專利名稱：風(fēng)力渦輪機的自適應(yīng)電壓控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及風(fēng)力渦輪機領(lǐng)域，并且更具體地說，涉及基于電網(wǎng)狀態(tài)來控制風(fēng)力渦輪機的運轉(zhuǎn)。
背景技術(shù)：
當與電網(wǎng)的總發(fā)電容量相比時，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在過去只有小規(guī)模應(yīng)用。通常被用于描述風(fēng)力發(fā)電的相對值的術(shù)語是“滲透性(penetration)”。滲透性是風(fēng)力發(fā)電與用于電網(wǎng)的總有效發(fā)電的比率。以前，即使在風(fēng)力發(fā)電最高的那些地方，滲透水平也處于幾個百分點以下。雖然這是相對較小的電量，并且管理風(fēng)力渦輪機的運轉(zhuǎn)的規(guī)則反映了這種小滲透性，但清楚的是，這種滲透性在增加并由此針對風(fēng)力渦輪機的操作規(guī)則將改變。例如，被修訂的一種操作原理是電網(wǎng)穩(wěn)定支持的所需量必須由風(fēng)力渦輪機來提供。如可以清楚，隨著風(fēng)力渦輪機的滲透性增加，它們貢獻于電網(wǎng)的穩(wěn)定性的期望值就變得更大。電力設(shè)施現(xiàn)今面臨針對更高質(zhì)量、可靠電力以及增加傳輸容量的日益增長需要。 增加可靠性和容量的關(guān)鍵是確保恰當?shù)卣{(diào)整電網(wǎng)電壓。這幫助防止運行中斷、破壞電氣運行設(shè)備、發(fā)電廠以及電網(wǎng)的其它組件，并且可以幫助最大化傳輸容量。一般來說，電力設(shè)施通過在它們的傳輸網(wǎng)上保持有功功率和無功功率的平衡來保持電壓電平穩(wěn)定。在交流網(wǎng)中，幾乎處處都生成、傳輸以及消耗大量電力。AC系統(tǒng)的部件提供(或生成)和消耗(或吸收或損失)兩種功率有功功率和無功功率。有功功率完成有用工作 (例如，運行電動機和點亮燈)。無功功率支持必須針對系統(tǒng)可靠性來控制的電壓。在AC電氣系統(tǒng)中，電壓和電流按系統(tǒng)頻率(在北美，該頻率為60赫茲或每秒鐘60 次；在歐洲，該頻率為50Hz，或每秒鐘50次)脈動(數(shù)學(xué)上用正弦波來描述)。盡管AC電壓和電流按相同頻率脈動，但它們在不同時間達到峰值(即，它們可能不同相)。功率是電壓和電流的代數(shù)乘積。在一個周期期間，功率具有按瓦特測量的平均值，稱作有功(或有效) 功率。還存在一部分按無功伏安或VAR測量的具有零平均值的功率，稱作無功功率?？偣β史Q作按伏安或VA測量的視在功率。無功功率因其上下脈動、平均為零而具有零平均值。 無功功率可以為正或負，取決于電流峰值在電壓之前還是在電壓之后。按照慣例，無功功率如同有功功率一樣在“提供”其時為正，而在“消耗”或吸收其時為負。消耗無功功率趨于降低電壓量值，而提供無功功率趨于增加電壓量值。電力系統(tǒng)中的電壓控制(保持電壓在限定限值內(nèi))對于適當操作電力設(shè)備來說是重要的，以縮減諸如發(fā)電機和電動機過熱的潛在破壞，縮減傳輸損耗，并且保持系統(tǒng)經(jīng)得住擾動和縮減潛在電壓驟降的能力。電壓驟降可以發(fā)生在系統(tǒng)試圖服務(wù)比該電壓可以支持的負荷更加多的負荷時。不足的無功功率供應(yīng)降低電壓，并且隨著電壓的下降，電流必須增加以保持所提供功率，導(dǎo)致線路消耗更多無功功率，從而電壓進一步下降。如果電流增加得太多，則傳輸線路脫扣或脫機、其它線路過載以及潛在地造成級聯(lián)故障。而且，如果電壓下降太低，則一些發(fā)電機將自動斷開以保護自身。電壓驟降發(fā)生在負荷增加或損失發(fā)電或傳輸設(shè)施造成減低電壓時，其致使進一步縮減來自電容器和線路充電的無功功率，并且更進一步造成電壓縮減。如果繼續(xù)下降，則這些電壓縮減造成輔助部件脫扣，導(dǎo)致電壓進一步縮減和損失功率。其結(jié)果是電壓逐步且不可控制地下降，這一切都是因為電力系統(tǒng)不能夠提供無功功率需求所需的無功功率。因此，電力系統(tǒng)的通過提供(或消耗)無功功率來支持電網(wǎng)的各種組件的能力是重要的特征。目前，具有高風(fēng)力發(fā)電潛力的、地理學(xué)上遙遠的區(qū)域，因有限的電網(wǎng)傳輸容量和/ 或匹配電氣生產(chǎn)與需求(或，更一般地說，因“弱電網(wǎng)”)而可能不是可行的候選風(fēng)力場。弱電網(wǎng)典型為系統(tǒng)設(shè)計方必須考慮電壓電平和電壓波動的電網(wǎng)，因為當考慮負荷和電力生產(chǎn)情況時，存在這些最值可能超出電力工業(yè)設(shè)置的標準需求的概率。弱電網(wǎng)通常在更遙遠地點和針對相對較小負荷設(shè)計的區(qū)域發(fā)現(xiàn)。對于風(fēng)能系統(tǒng)來說，伴隨弱電網(wǎng)的一個問題是，在特定時間段期間電網(wǎng)上的可變電壓電平。例如，針對弱電網(wǎng)的電壓電平可以因可變用電設(shè)備負荷而全天按幾個百分點改變。而且，將風(fēng)力渦輪機連接至弱電網(wǎng)趨于因通過風(fēng)力渦輪機生成的額外有功功率而增加電壓電平。因此，對于用電設(shè)備負荷較低(即，電網(wǎng)的電壓電平相對較高)的情況來說，將風(fēng)力渦輪機連接至電網(wǎng)可以造成電壓電平上升超過處于最低不可取且經(jīng)常不可接受的標準所需的最大電平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明至少總體上涉及設(shè)置和/或操作風(fēng)力渦輪機以自適應(yīng)地控制電網(wǎng)電壓。在一個或更多個實施方式中，提供了用于識別電網(wǎng)的狀態(tài)(例如，因弱電網(wǎng)上的可變用電設(shè)備負荷而造成的波動)并且自適應(yīng)地調(diào)節(jié)電壓控制方案以大致“忽略”因該狀態(tài)而造成的電壓變化。在這點上，因風(fēng)力渦輪機消耗的無功功率的量可以最小化或縮減。另外，本發(fā)明的其它特征包括伴隨針對風(fēng)力渦輪機的有功功率降額的電壓控制和伴隨針對風(fēng)力渦輪機的有功功率降額的功率因數(shù)控制。下面，對本發(fā)明的各個方面進行描述。盡管下列每一個方面都可以涉及或可應(yīng)用于前述，但這里介紹的內(nèi)容不必用于這些方面中的任一方面，除非另外進行了規(guī)定。本發(fā)明第一方面通過可以電連接至電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機來具體實施，其中，該風(fēng)力渦輪機包括同步發(fā)電機。該風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置并且操作成，當所述風(fēng)力渦輪機與所述電網(wǎng)電連接至?xí)r，根據(jù)控制方案選擇性地控制所述同步發(fā)電機的無功功率特性。另外，所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成，識別所述電網(wǎng)的預(yù)定狀態(tài)(下面，可以將其稱為“預(yù)定電網(wǎng)狀態(tài)”)，并且響應(yīng)于識別出這種預(yù)定電網(wǎng)狀態(tài)，來修改其控制方案以縮減被所述同步發(fā)電機吸收的無功功率的量。許多精細化特征和附加特征可應(yīng)用于本發(fā)明的第一方面。這種精細化特征和附加特征可以單獨使用或者按任何組合使用。下面的討論可分離應(yīng)用于第一方面，一直到開始討論本發(fā)明第二方面。
在第一方面的一實施方式中，所述預(yù)定電網(wǎng)狀態(tài)采用因與所述電網(wǎng)相關(guān)聯(lián)的用電設(shè)備負荷而造成所述電網(wǎng)的電壓波動的形式。作為一示例，所述波動大致周期性的并且具有天、周、季節(jié)、年，或者某一其它時間段。在其中所述波動周期性的并且具有一天的情況下，所述波動可能因弱電網(wǎng)上的可變用電設(shè)備負荷而造成。在第一方面的一個或更多個實施方式中，識別所述預(yù)定電網(wǎng)狀態(tài)可以包括，針對一時間段測量/分析所述同步發(fā)電機的無功功率特性(例如，所吸收或生成的無功功率)。 如可以清楚，無功功率特性可以表示所述電網(wǎng)的電壓特性(例如，當所述電網(wǎng)的電壓太高時，可以通過所述同步發(fā)電機消耗更多無功功率)。在這點上，識別所述預(yù)定電網(wǎng)狀態(tài)可以包括向所述同步發(fā)電機的無功功率特性應(yīng)用比例積分(PI)控制器。而且，識別所述預(yù)定電網(wǎng)狀態(tài)可以包括從所述同步發(fā)電機的所述測量無功功率特性中減去標稱無功功率特性。在這點上，識別所述預(yù)定電網(wǎng)狀態(tài)可以可能伴隨至少大致“忽略”等于或小于標稱無功功率特性的無功功率特性。在第一方面的一個或更多個實施方式中，修改所述風(fēng)力渦輪機的所述控制方案可以包括生成自適應(yīng)控制基準；并且向所述控制方案提供所述自適應(yīng)控制基準。例如，所述自適應(yīng)控制基準可以通過根據(jù)所述同步發(fā)電機的所測量無功功率特性生成第一電壓基準，并且將標稱電壓基準(例如，額定電壓的100%)相加至所述第一電壓基準以生成所述自適應(yīng)控制基準，來生成自適應(yīng)控制基準。在這點上，所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成，接收或以其它方式利用所述自適應(yīng)電壓基準，來測量或以其它方式利用所述電網(wǎng)的電壓；以及選擇性地控制所述同步發(fā)電機的無功功率特性，使得所述電網(wǎng)的所測量電壓大致跟隨所述自適應(yīng)電壓基準。作為一示例，所述無功功率特性可以通過調(diào)節(jié)所述同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流以縮減被所述同步發(fā)電機吸收的無功功率的量來選擇性地控制。如可以清楚，所述風(fēng)力渦輪機操作可以被設(shè)置成，按大于更新所述自適應(yīng)電壓基準的比率的比率選擇性地控制所述無功功率特性。在第一方面的一個或更多個實施方式中，所述自適應(yīng)控制基準可以受限于取決于所述電網(wǎng)的額定電壓的范圍(例如，所述電網(wǎng)的額定電壓的95%至105%)。另外，在一個或更多個實施方式中，所述控制方案可以利用自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)來實現(xiàn)。該AVR可以操作以接收電壓基準、測量所述電網(wǎng)的電壓，以及通過選擇性地調(diào)節(jié)所述同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流來控制所述電網(wǎng)的所述電壓以跟隨所述電壓基準。為考慮所述電網(wǎng)狀態(tài)，所述電壓基準可以根據(jù)識別出的所述預(yù)定電網(wǎng)狀態(tài)來自適應(yīng)。本發(fā)明的第二方面通過一種可以連接至電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機來具體實施，其中，該風(fēng)力渦輪機包括同步發(fā)電機。所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成，當所述風(fēng)力渦輪機與所述電網(wǎng)電連接時，針對第一狀態(tài)按第一有功功率控制模式操作。而且，所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成，當所述風(fēng)力渦輪機與所述電網(wǎng)電連接時，針對第二狀態(tài)按第二有功功率控制模式操作，其中，按所述第二有功功率控制模式操作所述風(fēng)力渦輪機向所述風(fēng)力渦輪機提供與在按所述第一有功功率控制模式操作所述風(fēng)力渦輪機時相比不同的有功功率特性。許多精細化特征和附加特性可應(yīng)用于本發(fā)明第二方面。這些精細化特征和附加特征可以單獨使用或者按任何組合使用。下面的討論可分離應(yīng)用于第二方面，一直到開始討論本發(fā)明第三方面。在第二方面的一個或更多個實施方式中，所述第一有功功率控制模式包括按大致等于所述同步發(fā)電機的額定有功功率電平的有功功率電平來操作所述同步發(fā)電機，并且所述第二有功功率控制模式包括按小于所述同步發(fā)電機的所述額定有功功率電平的有功功率電平來操作所述同步發(fā)電機。在第二方面的一個或更多個方面中，所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)皆取決于所述電網(wǎng)的電壓或者所述同步發(fā)電機的一個或更多個物理特性。作為一示例，所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)皆可以通過測量所述電網(wǎng)和與所述電網(wǎng)電連接的所述風(fēng)力渦輪機的電壓、分析所述電網(wǎng)的所測量電壓，以及根據(jù)這種分析按所述第一有功功率控制模式或者按所述第二有功功率控制模式操作所述風(fēng)力渦輪機來確定。所提到的分析可以包括在一時間段期間比較所測量電壓與閾值電壓基準(例如，對所測量電壓與所述閾值電壓基準之差進行積分)。所述風(fēng)力渦輪機可以根據(jù)這種比較，按所述第一有功功率控制模式和所述第二有功功率控制模式中的一種控制模式來操作。在第二方面的一個或更多個實施方式中，所述有功功率特性在按與所述第一有功功率控制模式相對的所述第二有功功率控制模式操作時，按取決于所述電網(wǎng)的所測量電壓的量來縮減。作為一示例，縮減所述有功功率特性的量與對所述電網(wǎng)的所測量電壓與最大電壓基準之差的積分成比例。在第二方面的一個或更多個實施方式中，所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)皆取決于功率因數(shù)基準。所述功率因數(shù)基準可以通過任何合適實體(例如，電網(wǎng)操作人員、控制算法等)提供給所述風(fēng)力渦輪機。在這種情況下，所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)可以通過接收功率因數(shù)基準，比較所述功率因數(shù)基準與所述同步發(fā)電機的功率因數(shù)能力(例如，PQ能力曲線)，以及根據(jù)這種比較按所述第一有功功率控制模式或者按所述第二有功功率控制模式操作所述風(fēng)力渦輪機來確定。在一個示例中，所述有功功率特性在按與所述第一有功功率控制模式相對的所述第二有功功率控制模式操作時，按取決于所述同步發(fā)電機的一個或更多個物理特性的量來縮減。在第二方面的一個或更多個實施方式中，所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)皆取決于所述電網(wǎng)的功率因數(shù)基準和電壓兩者。在這點上，所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)可以通過測量所述電網(wǎng)的電壓，并接著分析所述電網(wǎng)的所測量電壓以生成第一有功功率基準來確定。而且，所述功率因數(shù)基準可以被所述風(fēng)力渦輪機接收或以其它方式利用，可以比較所述功率因數(shù)基準與所述同步發(fā)電機的功率因數(shù)能力(例如，通過利用查尋表)以生成第二有功功率基準，以及可以利用最小有功功率基準用于所述風(fēng)力渦輪機的操作，其中，該“最小有功功率基準”是所述第一有功功率基準和所述第二有功功率基準中的較小者。所述風(fēng)力渦輪機可以根據(jù)利用所述第一有功功率基準和所述第二有功功率基準中的哪一個來按所述第一有功功率基準或者按所述第二有功功率基準來操作。在第二方面的一個或更多個實施方式中，所述風(fēng)力渦輪機在所述最小有功功率基準等于所述同步發(fā)電機的所述額定有功功率電平時按所述第一有功功率控制模式操作，并且所述風(fēng)力渦輪機在所述最小有功功率基準小于所述同步發(fā)電機的所述額定有功功率電平時按所述第二有功功率控制模式操作。而且，在一個或更多個實施方式中，所述風(fēng)力渦輪機的所述有功功率電平在按所述第二有功功率控制模式操作時限于預(yù)定范圍(例如，額定有功功率電平的大約60%至100% )。在第二方面的一個或更多個實施方式中，所述風(fēng)力渦輪機可以包括渦輪轉(zhuǎn)子，該渦輪轉(zhuǎn)子通過扭矩調(diào)節(jié)變速箱或“TRG”接合至所述同步發(fā)電機。這種TRG可以包括液壓或水壓扭矩轉(zhuǎn)換器與行星齒輪系統(tǒng)(例如，多級、功能互連旋轉(zhuǎn)行星齒輪系統(tǒng))的組合。在任何情況下，在所述第一有功功率控制模式與所述第二有功功率控制模式之間改變所述風(fēng)力渦輪機的操作可以包括調(diào)節(jié)扭矩調(diào)節(jié)器的操作。例如并且針對TRG的情況來說，該操作調(diào)節(jié)可以包括調(diào)節(jié)所述TRG的扭矩變化特性。在一個或更多個實施方式中，所述TRG包括液壓回路，并且所述操作條件可以包括調(diào)節(jié)通過所述液壓回路的液壓流體的質(zhì)量流。而且，所述TRG可以包括設(shè)置在導(dǎo)片殼體中的多個導(dǎo)片，并且所述操作調(diào)節(jié)可以包括調(diào)節(jié)所述多個導(dǎo)片的位置。所述操作調(diào)節(jié)還可以被特征化為調(diào)節(jié)被所述TRG吸收的能量的量。本發(fā)明的第三方面通過可以電連接至電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機來具體實施，并且更具體地說，其中，所述風(fēng)力渦輪機被設(shè)置成自適應(yīng)地控制針對所述風(fēng)力渦輪機的發(fā)電機的電壓。 所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成，在一時間段期間測量所述發(fā)電機的無功功率特性，并接著處理所述無功功率特性測量，以生成修正電壓因子。所述風(fēng)力渦輪機還可以被設(shè)置成，將所述修正電壓因子相加至標稱電壓基準以生成自適應(yīng)電壓基準，并且其中，可以將這種自適應(yīng)電壓基準提供給所述風(fēng)力渦輪機的自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)。許多精細化特征和附加特征可應(yīng)用于本發(fā)明的第三方面。這些精細化特征和附加特征可以單獨使用或者按任何組合使用。下面的討論可分離應(yīng)用于第三方面，一直到開始討論本發(fā)明第四方面。在第三方面的一個或更多個實施方式中，處理所述無功功率特性測量來生成修正電壓因子包括向所述無功功率測量應(yīng)用PI控制器。作為一示例，所述PI控制器可以包括大于一小時的時間常數(shù)。而且，所述風(fēng)力渦輪機可以包括同步發(fā)電機，并且所述AVR可以操作以通過調(diào)節(jié)所述同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流來調(diào)節(jié)所述無功功率特性。在第三方面的一個或更多個實施方式中，所述自適應(yīng)局部電壓基準范圍可以處于所述電網(wǎng)的額定電壓的大約95%和105%之間，并且所述修正電壓因子可以限于預(yù)定范圍內(nèi)。而且，所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成針對所測量無功功率特性應(yīng)用低通濾波器，使得可以去除高頻波動。另外，所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成，從所測量無功功率特性減去標稱無功功率基準，使得例如在所測量無功功率特性低于所述標稱無功功率基準時可以被“忽略”。本發(fā)明的第四方面通過可以電連接至電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機來具體實施，其中，控制針對所述風(fēng)力渦輪機的發(fā)電機的有功功率傳送。所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成，接收或以其它方式利用閾值電壓基準，而且測量(或以其它方式接收)所述電網(wǎng)的電壓。所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成，從所述閾值電壓基準減去所測量電壓以生成電壓差值，并且這個電壓差值可以通過所述風(fēng)力渦輪機處理來生成自適應(yīng)有功功率基準。而且，可以將所述自適應(yīng)有功功率基準提供給所述發(fā)電機的有功功率控制器。許多精細化特征和附加特征可應(yīng)用于本發(fā)明的第四方面。這些精細化特征和附加特征可以單獨使用或者按任何組合使用。下面的討論可分離應(yīng)用于第四方面，一直到開始討論本發(fā)明第五方面。在第四方面的一個或更多個實施方式中，所述自適應(yīng)有功功率基準可以限于預(yù)定范圍內(nèi)。而且，處理所述電壓差值可以包括針對所述電壓差值應(yīng)用積分器，并且所述有功功率傳送可以按取決于這個處理的量來縮減。在一個示例中，所述閾值電壓基準可以處于所述電網(wǎng)的額定電壓的大約101%和105%之間。另外，所述閾值電壓基準可以取決于所述同步發(fā)電機在按額定有功功率運轉(zhuǎn)時可以消耗的最大無功功率。在第四方面的一個或更多個實施方式中，所述方法可以包括縮減所述發(fā)電機的有功功率傳送。在其中所述發(fā)電機是同步發(fā)電機的情況下，所述風(fēng)力渦輪機可以包括渦輪轉(zhuǎn)子，該渦輪轉(zhuǎn)子利用扭矩調(diào)節(jié)器(例如，上述TRG)接合至所述同步發(fā)電機。在這點上，縮減所述發(fā)電機的所述有功功率傳送可以包括調(diào)節(jié)所述扭矩調(diào)節(jié)器的操作。例如并且對于TRG 的情況來說，所述操作調(diào)節(jié)可以包括調(diào)節(jié)所述TRG的扭矩轉(zhuǎn)換特性。在一個或更多個實施方式中，所述TRG包括液壓回路，并且所述TRG的操作調(diào)節(jié)可以包括調(diào)節(jié)通過所述液壓回路的液壓流體的質(zhì)量流。而且，所述TRG可以包括設(shè)置在導(dǎo)片殼體中的多個導(dǎo)片，并且所述 TRG的操作調(diào)節(jié)可以包括調(diào)節(jié)所述多個導(dǎo)片的位置。所述TRG的操作調(diào)節(jié)還可以被特征化為調(diào)節(jié)被所述TRG吸收的能量的量。本發(fā)明的第五方面通過可以電連接至電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機來具體實施，其中，控制針對所述風(fēng)力渦輪機的發(fā)電機(例如，同步發(fā)電機)的有功功率傳送。所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成，接收或以其它方式利用功率因數(shù)基準，而且分析與所述發(fā)電機的一個或更多個物理能力有關(guān)的所述功率因數(shù)基準。另外，所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成，生成取決于所述功率因數(shù)基準和所述發(fā)電機的所述一個或更多個物理能力的自適應(yīng)有功功率基準，并接著向所述風(fēng)力渦輪機發(fā)電機的有功功率控制器提供所述自適應(yīng)有功功率基準。許多精細化特征和附加特征可應(yīng)用于本發(fā)明的第五方面。這些精細化特征和附加特征可以單獨使用或者按任何組合使用。下面的討論可分離應(yīng)用于第五方面，一直到開始討論本發(fā)明第六方面。在第五方面的一個或更多個實施方式中，所述分析所述功率因數(shù)基準可以包括比較所述功率因數(shù)基準與所述發(fā)電機的所述一個或更多個物理能力，和/或?qū)⑺龉β室驍?shù)基準限于預(yù)定范圍內(nèi)。所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成，將所述自適應(yīng)有功功率基準限于預(yù)定范圍內(nèi)。在第五方面的一個或更多個實施方式中，所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成，縮減所述發(fā)電機的有功功率傳送。在所述發(fā)電機是同步發(fā)電機的情況下，所述風(fēng)力渦輪機可以包括渦輪轉(zhuǎn)子，該渦輪轉(zhuǎn)子通過諸如上述TRG的扭矩調(diào)節(jié)器接合至所述同步發(fā)電機，在這點上，縮減所述有功功率傳送可以包括所述扭矩調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)操作。例如，并且對于TRG的情況來說，該操作調(diào)節(jié)可以包括調(diào)節(jié)所述TRG的扭矩轉(zhuǎn)換特性。在一個或更多個實施方式中， 所述TRG包括液壓回路，并且所述操作調(diào)節(jié)可以包括調(diào)節(jié)通過所述液壓回路的液壓流體的質(zhì)量流。而且，所述TRG可以包括設(shè)置在導(dǎo)片殼體中的多個導(dǎo)片，并且所述操作調(diào)節(jié)包括調(diào)節(jié)所述多個導(dǎo)片的位置。所述操作調(diào)節(jié)還可以被特征化為調(diào)節(jié)被所述TRG吸收的能量的量。本發(fā)明的第六方面通過可以電連接至電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機來具體實施，其中，可以控制針對風(fēng)力渦輪機的發(fā)電機(例如，同步發(fā)電機)的有功功率傳送。所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成，接收或以其它方式利用閾值電壓基準，而且測量(或以其它方式利用)所述電網(wǎng)的電壓。所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成，從所述閾值電壓基準減去所測量電壓以生成電壓差值，并接著處理所述電壓差值以生成電壓模式自適應(yīng)有功功率基準。另外，所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成，接收或以其它方式利用功率因數(shù)基準，分析與所述發(fā)電機的一個或更多個物理能力有關(guān)的所述功率因數(shù)基準，以及生成取決于所述功率因數(shù)基準和所述發(fā)電機的所述一個或更多個物理能力的功率因數(shù)模式自適應(yīng)有功功率基準。而且，所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成，確定所述有功功率模式自適應(yīng)有功功率基準與所述電壓模式有功功率基準之間的最小者，以生成最小自適應(yīng)有功功率基準；并接著向所述風(fēng)力渦輪機發(fā)電機的有功功率控制器提供所述最小自適應(yīng)有功功率基準。許多精細化特征和附加特征可應(yīng)用于本發(fā)明的第六方面。這些精細化特征和附加特征可以單獨使用或者按任何組合使用。下面的討論可分離應(yīng)用于第六方面，一直到開始討論本發(fā)明第七方面。在第六方面的一個或更多個實施方式中，所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成，將所述功率因數(shù)模式自適應(yīng)有功功率基準和所述電壓模式自適應(yīng)有功功率基準中的每一個都限于預(yù)定范圍內(nèi)。而且，處理所述電壓差值可以包括針對所述電壓差值應(yīng)用積分器。在第六方面的一個或更多個實施方式中，所述閾值電壓基準可以處于所述電網(wǎng)的額定電壓的大約101%和105%之間，并且可以取決于所述同步發(fā)電機在按額定有功功率運轉(zhuǎn)時可以消耗的最大無功功率。在第六方面的一個或更多個實施方式中，所述有功功率傳送按取決于處理所述電壓差值和隨后分析與所述發(fā)電機的一個或更多個物理能力有關(guān)的功率因數(shù)基準中的至少一個步驟的量縮減(降額)。在第六方面的一個或更多個實施方式中，所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成，縮減所述發(fā)電機的有功功率傳送。在所述發(fā)電機是同步發(fā)電機的情況下，所述風(fēng)力渦輪機可以包括渦輪轉(zhuǎn)子，該渦輪轉(zhuǎn)子通過諸如上述TRG的扭矩調(diào)節(jié)器接合至所述同步發(fā)電機。在這點上，縮減所述發(fā)電機的有功功率傳送可以包括調(diào)節(jié)所述扭矩調(diào)節(jié)器的操作。例如并且對于 TRG的情況來說，所述操作調(diào)節(jié)可以包括調(diào)節(jié)所述TRG的扭矩轉(zhuǎn)換特性。在一個或更多個實施方式中，所述TRG包括液壓回路，并且所述操作調(diào)節(jié)可以包括調(diào)節(jié)通過所述液壓回路的液壓流體的質(zhì)量流。而且，所述TRG可以包括設(shè)置在導(dǎo)片殼體中的多個導(dǎo)片，并且所述操作調(diào)節(jié)可以包括調(diào)節(jié)所述多個導(dǎo)片的位置。所述操作調(diào)節(jié)還可以被特征化為調(diào)節(jié)被所述TRG 吸收的能量的量。本發(fā)明的第七方面通過可以電連接至電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機來具體實施，其中，所述風(fēng)力渦輪機包括同步發(fā)電機。所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成，接收或以其它方式利用針對控制方案的基準，并且針對所述風(fēng)力渦輪機，根據(jù)取決于所述基準的所述控制方案操作。而且，所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成，監(jiān)測或以其它方式接收所述電網(wǎng)的特性，并接著根據(jù)所述電網(wǎng)的特性自適應(yīng)修改所述基準。許多精細化特征和附加特征可應(yīng)用于本發(fā)明的第七方面。這些精細化特征和附加特征可以單獨使用或者按任何組合使用。與第一到第六方面中的一個或更多個方面有關(guān)的許多上述特征可以應(yīng)用于本發(fā)明的第七方面。例如，在第七方面的一個或更多個實施方式中，所述電網(wǎng)的特性可以表示預(yù)定電網(wǎng)狀態(tài)。所述預(yù)定電網(wǎng)狀態(tài)可以采用因與所述電網(wǎng)相關(guān)聯(lián)的用電設(shè)備負荷而造成所述電網(wǎng)的電壓波動的形式。這些波動可以大致周期性的并且可以具有天、周、季節(jié)、年，或某一其它時間段。在這些波動周期性并且具有一天時間段的情況下，這些波動可能因弱電網(wǎng)上的可變用電設(shè)備負荷而造成。另外，在第七方面的一個或更多個實施方式中，所述用于根據(jù)所述電網(wǎng)的特性自適應(yīng)修改所述基準的處理可以包括針對一時間段測量和/或分析所述同步發(fā)電機的無功功率特性(例如，所吸收或生成的無功功率)。如可以清楚，無功功率特性可以表示所述電網(wǎng)的電壓特性(例如，當所述電網(wǎng)的電壓太高時，可以通過所述同步發(fā)電機消耗更多無功功率)。在這點上，所述用于自適應(yīng)修改所述基準的處理可以包括向所述同步發(fā)電機的無功功率特性應(yīng)用比例積分(PI)控制器。而且，所述用于自適應(yīng)修改所述基準的處理可以包括從所述同步發(fā)電機的所述測量無功功率特性中減去標稱無功功率特性。在這點上，所述用于自適應(yīng)修改所述基準的處理可能伴隨至少大致“忽略”等于或小于標稱無功功率特性的無功功率特性。在第七方面的一個或更多個實施方式中，可以通過根據(jù)所述同步發(fā)電機的所測量無功功率特性生成第一電壓基準，并且將標稱電壓基準(例如，額定電壓的100% )相加至所述第一電壓基準以生成所述自適應(yīng)控制基準，來生成向所述控制方案提供的所述自適應(yīng)基準。在這點上，所述風(fēng)力渦輪機可以被設(shè)置成，接收或以其它方式利用所述自適應(yīng)電壓基準，測量或以其它方式利用所述電網(wǎng)的電壓，以及選擇性地控制所述同步發(fā)電機的無功功率特性，使得所述電網(wǎng)的所測量電壓大致跟隨所述自適應(yīng)電壓基準。作為一示例，所述無功功率特性可以通過調(diào)節(jié)所述同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流，以縮減被所述同步發(fā)電機吸收的無功功率的量來選擇性地控制。如可以清楚，所述風(fēng)力渦輪機操作可以被設(shè)置成，按大于更新所述自適應(yīng)電壓基準的比率的比率選擇性地控制所述無功功率特性。在第七方面的一個或更多個實施方式中，向所述控制方案提供的所述自適應(yīng)基準可以受限于取決于所述電網(wǎng)的額定電壓的范圍(例如，所述電網(wǎng)的額定電壓的95%至 105%)。另外，在一個或更多個實施方式中，所述控制方案可以利用自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR) 來實現(xiàn)。該AVR可以操作以接收電壓基準、測量所述電網(wǎng)的電壓，以及通過選擇性地調(diào)節(jié)所述同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流來控制所述電網(wǎng)的所述電壓以跟隨所述電壓基準。為考慮所述電網(wǎng)的狀態(tài)，所述電壓基準可以根據(jù)識別出的所述預(yù)定電網(wǎng)狀態(tài)調(diào)節(jié)來自適應(yīng)。除了上述示例性方面和實施方式以外，通過參照附圖并且通過研究下列描述，本發(fā)明的進一步方面和實施方式將變清楚。


圖1是包括自適應(yīng)電壓控制器的風(fēng)力渦輪機的一個實施方式的示意圖。圖2A是可以被圖1的風(fēng)力渦輪機使用的扭矩調(diào)節(jié)變速箱的一個實施方式的截面示意圖。圖2B是被圖2A的扭矩調(diào)節(jié)變速箱所使用的水壓扭矩轉(zhuǎn)換器的分解、立體圖。圖2C是被圖2B的水壓扭矩轉(zhuǎn)換器使用的、處于最大打開位置的可調(diào)節(jié)導(dǎo)片的平面圖。圖2D是被圖2B的水壓扭矩轉(zhuǎn)換器使用的、處于閉合位置的可調(diào)節(jié)導(dǎo)片的平面圖。圖3是針對弱電網(wǎng)的電網(wǎng)電壓與時間的圖形。圖4是可以被圖1的風(fēng)力渦輪機使用的自適應(yīng)電壓控制器的一個實施方式的框圖。圖5是可以被圖1的風(fēng)力渦輪機使用的具有有功功率降額的自適應(yīng)電壓控制器的一個實施方式的框圖。
圖6是針對同步發(fā)電機的有功和無功功率能力曲線。圖7是用于針對風(fēng)力渦輪機的自適應(yīng)控制特征的一個實施方式的操作協(xié)議。圖8是可以與圖1的操作協(xié)議一起使用的監(jiān)測協(xié)議。圖9是用于修改針對風(fēng)力渦輪機的、可以與圖7的操作協(xié)議一起使用的控制方案的協(xié)議。圖10是針對包括有功功率降額的風(fēng)力渦輪機的控制特征的一個實施方式的操作協(xié)議。圖11是可以與圖10的操作協(xié)議一起使用的監(jiān)測協(xié)議。圖12是可以與圖10的操作協(xié)議一起使用的另一監(jiān)測協(xié)議。圖13是用于針對風(fēng)力渦輪機的另一自適應(yīng)控制特征的一個實施方式的操作協(xié)議。
具體實施例方式雖然本發(fā)明易受各種修改和另選形式，但其具體實施方式
在附圖中通過示例進行了示出并在此進行了詳細描述。然而，應(yīng)當明白，不是旨在將本發(fā)明限制成所公開的特定形式，而相反，本發(fā)明要覆蓋落入如權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改例、等同物以及另選例。圖1是一示例性風(fēng)力渦輪機200的一個實施方式的示意圖，該風(fēng)力渦輪機200可以被設(shè)置成，提供自適應(yīng)電壓控制和/或自適應(yīng)功率因數(shù)(PF)控制。在運轉(zhuǎn)中，風(fēng)力向風(fēng)力轉(zhuǎn)子202的葉片201賦予能量，其依次在同步發(fā)電機214的軸上賦予機械扭矩。該同步發(fā)電機214直接接合至電網(wǎng)224，以利用電網(wǎng)224向用電設(shè)備提供電力。為調(diào)節(jié)和控制施加至同步發(fā)電機214的旋轉(zhuǎn)速度和扭矩，將固定2級機械變速箱204和扭矩調(diào)節(jié)變速箱(TRG) 210 設(shè)置在同步發(fā)電機214與風(fēng)力轉(zhuǎn)子202之間。而且，可以設(shè)置渦輪機控制系統(tǒng)模塊236 (其包括自適應(yīng)電壓或PF控制器(AVC) 237)和扭矩調(diào)節(jié)變速箱或TRG控制系統(tǒng)模塊228，以監(jiān)測并控制風(fēng)力渦輪機200的各種功能。下面，對風(fēng)力渦輪機200的各種組件中的每一個組件進行更詳細描述。在一個實施方式中，同步發(fā)電機214是2兆瓦(MW)、4極自勵同步發(fā)電機，其針對 60Hz電力系統(tǒng)按1800RPM(針對50Hz電力系統(tǒng)按1500RPM)的恒定頻率運轉(zhuǎn)，但可以利用其它同步發(fā)電機?？梢詫⒆詣与妷赫{(diào)節(jié)器(AVR) 216接合至同步發(fā)電機214，以提供電壓控制、功率因數(shù)控制、同步功能等。有利的是，因為同步發(fā)電機214直接連接至電網(wǎng)224，所以可以消除針對用于調(diào)節(jié)或變換功率的復(fù)雜電力電子學(xué)的需要。如可以清楚，可以將任何合適方法用于同步發(fā)電機214的勵磁。在一個實施方式中，勵磁系統(tǒng)包括副勵磁機，其可以包括永磁發(fā)電機(PMG)。有利的是，這種構(gòu)造可以消除用于提供勵磁的外部電源的需求，并且消除針對滑環(huán)和/或電刷的需要，其可以縮減同步發(fā)電機214的維護需求。如上所述，因為同步發(fā)電機214的轉(zhuǎn)子速度被固定至電網(wǎng)224的頻率，而風(fēng)速可變，所以設(shè)置TRG 210，以將風(fēng)力轉(zhuǎn)子202的軸的扭矩和速度轉(zhuǎn)換成適于同步發(fā)電機 214的形式。TRG 210可以具有任何恰當構(gòu)造，例如，TRG 210可以采用具有任何數(shù)量構(gòu)造的疊加變速箱的形式。在一個實施方式中，TRG 210是扭矩轉(zhuǎn)換器和行星齒輪系統(tǒng)的組合。用于 TRG 210 的典型構(gòu)造是從 Voith Turbo GmbH and Co. KG1 having aplace ofbusiness in Heidenheim，Germany 可獲的WinDrive 。在 2005 年 0 月 27 日公布的、題名為 "Hydrodynamic Converter” 的美國專利申請公報 No. US 2005/0235636,2005 年 9 月 8 日 ^^W>^ “Contro 1 System for a Wind Power Plant WithHydrodynamic Gear，，白勺 US 2005/0194787，以及 2008 年 8 月 21 日公布的、題名為"Variable-Speed Transmission for a Power-Generating”的中公開了一種結(jié)合TRG 210使用的一個或更多個特征。這三個公布申請的全部內(nèi)容通過引用并入于此。TRG 210可以被特征化為設(shè)置在在風(fēng)力轉(zhuǎn)子202與同步發(fā)電機214之間延伸的動力傳動系統(tǒng)(例如，向同步發(fā)電機214傳遞風(fēng)力轉(zhuǎn)子202的旋轉(zhuǎn)的傳動系統(tǒng))中?？梢岳萌魏魏线m類型的扭矩調(diào)節(jié)器或扭矩調(diào)節(jié)裝置/系統(tǒng)，來取代TRG 210 (在該情況下，上述控制模塊208還可以被稱為“扭矩調(diào)節(jié)器控制模塊228”)。扭矩調(diào)節(jié)器或扭矩調(diào)節(jié)裝置/ 系統(tǒng)可以與在風(fēng)力轉(zhuǎn)子202與同步發(fā)電機214之間延伸的動力傳動系統(tǒng)有關(guān)地按任何恰當方式并入(例如，在一個或更多個位置處)。任何調(diào)節(jié)風(fēng)力轉(zhuǎn)子202與同步發(fā)電機214之間的扭矩傳遞的任何合適方式都可以利用(例如，以電方式、液壓方式)。在圖2A-2D所示的一個實施方式中，TRG 210包括液壓或水壓扭矩轉(zhuǎn)換器602，和位于2級機械變速箱204與同步發(fā)電機214之間的2級功能互連旋轉(zhuǎn)行星齒輪系統(tǒng)604的組合。在該旋轉(zhuǎn)行星齒輪系統(tǒng)604中，將從輸入軸606 (其根據(jù)風(fēng)力轉(zhuǎn)子202的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)驅(qū)動)輸入的動力提供給旋轉(zhuǎn)行星齒輪系統(tǒng)604的左級的托架608。將多個行星齒輪610旋轉(zhuǎn)安裝在托架608上?？梢岳萌魏魏线m數(shù)量的行星齒輪610，同時水壓回路經(jīng)由控制驅(qū)動部來驅(qū)動外部環(huán)狀(環(huán)形)齒輪616。在多數(shù)旋轉(zhuǎn)行星齒輪系統(tǒng)中，固定了三個部件(即， 行星齒輪托架、環(huán)形齒輪，或太陽齒輪)中的一個。然而，在TRG 210中，行星齒輪系統(tǒng)604 的左級的全部三個部件可以旋轉(zhuǎn)。在環(huán)狀齒輪616與流體機之間，可能必需通過固定齒輪級614來適應(yīng)旋轉(zhuǎn)的速度和方向。旋轉(zhuǎn)行星齒輪系統(tǒng)604經(jīng)由太陽齒輪618向連接至同步發(fā)電機214的輸出軸612引導(dǎo)兩個動力流。在液壓回路中，利用水壓扭矩轉(zhuǎn)換器602的泵輪620從輸出軸612取出控制動力并經(jīng)由水壓扭矩轉(zhuǎn)換器602的渦輪機葉輪622返回至旋轉(zhuǎn)行星齒輪系統(tǒng)604。變速齒輪箱中的動力流可以通過相互作用旋轉(zhuǎn)行星齒輪系統(tǒng)604與水壓扭矩轉(zhuǎn)換器602的組合而連續(xù)改變。水壓扭矩轉(zhuǎn)換器602設(shè)置有可調(diào)節(jié)導(dǎo)片6 (通過導(dǎo)片殼體6 并入)并由此可以被用作針對泵輪620的動力消耗可變的致動器或控制部。流體的能含量和通過渦輪機葉輪622生成的扭矩隨著泵輪620動力消耗的變化而變。渦輪機葉輪622的旋轉(zhuǎn)至少部分地受導(dǎo)片6M支配或以其它方式控制。圖2C示出了處于最大打開位置的導(dǎo)片6 (其允許渦輪機葉輪622在當前狀態(tài)下按最大速度旋轉(zhuǎn))。圖2D示出了處于閉合位置的導(dǎo)片624。在打開位置(圖2C)與閉合位置(圖2D)之間調(diào)節(jié)導(dǎo)片6M的位置控制渦輪機葉輪622的旋轉(zhuǎn)速度，和被水壓扭矩轉(zhuǎn)換器602 “吸收”的能量。水壓扭矩轉(zhuǎn)換器602的核心是其液壓回路；包括泵輪620、渦輪機葉輪622，以及具有可調(diào)節(jié)導(dǎo)片624的導(dǎo)輪或?qū)瑲んw626。這些組件在包含液壓油或具有合適粘性的任何其它合適流體的公共殼體中組合。在圖2B中，在標號621所示點處示意性地示出了公共殼體中的液壓流體的流動路徑。輸入軸606的機械能通過泵輪620轉(zhuǎn)換成液壓能。在渦輪機葉輪622中，將同一液壓能反向轉(zhuǎn)換成機械能并且傳送至輸出軸612。導(dǎo)輪擬6的可調(diào)節(jié)導(dǎo)片擬4調(diào)節(jié)液壓回路中的質(zhì)量流。當導(dǎo)片624閉合時(即，圖2D，小質(zhì)量流)，動力傳送處于最小。當導(dǎo)片擬4完成打開時，S卩，圖2C，大質(zhì)量流)，動力傳送處于最大。因為質(zhì)量流中的變化(因可調(diào)節(jié)導(dǎo)片擬4造成)，所以渦輪機葉輪622的速度可以被調(diào)節(jié)成匹配同步發(fā)電機214的各種運轉(zhuǎn)點。在操作中并且下面參照圖1和圖2A-2D兩者，風(fēng)力渦輪機200的TRG控制系統(tǒng)模塊 2 可以控制TRG 210的導(dǎo)片擬4的定位，使得適當?shù)乜刂仆桨l(fā)電機214的轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)速度和扭矩。即可以動態(tài)地控制通過同步發(fā)電機214生成的有功功率。在這點上，TRG控制系統(tǒng)模塊2 可以與渦輪機控制系統(tǒng)模塊236通信以實現(xiàn)這種功能?？刂葡到y(tǒng)模塊2 和236可以物理或邏輯上隔離，或者可以組合成單一單元。而且，控制系統(tǒng)模塊2 和236 可以采用硬件、軟件，其組合，或者按任何合適方式來實現(xiàn)。作為一示例，控制系統(tǒng)模塊2 和236可以采用一個或更多個“現(xiàn)成的”或定制微控制器來實現(xiàn)。盡管上面描述了 TRG210的一個示例，但還應(yīng)當清楚，可以提供任何合適構(gòu)造(例如，任何扭矩調(diào)節(jié)裝置(TRD))，以將風(fēng)力轉(zhuǎn)子202的軸的扭矩和速度轉(zhuǎn)換成適于同步發(fā)電機214的形式。作為一示例，可以使用包括用于調(diào)節(jié)風(fēng)力轉(zhuǎn)子202的軸的扭矩和速度的電氣機構(gòu)(與液壓相對)的TRD。圖1的風(fēng)力渦輪機200還包括風(fēng)力轉(zhuǎn)子202，其又包括多個轉(zhuǎn)子葉片201(例如， 三個轉(zhuǎn)子葉片)，這些轉(zhuǎn)子葉片可以被設(shè)計用于最佳化空氣動力學(xué)流動和能量傳遞?？梢岳萌魏魏线m數(shù)量的轉(zhuǎn)子葉片201。而且，風(fēng)力轉(zhuǎn)子202可以包括節(jié)距控制系統(tǒng)，其可操作以按希望/需求方式調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片201的角。為實現(xiàn)這種功能，風(fēng)力轉(zhuǎn)子202可以包括液壓節(jié)距控制系統(tǒng)，其包括可通過渦輪機控制系統(tǒng)模式236控制的節(jié)距閥234。轉(zhuǎn)子葉片201 的位置和節(jié)距可以同時或共同調(diào)節(jié)，或者可以獨立調(diào)節(jié)。除了節(jié)距控制以外，圖1的風(fēng)力渦輪機200還可以包括可控側(cè)轉(zhuǎn)驅(qū)動部232，其可操作以調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機200所面對的方向(具體來說，風(fēng)力轉(zhuǎn)子202所面對的方向)。例如，渦輪機控制系統(tǒng)模塊236可以控制側(cè)轉(zhuǎn)驅(qū)動部232以旋轉(zhuǎn)風(fēng)力轉(zhuǎn)子202及其轉(zhuǎn)子葉片 201，面向風(fēng)力的方向，使得可以最佳化風(fēng)力渦輪機200的效率。風(fēng)力渦輪機200還可以包括不間斷電源(UPS) 230。該UPS 230可以接合至各種組件(例如，節(jié)距閥234、控制系統(tǒng)模塊2 和236等)并且起作用以向這些組件提供電力，尤其是在主電源不可用時。UPS 230可以包括任何類型的電力系統(tǒng)，包括一個或更多個電池、 光伏電池、電容器、飛輪等。風(fēng)力渦輪機200還可以包括接合在2級變速箱204與TRG 210之間的可控制機械制動器206。該制動器206可以通過渦輪機控制系統(tǒng)模塊236來控制，以縮減風(fēng)力轉(zhuǎn)子202 的旋轉(zhuǎn)速度。應(yīng)當清楚，可以使用任何合適的制動機構(gòu)，包括但不限于，尖端制動器、副翼、 阻流板、邊界層裝置等。任何合適類型的一個或更多個制動器可以被包括在風(fēng)力轉(zhuǎn)子202 與同步發(fā)電機214之間的傳動系統(tǒng)中，例如，設(shè)置在風(fēng)力轉(zhuǎn)子202與TRG 210之間。另外， 摩擦離合器208和212可以設(shè)置在機械傳動系統(tǒng)中，以限制施加在組件之間的扭矩，并且選擇性地接合和分離傳動系統(tǒng)組件的各種軸。如可以清楚，在將同步發(fā)電機214直接接合至電網(wǎng)2 之前，必須滿足特定條件。 例如，同步發(fā)電機214的定子電壓必須基本上匹配電網(wǎng)2 的電壓，并且該電壓的頻率和相位同樣必須匹配。為實現(xiàn)這種功能，必須向風(fēng)力渦輪機200提供同步單元218、電網(wǎng)測量單元226，以及斷路器222。在操作中，同步單元218可以與AVR 216和控制系統(tǒng)模塊236以及2 通信，以調(diào)節(jié)同步發(fā)電機214的電壓特性，以匹配如通過電網(wǎng)測量單元2 測量的電網(wǎng)224的電壓特性。一旦該電壓特性在發(fā)電機側(cè)和電網(wǎng)側(cè)都基本上匹配，同步單元218就可以向斷路器220發(fā)送命令以閉合電路，由此將同步發(fā)電機214接合至電網(wǎng)224。斷路器 222還可以接合至電網(wǎng)和發(fā)電機保護單元220，其可操作以感測其可能希望將風(fēng)力渦輪機 200與電網(wǎng)2M斷開的有害狀態(tài)。如上所述，渦輪機控制系統(tǒng)模塊236包括AVC 237，其可以被設(shè)置成，響應(yīng)于檢測到的至少一個特定電網(wǎng)條件，自適應(yīng)地控制同步發(fā)電機214的輸出電壓、PF，以及有功功率傳送。下面，參照圖4和5，對AVC 237的實施方式的具體細節(jié)進行描述。盡管AVC 237可以與風(fēng)力渦輪機200的構(gòu)造相關(guān)地描述，但其可以被利用同步發(fā)電機的各種其它風(fēng)力渦輪機設(shè)計利用。圖3例示了針對電網(wǎng)的電網(wǎng)電壓(黑線)與時間的圖形250。如圖所示，軸邪4表示表達為額定電網(wǎng)電壓的百分比的電網(wǎng)電壓。軸252表示時間，并且沿軸252的每一個標簽按十二個小時分隔。從圖形250可以看出，電網(wǎng)電壓因可變用電設(shè)備負荷和/或弱電網(wǎng)而貫穿每一天從額定電網(wǎng)電壓的大約101%至104%波動。在特定狀態(tài)下，可能希望利用風(fēng)力渦輪發(fā)電機通過提供或消耗無功功率來控制電網(wǎng)的電壓。然而，已經(jīng)觀察到，對于弱電網(wǎng)來說，單獨風(fēng)力渦輪發(fā)電機在輕用電設(shè)備負荷時間期間可能無法縮減電網(wǎng)的電壓。結(jié)果，風(fēng)力渦輪發(fā)電機可能努力消耗最大可能量的無功功率達較長時間段，來縮減電網(wǎng)電壓。這種風(fēng)力渦輪機的擴展無功功率消耗可能降低風(fēng)力渦輪發(fā)電機的效率，同樣削弱了有功功率的傳送。為糾正這種問題，可以將自適應(yīng)電壓控制器(AVC)237設(shè)置成，確定或識別當電網(wǎng)電壓因特定條件(例如，因可變用電設(shè)備負荷的波動)而超過額定電壓時的狀態(tài)，并且響應(yīng)于標識這種狀態(tài)，最小化被同步發(fā)電機214消耗的無功功率。在這點上，同步發(fā)電機214可能起作用以縮減電網(wǎng)電壓，除非電網(wǎng)電壓已經(jīng)達到不可接受電平(例如，額定電網(wǎng)電壓的至少105% )，或者假設(shè)電網(wǎng)電壓因除了要被AVC 237 “忽略”的狀態(tài)(例如，電網(wǎng)電壓中的周期性波動)以外的其它狀態(tài)而超過額定電網(wǎng)電壓。圖4例示了可以被圖1所示自適應(yīng)電壓控制器或AVC 237使用的功能框圖300。 一般來說，這種構(gòu)造中的AVC 237操作以向ACR 216提供自適應(yīng)電壓基準，其依次修改同步發(fā)電機214的轉(zhuǎn)子繞組中的勵磁電流ie，以調(diào)節(jié)同步發(fā)電機214的電壓。自適應(yīng)電壓基準的作用通常是使AVR 216忽略電網(wǎng)2 的、因正常每小時、每天、季節(jié)性、每年而造成的電壓波動，或者因弱電網(wǎng)的可變用電設(shè)備負荷而造成的其它波動。最初，AVC 237接收所測量無功功率信號Q_sural(例如，來自電網(wǎng)測量單元226、來自AVR 216等)。所測量無功功率Qnreasured 接著被低通濾波器302濾波，以生成信號。低通濾波器302通常操作以去除所測量無功功率Qnreasured中的任何高頻波動。一旦對所測量無功功率Qnreasured進行了濾波，就通過減法器304將標稱無功功率基準Qkef從(^皿減去，該減法器304生成饋送到比例積分(PI)控制器306中的無功功率誤差信號。根據(jù)針對風(fēng)力渦輪機200的希望操作，該標稱無功功率基準Qkef可以是任何值，包括零VARS。在操作中，PI控制器306提供取決于Qmeasured與QKEF(即，QemJ之差的特性的輸出 VKEF1，更具體地說，Veefi涉及無功功率誤差信號Qctm與積分的無功功率誤差信號Qctm的加權(quán)和。使得PI控制器306可以適當?shù)卣{(diào)節(jié)提供給AVR 216的基準電壓，PI控制器306可以具有相對較大的時間常數(shù)(例如，幾秒鐘、幾分鐘、幾小時或更多)。在這點上，僅在無功功率誤差信號Qotot的加權(quán)和較大(例如，大于1千瓦，大于100千瓦等)和/或已經(jīng)持續(xù)達一時間段(例如，幾分鐘、幾小時等)時自適應(yīng)該電壓基準，使得可以忽略每小時、每天、 每周，或其它周期性電網(wǎng)波動。為了約束PI控制器306的輸出，可以將Vkefi信號饋送到限制器308中，該限制器
308可操作以將Vkefi限于Vadapt.MIN與Vadapt.mx內(nèi)。作為一示例，VADAPT.mx% Vadapt.目可以分別為額定電網(wǎng)電壓的+3%和_3%?；蛘呤轻槍梢韵Ｍ淖赃m應(yīng)基準電壓的無論什么合適限值。Vadaflmax與Vadaflmin中的每一個可以是任何恰當值。在限制器308之后，可以通過加法器310將標稱電壓基準信號Vkefnqm相加至限制電壓基準信號VKEF2，以生成Vkefadapt信號。VKEF.M信號例如可以是額定電壓的100%。接著可以將VKEF.ADAPT信號提供給AVR 216，其又可以控制同步發(fā)電機214的勵磁電流ie，以按VKEF.ADAPT 保持同步發(fā)電機214的定子處的電壓。為實現(xiàn)其，AVR216可以將來自減法器312的誤差信號饋送到PI控制器314中，其接著可以向同步發(fā)電機214的轉(zhuǎn)子繞組輸出勵磁電流ie。圖5例示了具有提高功率降額并且可以被AVC 237使用的自適應(yīng)電壓/PF控制器 400的一個實施方式的框圖。一般說來，控制器400可以操作以在同步發(fā)電機214按額定功率(例如，2MW)運轉(zhuǎn)時準許風(fēng)力渦輪機200增加所消耗無功功率至超過可以消耗的最大無功功率的程度。這個特征在需要時通過降額同步發(fā)電機214的有功功率傳送來實現(xiàn)。艮口， 可以使用同步發(fā)電機214的固有性質(zhì)，以準許同步發(fā)電機214通過縮減有功功率傳送(例如，從2MW至1.7MW)而在特定條件下消耗額外無功功率。這種功能在將同步發(fā)電機接合至弱電網(wǎng)時可能是希望的，其在輕用電設(shè)備負荷狀態(tài)下可以具有電壓電平上升超出額定電平的趨勢。參照圖6，提出了有關(guān)同步發(fā)電機214的有功功率與無功功率能力之間的關(guān)系的討論。控制器400的第一部分是電壓控制模式(VCM)自適應(yīng)控制器402，其操作以在同步發(fā)電機214的電壓Vmeasured上升超過閾值電壓VREF. MAX(例如，超過額定電壓的103% ) 時生成降額有功功率基準PC0RR.V2。為了實現(xiàn)這種功能，同步發(fā)電機214的所測量電壓 Vffleasured首先通過減法器406從Vkermax減去以生成誤差信號。接著，將這個誤差信號饋送到積分器408中，其可操作以生成第一修正有功功率基準Ρωκκ.νι。作為一示例，Pamvi可以是 0與1之間的數(shù)值，使得當乘以針對同步發(fā)電機214的額定有功功率時，生成處于額定有功功率的0%與100%之間的值(例如，0. 8X2MW = 1. 6麗)。為約束針對第一修正有功功率基準的可能值，可以設(shè)置限制器410，其可操作以將Pamvi限制成處于Ρ_.ΜΙΝ與P—內(nèi) (例如，處于0. 5與1. 0之間)的值，由此生成針對VCM自適應(yīng)控制器402的第二修正有功功率基準。Ρ·ΜΙΝ與Pamm中的每一個都可以是任何合適值?？刂破?00的第二部分是功率因數(shù)控制模式(PFCM)自適應(yīng)控制器404，其可操作以在將功率因數(shù)(PF)基準設(shè)置為使得同步發(fā)電機214在生成額定有功功率的同時不能按該PF運轉(zhuǎn)時生成降額有功功率PamPF2 (參見圖6)。為實現(xiàn)這種功能，控制器404首先例如從電力工業(yè)或電網(wǎng)操作人員接收PFkef信號。可以將該PFkef信號饋送至限制器412，以將可能PF基準值約束至PFmin與PFmax內(nèi)(例如，0. 6-1. 0 PF之間。)PFmin與PFmax中的每一個都可以是任何合適值。接著可以將所得信號饋送至PQ能力表414，其可操作以接收PF基準信號，并且生成取決于同步發(fā)電機214的特定能力的第一修正有功功率基準Ρωκκ.ρη。作為一示例，PQ能力表414可以包括查尋表，該查尋表包括用于同步發(fā)電機214的能力數(shù)據(jù)。為約束針對第一修正有功功率基準Pampn的值，可以設(shè)置限制器416，其可操作以將Pampn限制成處于Pamra與P 之間(例如，處于額定有功功率的0. 6與1. 0之間)的值，由此生成針對PF控制模式自適應(yīng)控制器404的Pampp^ Ρ·.ΜΙΝ與Pamm中的每一個都可以是任何合適值。在圖5所示實施方式中，將輸出信號Pamv2和PamPF2都饋送到模塊418中，其可操作以比較兩個輸入，并且向渦輪機控制系統(tǒng)(TCS)模塊236輸出兩個Ρωκκ中的最小者。在這點上，同步發(fā)電機214的有功功率接著可以至少按通過電壓控制模式模塊402和PF控制模式模塊404所要求的量來降額。在操作中，TCS模塊236可以利用P?！せ鶞蕘硇薷耐桨l(fā)電機214的有功功率傳送，以實現(xiàn)希望電壓或PF特性。為實現(xiàn)有功功率降額功能，渦輪機控制系統(tǒng)模塊236可以與TRG控制系統(tǒng)模塊228 相互作用，以調(diào)節(jié)至TRG 210的速度扭矩特性。S卩，控制系統(tǒng)模塊2 和236可以選擇性地調(diào)節(jié)TRG 210的導(dǎo)片624的位置，使得同步發(fā)電機214的有功功率傳送根據(jù)自適應(yīng)有功功率基準Potk從額定有功功率縮減。圖6例示了針對同步發(fā)電機(如圖1所示同步發(fā)電機214)的有功與無功功率能力曲線(PQ能力曲線)。一般來說，同步發(fā)電機用于提供無功功率支持的能力取決于其提供有功功率生成。發(fā)電機的原動機(例如，風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子)可以設(shè)計有比發(fā)電機本身更少的容量，結(jié)果產(chǎn)生圖6所示“風(fēng)力渦輪機傳動系統(tǒng)功率限值”。而且，發(fā)電機的電樞(定子) 的電流承載能力導(dǎo)致“定子發(fā)熱限值”。另外，生成的無功功率涉及增加磁場以提升發(fā)電機的端電壓，其又需要增加轉(zhuǎn)子磁場繞組的電流。轉(zhuǎn)子磁場繞組的電流能力導(dǎo)致“磁場發(fā)熱限值”。與此相反，吸收大量無功功率導(dǎo)致“在勵磁限值之下”，其在從電網(wǎng)汲取顯著無功功率時通過系統(tǒng)穩(wěn)定性限值并且還通過定子繞組發(fā)熱限值來確定。圖6中的點502表示在同步發(fā)電機214按額定有功功率(例如，2MW)運轉(zhuǎn)的同時可以被該發(fā)電機吸收的無功功率的最大量。在這個示例中，這個狀態(tài)在同步發(fā)電機214按 0. 9的超前功率因數(shù)運轉(zhuǎn)時出現(xiàn)。點504例示了為了使同步發(fā)電機214吸收額外無功功率， 必須將有功功率降額至低于風(fēng)力渦輪機傳動系統(tǒng)功率限值(即，額定功率)的程度。即，為了使發(fā)電機按小于0. 9的PF運轉(zhuǎn)，有功功率可以例如利用圖5所示控制器400來降額。圖7是用于包括圖1所示風(fēng)力渦輪機200在內(nèi)的風(fēng)力渦輪機(WT)的自適應(yīng)電壓控制方案的一個實施方式的操作協(xié)議700。該風(fēng)力渦輪機可以包括直接接合至電網(wǎng)的同步發(fā)電機(參見圖1所示的風(fēng)力渦輪機200的同步發(fā)電機214)。在操作中，該操作協(xié)議700 可以包括保持同步發(fā)電機(SG)與電網(wǎng)之間的電連接(步驟702)。例如，同步發(fā)電機的定子端子可以直接接合至電網(wǎng)。操作協(xié)議700還可以包括根據(jù)標稱控制方案來操作風(fēng)力渦輪機(步驟704)。例如， 該標稱控制方案可以包括自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)，其被設(shè)置成測量電網(wǎng)的電壓，并且通過選擇性地調(diào)節(jié)同步發(fā)電機所提供或所吸收的無功功率的量來控制電網(wǎng)的電壓。在這點上，AVR 可以被設(shè)置成接收電壓基準，并且利用任何合適控制方案(例如，PI控制)使電網(wǎng)的電壓跟隨該電壓基準。為考慮電網(wǎng)的預(yù)定狀態(tài)，如因弱電網(wǎng)的可變用電設(shè)備負荷而造成的電壓波動，操作協(xié)議700可以包括針對出現(xiàn)的預(yù)定狀態(tài)來監(jiān)測電網(wǎng)(步驟706)。作為一示例，監(jiān)測步驟706可以包括監(jiān)測并分析同步發(fā)電機的無功功率特性。操作協(xié)議700還可以包括確定該預(yù)定狀態(tài)是否存在(步驟708)。如可以清楚，如果通過監(jiān)測步驟706沒有檢測到該預(yù)定狀態(tài)，則該操作協(xié)議700可以繼續(xù)以利用該標稱控制方案來操作WT。然而，如果操作協(xié)議700確定該預(yù)定狀態(tài)存在，則操作協(xié)議700可以根據(jù)該預(yù)定狀態(tài)的特性修改標稱控制方案(步驟712)。作為一示例，該標稱控制方案可以根據(jù)同步發(fā)電機的無功功率特性(例如，所吸收或傳送的無功功率)的量值和/或量值的積分來修改。而且，隨著上述示例繼續(xù)，該標稱控制方案可以通過向標稱控制方案提供修改(或自適應(yīng))電壓基準來修改，以提供修改控制方案。最后，風(fēng)力渦輪機可以利用修改控制方案來操作(步驟710)，只要該預(yù)定狀態(tài)存在即可。圖8例示了可以例如在諸如圖7所述操作協(xié)議700的操作協(xié)議中使用的監(jiān)測協(xié)議 800。最初，該監(jiān)測協(xié)議800可以針對一時間段測量同步發(fā)電機的特性(步驟80 。例如， 可以測量無功功率特性、電壓特性、電流特性，或任何其它合適特性。該監(jiān)測協(xié)議中的下一個步驟是分析同步發(fā)電機的所測量特性(步驟804)。作為一示例，該分析步驟804可以包括針對所測量特性執(zhí)行一個或更多個數(shù)學(xué)運算(例如，PI控制等)。一旦已經(jīng)分析了所測量特性，該監(jiān)測協(xié)議806就可以確定電網(wǎng)上存不存在該預(yù)定狀態(tài)。在一個實施方式中，在步驟802期間測量無功功率特性，并且在分析步驟804期間將所測量無功功率特性饋送至PI控制邏輯。在這點上，該PI控制邏輯可以操作以分析所測量無功功率特性，并且確定存不存在該預(yù)定狀態(tài)(例如，因弱電網(wǎng)而造成的電壓波動)。 作為一示例，該PI控制邏輯可以確定，因為同步發(fā)電機吸收相對大量的無功功率達相對較長時間段，所以電網(wǎng)的電壓特性由弱電網(wǎng)造成，由此，指示電網(wǎng)的電壓超過額定電壓。圖9例示了例如可以在諸如圖7所示操作協(xié)議700的操作協(xié)議中使用的自適應(yīng)控制協(xié)議900。最初，風(fēng)力渦輪機(WT)可以利用標稱控制方案來操作(步驟90 。如上所述， 該標稱控制方案可以包括自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)，其被設(shè)置成測量電網(wǎng)的電壓，并且通過選擇性地調(diào)節(jié)同步發(fā)電機所提供或所吸收的無功功率的量來控制電網(wǎng)的電壓。在這點上，AVR 可以被設(shè)置成，接收控制變量(例如，電壓基準)，并且利用任何合適控制方案使電網(wǎng)的電壓跟隨該電壓基準(例如，PI控制)。接下來，如果監(jiān)測協(xié)議800(參見圖8)確定存在該預(yù)定狀態(tài)，則自適應(yīng)控制協(xié)議 900可以生成取決于該預(yù)定狀態(tài)的特性的控制變量(步驟904)。例如，對于利用無功功率特性確定該預(yù)定狀態(tài)的情況來說，該控制變量可以取決于無功功率特性的一個或更多個特征(例如，無功功率特性的量值和/或量值的積分)。接著，可以將該控制變量提供給波長控制方案(步驟906)，其可以具有根據(jù)該控制變量修改標稱控制方案的作用(步驟908)。例如，可以將修改(或自適應(yīng))電壓基準提供給標稱控制方案，以生成修改控制方案。最后，風(fēng)力渦輪機可以根據(jù)利用取決于預(yù)定狀態(tài)的特性的控制變量的修改控制方案來操作(步驟910)。圖10例示了用于針對風(fēng)力渦輪機(WT)的有功功率傳送控制方案的一個實施方式的操作協(xié)議1000。如在先前描述的實施方式中，風(fēng)力渦輪機可以包括直接接合至電網(wǎng)的同步發(fā)電機(例如，參見圖1所示風(fēng)力渦輪機200)。在操作中，該操作協(xié)議1000可以包括保持同步發(fā)電機(SG)與電網(wǎng)之間的電連接(步驟1002)。例如，可以將同步發(fā)電機的定子端子直接接合至電網(wǎng)。該操作協(xié)議1000還可以包括按第一有功功率控制模式操作風(fēng)力渦輪機(步驟 1004)。例如，第一有功功率控制模式可以包括按大致等于額定有功功率電平的電平來操作風(fēng)力渦輪機的同步發(fā)電機。該操作協(xié)議1000還可以包括針對預(yù)定狀態(tài)進行監(jiān)測(步驟 1006)，并且確定是否存在預(yù)定狀態(tài)(步驟1008)。下面參照圖11，對兩個步驟1006和1008 進行更詳細描述。如果確定該預(yù)定狀態(tài)存在，則操作協(xié)議1000接著可以按第二有功功率控制模式操作風(fēng)力渦輪機(步驟1010)。而且，第二有功功率控制模式可以包括按小于額定有功功率電平的電平(例如，額定有功功率電平的80% )操作同步發(fā)電機。如在與圖5相關(guān)聯(lián)的討論中提到，在特定情況下，可能希望按小于額定有功功率電平的有功功率電平來操作同步發(fā)電機(即，有功功率降額)。例如，同步發(fā)電機的物理特性可以在希望同步發(fā)電機消耗相對大量無功功率的情況下支配縮減有功功率。圖11例示了用于針對預(yù)定狀態(tài)監(jiān)測和用于確定是否存在該預(yù)定狀態(tài)的協(xié)議 1100。最初，該協(xié)議1100可以操作以測量或接收一參數(shù)(步驟1102)。接下來，該協(xié)議1100 可以操作以根據(jù)風(fēng)力渦輪機的同步發(fā)電機的特性分析該參數(shù)(步驟1104)。而且，該協(xié)議 1100可以包括確定存不存在該預(yù)定狀態(tài)(步驟1106)，使得風(fēng)力渦輪機由此可以按第一有功功率控制模式或第二有功功率控制模式來操作。如可以清楚，該預(yù)定狀態(tài)可以包括其中希望根據(jù)該狀態(tài)按第一或者按第二有功功率控制模式來操作風(fēng)力渦輪機的任何合適狀態(tài)。例如，步驟1102可以操作以接收功率因數(shù)基準作為該參數(shù)(例如，來自電網(wǎng)或電力工業(yè)操作人員)。在這個示例中，步驟1104和1106可以比較該功率因數(shù)基準和同步發(fā)電機的運轉(zhuǎn)特性(例如，PQ能力曲線)，并且若需要，可以操作以縮減同步發(fā)電機的有功功率電平，使得其可以按該功率因數(shù)基準所指定的功率因數(shù)運轉(zhuǎn)。為實現(xiàn)其，可以比較該功率因數(shù)基準與包括同步發(fā)電機的PQ能力特性的查尋表。在另一示例中，該協(xié)議1100可以包括這樣的邏輯，其可操作以測量電網(wǎng)的電壓并且在希望增加同步發(fā)電機所吸收的無功功率超過在按額定有功功率電平運轉(zhuǎn)時可以吸收的最大量時縮減該同步發(fā)電機的有功功率電平(參見圖5和相關(guān)討論)。這種狀態(tài)例如可以在即使同步發(fā)電機吸收按額定有功功率運轉(zhuǎn)時可以吸收的最大無功功率，電網(wǎng)的電壓也太高時出現(xiàn)，使得希望同步發(fā)電機吸收額外無功功率以嘗試降低電網(wǎng)的電壓。圖12例示了用于在第一有功功率控制模式與第二有功功率控制模式之間轉(zhuǎn)變風(fēng)力渦輪機的協(xié)議1200。最初，風(fēng)力渦輪機可以按第一有功功率控制模式操作(步驟1202)。 接著，可以根據(jù)同步發(fā)電機的特性來生成有功功率基準(步驟1204)。例如，該有功功率基準可以根據(jù)同步發(fā)電機的運轉(zhuǎn)特性和所測量或所接收參數(shù)來生成(參見圖11的步驟 1102)。一旦已經(jīng)生成了有功功率基準，接著就可以將其提供給用于操作風(fēng)力渦輪機的控制邏輯(步驟1206)?？刂七壿嬘挚梢圆僮饕岳糜泄β驶鶞拾吹诙泄β士刂颇Ｊ絹聿僮黠L(fēng)力渦輪機(步驟1208)。例如，該控制邏輯可以操作以控制風(fēng)力渦輪機的各個組件，如同步發(fā)電機，轉(zhuǎn)子葉片，或扭矩調(diào)節(jié)變速箱(例如，圖1-3所示的TRG 210)，以按第一和第二有功功率控制模式操作風(fēng)力渦輪機。圖13例示了針對風(fēng)力渦輪機(WT)的自適應(yīng)控制方案的另一實施方式的操作協(xié)議1300。該風(fēng)力渦輪機可以包括直接接合至電網(wǎng)的同步發(fā)電機(例如，參見圖1所示風(fēng)力渦輪機200)。在操作中，該操作協(xié)議1300還可以包括保持同步發(fā)電機(SG)與電網(wǎng)之間的電連接(步驟1302)。例如，該同步發(fā)電機的定子端子可以直接接合至電網(wǎng)。該操作協(xié)議1300還可以包括向被用于操作風(fēng)力渦輪機的控制模式提供基準(步驟1304)。作為一示例，該控制方案可以操作以利用該基準選擇性地控制電網(wǎng)的電壓。該操作協(xié)議1300接著可以根據(jù)利用該基準的控制方案來操作風(fēng)力渦輪機(步驟1306)。該操作協(xié)議1300還可以操作以監(jiān)測電網(wǎng)的特性(步驟1308)，并且根據(jù)電網(wǎng)的所監(jiān)測特性自適應(yīng)該基準(步驟1310)。作為一示例，該監(jiān)測可以包括在一時間段期間測無功功率特性，并且分析其(例如，利用PI控制邏輯)，以確定電網(wǎng)的特性，如存在因弱電網(wǎng)的可變用電設(shè)備負荷而造成的電壓波動。接著，該操作協(xié)議1300可以操作以繼續(xù)自適應(yīng)提供給該控制方案的基準，使得例如可以補償電網(wǎng)的電壓特性。在一個示例中，該控制方案包括AVR，該AVR被設(shè)置成，通過調(diào)節(jié)同步發(fā)電機所吸收或提供的無功功率來選擇性地控制電網(wǎng)的電壓以跟隨基準電壓。在這個示例中，可以自適應(yīng)該電壓基準，使得因弱電網(wǎng)而造成的狀態(tài)基本上可以通過自適應(yīng)控制方案來“忽略”。 即，如果監(jiān)測步驟1308確定電網(wǎng)的電壓因弱電網(wǎng)而高于額定電壓，則AVR的基準電壓可以自適應(yīng)地增加，使得不控制同步發(fā)電機來吸收相對大量的無功功率達相對較長時間段，其可以減小同步發(fā)電機的性能。雖然已經(jīng)在附圖和前述描述中詳細例示并描述了本發(fā)明，但這種例示和描述在性質(zhì)上應(yīng)被視為示例性的，而非限制性的。例如，上面描述的特定實施方式可以與其它描述實施方式組合和/或按其它方式排列(例如，處理部件可以按其它順序執(zhí)行)。因此，應(yīng)當明白，僅示出并且描述了優(yōu)選實施方式及其變型例，并且希望保護落入本發(fā)明的精神內(nèi)的所有改變例和修改例。
權(quán)利要求
1.一種連接至電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機的操作方法，其中，所述風(fēng)力渦輪機包括同步發(fā)電機， 所述方法包括以下步驟保持所述風(fēng)力渦輪機與所述電網(wǎng)之間的電連接狀態(tài)；和在所述保持步驟期間，根據(jù)控制方案操作所述風(fēng)力渦輪機以選擇性地控制所述同步發(fā)電機的無功功率特性，其中，所述操作步驟包括 識別所述電網(wǎng)的預(yù)定狀態(tài)；和響應(yīng)于所述識別步驟，修改所述控制方案以縮減被所述同步發(fā)電機吸收的無功功率的量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電網(wǎng)的所述預(yù)定狀態(tài)包括因與所述電網(wǎng)相關(guān)聯(lián)的用電設(shè)備負荷的波動而造成的所述電網(wǎng)的電壓波動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述電壓波動是大致周期性的，并且具有從由天、周、季度以及年所組成的組中選擇的周期。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一項所述的方法，其中，所述識別步驟包括 在所述保持步驟期間，針對一時間段測量所述同步發(fā)電機的無功功率特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任一項所述的方法，其中，所述識別步驟包括 在所述保持步驟期間，針對一時間段分析所述同步發(fā)電機的無功功率特性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中的任一項所述的方法，其中，所述識別步驟包括在所述保持步驟期間，針對一時間段向所述同步發(fā)電機的無功功率特性應(yīng)用比例積分 (PI)控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中的任一項所述的方法，其中，所述識別步驟包括 從測量出的所述同步發(fā)電機的無功功率特性中減去標稱無功功率特性。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中的任一項所述的方法，其中，所述修改步驟包括 生成自適應(yīng)控制基準；和向所述控制方案提供所述自適應(yīng)控制基準。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述生成自適應(yīng)控制基準的步驟包括 根據(jù)測量出的所述同步發(fā)電機的無功功率特性生成第一電壓基準；和將標稱電壓基準和所述第一電壓基準相加以生成所述自適應(yīng)控制基準。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述自適應(yīng)控制基準是自適應(yīng)電壓基準，所述操作步驟還包括在所述保持步驟期間接收所述自適應(yīng)電壓基準； 在所述保持步驟期間測量所述電網(wǎng)的電壓；以及選擇性地控制所述同步發(fā)電機的無功功率特性，使得測量出的所述電網(wǎng)的電壓大致跟隨所述自適應(yīng)電壓基準。
11.根據(jù)權(quán)利要求8到10中的任一項所述的方法，其中，所述自適應(yīng)控制基準限于取決于所述電網(wǎng)的額定電壓的范圍。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述范圍是所述電網(wǎng)的所述額定電壓的95% 至 105%。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12中的任一項所述的方法，其中，所述修改步驟包括 調(diào)節(jié)所述同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流，以縮減被所述同步發(fā)電機吸收的無功功率的量。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到13中的任一項所述的方法，其中，所述控制方案是利用自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)來實現(xiàn)的，該AVR用于接收電壓基準、測量所述電網(wǎng)的電壓，以及通過選擇性地調(diào)節(jié)所述同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流來控制所述電網(wǎng)的電壓以跟隨所述電壓基準，并且其中，所述修改步驟包括根據(jù)所述識別步驟自適應(yīng)修改所述電壓基準。
15.一種連接至電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機的操作方法，其中，所述風(fēng)力渦輪機包括同步發(fā)電機，所述方法包括以下步驟保持所述風(fēng)力渦輪機與所述電網(wǎng)之間的電連接狀態(tài)；執(zhí)行第一操作步驟，該第一操作步驟包括在所述保持步驟期間，針對第一狀態(tài)按第一有功功率控制模式操作所述風(fēng)力渦輪機；以及執(zhí)行第二操作步驟，該第二操作步驟包括在所述保持步驟期間，針對第二狀態(tài)按第二有功功率控制模式操作所述風(fēng)力渦輪機，其中，所述第二操作步驟向所述風(fēng)力渦輪機提供與所述第一操作步驟不同的有功功率特性。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述第一有功功率控制模式包括按大致等于所述同步發(fā)電機的額定有功功率電平的有功功率電平來操作所述同步發(fā)電機，并且其中， 所述第二有功功率控制模式包括按小于所述同步發(fā)電機的所述額定有功功率電平的有功功率電平來操作所述同步發(fā)電機。
17.根據(jù)權(quán)利要求15到16中的任一項所述的方法，其中，所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)皆取決于所述電網(wǎng)的電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求15到17中的任一項所述的方法，其中，所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)皆取決于所述同步發(fā)電機的一個或更多個物理特性。
19.根據(jù)權(quán)利要求15到18中的任一項所述的方法，其中，所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)皆通過執(zhí)行以下步驟來確定在所述保持步驟期間測量所述電網(wǎng)的電壓；分析所測量出的所述電網(wǎng)的電壓；以及根據(jù)所述分析步驟按所述第一有功功率控制模式或者按所述第二有功功率控制模式來操作所述風(fēng)力渦輪機。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述分析步驟包括在一時間段期間比較所測量出的電壓與閾值電壓基準。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述比較步驟包括對所測量出的電壓與所述閾值電壓基準的差進行積分。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，所述方法還包括根據(jù)所述積分步驟按所述第一有功功率控制模式和所述第二有功功率控制模式中的一種控制模式來操作所述風(fēng)力渦輪機。
23.根據(jù)權(quán)利要求15到22中的任一項所述的方法，其中，相比于在按所述第一有功功率控制模式操作時，在按所述第二有功功率控制模式操作時，所述有功功率特性縮減了取決于測量出的所述電網(wǎng)的電壓的量。
24.根據(jù)權(quán)利要求15到23中的任一項所述的方法，其中，相比于在按所述第一有功功率控制模式操作時，在按所述第二有功功率控制模式操作時，所述有功功率特性縮減了與測量出的所述電網(wǎng)的電壓與最大電壓基準之間的差的積分成比例的量。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)皆取決于功率因數(shù)基準。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)通過執(zhí)行以下步驟來確定接收功率因數(shù)基準；比較所述功率因數(shù)基準與所述同步發(fā)電機的功率因數(shù)能力；以及根據(jù)所述比較步驟按所述第一有功功率控制模式或者按所述第二有功功率控制模式來操作所述風(fēng)力渦輪機。
27.根據(jù)權(quán)利要求25到沈中的任一項所述的方法，其中，相比于在按所述第一有功功率控制模式操作時，在按所述第二有功功率控制模式操作時，所述有功功率特性縮減了取決于所述同步發(fā)電機的一個或更多個物理特性的量。
28.根據(jù)權(quán)利要求15到16中的任一項所述的方法，其中，所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)皆取決于所述電網(wǎng)的功率因數(shù)基準和電壓。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的方法，其中，所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)通過執(zhí)行以下步驟來確定在所述保持步驟期間測量所述電網(wǎng)的電壓；分析所測量出的所述電網(wǎng)的電壓以生成第一有功功率基準；接收功率因數(shù)基準；比較所述功率因數(shù)基準與所述同步發(fā)電機的功率因數(shù)能力以生成第二有功功率基準；選擇最小有功功率基準，該最小有功功率基準是所述第一有功功率基準和所述第二有功功率基準中的最小值；以及根據(jù)所述選擇步驟按所述第一有功功率控制模式或者按所述第二有功功率控制模式來操作所述風(fēng)力渦輪機。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的方法，其中，所述比較步驟包括利用與所述同步發(fā)電機的所述功率因數(shù)能力相關(guān)聯(lián)的查尋表。
31.根據(jù)權(quán)利要求四到30中的任一項所述的方法，其中，在所述最小有功功率基準等于所述同步發(fā)電機的所述額定有功功率電平時，所述風(fēng)力渦輪機按所述第一有功功率控制模式操作，并且其中，在所述最小有功功率基準小于所述同步發(fā)電機的所述額定有功功率電平時，所述風(fēng)力渦輪機按所述第二有功功率控制模式操作。
32.根據(jù)權(quán)利要求15到31中的任一項所述的方法，其中，所述風(fēng)力渦輪機在按所述第二有功功率控制模式操作時的所述有功功率電平限于預(yù)定范圍。
33.根據(jù)權(quán)利要求15到32中的任一項所述的方法，其中，所述風(fēng)力渦輪機在按所述第二有功功率控制模式操作時的所述有功功率電平限于所述同步發(fā)電機的額定有功功率電平的大約60%至100%的范圍。
34.根據(jù)權(quán)利要求15到33中的任一項所述的方法，其中，所述風(fēng)力渦輪機包括渦輪轉(zhuǎn)子，該渦輪轉(zhuǎn)子利用扭矩調(diào)節(jié)器接合至所述同步發(fā)電機，其中，所述第一操作步驟或所述第二操作步驟包括調(diào)節(jié)所述扭矩調(diào)節(jié)器的操作。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)所述扭矩調(diào)節(jié)器的操作的步驟包括 調(diào)節(jié)從所述渦輪轉(zhuǎn)子傳遞至所述同步發(fā)電機的扭矩的量。
36.根據(jù)權(quán)利要求15到33中的任一項所述的方法，其中，所述風(fēng)力渦輪機包括渦輪轉(zhuǎn)子，該渦輪轉(zhuǎn)子通過扭矩調(diào)節(jié)變速箱(TRG)接合至所述同步發(fā)電機，其中，所述第一操作步驟或所述第二操作步驟包括調(diào)節(jié)所述TRG的操作。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)操作步驟包括調(diào)節(jié)所述TRG的扭矩轉(zhuǎn)換特性的步驟。
38.根據(jù)權(quán)利要求36到37中的任一項所述的方法，其中，所述TRG包括液壓回路，并且其中，所述調(diào)節(jié)操作步驟包括調(diào)節(jié)通過所述液壓回路的液壓流體的質(zhì)量流。
39.根據(jù)權(quán)利要求36到38中的任一項所述的方法，其中，所述TRG包括設(shè)置在導(dǎo)片殼體中的多個導(dǎo)片，并且其中，所述調(diào)節(jié)操作步驟包括調(diào)節(jié)所述多個導(dǎo)片的位置。
40.根據(jù)權(quán)利要求36到39中的任一項所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)操作步驟包括調(diào)節(jié)被所述TRG吸收的能量的量。
41.一種用于對連接至電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機的發(fā)電機的電壓進行自適應(yīng)控制的方法，該方法包括在一時間段期間測量所述發(fā)電機的無功功率特性；處理所述無功功率特性的測量值以生成修正電壓因子；將所述修正電壓因子和標稱電壓基準相加以生成自適應(yīng)電壓基準；以及向所述風(fēng)力渦輪機的自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)提供所述自適應(yīng)電壓基準。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，所述處理包括針對所述無功功率的測量值應(yīng)用PI控制器。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中，所述PI控制器包括大于一小時的時間常數(shù)。
44.根據(jù)權(quán)利要求41到43中的任一項所述的方法，其中，所述風(fēng)力渦輪機包括同步發(fā)電機，并且其中，所述AVR能夠操作以通過調(diào)節(jié)所述同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流來調(diào)節(jié)所述無功功率特性。
45.根據(jù)權(quán)利要求41到44中的任一項所述的方法，其中，自適應(yīng)局部電壓基準范圍在所述電網(wǎng)的額定電壓的大約95%到105%之間。
46.根據(jù)權(quán)利要求41到45中的任一項所述的方法，所述方法還包括將所述修正電壓因子限于預(yù)定范圍內(nèi)。
47.根據(jù)權(quán)利要求41到46中的任一項所述的方法，所述方法還包括對所測量的無功功率特性應(yīng)用低通濾波器。
48.根據(jù)權(quán)利要求41到47中的任一項所述的方法，所述方法還包括從所測量的無功功率特性減去標稱無功功率基準。
49.一種用于對連接至電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機的發(fā)電機的有功功率傳送進行控制的方法， 該方法包括接收閾值電壓基準； 測量所述電網(wǎng)的電壓；從所述閾值電壓基準減去所測量的電壓以生成電壓差值； 處理所述電壓差值以生成自適應(yīng)有功功率基準；以及向所述發(fā)電機的有功功率控制器提供所述自適應(yīng)有功功率基準。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，所述方法還包括 將所述自適應(yīng)有功功率基準限于預(yù)定范圍內(nèi)。
51.根據(jù)權(quán)利要求49到50中的任一項所述的方法，其中，所述處理包括 對所述電壓差值應(yīng)用積分器。
52.根據(jù)權(quán)利要求49到51中的任一項所述的方法，其中，所述閾值電壓基準在所述電網(wǎng)的額定電壓的大約101%到105%之間。
53.根據(jù)權(quán)利要求49到52中的任一項所述的方法，其中，所述發(fā)電機是同步發(fā)電機。
54.根據(jù)權(quán)利要求49到53中的任一項所述的方法，其中，所述閾值電壓基準取決于所述同步發(fā)電機在按額定有功功率操作時能夠消耗的最大無功功率。
55.根據(jù)權(quán)利要求49到M中的任一項所述的方法，其中，所述有功功率傳送縮減取決于所述處理步驟的量。
56.根據(jù)權(quán)利要求49到55中的任一項所述的方法，所述方法還包括 縮減所述發(fā)電機的有功功率傳送。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，其中，所述風(fēng)力渦輪機包括渦輪轉(zhuǎn)子，該渦輪轉(zhuǎn)子利用扭矩調(diào)節(jié)器接合至所述同步發(fā)電機，其中，所述第一操作步驟或所述第二操作步驟包括調(diào)節(jié)所述扭矩調(diào)節(jié)器的操作。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)所述扭矩調(diào)節(jié)器的操作的步驟包括調(diào)節(jié)從所述渦輪轉(zhuǎn)子向所述同步發(fā)電機傳遞的扭矩的量。
59.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，其中，所述發(fā)電機是同步發(fā)電機，并且其中，所述風(fēng)力渦輪機包括渦輪轉(zhuǎn)子，該渦輪轉(zhuǎn)子通過扭矩調(diào)節(jié)變速箱(TRG)接合至所述同步發(fā)電機， 所述縮減步驟包括調(diào)節(jié)所述TRG的操作。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)操作步驟包括調(diào)節(jié)所述TRG的扭矩轉(zhuǎn)換特性。
61.根據(jù)權(quán)利要求59到60中的任一項所述的方法，其中，所述TRG包括液壓回路，并且其中，所述調(diào)節(jié)操作步驟包括調(diào)節(jié)通過所述液壓回路的液壓流體的質(zhì)量流。
62.根據(jù)權(quán)利要求59到61中的任一項所述的方法，其中，所述TRG包括設(shè)置在導(dǎo)片殼體中的多個導(dǎo)片，并且其中，所述調(diào)節(jié)操作步驟包括調(diào)節(jié)所述多個導(dǎo)片的位置。
63.根據(jù)權(quán)利要求59到62中的任一項所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)操作步驟包括 調(diào)節(jié)被所述TRG吸收的能量的量。
64.一種用于對連接至電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機的發(fā)電機的有功功率傳送進行控制的方法，所述方法包括接收功率因數(shù)基準；分析與所述發(fā)電機的一個或更多個物理能力有關(guān)的所述功率因數(shù)基準； 生成取決于所述功率因數(shù)基準和所述發(fā)電機的所述一個或更多個物理能力的自適應(yīng)有功功率基準；以及向所述風(fēng)力渦輪機發(fā)電機的有功功率控制器提供所述自適應(yīng)有功功率基準。
65.根據(jù)權(quán)利要求64所述的方法，其中，所述發(fā)電機是同步發(fā)電機。
66.根據(jù)權(quán)利要求64到65中的任一項所述的方法，其中，所述分析包括 比較所述功率因數(shù)基準與所述發(fā)電機的所述一個或更多個物理能力。
67.根據(jù)權(quán)利要求64到66中的任一項所述的方法，所述方法還包括 將所述功率因數(shù)基準限于預(yù)定范圍內(nèi)。
68.根據(jù)權(quán)利要求64到67中的任一項所述的方法，所述方法還包括 將所述自適應(yīng)有功功率基準限于預(yù)定范圍內(nèi)。
69.根據(jù)權(quán)利要求64到68中的任一項所述的方法，所述方法還包括 縮減所述發(fā)電機的有功功率傳送。
70.根據(jù)權(quán)利要求69所述的方法，其中，所述風(fēng)力渦輪機包括渦輪轉(zhuǎn)子，該渦輪轉(zhuǎn)子利用扭矩調(diào)節(jié)器接合至所述同步發(fā)電機，其中，所述第一操作步驟或所述第二操作步驟包括調(diào)節(jié)所述扭矩調(diào)節(jié)器的操作。
71.根據(jù)權(quán)利要求70所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)所述扭矩調(diào)節(jié)器的操作的步驟包括調(diào)節(jié)從所述渦輪轉(zhuǎn)子向所述同步發(fā)電機傳遞的扭矩的量。
72.根據(jù)權(quán)利要求69所述的方法，其中，所述發(fā)電機是同步發(fā)電機，并且其中，所述風(fēng)力渦輪機包括渦輪轉(zhuǎn)子，該渦輪轉(zhuǎn)子通過扭矩調(diào)節(jié)變速箱(TRG)接合至所述同步發(fā)電機， 所述縮減步驟包括調(diào)節(jié)所述TRG的操作。
73.根據(jù)權(quán)利要求72所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)操作步驟包括調(diào)節(jié)所述TRG的扭矩轉(zhuǎn)換特性。
74.根據(jù)權(quán)利要求72到73中的任一項所述的方法，其中，所述TRG包括液壓回路，并且其中，所述調(diào)節(jié)操作步驟包括調(diào)節(jié)通過所述液壓回路的液壓流體的質(zhì)量流。
75.根據(jù)權(quán)利要求72到74中的任一項所述的方法，其中，所述TRG包括設(shè)置在導(dǎo)片殼體中的多個導(dǎo)片，并且其中，所述調(diào)節(jié)操作步驟包括調(diào)節(jié)所述多個導(dǎo)片的位置。
76.根據(jù)權(quán)利要求72到75中的任一項所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)操作步驟包括 調(diào)節(jié)被所述TRG吸收的能量的量。
77.一種用于對連接至電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機的發(fā)電機的有功功率傳送進行控制的方法， 該方法包括接收閾值電壓基準； 測量所述電網(wǎng)的電壓；從所述閾值電壓基準減去所測量出的電壓以生成電壓差值； 處理所述電壓差值以生成電壓模式自適應(yīng)有功功率基準； 接收功率因數(shù)基準；分析與所述發(fā)電機的一個或更多個物理能力有關(guān)的所述功率因數(shù)基準； 生成取決于所述功率因數(shù)基準和所述發(fā)電機的所述一個或更多個物理能力的功率因數(shù)模式自適應(yīng)有功功率基準；確定所述功率因數(shù)模式自適應(yīng)有功功率基準與所述電壓模式自適應(yīng)有功功率基準之間的最小值，以生成最小自適應(yīng)有功功率基準；以及向所述風(fēng)力渦輪機發(fā)電機的有功功率控制器提供所述最小自適應(yīng)有功功率基準。
78.根據(jù)權(quán)利要求77所述的方法，所述方法還包括將所述功率因數(shù)模式自適應(yīng)有功功率基準和所述電壓模式自適應(yīng)有功功率基準中的每一個都限于預(yù)定范圍內(nèi)。
79.根據(jù)權(quán)利要求77到78中的任一項所述的方法，其中，所述處理包括 對所述電壓差值應(yīng)用積分器。
80.根據(jù)權(quán)利要求77到79中的任一項所述的方法，其中，所述閾值電壓基準在所述電網(wǎng)的額定電壓的大約101%到105%之間。
81.根據(jù)權(quán)利要求77到80中的任一項所述的方法，其中，所述閾值電壓基準取決于所述同步發(fā)電機在按額定有功功率運轉(zhuǎn)時能夠消耗的最大無功功率。
82.根據(jù)權(quán)利要求77到81中的任一項所述的方法，其中，所述有功功率傳送縮減取決于所述處理步驟和所述分析步驟中的至少一個步驟的量。
83.根據(jù)權(quán)利要求77到82中的任一項所述的方法，其中，所述發(fā)電機是同步發(fā)電機。
84.根據(jù)權(quán)利要求77到83所述的方法，其中，所述分析步驟包括 比較所述功率因數(shù)基準與所述發(fā)電機的所述一個或更多個物理能力。
85.根據(jù)權(quán)利要求77到84中的任一項所述的方法，所述方法還包括 將所述功率因數(shù)基準限于預(yù)定范圍內(nèi)。
86.根據(jù)權(quán)利要求77到85中的任一項所述的方法，所述方法還包括 縮減所述發(fā)電機的有功功率傳送。
87.根據(jù)權(quán)利要求86所述的方法，其中，所述風(fēng)力渦輪機包括渦輪轉(zhuǎn)子，該渦輪轉(zhuǎn)子利用扭矩調(diào)節(jié)器接合至所述同步發(fā)電機，其中，所述第一操作步驟或所述第二操作步驟包括調(diào)節(jié)所述扭矩調(diào)節(jié)器的操作。
88.根據(jù)權(quán)利要求87所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)所述扭矩調(diào)節(jié)器的操作的步驟包括調(diào)節(jié)從所述渦輪轉(zhuǎn)子向所述同步發(fā)電機傳遞的扭矩的量。
89.根據(jù)權(quán)利要求86所述的方法，其中，所述發(fā)電機是同步發(fā)電機，并且其中，所述風(fēng)力渦輪機包括渦輪轉(zhuǎn)子，該渦輪轉(zhuǎn)子通過扭矩調(diào)節(jié)變速箱(TRG)接合至所述同步發(fā)電機， 所述縮減步驟包括調(diào)節(jié)所述TRG的操作。
90.根據(jù)權(quán)利要求89所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)操作步驟包括調(diào)節(jié)所述TRG的扭矩轉(zhuǎn)換特性。
91.根據(jù)權(quán)利要求89到90中的任一項所述的方法，其中，所述TRG包括液壓回路，并且其中，所述調(diào)節(jié)操作步驟包括調(diào)節(jié)通過所述液壓回路的液壓流體的質(zhì)量流。
92.根據(jù)權(quán)利要求89到91中的任一項所述的方法，其中，所述TRG包括設(shè)置在導(dǎo)片殼體中的多個導(dǎo)片，并且其中，所述調(diào)節(jié)操作步驟包括調(diào)節(jié)所述多個導(dǎo)片的位置。
93.根據(jù)權(quán)利要求89到92中的任一項所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)操作步驟包括調(diào)節(jié)被所述TRG吸收的能量的量。
94.一種連接至電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機，該風(fēng)力渦輪機包括同步發(fā)電機，該同步發(fā)電機電連接至所述電網(wǎng)；和控制邏輯，該控制邏輯被設(shè)置成，根據(jù)控制方案操作所述風(fēng)力渦輪機以選擇性地控制所述同步發(fā)電機的無功功率特性，其中，所述控制邏輯還被設(shè)置成，識別所述電網(wǎng)的預(yù)定狀態(tài)，并且響應(yīng)于識別出所述預(yù)定狀態(tài)，來修改所述控制方案以縮減被所述同步發(fā)電機吸收的無功功率的量。
95.根據(jù)權(quán)利要求94所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述電網(wǎng)的所述預(yù)定狀態(tài)包括因與所述電網(wǎng)相關(guān)聯(lián)的用電設(shè)備負荷的波動而造成的所述電網(wǎng)的電壓波動。
96.根據(jù)權(quán)利要求95所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述電網(wǎng)的電壓波動是大致周期性的， 并且具有從由天、周、季度以及年所組成的組中選擇的周期。
97.根據(jù)權(quán)利要求94到96中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成，針對一時間段測量所述同步發(fā)電機的無功功率特性。
98.根據(jù)權(quán)利要求94到97中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成，針對一時間段分析所述同步發(fā)電機的所述無功功率特性。
99.根據(jù)權(quán)利要求94到98中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成，向所述同步發(fā)電機的無功功率特性應(yīng)用比例積分(PI)控制器。
100.根據(jù)權(quán)利要求94到99中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成，從所測量出的所述同步發(fā)電機的無功功率特性中減去標稱無功功率特性。
101.根據(jù)權(quán)利要求94到100中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成，生成自適應(yīng)控制基準，并且向所述控制方案提供所述自適應(yīng)控制基準。
102.根據(jù)權(quán)利要求101中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成， 通過根據(jù)所測量出的所述同步發(fā)電機的無功功率特性生成第一電壓基準來生成自適應(yīng)控制基準，并且將標稱電壓基準相加至所述第一電壓基準以生成所述自適應(yīng)控制基準。
103.根據(jù)權(quán)利要求101中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述自適應(yīng)控制基準是自適應(yīng)電壓基準，并且所述控制邏輯被設(shè)置成，接收所述自適應(yīng)電壓基準，測量所述電網(wǎng)的電壓，以及選擇性地控制所述同步發(fā)電機的無功功率特性，使得所測量出的所述電網(wǎng)的電壓大致跟隨所述自適應(yīng)電壓基準。
104.根據(jù)權(quán)利要求101到103中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述自適應(yīng)控制基準限于取決于所述電網(wǎng)的額定電壓的范圍。
105.根據(jù)權(quán)利要求104所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述范圍是所述電網(wǎng)的所述額定電壓的95%至105%。
106.根據(jù)權(quán)利要求94到105中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成，調(diào)節(jié)所述同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流，以縮減被所述同步發(fā)電機吸收的無功功率的量。
107.根據(jù)權(quán)利要求94到106中的任一項所述的方法，其中，所述控制方案是利用自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)來實現(xiàn)的，該AVR被設(shè)置成，接收電壓基準，測量所述電網(wǎng)的電壓，以及通過選擇性地調(diào)節(jié)所述同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流來控制所述電網(wǎng)的電壓以跟隨所述電壓基準， 其中，所述控制邏輯還被設(shè)置成，自適應(yīng)修改所述AVR的所述電壓基準。
108.一種連接至電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機，該風(fēng)力渦輪機包括同步發(fā)電機，該同步發(fā)電機電連接至所述電網(wǎng)；和控制邏輯，該控制邏輯包括用于在第一狀態(tài)期間操作所述風(fēng)力渦輪機的第一有功功率控制模式，并且還包括用于在第二狀態(tài)期間操作所述風(fēng)力渦輪機的第二有功功率控制模式，其中，按所述第二有功功率控制模式操作所述風(fēng)力渦輪機向所述風(fēng)力渦輪機提供與在按所述第一有功功率控制模式操作所述風(fēng)力渦輪機時相比不同的有功功率特性。
109.根據(jù)權(quán)利要求108所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述第一有功功率控制模式包括按大致等于所述同步發(fā)電機的額定有功功率電平的有功功率電平來操作所述同步發(fā)電機，并且其中，所述第二有功功率控制模式包括按小于所述同步發(fā)電機的所述額定有功功率電平的有功功率電平來操作所述同步發(fā)電機。
110.根據(jù)權(quán)利要求108到109中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)皆取決于所述電網(wǎng)的電壓。
111.根據(jù)權(quán)利要求108到110中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)皆取決于所述同步發(fā)電機的一個或更多個物理特性。
112.根據(jù)權(quán)利要求108到111中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成，通過測量所述電網(wǎng)的電壓并分析所測量出的所述電網(wǎng)的電壓來識別所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)中的每一個狀態(tài)的出現(xiàn)。
113.根據(jù)權(quán)利要求112所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成，通過在一時間段期間比較所測量的電壓與閾值電壓基準來識別所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)中的每一個狀態(tài)的出現(xiàn)。
114.根據(jù)權(quán)利要求113所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成，通過對所測量出的電壓與所述閾值電壓基準的差進行積分來識別所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)中的每一個狀態(tài)的出現(xiàn)。
115.根據(jù)權(quán)利要求114所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成，根據(jù)所述對所測量出的電壓與所述閾值電壓基準的差的積分，按所述第一有功功率控制模式和所述第二有功功率控制模式中的一種控制模式來操作所述風(fēng)力渦輪機。
116.根據(jù)權(quán)利要求108到115中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成，相比于按所述第一有功功率控制模式操作所述風(fēng)力渦輪機，在按所述第二有功功率控制模式操作所述風(fēng)力渦輪機時將所述有功功率特性縮減取決于所測量出的所述電網(wǎng)的電壓的量。
117.根據(jù)權(quán)利要求108到116中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成，相比于按所述第一有功功率控制模式操作所述風(fēng)力渦輪機，在按所述第二有功功率控制模式操作所述風(fēng)力渦輪機時將所述有功功率特性縮減與對所測量出的所述電網(wǎng)的電壓與最大電壓基準之間的差的積分成比例的量。
118.根據(jù)權(quán)利要求108所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)皆取決于功率因數(shù)基準。
119.根據(jù)權(quán)利要求118所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成，通過接收功率因數(shù)基準，并且比較所述功率因數(shù)基準與所述同步發(fā)電機的功率因數(shù)能力，來識別所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)中的每一個狀態(tài)的出現(xiàn)。
120.根據(jù)權(quán)利要求118到119中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成，相比于按所述第一有功功率控制模式操作所述風(fēng)力渦輪機，在按所述第二有功功率控制模式操作所述風(fēng)力渦輪機時將所述有功功率特性縮減取決于所述同步發(fā)電機的一個或更多個物理特性的量。
121.根據(jù)權(quán)利要求108-109中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)皆取決于所述電網(wǎng)的功率因數(shù)基準和所述電網(wǎng)的電壓。
122.根據(jù)權(quán)利要求121所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成，通過測量所述電網(wǎng)的電壓，分析所測量出的所述電網(wǎng)的電壓以生成第一有功功率基準，接收功率因數(shù)基準，比較所述功率因數(shù)基準與所述同步發(fā)電機的功率因數(shù)能力以生成第二有功功率基準，以及選擇最小有功功率基準來標識所述第一狀態(tài)和所述第二狀態(tài)中的每一個狀態(tài)的出現(xiàn)，所述最小有功功率基準是所述第一有功功率基準和所述第二有功功率基準中的最小值。
123.根據(jù)權(quán)利要求122所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成，在比較所述功率因數(shù)基準與所述同步發(fā)電機的功率因數(shù)能力以生成第二有功功率基準時，利用與所述同步發(fā)電機的所述功率因數(shù)能力相關(guān)聯(lián)的查尋表。
124.根據(jù)權(quán)利要求122到123中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成，在所述最小有功功率基準等于所述同步發(fā)電機的所述額定有功功率電平時按所述第一有功功率控制模式操作所述風(fēng)力渦輪機，并且其中，在所述最小有功功率基準小于所述同步發(fā)電機的所述額定有功功率電平時按所述第二有功功率控制模式操作所述風(fēng)力渦輪機。
125.根據(jù)權(quán)利要求108到IM中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成，將在按所述第二有功功率控制模式操作時所述風(fēng)力渦輪機的所述有功功率電平限于預(yù)定范圍。
126.根據(jù)權(quán)利要求108到125中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成，將在按所述第二有功功率控制模式操作時所述風(fēng)力渦輪機的所述有功功率電平限于所述同步發(fā)電機的額定有功功率電平的大約60%至100%的范圍。
127.根據(jù)權(quán)利要求108到1 中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述風(fēng)力渦輪機包括渦輪轉(zhuǎn)子，該渦輪轉(zhuǎn)子利用扭矩調(diào)節(jié)器接合至所述同步發(fā)電機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成調(diào)節(jié)所述扭矩調(diào)節(jié)器的操作。
128.根據(jù)權(quán)利要求127所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成，調(diào)節(jié)從所述渦輪轉(zhuǎn)子傳遞至所述同步發(fā)電機的扭矩的量。
129.根據(jù)權(quán)利要求108到1 中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述風(fēng)力渦輪機包括渦輪轉(zhuǎn)子，該渦輪轉(zhuǎn)子通過扭矩調(diào)節(jié)變速箱(TRG)接合至所述同步發(fā)電機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成調(diào)節(jié)所述TRG的操作。
130.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成調(diào)節(jié)所述TRG 的扭矩轉(zhuǎn)換特性。
131.根據(jù)權(quán)利要求1 到130中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述TRG包括液壓回路，并且其中，所述控制邏輯被設(shè)置成調(diào)節(jié)通過所述液壓回路的液壓流體的質(zhì)量流。
132.根據(jù)權(quán)利要求1 到131中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述TRG包括設(shè)置在導(dǎo)片殼體中的多個導(dǎo)片，并且其中，所述控制邏輯被設(shè)置成調(diào)節(jié)所述多個導(dǎo)片的位置。
133.根據(jù)權(quán)利要求1 到132中的任一項所述的風(fēng)力渦輪機，其中，所述控制邏輯被設(shè)置成調(diào)節(jié)被所述TRG吸收的能量的量。
134.一種連接至電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機，該風(fēng)力渦輪機包括 同步發(fā)電機，該同步發(fā)電機電連接至所述電網(wǎng)；和控制邏輯，該控制邏輯被設(shè)置成在一時間段期間接收所述發(fā)電機的無功功率特性；處理所述無功功率特性測量值，以生成修正電壓因子；將所述修正電壓因子相加至標稱電壓基準以生成自適應(yīng)電壓基準；以及向所述風(fēng)力渦輪機的自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)提供所述自適應(yīng)電壓基準。
135.一種連接至電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機，該風(fēng)力渦輪機包括 同步發(fā)電機，該同步發(fā)電機電連接至所述電網(wǎng)；和控制邏輯，該控制邏輯被設(shè)置成 接收閾值電壓基準； 接收所測量出的所述電網(wǎng)的電壓；從所述閾值電壓基準減去所測量出的電壓以生成電壓差值； 處理所述電壓差值以生成自適應(yīng)有功功率基準；以及向所述發(fā)電機的有功功率控制器提供所述自適應(yīng)有功功率基準。
136.一種連接至電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機，該風(fēng)力渦輪機包括 同步發(fā)電機，該同步發(fā)電機電連接至所述電網(wǎng)；和控制邏輯，該控制邏輯被設(shè)置成 接收功率因數(shù)基準；分析與所述發(fā)電機的一個或更多個物理能力有關(guān)的所述功率因數(shù)基準； 生成取決于所述功率因數(shù)基準和所述發(fā)電機的所述一個或更多個物理能力的自適應(yīng)有功功率基準；以及向所述風(fēng)力渦輪機發(fā)電機的有功功率控制器提供所述自適應(yīng)有功功率基準。
137.一種連接至電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機，該風(fēng)力渦輪機包括 同步發(fā)電機，該同步發(fā)電機電連接至所述電網(wǎng)；和控制邏輯，該控制邏輯被設(shè)置成 接收閾值電壓基準； 接收所測量出的所述電網(wǎng)的電壓；從所述閾值電壓基準減去所測量出的電壓以生成電壓差值； 處理所述電壓差值以生成電壓模式自適應(yīng)有功功率基準；接收功率因數(shù)基準；分析與所述發(fā)電機的一個或更多個物理能力有關(guān)的所述功率因數(shù)基準； 生成取決于所述功率因數(shù)基準和所述發(fā)電機的所述一個或更多個物理能力的功率因數(shù)模式自適應(yīng)有功功率基準；確定所述功率因數(shù)模式自適應(yīng)有功功率基準與所述電壓模式自適應(yīng)有功功率基準之間的最小值，以生成最小自適應(yīng)有功功率基準；以及向所述風(fēng)力渦輪機發(fā)電機的有功功率控制器提供所述最小自適應(yīng)有功功率基準。
138.—種連接至電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機，該風(fēng)力渦輪機包括 同步發(fā)電機，該同步發(fā)電機電連接至所述電網(wǎng)；和控制邏輯，該控制邏輯被設(shè)置成 向控制方案提供基準；根據(jù)取決于所述基準的所述控制方案操作所述風(fēng)力渦輪機；接收所測量出的所述電網(wǎng)的特性；以及根據(jù)所測量出的所述電網(wǎng)的特性自適應(yīng)修改所述基準。
139.—種用于連接至電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機的操作方法，其中，該風(fēng)力渦輪機包括同步發(fā)電機，所述方法包括以下步驟保持所述風(fēng)力渦輪機與所述電網(wǎng)之間的電連接狀態(tài)； 向控制方案提供基準；根據(jù)取決于所述基準的所述控制方案操作所述風(fēng)力渦輪機；監(jiān)測所述電網(wǎng)的特性；以及根據(jù)所述電網(wǎng)的所述特性自適應(yīng)修改所述基準。
全文摘要
在此提供了用于設(shè)置和/或操作風(fēng)力渦輪機以自適應(yīng)控制電網(wǎng)的電壓的系統(tǒng)和方法。在一個或更多個實施方式中，提供了用于識別電網(wǎng)的狀態(tài)(例如，因弱電網(wǎng)上的可變用電設(shè)備負荷而造成的波動)并且自適應(yīng)地調(diào)節(jié)電壓控制方案以“忽略”因該狀態(tài)所造成的電壓變化的方法和系統(tǒng)。另外，本發(fā)明的其它特征包括伴隨針對風(fēng)力渦輪機的有功功率降額的電壓控制和伴隨針對風(fēng)力渦輪機的有功功率降額的功率因數(shù)控制。本發(fā)明的有功功率降額特征可以取決于與風(fēng)力渦輪機相關(guān)聯(lián)的同步發(fā)電機的物理特性。
文檔編號F03D7/04GK102301556SQ200980155766
公開日2011年12月28日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月30日
發(fā)明者K-F·斯塔佩菲爾德 申請人:德風(fēng)公司