[发明专利]异常频率条件期间的可变速风轮机的继电器式控制器和控制方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及风轮机，且更具体地，涉及有益于结合可变速风轮机的频率调节进行改进的风轮机控制器和/或控制技术。

背景技术

风动发电是无污染的并且因此被视为环境友好的。鉴于该形式的发电利用可再生能源，即风，因此是更加理想的。电力系统运营商常提到的考虑是，使用电子接口的风轮机，诸如双馈感应发电机或者具有全转换器接口的发电机，不能响应正确的异常频率（例如，欠频）条件，如同直连机器那样。例如，在系统频率降低期间，自作用（self-acting）方式下的直连机器可以将一部分轴动能转换为补充电力。

直连发电机通过产生与转速的任何改变相反的电磁转矩而对频率和/或电压调节有贡献，并且该转矩与惯量（inertia）和轴转速的改变速率的积成比例。这种增量转矩（和增量电力）常被称为机器对系统频率改变的“惯性响应”。

具有针对电网的电子接口的风轮机固有地对频率改变不敏感并且不产生对频率改变的任何响应，除非它们被编程为这样做。在2003年3月20日提交的题为“System For Using Energy Stored In The Mechanical Inertia Of The Rotor Of A Wind Turbine”的PCT申请号WO 03/023224 A1中描述了一种方法，其描述了使用涡轮机机械惯量用于动态稳定性和频率控制的系统。该系统据称使用固定频率参考和频率的导数（Δf/Δt）来计算系统的电力输出和补充转矩。控制系统中的导数项通常受噪声影响，这可能影响性能。此外，固定参考可能导致这样的困难：即期望涡轮机控制在没有过度的补充转矩或电力交互的情况下跟踪市电（utility）频率的正常波动。在2005年11月29日提交的题为“System And Method For Utility And Wind Turbine Control”的美国专利号7,345,373中描述了另一方法。该美国专利中描述的方法需要繁重地计算内部参考系以及确定内部参考系的相随的旋转频率ω_i，并且进一步需要根据内部参考系和测量频率修改补充电力信号以据称减小会因使用如上述PCT申请所提出的惯性响应的导数信号而导致的噪声的影响。

因此，需要克服上述问题并且提供有益于结合风轮机的频率调节进行改进的装置和/或控制技术。

附图说明

考虑附图在下面的描述中解释了本发明，其中示出：

图1是可以受益于本发明的方面的发电系统（例如，风电场）的示例实施例的示意图。

图2是风轮机中可能发生的示例异常频率条件的图。

图3是被选择为抵消图2中所示的异常频率条件的各个方向上的风轮机的电力输出功率的示例阶跃响应（stepped response）的图。

图4是应有助于将根据本发明的方面的继电器式（bang-bang）控制器的示例操作性能与其他已知实现方案的操作性能比较的曲线图。

具体实施方式

根据本发明的一个或多个实施例，这里描述了有益于在异常频率条件（例如，欠频条件）期间改进风动发电系统的操作性能的结构布置和/或技术。在下面的详细描述中，阐述了各种具体细节以便提供这些实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实施，本发明不限于所示出的实施例，并且本发明可以在各种替选实施例中实施。在其他实例中，未详细描述本领域技术人员公知的方法、过程和部件以避免不必要的和繁重的解释。

此外，各种操作可以被描述为以有助于理解本发明的实施例的方式执行的多个离散步骤。然而，描述的顺序不应被解释为暗指这些操作需要按它们被呈现的顺序来执行，甚至也非暗指它们依赖于顺序。而且，重复地使用短语“在一个实施例中”不一定指的是同一实施例，尽管可能是这样。最后，如本申请中使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等意图为同义的，除非另外指出。

图1是可以受益于本发明的方面的诸如风电场10的发电系统的示例实施例的示意图。在该示例实施例中，风电场10包括三个风轮机系统12、14、16（在下文中被称为风轮机），它们耦接到具有示例互连布置的各自的发电机和相关联的电力转换电子装置。将认识到，风轮机的数目不以任何方式限于三个风轮机。此外，本发明的方面不限于图1中所示的具体的示例互连布置，因为对于风轮机，其他类型的互连布置也是可能的。