[发明专利]风力系统及其运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力系统及装置领域，尤其涉及所述系统和装置产生 的电力提供给网络或电网进行配电的控制。

背景技术

风力系统包括一个或多个风力发电机或涡轮机，其安排成通过风 力引起的旋转产生电能。由这些发电机中的一个或多个（例如形成或 构成所谓“风力发电场”的几个发电机）产生的电能被提供给网络或 电网进行配电。通常，大量电力发电机连接到同一电网，且通常几个 电力用户也连接到该电网。

为了使网络上的电压和频率维持实质上恒定不变，电网在每一时 刻的功率输入实质上等于消耗的功率非常重要。因此，发电（包括由 各个发电机或风力涡轮机和/或一个或多个风力发电场产生的电力， 所有这些电力视为整体）必须根据消耗进行控制和修改。

与其它类型的发电如水力发电、核电等相比，风能的问题在于在 短期内变动较大。如果风电仅代表输入给网络的电力的非常小的部 分，则这些变化与所述网络的总体性能不是非常相关。然而，当风电 日益普及且现在已构成注入网络的总电力的实质部分时，对风电注入 和提供给电网（由各个风力涡轮机和/或风力发电场提供，视为整体） 的方式的调节已变得日益重要。大量专利、专利申请及其它文献涉及 怎样控制风电提供给网络。

所述专利的一个例子是美国专利US-B-6906431，其建议向多个 风力设施提供“用于调节传给网络的电力的装置，其中所述调节使得 总是向网络馈给恒定不变的表观功率”。表观功率可根据下述公式计 算：

S=P2+Q2]]>

其中

S为表观功率量，P为有功功率量，Q为无功功率量。

现在，这暗示了一个问题，即未使用热/电流（I）设计限制。基 本上，当运行这种类型的系统时，流过任一组件的电流不超过该组件 可容许的最高水平非常重要。多余电流可导致过热及损坏所述组件。

进一步地，在US-B-6906431中所述的系统和方法实际上可以什 么样的方式实施在实际系统中也非常清楚。例如，总是保持表观功率 恒定将在例如风力发电机的启动阶段期间表现为非常复杂，而不是不 可能。

同样，当在实质上零无功功率的模式下运行时，有功功率保持恒 定。现在，例如在启动阶段期间这是不可能的。另一方面，如果不考 虑启动阶段，保持有功功率恒定仅是调节电网的电力输入的普通方 式：通常，风力涡轮机预期产生其额定有功功率输出，之后，所述有 功功率输出被馈给电网。因而，不能理解在US-B-6906431中公开的 控制方法和系统对该传统现有技术运行（或打算运行，因为100％恒 定的功率输出在实践中是不可能的，这是由任何现实世界的组件和控 制系统的固有公差决定的）风力涡轮机或风力发电场的方式有何种贡 献。加以必要的修正，同样的方法和系统应用于风力涡轮机的运行实 质上不产生有功功率及产生恒定无功功率。

另一问题在于，当运行具有恒定发电并将所述电力注入网络的风 力系统（如风力涡轮机或发电机或包括几个风力涡轮机的风力发电 场）时，如果功率保持恒定，则电压降低意味着电流增加。现在，这 意味着，如果电流初始接近于所涉及组件的最大电流水平，更高的电 流可导致所述组件的损坏。因此，在风力系统正常运行期间必须保持 电流实质上低于由所涉及组件确定的最大水平，以使得电流的增加不 对所述组件造成任何实质上的损害。然而，这继而基本上要求将所涉 及的组件（导体、变压器等）设计成能经受比目前通常所能经受的更 高的电流，这意味着增加另外的成本等。

因此，在US-B-6906431中公开的控制系统和方法很难在现实世 界系统中实施，不是说不可能，即使成功实施，所述方法也面临与过 电流风险有关的问题。