[发明专利]与公用电网断开期间控制电能生产设施操作的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及在与能量被传输的公用电网断开期间控制电能生产设施操作的方法和装置，其中所述电能生产设施包括至少一个风力涡轮机。

背景技术

在公用电网故障(例如短路或失灵)期间，包括一个或多个风力涡轮机的风力发电厂可能因为风力涡轮机不能在正常发电状态下提供其有功功率而与电网断开。公用电网和风力发电厂之间的这种断开也可被称为孤岛(islanding)。倘若风力涡轮机与公用电网断开，风力涡轮机不必在风力涡轮机正常产生能量并向公用电网供应产生的电能的正常发电状态下操作。然而，同样在这种孤岛情况下，风力涡轮机的一些辅助设备，例如用于偏航的偏航发动机、控制设备等，可能因安全原因需要电能进行操作。

在传统的系统中，柴油发电机可能被用来向风力涡轮机的辅助设备供应电能。

然而，已观察到，在非生产状态，即或例如在公用电网与风力涡轮机断开的情形操作风力涡轮机是困难的或者会引起问题。

可能需要在公用电网断开期间控制包括至少一个风力涡轮机的电能生产设施操作的方法和装置，其中，将以可靠的和成本效益好的方式向风力涡轮机的辅助设备提供电能。

发明内容

该需求通过各独立权利要求所述的主题得以满足。本发明的有利实施例由各从属权利要求描述。

根据实施例，提供了一种在能量将被传输到的公用电网的故障期间操作包括至少一个风力涡轮机（特别地，包括风力涡轮机塔、安装在风力涡轮机塔上的吊舱，其中吊舱支撑连接着一个或多个转子叶片的转子轴，其中转子轴也被连接到发电机（变速箱可被连接在转子轴和发电机之间），以将转动能转变成电能，该电能被供应给完全变流器，转换所有的能量以便聚集电网电压和频率）的电能生产设施（被设计用于产生待供应到公用电网的电能，公用电网将电能分配给一个或多个用电设备）的方法。

其中，该方法包括：将公用电网从风力涡轮机断开（特别地，利用开关，例如电源开关）；经由电缆（包含至少两个特别是三个用于传导至少两相特别是三相的电流、电能或电能量流的导体）将外部发电机（例如内燃机，特别地，柴油发动机）连接（特别地，利用开关，例如电源开关）到（特别是经由变压器）风力涡轮机的辅助设备（例如致动器，例如偏航致动器，转子叶片俯仰角致动器，控制器，测量装置等），以将有功功率（其可通过形成电流、电压和电压与电流之间的夹角的余弦的乘积获得）传输给辅助设备，其中电缆经由变压器（用于将变换器处的低压，例如600 V到800 V变压成在集电电网处的中压，特别在5 KV到50 KV之间）连接到风力涡轮机的变换器（用于将连接到转子轴（可能通过传动箱）的风力涡轮机发电机传输的特别可变频率的能量流转换成待传输到公用电网的特别固定频率，例如50 Hz或60 Hz的能量流），其中变换器支持无功功率（其被定义成电流、电压和电压与电流之间的夹角的正弦的乘积）。

特别地，无功功率可由施加在电缆的至少两条导体之间的电压产生，其中特别地，电缆可提供特别分布式电容，造成在流经电缆或被施加到电缆（不同导体）的电压和电流之间的相对相移。

特别地，由施加到电缆的电压发出的无功功率可能是不受欢迎的并且可能引起问题，特别是在当没有公用电网连接以平衡无功功率时。特别地，产生在风力发电厂集电电网的电缆（或一条或多条电缆）中的无功功率可能比用于操作辅助设备需要的有功功率大，其可能导致柴油机发电功率因数（其可被定义成在电压Ｖ和电流Ｉ之间的夹角                                                的余弦）低于0.7，其反过来可能需要相对大的柴油发电机。

特别地，功率因数PF也可被定义成

其中：

PF是功率因数

P是以W为单位的有功功率

S是以VA为单位的表观功率

Q是以VAr为单位的无功功率。

因而，在传统的系统中，可能需要非常昂贵的柴油发电机。然而，柴油发电机可能仅仅针对有功功率和无功功率的特别值而在保存和稳定的区域中操作。特别地，传统的柴油发电机在0.2 pu（20%）以上可能是不稳定的。因而，pu也被称为每单位并且被定义成实际产生的功率除发电机标称功率。发电机的标称功率也表示为基数功率。实例：如果具有标称功率1.0 MW的发电机传输0.2 MW——于是每单位值是0.2 MW/1.0 MW = 0.2 pu——其又是标称功率的20%。