[发明专利]用于风能设备的过压保护器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于风能设备的过压保护器，该过压保护器通过具有至少一个电感器的连接线路连接到电网上，其中设有控制器，该控制器根据风能设备上的过电压来操控限制单元。

背景技术

随着风能设备日益增多，对其电网连接特性的要求也越来越高。当发生电网电压扰动、尤其当出现电压峰值时，对风能设备的特性也有很高要求。迄今为止的风能设备通常会在出现电压峰值时与电网断开以求自我保护，但是从电网适应性角度来看，这种特性通常是不可接受的。风能设备必须至少耐受高达电网电压120％的短时电压峰值。现代风能设备均按照这种要求进行构造。

但并非所有国家的电网运营商均有相同的要求。有些电网运营商还会提出一些附加要求，尤其是耐受高达电网电压140％的电压峰值。对于按照120％以下电压峰值构造的常规现代风能设备部件而言，如果不对风能设备部件进行适配使之适合提高后的峰值电压，将无法满足这一要求，而这种要求则意味着需要额外增加成本。因此本发明建议将与风能设备并联的无功电源连接到输电线路上。这种无功电源的名称就是众所周知的Statcom，可在需要时提供附加的无功功率，这同样也会改变风能设备上的电压。只有当出现过电压对正常运行形成不利影响时，才需要激活Statcom。但也存在这种无功电源的购置与安装成本很高的缺点。此外也有人公开了在风电场利用开关电容器将无功电源直接安装在风能设备上的方法(US7,095,597B1)。适当激活所述的电容，即可调节风能设备上的电压。与Statcom的不同之处在于，这些电容在正常运行过程中始终保持激活，因此必须选择适当大且牢固的尺寸构造，这无疑会造成很大的费用支出。

另一种减少附加费用的方法是在出现过电压时迅速将定子与电网分开，并且通过等效负载以有控制的方式卸放其中所储存的能量(WO2004/070936A1)。这种方法的优点在于：还可以在一定时间内使得定子内维持磁化，从而可在出现短暂电网扰动之后迅速重新接通。该方法尽管有附加费用很少的优点，但是也有需要在出现扰动的情况下将定子与电网分开的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种经过改进、能避免上述缺点的过压保护器。

本发明的解决方法基于相关独立权利要求所述的特征。从属权利要求所述内容均为有益的改进实施方式。

本发明的用于风能设备的过压保护器连接在风能设备与电网之间具有至少一个电感器的输电线路上，并且包括可根据风能设备上的过电压来操控限制单元的控制器，所述限制单元包括支线，其具有带开关的功率分配模块和电抗器模块(Drosselmodul)。

所谓电抗器模块指的是可通过感应电抗器将各相或者某一相与中性线接头短接的模块。感应电抗器的特性是：电抗器具有比较高的短路电流，短路电流的相位滞后于相应的电压，因此可产生感应的无功功率，而且优选在电抗器模块内使用的是简单、成本低廉的无源器件。

本发明的构思在于，将功率分配模块以及电抗器模块组合在分支的支线之中。通过在功率分配模块中配置可快速开关的开关，从而可以在出现过电压的情况下迅速提供第二(并联)功率支路。通过将这一暂时的并联的功率支路连接在电抗器模块上，使得大量无功电流在其中流过，这使得输电线路的电感器上出现电压降，从而可在电网中出现过电压时降低作用在风能设备上的电压。所述电抗器模块在正常工况下并不通电，因此不会在正常工况下出现损耗。由于电抗器模块仅仅短时通电，在正常工况下没有热负荷，因此能在出现过电压峰值时承受很高的负荷，不会引起热过载。

本发明可用于风能设备仅需要短时耐受过电压峰值的情况。所述过电压峰值指的是超出120％普通范围的峰值。譬如仅限于要求在十分之几秒的范围内耐受为额定电压140％的过电压峰值，其中全部过电压峰值仅在小于一分钟的时间内处在大于额定电压120％的范围(对于常见的风能设备而言，可针对正常工况选择部件的尺寸来覆盖这一范围)。本发明的有益之处在于：由于该时间极短，所使用的部件(这里是电抗器模块)也可在出现过电压峰值时大幅度过载。由于出现时间极短，可避免部件遭到损坏。因此完全可以采用很小的尺寸以节约成本，且不会造成影响工作可靠性的缺点。

本发明的实施方式包括功率分配模块以及成本低廉的电抗器模块，其优点是可采用更换的方式针对不同的电网连接条件对其进行调整。可以根据过电压峰值及其出现时间来选择电抗器模块。因此可通过简单更换电抗器模块，使风能设备适配于过电压峰值，从而使其能够在完全不同电网连接条件的电网中运行。