[发明专利]风力涡轮发电机的快速启动

说明书

技术领域

本发明总体涉及用于在风电场中启动风力涡轮发电机(WTG)的方法，并且具体而言，涉及用于在来自电网的电力不可用时准备启动WTG的方法。本发明总体还涉及能够在来自电网的电力不可用时准备启动其WTG的风电场。

背景技术

由于风暴、需求波动等原因，风电场和相关联的电网都会遭遇故障。此外，风电场和相关联的电网需要定期维护。因此，风电场中的风力涡轮发电机(WTG)必须在没有诸如电网之类的任何外部电源的情况下频繁启动(即，开始供电)。然而，准备启动WTG通常需要大量的能量。例如，在WTG可以开始供电之前，通常需要特定的启动程序，例如逆风偏转WTG、预热特定部件、以及预热诸如油和水之类的流体。

此外，特定的WTG，尤其是近海WTG，通过高电压DC总线向电网供电(即，DC连接的WTG)。这种DC连接的WTG通常具有功率变换级，其将由WTG中的发电机输出的AC功率变换为供应到DC总线的DC功率。在WTG能够向电网供电之前，必须对所述功率变换级中的大电容器(即，DC链路电容器)进行预充电。由于DC总线(例如，大约45kV到大约66kV)与DC链路电容器电压(例如，大约5kV)之间的大电压差，利用由电网供应的电力为DC链路电容器进行预充电通常是不切实际的。因此，即使电网电力在启动期间是可以使用的，DC连接的WTG也不能使用该电力来对它们的DC链路电容器进行预充电。

美国专利第8000840号(‘840专利)描述了在基本上没有从外部电网输送的任何能量的情况下，启动连接到外部电网的风力发电厂的至少一部分的方法。风力发电厂具有多个风力涡轮机和至少一个电源，所述电源连接到风力涡轮机的至少其中之一，从而在与其余的风力涡轮机隔离的同时，启动该风力涡轮机。然后，启动的风力涡轮机可以供电，以启动其它的风力涡轮机。根据‘840专利，用于启动初始启动的风力涡轮机的至少一个电源可以是小型燃气轮机、柴油发电机、电池、或燃料电池。

然而，与风力涡轮机不同，由‘840专利所标识的一些电源是不可再生的和/或对环境有害。因此，这种辅助电源阻碍了特定的环境益处，所述环境益处是优先使用风电场的主要原因。此外，在电网断电之后，通常存在关于电网将何时准备好接收并分配由风电场供应的电力的不确定性。因此，即使诸如‘840专利的风电场之类的风电场在没有来自电网的电力的情况下能够靠自身启动，如果电网不可用于分配风电场产生的电力，则在电网可用以前，准备启动风电场无论如何是不划算的。另外，由于启动程序可以持续很长时间，尤其是预热阶段，取决于环境温度，所述预热阶段可能持续超过半天或者甚至达到24小时，因此直到在电网变得可用于接收并分配电力之后很久，风电场才开始向电网供电。因此，风电场的电力产生因子将不期望地受到限制。

发明内容

根据第一方面，本发明提供在断电后电网变得可用之后，能够无延迟地快速启动的风电场。风电场包括一个或多个主WTG、以及辅助WTG，相较于一个或多个主WTG，辅助WTG具有大大降低的启动能量需求。耦合辅助WTG来向一个或多个主WTG供电，以准备启动一个或多个主WTG。

在根据本发明的第一方面的风电场的实施例中，辅助WTG是垂直轴WTG。

在根据本发明的第一方面的风电场的另一个实施例中，在来自外部电网的电力变得可用之后，一个或多个主WTG的至少其中之一基本上无延迟地启动。

在根据本发明的第一方面的风电场的另一个实施例中，一个或多个主WTG的至少其中之一通过利用由辅助WTG供应的电力达到以下目的至少其中之一来准备启动：对一个或多个主WTG中的每个主WTG的流体和部件的至少其中之一进行预热，以及逆风偏转一个或多个主WTG中的每个主WTG。

在根据本发明的第一方面的风电场的另一个实施例中，在来自外部电网的电力变得不可用之前，耦合一个或多个主WTG的至少其中之一来供电，以启动辅助WTG。

在根据本发明的第一方面的风电场的另一个实施例中，风电场还包括燃料电池，所述燃料电池供电来启动辅助WTG。

在根据本发明的第一方面的风电场的另一个实施例中，风电场还包括高电压DC总线。此外，一个或多个主WTG的至少其中之一向高电压DC总线输出DC功率。