CN104471242B - 操作风力涡轮机的方法及其适用系统 - Google Patents
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Abstract
提供了一种操作风力涡轮机的方法。风力涡轮机包括涡轮机转子、发电机和电力变换器，所述涡轮机转子具有至少一个有可变桨距角的叶片，所述电力变换器经由第一断路器连接到所述发电机并经由第二断路器连接到电网。根据该方法，监测电网处的过电压事件。如果检测到过电压事件，则该方法包括：打开所述第一断路器和所述第二断路器；禁止所述电力变换器的主动操作；将耗电单元连接到所述发电机以消耗从所述发电机输出的电力；以及将所述至少一个叶片的桨距角朝向顺桨位置移动。
Description
背景技术
本发明涉及一种操作风力涡轮机的方法。此外，本发明涉及用于控制风力涡轮机的操作的控制器系统。最后，本发明涉及一种风力涡轮机。
由于带有变频器的风力涡轮机中有大量的灵敏功率电子设备，过电压(OV)正获得风电场所有者和风力涡轮机制造商的关注。输电系统运营商也对这种现象感兴趣，因为离岸风电场的电网连接系统中发生了状况，其中绝缘系统在以前从未遇到过的状况中受到压力。已经观察到高达2p.u.(每单元)的过电压。
根据电网法规研究，在WTG端子上可能会施加高达2倍的标称电网电压的电压。例如，在澳大利亚，暂时的OV可能高达1.6pu，在加拿大Manitoba，暂时的OV可以高达2.0pu。
在W.Sweet的文章“Danish Wind Turbines Take Unfortunate Turn”，IEEESpectrum，vol.41，no.11，pp.30，2004中，报道过在丹麦的西海岸，由海底电缆连接的名为Horns Rev1的离岸风电场在陆上连接点的主断路器跳闸时经受过高达2p.u.的过电压，使得风电场与电缆和风电场变压器隔离而单独运行。
尽管这样的事件很少，但这表示了损坏风力涡轮机中设备的风险。丹麦输电系统运营商就这样结合规划新的离岸风电场对这种OV进行调查。这些调查表明，OV水平受到很多参数的影响，包括断开连接之前风力涡轮机的运行特性、保护系统、相关频率范围中电缆和变压器表达的控制和精确度。
希望提供一种非常有效且容易实施的、应对风力涡轮机的过电压的方法。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种操作风力涡轮机的方法。风力涡轮机包括涡轮机转子、发电机和电力变换器，所述涡轮机转子具有至少一个有可变桨距角的叶片，所述电力变换器经由第一断路器连接到所述发电机并经由第二断路器连接到电网。根据该方法，监测电网处的过电压事件。如果检测到过电压事件，该方法包括打开所述第一断路器和所述第二断路器；禁止所述电力变换器主动操作；将耗电单元连接到所述发电机以消耗从所述发电机输出的电力；以及向顺桨位置移动所述至少一个叶片的桨距角。
在闭合时，第一和断路器第二断路器将电力变换器分别连接到发电机和电网。在开关打开时，将电力变换器从发电机和电网断开连接。
禁止电力变换器主动操作表示(或至少包括)禁止向电力变换器发送PWM(脉宽调制)信号。反之，启用电力变换器的主动操作可以包括不再禁止向变换器发送PWM信号。
耗电单元连接到发电机的输出以消耗来自其的电力。耗电单元可以包括电阻器或具有多个电阻器的电阻器组。耗电单元还可以包括连接于发电机输出和电阻器库之间或在任何其他状况位置的开关。在正常状态期间，开关是“打开”的，电阻器组不连接到发电机。在检测到过电压事件时，开关“闭合”，电阻器组由此连接到发电机的输出以消耗来自其的电力。
叶片的顺桨位置是叶片不会经受由风产生的任何提升的桨距角。在涡轮机的所有叶片都处在顺桨位置时，涡轮机转子停止旋转，因此停止发电。处在顺桨位置的叶片的桨距角通常大约为90度，但顺桨位置可能在其他角度。
本发明的第一方面允许涡轮机应对严重的电网过电压事件(例如，高达2pu或更高)而不损伤涡轮机中有功部件(power component)，还能够在过电压事件一结束就快速将涡轮机重新连接到电网。因此，涡轮机能够在非常短时间内再次开始发电。
本方面的另一个优点是电力变换器系统中的主要有功部件保持不变，以便确保过电压短期内通过涡轮机。此外，仅需要进行轻微的软件修改(关于控制对风力涡轮机的操作进行控制的软件)。可能需要轻微的硬件变化，例如传感器、简单功率电子开关、扼流圈和线路。该方法具有很好的鲁棒性，能够应对对称和不对称的过电压。
典型地，高于1.1pu的电网电压被认为是过电压或电压骤升。不过，在国家与国家之间，标称电压范围和过电压水平有变化。可以由电力变换器的主动开关过程吸收无功功率来应对少量的过电压。但是这样通过电力变换器吸收无功功率可能不足以应对更大的过电压。
术语“过电压事件”表示发生过电压。过电压事件可以包括大约1.1-1.3pu的小过电压或超过1.3pu的大过电压。即使提及可以由电力变换器通过吸收无功功率来应对1.1pu的小过电压，但也可以根据本发明应对小的过电压。过电压事件还可以包括接连发生几个相继的过电压事件。
根据实施例，该方法还包括判断所述至少一个叶片的桨距角是否达到预定义位置。如果所述至少一个叶片的桨距角达到所述预定义位置，该方法还包括闭合所述第一断路器和所述第二断路器；从所述发电机断开所述耗电单元的连接；以及启用所述电力变换器的主动操作。
在一个实施例中，叶片角度的预定义位置可以是顺桨位置。预定义位置也可以处在其他叶片角度位置，其中涡轮机转子的所得旋转，因此电力生产，充分低。在叶片的桨距角达到预定义位置时，通过闭合断路器将涡轮机重新连接到电网，通过使电力变换器能够主动操作来重新开始电力生产。
仅在叶片的桨距角达到预定义位置时才将涡轮机重新连接到电网，确保了涡轮机仅以低功率开始电力生产。这样避免了在将发电机负载从耗电单元切换到电网时有大的力矩作用于发电机，因此防止了涡轮机中传动系上的大负载或振荡。
根据实施例，该方法还包括逐渐提高发电机的功率输出。根据另一实施例，逐渐提高所述发电机的功率输出包括将所述至少一个叶片的桨距角移开所述顺桨位置。
在将涡轮机重新连接到电网之后，由于涡轮机转子静止或缓慢旋转，发电机仅产生低功率。通过将至少一个叶片旋离顺桨位置，亦即，进入风中，增大电力生产。因此，进入的风导致叶片，从而导致涡轮机转子旋转。随着涡轮机转子旋转加速，电力生产增大或缓升。
根据实施例，该方法还包括在所述至少一个叶片的桨距角达到所述预定义位置之后，判断是否能够将所述涡轮机重新连接到所述电网。如果不能重新连接到所述电网，该方法包括判断是否超过超时时间段，如果未超过所述超时时间段，重复判断是否能够将所述涡轮机重新连接到所述电网的步骤，如果已经超过所述超时时间段，关闭所述涡轮机。
在该实施例中，如果涡轮机不能在这个事件段之内重新连接到电网，则关闭涡轮机。这是因为，在涡轮机处于操作状态(即，未关闭)但不能向电网输送任何功率时，一些部件可能处在高应力状态。例如，连接到发电机输出的耗电单元可能仅能够在一定时间内消耗发电机功率。之外，耗电单元可能被损坏。因此，如果不能在超时时间段之后重新连接到电网，则关闭涡轮机。
根据实施例，基于所述风力涡轮机的至少一个部件的额定值或电网法规预定义所述超时时间段的持续时间。例如，可以基于部件的额定电压预定义超时时间段。这个部件可以是最可能破坏的部件。
根据实施例，判断是否能够将所述涡轮机重新连接到所述电网包括判断所述过电压事件是否结束。这样确保了仅在过电压事件结束时才将涡轮机重新连接到电网。通常，在叶片的桨距角达到预定义位置之前，过电压事件就结束了。不过，可能在有些情况下，过电压事件持续很长时间，或者有新的过电压事件。因此，在这些实施例中，在电网中仍然有过电压事件时，确保涡轮机不会重新连接到电网。
根据实施例，打开所述第一断路器和/或第二断路器包括在所述断路器处产生短路状况。断路器通常包括过电流保护。在断路器检测到大电流时，打开断路器以防止电流流入。根据实施例，在断路器之一或两者处生成短路状况，以产生大电流流入，由此触发断路器打开。这种方法导致断路器在非常短时间之内打开。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于操作风力涡轮机的控制器系统。风力涡轮机包括涡轮机转子、发电机和电力变换器，所述涡轮机转子具有至少一个有可变桨距角的叶片，所述电力变换器经由第一断路器连接到所述发电机并经由第二断路器连接到电网。控制器系统适于监测电网以发现过电压事件。如果检测到过电压事件，该控制器系统适于打开所述第一断路器和所述第二断路器；禁止所述电力变换器主动操作；将耗电单元连接到所述发电机以消耗从所述发电机输出的电力；以及向顺桨位置移动所述至少一个叶片的桨距角。
根据实施例，所述控制器系统还适于判断至少一个叶片的桨距角是否达到预定义位置。如果至少一个叶片的桨距角达到预定义位置，控制器系统适于闭合所述第一断路器和所述第二断路器；从所述发电机断开所述耗电单元的连接；以及启用所述电力变换器的主动操作。
根据实施例，所述控制器系统还适于逐渐提高发电机的功率输出。
根据实施例，所述控制器系统还适于通过将所述至少一个叶片的桨距角移开所述顺桨位置来逐渐提高所述发电机的功率输出。
根据实施例，所述控制器系统还适于在至少一个叶片的桨距角达到预定义位置之后判断是否能够将涡轮机重新连接到电网。如果不能重新连接到所述电网，该控制器系统适于判断是否超过超时时间段；以及如果未超过所述超时时间段，重复判断是否能够将所述涡轮机重新连接到所述电网的步骤，如果已经超过所述超时时间段，关闭所述涡轮机。
根据实施例，所述控制器系统还适于通过判断所述过电压事件是否结束来判断是否能够将所述涡轮机重新连接到所述电网。
根据实施例，所述控制器系统还适于通过在所述断路器之一或两者处引起短路状况以在所述第一断路器和所述第二断路器中的至少一个处打开。
根据本发明的第三方面，提供了一种包括以上任一实施例中所描述的控制器系统的风力涡轮机。
附图说明
在结合非限制性范例和附图考虑的情况下，参考具体实施方式将更好地理解本发明。
图1示出了风力涡轮机的总体结构。
图2示出了风力涡轮机的电气系统。
图3示出了根据实施例的用于操作风力涡轮机的方法的流程图。
图4示出了根据另一实施例的用于操作风力涡轮机的方法的流程图。
图5示出了根据实施例的例示在过电压事件期间的事件的序列的时间图。
图6示出了根据实施例的用于在断路器处生成短路条件的示范性硬件实现。
具体实施方式
在下文中，参考本发明的实施例。然而，应当理解，本发明不限于所描述的具体实施例。相反，无论与不同实施例相关或不相关，都想到过以下特征和元件的任意组合以实施和实践本发明。此外，在各实施例中，本发明提供了相对于现有技术的众多优点。不过，尽管本发明的实施例可以相对于其他可能方案和/或现有技术实现优点，但特定优点是否由给定实施例实现并非要限制本发明。于是，以下方面、特征、实施例和优点仅仅是例示性的，除非在权利要求中明确列举，不被视为所附权利要求的要素或限制。同样地，提到“本发明”不应被解释为本文公开的发明主题的任一个的一般化，除非在权利要求中明确列举，不应被视为所附权利要求的要素或限制。
下面是附图中绘示的本发明实施例的详细描述。实施例是范例，非常详细，以便清晰地传达本发明的思想。不过，所提供细节的量并非要限制实施例的预期变化；而是正相反，意图是覆盖落在所附权利要求界定的本发明精神和范围之内的所有修改、等价方案和替代方案。
图1示出了根据实施例的示范性风力涡轮机100。如图1所示，风力涡轮机100包括塔架110、吊舱120和转子130。在一个实施例中，风力涡轮机100可以是离岸风力涡轮机。不过，本发明的实施例不仅限于离岸风力涡轮机。在替代实施例中，风力涡轮机100可以是位于水体，例如湖泊、海洋等中的离岸风力涡轮机。这种离岸风力涡轮机的塔架110安装于海底上或者安装于固定在海平面或海平面上方的平台上。
风力涡轮机100的塔架110可以被配置成将吊舱120和转子130提升到转子130可以接收强而无湍流且一般无阻碍的空气流的高度。塔架110的高度可以是任何合理的高度，应当考虑风力涡轮机叶片从转子130延伸的长度。塔架110可以由任何类型的材料制成，例如钢、混凝土等。在一些实施例中塔架110可以由整块材料制成。不过，在替代实施例中，塔架110可以包括多个段，例如，两个或更多个的管状钢段111和112，如图1中所示。在本发明的一些实施例中，塔架110可以是格子形塔架。因此，塔架110可以包括焊接的钢轮廓。
转子130可以包括转子轮毂(在下文中简称为“轮毂”)132和至少一个叶片140(图1中示出了三个这样的叶片140)。转子轮毂132可以被配置成将至少一个叶片140耦合到轴(未示出)。在一个实施例中，叶片140可以具有空气动力学外形，从而在预定义风速下，叶片140会经受提升，由此导致叶片绕轮毂径向旋转。轮毂140还包括用于调节叶片140间距的机构(未示出)，以增加或减小叶片140俘获的风能量。间距调节会调整风冲击叶片140的角度。还可能不能调节叶片140的间距。在这种情况下，设计叶片140的空气动力学轮廓，使得在风速超过一定阈值时，叶片经受的提升丢失，导致涡轮机停转。
轮毂132典型地会绕基本水平的轴沿着从轮毂132向吊舱120延伸的驱动轴(未示出)旋转。驱动轴通常耦合到吊舱120中的一个或多个部件，它们被配置成将轴的旋转能转换成电能。
尽管图1中示出的风力涡轮机100具有三个叶片140，但应当指出，风力涡轮机100可以具有不同数量的叶片。常见到具有两到四个叶片的风力涡轮机。图1中所示的风力涡轮机100是水平轴风力涡轮机(HAWT)，因为转子130绕着水平轴旋转。应当指出，转子130可以绕着垂直轴旋转。这种转子绕垂直轴旋转的风力涡轮机被称为垂直轴风力涡轮机(VAWT)。以下部分描述的WTG实施例不限于具有3个叶片的HAWT。它们可以被实现为HAWT和VAWT，转子130中具有任意数量的叶片140。
图2示出了根据实施例的风力涡轮机的电气系统。电气系统包括发电机201、功率变换器202和主变压器203。电气系统连接到电网207。电力变换器202包括经由直流(DC)链路212连接的发电机侧变换器210和电网侧变换器211。直流链路212包括直流链路电容器213。电气系统包括连接到发电机201输出的第一耗能电路220和连接到直流链路212的第二耗能电路205。第一耗能单元220被称为发电机甩负荷，第二耗能单元205被称为直流甩负荷或斩波电路。
电气系统还包括电网侧滤波器208，用于滤除开关谐波。电气系统包括发电机201和发电机侧变换器210之间的发电机侧断路器215，以及电网谐波滤波器208和变压器203之间的电网侧断路器216。电网侧断路器216可以位于其他位置，例如，电网侧变换器211和电网谐波滤波器208之间。
发电机201将机械能或功率转换成具有交流电压和电流(通称为“交流信号”)的电能或功率，并向发电机侧变换器210提供所产生的交流信号。来自发电机201的交流信号由于风速变化而具有可变频率。发电机侧变换器210将交流信号变换或整流成直流电压或电流(统称为“直流信号”)。电网侧变换器211将来自直流链路212的直流信号变换成用于电网207的固定频率交流信号。主变压器203将电网侧变换器211输出处的固定频率交流信号的电压升高到适于被电网207接收并传输的电平。
发电机甩负载220适于消耗来自发电机201的能量。发电机甩负载包括至少一个开关和多个耗电单元，例如电阻器(未示出)。发电机甩负载220的操作受到激活至少一个开关的控制。在开关闭合时，来自发电机201的能量被发电机甩负载220消耗。类似地，直流甩负载205适于消耗直流链路212处存储的能量。耗能电路205还包括至少一个开关和多个耗电单元，例如斩波电阻器(未示出)。耗能电路205的操作受到激活至少一个开关的控制。在开关闭合时，直流链路212处存储的能量被斩波电阻器消耗。
发电机侧变换器210和电网侧变换器211包括多个功率半导体开关，例如IGBT(绝缘栅双极性晶体管)，它们的操作受到特定开关频率下脉宽调制信号(也称为PWM信号)的控制。通过控制PWM信号，能够控制电力变换器的操作，由此能够控制电网侧变换器211的输出处的交流信号。
发电机甩负载220、直流甩负载205和电力变换器202的运行受到一个或多个控制器(未示出)的控制，尤其是用于控制甩负载205、220的开关并产生用于控制电力变换器202的开关信号。在一个实施例中，使用单个控制器控制发电机甩负载220、直流甩负载205和电力变换器202的操作。在另一实施例中，使用单个控制器控制发电机甩负载220的操作，使用另一个独立的控制器控制直流甩负载205和电力变换器202的操作。一个或多个控制器还控制断路器215、216的操作。
应当指出，图2仅仅是风力涡轮机中电气系统的例示，其中仅仅示出了通用部件。电气系统可以包括其他部件，例如发电机侧滤波器、传感器、预充电布置等。在另一实施例中，可以使用双馈电感应发电机(DFIG)，其中经由涡轮机变压器将发电机的定子绕组连接到电网，并经由电力变换器系统将发电机的转子线圈连接到涡轮机变压器。耗能单元205、220可以仅具有一个电阻器而不是多个电阻器。耗能单元205、220还可以包括适于耗电的其他耗电单元。
在电网207发生过电压事件时，电网侧变换器211充当二极管桥整流器并对直流链路212充电。结果，直流链路的电压升高。这种高直流链路电压可能损坏变换器210、211中的IGBT。如果直流链路电压超过特定阈值，涡轮机可能会跳闸。因此，希望检测过电压事件并尽早减轻其影响。
图3示出了根据实施例用于应对过电压的方法的流程图。步骤300包括监测电网以发现过电压事件。过电压事件包括电网电压高于标称电网电压的状况，例如，在电网电压介于1.1pu到2.0pu之间时。可以直接使用耦合到涡轮机变压器203的低压或高压侧的电压传感器监测电网电压。也可以在电网侧变换器211的输出端子处确定电网电压。
步骤301包括判断是否检测到过电压事件。在一个实施例中，这一步骤包括判断电网电压是否相对于标称电网电压在1.1pu到2.0pu的范围中。在其他实施例中，用于判断是否检测到过电压事件的其他电网电压范围是可能的。如果未检测到过电压事件，涡轮机继续监测电网以发现过电压事件。如果已经检测到过电压事件，在步骤302中打开发电机侧断路器215和电网侧断路器216。打开发电机侧和电网侧断路器215、216将涡轮机的电力变换器202分别从发电机201和电网207断开连接。
步骤303包括禁止电力变换器的主动操作。电力变换器，例如发电机侧和电网侧变换器，包括多个半导体开关，例如绝缘栅双极性晶体管(IGBT)。这些IGBT的操作(即开关)受到PWM(脉宽调制)信号的控制。在一个实施例中，禁止电力变换器的主动操作包括中止或禁止向电力变换器发送PWM信号。
步骤304包括将耗电单元连接到发电机以消耗来自其的电力。在实施例中，来自发电机201的电力在发电机甩负载220中被消耗。这样是为了确保从断开电力变换器之后，负载仍然施加于发电机。
步骤305包括向顺桨位置移动叶片的桨距角。换言之，减小叶片的桨距角，从而将从风捕获的能量减小到零或接近零或从机械驱动系的角度讲安全的极限。因此，从发电机输出的功率也基本为零。减小叶片桨距的目的是，在通过闭合断路器将涡轮机重新连接到电网时，它可以从产生低功率开始。这样避免了在将负载从发电机甩负载切换到电网时有大的力矩作用于发电机。
应当指出，过电压事件通常持续得比叶片移动到顺桨位置所花的时间更短。那么假设，在过电压事件结束时，叶片仍然在向顺桨位置移动的过程中。
图4示出了根据另一实施例用于应对过电压事件的方法流程图。步骤300到305与图3中的步骤相同，将不再描述一遍。在步骤305叶片的桨距角向顺桨位置移动之后，在步骤306检查桨距角是否到达预定义位置。在一个实施例中，预定义位置是顺桨位置，其中叶片完全旋出。在另一实施例中，预定义位置是接近顺桨位置的桨距角。在叶片的桨距角未到达预定义位置时，叶片继续向顺桨位置移动，直到其达到预定义位置。
在叶片的桨距角到达预定义位置时，然后在步骤307判断是否可以重新连接到电网。判断是否可以重新连接到电网包括判断过电压事件是否发生。如前所述，过电压事件通常持续得比叶片的桨距角达到顺桨(或预定义)位置所花的时间更短。因此，在这个阶段，过电压事件通常会结束，通常可以重新连接到电网。在判断是否能够重新连接到电网时考虑到电网规范遵守情况以及有功部件健康和额定值也是有利的。
在不能重新连接到电网时，在步骤312判断超时时间段是否到期。如果在超时时间段之后不能重新连接到电网，则在步骤313关闭涡轮机。超时时间段取决于涡轮机至少一个部件的部件额定值。超时时间段也可以取决于电网顺从性。如前所述，在涡轮机处于操作状态(即，未关闭)但不能向电网输送任何功率时，一些部件可能处在高应力状态。例如，连接到发电机输出的耗电单元可能仅能够在一定时间内消耗发电机功率。之外，耗电单元可能被损坏。因此，基于耗电单元的额定值预定义超时时间段，使得如果超过超时时间段不能重新连接到电网，则关闭涡轮机。也可以考虑涡轮机部件的健康。
步骤308包括在步骤307判定可以重新连接到电网时闭合发电机侧和电网侧断路器。闭合断路器将涡轮机重新连接到电网。步骤309包括从发电机断开耗电单元。在涡轮机重新连接回电网时，可以向电网供应来自发电机的电力。因此，从发电机断开了耗电单元。换言之，将发电机负载从耗电单元切换到电网。
步骤310包括启用电力变换器的主动操作。在一个实施例中，重新开始向电力变换器发送PWM信号。在这个阶段，涡轮机准备好为电网处理从发电机输出的功率，并可以增大电力生产。步骤311包括将叶片的桨距角从顺桨位置移开。换言之，将叶片旋入以令涡轮机的转子开始转动，从而开始电力生产。在叶片继续旋入风中(即远离顺桨位置)时，从发电机产生的功率输出增大。
根据实施例，在重新连接到电网之前，旋出叶片(在顺桨位置处或附近)。这样确保了涡轮机在重新连接到电网时以低功率产生启动。这样避免了在将用于发电机的负载从耗电单元切换到电网时有大的力矩作用于发电机。之后，通过将叶片旋入风中，再次使电力生产缓升。
图5示出了根据实施例在过电压事件期间从发电机输出功率的时序图范例。在过电压事件之前，涡轮机在正常条件下正常地操作，功率输出一般是恒定的。在t＝2s时发生过电压事件。在这一时刻，打开断路器，禁止变换器的主动操作，耗电单元被连接到发电机，叶片的桨距角向顺桨位置移动。在叶片向顺桨位置旋动时，从风俘获的能量减小。因此，从斜率501可以看出，功率输出也减小。与叶片旋入顺桨位置所花的时间相比，过电压事件通常仅持续短时间。在本范例中，过电压事件在t＝2.1s结束。不过，叶片仍然是旋出的，直到其达到预定义位置。
在大约t＝3s时完成叶片的浆距调节，检查是否可以重新连接到电网。在大约t＝4s，涡轮机重新连接到电网。具体而言，闭合断路器，将耗电单元从发电机断开连接，启用变换器的主动操作，并将叶片从顺桨位置移开。在将叶片旋入(即，离开顺桨位置)时，从风俘获更多能量。因此，从斜率502可以看出，功率输出也增大。在大约t＝6s，完成电力生产的逐渐提高，功率输出处于其额定功率。应当指出，图5中所示的定时纯粹是示范性的，在其他范例中可能不同。
从以上描述可以看出，有利的做法是在检测到过电压事件时迅速打开断路器，以防止涡轮机的部件被过电压引起的电压急升损坏。在一个实施例中，通过引入过电流事件来打开断路器。当断路器处，例如在电网侧变换器的输出处，有短路状况时，将有大电流在短时间内流经断路器。这个大电流导致断路器非常快地打开其断路器。在这一实施例中，在断路器的路径中引起这样的短路状况。
在一个实施例中，短路状况是通过打开电网侧变换器的所有底部IGBT并关闭所有顶部IGBT引起的。因此，未使用任何新硬件或控制器就引起底部接地轨的短路状况。不过，由于有大电流流经IGBT，所以应当控制短路状况的持续时间以防止损坏IGBT。影响短路状况持续时间的因素包括IGBT能够经受短路电流多长时间，给定预期的短路电流，断路器打开要花费多长时间，等等。可以至少基于短路状况的持续时间确定超时周期(参见图4中的步骤312)。
在另一实施例中，短路状况是通过如图6所示将闸流晶体管电路连接到断路器而引起的。闸流晶体管电路601连接到电网侧变换器211和电网侧断路器216之间的线路输出。在检测到过电压事件时，晶闸管点火，由此在断路器216处产生短路状况。应当指出，在这一实施例中，需要新的硬件(闸流晶体管)和控制系统(用于控制闸流晶体管电路)。类似地，应当控制短路状况的持续时间以防止对晶闸管造成损害。或者，可以选择晶闸管，使得它们能够经得起特定短路状况。可以至少基于短路状况的持续时间确定超时周期(参见图4中的步骤312)。应当指出，在其他实施例中，可以利用实现相同功能的其他功率半导体电路替换闸流晶体管电路。
在另一实施例中，一个或多个电感器电路602与闸流晶体管电路串联连接，如图6所示。电感器电路602限制流向闸流晶体管电路601和电网侧变换器211的短路电流，因此将其保持在安全水平。选择电感器电路602的阻抗值以维持快速打开断路器216和短路电流保持在安全水平之间的平衡。在其他实施例中，可以使用其他电流限制部件取代电感器电路602，以限制短路电流。
一些市售的断路器可以支持插入，使得它们能够基于传感器读数，例如过电压或欠电压而打开。在一个实施例中，基于表示过电压事件的传感器读数打开断路器。具体而言，在电压传感器检测到过电压时，向断路器发送命令以打开电路。可以从控制器，例如变换器控制器发送这条命令。利用电压传感器打开断路器的本实施例的优点是在电网侧变换器的输出处不会引起大的电流。
尽管已经参考具体实施例特别例示和描述了本发明，但本领域的技术人员应当理解，可以在其中做出各种形式和细节的改变而不脱离由所附权利要求限定的本发明精神和范围。因此，本发明的保护范围由所附权利要求指出，因此落入权利要求的等价形式的含义和范围之内的所有变化都包含在本发明的保护内。
Claims (14)
1.一种操作风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括涡轮机转子、发电机和电力变换器，所述涡轮机转子具有至少一个有可变桨距角的叶片，所述电力变换器经由第一断路器连接到所述发电机并经由第二断路器连接到电网，所述方法包括：
-监测所述电网以发现过电压事件；以及
-如果检测到过电压事件，则执行以下操作：
-打开所述第一断路器和所述第二断路器；
-禁止所述电力变换器的主动操作；
-将耗电单元连接到所述发电机以消耗从所述发电机输出的电力；以及
-将所述至少一个叶片的桨距角朝向顺桨位置移动，
所述方法还包括：
-判断所述至少一个叶片的桨距角是否达到预定义位置；以及
-如果所述至少一个叶片的桨距角达到了所述预定义位置，则判断是否能够将所述风力涡轮机重新连接到所述电网，并且如果判断能够将所述风力涡轮机重新连接到所述电网，则执行以下操作：
-闭合所述第一断路器和所述第二断路器；
-将所述耗电单元与所述发电机断开连接；以及
-启用所述电力变换器的主动操作。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括逐渐提高所述发电机的功率输出。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，逐渐提高所述发电机的功率输出包括：将所述至少一个叶片的桨距角从所述顺桨位置移开。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，还包括：
-在所述至少一个叶片的桨距角达到了所述预定义位置之后，如果判断无法将所述涡轮机重新连接到所述电网，则执行以下操作：
-判断是否超过了超时时间段；以及
-如果未超过所述超时时间段，则重复判断是否能够将所述涡轮机重新连接到所述电网的步骤，如果超过了所述超时时间段，则关闭所述涡轮机。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，基于所述风力涡轮机的至少一个部件的额定值或电网法规要求来预定义所述超时时间段的持续时间。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，判断是否能够将所述涡轮机重新连接到所述电网包括：判断所述过电压事件是否结束。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，打开所述第一断路器和所述第二断路器包括：在所述断路器中的至少一个处产生短路状况。
8.一种用于操作风力涡轮机的控制器系统，所述风力涡轮机包括涡轮机转子、发电机和电力变换器，所述涡轮机转子具有至少一个有可变桨距角的叶片，所述电力变换器经由第一断路器连接到所述发电机并经由第二断路器连接到电网，所述控制器系统被配置为：
-监测所述电网以发现过电压事件；以及
-如果检测到过电压事件，则执行以下操作：
-打开所述第一断路器和所述第二断路器；
-禁止所述电力变换器的主动操作；
-将耗电单元连接到所述发电机以消耗从所述发电机输出的电力；以及
-将所述至少一个叶片的桨距角朝向顺桨位置移动，
所述控制器系统还被配置为：
-判断所述至少一个叶片的桨距角是否达到了预定义位置；以及
-如果所述至少一个叶片的桨距角达到了所述预定义位置，则判断是否能够将所述风力涡轮机重新连接到所述电网，并且如果判断能够将所述风力涡轮机重新连接到所述电网，则执行以下操作：
-闭合所述第一断路器和所述第二断路器；
-将所述耗电单元与所述发电机断开连接；以及
-启用所述电力变换器的主动操作。
9.根据权利要求8所述的控制器系统，其中，所述控制器系统还被配置为逐渐提高所述发电机的功率输出。
10.根据权利要求9所述的控制器系统，其中，所述控制器系统还被配置为通过将所述至少一个叶片的桨距角从所述顺桨位置移开来逐渐提高所述发电机的功率输出。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的控制器系统，其中，所述控制器系统还被配置为：
-在所述至少一个叶片的桨距角达到了所述预定义位置之后，如果判断无法将所述涡轮机重新连接到所述电网，则执行以下操作：
-判断是否超过了超时时间段；以及
-如果未超过所述超时时间段，则重复判断是否能够将所述涡轮机重新连接到所述电网的步骤，如果超过了所述超时时间段，则关闭所述涡轮机。
12.根据权利要求11所述的控制器系统，其中，所述控制器系统还被配置为通过判断所述过电压事件是否结束来判断是否能够将所述涡轮机重新连接到所述电网。
13.根据权利要求8至10中任一项所述的控制器系统，其中，所述控制器系统还被配置为通过在所述断路器中的至少一个处引起短路状况来打开所述第一断路器和所述第二断路器中的至少一个。
14.一种风力涡轮机，包括根据权利要求8至13中任一项所述的控制器系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |