DK175397B1 - Fremgangsmåde til styring af en vindmölles omdrejningstal - Google Patents

Description

o DK 175397 B1

Denne opfindelse handler om vindmøller med såkaldt 5 pitchregulering dvs med drejelige vinger, og med en såkaldt slæberingsgenerator dvs. en dobbeltviklet asynkron generator, koblet til mølleakslen gennem et gear. Den handler om en metode til at påvirke omdrejningstallet hurtigt, hvilket har betydning for møllens funktion.

Generelt gælder, at forholdet mellem den tilførte effekt fra vingerne 10 og den afgivne effekt til generatoren ændrer sig når omdrejningstallet f eks målt på mølleakslen er stigende eller faldende. Det skyldes, at ved stigende omdrejningstal lagres der kinetisk energi i vinger og generatorens rotor som formindsker akseleffekten, ved faldende omdrejningtal afleveres der på tilsvarende måde effekt til akslen, udover 15 den effekt som stammer fra vinden.

Variation af en vindmølles omdrejningtal er derfor et middel til i givne situationer at påvirke generatorens afgivne effekt.

Ved pitchregulering kan man påvirke akseleffekten, men den er ikke hurtigtvirkende, hvorfor man har brug for et hurtigere indgreb især for 20 at beskytte møllen imod overlast ved f eks kortvarig stigning i vindhastigheden.

Det variable omdrejningstal benyttes udover overlastbeskyttelsen til at opnå en udjævning af de variationer i generatorens afgivne effekt som fremkaldes af vindstød og dereaf følgende variationer i generatorens 25 afgivne effekt til forsyningsnettet. Dette beskrives senere.

Det grundlæggende princip i fremgangsmåden for styring af omdrejningstallet baseres på anvendelse af en induktionsgenerator, med viklinger i rotor og stator.

Princippet baseres på at generatorens stator er forbundet til et 30 forsyningsnet. Man kan ved passende udtag af effekt fra rotoren forøge generatorens slip dvs få højere omdrejningstal. Hvis den effekt man udtager formindskes, reduceres omdrejningstallet.

1 den foreliggende opfindelse sker variationen af den effekt som udtages ved at ensrette spændingerne fra rotoren og føde effekten ind i 3 5 en jævnstrømsmotor som er koblet til mølleakslen.

Effekten fra rotoren til jævnstrømsmaskinen kan forøges på to måder: 1 ved at forøge motorspændingen ved at forøge shuntviklingens strøm.

2 ved at bruge styrede ensrettere som kan reduce ensretterens 40 afgivne spænding.

I DK 175397 B1

Η I

I o Der findes mere komplicerede konstruktioner til opnåelse af variable I omdrejningtal for vindmøller. Fordelen ved den foreliggende opfindelse er, at man med en meget simpel opbygning får løst to styringspro- blemer: overbelastningsbekyttelse og effektudjævning.

I Det sker udelukkende med komponenter som alle har stået deres I 5 prøve gennem mange år. Specielt er kompliceret elektronik såsom I frekvensomformere undgået. Det sker også på effektøkonomisk måde, I idet den effekt man tager ud fra rotoren tilbageføres til akslen.

I Ifølge opfindelsen tilvejebringes en fremgangsmåde som angivet i krav ty 1, I ίο I det følgende skal opfindelsen nærmere forklares med henvisning til I figuren, som omfatter de stærkstrømstekniske komponenter af møllens elektriske udrustning.

I (1) er møllevingerne som forudsættes drejelige, (pitchregulerede). Via I en gearkasse (9) er de koblet til den asynkrone generator (2-3) med 15 statoren (2) og rotoren (3). Stator og rotor er forsynede med flerfasede I viklinger med samme poltal.

I Desuden er en jævnstrømsmotor (7-8) koblet til en udgående aksel fra I gearkassen. (7) er jævstrømsmotorens anker og (8) er dens shuntvikling.

I (10) kan være en serie vikling eller en kompensationsvikling som kan I 20 ændre jævnstrømsmotorens karakteristik.

I (5) er en automatisk regulator og ensretter som fra forsyningsnettet (4) forsyner shuntviklingen (8) med strøm og som omfatter en styring, som bestemmer feltstrømmens størrelse i relation til møllens parametre.

I En ensretter (6), styret eller ustyret er mellemled mellem genera- I 25 torens rotor og jævnstrømsmotorens anker.

Vindmøllen er forsynet med diverse måleanordninger som måler: I vindhastighed, vindretning, generatorstrøm, spænding og effekt, I jævnstrømsmotorens spænding m m. Måleresultaterne fra et eller flere af I disse anordninger bestemmer møllens automatiske styring.

30 Det fremgår af det ovenstående, at der bortset fra afbrydere, bremser og lignende er to uafhængige parametre som styrer vindmøllen: Vinge- I vinklen og jævnstrømsniotorens magnetisering.

Λ. Normal drift.

I Fra rotoren flyder en nogenlunde konstant strøm fra generatorens 35 rotor til jævnstrømsmotoren som er nogenlunde proportional med generatorens effekt. Jævnstrømsmotorens spænding holdes på en værdi I over nul, hvilket bestemmer generatorens slip. Hvis der bliver en I pludselig sænkning af vindhastigheden, falder generatoreffekten som påvirker shuntstrømmen til lavere værdi, eller nul. Dette vil sænke I 40 slippet og omdrejningstallet, hvorved vinger og rotor afgiver kinetisk I energi til generatoren som mindsker faldet i afgiven generatoreffekt.

3 DK 175397 B1 o Vingernes vinkel påvirkes ikke under dette forløb af ovenstående.

Hvis der omvendt sker en pludselig stigning i vindhastigheden forøges shuntstømmen og generatorens effekt formindskes med det resultat at omdrejningstallet forøges og der lagres energi i vinger og rotor og generatoreffekten reduceres.

5 B. Ved begyndende overbelastning.

Generatoreffekten måles, og overskrider denne en ønsket værdi, drejes vingerne for at mindske effekten.

Vingedrejningen er normait for langsom. Derfor sker der samtidig det, at shuntstrømmens afhængighed af generatoreffekten, når den stiger 10 over en vis værdi, får shuntstrømmen til at stige, hvorved slippet på generatoren og omdrejningstallet stiger og der lagres kinetisk energi i vinger og rotor, så generatoreffekten begrænses. Dette finder sted indtil vingedrejningen har nået at reducere den effekt som vingerne overfører til akslen.

is C. Minimering af hurtige effektvariationer.

Den effektudjævning som opnås er afhængig af ændringen af shuntstrømmen ved et vist spring i vindhastigheden og generatoreffekten.

For at få bedst mulig udjævning kan man justere den ændring man får i shuntstrømmen ved et vist spring i vindhastigheden. Dette kan gøres 20 ved at behandle det elektriske signal som kommer fra måleudrustningen for generatoreffekt eller vindhastighed. Man danner med en elektrisk kreds den tidsafled ede af signalet som adderes til signalet. Det gøres for eksempel med en kreds med kondensator og modstand.

En signalændring forstærkes, men forstærkningsgraden klinger ud 25 med en tidskonstant bestemt af en kondensator og en modstand. Da turbulensen i vinden kan have forskellig karakter afhængig af vindmøllens omgivelser, gøres kondensator og modstand justerbare for at få den bedste effektudjævning, eller der anvendes andre kendte elektroniske midler til at variere styrke og tidskonstant.

30 Dette må fremhæves som en væsentlig fordel i sammenligning med andre vindmøller.

Den hastighed, hvormed shuntstrømmen kan ændres afhænger af « jævnstrømsmotorens konstruktion.

Den afhænger også af den effekt som lægges bag spændingskilden til 35 shuntstrømmen. Hvis det findes at være ufordelagtigt at dimensionere denne stor for at få virkningen hurtig, kan man gå en anden vej: at bruge styrede halvledere i enheden (6). I stedet for eller i kombination med styringen af shuntstrømmen kan man styre spændingen afgivet fra (6) til jævnstrømsankeret (7), således at en forøgelse af shuntstrømmen 40 svarer til en reduktion af den ensrettede spænding fra (6) og omlvendt.

Jævnstrømsmotorens effekt er beskeden i forhold til generator-effekten.

I DK 175397 B1 I

4 I

I o Erfaringer viser, at for at beskytte mod overlast for vindmøller med I

I rimelig vingedrejningshastighed behøves i størrelseordnen 10% af I

generatorens mærkeeffekt. I

I I

Claims (7)

1 Fremgangsmåde til styring af en nettilsluttet vindmølles 5 omdrejningstal med henblik på overbelastningsbeskyttelse ved høj vindhastighed eller effektudjævning ved varierende vindhastighed, -hvor vindmøllen har drejelige vinger (pitchregulering), som blandt andet benytttes til begrænsning af generatoreffekten ved høj vindhastighed eller optimering af den aerodynamiske virkningsgrad ved forskellige io vindhastigheder, -hvor generatoren (2-3) gennem en gearkasse (9) er koblet til vingerne, (1) og generatoren er en asynkron generator med primærvikling (stator) (3)og sekundærvikling (rotor) (2), som begge er forsynede med flerfasede viklinger med samme poltal, is -hvor generatorens primærvikling (3) er direkte koblet til et elnet (4) med 1 hovedsag konstant frekvens, kendetegnet ved at generatorens sekundærvikling (2) gennem ensretterelementer (6) er koblet til ankeret (7) hos en jævnstrøms-motor, som er koblet til gearkassen (9), og hvor det variable omdrejningstal for mølleakslen opnås ved styring af den 20 effekt som ledes fra generatorens sekundærvikling (2) til ankeret (7).

2 Fremgangsmåde i henhold til krav 1, kendetegnet ved at effekten fra sekundærviklingen (2) til ankeret (7) styres af strømmen i . shuntviklingen (8).

3 Fremgangsmåde i henhold til krav 1, kendetegnet ved at 25 effekten fra sekundærviklingen (2) til ankeret (7) styres ved anvendelse af af styrede ensrettere (6) f eks tyristorer.

4 Fremgangsmåde i henhold til krav 1, 2 og/eller 3, kendetegnet ved at styringen af effekten fra sekundærviklingen (2) til ankeret (7) gøres afhængig af signaler som repræsenterer vindhastigheden eller 30 generatoreffekten.

5 Fremgangsmåde i henhold til krav 1, 2 og/eller 3, kendetegnet ved at signalerne til styring af ændringen af omdrejningtallet af møllevingerne ved effektudjævning signalbehandles elektrisk, så virkningen forstærkes, men forsvinder med en tidskonstant hvor 35 forstærkning og tidskonstant kan indstilles efter møllens lokale forhold.

6 Fremgangsmådse i henhold til krav 1-4 kendetegnet ved at den overførte effekt fra rotorkredsen(2) til ankeret (7) igangsættes hvis generatoreffekten overstiger en hvis grænse, og dette kombineres med at en vingdrejning sættes i gang som reducerer den aerodynamiske 40 virkningsgrad. I DK 175397 B1 I I o

7 Fremgangsmåde i henhold til krav 1-5 kendetegnet ved, at I I vingedrejn ingen gøres afhængig af vindhastigheden, således at der ved I I hver vindhastighed opnås størst mulig aerodynamisk virkningsgrad. I Η I