[发明专利]风力设备及其运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及风能系统及设备领域，尤其涉及控制由这样的系统和 设备产生的功率提供给网络或电网进行功率分配的方式。

背景技术

风能系统和设备包括安排成通过风引起的旋转产生电能的一个 或多个风力发电机或涡轮机。由这些发电机中的一个或多个(例如， 由形成所谓的“风电场”的一部分或构成这样的“风电场”的几个发 电机)产生的电能提供给电网或网络以进行能量分配。通常，大量电 力发电机连接到所述电网，及通常几个电力用户也连接到所述电网。

为保持网络上的电压和频率实质上恒定不变，在每一时刻对电网 的功率输入完全等于耗用的功率非常重要。因此，功率的产生(包括 由各个发电机或风轮机和/或视为整体的一个或多个风电场产生的功 率)必须根据耗用进行控制和修改。

相比其它类型的电力发电如水力电气发电、核电等，风能的问题 在于即使在短期内风也波动很大。如果风力产生的功率仅代表输入给 网络的功率的非常小的部分，则这些变化与网络的总体性能不是非常 有关。然而，随着风力发电已日渐普及地增加及构成注入网络的总电 功率的实质部分，对风力产生的功率(由各个风轮机和/或视为整体 的风电场)注入及提供给电网的方式的调节已变得日渐重要。大量专 利、专利申请及其它文献教示了控制将风力产生的功率提供给网络的 不同方式。

这样的专利申请的一个例子是DE-A1-102005052011(E.ON Netz GmbH)，其描述了从风力设备注入电网的有功功率怎样根据规 定的公式进行改变，其与网络上的频率有关。通常，网络被安排成以 预先建立的频率运行，例如在实践中为50Hz或60Hz。为了将实际网 络频率保持在该额定频率，注入网络的功率应等于耗用的功率。当耗 用的有功功率多于注入网络的功率时，瞬时或实际网络频率趋于降 低。当注入网络的有功功率多于耗用的功率时，实际网络频率趋于上 升。网络或电网，及连接到网络或电网以注入和/或耗用有功功率的 装备和设备，通常设计成容忍与额定频率有小偏差。然而，实质的偏 差对网络及连接到网络的设备的运行有负面作用。

随着风力日渐变成重要的能源及随着风轮机产生的、注入网络的 功率日渐变成注入网络的总有功功率的重要部分，控制风力设备使得 它们有助于电网稳定性或者至少使得它们尽可能小地影响电网稳定 性非常重要。

如DE-A1-102005052011中提及的，先前的申请DE-A1-10022974 (Aloys Wobben)已提出，当实际网络频率增加超出网络频率限制时 减少有功功率，其中所述网络频率限制为高于额定网络频率0.3％。 同样，DE-A1-10022974公开了当实际网络频率高于额定网络频率2％ 时不应再向网络注入功率。还提及了控制器，但未确切地公开其应怎 样起作用。

DE-A1-102005052011提出当实际网络频率增加超出50.2Hz时， 应根据下面的公式动态减少有功功率：

ΔP＝20P_M[(50.2Hz-f_grid)]/50Hz，

其中

ΔP为注入的有功功率P的减少百分比；

P_M为当前注入电网的有功功率；及

f_grid为当前网络频率。

其中陈述了仅在从50.2Hz到最高(含)51.5Hz的频率范围内进 行调节。此外，还暗示当实际网络频率降低低于47.5Hz的下限频率 限制和/或增加超出51.5Hz的上限频率限制时风力发电机将自动与电 网断开连接，其中所述断开连接应为“物理上”断开连接。其中还陈 述：这样，当实际网络频率达到上述范围47.5Hz-51.5Hz之外的值时， 没有发电机仍然保持连接到网络的风险。

发明内容