專利名稱：風(fēng)力渦輪機運行方法及系統(tǒng)的制作方法
風(fēng)力渦輪機運行方法及系統(tǒng)發(fā)明目的本發(fā)明涉及具有異步雙饋發(fā)電機和至少一個功率轉(zhuǎn)換器的風(fēng)力渦輪機，該風(fēng)力渦 輪機的新穎性在于在某些情況下，它能使該渦輪機作為完全轉(zhuǎn)換器(FC)系統(tǒng)、作為雙饋 (DFIG)系統(tǒng)或作為異步(AS)系統(tǒng)運行，由此提高渦輪機的可用性。
背景技術(shù)：
在早期的風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，大多數(shù)風(fēng)力渦輪機配備了鼠籠式異步發(fā)電機。這些渦輪 機以實際上恒定的旋轉(zhuǎn)速度運行，導(dǎo)致風(fēng)力轉(zhuǎn)換過程中效率較低和對風(fēng)力發(fā)電機更大的機 械負荷。在二十世紀九十年代出現(xiàn)了配備有繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機的變速風(fēng)力渦輪機，其轉(zhuǎn) 子是通過功率轉(zhuǎn)換器供電的；這種類型的系統(tǒng)(該系統(tǒng)是指發(fā)電機、功率轉(zhuǎn)換器和操縱元 件組件)被稱為雙饋感應(yīng)發(fā)電機(DFIG)，這是由于它需要功率轉(zhuǎn)換器來管理轉(zhuǎn)子繞組的功 率。該系統(tǒng)具有更大的能量效率和更低的機械負荷的優(yōu)勢，因此已成為占主導(dǎo)地位的系統(tǒng) 之一。為了同一目的，出現(xiàn)了以下變速風(fēng)力渦輪機，其發(fā)電機通過連接到發(fā)電機定子的 功率轉(zhuǎn)換器與電網(wǎng)隔離，由此使渦輪機產(chǎn)生的電力能夠傳輸?shù)诫娋W(wǎng)。這種類型的系統(tǒng)被稱 作完全轉(zhuǎn)換器(FC)系統(tǒng)，因為它們需要功率轉(zhuǎn)換器來管理定子繞組的功率。隨著風(fēng)力發(fā)電裝機容量和風(fēng)力渦輪機單機功率的增加，確保這種發(fā)電類型的可用 性和可靠性變得越來越重要。本發(fā)明應(yīng)用于具有異步雙饋發(fā)電機和至少一個功率轉(zhuǎn)換器的風(fēng)力渦輪機，該風(fēng)力 渦輪機的新穎性在于在某些情況下，它使該渦輪機作為FC系統(tǒng)、DFIG系統(tǒng)或異步(AS)系 統(tǒng)運行，由此提高渦輪機的可用性。此外，風(fēng)力發(fā)電固有的分布式特性意味著不能總是保證反應(yīng)(reaction)時間和 異常維修時間按期望的那樣短。這對于海上風(fēng)力渦輪機來說特別重要，因為這里的可達性 會由于各種原因而降低。本發(fā)明通過提供在功率轉(zhuǎn)換器和其它系統(tǒng)部件存在異常情況下的容忍度解決了 以上討論的問題，從而允許在FC、DFIG或者AS運行模式中進行選擇?，F(xiàn)有技術(shù)包括意欲防止風(fēng)力渦輪機由于系統(tǒng)部件中的運行故障造成可用性的損 失，或在部件的完整性受到危險(例如，功率轉(zhuǎn)換器)的臨界運行條件下保護風(fēng)力渦輪機的 發(fā)明。專利申請US20060214428A1描述了一種并聯(lián)連接功率轉(zhuǎn)換器的方法，使得在一個 功率轉(zhuǎn)換器發(fā)生故障的情況下，其余的可以繼續(xù)運行，由此防止了風(fēng)力渦輪機停滯，并始終 在DFIG模式下運行。專利申請EP1768223A2描述了一種并聯(lián)設(shè)置并作用于(attack)發(fā)電機的不同繞 組的功率轉(zhuǎn)換器的布局結(jié)構(gòu)，其目的是提高轉(zhuǎn)換效率和容許其中一個功率轉(zhuǎn)換器故障，始 終在FC模式下運行，使得如果一個轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)故障，仍然可以繼續(xù)發(fā)電，盡管決不會達到 額定功率。
專利申請US20060227578A1描述了并聯(lián)設(shè)置的多個轉(zhuǎn)換器，它們的輸出由帶有若 干串聯(lián)連接的繞組的變壓器構(gòu)成。作為現(xiàn)有技術(shù)，這種方案通過使用多個轉(zhuǎn)換器提高了對 轉(zhuǎn)換器故障的容忍度。專利申請US200700M059A1描述了在短路模式下激活功率轉(zhuǎn)換器的半導(dǎo)體的可 能性，由此防止能量通過轉(zhuǎn)換器，避免例如可能會損壞轉(zhuǎn)換器的過多的電能流。但是，如果 轉(zhuǎn)換器不可運行，則不允許渦輪機運行。這種情況可能發(fā)生在，例如，在功率電子元件的半 導(dǎo)體出現(xiàn)故障或轉(zhuǎn)換器控制電子元件出現(xiàn)故障的情況下。專利US701M09B2描述了一種系統(tǒng)，其中輔助功率轉(zhuǎn)換器使得在電網(wǎng)意外情況下 控制向電網(wǎng)提供和使用的無功功率。專利申請W02008/(^6973A1描述了一種運行方法，其中異步發(fā)電機直接連接至電 網(wǎng)或通過功率轉(zhuǎn)換器連接至電網(wǎng)，以便在不同的旋轉(zhuǎn)速度時優(yōu)化發(fā)電。目前，在故障解決之前，導(dǎo)致功率轉(zhuǎn)換器的異常行為的風(fēng)力渦輪機故障意味著發(fā) 電的全部或部分損失，因為功率轉(zhuǎn)換器不能正確地運行。本發(fā)明避免了配置冗余的功率轉(zhuǎn)換器，并確保替換的運行模式來繼續(xù)產(chǎn)生高達 100%的額定功率。

發(fā)明內(nèi)容
為實現(xiàn)這些目標(biāo)和解決上述弊端，本發(fā)明由新的發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成，其設(shè)計為允許在 FC、DFIG和AS運行模式之間切換，使得可以在優(yōu)選的實施例中在各種無需任何冗余的元件 就能工作的模式之一中能以高達100%的額定功率運行。額定功率理解為每個運行模式(FC-DFIG-AS)的最大的特性功率。此外，下面的運行模式是公知的-FC模式，其中，發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組短路，并且定子通過至少一個功率轉(zhuǎn)換器連接到 電網(wǎng)；-DFIG模式，其中，發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組通過至少一個功率轉(zhuǎn)換器連接到電網(wǎng)，并且定 子直接連接到電網(wǎng)；-AS模式，其中，發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組短路，并且定子直接連接到電網(wǎng)。可操作性的部分損失，被理解為至少一個系統(tǒng)部件的阻止在運行模式下產(chǎn)生 100%額定功率的任何故障。本發(fā)明提出的解決方案允許在其它兩個運行模式的至少一個 的情況下產(chǎn)生高達100%的額定功率。在本發(fā)明的優(yōu)選的實施例中，每種運行模式的進入和退出條件為-系統(tǒng)可操作性的部分損失；-系統(tǒng)功率轉(zhuǎn)換器可操作性的完全損失；-電網(wǎng)操作員的指令；-風(fēng)力場的通用控制器的指令；-性能優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)；-風(fēng)力渦輪機控制器需要的有功功率儲備；-在維護工作中提高的可用性；-或者上述的任意組合。
此外，依據(jù)這些進入條件，本發(fā)明允許選擇使風(fēng)力渦輪機發(fā)電功率最大化的運行 模式。本發(fā)明的方法需要使用以下部件具有至少一個電獨立定子的至少一個繞線轉(zhuǎn)子 異步發(fā)電機，至少一個能夠控制所述發(fā)電機的轉(zhuǎn)子和/或定子的電流的振幅、頻率和相位 的功率轉(zhuǎn)換器，以及允許連接和斷開上述部件的一組操縱元件。該方法的特征在于，它包括 在FC、DFIG和AS中選擇的一種運行模式下運行。術(shù)語“功率轉(zhuǎn)換器”是指使用功率電子元件和相關(guān)的控制的任何布局結(jié)構(gòu)。這些元 件構(gòu)成功能單元，其負責(zé)控制轉(zhuǎn)子和/或定子的量值-例如電流，使得能夠?qū)㈦娔軅鬟f到電 網(wǎng)，和以變化的或固定的速度運行。功率轉(zhuǎn)換器可以是由一個或若干背對背轉(zhuǎn)換器形成的 布局結(jié)構(gòu)(通過連續(xù)總線的可逆的AC-DC-AC轉(zhuǎn)換，此處，AC代表交流電，DC代表直流電) 或者任何其它執(zhí)行所述功能的布局結(jié)構(gòu)。每一個功率轉(zhuǎn)換器都能夠由與它關(guān)聯(lián)的控制器進行管理。如果有若干功率轉(zhuǎn)換器 (帶有它們對應(yīng)的控制器)，必須有至少一個控制器能夠協(xié)調(diào)各個轉(zhuǎn)化器的運行。在優(yōu)選的實施例中，若干功率轉(zhuǎn)換器可以由單個控制器進行管理。該繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機的設(shè)計具有以下特征-由至少一個電獨立的系統(tǒng)構(gòu)成的定子；-操縱元件，可以修改它們的轉(zhuǎn)子的配置，以便能夠使轉(zhuǎn)子短路并與功率轉(zhuǎn)換器 隔離，或?qū)⑥D(zhuǎn)子與功率轉(zhuǎn)換器連接。在DFIG運行模式下，發(fā)電機轉(zhuǎn)子短路可以通過對地短 路或者使用其它元件來執(zhí)行，如電阻、電感、電容、半導(dǎo)體閘流管、IGBT (絕緣柵雙極型晶體 管)、二極管、或它們的任意組合。本發(fā)明的目的是允許在FC、DFIG和AS這三種運行模式之間進行選擇和切換，以便 風(fēng)力渦輪機所產(chǎn)生的功率最大化，甚至在可操作性部分損失的條件下，該風(fēng)力渦輪機在所 選擇的運行模式下能夠達到高達100%的額定功率。當(dāng)發(fā)電機的類型為雙饋時，該方法考慮斷開所述發(fā)電機的轉(zhuǎn)子，并使轉(zhuǎn)子與功率 轉(zhuǎn)換器隔離，使轉(zhuǎn)子短路，并在發(fā)電機轉(zhuǎn)子短路并與功率轉(zhuǎn)換器隔離的情況下運行風(fēng)力渦 輪機，以使風(fēng)力渦輪發(fā)電機在AS模式下運行。要實現(xiàn)這種功能，本發(fā)明的過程包括以下階段-檢測退出當(dāng)前運行模式的某些條件；-檢測至少一個非當(dāng)前運行模式的運行模式的進入條件；-選擇該非當(dāng)前運行模式的運行模式；-在該選定的運作模式下運行，作用于某些操縱元件。由FC模式切換到DFIG的運行方法以及一旦由DFIG返回到FC，包括以下階段-檢測FC模式的至少一個退出條件(例如，系統(tǒng)元件的部分故障)；-通過激活操縱元件，從轉(zhuǎn)換器斷開與之連接的發(fā)電機定子，并從電網(wǎng)斷開功率轉(zhuǎn) 換器，斷開轉(zhuǎn)子(在FC運行模式下建立)的短路，以利用操縱元件將發(fā)電機轉(zhuǎn)子連接到至 少一個不是處于可操作性部分損失的條件下的功率轉(zhuǎn)換器，從而在DFIG模式下運行；-在DFIG模式下運行發(fā)電機，以適應(yīng)允許將發(fā)電機與電網(wǎng)耦合，并進行發(fā)電(例 如，至少，調(diào)節(jié)規(guī)格，設(shè)定值，電流限制，耦合到電網(wǎng)，或類似的)；-將定子連接到電網(wǎng)進行發(fā)電；
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-檢測進入FC模式的條件，當(dāng)滿足這些條件時，作用于操縱元件以從電網(wǎng)斷開系 統(tǒng)并激活FC運行模式。由FC模式切換到AS模式的操作方法以及當(dāng)由AS模式切換到FC或DFIG模式下 運行時，包括以下階段-檢測FC模式的至少一個退出條件；-如果發(fā)電機定子之前是連接并作用在操縱元件上，將發(fā)電機定子從與之連接的 轉(zhuǎn)換器斷開，并將轉(zhuǎn)換器從電網(wǎng)斷開；-在AS模式下運行發(fā)電機，以適應(yīng)允許將發(fā)電機與電網(wǎng)耦合并進行發(fā)電(例如，至 少，調(diào)節(jié)規(guī)格，設(shè)定值，電流限制，耦合到電網(wǎng)，或類似的)；-將定子連接到電網(wǎng)進行發(fā)電；-檢測進入DFIG模式的條件，當(dāng)滿足這些條件時，作用于操縱元件以從電網(wǎng)斷開 系統(tǒng)并激活DFIG運行模式，或者檢測進入FC模式的條件，當(dāng)滿足這些條件時，作用于操縱 元件以從電網(wǎng)斷開系統(tǒng)并激活FC運行模式。由DFIG模式切換到AS模式的操作方法以及當(dāng)由AS模式切換到FC或DFIG模式 下運行時，包括以下階段-檢測DFIG模式的至少一個退出條件；-如果發(fā)電機定子之前是連接并作用在操縱元件上，則將發(fā)電機定子從電網(wǎng)斷開； 利用操縱元件將功率轉(zhuǎn)換器從發(fā)電機轉(zhuǎn)子和電網(wǎng)斷開，從而在AS模式下運行；-作用于操縱元件使發(fā)電機轉(zhuǎn)子短路；-在AS模式下運行發(fā)電機，以適應(yīng)允許將發(fā)電機與電網(wǎng)耦合，并進行發(fā)電(例如， 至少，調(diào)節(jié)規(guī)格，設(shè)定值，電流限制，耦合到電網(wǎng)，或類似的)；-將定子連接到電網(wǎng)進行發(fā)電；-檢測進入DFIG模式的條件，當(dāng)滿足這些條件時，作用于操縱元件以從電網(wǎng)斷開 系統(tǒng)并激活DFIG運行模式，或者檢測進入FC模式的條件，當(dāng)滿足這些條件時，作用于操縱 元件以從電網(wǎng)斷開系統(tǒng)并激活FC運行模式。因此，為實施上述方法，除了控制風(fēng)力渦輪機需要的元件以外，本系統(tǒng)還包括-用來從發(fā)電機定子、發(fā)電機轉(zhuǎn)子和電網(wǎng)連接/斷開功率轉(zhuǎn)換器的操縱元件；-用來從電網(wǎng)連接/斷開發(fā)電機定子的操縱元件；-用來使發(fā)電機轉(zhuǎn)子短路的操縱元件，其由在有源元件、無源元件和它們的組合中 選擇的多個元件組成。有源元件理解為能自動操縱的元件(如接觸器、固態(tài)開關(guān))，無源元 件理解為不能被操縱的元件(如電阻、電感、電容)。除了上述元件，本發(fā)明的優(yōu)選實施例包括用來降低與耦合異步發(fā)電機(短路的轉(zhuǎn) 子)相關(guān)的電流浪涌的常規(guī)裝置，如軟起動器。利用依賴于轉(zhuǎn)換器和與轉(zhuǎn)換器無關(guān)的操縱元件都能夠執(zhí)行上述方法。依賴于轉(zhuǎn)換 器的元件是功率電子元件和與其關(guān)聯(lián)的操縱元件。與轉(zhuǎn)換器無關(guān)的元件是功率電子元件和 不與其關(guān)聯(lián)的操縱元件。通過將發(fā)電機轉(zhuǎn)子直接接地或利用其它部件-如電阻、電感、電容、半導(dǎo)體閘流 管、IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)、二極管或它們的任何組合-使發(fā)電機轉(zhuǎn)子短路，該方法還 能夠控制轉(zhuǎn)子的電阻。
對于不負責(zé)控制發(fā)電機的轉(zhuǎn)換器或其部件，如果他們工作，可用于產(chǎn)生無功功率。其次，為更好地理解本說明書，作為該說明書整體的組成部分給出一系列附圖，這 些附圖只是為了圖解，并非用于限制本發(fā)明的目的。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的系統(tǒng)的總圖。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的系統(tǒng)的總圖，該系統(tǒng)包括η個功率轉(zhuǎn)換器。圖3示出了在FC運行模式下運行的系統(tǒng)總圖。圖4示出了在DFIG運行模式下運行的系統(tǒng)總圖。圖5示出了在AS運行模式下運行的系統(tǒng)總圖。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的系統(tǒng)的總圖，其中部分的功率轉(zhuǎn)換器用來控 制發(fā)電機，其它轉(zhuǎn)換器不負責(zé)控制發(fā)電機，而是用來控制直接傳送到電網(wǎng)的無功功率。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的系統(tǒng)的總圖。
具體實施例方式以下給出參照上述附圖的優(yōu)選實施例的說明。本發(fā)明的方法包括根據(jù)在FC、DFIG和AS中選擇的運行模式來運行系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)從電網(wǎng)斷開并且不產(chǎn)生電能時，利用各個操縱元件并通過改變電力系統(tǒng)的 控制，執(zhí)行運行模式的切換。在切換到三個運行模式中任何一個的過程中，必須要適應(yīng)風(fēng)力渦輪機的各個子系 統(tǒng)的運行，例如，變距控制、偏航控制、功率曲線和功率轉(zhuǎn)換器控制等等。然后，根據(jù)圖1中所示的具體情況，說明了通過作用于不同子系統(tǒng)以適應(yīng)系統(tǒng)運 行的不同方式，在圖1中，該系統(tǒng)包括兩個功率轉(zhuǎn)換器(101)和(10 以及一個發(fā)電機 (110)。功率轉(zhuǎn)換器(101)和(102)包括它們運行所必須的控制器。在FC運行模式(圖3)下，風(fēng)力渦輪機表現(xiàn)為FC系統(tǒng)，從而必須閉合操縱元件 (105)，以使發(fā)電機的轉(zhuǎn)子(113)短路；該轉(zhuǎn)子被斷開的操縱元件(104)和(106)電隔離，并 且，通過閉合的操縱元件(11 和(116)，使發(fā)電機的定子與這些功率轉(zhuǎn)換器連接。發(fā)電機 所有的功率通過連接到功率轉(zhuǎn)換器的操縱元件(109)和(107)被疏散。通過(閉合的)操 縱元件(10 和(108)，功率轉(zhuǎn)換器連接到電網(wǎng)?？芍苯舆B接到電網(wǎng)或通過變壓器(114)連 接到電網(wǎng)。在功率轉(zhuǎn)換器(101，102)之一發(fā)生故障的情況下，運行模式切換到DFIG (圖4)，以 在DFIG模式下運行。盡管系統(tǒng)發(fā)生故障，但這種新的運行模式允許以高達100%的額定功
率工作。在功率轉(zhuǎn)換器(101)發(fā)生故障且其不能用來控制發(fā)電機的情況下，運行模式配置 由FC切換到DFIG。這個過程首先隔離發(fā)生故障的功率轉(zhuǎn)換器(101)或其部件(101a和/或 IOlb)，斷開操縱元件(109和/或103和104)。發(fā)電機定子與電網(wǎng)隔離(操縱元件115和 116斷開)。為作為異步雙饋發(fā)電機運行，功率轉(zhuǎn)換器(102)與發(fā)電機(110)的轉(zhuǎn)子(113) 連接，操縱元件(107)斷開，操作元件(106)閉合，操縱元件(105)斷開以便撤銷發(fā)電機轉(zhuǎn) 子的短路，并且利用閉合的操縱元件(115)和(116)使發(fā)電機定子與電網(wǎng)連接。最后，為了
9疏散在DFIG模式下產(chǎn)生的定子功率，閉合操縱元件(100，111，115和116)。如果功率轉(zhuǎn)換 器(101)在FC模式下不能運行并且其部件之一(101a或IOlb)可運行，則該部件能用來產(chǎn) 生無功功率。在部件(IOlb)發(fā)生故障(101a可運行)的情況下，閉合操縱元件(109)，或 者，在部件(IOla)發(fā)生故障(IOlb可運行)的情況下，閉合操縱部件(103)。在功率轉(zhuǎn)換器(101)和功率轉(zhuǎn)換器(10 發(fā)生故障的情況下，執(zhí)行由運行模式 DFIG到AS的配置切換(圖5)。這個過程首先利用斷開的操縱元件(104和106)和隔離 轉(zhuǎn)換器的故障部分所需要的操縱部件(109，103，107和108)隔離兩個有故障的功率轉(zhuǎn)換器 (IOla和/或IOlb)和(10 和/或102b)。發(fā)電機定子從電網(wǎng)斷開(操縱元件115和116 斷開)。為作為直接連接到電網(wǎng)的異步發(fā)電機運行，利用閉合的操縱元件115和116將發(fā)電 機定子與電網(wǎng)連接，利用閉合的操縱元件(105)將發(fā)電機(110)的轉(zhuǎn)子(113)短路。最后， 為了疏散產(chǎn)生的定子功率，閉合操縱元件(100和111)。在這種所有功率轉(zhuǎn)換器失效的情 況下，系統(tǒng)可以繼續(xù)在AS運行模式的高達100%額定功率下運行。如果功率轉(zhuǎn)換器(101a， 101b, 102a, 102b)的部件之一可運行，它們能夠用來產(chǎn)生無功功率。下面與之前的情況類似 的過程是，斷開故障部件的操縱元件，并閉合可運行部件的操縱元件。在發(fā)電機(110)的可操作性部分或完全缺失的情況下或無風(fēng)的條件下，利用操縱 元件115，116，104和106將發(fā)電機(110)與電網(wǎng)斷開。閉合操縱元件100，111，109，107， 103和108。在這種情況下，功率轉(zhuǎn)換器(101a, 101b, 102a, 102b)能夠用來產(chǎn)生無功功率。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，本發(fā)明適用于雙饋風(fēng)力渦輪機，因為其能在DFIG或AS 模式下運行。為此目的，如圖7所示，有必要使用功率轉(zhuǎn)換器(70 ，以允許在可變速度下將 風(fēng)力渦輪機耦合到電網(wǎng)(70 。發(fā)電機(704)是繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)類型，其繞組可通過刷環(huán)到達 功率轉(zhuǎn)換器(702)，使得功率轉(zhuǎn)換器(702)為發(fā)電機轉(zhuǎn)子供電(因此，它的名字是雙饋感應(yīng) 發(fā)電機，DFIG)。在現(xiàn)有技術(shù)的配置中，操縱元件是可以從電網(wǎng)(703)斷開功率轉(zhuǎn)換器(702)的開 關(guān)(707)和用來從電網(wǎng)(703)連接和斷開定子的開關(guān)(705)。操縱元件(705和707)可以 是接觸器、開關(guān)、熱磁繼電器或類似部件。風(fēng)力渦輪機(709)的控制器負責(zé)管理和作用于組成風(fēng)力渦輪機的所有子系統(tǒng)，例 如，液壓單元、變距系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、大氣條件和電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)、功率轉(zhuǎn)換器控制器(710)，或 類似的部件。在風(fēng)力渦輪機DFIG運行模式下，功率轉(zhuǎn)換器(702)負責(zé)向發(fā)電機(704)的轉(zhuǎn)子內(nèi) 注入電流，使得以可變速度產(chǎn)生電能。根據(jù)本發(fā)明，一組操縱元件(708和71 位于發(fā)電機轉(zhuǎn)子和功率轉(zhuǎn)換器(702)之 間。在優(yōu)選的實施例中，這些元件在功率轉(zhuǎn)換器(702)的外部，和上述其它子系統(tǒng)一起，通 過風(fēng)力渦輪機控制器(709)進行操作。在另外一個實施例中，操縱元件(708和71 通過 功率轉(zhuǎn)換器控制器(710)或兩個控制器(709和710)的組合進行控制。在本發(fā)明另外一個優(yōu)選的實施例中(圖2)，使用了帶有η個功率轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)，該 系統(tǒng)包括其運行所需的控制器(在圖6的情況中示出了 η = 6個轉(zhuǎn)換器)，使得能夠1.選擇運行模式；2.在同一運行模式下，在可獲得的功率小于額定功率的條件下，選擇必須運行和 停用的元件，以及它們運行時的負荷；
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3.在同一運行模式下，選擇用于控制發(fā)電機的功率轉(zhuǎn)換器，選擇該轉(zhuǎn)換器或其部 件，用于產(chǎn)生直接注入電網(wǎng)的無功功率。圖6給出了在DFIG運行模式下運行的系統(tǒng)的具體實例，此時-轉(zhuǎn)換器(601，602，603和606b)正確地工作；-轉(zhuǎn)換器(604和60 部分不運行；-轉(zhuǎn)換器(606a)正確地運行，但斷開。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力渦輪機運行方法，包括至少一個繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機，該發(fā)電機具有至少 一個電獨立的定子；至少一個能夠控制發(fā)電機的電流的振幅、頻率和相位的功率轉(zhuǎn)換器，該 電流在轉(zhuǎn)子電流、定子電流和它們的組合之中進行選擇；其特征在于該方法包括根據(jù)通 過一組操縱元件在完全轉(zhuǎn)換器(FC)模式、雙饋(DFIG)模式和異步(AQ模式中選擇的運行 模式運行該系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機運行方法，其特征在于，發(fā)電機類型是雙饋式的， 該方法包括斷開雙饋異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子，將該轉(zhuǎn)子從功率轉(zhuǎn)換器隔離，使所述發(fā)電機的轉(zhuǎn) 子短路，運行帶有短路的并與功率轉(zhuǎn)換器隔離的發(fā)電機轉(zhuǎn)子的風(fēng)力渦輪機，使得風(fēng)力渦輪 機發(fā)電機在異步(AQ模式下運行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的風(fēng)力渦輪機運行方法，其特征在于，該方法包括以下階段-檢測由當(dāng)前運行模式退出的條件； -檢測至少一個非當(dāng)前運行模式的運行模式的進入條件； -選擇非當(dāng)前運行模式的運行模式； -作用于操縱元件而在選擇的運行模式下運行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機運行方法，其特征在于，由完全轉(zhuǎn)換器(FC)到雙 饋(DFIG)的運行模式的切換包括以下階段-檢測至少一個由完全轉(zhuǎn)換器(FC)模式退出的條件； -檢測雙饋(DFIG)模式的進入條件；-從功率轉(zhuǎn)換器斷開與其連接的發(fā)電機定子，從電網(wǎng)斷開該功率轉(zhuǎn)換器，斷開轉(zhuǎn)子的短 路，將發(fā)電機轉(zhuǎn)子連接到至少一個未處于可操作性部分損失情況下的功率轉(zhuǎn)換器，作用于 操縱元件以在雙饋(DFIG)模式下運行；-在雙饋(DFIG)模式下運行發(fā)電機，適應(yīng)雙饋(DFIG)模式以將發(fā)電機與電網(wǎng)耦合并進 行發(fā)電；-將定子連接到電網(wǎng)進行發(fā)電；-檢測完全轉(zhuǎn)換器(FC)模式的進入條件，并當(dāng)這些條件都滿足時，激活該模式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機運行方法，其特征在于，由完全轉(zhuǎn)換器(FC)到異 步(AQ的運行模式的切換包括以下階段-檢測至少一個由完全轉(zhuǎn)換器(FC)模式退出的條件； -檢測異步(AQ模式的進入條件；-從功率轉(zhuǎn)換器斷開與其連接的發(fā)電機定子，從電網(wǎng)斷開該功率轉(zhuǎn)換器，作用于操縱元件；-在異步(AQ模式下運行發(fā)電機，適應(yīng)異步(AQ模式以將發(fā)電機與電網(wǎng)耦合并進行發(fā)電；-將定子連接到電網(wǎng)進行發(fā)電；-檢測在雙饋(DFIG)和完全轉(zhuǎn)換器(FC)中選擇的模式的進入條件，并當(dāng)這些條件滿足 時，激活所選擇的模式。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機運行方法，其特征在于，由雙饋(DFIG)到異步 (AS)的運行模式的切換包括以下階段-檢測至少一個由雙饋(DFIG)模式退出的條件； -檢測異步(AQ模式的進入條件；-從電網(wǎng)斷開發(fā)電機定子，從發(fā)電機轉(zhuǎn)子和電網(wǎng)斷開該功率轉(zhuǎn)換器，以在異步(AS)模 式下運行；-作用于操縱元件，使發(fā)電機轉(zhuǎn)子短路；-在異步(AQ模式下運行發(fā)電機，適應(yīng)異步(AQ模式以將發(fā)電機與電網(wǎng)耦合并進行發(fā)電；-將定子連接到電網(wǎng)進行發(fā)電；-檢測在雙饋(DFIG)和完全轉(zhuǎn)換器(FC)中選擇的模式的進入條件，并當(dāng)這些條件滿足 時，激活所選擇的模式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機運行方法，其特征在于，該方法包括控制轉(zhuǎn)子電 阻將發(fā)電機轉(zhuǎn)子短路。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機運行方法，其特征在于，該方法包括降低當(dāng)將異 步發(fā)電機與電網(wǎng)耦合時產(chǎn)生的電流浪涌。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機運行方法，其特征在于，該方法包括 -選擇功率轉(zhuǎn)換器來控制發(fā)電機；和-選擇未負責(zé)控制發(fā)電機以及意欲產(chǎn)生直接注入電網(wǎng)的無功功率的功率轉(zhuǎn)換器或它們 的部件。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力渦輪機運行方法，其特征在于，進入和退出條件在以下 各項之間選擇-系統(tǒng)的可操作性的部分損失； -系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換器的可操作性的完全損失； -電網(wǎng)操作員的指令； -風(fēng)力場的通用控制器的指令； -性能優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)；-風(fēng)力渦輪機控制器所需要的有功功率儲備； -在維護工作中提高的可用性； -上述項的任意組合。
11.一種風(fēng)力渦輪機運行系統(tǒng)，包括至少一個異步繞線轉(zhuǎn)子發(fā)電機，該發(fā)電機具有至少 一個電獨立的定子；至少一個能夠控制發(fā)電機電流的振幅、頻率和相位的功率轉(zhuǎn)換器，該發(fā) 電機電流在轉(zhuǎn)子電流、定子電流和它們的組合中進行選擇；其特征在于該風(fēng)力渦輪機運行 系統(tǒng)包括-用于從發(fā)電機定子、發(fā)電機轉(zhuǎn)子和電網(wǎng)連接/斷開功率轉(zhuǎn)換器的操縱元件； -用于從電網(wǎng)連接/斷開發(fā)電機定子的操縱元件；-用于使發(fā)電機定子短路的操縱元件，由在有源元件、無源元件和它們的組合中選擇的 多個元件組成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的風(fēng)力渦輪機運行系統(tǒng)，其特征在于，構(gòu)成操縱元件的有源 和無源元件由在依賴于功率轉(zhuǎn)換器的元件和與功率轉(zhuǎn)換器無關(guān)的元件中選擇的元件組成。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的風(fēng)力渦輪機運行系統(tǒng)，其特征在于，無源元件在電阻、電感、電容和它們的組合中選擇。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的風(fēng)力渦輪機運行系統(tǒng)，其特征在于，有源元件在二極管、晶 體管、半導(dǎo)體閘流管、能電子控制的半導(dǎo)體和它們的組合中選擇。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的風(fēng)力渦輪機運行系統(tǒng)，其特征在于，該風(fēng)力渦輪機運行系 統(tǒng)包括當(dāng)將異步發(fā)電機與電網(wǎng)耦合時降低電流浪涌的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有雙饋感應(yīng)發(fā)電機和至少一個功率轉(zhuǎn)換器的風(fēng)力渦輪機，其新穎性在于在某些情況下，它能使該渦輪機作為完全轉(zhuǎn)換器(FC)系統(tǒng)、作為雙饋(DFIG)系統(tǒng)或作為異步(AS)系統(tǒng)運行，由此提高渦輪機的可用性。
文檔編號F03D7/02GK102066748SQ200980111149
公開日2011年5月18日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者A·卡卡馬約爾, D·索萊洛佩斯, E·奧萊亞奧雷吉, I·加門迪亞奧拉雷亞加, J·佩雷斯巴爾巴查諾, J·埃洛里亞加拉諾斯, J·阿塞多桑切斯, J·馬約爾盧薩雷塔, S·奧爾特內(nèi)茨塞亞拉里納加, S·西蒙塞古拉, X·卡爾沃馬達里亞加 申請人:英格蒂姆能源公司