CN113261170A - 风力发电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风力发电设备(1)，其包括与发电机(4)连接的且将由发电机(4)产生的能量的至少一部分馈送到电网(10)中的变流器(7)、针对电网(10)中的干扰的传感器(31、32)以及用于控制变流器(7)和/或风力发电设备(1)的调节器模块(20)。调节器模块(20)包括网络干扰模块(25)，该网络干扰模块被设置成在识别出电网(10)中的干扰的情况下抵制干扰。根据本发明设置的是，调节器模块(20)包括超驰模块(26)，该超驰模块被构造成用于在识别出网络(10)中的干扰的情况下至少部分停用网络干扰模块(25)。本发明通过如下方式改进了干扰情况中的行为：在干扰过程中识别出自身的网络稳定功能中的至少一部分无法抵制干扰，并且在这种特定情况下停用各个不利的网络稳定功能。本发明还涉及一种相应的方法。

Description

风力发电设备
技术领域
本发明涉及一种风力发电设备，其具有发电机、与发电机连接的变流器，该风力发电设备被设置成在识别出电网中有干扰时抵制网络中的干扰。
背景技术
风力发电设备在电能供应网络中是重要能源，并且将在未来做出更大的贡献。受原理影响，风力发电设备的所能提供的功率在此只能在有限的范围内规划。随着风能在配电网络中的份额变得越来越大，电网运营商对风力发电设备的要求也在提升并且不断发展。
迄今为止，网络运营商的要求原则上遵循传统发电厂的特性，而对风力发电设备也要求相应的特性。传统发电厂主要涉及直接与电网连接的同步发电机，该同步发电机的调节可行方案与风力发电设备的经由变流器连接的发电机不同，并且它们的用于稳定输电和配电网络的调节策略必然受系统影响而不同。然而，到目前为止，网络运营商的要求几乎没有考虑到这些差异。
例如，现在要求风力发电设备在不与网络断开的情况下必须能够承受网络中直至标称电压的0％残压的电压骤降，并且必须同时馈送无功功率或无功电流进入电网，以抵制电网电压的骤降。此外，还要求风力发电设备必须能够容忍网络频率的变化，例如50Hz网络的46.5Hz至53.5Hz范围内的变化。同时，当超过例如50.1Hz的阈限频率时，必须降低风力发电设备的有功功率输出。
对风力发电设备的这些要求忽略了：由于直接耦联至网络的传统发电厂相对于通过变流器调节的风力发电设备在调节策略方面存在受系统影响的差异，使得在网络中出现不利干扰时，风力发电设备对网络中的干扰的反应可能与传统发电厂的反应相反，并且从而可能妨碍稳定网络。
发明内容
本发明的目的是避免上述缺点。
根据本发明的解决方案在于根据独立权利要求的特征的设备和方法。有利的改进方案是从属权利要求的主题。
根据本发明，风力发电设备包括与发电机连接的且将由发电机产生的能量的至少一部分馈送到电网中的变流器、针对电网中的干扰的传感器、用于控制变流器和/或风力发电设备的调节器模块，其中，调节器模块包括网络干扰模块，该网络干扰模块被设置成在识别出电网中的干扰的情况下抵制干扰，在该风力发电设备中设置的是，调节器模块包括超驰模块，该超驰模块被构造成用于在识别出网络中的干扰的情况下至少部分停用网络干扰模块。
本发明已经认识到，在网络中发生快速干扰时，传统发电厂由于其惯性而无法通过快速改变有功功率馈送来做出反应。传统发电厂只能改变电压来快速调节有功功率平衡，从而在假设主要是欧姆消耗器的情况下可以短暂改变消耗，直到传统发电厂的有功功率输出达到新的目标值。风力发电设备被设计成用于尽可能保持馈送点的电压恒定并且这是经由进行受电压调节的无功功率输出来实现的。风力发电设备的这种电压调节相对于发电厂的有功功率调节是快速的。如果网络运营商为了调节网络中的有功功率平衡而改变电压，在不利情况下，该电压改变可能至少部分地又被风力发电机补偿，从而使发电厂的调节策略变得不够有效，并且没有实现网络稳定或对网络故障的补偿。
根据本发明的风力发电设备通过如下方式改进了该情况：该风力发电设备在干扰过程中识别出自身的网络稳定功能中的至少一部分无法抵制干扰，并且该风力发电设备在这种特定情况下分别停用不利的和/或对干扰不起作用的网络稳定功能(并且能够激活其他的、起作用的网络稳定功能)。
本发明的出发点在于，为了分析在网络中的这种特定干扰情况下各自的网络稳定功能是否应保持激活，必须评估风力发电设备的电压特征参量的、即电压幅值和电压频率以及无功和有功电流馈送的时间变化曲线。从各自的变化曲线可以识别出是否有网络稳定功能且哪个网络稳定功能必须保持停用或应保持激活。
在下文中要阐述的是，停用网络稳定功能被理解成：尽管网络中的测得的电被控参量需要网络稳定功能的反应，但仍不调用、关断或冻结网络稳定功能，从而使得由风力发电设备不会对网络中的被控参量产生任何调节或控制方面的影响。在此，网络稳定功能例如可以是各种主要旨在影响测量点处的电压幅值或电压频率的功能。
因此，这并不涉及那些主要服务于风力发电设备的安全或应保护其组件免受损坏的功能，其尤其是即使在网络中有干扰期间也必须保持激活。
网络中的干扰是指在电网中测得的参量发生的各种变化，在这种变化中，参量的值离开预限定的边界值区间或参量的变化梯度超过一定水平。术语“干扰”还应包括：发生预先限定的事件序列或超出了预先限定的事件的发生频率。
就此处描述的功率调节而言，本领域技术人员将其理解成包括同样显而易见的替选方案，例如仅调节电流或仅调节电压，以及在有功或无功功率中，同样应理解成功率的各个方面，即各自的电流或电压。在这种情况下，无功功率也可以理解为无功电流、基本振荡偏移因数、功率因数或相角。
优选地，网络干扰模块包括至少一个用于依赖于网络中的频率来调节有功功率输出的频率干扰模块和用于依赖于网络中的电压来调节无功功率的无功功率干扰模块，其中，超驰模块被构造成用于使网络干扰模块的每个模块单独地且不依赖于彼此地被停用。
在优选的改进方案中设置的是，调节器模块包括信号输入端，当存在信号时，该信号输入端激活超驰模块，使得超驰模块至少部分停用网络干扰模块。
本发明还涉及一种用于控制风力发电设备的方法。
附图说明
下面将参考附图结合有利的实施方式示例性地描述本发明。对于本文中未详细说明的本发明的所有细节，明确参考附图。其中：
图1示出风力发电设备；并且
图2示出根据本发明的变流器调节器。
具体实施方式
借助图1简要说明风力发电设备的构造。风力发电设备1的风力转子2通过风被置于转动中。在此，风力转子2经由传动装置3与发电机4机械连接并且使发电机4的转子6置于转动中。发电机的定子5经由塔架中的功率线缆13、变压器8和分离开关9联接至电网10。发电机4的转子6联接至变流器7，变流器又经由塔架中的功率线缆14、变压器8和分离开关9连接至电网10。变流器7具有变流器调节器20，其对变流器7进行调节。在功率线缆13、14上布置有测量传感器31，以便测量网络10的电参量并且经由测量线路将电参量传送到变流器调节器20。如果确认网络10的电参量受到干扰，则可以在变流器调节部中激活网络干扰模块25，网络干扰模块又可以通过超驰模块26停用。
图2示出了根据本发明的风力发电设备的基本构造。具有发电机侧的逆变器71、直流电压中间电路73和网络侧的逆变器72的变流器7联接至发电机4。直流电压中间电路73以本身已知的方式包括作为能量存储器的电容器82和作为安全装置的斩波器81。在网络侧的逆变器72的输出端设置有扼流器12。变流器7通过调节部20来调节。在风力发电设备1和/或电网10的不同部位上，通过电流和/或电压传感器31、32测量电参量，电流和/或电压传感器可以具有通向网络10的直接或间接的耦联部，借助电流和/或电压传感器的测量值能够确认网络10的电参量与正常范围的偏差。测量值被传输到变流器调节器20的故障探测器23的输入端，并且如果电网10中没有干扰，则决策模块41激活正常调节模块24用于正常运行。在正常调节模块24中，无功功率和有功功率将根据由风力发电设备的运营商或场区调节部所预先设定的或已经预先设定的调节预设来设定。当正常调节模块24被激活时，主要调节目标是在遵守合同约定的无功功率量的同时馈送尽可能高的有功功率，或者在电压定向的调节中馈送不偏离预定的电压范围的无功功率。
正常调节模块24根据由传感器31、32测得的值来获知针对无功和有功功率的目标值，并且将它们转发至功率调节器27，功率调节器经由单独的变流器调节器21、22调设目标值。
如果由干扰探测器23识别出网络中有干扰，则与干扰探测器23协作的决策模块41激活网络干扰模块25，网络干扰模块具有与正常调节模块24不同的调节目标，该调节目标通过改变的调节器来实现。网络干扰模块25包括用于依赖于电压的无功功率调节或依赖于频率的有功功率调节的模块25a、25b，其中，可以在这些模块25a、25b中存储调节功能，这些调节功能符合网络10的运营商对于干扰的预设。
如果网络中存在应由判断模块41激活网络干扰模块25的干扰，则超驰模块26同时获知是否存在激活网络干扰模块25会使网络不稳定的干扰。如果超驰模块26识别出这样的干扰，它可以(借助超驰开关42a、42b)跨接网络干扰模块的至少一部分并且因此防止被跨接的功能对网络参数的调节干预。
由此，功率调节器27不获得任何新的目标值并且变流器7不改变其输出电流。
作为替选方案还能想到的是，超驰模块26作用于决策模块41，使得调节回路的至少一部分由正常调节模块24控制，从而尽管网络10中有干扰但是电参量的调节仍能正常工作。
超驰模块26附加地还被设计成，使得它可以至少间接地接收来自风电场区29的控制部的信号或者经由信号输入端28接收来自网络10的运营商的信号。经由这些信号，可以激活或停用超驰模块26，从而从外部始终确保了通过风力发电设备1的最佳网络支持。风电场区29的控制部具有在网络10中前置于风力发电设备的自己的传感器32，其更早或更直接地探测到网络10中的干扰或可以监控由风力发电设备1输出的功率的作用，从而风电场区29的控制部可以有针对性地激活或停用网络干扰模块25。
在图中，仅示出了一个具有双馈异步发电机的风力发电设备，其中仅有一部分输出的电功率从变流器传输到电网。本发明还可以应用于在其中使用其他发电机类型且经由变流器传导全部的产生的电功率的配置方案。

Claims (9)

1.风力发电设备(1)，所述风力发电设备包括与发电机(4)连接的且将由发电机(4)产生的能量的至少一部分馈送到电网(10)中的变流器(7)、针对电网(10)中的干扰的传感器(31、32)、用于控制所述变流器(7)和/或所述风力发电设备(1)的调节器模块(20)，其中，所述调节器模块(20)包括网络干扰模块(25)，所述网络干扰模块被设置成在识别出电网(10)中的干扰的情况下抵制干扰，
其特征在于，
所述调节器模块(20)包括超驰模块(26)，所述超驰模块被构造成用于在识别出网络(10)中的干扰的情况下至少部分停用所述网络干扰模块(25)。
2.根据权利要求1所述的风力发电设备，
其特征在于，
所述网络干扰模块(25)包括至少一个用于依赖于网络中的频率来调节有功功率输出的频率干扰模块(25a)和用于依赖于网络(10)中的电压来调节无功功率的无功功率干扰模块(25b)，其中，所述超驰模块被构造成用于使所述网络干扰模块的每个模块单独地且不依赖于彼此地被停用。
3.根据权利要求1或2所述的风力发电设备，
其特征在于，
所述调节器模块(20)包括信号输入端，当存在信号时，所述信号输入端激活所述超驰模块(26)，使得所述超驰模块至少部分停用所述网络干扰模块(24)。
4.用于控制风力发电设备的方法，
其特征在于具有如下步骤：
-识别网络中的电干扰，
-对干扰进行分类，
-停用至少一部分对功率输出的调节，从而至少不再完全抵制网络中的干扰。
5.根据权利要求4所述的用于控制风力发电设备的方法，其特征在于具有如下步骤：
识别网络中的电压的频率的干扰并且停用用来依赖于网络中的电压来调节无功功率输出的无功功率调节器。
6.根据权利要求4或5所述的用于控制风力发电设备的方法，其特征在于具有如下步骤：
识别网络中的电压的干扰并且停用用来依赖于频率来调节有功功率输出的频率调节器。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的用于控制风力发电设备的方法，其特征在于具有如下步骤：
通过来自所述风力发电设备之外的信号来指定所述停用。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的用于控制风力发电设备的方法，其特征在于具有如下步骤：
根据电压的变化曲线和电压的频率来执行所述分类。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的用于控制风力发电设备的方法，其特征在于，
借助电模型来执行所述分类。
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