[发明专利]用于增加风力涡轮机功率输出的系统和方法

说明书

公开用于增加风电场中的风力涡轮机的功率输出的系统和方法。特别地，风电场能够包含第一和第二双馈感应发电机风力涡轮机系统。第一风力涡轮机系统的旋转的转子速度能够在降低的风速下至少部分基于指示转子电压的数据来调节以增加双馈感应发电机的功率输出。转子速度能够被调节，使得转子电压不超过电压阈值。第一风力涡轮机系统的功率输出能够通过降低第一风力涡轮机系统的无功功率输出来进一步增加。第一风力涡轮机系统的降低的无功功率输出能够通过第二风力涡轮机系统的增加的无功功率输出来补偿。

技术领域

本公开一般涉及风力涡轮机，并且更特别地涉及用于在降低风速下增加双馈感应发电机风力涡轮机系统的功率输出的系统和方法。

背景技术

风力作为目前可用的最清洁、最环境友好的能源中的一个已受到更多的关注。典型的现代风力涡轮机能够包含塔、发电机、齿轮箱、吊舱以及具有一个或多个转子叶片的转子。转子叶片能够将风能转化成经由转子驱动一个或多个发电机的机械旋转扭矩。一个或多个发电机能够例如经由齿轮箱耦合到转子。齿轮箱能够逐步增加转子的固有地低旋转速度，使得发电机能够将机械旋转能有效地变换成电能，其能够经由至少一个电连接馈送到公用电网中。

风力涡轮机能够使用可变速操作，使得涡轮机叶片的速度随风速中的改变而改变。然而，在涡轮机的速度波动时，从发电机流出的交流的频率也波动。因此，可变速涡轮机配置也能够包含功率变换器，其能够用来将所生成电力的频率变换成实质上类似于公用电网频率的频率。这类功率变换器通常能够包括具有所调节的DC链路的AC-DC-AC拓扑，并且能够由变换器控制器来控制。

这类风力涡轮机能够使用可变速操作来优化负载及改进涡轮机输出。特别地，在风力涡轮机操作在最佳叶尖速度比时，它们是最有效的。叶尖速度比是涡轮机叶片的叶尖的切向速度和在风力涡轮机处的风的速度之间的比率。因此，风力涡轮机操作在最佳叶尖速度比将收集比它如果操作在最佳叶尖速度比之外将收集的风能更多的风能。

对于许多风力涡轮机，消耗器(customer)的操作空间以及因此数值由风力涡轮机系统所固有一个或多个风力涡轮机组件的最大电压来限制。例如，风力涡轮机系统中的功率变换器能够具有限制发电机的最小和最大速度值的电压约束。

因此，存在对于用于在降低风速下增加风力涡轮机系统的功率输出同时也将功率变换器电压级别维持在所指定操作限制内的系统和方法的需要。

发明内容

本发明的方面和优点将在下面的描述中部分阐述，或从描述可以是显而易见的，或可通过本发明的实施来学习。

本公开的一个示例方面针对风力涡轮机系统。风力涡轮机系统包含具有转子和定子的风驱动双馈感应发电机。定子提供AC功率到定子母线。风力涡轮机系统还包含经由转子母线耦合到双馈感应发电机的转子的功率变换器。功率变换器提供输出到线路母线。功率变换器具有在转子母线处的关联电压阈值。风力涡轮机系统还包含配置成识别双馈感应发电机处的降低风速的控制系统。在降低风速下，控制系统还配置成至少部分基于指示转子电压的数据来调节双馈感应发电机的转子的旋转速度以增加双馈感应发电机的功率输出。控制系统调节转子的旋转速度，使得转子电压不超过在转子母线处的与功率变换器关联的电压阈值。

本公开的另一个示例方面针对用于在降低风速下增加风驱动双馈感应发电机的功率输出的方法。方法包含在风驱动双馈感应发电机处生成交流功率。将交流功率从风驱动双馈感应发电机的定子提供到定子母线。方法还包含经由转子母线提供来自功率变换器的转子电压到风驱动双馈感应发电机的转子。方法还包含检测风驱动双馈感应发电机处的降低风速。方法还包含响应于检测到降低风速，至少部分基于指示转子电压的数据将转子的旋转速度从第一旋转速度降低到第二旋转速度以增加双馈感应发电机的功率输出。确定第二旋转速度，使得转子电压不超过在转子母线处的与功率变换器关联的电压阈值。