[发明专利]用于风力涡轮机的全DC电压电力备用系统

说明书

本发明涉及一种风力涡轮机，包括用于向该风力涡轮机的多个电力消耗单元分配电力的内部供电网络，该风力涡轮机还包括连接到该内部供电网络的电力备用系统，用于在电网故障期间向该内部供电网络供电，其中，该电力备用系统包括电力存储模块，该电力存储模块提供落入该风力涡轮机的该内部供电网络的标称电压范围内的总备用电压。

技术领域

本发明涉及包括电力备用系统的风力涡轮机，该电力备用系统用于在电网故障期间向风力涡轮机的内部供电网络供电。具体而言，本发明涉及一种提供与风力涡轮机的内部供电网络的标称电压范围相匹配的总备用电压的电力备用系统。

背景技术

风力发电厂也称为风电场，通常包括多个风力涡轮机，这些风力涡轮机的发电输出被联网以向国家或地区公用电网供电。现代风力涡轮机包括复杂的电气系统，该电气系统包括众多需要其自身专用电源的控制单元、开关设备、冷却系统、照明系统、致动器和液压系统。这种电源通常是经由变电站从公用电网馈送的。这样的电源可以被称为“内部供电网络”，其作用是管理中压电源并将其分配给给风力涡轮机和风力发电厂内的电力消耗单元形式的辅助设备，以确保发电的高度可用性。

在所谓的“电网丢失”的事件中，风力涡轮机失去与公用电网的连接，风力涡轮机的电气系统也失去其电力供应。为了减轻此类电力损失而导致的问题，已知为风力发电厂装备一种形式的辅助电源。这可能采取基于电池的系统的形式，或者可以基于柴油发电机。例如，WO2018/224110A1描述了一种系统，其中，使用可充电电池作为电力备用系统。

电力备用系统可以确保风力发电厂的风力涡轮机的一些至关重要的电气系统即使在公用电网丢失期间也保持工作。已知如下所述来操作风力涡轮机：在电网丢失期间从桥接发电机和公用电网的主转换器的DC链路为可充电电池充电。不过，这种布置需要在电网丢失期间操作主转换器，这将不可避免地诱发开关损耗形式的不期望损耗。

此外，风力涡轮机的常规内部供电网络通常被配置成在多个电压电平下工作，这样确实增大了这种内部供电网络的复杂性以及安装成本，以及关联的电力备用系统的成本。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种简单的风力涡轮机电力备用系统，其能够在不期望的电网故障，例如电网丢失或临时电压下降的情况下，向风力涡轮机提供基本上即时的电力备用。

上述目的是通过如下方式实现的：在第一方面中，提供一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括用于向该风力涡轮机的多个电力消耗单元分配电力的内部供电网络，该风力涡轮机还包括连接到该内部供电网络的电力备用系统，用于在电网故障期间向该内部供电网络供电，其中，该电力备用系统包括电力存储模块，该电力存储模块提供落入该风力涡轮机的该内部供电网络的标称电压范围内的总备用电压。

在本上下文中，电网故障可以是电网丢失，其中，失去了与公用电网的连接，或者可以是临时电压下降，其中，尽管电网电压显著下降，但仍然保持了与公用电网的连接。

下文将要更详细论述，以下优点与本发明的电力备用系统以及包括该电力备用系统的风力涡轮机相关联：

1)电力备用系统直接连接到的风力涡轮机的内部供电网络仅包括一DC总线，该DC总线被配置成工作于相对高电压电平，这样减小了电压下降、电动机驱动以及电动机和电缆尺寸。

2)该单根DC总线被配置成向整个风力涡轮机的各个电力消耗单元分配电力。就实施方式而言，风力涡轮机的单根DC总线非常简单，从而降低了风力涡轮机内的硬件/软件安装的复杂性以及减低了安装成本。

3)本发明的电力备用系统允许处理显著更高的功率水平(标称功率和峰值功率)，因为未结合DC/DC/AC升压器。

4)通过将单根总线作为DC总线操作，并且应用可变频率驱动AC电动机，消除了对AC-DC-AC逆变器的需求。在不安装这样的AC-DC-AC逆变器的情况下，显著减小了逆变损耗，结果，提高了电力备用系统的效率和备用时间。