nl開始，跟在后面的是第二特征曲線區(qū)段16。該第二特征 曲線區(qū)段表示按照從風(fēng)接收到的功率的理想特征曲線的發(fā)電機(jī)力矩。 旋轉(zhuǎn)速度和功率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系由以下公式得到
其中rr。t表示轉(zhuǎn)子葉片的半徑，Ilgen表示發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度，"-表示變
速箱的傳動(dòng)比，A"。')表示葉尖速比，其取決于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，~'表
示空氣密度，而Cp(nr。t)表示轉(zhuǎn)子葉片的功率參數(shù)，其取決于轉(zhuǎn)子的旋
轉(zhuǎn)速度。
根據(jù)該控制器在技術(shù)上的實(shí)現(xiàn)，以上功率關(guān)系可以被連續(xù)計(jì)算， 或者作為旋轉(zhuǎn)速度的函數(shù)放在一個(gè)表中。利用從風(fēng)接收到的功率和發(fā) 電機(jī)功率之間的物理關(guān)系可以確定，在該旋轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)風(fēng)力發(fā)電設(shè) 備得到了最大的功率產(chǎn)出。
在特征曲線的第二區(qū)段16后面是特征曲線的區(qū)段18，其中扭矩 隨著旋轉(zhuǎn)速度扭矩4艮快地增加。在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)操作中，扭矩 穿過特征曲線的區(qū)段18增加到額定值Mn。在功率受限的操作中，風(fēng) 力發(fā)電設(shè)備的控制根據(jù)特征曲線的區(qū)段18到第一門限旋轉(zhuǎn)速度nGr來
執(zhí)行。在旋轉(zhuǎn)速度IlGr，達(dá)到了為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備預(yù)先設(shè)置的力矩MS。
的期望值。根據(jù)本發(fā)明的方法中，點(diǎn)21 (nGr， Ms。 )在特征圖中的 特征曲線上，其針對當(dāng)變化到標(biāo)準(zhǔn)操作中的全負(fù)栽操作時(shí)的旋轉(zhuǎn)速度 和力矩。
對于旋轉(zhuǎn)速度大于第一門限旋轉(zhuǎn)速度n^的情況，扭矩在后面的 特征曲線區(qū)段20中減小，使得減小的功率可以滿足對應(yīng)于扭矩Ms。
的所需功率。沿著特征曲線區(qū)段，旋轉(zhuǎn)速度增加到最大旋轉(zhuǎn)速度n^x。
即使在標(biāo)準(zhǔn)操作中的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控制器中，滯后作用也可以 在功率受限的操作中的控制中提供。這意味著一旦風(fēng)減緩并且旋轉(zhuǎn)速 度減小，即使在小于第一門限旋轉(zhuǎn)速度的區(qū)域中，力矩的期望值首先 仍被保持。這部分特征曲線通過22來表示。當(dāng)達(dá)到了更低的門限旋轉(zhuǎn) 速度n3時(shí)，扭矩在特征曲線區(qū)段24內(nèi)大大降低。其中這種降低是沿 著特征曲線24進(jìn)行的，它進(jìn)入到其虛線延長部分中的第二特征曲線區(qū) 段16中。然而，當(dāng)扭矩已被足夠降低時(shí)，旋轉(zhuǎn)速度會(huì)在到達(dá)第二特征 曲線區(qū)段之前從該點(diǎn)開始增加，從而使旋轉(zhuǎn)速度和扭矩回到第三特征
曲線區(qū)段18。在所描述的執(zhí)行示例中，當(dāng)達(dá)到旋轉(zhuǎn)速度114時(shí)，回到第
三特征曲線區(qū)段18。該點(diǎn)被表示為26,其中特征曲線區(qū)段24進(jìn)入到 特征曲線區(qū)段28中，該點(diǎn)位于其中特征曲線區(qū)段24的延長部分。
根據(jù)本發(fā)明的特征圖控制允許對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備進(jìn)行最優(yōu)控制的 旋轉(zhuǎn)速度，即使待產(chǎn)生的功率小于該設(shè)備的額定功率。該方法的優(yōu)點(diǎn) 在于，即使在功率受限的操作中，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備也可以被穩(wěn)定地控制。 僅僅在門限旋轉(zhuǎn)速度ncr周圍的旋轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)，該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備對 于所提供的功率被可靠地操作。相對于標(biāo)準(zhǔn)操作而言，不必要的高旋 轉(zhuǎn)速度也得以避免。標(biāo)準(zhǔn)操作的特征曲線像在特征曲線30中一樣，為 了更好地觀察而以虛線畫出，其中滯后形式的控制甚至可以在標(biāo)準(zhǔn)操 作中進(jìn)行。在標(biāo)準(zhǔn)操作中，旋轉(zhuǎn)速度的控制可以圍繞額定旋轉(zhuǎn)速度進(jìn) 行。
權(quán)利要求
1.一種用于通過轉(zhuǎn)子葉片控制器、扭矩控制器和控制單元操作風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的方法，在功率受限的操作模式中，為所饋送的功率預(yù)先設(shè)置一個(gè)期望值，這個(gè)值小于所述功率的額定值，并且從一個(gè)門限旋轉(zhuǎn)速度(nGr)開始，通過扭矩控制器減小扭矩，使得不會(huì)超過為所述功率預(yù)先設(shè)置的期望值，其中根據(jù)為力矩(MSoll)預(yù)先設(shè)置的期望值，所述門限旋轉(zhuǎn)速度(nGr)被設(shè)置為小于旋轉(zhuǎn)速度的額定值(nn)的值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述門限旋轉(zhuǎn)速度(n^) 與待饋送的期望功率值成正比。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，在功率受限的操 作模式下，所述門限旋轉(zhuǎn)速度(nGr)與對于對應(yīng)于所述力矩(Ms。 ) 的預(yù)先設(shè)置的期望值的力矩值導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的非功率受限的操作 模式的旋轉(zhuǎn)速度相對應(yīng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，從到達(dá) 所述門限旋轉(zhuǎn)速度(nGr)開始，所述轉(zhuǎn)子葉片角控制器控制所述轉(zhuǎn)子 葉片的迎角，從而使扭矩線性減少到對于旋轉(zhuǎn)速度的一個(gè)最大值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，當(dāng)降到低于所述門限 旋轉(zhuǎn)速度()時(shí)，所述力矩被保持恒定直至一個(gè)第三旋轉(zhuǎn)速度(n3)， 并且當(dāng)降到低于所述第三旋轉(zhuǎn)速度(n3)時(shí)被減小。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)速度減小到 第四旋轉(zhuǎn)速度(H4)，并且所述控制單元將所述旋轉(zhuǎn)速度提升到所述 第四旋轉(zhuǎn)速度(n4)。
全文摘要
一種用于通過轉(zhuǎn)子葉片控制器、扭矩控制器和控制單元操作風(fēng)力發(fā)電機(jī)的方法，在功率受限的操作模式中，為所饋送的功率預(yù)先設(shè)置一個(gè)期望值，這個(gè)值小于功率的額定值，并且從一個(gè)門限旋轉(zhuǎn)速度開始，通過扭矩控制器減小扭矩，使得不會(huì)超過為功率預(yù)先設(shè)置的期望值，其中根據(jù)為力矩(M_Soll)預(yù)先設(shè)置的期望值，門限旋轉(zhuǎn)速度被設(shè)置為小于旋轉(zhuǎn)速度的額定值。
文檔編號F03D7/02GK101182831SQ200710185038
公開日2008年5月21日 申請日期2007年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月16日
發(fā)明者尤里克·哈姆斯, 沃夫?qū)たò痛目? 馬克·尤卡特 申請人:諾德克斯能源有限公司