[发明专利]用于风能转换器的控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及风能转换器(WEC)。

背景技术

风能已作为增长最快速的能源出现，其代表着洁净、可再生、有利 于生态的、可代替传统化石基能源的替代能源。按当前增长速率，预计 到2009年风能转换将产生超过117,000MW的电力，占到世界发电量的 大约1.25％。当前，风力最常用在大规模风力场中以向电网提供电力， 尽管在电网未覆盖的地区，风力有时也以单个风轮机而服务于乡村住宅。 当风力容量的总基数随着额外风轮机和新风力场的安设而继续增长时， 与电网互连标准的符合性变得越发重要。

特别地，一种互连标准要求发电机(比如水电发电机、热电发电机 和核电发电机)在干扰期间继续工作并且在电压下降期间保持连接至电 网，即所谓“低压穿越(LVRT)”过程。例如，当发电机的端子处的电 压(比如因电网短路)下降到规定的电位以下时，具有LVRT性能的发 电站继续向电网提供电力，而不会断开离线，由此有效地稳定了电网。

然而，在一些情形中，允许现有技术的WEC在低压事故期间跳闸 离线，主要是因为风力对于电网的整体功率容量的贡献被视作无关紧要。 一旦与电网脱离连接，WEC通常会经历重新起动周期，而在几分钟内 不会向电网提供电力。

近来，考虑到风力站/场与电网结合的增长趋势以及其对电网稳定性 的潜在性影响，联邦能源管制委员会(FERC)已提出关于WEC的LVRT 标准，该标准要求大型发电站或场(容量为20MW或更大)在低压出现 期间保持联线并继续工作。

发明内容

在本发明的一个总的方面中，风能转换器构造成用于向电网传输电 力。风能转换器包括机械地联接在转子与发电机之间的可变速比齿轮系 统。控制系统构造成机械地控制发电机的旋转速度，使得在低压事故期 间风能转换器能够继续工作并向电网供应电力。

实施方式可以包括一个或多个以下特征。

可变速比齿轮系统包括至少一个联接至发电机的轴，并且控制系统 控制所述轴从而控制发电机的旋转速度。可变速比齿轮系统进一步包括 机械地联接至所述轴的液压回路。液压回路提供液压压力。控制系统构 造成基于液压压力来控制所述轴。液压回路包括机械地联接至发电机的 液压单元。控制系统根据规定的发电机速度来确定液压单元的理想配置。

控制系统包括压力控制器，所述压力控制器构造成根据规定的发电 机速度来提供代表理想液压压力的理想液压压力信号。控制系统接收代 表实际液压压力的实际液压压力信号，并计算理想液压压力信号与实际 液压压力信号之间的压力误差信号。控制系统基于压力误差信号而进一 步计算液压单元的理想配置的第一参数。控制系统接收偏差信号并基于 偏差信号和第一参数而计算液压单元的理想配置的第二参数。控制系统 基于第一参数和第二参数来确定液压单元的理想配置。第一参数和第二 参数响应于发电机的旋转速度的变化。第二参数符合预定的限制规定。 所述预定的限制规定包括针对于第二参数的变化率的限制规定。

液压回路进一步包括第二液压单元，并且控制系统基于转子速度来 确定第二液压单元的理想配置。液压回路可以是静压回路，或者可替代 地，可以是动压回路。

可变速比齿轮系统包括机械地联接至转子的第一轴、机械地联接至 液压回路的第二轴以及机械地联接至液压回路和发电机的第三轴。

可变速比齿轮系统进一步包括机械地联接在第一轴与转子之间的齿 轮箱。齿轮箱构造成提供恒定的齿轮比。在齿轮箱与第一轴之间机械地 联接有第一正齿轮。在液压回路与第二轴之间机械地联接有第二正齿轮。 在液压回路与第三轴之间机械地联接有第三正齿轮。

除了其它优点，提供了一种符合LVRT标准的WEC用控制系统。 低压事故期间，控制系统有效地调整发电机速度，并将发电机中转子场 与定子场之间的相位差维持在临界角以下，使得电力得以继续可靠地传 输。在风能转换器的正常工作期间，控制系统还有益于调整可变速比齿 轮系统的输出，从而避免发电机的非期望加速。

通过以下的描述和通过权利要求，本发明的其它特征和优点将变得 清楚。

附图说明

图1A和1B是装配有控制系统的风能转换器的示意图。

图2A是图1B中示出的控制系统的示例性实施形式的框图。

图2B是图1B中示出的控制系统的可替代实施形式的框图。

图3A和3B是图示风能转换器在低压事故期间的性能的模拟结果。