[发明专利]被阻碍向电网输出电力的风力涡轮机的旋转速度的控制

说明书

技术领域

本发明涉及用于产生电力的风力涡轮机的领域。尤其地，本发明 涉及用于在一种运转情况下控制风力涡轮机的转子的旋转速度的装置 和方法，在该运转情况中该风力涡轮机被阻碍向连接至该风力涡轮机 的电网输出电力。此外，本发明涉及包括上述旋转速度控制装置的风 力涡轮机，并涉及用于控制上述旋转速度控制方法的计算机程序。

背景技术

风能越来越被认为是用于补充并甚至替代像例如化石燃料这样一 类的其它类型的能源的可行选择。然而，因为风力涡轮机通常暴露于 例如可对风力涡轮机的转子和桅杆产生极端机械负荷的不断变化的环 境条件，所以风力涡轮机的运转控制常常非常敏感。

此外，风力涡轮机的运转强烈地取决于该风力涡轮机连接至的电 网的可用性和电力吸收能力。具体而言，当在风力涡轮机附近出现电 网故障时，电网的电压通常非常低。这使得风力涡轮机的发电机不能 向电网输出产生的电力。结果是在具有危险的超速情形的风险的情况 下提高风力涡轮机的转子的旋转速度。

为了避免超速情形，已知例如通过将转子的叶片的桨距角设定为 不同于当风力涡轮机以无故障运转状态运转时的最佳叶片桨距角的角 度位置来控制风力涡轮机的速度控制器的旋转速度。因此，重要的是 速度控制器能迅速对电网故障起反应。此外，由于电网上没有电压这 个事实，所以可能需要紧急停止风力涡轮机的运转，叶片桨距角控制 系统仅能够以紧急模式运转，在该紧急模式中以恒定的速度改变叶片 桨距角。然而，以恒定速度进行变桨(pitching)会对风力涡轮机的塔筒 和偏航系统产生巨大的负荷。

EP 1 651 865 B1描述了一种当检测到电网故障时用于调节风力涡 轮机的叶片的桨距的方法。因此，连续地或逐步地调节桨距，以便降 低风力涡轮机的功率产出，从而防止风力涡轮机的部件过热。

EP 1 819 023 A2在电网故障的情况下通过如下方式解决了风力涡 轮机的部件过热的问题：即一旦故障被矫正了或者在以受控方式停止 风力涡轮机之前，就将从涡轮机输出功率切换至卸载。

可能需要提供对被阻碍向电网输出电力的风力涡轮机的旋转速度 的控制，其中该控制以能够减小风力涡轮机的塔筒和偏航系统上的机 械负荷的方式来改变指示转子的旋转速度的特征运转参数。

发明内容

该需求可由根据独立权利要求的主题满足。本发明的有利实施例 由从属权利要求描述。

根据本发明的第一方面，提供一种用于对将电力送入电网的风力 涡轮机的转子的旋转速度进行控制的装置。提供的旋转速度控制装置 包括：(a)第一输入节点，其用于接收指示转子的当前旋转速度的第一 信号；(b)第二输入节点，其用于接收指示转子的基准旋转速度的第二 信号；(c)检测单元，其用于检测风力涡轮机被阻碍向电网输出电力的 有故障的运转情形；(d)控制单元，其用于基于第一信号和基于第二信 号提供用于风力涡轮机的特征运转参数的基准信号，该特征运转参数 指示转子的旋转速度，其中控制单元包括比例控制元件和积分控制元 件；以及(e)脉冲发生器，其连接至检测单元和积分控制元件，并适于 响应于有故障的运转状态的检测向积分控制元件发送突跳脉冲。

描述的旋转速度控制装置基于如下思想：通过向代表比例加积分 控制器(PI控制器)的控制单元的积分控制元件发送突跳脉冲，增加基准 信号的时间变化率。这可意味着与没有使电网检测单元与控制元件的 积分控制元件连接的脉冲发生器的已知的速度控制器相比较，基准信 号响应于检测到有故障的运转状态而进行的变化的幅度强烈得多。

根据自动控制工程的基本原理，通过在很大程度上改变基准信号， 将明显减小适应或者说改变风力涡轮机的特征运转参数的响应时间。 这意味着通过以使转子的旋转速度相应地适应的方式使基准信号适应 于特征运转参数，旋转速度控制装置将使风力涡轮机迅速响应有故障 的运转状态的检测。从而，可有效避免风力涡轮机的尤其与超速情形 相关的损坏。

描述的突跳脉冲可紧接在探测到有故障的运转状态之后施加于积 分控制元件。这确保旋转速度控制装置对有故障的运转状态的检测的 快速响应。