CN114251225A

CN114251225A - 在风能设备中不间断的供电装置

Info

Publication number: CN114251225A
Application number: CN202111114139.5A
Authority: CN
Inventors: 卡伊·布斯克
Original assignee: Wobben Properties GmbH
Current assignee: Wobben Properties GmbH
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2021-09-23
Publication date: 2022-03-29
Also published as: US20220103009A1; JP2022054443A; US11563341B2; JP7526153B2; EP3975368A1

Abstract

本发明涉及一种用于运行风能设备的方法(300)，所述方法包括以下步骤：启动(310)不间断的供电装置的电储存器的放电过程，尤其在特定的时间点；执行(320)放电过程，直至所述电储存器具有预定的放电电压；在所述放电过程期间检测(330)所述电储存器的放电电流(I_{B_ist})；从所检测到的所述放电电流中确定(340)所述电储存器的电容(C_{B_ist})。

Description

在风能设备中不间断的供电装置

技术领域

本发明涉及一种用于控制风能设备的方法以及一种这样的风能设备。

背景技术

风能设备是普遍已知的并且在供电网内主要作为发生器运行，也就是说，其将电功率馈入供电网中。

供电网，也俗称为电力网，是用于传输和分配电能的复杂的电网。

风能设备通常架设在地球上的各种各样的驻地，尤其架设在具有大量风和/或强风事件例如风暴、飓风、台风或旋风的地区中。

这些风事件部分地会导致风能设备处的极端负荷，所述极端负荷需要例如通过将吊舱水平地置于(调整到)风中来防止。

但是，由于风事件可能会引起：风能设备或供电网仅能够有条件地运行，例如风事件强到使得风能设备或供电网都不能正常运行。

尽管如此，为了将风能设备的由于风事件引起的强的负荷保持可控，借助于所谓的风跟踪对风能设备的吊舱进行主动追踪(Nachfahren)是有意义的。

发明内容

因此，本发明的目的是，解决上述问题之一。尤其应提供下述可能性：即使在多风的驻地处也能够提高风能设备的运行安全性。但是，至少应提供关于至今已知的方案的一个替选方案。

因此，根据本发明提出一种用于运行风能设备的方法，所述方法包括以下步骤：启动不间断的供电装置的电储存器的放电过程，尤其在特定的时间点启动；执行不间断的供电装置的电储存器的放电过程，直至电储存器具有预定的放电电压；在放电过程期间检测电储存器的放电电流，并且从所检测到的放电电流中确定电储存器的电容。

也就是说，尤其提出，风能设备具有至少一个不间断的供电装置并且优选如常见的那样运行，尤其是在常见的或正常的运行中。

也就是说，风能设备优选如接下来所描述的那样构成，并且尤其包括具有电储存器的不间断的供电装置，所述电储存器优选构成为蓄电池。

在此，不间断的供电装置尤其设立用于，向风能设备的至少一个方位角马达供应电能，使得方位角马达能够使风能设备、尤其风能设备的吊舱定向到风中，优选即使在风事件例如风暴期间也如此。

也就是说，尤其也提出，在供电网失效时使风能设备定向到风中。

在风能设备的(正常)运行时，现在尤其测试电储存器的可运转性，尤其以便保证电储存器在需要情况下，即例如在风暴中也能够提供足够的电能来定向风能设备的吊舱。

这种需要情况例如当干扰风能设备和/或供电网的运行的风事件即将到来时产生。由于风事件，风能设备例如只能有条件地运行，并且为了避免风能设备的损坏，应正确地定向到风中，例如经由借助于方位角调节调节风能设备的吊舱来进行。

电储存器的放电过程在此例如通过服务人员优选手动地、例如分散地从风能设备外部通过操作按钮来启动，所述按钮触发风能设备中的测试过程。

放电过程在此尤其产生电储存器的优选完全的放电，尤其直至电储存器具有预定的放电电压。

预定的放电电压也能够称为放电截止电压并且例如约为10V。在一个示例中使用12V的铅晶电池。在这些蓄能池中特别有利的是，它们能够更好地承受较低的温度。这些蓄电池的额定容量(10小时率)例如为66Ah，并且其中24个区块串联进而提供了288V的标称电压。然后，双向DC/DC转换器将该电压升压至例如550V至700V的中间电路电压。放电截止电压于是以该蓄电池的负荷电流为导向，并且例如位于7V和12V之间。

在一个优选的实施形式中，电储存器，尤其是蓄电池，始终保持涓流充电，并且在停电的情况下直接使用。在此，首先由蓄电池给风能设备的第一部分供电。所述第一部分例如包括用于监控风速和风向的风测量设备。然后如果识别出：由于风事件需要风跟踪，那么由蓄电池给风能设备的第二部分、例如风能设备的用于吊舱的风跟踪的方位角马达供电。于是在将吊舱定向之后，再次切断针对第二部分的供电，并且仅为第一部分供电。该方式尤其增加了蓄电池的运行时间。如果供电网已经失效和/或存在特定的、优选强风的风事件，例如风暴，那么尤其不执行上文或下文中描述的方法，即尤其是电储存器的测试。

此外，在放电过程期间优选在一段时间内检测电储存器的放电电流。

对放电电流的检测例如能够借助于电流检测优选直接地在电储存器上执行。

电流检测装置例如直接设置在蓄电池的输出端上并且例如具有DC测量，优选在-100A到+100A的电流范围内。

随后从所检测到的放电电流和放电过程的持续时间即从启动放电过程直至达到预定的放电电压的时间中，确定电储存器的瞬时电容。

例如，能够从C＝I*t中确定电容。因为不断地通过电流检测来测量电流，并且优选通过有源的控制装置对其进行闭环控制，所以能够将电容作为积分(I*dt)求取，优选在固定的计时中，特别是小于2秒，优选在0.5s的时钟信号中。

在一个优选的实施形式中，根据放电电流来求取电储存器的剩余电容。

然后与标称电容成比例地设定剩余电容，以便确定所谓的健康状态(简称：SoH)。

优选地，放电电流经由DC/DC调节器供风能设备进行电网馈电。也就是说，尤其也提出，在测试之后将放电电流输送给中间电路或者从该中间电路再次对蓄电池充电。

在一个优选的实施形式中，如果存在以下条件中的至少一个：缺少风、设备干扰、供电网失效，那么不执行或中断在上文或下文中描述的方法，尤其是测试。

也就是说，尤其提出，执行放电过程，直至电储存器具有特定的放电电压。

然后，从该放电过程的持续时间和在此所检测到的放电电流中确定电储存器的瞬时电容或当前电容。

将电储存器的该如此确定的瞬时的或当前的电容与电储存器的标称电容成比例地设定。然后，从当前电容与标称电容的商中推导出电储存器的运行能力，所述商例如为80％。如果该商例如过小，那么应更换电储存器，尤其以便能够始终保证方位角调节装置的供电。

在一个优选的实施形式中，在确定电容时考虑环境温度和/或电储存器的运行温度。

优选地，将放电电流馈入供电网中。

也就是说，尤其提出，使用放电电流并且不将其转换为热能，例如经由高欧姆的电阻。

优选地，该方法还包括以下步骤：创建运行信号，尤其针对风能设备控制单元，其中所述运行信号表明电储存器的剩余电容充足。

附加地或替选地，所述方法还包括以下步骤：创建警告信号，尤其针对风能设备控制单元，其中警告信号表明电储存器的剩余电容不足。

也就是说，尤其还提出，将电储存器的状态传输给风能设备控制单元。

这尤其能够通过运行和/或警告信号进行。

运行信号在此尤其表明：电储存器是能运转的。

警告信号在此尤其表明：电储存器不再运转或受到限制。

也就是说，尤其提出，自动化地测试电储存器的可运转性。测试本身又优选由服务人员手动地触发。因此，例如能够在台风季节之前执行测试。

优选地，放电电流对应于经由电流极限设定的期望放电电流。

也就是说，尤其提出，电储存器以特定的方式和方法放电，即以预定的期望放电电流放电，所述期望放电电流例如经由DC/DC调节器设定。

优选地，为此使用电流极限。电流极限表示最大允许的放电电流。

优选地，借助于直流电压转换器对放电电流进行强励或设定。

也就是说，尤其借助于直流电压转换器来设定放电电流，尤其使得放电电流对应于期望放电电流。

为此，优选的是，将直流电压转换器构成为DC/DC调节器。

优选地，放电电流被输送给中间电路，尤其是直流电压中间电路。

也就是说，尤其提出，并非简单地将放电电流的电能转换成热能，而是有意义地使用所述电能。

为此尤其提出，将放电电流提供到风能设备的功率转换器的直流电压中间电路中，尤其以便将放电电流馈入供电网中。

随后优选将放电电流从直流电压中间电路中馈入供电网。

优选地，在放电时间内检测放电电流。

也就是说，尤其提出，检测放电过程并且尤其在整个时间内的放电电流或检测放电过程的持续时间。

优选地，放电过程包括至少一个温度补偿或放电补偿。

也就是说，尤其提出，在放电过程期间，尤其是在检测放电电流时，考虑温度，例如环境温度或电储存器的运行温度，或放电电流本身。这基于以下知识：根据温度和/或放电电流，电储存器具有不同的特性，例如更快的放电。

优选地，特定的时间点位于预定的时间段内，所述时间段已在考虑风能设备的场所的情况下被选择。

优选地，自动地执行上文或下文中描述的方法，尤其测试，其中在考虑风能设备的驻地和/或日期和/或蓄电池的当前的运行状态的情况下选择用于执行所述方法的时间点。

优选地，考虑风能设备的驻地包括关于以下列表中的至少一项的数据：风能设备的架设地点的地理数据；在风能设备的架设地点处的天气数据；关于风能设备的架设地点的气象数据；日历日期和/或日历时间段。

根据本发明还提出一种风能设备，所述风能设备至少包括：空气动力学的转子，所述空气动力学的转子设立用于，从风中产生机械的转动运动；发电机，所述发电机设立用于，从机械的转动运动中产生电能；中间电路，所述中间电路设立用于，将由发电机产生的电能提供给功率逆变器；功率逆变器，所述功率逆变器设立用于，将电能从中间电路馈入供电网中；与中间电路连接的电储存器，所述电储存器设立用于，与直流电压中间电路交换电能并且储存电能，并且将电能提供给不间断供电装置；与中间电路和电储存器连接的不间断的供电装置，所述不间断的供电装置设立用于，从直流电压中间电路和/或电储存器中提供电功率以进行方位角调节。

发电机例如构成为6相同步发电机并且产生2×3相的交流电压。

该交流电压借助于整流器整流为直流电压并且施加在中间电路上，所述中间电路也能够称为直流电压中间电路。

风能设备尤其还具有在中间电路和不间断的供电装置以及电储存器之间的电连接。

不间断的供电装置在此尤其用于，借助于方位角调节装置、尤其方位角马达调节风能设备、尤其风能设备的吊舱的方位角。

优选地，风能设备还包括与中间电路和电储存器连接的不间断的供电装置，所述不间断的供电装置设立用于，从直流电压中间电路和/或电储存器中提供电功率以进行方位角调节。

也就是说，尤其提出，将电储存器设计为，使得电储存器能够提供足够的电能，以便在任意时间都能够调节风能设备的方位角，尤其即使当风能设备由于风暴而无法运行和/或供电网失效或停电时也如此。

优选地，风能设备还包括方位角调节装置，所述方位角调节装置包括方位角马达，所述方位角调节装置设立为用于，借助于方位角马达通过来自电储存器的电功率来调节风能设备的方位角。

优选地，不间断的供电装置设立用于，向方位角调节装置的至少一个方位角马达供应电能，使得风能设备能够借助于方位角马达定向到风中。

优选地，不间断的供电装置也设立用于，即使在与风能设备电连接的供电网失效时也给风能设备的至少一个方位角马达供应电能，使得风能设备能够借助于方位角马达定向到风中。

优选地，风能设备还包括整流器，所述整流器设立用于，将由发电机产生的电能转换成直流电压并且将其提供给中间电路。

优选地，风能设备还包括控制单元，所述控制单元设立用于，执行上文和/或下文中所描述的方法。

优选地，电储存器设置在壳体中，所述壳体具有借助于通风器和/或加热装置保持基本恒定的运行温度。

也就是说，尤其也提出，将电存储器设置在柜中并且使柜的内部温度保持尽可能恒定，尤其以便保护电存储器免受过低和/或过高的温度。

附图说明

此时在下文中示例性地根据实施例参考附图详细阐述本发明，其中对于相同的或类似的组件使用相同的附图标记。

图1示出根据一个实施形式的风能设备的示意图。

图2示出根据一个实施形式的风能设备的电分路的示意性构造。

图3示出用于运行根据一个实施形式的风能设备的方法的示意性流程图。

具体实施方式

图1示出根据一个实施形式的风能设备100的示意图。

风能设备100具有塔102和吊舱104。在吊舱104上设置有空气动力学的转子106，所述空气动力学的转子具有三个转子叶片108和导流罩110。转子106在运行时通过风进入转动运动中从而动吊舱104中的发电机。

为了运行风能设备还设有在上文或下文中描述的控制单元，所述控制单元设立用于，借助于方位角调节装置将风能设备的吊舱定向到风中。

图2示出根据一个实施形式的尤其如在图1中所示出的风能设备的电分路200的示意性构造。

风能设备包括具有三个转子叶片108的空气动力学的转子106，所述空气动力学的转子与电分路200连接。

电分路200具有发电机210、整流器220、中间电路230、逆变器240、滤波器250、变压器260、励磁装置270、电储存器280和不间断的供电装置290。

空气动力学的转子106设立用于，从风中产生机械的转动运动。

该机械的转动运动例如借助于轴传输给发电机210。

发电机210设立用于，从机械的转动运动中产生电能，尤其呈多相交流电例如三相交流电的形式。

该多相交流电被传输给整流器220。

整流器220设立为用于，将多相交流电转换为直流电压。

该直流电压被施加到中间电路230上。

中间电路230设立用于，将由发电机产生的电能提供给功率逆变器。

该中间电路230也能够称为直流电压中间电路。

功率逆变器240设立用于，将电能从中间电路中馈入供电网2000。为此，功率逆变器240在其输出端处具有例如滤波器250，优选为LCL滤波器，以及变压器260。功率逆变器240经由控制单元242来控制，所述控制单元例如检测在功率逆变器242的输出端处的电流、电压和频率。

优选地，功率逆变器240模块化地构成，也就是说，存在多个并联的功率逆变器模块，所述功率逆变器模块优选分别安置在功率柜中，例如分别具有400kW的标称功率。

在一个优选的实施形式中，功率逆变器240三相地将电能馈入供电网2000中。

整流器220、中间电路230和功率逆变器240一起构成功率转换器220、230、240，所述功率转换器优选构成为全功率转换器，也就是说，由风能设备的发电机210产生的所有电能经由该功率转换器引导。

为了调节由发电机210产生的电能，还设有与中间电路230连接的励磁装置270。

中间电路230包括多个电容器Ci、升压转换器232和斩波器234。

电容器Ci在此尤其具有平滑直流电压并且将其保持恒定的任务。这些电容器在功能上和空间上都不同于本文中所描述的电储存器。

中间电路230还具有直流电压输出端236，在所述直流电压输出端上设置有电储存器280和不间断的供电装置290。

尤其构成为蓄电池例如100Ah蓄电池的电储存器280经由整流器282与直流电压输出端282连接。也就是说，电储存器尤其不是功率逆变器220、230、240的直流电压中间电路230的组成部分。

此外，电储存器280包括电容储存器单元284，即自身的蓄电池，其优选由蓄电池组构成，例如由24个分别12V的蓄电池构成，所述蓄电池优选一起提供288V。

不间断的供电装置290直接与直流电压输出端282连接进而也与电储存器280连接。

此外，不间断的供电装置具有至少一个逆变器292，所述逆变器与风能设备的400V的电网400连接。

此外，不间断的供电装置290具有逆变器294，所述逆变器与风能设备的应急供电网500连接。

应急供电网500是在任何情况下都为方位角调节装置供应电能的电网，尤其是以便即使如在上文中所描述的那样在台风和/或供电网失效的情况下也能够调节风能设备的方位角。

图3示出用于运行根据一个实施形式的风能设备的方法的示意性流程图300。

在第一步骤310中，启动不间断的供电装置的电储存器的放电过程。

执行该放电过程320，直至电储存器具有对应于预定的放电电压U_{B_soll}的实际放电电压U_{B_ist}。该预定的放电电压U_{B_soll}也能够称为期望放电电压。

在该放电过程期间检测放电电流I_{B_ist}，并且随后从中确定电储存器的瞬时电容C_{B_ist}。这通过框330表示。

附图标记列表：

100 风能设备

102 塔，尤其风能设备的塔

104 吊舱，尤其风能设备的吊舱

106 空气动力学的转子，尤其风能设备的空气动力学的转子

108 转子叶片，尤其风能设备的转子叶片

110 导流罩，尤其风能设备的导流罩

200 电分路，尤其风能设备的电分路

210 发电机，尤其电分路的发电机

220 整流器，尤其电分路的整流器

230 中间电路，尤其电分路的中间电路

232 升压转换器，尤其中间电路的升压转换器

234 斩波器，尤其中间电路的斩波器

236 直流电压输出端，尤其中间电路的直流电压输出端

240 功率逆变器，尤其电分路的功率逆变器

250 滤波器，尤其电分路的滤波器

260 变压器，尤其电分路的变压器

270 励磁装置，尤其电分路的励磁装置

280 电储存器，尤其电分路的电储存器

282 整流器，尤其电储存器的整流器

284 电容性储存单元，尤其电储存器的电容性储存单元

290 不间断的供电装置，尤其风能设备的不间断的供电装置

292 逆变器，尤其用于风能设备的400V电网的逆变器

300 用于运行风能设备的方法

310 启动放电过程

320 执行放电过程

400 风能设备的400V电网

500 风能设备的应急供电网

Ci 电容器

l_{B_ist} 电储存器的放电电流

C_{B_ist} 电储存器的电容，尤其瞬间电容

U_{B_ist} 电储存器的实际放电电压

U_{B_soll} 电储存器的期望放电电压。

Claims

1.一种用于运行风能设备的方法(300)，所述方法包括以下步骤：

-启动(310)不间断的供电装置的电储存器的放电过程，尤其在特定的时间点；

-执行(320)放电过程，直至所述电储存器具有预定的放电电压；

-在所述放电过程期间检测(330)所述电储存器的放电电流(I_{B_ist})；

-从所检测到的所述放电电流中确定(340)所述电储存器的电容(C_{B_ist})。

2.根据权利要求1所述的方法(300)，其中

-将所述放电电流馈入所述供电网中。

3.根据权利要求1或2所述的方法(300)，所述方法还包括以下步骤：

-创建运行信号，尤其针对风能设备控制单元创建运行信号，其中所述运行信号表示电池的剩余电容充足。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法(300)，所述方法还包括以下步骤：

-创建警告信号，尤其针对风能设备控制单元创建警告信号，其中所述警告信号表示所述电储存器的剩余电容不足。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法(300)，其中

-所述放电电流对应于经由电流极限设定的期望放电电流。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法(300)，其中

-借助于直流电压转换器强励放电电流。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法(300)，其中

-将所述放电电流输送给中间电路，尤其直流电压中间电路。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法(300)，其中

-将所述放电电流尤其从所述直流电压中间电路中馈入所述供电网中。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法(300)，其中

-其中在放电时间内检测所述放电电流。

10.根据上述权利要求中任一项所述的方法(300)，其中

-所述放电过程包括下述列表中的至少一项：

-温度补偿；

-放电补偿。

11.根据上述权利要求中任一项所述的方法(300)，其中

-所述特定的时间点位于在考虑所述风能设备的驻地的情况下已选择的预定的时间段内。

12.根据上述权利要求中任一项所述的方法(300)，其中

-考虑所述风能设备的驻地包括关于下述列表中的至少一项的数据：

-所述风能设备的架设地点的地理数据；

-在所述风能设备的架设地点处的天气数据；

-关于所述风能设备的架设地点的气象数据；

-日历日期和/或日历时间段。

13.一种风能设备(100)，所述风能设备至少包括：

-空气动力学的转子，所述空气动力学的转子设立用于，从风中产生机械的转动运动；

-发电机，所述发电机设立用于，从机械的转动运动中产生电能；

-中间电路，所述中间电路设立用于，将由所述发电机产生的电能提供给功率逆变器；

-功率逆变器，所述功率逆变器设立用于，将所述电能从所述中间电路中馈入所述供电网中；

-与所述中间电路连接的电储存器，所述电储存器设立用于，

-与所述直流电压中间电路交换电能，和

-储存电能，和

-为不间断的供电装置提供电能。

14.根据权利要求3所述的风能设备(100)，所述风能设备还包括：

-与所述中间电路和所述电储存器连接的不间断的供电装置，所述不间断的供电装置设立用于，从所述直流电压中间电路和/或所述电储存器中提供电功率以进行方位角调节。

15.根据权利要求13或14所述的风能设备(100)，所述风能设备还包括：

-方位角调节装置，所述方位角调节装置包括方位角马达，所述方位角调节装置设立用于，借助于所述方位角马达通过出自所述电储存器的电功率来调节所述风能设备的方位角。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的风能设备(100)，其中

-所述不间断的供电装置设立用于，为所述方位角调节装置的至少一个方位角马达供应电能，使得所述风能设备能够借助于所述方位角马达定向到风中。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的风能设备(100)，其中

-所述不间断的供电装置也设立用于，即使在与所述风能设备电连接的供电网失效时也为所述风能设备的至少一个方位角马达供应电能，使得所述风能设备能够借助于所述方位角马达定向到所述风中。

18.根据权利要求13至17中任一项所述的风能设备(100)，所述风能设备还包括：

-整流器，所述整流器设立用于，将由所述发电机产生的电能转换成直流电压并且将其提供给所述中间电路。

19.根据权利要求13至18中任一项所述的风能设备(100)，所述风能设备还包括：

-控制单元，所述控制单元设立用于，执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。