用于增加風力渦輪機功率輸出的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開一般涉及風力渦輪機，并且更特別地涉及用于在降低風速下增加雙饋感應(yīng) 發(fā)電機風力禍輪機系統(tǒng)的功率輸出的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風力作為目前可用的最清潔、最環(huán)境友好的能源中的一個已受到更多的關(guān)注。典 型的現(xiàn)代風力渦輪機能夠包含塔、發(fā)電機、齒輪箱、吊艙以及具有一個或多個轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn) 子。轉(zhuǎn)子葉片能夠?qū)L能轉(zhuǎn)化成經(jīng)由轉(zhuǎn)子驅(qū)動一個或多個發(fā)電機的機械旋轉(zhuǎn)扭矩。一個或 多個發(fā)電機能夠例如經(jīng)由齒輪箱耦合到轉(zhuǎn)子。齒輪箱能夠逐步增加轉(zhuǎn)子的固有地低旋轉(zhuǎn)速 度，使得發(fā)電機能夠?qū)C械旋轉(zhuǎn)能有效地變換成電能，其能夠經(jīng)由至少一個電連接饋送到 公用電網(wǎng)中。
[0003] 風力渦輪機能夠使用可變速操作，使得渦輪機葉片的速度隨風速中的改變而改 變。然而，在渦輪機的速度波動時，從發(fā)電機流出的交流的頻率也波動。因此，可變速渦輪機 配置也能夠包含功率變換器，其能夠用來將所生成電力的頻率變換成實質(zhì)上類似于公用電 網(wǎng)頻率的頻率。這類功率變換器通常能夠包括具有所調(diào)節(jié)的DC鏈路的AC-DC-AC拓撲，并且 能夠由變換器控制器來控制。
[0004] 這類風力渦輪機能夠使用可變速操作來優(yōu)化負載及改進渦輪機輸出。特別地，在 風力渦輪機操作在最佳葉尖速度比時，它們是最有效的。葉尖速度比是渦輪機葉片的葉尖 的切向速度和在風力渦輪機處的風的速度之間的比率。因此，風力渦輪機操作在最佳葉尖 速度比將收集比它如果操作在最佳葉尖速度比之外將收集的風能更多的風能。
[0005] 對于許多風力渦輪機，消耗器(customer)的操作空間以及因此數(shù)值由風力渦輪機 系統(tǒng)所固有一個或多個風力渦輪機組件的最大電壓來限制。例如，風力渦輪機系統(tǒng)中的功 率變換器能夠具有限制發(fā)電機的最小和最大速度值的電壓約束。
[0006] 因此，存在對于用于在降低風速下增加風力渦輪機系統(tǒng)的功率輸出同時也將功率 變換器電壓級別維持在所指定操作限制內(nèi)的系統(tǒng)和方法的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分闡述，或從描述可以是顯而易見的， 或可通過本發(fā)明的實施來學習。
[0008] 本公開的一個示例方面針對風力渦輪機系統(tǒng)。風力渦輪機系統(tǒng)包含具有轉(zhuǎn)子和定 子的風驅(qū)動雙饋感應(yīng)發(fā)電機。定子提供AC功率到定子母線。風力渦輪機系統(tǒng)還包含經(jīng)由轉(zhuǎn) 子母線耦合到雙饋感應(yīng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)子的功率變換器。功率變換器提供輸出到線路母線。功 率變換器具有在轉(zhuǎn)子母線處的關(guān)聯(lián)電壓閾值。風力渦輪機系統(tǒng)還包含配置成識別雙饋感應(yīng) 發(fā)電機處的降低風速的控制系統(tǒng)。在降低風速下，控制系統(tǒng)還配置成至少部分基于指示轉(zhuǎn) 子電壓的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)雙饋感應(yīng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度以增加雙饋感應(yīng)發(fā)電機的功率輸 出?？刂葡到y(tǒng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，使得轉(zhuǎn)子電壓不超過在轉(zhuǎn)子母線處的與功率變換器關(guān) 聯(lián)的電壓閾值。
[0009] 本公開的另一個示例方面針對用于在降低風速下增加風驅(qū)動雙饋感應(yīng)發(fā)電機的 功率輸出的方法。方法包含在風驅(qū)動雙饋感應(yīng)發(fā)電機處生成交流功率。將交流功率從風驅(qū) 動雙饋感應(yīng)發(fā)電機的定子提供到定子母線。方法還包含經(jīng)由轉(zhuǎn)子母線提供來自功率變換器 的轉(zhuǎn)子電壓到風驅(qū)動雙饋感應(yīng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)子。方法還包含檢測風驅(qū)動雙饋感應(yīng)發(fā)電機處的 降低風速。方法還包含響應(yīng)于檢測到降低風速，至少部分基于指示轉(zhuǎn)子電壓的數(shù)據(jù)將轉(zhuǎn)子 的旋轉(zhuǎn)速度從第一旋轉(zhuǎn)速度降低到第二旋轉(zhuǎn)速度以增加雙饋感應(yīng)發(fā)電機的功率輸出。確定 第二旋轉(zhuǎn)速度，使得轉(zhuǎn)子電壓不超過在轉(zhuǎn)子母線處的與功率變換器關(guān)聯(lián)的電壓閾值。
[0010] 本公開的還有另一個示例方面針對風電場。風電場包括具有轉(zhuǎn)子和定子的第一雙 饋感應(yīng)發(fā)電機、具有轉(zhuǎn)子和定子的第二雙饋感應(yīng)發(fā)電機以及控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)配置成檢 測在第一雙饋感應(yīng)發(fā)電機處的降低風速。響應(yīng)于檢測到第一雙饋感應(yīng)發(fā)電機處的降低風 速，控制系統(tǒng)配置成控制第一雙饋感應(yīng)發(fā)電機以降低第一雙饋感應(yīng)發(fā)電機的無功功率輸 出，并且降低第一雙饋感應(yīng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度以增加第一雙饋感應(yīng)發(fā)電機的功率輸 出?？刂葡到y(tǒng)還配置成控制第二雙饋感應(yīng)發(fā)電機以增加第二雙饋感應(yīng)發(fā)電機的無功功率輸 出。
[0011] 對本公開的這些示例方面能夠作出變化和修改。
[0012] 參考下面的描述和所附權(quán)利要求書，各種實施例的這些及其他特征、方面和優(yōu)點 將變得更好理解。結(jié)合在本說明書中并且構(gòu)成本說明的一部分的附圖圖示本公開的實施 例，并且連同描述一起用于解釋相關(guān)原理。
[0013] 本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：
[0014] 1. 一種風力渦輪機系統(tǒng)，包括：
[0015] 具有轉(zhuǎn)子和定子的風驅(qū)動雙饋感應(yīng)發(fā)電機，所述定子提供AC功率到定子母線；
[0016] 功率變換器，經(jīng)由轉(zhuǎn)子母線耦合到所述雙饋感應(yīng)發(fā)電機的所述轉(zhuǎn)子，所述功率變 換器提供輸出到線路母線，所述功率變換器具有所述轉(zhuǎn)子母線處的關(guān)聯(lián)電壓閾值;以及
[0017] 控制系統(tǒng)，配置成識別所述雙饋感應(yīng)發(fā)電機處的降低風速；
[0018] 其中在所述降低風速下，所述控制系統(tǒng)還配置成至少部分基于指示轉(zhuǎn)子電壓的數(shù) 據(jù)來調(diào)節(jié)所述雙饋感應(yīng)發(fā)電機的所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度以增加所述雙饋感應(yīng)發(fā)電機的功率 輸出，所述控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子的所述旋轉(zhuǎn)速度，使得所述轉(zhuǎn)子電壓不超過在所述轉(zhuǎn)子 母線處的與所述功率變換器關(guān)聯(lián)的電壓閾值。
[0019] 2.如技術(shù)方案1所述的風力渦輪機系統(tǒng)，其中所述雙饋感應(yīng)發(fā)電機的所述轉(zhuǎn)子的 所述旋轉(zhuǎn)速度中的降低提供所述雙饋感應(yīng)發(fā)電機處的增大的轉(zhuǎn)差。
[0020] 3.如技術(shù)方案1所述的風力渦輪機系統(tǒng)，其中，在所述降低風速下，所述控制系統(tǒng) 配置成至少部分基于與所述風力渦輪機關(guān)聯(lián)的葉尖速度比來調(diào)節(jié)所述雙饋感應(yīng)發(fā)電機的 所述轉(zhuǎn)子的所述旋轉(zhuǎn)速度，所述葉尖速度比是所述風力渦輪機的葉片的葉尖的切向速度和 所述風速之間的比率。
[0021] 4.如技術(shù)方案1所述的風力渦輪機系統(tǒng)，其中指示所述轉(zhuǎn)子電壓的所述數(shù)據(jù)能夠 至少部分基于配置成監(jiān)測所述轉(zhuǎn)子母線處的電壓的一個或多個傳感器來確定。
[0022] 5.如技術(shù)方案1所述的風力渦輪機系統(tǒng)，其中指示所述轉(zhuǎn)子電壓的所述數(shù)據(jù)能夠 至少部分基于所述雙饋感應(yīng)發(fā)電機的無功功率輸出來確定。
[0023] 6.如技術(shù)方案1所述的風力渦輪機系統(tǒng)，其中指示所述轉(zhuǎn)子電壓的所述數(shù)據(jù)包括 查找表，所述查找表定義各種轉(zhuǎn)子速度點與各種電網(wǎng)電壓和無功功率需求條件之間的相關(guān) 性，所述雙饋感應(yīng)發(fā)電機的所述轉(zhuǎn)子的降低的旋轉(zhuǎn)速度至少部分基于所述查找表來確定。
[0024] 7.如技術(shù)方案1所述風力渦輪機系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)配置成至少部分基于電 網(wǎng)電壓來調(diào)節(jié)所述旋轉(zhuǎn)速度。
[0025] 8.如技術(shù)方案1所述的風力渦輪機系統(tǒng)，其中，在所述降低風速下，所述控制系統(tǒng) 配置成降低所述雙饋感應(yīng)發(fā)電機的無功功率輸出以允許所述雙饋感應(yīng)發(fā)電機的所述轉(zhuǎn)子 的旋轉(zhuǎn)速度中的增進的降低。
[0026] 9.-種用于在降低風速下增加風驅(qū)動雙饋感應(yīng)發(fā)電機的功率輸出的方法，所述方 法包括：
[0027] 在風驅(qū)動雙饋感應(yīng)發(fā)電機處生成交流功率，所述交流功率從所述風驅(qū)動雙饋感應(yīng) 發(fā)電機的定子被提供到定子母線；
[0028] 將來自功率變換器的轉(zhuǎn)子電壓經(jīng)由轉(zhuǎn)子母線提供到所述風驅(qū)動雙饋感應(yīng)發(fā)電機 的轉(zhuǎn)子；
[0029]檢測在所述風驅(qū)動雙饋感應(yīng)發(fā)電機處的降低風速;以及
[0030] 響應(yīng)于檢測到所述降低風速，至少部分基于指示所述轉(zhuǎn)子電壓的數(shù)據(jù)來將所述轉(zhuǎn) 子的旋轉(zhuǎn)速度從第一旋轉(zhuǎn)速度降低到第二旋轉(zhuǎn)速度以增加所述雙饋感應(yīng)發(fā)電機的所述功 率輸出，所述第二旋轉(zhuǎn)速度被確定使得所述轉(zhuǎn)子電壓不超過在所述轉(zhuǎn)子母線處的與所述功 率變換器關(guān)聯(lián)的電壓閾值。
[0031] 10.如技術(shù)方案9所述的方法，其中所述雙饋感應(yīng)發(fā)電機的所述轉(zhuǎn)子的降低的旋轉(zhuǎn) 速度至少部分基于葉尖速度比來確定，所述葉尖速度比是在所述風力渦輪機的葉片的葉尖 的切向速度和所述風速之間的比率。
[0032] 11.如技術(shù)方案9所述的方法，其中指示所述轉(zhuǎn)子電壓的所述數(shù)據(jù)能夠至少部分基 于配置成監(jiān)測所述轉(zhuǎn)子母線處的電壓的一個或多個傳感器來確定。
[0033] 12.如技術(shù)方案9所述的方法，其中指示所述轉(zhuǎn)子電壓的所述數(shù)據(jù)能夠至少部分基 于所述雙饋感應(yīng)發(fā)電機的無功功率輸出來確定。
[0034] 13.如技術(shù)方案9所述的方法，其中所述方法包括：
[0035] 降低所述風驅(qū)動雙饋感應(yīng)發(fā)電機的無功功率輸出；以及
[0036] 將所述風驅(qū)動雙饋感應(yīng)發(fā)電機的所述轉(zhuǎn)子的所述旋轉(zhuǎn)速度降低到第三旋轉(zhuǎn)速度， 所述第三旋轉(zhuǎn)速度小于所述第一旋轉(zhuǎn)速度。
[0037] 14.如技術(shù)方案9所述的方法，其中降低所述雙饋感應(yīng)發(fā)電機的所述轉(zhuǎn)子的所述第 二旋轉(zhuǎn)速度提供所述雙饋感應(yīng)發(fā)電機的增大的轉(zhuǎn)差。
[0038] 15. -種風電場，所述風電場包括：
[0039]具有第一雙饋感應(yīng)發(fā)電機的第一風力渦輪機系統(tǒng)，所述第一雙饋感應(yīng)發(fā)電機具有 轉(zhuǎn)子和定子；
[0040] 具有第二雙饋感應(yīng)發(fā)電機的第二風力渦輪機系統(tǒng)，所述第二雙饋感應(yīng)發(fā)電機具有 轉(zhuǎn)子和定子；以及
[0041] 控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)配置成檢測在所述第一雙饋感應(yīng)發(fā)電機處的降低風速；
[0042] 其中響應(yīng)于檢測到所述第一雙饋感應(yīng)發(fā)電機處的所述降低風速，所述控制系統(tǒng)配 置成控制所述第一雙饋感應(yīng)發(fā)電機以降低所述第一雙饋感應(yīng)發(fā)電機的無功功率輸出以及 降低所述第一雙饋感應(yīng)發(fā)電機的所述轉(zhuǎn)子的所述旋轉(zhuǎn)速度以增加所述第一雙饋感應(yīng)發(fā)電 機的功率輸出，
[0043] 其中所述控制系統(tǒng)還配置成控制所述第二雙饋感應(yīng)發(fā)電機以增加所述第二雙饋 感應(yīng)發(fā)電機的無功功率輸出。
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