專利名稱：發(fā)生網(wǎng)損時利用間距蓄電池功率啟動風(fēng)輪機(jī)/黑啟動性能的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的披露內(nèi)容涉及風(fēng)輪機(jī)和風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。特別是，本發(fā)明 的披露內(nèi)容涉及一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和一種使該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在發(fā)生網(wǎng)損(grid loss)期間運行的方法。
技術(shù)背景風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和風(fēng)力發(fā)電場必須能夠應(yīng)對高風(fēng)速動力學(xué)且需要能 夠應(yīng)對非正常情況如發(fā)生網(wǎng)損的情況。通常當(dāng)發(fā)生網(wǎng)損時，風(fēng)力發(fā)電 設(shè)備會立即進(jìn)入緊急退出的斷電(emergency exit power down )模式， 該模式導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片在缺少風(fēng)的情況下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從 而使轉(zhuǎn)子減速并以受控方式停止。用于致動轉(zhuǎn)子葉片的能量取自所謂 間距蓄電池(pitch battery)或間距蓄壓器(accumulator)，該間 距蓄電池或間距蓄壓器大到足以進(jìn)入安全停止?fàn)顟B(tài)并完成斷電操作。發(fā)明內(nèi)容鑒于上述情況，根據(jù)一個實施例，本發(fā)明提供了一種風(fēng)力發(fā)電設(shè) 備。所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備包括多個轉(zhuǎn)子葉片、葉片間距驅(qū)動裝置、轉(zhuǎn)子 軸、發(fā)電機(jī)、適于對所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運行進(jìn)行控制的控制單元和 被聯(lián)接至所述葉片間距驅(qū)動裝置的能量儲存單元，其中所述多個轉(zhuǎn)子 葉片被可旋轉(zhuǎn)地連接至所述轉(zhuǎn)子軸，所述葉片間距驅(qū)動裝置在所述控 制單元的控制作用下適于調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子葉片的間距，所述轉(zhuǎn)子軸被操 作性地連接至所述發(fā)電機(jī)以便產(chǎn)生電能，且所述控制單元包括控制模 塊，所述控制模塊適于對所述轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行調(diào)節(jié)以便進(jìn)入所述風(fēng)力發(fā) 電設(shè)備的自持運行模式(self-sustaining mode)。鑒于上述情況，另 一 實施例涉及一種使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在發(fā)生網(wǎng)損 期間運行的方法。所述方法包括通過能量儲存單元為所述風(fēng)力發(fā)電設(shè) 備的葉片間距驅(qū)動裝置提供功率并借助于所述葉片間距驅(qū)動裝置調(diào)節(jié) 所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的所述轉(zhuǎn)子葉片的間距，其中轉(zhuǎn)子軸在所述葉片的 間距受到調(diào)節(jié)時開始旋轉(zhuǎn)。鑒于上述情況，另一實施例涉及一種使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在發(fā)生網(wǎng)損 期間運行的方法。所述方法包括通過能量儲存單元為所述風(fēng)力發(fā)電設(shè) 備的葉片間距驅(qū)動裝置提供功率并借助于所述葉片間距驅(qū)動裝置調(diào)節(jié) 所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的所述轉(zhuǎn)子葉片的間距，其中轉(zhuǎn)子軸保持旋轉(zhuǎn)且所 述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在所述葉片的間距受到調(diào)節(jié)時進(jìn)入自持發(fā)電模式。根據(jù)另一實施例，提供了一種計算機(jī)可讀的儲存裝置。所述計算 機(jī)可讀的儲存裝置包括具有程序的程序儲存空間，所述程序包括用于 檢測電網(wǎng)可用性的程序指令、用于在電網(wǎng)不可用的情況下將所述風(fēng)力 發(fā)電設(shè)備的運行模式從正常模式變?yōu)樽猿帜Ｊ交蛘咴陔娋W(wǎng)可用的情況 下將所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運行模式從自持模式變?yōu)檎ＤＪ降某绦蛑?令、用于在運行模式改變之后為所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的葉片間距驅(qū)動裝 置提供功率的程序指令、用于借助于所述葉片間距驅(qū)動裝置調(diào)節(jié)所述 葉片的間距的程序指令，其中如果運行模式變?yōu)樽猿帜Ｊ?，則所述風(fēng) 力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子軸在所述葉片受到調(diào)節(jié)時開始旋轉(zhuǎn)。根據(jù)又一實施例，提供了一種計算機(jī)可讀的數(shù)據(jù)流。所述計算機(jī) 可讀的數(shù)據(jù)流包括用于檢測電網(wǎng)可用性的程序指令、用于在電網(wǎng)不可 用的情況下將所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運行模式從正常模式變?yōu)樽猿帜Ｊ?或者在電網(wǎng)可用的情況下將所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運行模式從自持模式 變?yōu)檎ＤＪ降某绦蛑噶?、用于在運行模式改變之后為所述風(fēng)力發(fā)電 設(shè)備的葉片間距驅(qū)動裝置提供功率的程序指令、用于借助于所述葉片 間距驅(qū)動裝置調(diào)節(jié)所述葉片的間距的程序指令，其中如果運行模式變 為自持模式，則所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子軸在所述葉片受到調(diào)節(jié)時開 始旋轉(zhuǎn)。通過所附的權(quán)利要求書、說明書和附圖將易于理解其它實施例、 方面、優(yōu)點和特征，所述實施例、方面、優(yōu)點和特征可以單獨方式應(yīng) 用或者以任何適當(dāng)組合的方式應(yīng)用。更特別地，在說明書的其余部分 中結(jié)合附圖描述了完全且可行的披霧內(nèi)容，該披露內(nèi)容包括所屬領(lǐng)域 技術(shù)人員認(rèn)為最佳的模式。


因此，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員可結(jié)合實施例認(rèn)識到本發(fā)明的披露內(nèi)容 的上述特征所能夠詳細(xì)理解的方式以及已在上文簡要總結(jié)過且接下來要進(jìn)行更特別地進(jìn)行描述的說明內(nèi)容。附圖涉及本發(fā)明的多個實施例且下面將對附圖進(jìn)行說明圖l示出了包括發(fā)生網(wǎng)損/黑啟動性能的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的側(cè)視示意圖；和圖2示出了一種使包括自持運行模式的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備運行的方法 的流程圖。
具體實施方式
現(xiàn)在將對多個實施例進(jìn)行詳細(xì)描述，圖中示出了所述多個實施例 的一個或多個實例。所提供的每個實例是說明性的且并不旨在是限制 性的。例如，圖中示出的或者文中描述的作為一個實施例的一部分的 特征可用在其它實施例上或者與其它實施例相結(jié)合地使用以便產(chǎn)生又 一實施例。本發(fā)明的披露內(nèi)容旨在包括這種變型和變化。圖1示出了可以任何適當(dāng)?shù)姆绞脚c本申請、本說明書和權(quán)利要求 書中描述的其它方面組合的其它方面和有利改進(jìn)，圖l是示出了包括 發(fā)生網(wǎng)損/黑啟動性能的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的示意圖。圖1示意性地示出了風(fēng)力發(fā)電設(shè)備l，所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備具有由風(fēng) 22驅(qū)動的發(fā)電機(jī)5,風(fēng)22使轉(zhuǎn)子葉片2受力以便與轉(zhuǎn)子軸4 一起旋轉(zhuǎn)。 發(fā)電機(jī)5位于發(fā)動機(jī)短艙中且被固定到塔架21的頂部上。轉(zhuǎn)子軸4通 過齒輪箱8被可旋轉(zhuǎn)地連接至發(fā)電機(jī)5。通過整流器10對由發(fā)電機(jī)5 產(chǎn)生的電功率進(jìn)行整流且所述電功率通過轉(zhuǎn)換器11被轉(zhuǎn)換成交流功 率，所述交流功率通過變壓器20被變換且通過電力線24被供給進(jìn)入 外部電網(wǎng)23內(nèi)。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1的運行受到控制單元6的控制，所述控制單元6 包括控制模塊7?？刂茊卧?可以是中心控制單元。該控制單元可包括 電路。該控制單元可包括任何的一個或多個硬件或軟件，如計算機(jī)和 計算機(jī)程序，以便控制該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。該控制模塊7控制轉(zhuǎn)子葉片2 的葉片間距驅(qū)動裝置3。葉片間距驅(qū)動裝置3可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的間距 角，該間距角通?？稍?°與90。之間被調(diào)節(jié)。在出現(xiàn)發(fā)生網(wǎng)損的情況 下，葉片間距驅(qū)動裝置3調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片2從而使轉(zhuǎn)子軸4保持旋轉(zhuǎn)且 使發(fā)電機(jī)5產(chǎn)生足夠的功率以便維持所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的自 運行模 式并且以便對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1的軸承進(jìn)行潤滑。特別是，為輔助部件12提供必要的電功率，所述輔助部件例如為位于塔架21和冷卻器25 的頂部處的安全燈，所述冷卻器用于對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1的溫度敏感部 件進(jìn)行冷卻。所述輔助部件可以是其它輔助消耗裝置如加熱器以便避 免在電氣拒、偏轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置(yaw drives)、蓄電池充電器或其它裝 置內(nèi)部產(chǎn)生濕氣。如圖1所示，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1進(jìn)一步包括用于檢測發(fā)生網(wǎng)損情況 的檢測器模塊13。如果完全無法使用電網(wǎng)，且這種狀態(tài)可能持續(xù)較長 時間，則就是檢測到了發(fā)生網(wǎng)損的情況。另一種可選方式是，如果電 網(wǎng)是不穩(wěn)定的且可能無法經(jīng)由電力線24維持連接，則就是檢測到了發(fā) 生網(wǎng)損的情況。在檢測到發(fā)生網(wǎng)損的情況下，控制單元6切換至自持 運行模式，該模式保持轉(zhuǎn)子軸4進(jìn)行旋轉(zhuǎn)從而使得產(chǎn)生足夠的電能并 且保持對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1的軸承進(jìn)行潤滑。在一些實施例中，如果發(fā) 生網(wǎng)損的時間，即電壓中斷時間，長于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的渦輪機(jī)的低電 壓穿越(LVRT: Low Voltage Ride Through )性能或零電壓穿越(ZVRT: Zero Voltage Ride Through)性能，則實施切換。通常情況下，如果 發(fā)生網(wǎng)損的時間長于5秒，則實施切換。如果發(fā)生網(wǎng)損的時間長于1 秒，則可實施切換。通過能量儲存單元9為葉片間距驅(qū)動裝置3提供 功率，而對于能量儲存單元而言，則通過可能由發(fā)電機(jī)5產(chǎn)生的能量 為該能量儲存單元再次充電。能量儲存單元9進(jìn)一步包括彈簧模塊17 和除了電能以外用于儲存機(jī)械能的壓力容器18。在發(fā)生網(wǎng)損和出現(xiàn)低風(fēng)速的情況下，控制單元6的一部分19可被 置于備用模式或休眠模式下以便保存能量儲存單元9的能量。 一旦風(fēng) 速增加，則喚醒模塊15喚醒(wake-up)控制單元6的該部分19，從 而使得風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1可重新恢復(fù)其自持運行模式。該能量儲存單元 優(yōu)選包括可再充電的蓄電池，該可再充電的蓄電池具有15 kWh的能量 容量。充電水平檢測器16測量能量儲存單元9的能量水平，以便確保 總是有足夠的剩余能量可使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1安全地返回停止?fàn)顟B(tài)。在 出現(xiàn)發(fā)生網(wǎng)損的情況之后，轉(zhuǎn)換模塊14檢測重新恢復(fù)的電網(wǎng)并啟動風(fēng) 力發(fā)電設(shè)備1使其從自持運行模式切換為正常運行模式。根據(jù)一個實施例，提供了一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1。該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備l 包括多個轉(zhuǎn)子葉片2、葉片間距驅(qū)動裝置3、轉(zhuǎn)子軸4、發(fā)電機(jī)5和用 于控制該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1的運行的控制單元6。多個轉(zhuǎn)子葉片2被可旋轉(zhuǎn)地連接至轉(zhuǎn)子軸4，從而使得可通過葉片間距驅(qū)動裝置3在控制單元 6的控制作用下對轉(zhuǎn)子葉片2的間距進(jìn)行調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)子軸4被操作性地連 接至發(fā)電機(jī)5以便產(chǎn)生電能。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1進(jìn)一步包括用于為葉片 間距驅(qū)動裝置3提供功率的能量儲存單元9，其中控制單元包括控制模 塊7，所述控制模塊用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片2且用于進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1 的自持運行模式。對于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1的自持運行模式的基本功能而言，特別地， 該設(shè)備使得即使在長時間發(fā)生網(wǎng)損的情況下也能維持安全性和保障性 的功能以及對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備1的可旋轉(zhuǎn)零部件2、 3、 4、 5、 8的潤滑。借助于轉(zhuǎn)子葉片和發(fā)電機(jī)，風(fēng)的固有動能的一部分被轉(zhuǎn)化成至少 一秒的能量形式。該至少一秒的能量形式可以是潛在能量，例如處在 介質(zhì)中的以便稍后使用的潛在能量。該至少 一秒的能量可以是用來稍 后使用的另一種能量形式。通常情況下，該至少一秒的能量是電能或 機(jī)械能。進(jìn)一步地，該至少一秒的能量形式通常被儲存，例如以電能 和/或機(jī)械能的形式被儲存。該至少一秒的能量形式通常被儲存以便稍 后被回收。為了應(yīng)對不同的風(fēng)速，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片被可調(diào)節(jié)地連接至轉(zhuǎn)子軸， 從而使得可通過使轉(zhuǎn)子葉片圍繞其縱軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)而適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)該轉(zhuǎn)子 葉片的葉片間距。該多個轉(zhuǎn)子葉片利用風(fēng)輪機(jī)傳動線路被操作性地連 接至發(fā)電機(jī)，所述風(fēng)輪機(jī)傳動線路可實施或可不實施將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn) 換為更高旋轉(zhuǎn)頻率以便實現(xiàn)發(fā)電機(jī)的優(yōu)化運行的這種頻率轉(zhuǎn)換。在黑啟動期間或者為了在發(fā)生網(wǎng)損期間啟動風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，渦輪 機(jī)控制器首先通過切斷介質(zhì)電壓開關(guān)齒輪而打開通往電網(wǎng)的連接。如 果渦輪機(jī)控制器檢測到電網(wǎng)已經(jīng)恢復(fù)，則渦輪機(jī)控制器借助于 AC/DC/AC轉(zhuǎn)換器使渦輪機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓同步并關(guān)閉介質(zhì)電壓開關(guān)齒 輪以便變?yōu)檎＿\行模式。在黑啟動期間或者為了在發(fā)生網(wǎng)損期間啟動風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，控制 模塊能夠?qū)D(zhuǎn)子葉片進(jìn)行調(diào)節(jié)以使轉(zhuǎn)子軸開始旋轉(zhuǎn)。因此，與在發(fā)生 網(wǎng)損之后立即對轉(zhuǎn)子軸進(jìn)行減速并將該轉(zhuǎn)子軸置于休止?fàn)顟B(tài)的這種常 規(guī)過程相反地，控制模塊調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片以便進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的自持 運行模式，其中風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子持續(xù)旋轉(zhuǎn)且風(fēng)力發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生足 夠的能量以便維持其功能，例如保持其安全燈處于打開狀態(tài)或者使其通風(fēng)器運轉(zhuǎn)以便對其溫度敏感部件進(jìn)行冷卻且以便提供足夠的能量從 而使得風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可隨時重新恢復(fù)其正常運行功能，而無需來自電 網(wǎng)的起始電能。該設(shè)備還可提供更多的功能，對于所述功能而言，風(fēng) 力發(fā)電設(shè)備在自持模式下產(chǎn)生足夠的能量，所述功能例如為對裝置、 偏轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、蓄電池充電器或者可從電網(wǎng)吸取功率的其它部件進(jìn)行 加熱，這包括未來可能開發(fā)出的那些功能。當(dāng)自持運行模式保持轉(zhuǎn)子軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，根據(jù)該實施例，持續(xù)保 持對軸承和/或轉(zhuǎn)子軸的潤滑，這減輕了磨損且增加了風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的 預(yù)期壽命。在一個實施例中，能量儲存單元可儲存介于5 kWh與100 kWh之 間，特別是介于10 kWh與30 kWh之間，的能量。這些能量范圍是說 明性的且可根據(jù)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的型號或等級或者風(fēng)輪機(jī)的型號或等級 產(chǎn)生改變。在另一實施例中，維持該自持模式所需的功率介于10 kWh與40 kWh之間。該能量范圍是說明性的且可根據(jù)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的型號或等級 或者風(fēng)輪機(jī)的型號或等級產(chǎn)生改變。在一個實施例中，能量儲存單元用于儲存電能。該能量儲存單元 可以是再充電的蓄電池或蓄壓器。在又一實施例中，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備進(jìn)一步包括用于對發(fā)電機(jī)的輸出 進(jìn)行整流的整流器和用于對該經(jīng)過整流的輸出進(jìn)行DC-AC轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換 器，其中能量儲存單元被連接至該經(jīng)過整流的輸出.該整流器和用于 對該經(jīng)過整流的輸出進(jìn)行DC-AC轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器可被包括在AC/DC/AC轉(zhuǎn) 換器中。在一個實施例中，電能儲存單元被置于整流器與轉(zhuǎn)換器之間，從 而使得可易于在有足夠風(fēng)力的時期期間對該能量儲存單元進(jìn)行再充 電。在另一實施例中，該電力儲存單元可以是電容器。 在又一實施例中，該能量儲存單元用于儲存機(jī)械能。例如，該能 量儲存單元可包括用于儲存機(jī)械能的彈簧模塊。另一種可選方式是或 此外，該能量儲存單元包括用于通過對流體如氣體或液體進(jìn)行加壓而 儲存能量的壓力容器。在另一實施例中，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備包括輔助部件和用于將能量儲存單元的電能提供給輔助部件的電路。輔助部件可以是電能的消耗裝置， 例如位于塔架或冷卻器的頂部處的安全燈，所述冷卻器用于對風(fēng)力發(fā) 電設(shè)備的溫度敏感部件進(jìn)行冷卻。另一種可選方式是，可提供不同類 型的輔助部件。在又一實施例中，該控制模塊可進(jìn)一步包括檢測器模塊，該檢測 器模塊用于檢測當(dāng)前產(chǎn)生的功率水平何時降至低于為了保持該風(fēng)力發(fā) 電設(shè)備的自持運行模式所必需的功率閾值。該檢測器模塊檢測當(dāng)前產(chǎn) 生的功率且一旦該功率水平降至低于功率閾值，則或者葉片間距被調(diào) 節(jié)以便重新恢復(fù)該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的自持運行模式，或者該風(fēng)力發(fā)電設(shè) 備被置于休止?fàn)顟B(tài)，用于測量該當(dāng)前產(chǎn)生的功率的時間尺度可介于1分鐘與2小時之間，例如介于IO分鐘與60分鐘之間。如果風(fēng)速在一段時間的平靜之后增加起來，且該速度高到足以進(jìn) 入自持運行模式，則可使該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備返回自持模式從而產(chǎn)生用于 對能量儲存單元進(jìn)行再充電的能量且從而產(chǎn)生用于保持最小功能處于 運行狀態(tài)下所必須的能量，該最小功能例如為使安全燈運行、進(jìn)行冷 卻、進(jìn)行控制等。為此目的，渦輪機(jī)控制器可首先通過切斷介質(zhì)電壓 開關(guān)齒輪而打開通往電網(wǎng)的連接。如果渦輪機(jī)控制器檢測到電網(wǎng)已經(jīng) 恢復(fù)，則渦輪機(jī)控制器可隨后借助于AC/DC/AC轉(zhuǎn)換器使渦輪機(jī)電壓與 電網(wǎng)電壓同步并關(guān)閉介質(zhì)電壓開關(guān)齒輪以便變?yōu)檎＿\行模式。在另一實施例中，控制單元進(jìn)一步包括切換模塊，所述切換模塊 用于檢測重新恢復(fù)的電網(wǎng)且用于將風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的自持運行模式變?yōu)?正常運行模式。該切換模塊控制該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備與外部電網(wǎng)的同步并 控制二者之間的匹配。在另一實施例中，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備包括喚醒模塊。所述喚醒模塊用 來在平靜之后或者在風(fēng)速過低以至于無法在發(fā)生網(wǎng)損期間維持自持運 行模式的情況一此時中心控制裝置被置于備用模式或休眠模式一持續(xù) 一定時期之后喚醒該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。如果風(fēng)速增加并超過用于保持該 自持模式所必需的最小閾值，則喚醒模塊喚醒該控制單元以便重新恢 復(fù)自持運行模式?？刂茊卧男菝吣Ｊ降哪康氖窃陲L(fēng)速過低以至于無 法產(chǎn)生足夠功率的時期期間和沒有外部電網(wǎng)的時期期間保存該能量儲 存單元的能量。在喚醒模塊的幫助下，該中心控制裝置的備用或休眠 模式可以結(jié)束，此時風(fēng)速得到了充分增加且中心控制裝置可重新恢復(fù)其自持運行模式。 一旦喚醒模塊對中心控制裝置進(jìn)行加電，則風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可實施黑啟動從而產(chǎn)生功率并對能量儲存單元進(jìn)行再充電。該喚醒模塊可被設(shè)計成小型控制邏輯，該小型控制邏輯具有比其中一個控制單元的功率消耗小得多的功率消耗。
在又一實施例中，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備包括用于所述能量儲存單元的充電水平檢測器。如果能量儲存單元的充電水平降至低于特定的充電水平閾值，則該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備被停止以便確?？偸怯凶銐虻哪芰磕芤允芸厍野踩姆绞綄崿F(xiàn)這一目的。因此，總是確保了可以受控方式達(dá)到停止?fàn)顟B(tài)。
圖2示出了實施例，其中提供了使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備運行的方法。根據(jù)一個實施例，提供了一種使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備運行的方法，所述方法包括檢測發(fā)生網(wǎng)損的情況201、通過能量儲存單元為葉片間距驅(qū)動裝置提供功率202和借助于所述葉片間距驅(qū)動裝置調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的間距203。根據(jù)一些實施例，在檢測器模塊中實施對發(fā)生網(wǎng)損情況的檢測。在其它實施例中，轉(zhuǎn)子葉片在對轉(zhuǎn)子葉片的間距進(jìn)行調(diào)節(jié)時開始旋轉(zhuǎn)或者保持其旋轉(zhuǎn)。在典型實施例中，所述方法進(jìn)一步包括進(jìn)入自持運行模式204。在其它典型實施例中，在對轉(zhuǎn)子葉片的間距進(jìn)行調(diào)節(jié)且進(jìn)入自持運行模式時，減少由風(fēng)力發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的能量，所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備例如借助于發(fā)電機(jī)產(chǎn)生能量.在其它實施例中，通過電能，例如在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生的電能，對能量儲存單元重新充電。
如圖2所示，根據(jù)其它實施例， 一種使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備運行的方法進(jìn)一步包括檢測電網(wǎng)可用性205。在一些實施例中，在檢測器模塊中檢測電網(wǎng)可用性，在其它可選實施例中，在切換模塊中檢測電網(wǎng)可用性。在電網(wǎng)不可用的情況下，該方法可進(jìn)一步包括保持自持運行模式204。在其它實施例中，該方法可進(jìn)一步包括通過能量儲存單元為葉片間距驅(qū)動裝置提供功率或重新提供功率、調(diào)節(jié)或重新調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的間距203、并且進(jìn)入、重新進(jìn)入或保持自持運行模式204。在電網(wǎng)可用的情
況下， 一種使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備運行的方法進(jìn)一步包括進(jìn)入或重新進(jìn)入正常運行模式206，這形成了其它實施例.在一些實施例中，進(jìn)入正常模式是通過風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的切換模塊實現(xiàn)的。
一個實施例涉及 一 種使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在發(fā)生網(wǎng)損期間運行的方法，其中該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備包括多個轉(zhuǎn)子葉片、葉片間距驅(qū)動裝置、轉(zhuǎn)子軸、發(fā)電機(jī)和用于為所述葉片間距驅(qū)動裝置提供功率的能量儲存單元，其中該轉(zhuǎn)子葉片被可旋轉(zhuǎn)地連接至所述轉(zhuǎn)子軸且所迷轉(zhuǎn)子軸驅(qū)動所述發(fā)電機(jī)。在發(fā)生網(wǎng)損期間，所述方法包括用能量儲存單元為所述葉片間距驅(qū)動裝置提供功率的步驟和調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子葉片的間距從而使得所述轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)的步驟。
通過該能量儲存單元為葉片間距驅(qū)動裝置提供功率的步驟和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的間距從而使得轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)的步驟使得可能在發(fā)生網(wǎng)損期間實施所謂黑啟動。通過實施黑啟動，該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在沒有外部電網(wǎng)支持的情況下重新恢復(fù)其發(fā)電功能。該黑啟動幫助風(fēng)力發(fā)電設(shè)備進(jìn)入自持模式，從而使得風(fēng)力發(fā)電設(shè)備有足夠的能量維持盡可能多的基本功能，如保障性和安全性功能。進(jìn)一步地，黑啟動的目的是讓該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備重新恢復(fù)其旋轉(zhuǎn)移動，從而持續(xù)為軸承提供足夠的潤滑。
另 一 實施例涉及 一 種使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在發(fā)生網(wǎng)損期間運行的方法，該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備包括多個轉(zhuǎn)子葉片、葉片間距驅(qū)動裝置、轉(zhuǎn)子軸、發(fā)電機(jī)和用于為所述葉片間距驅(qū)動裝置提供功率的能量儲存單元，其中該轉(zhuǎn)子葉片被可旋轉(zhuǎn)地連接至所述轉(zhuǎn)子軸且所述轉(zhuǎn)子軸驅(qū)動所述發(fā)電機(jī)。在發(fā)生網(wǎng)損期間，所述方法包括用能量儲存單元為所述葉片間距驅(qū)動裝置提供功率的步驟和調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子葉片的間距從而使得所述轉(zhuǎn)子軸保持旋轉(zhuǎn)且使得風(fēng)力發(fā)電設(shè)備被置于自持發(fā)電模式下的步槺。
在出現(xiàn)發(fā)生網(wǎng)損的情況下，代替將風(fēng)力設(shè)備置于停止?fàn)顟B(tài)的方式是對轉(zhuǎn)子葉片的間距進(jìn)行調(diào)節(jié)從而使該轉(zhuǎn)子軸保持旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子以足夠高的頻率旋轉(zhuǎn)時，可產(chǎn)生電功率以便對能量儲存單元進(jìn)行再充電且以便維持多種保障性和安全性功能或者即使無法維持全部的保障性和安全性功能也可維持大多數(shù)的保障性和安全性功能.轉(zhuǎn)子葉片被調(diào)節(jié)，以使得該產(chǎn)生的功率對應(yīng)于由風(fēng)力發(fā)電設(shè)備消耗的功率。
在另一實施例中，該方法包括通過發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能的步驟和通過該發(fā)電機(jī)為能量儲存單元重新充電的步驟。
在又一實施例中，該方法包括檢測發(fā)生網(wǎng)損情況出現(xiàn)的步驟和調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子葉片的間距以便減少由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量的量并進(jìn)入自持
運行模式的步驟。
在另一實施例中，在出現(xiàn)發(fā)生網(wǎng)損和低風(fēng)速的情況下，該方法進(jìn)一步包括檢測當(dāng)前風(fēng)速的步驟、將該風(fēng)速與闊值比較的步驟和如果該風(fēng)速高于該閾值則調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子葉片的間距以便進(jìn)入所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的自持模式的步驟。由此使得風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可實施黑啟動，該黑啟
動支持了對軸承的潤滑且即使無法提供所有的保障性和安全性功能也幫助至少部分地提供了保障性和安全性功能。保障性功能可包括使安全燈運行和/或使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中的冷卻系統(tǒng)運行。
在又一實施例中，所述方法包括測量能量儲存單元的充電水平的步驟和在充電水平降至低于充電水平閾值時停止該轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)的步驟。這確保了該能量儲存單元總是擁有足夠的能量以便實施受控的斷電，通過該受控的斷電使得風(fēng)力發(fā)電設(shè)備被置于安全停止?fàn)顟B(tài)下。
在另一實施例中，所述方法包括當(dāng)風(fēng)速降至低于第一風(fēng)速閾值時使所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的控制單元的至少一部分?jǐn)嚯姷牟襟E和當(dāng)風(fēng)速超過第二風(fēng)速閾值時喚醒該部分的步驟。第二風(fēng)速閾值可等于或大于第一風(fēng)速閾值。通過這種措施使得在低風(fēng)速期間保存了能量且因此保存了能量儲存單元的能量。
附圖標(biāo)記
1風(fēng)力發(fā)電i殳備
2轉(zhuǎn)子葉片
3葉片間距驅(qū)動裝置
4轉(zhuǎn)子軸
5發(fā)電機(jī)
6控制單元
7控制模塊
8齒輪箱
9能量儲存單元
10整流器
11轉(zhuǎn)換器
12輔助部件
13檢測器模塊
14切換模塊
15喚醒模塊
16充電水平檢測器17彈簧模塊
18壓力容器
19部分控制單元6
20變壓器
21塔架
22風(fēng)
23電網(wǎng)
24電力線
25冷卻器
權(quán)利要求
1、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備(1)，所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備包括多個轉(zhuǎn)子葉片(2)，葉片間距驅(qū)動裝置(3)，轉(zhuǎn)子軸(4)，發(fā)電機(jī)(5)，和用于對所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備(1)的運行進(jìn)行控制的控制單元(6)，其中所述多個轉(zhuǎn)子葉片(2)被可旋轉(zhuǎn)地連接至所述轉(zhuǎn)子軸(4)，從而使得所述葉片間距驅(qū)動裝置(3)可在所述控制單元(6)的控制作用下調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子葉片(2)的間距，且其中所述轉(zhuǎn)子軸(4)被操作性地連接至所述發(fā)電機(jī)(5)以便產(chǎn)生電能，所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備(1)進(jìn)一步包括用于為所述葉片間距驅(qū)動裝置(3)提供功率的能量儲存單元(9)，其中所述控制單元(6)包括控制模塊(7)，所述控制模塊用于對所述轉(zhuǎn)子葉片(2)進(jìn)行調(diào)節(jié)且用于進(jìn)入所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備(1)的自持運行模式。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備(1)，其中所述能量儲 存單元(9 )用于儲存電能，該能量儲存單元特別地是蓄壓器或電容器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備(1 ), 進(jìn)一步包括用于對所述發(fā)電機(jī)(5)的輸出進(jìn)行整流的整流器(10)，和 用于對所述經(jīng)過整流的輸出進(jìn)行DC-AC轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器(11)， 其中所述能量儲存單元(9)被連接至所述經(jīng)過整流的輸出。
4、 根據(jù)前述權(quán)利要求1至3中任一項所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備(1), 其中所述能量儲存單元(9 )用于儲存機(jī)械能，其中該能量儲存單元(9 ) 特別地包括儲存機(jī)械能的彈簧模塊(17 )和/或用于通過對流體進(jìn)行加 壓而儲存能量的壓力容器(18)。
5、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備(1)，進(jìn)一 步包括以下特征(al)至(a4)中的至少一個特征(al)所述控制模塊(7)進(jìn)一步包括檢測器模塊(13)，該檢測器模塊用于檢測當(dāng)前產(chǎn)生的功率水平何時降至低于為了保持所述風(fēng)力 發(fā)電設(shè)備(1)的自持運行模式所必需的功率閾值；(a2 )所述控制單元(6 )進(jìn)一步包括切換模塊(l4 )，所述切換 模塊用于檢測重新恢復(fù)的電網(wǎng)且用于將所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備(1)的自持 運行模式變?yōu)檎＿\行模式；(a3)所述控制單元(6)進(jìn)一步包括喚醒模塊(15);(a4)所述控制單元(6)進(jìn)一步包括用于所述能量儲存單元(9) 的充電水平檢測器(16)。
6、 使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備(1)在發(fā)生網(wǎng)損期間運行的方法，所述風(fēng)力 發(fā)電設(shè)備(1)包括多個轉(zhuǎn)子葉片(2) 葉片間距驅(qū)動裝置(3)， 轉(zhuǎn)子軸(4)， 發(fā)電機(jī)(5)，和用于為所述葉片間距驅(qū)動裝置(3 )提供功率的能量儲存單元(9 )， 其中所述轉(zhuǎn)子葉片(2)被可旋轉(zhuǎn)地連接至所述轉(zhuǎn)子軸(4)且所 述轉(zhuǎn)子軸(4)驅(qū)動所述發(fā)電機(jī)(5),在發(fā)生網(wǎng)損期間，所述方法包括的步驟有-用所述能量儲存單元(9)為所述葉片間距驅(qū)動裝置(3)提供功 率；和-調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子葉片(2)的間距從而使得所述轉(zhuǎn)子軸(4)開始旋 轉(zhuǎn)或保持旋轉(zhuǎn)，和/或使得所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備(1)被置于自持發(fā)電模 式下。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括的步驟有 -檢測網(wǎng)損的發(fā)生情況，-調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子葉片(2)的間距以便減少由所述發(fā)電機(jī)(5)產(chǎn)生的能量的量并進(jìn)入自持運行模式。
8、 根據(jù)前述權(quán)利要求6或7所述的方法，在發(fā)生網(wǎng)損和出現(xiàn)低風(fēng)速的情況下，該方法進(jìn)一步包括檢測當(dāng)前風(fēng)速的步驟、將所述風(fēng)速與 閾值進(jìn)行比較的步驟和如果所述風(fēng)速高于所述閾值則調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子葉 片(2)的間距以便進(jìn)入所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備(1)的自持模式的步驟。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項所述的方法，包括測量所述能量儲 存單元(9)的充電水平的步驟和如果所述充電水平降至低于充電水平 閾值則停止所述轉(zhuǎn)子軸(4)的旋轉(zhuǎn)的步驟。
10、根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一項所述的方法，進(jìn)一步包括如果風(fēng) 速降至低于第一風(fēng)速閾值則使所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備(1)的控制單元(6 ) 的至少一部分(19)斷電的步驟和如果風(fēng)速超過第二風(fēng)速閾值則喚醒 所述部分(19)的步驟。
全文摘要
一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備及其在發(fā)生網(wǎng)損期間的運行。該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備包括多個轉(zhuǎn)子葉片、葉片間距驅(qū)動裝置、轉(zhuǎn)子軸、發(fā)電機(jī)和用于控制該風(fēng)力發(fā)電設(shè)備運行的控制單元，其中多個轉(zhuǎn)子葉片被旋轉(zhuǎn)連接至轉(zhuǎn)子軸，從而使得可通過葉片間距驅(qū)動裝置在所述控制單元的控制下對轉(zhuǎn)子葉片的間距進(jìn)行調(diào)節(jié)，且轉(zhuǎn)子軸被操作性地連接至發(fā)電機(jī)以便產(chǎn)生電能。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備還包括用于為葉片間距驅(qū)動裝置提供功率的能量儲存單元，其中控制單元包括用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片且用于進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的自持運行模式的控制模塊。對于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備自持運行模式的基本功能而言，該設(shè)備使得即使在長時間發(fā)生網(wǎng)損的情況下也能維持安全性和保障性的功能以及對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備可旋轉(zhuǎn)零部件的潤滑。
文檔編號F03D9/00GK101629553SQ20091016040
公開日2010年1月20日 申請日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月16日
發(fā)明者T·艾登菲爾德 申請人:通用電氣公司