[发明专利]带可调整功率储备的风力发电机组

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机组，该风力发电机组带有由风轮驱动的发电机以产生电功率。更精确地说，本发明涉及一种带有如下风轮的风力发电机组，该风轮的叶片能变桨距，并且叶片的桨距角受风力发电机组的操控装置控制。在此，操控装置依赖风力发电机组的运行点和所施加的针对需持有的功率储备的输入信号确定待调整的桨距角。

背景技术

随着风力发电机组的普及，风力发电机组也越来越多地应用于调节和保护能量传输网络。风力发电机组的任务多样性因此不再只局限于单纯产生电能，而是扩大到提供所谓的系统服务，网络运营者需要这些系统服务来维持稳定的网络运行。除馈入无功功率外，提供有效功率储备(所谓的调节储备)也属于这些系统服务。在网络中若功率取用超过功率生产，那么网络频率就下降；反之，当馈入的功率超过获取的功率时，网络频率就上升。因为这些频率变化是不受欢迎的，所以在它们出现时，通过额外的功率的馈入(在低频时)或通过退回已馈入的功率(在高频时)而作出反应。为了在此也能短时间内迅速反应，必须始终准备好相应的电站容量(所谓的秒储备)。这一点通过如下电站容量得以补充，该电站容量在需要时能快速提升(所谓的分储备)。所述电站的建立和运行(尤其是在秒储备范围内)相当昂贵。因此恰好在那些除了传统电站外还有相对较多风力发电机组馈入功率的网络中，也产生了将风力发电机组用于提供调节储备的需求。在此，特别的难处在于，风力发电机组虽然可以减小它们的功率输出(DE 100 22 974 A1)，但不同于传统电站的是，不能简单地提升它们的功率，因为最大可供使用的功率受到可供使用的风的限制并且因而随机波动。

但为了让风力发电机组也能用来提供调节功率，在现有技术中公知各种方案。在普及的方案中，如下方式地进行，风力发电机组通常集中成风电场。在此，运行一个具有通过相应风力情况限定的满功率的风力发电机组(基准机组)，并且将由它产生的电功率作为风电场其它风力发电机组的基准。根据所期望的功率储备，这些其它的机组则受限制地运行，从而通过在需要时取消限制而能够迅速调动额外的功率。这种十分简单的方案原则上可行，但缺陷在于，没有考虑到风电场的各个风力发电机组的最大生产能力与已在基准机组上存在的情况之间的偏差。因此不能确保，切实提供所追求的调节功率，而是依赖于偶然因素。

进一步公知的是，借助风速仪测量实际的主要风速并且借助为各个风力发电机组探明的特性曲线求出在这种风力下可供使用的功率(DE 10 2007 036 446 A1)。这个值是如下可供使用的功率，从这个功率中抽出一定量作为保留为储备的功率(调节功率)。然后得到的值由风力发电机组的运行操控装置作为经修正的功率目标值进行调整。这种方法的优点在于高透明度，但缺点在于，在测量风速时的误差会直接作用于结果。这一点所以尤其严重，是因为在风力发电机组上借助布置在机舱上的风速仪进行的风速测量公知是不精确的。因此会发生不稳定，尤其是当偏差在较长时间段内累加时。这尤其适用于次级调节，因为次级调节比快速的初级调节(也被称为秒储备)涉及更长的时间范围。

为了快速调动额外功率，进一步公知，利用蕴含在风轮中的动能。这由以下发生，即，通过提高发电机力矩产生比本身在限定的风况下由风轮提供的电功率更多的电功率。因此虽然可以几乎不依赖当前主要风况地、十分快速地调动额外功率，但因为为此必须以下降的风轮转速为代价，所以这只能经过很短的时间段而进行。因此这种方法的使用局限于初级调节范围内。

进一步公知的是，不以由运行操控装置为各个运行点本身确定的值，尤其是为桨距角确定的值来运行风力发电机组，而是在此采取安全余量(Sicherheitsabschlag)(Prillwitz，F.等于2003年2月19-20日在美茵河畔法兰克福举行的“新型分散式供电结构”ETG研讨会中发表的：借助风力发电机组的初级调节(mit Windkraftanlagen，ETG-Workshop ″Neue dezentrale Versorgungsstrukturen″，19.-20.Februar 2003，Frankfurt am Main))。对于桨距角的情形，这意味着，用减小了固定量(安全余量)的桨距角来运行机组。因为机组因此不以最佳的桨距角运行，所以得到如下功率储备，该功率储备可以通过调整桨距角而调动到最佳的值上。这种方法的缺陷在于，由于桨距角静态地减小一个固定的量，所以根据设备的运行点的不同而得到不同的功率储备。这一点对秒范围内的初级调节还能接受(因为运行点通常在经过几秒后不发生或仅发生很小的变化)，然而这对针对更长时间范围的次级调节的特性来说明显是有缺陷的。