RU2693017C1 - Возможность поддержания непрерывности электропитания для ветряной турбины - Google Patents

Возможность поддержания непрерывности электропитания для ветряной турбины Download PDF

Info

Publication number
RU2693017C1
RU2693017C1 RU2018128296A RU2018128296A RU2693017C1 RU 2693017 C1 RU2693017 C1 RU 2693017C1 RU 2018128296 A RU2018128296 A RU 2018128296A RU 2018128296 A RU2018128296 A RU 2018128296A RU 2693017 C1 RU2693017 C1 RU 2693017C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
bus
network
wind turbine
power
Prior art date
Application number
RU2018128296A
Other languages
English (en)
Inventor
Роберт Дж. НЕЛЬСОН
Джон Д. ЭЙМОС
Original Assignee
Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сименс Акциенгезелльшафт filed Critical Сименс Акциенгезелльшафт
Application granted granted Critical
Publication of RU2693017C1 publication Critical patent/RU2693017C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F03D9/255—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator connected to electrical distribution networks; Arrangements therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/16—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by adjustment of reactive power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1892—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks the arrangements being an integral part of the load, e.g. a motor, or of its control circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/40—Synchronising a generator for connection to a network or to another generator
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в возможности поддержания непрерывности электропитания системы генератора ветряной турбины, соединенной с электрической сетью посредством преобразователя переменного тока (АС-АС) в условиях низкого напряжения в сети, когда никакая мощность не генерируется генератором ветряной турбины. Согласно изобретению система (20, 70) ветряной турбины соединена с электрической сетью (42) посредством инвертора (38), который обеспечивает поддержку напряжения (Vt) на выводах турбины к сети во время неисправности низкого напряжения сети, которая является одновременной с отсутствием выработки действительной мощности от генератора (30), путем предоставления реактивной мощности в сеть. Процессор (46) управляет инвертором для сохранения минимального напряжения на локальной DC шине (34) путем остановки вывода реактивной мощности, когда напряжение DC шины падает до порогового значения (59), которое выше заданного значения (56) отключения по низкому напряжению шины. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится, в общем, к области изменяемых источников энергии, основанных на инверторе, и, более конкретно, к функциональной возможности поддержания непрерывности электропитания системы генератора ветряной турбины, соединенной с электрической сетью посредством преобразователя переменного тока (АС-АС) в условиях низкого напряжения в сети, когда никакая мощность не генерируется генератором ветряной турбины.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Во время нормальной работы ветряной турбины, энергия подается на ротор ветром, который вращает генератор либо через редуктор в редукторных машинах, либо непосредственно в безредукторных (с прямым приводом) машинах. Выход генератора выпрямляется в DC (постоянный ток) с помощью преобразователя на стороне генератора и временно сохраняется в DC шине в емкостном электрическом поле. Энергия DC шины подается на преобразователь стороны линии, который преобразует DC энергию в АС (переменный ток) на частоте электрической сети. Здесь ʺэлектрическая сетьʺ или ʺсетьʺ означает систему распределения электрической мощности, соединенную с выходом преобразователя стороны линии. Это включает, например, коллекторную систему в парке ветряных турбин (ветроэнергоцентре), которая собирает энергию от множества ветряных турбин и может считаться локальной сетью. Преобразователь стороны линии вырабатывает как активную мощность, измеряемую в мегаваттах (МВт), так и реактивную мощность, измеряемую в мегавольт-амперах реактивных (MVAR). Активная мощность должна подаваться от генератора, но реактивная мощность может вырабатываться преобразователем стороны линии без действия генератора. Когда преобразователь стороны линии не вырабатывает активную мощность, но предоставляет реактивную мощность в сеть или поглощает реактивную мощность из сети, он работает как локальный регулятор напряжения. Предоставляя реактивную мощность в сеть, он повышает локальное напряжение сети, а поглощая реактивную мощность из сети, он снижает напряжение сети. Когда турбина работает в этом режиме, она описывается как действующая в ʺсинхронном конденсаторном режимеʺ или ʺSTATCOMʺ. В течение этого времени генератор и преобразователь стороны генератора остаются работоспособными, но переводятся в режим ожидания, так как они не выполняют никакой функции, и активны только DC шина и преобразователь стороны линии.
Во время состояния низкого напряжения в сети, реактивный ток может предоставляться инвертором стороны линии для поддержки напряжения сети. Хотя чисто реактивный ток не передает никакой чистой активной или действительной мощности, невозможно обеспечить реактивный ток без создания некоторых потерь активной мощности, поскольку все несверхпроводящие электрические компоненты имеют последовательные активные сопротивления. Они истощают напряжение на DC шине до тех пор, пока не будет достигнуто заданное значение низкого напряжения DC шины, и генератор отключится, что может потребовать несколько минут для повторного запуска для диагностики, которая должна выполняться, чтобы не возникло никаких повреждений для турбины, ассоциированной с отключением. Реальная энергия в DC шине описывается выражением E=½CV2, где E - энергия, C - емкость DC шины и V - напряжение DC шины. Эта энергия рассеивается потерями в системе, поэтому ее необходимо пополнять. Когда ветряная турбина вырабатывает мощность, получаемую из ветра, эта энергия получается из энергии ветра. Однако в периоды слабого ветра (ниже скорости включения (начала работы) ветряной турбины) или при сильном ветре (выше скорости отключения) или по требованию системного оператора, иногда желательно, чтобы ветряные турбины работали в качестве регуляторов напряжения системы без выработки активной мощности. Когда это происходит, энергия DC шины должна подаваться системой питания. Если в локальной энергосистеме имеется 3-фазная ошибка, напряжение в системе падает до нуля, так что мощность не может передаваться. Энергия DC шины потребляется в процессе, и напряжение DC шины падает. В этой ситуации преобразователь стороны генератора не может пополнять DC шину для поддержания реальных потерь, и существует риск того, что напряжение DC шины упадет до неприемлемо низких уровней или до нуля, что приведет к отключению турбины.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение поясняется в нижеследующем описании со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:
Фиг. 1 является схематичным видом источника энергии ветряной турбины, иллюстрирующего аспект варианта осуществления изобретения.
Фиг. 2 показывает аспекты двух вариантов предшествующего уровня техники и двух настоящих вариантов осуществления для отклика реактивного тока на низкое напряжение сети, когда мощность генератора недоступна.
Фиг. 3 показывает напряжение DC шины во времени для соответствующих вариантов согласно фиг. 2.
Фиг. 4 показывает аспекты двух дополнительных вариантов осуществления изобретения для отклика реактивного тока на низкое напряжение сети, когда мощность генератора недоступна.
Фиг. 5 показывает напряжение DC шины во времени для соответствующих вариантов согласно фиг. 4.
Фиг. 6 является схематичным видом системы источника энергии ветряной турбины, содержащего асинхронный генератор с двойным электропитанием, иллюстрирующего аспект варианта осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 показан источник 20 энергии ветряной турбины, содержащий аэродинамический ротор 22, который приводит в действие генератор 24 посредством прямого привода или через редуктор 26. АС-АС преобразователь 28 имеет АС-DC преобразователь 30 стороны генератора, который принимает мощность 32 от генератора и преобразует ее в DC мощность в DC шине 34, которая может включать в себя конденсатор 36 для сглаживания. DC-AC преобразователь 38 (инвертор) стороны линии преобразует DC напряжение в АС на частоте сети. Это напряжение повышается трансформатором 40 для передачи в сеть. Коллектор 42 может собирать мощность от одной или нескольких ветряных турбин и может рассматриваться как часть сети для настоящего описания. DC-AC преобразователь стороны линии соединен с сетью через автоматический выключатель (прерыватель) 44, который отсоединяет выход от сети в определенных состояниях неисправности. Процессор 46 управляет АС-АС преобразователем и контролирует уровень Vb напряжения DC шины и уровень Vt напряжения на выводах турбины. Здесь ʺпроцессорʺ означает один или несколько цифровых и/или аналоговых компонентов, которые включают и исполняют логику управления, которая управляет работой других компонентов. Как используется здесь, напряжение на выводах турбины (или напряжение на выводах) является напряжением на стороне низкого напряжения трансформатора 40 и непосредственно связано с напряжением коллекторной системы или напряжением сети на стороне высокого напряжения трансформатора 40, так что эти термины могут иногда использоваться взаимозаменяемым образом, как понятно специалисту в данной области техники. Как более подробно описано ниже, устройство 48 накопления энергии, такое как батарея или другое устройство, может быть соединено с DC шиной для поддержки напряжения на DC шине в течение предопределенной длительности или поддержания непрерывности электропитания во время состояния низкого напряжения в сети, когда мощность генератора 24 недоступна, и устройство работает в режиме STATCOM. Это может произойти, когда возникает неисправность в сети, такая как электрическое короткое замыкание, когда генератор 24 не работает из-за того, что ветер находится ниже скорости включения или выше скорости отключения, когда находящийся выше по потоку (предвключенный) компонент, такой как генератор или преобразователь на стороне генератора, выводится из эксплуатации для осуществления обслуживания или иным образом управляется системным оператором.
На фиг. 2 и 3 показаны аспекты двух соответствующих предшествующему уровню техники вариантов отклика на неисправность по сравнению с первым и вторым примерными вариантами осуществления изобретения для управления выходом реактивного тока преобразователя 38 стороны линии во время неисправности в сети в режиме STATCOM. На этих чертежах, ссылочные позиции, начинающиеся с 52 и 54, относятся к примерам согласно предшествующему уровню техники, а ссылочные позиции, начинающиеся с 58 и 60, относятся к вариантам осуществления изобретения. На фиг. 3 показано напряжение Vb DC шины во времени для соответствующих вариантов тока согласно фиг. 2. Первый вариант согласно предшествующему уровню техники уменьшает реактивный ток 52C до нуля как можно скорее (с учетом ограничений системы управления) после возникновения неисправности 50. Это сохраняет напряжение 52V на DC шине 34. Второй вариант согласно предшествующему уровню техники предоставляет реактивный ток 54С в сеть до тех пор, пока напряжение 54V на DC шине не истощится до заданного значения 56 отключения по низкому напряжению. Это приводит к тому, что источник 20 энергии отключается и переходит в автономный режим. Авторы настоящего изобретения выявили, что ни один из этих вариантов не является желательным, поскольку либо нет поддержки для сетевого напряжения, либо требуется повторная синхронизация источника 20 энергии ветряной турбины с сетью.
Первый вариант осуществления изобретения предоставляет реактивный ток 58C в сеть, но только в течение ограниченного времени, в течение которого напряжение 58V DC шины остается выше заданного значения 56 отключения. Преобразователь 38 стороны линии управляется процессором 46, чтобы прекращать подачу реактивной мощности в сеть, когда напряжение DC шины достигает предопределенного порога 59 выше заданного значения 56 отключения по низкому напряжению DC шины.
Второй вариант осуществления изобретения предоставляет реактивный ток 6°C в сеть и может использовать устройство 48 накопления энергии (фиг. 1), которое поддерживает напряжение 60V на DC шине выше заданного значения 56 отключения для указанной длительности поддержания непрерывности электропитания, такой например, как по меньшей мере 150 мс. Устройство накопления энергии может быть аккумуляторной батареей или каким-либо другим устройством. Относительно небольшой конденсатор 36 в DC шине обеспечивает мгновенную поддержку напряжения, а аккумуляторная батарея обеспечивает более длительную поддержку. Мощность может дополнительно предоставляться в шину вспомогательным генератором мощности любого подходящего типа для более долгой поддержки сети. Конденсаторы являются более дорогостоящими, но более быстродействующими, чем батареи, так что эта ступенчатая энергетическая поддержка имеет синергический эффект. Этот вариант осуществления особенно полезен для слабых сетей и в энергосистемах с условиями или требованиями поддержания непрерывности электропитания.
На фиг. 4 и 5 показаны аспекты третьего и четвертого вариантов осуществления изобретения для управления выходом реактивного тока преобразователя линейной стороны во время неисправности низкого напряжения в сети в режиме STATCOM.
Вариант осуществления 3 изобретения уменьшает реактивный ток 62C от первого запрограммированного значения A до второго запрограммированного значения B, которое меньше, чем первое запрограммированное значение, когда напряжение 62V DC шины падает до первого предопределенного порога 66. Выход 62C реактивного тока затем падает до нуля, когда напряжение DC шины падает до второго предопределенного порогового значения 59, которое меньше, чем первое предопределенное пороговое значение 66, и больше, чем заданное значение отключения по напряжению DC шины. Это обеспечивает относительно высокую поддержку для сети в течение первой части длительности неисправности и более низкую поддержку в течение второй части длительности неисправности, при поддержании DC шины выше заданного значения 56 отключения. Это обеспечивает более длительное поддержание непрерывности электропитания для данного размера батареи, чем вариант 60 на фиг. 2 и 3.
Вариант осуществления 4 уменьшает реактивный ток 64C, предоставляемый в сеть, плавно от первого запрограммированного значения A до второго запрограммированного значения B, которое меньше, чем первое запрограммированное значение, когда напряжение 64V DC шины падает до предопределенного порогового значения 59, которое выше заданного значения 56 отключения по низкому напряжению DC шины. Реактивный ток падает до нуля, когда напряжение DC шины достигает предопределенного порогового значения 59. Вариант осуществления 4 поддерживает сеть дифференцированным образом для поддержания непрерывности электропитания при неисправности, поддерживая DC шину выше заданного значения отключения. Он обеспечивает более длительное поддержание непрерывности электропитания для заданного размера батареи, чем вариант 60 согласно фиг. 2 и 3.
Со ссылкой на фиг. 1, в пятом варианте осуществления, процессор 46 может выполнять этапы программы и управлять преобразователем 38 на стороне линии, так что когда напряжение Vt на выводах турбины падает ниже предопределенного минимума Vm (не показано), преобразователь 38 стороны линии предоставляет реактивный ток в сеть в обратном соотношении с напряжением сети. Примерная форма программы имеет вид:
Если Vt<Vm, то Ir=K(1-(Vt/Vn))pu,
где Ir представляет собой единичное управляющее значение (pu), отправляемое процессором в преобразователь 38 стороны линии, для выработки соответствующего уровня реактивного тока, Vn - номинальное напряжение на выводах турбины, и K - постоянная. В другом примере, программа может увеличить выход реактивного тока на заданный процент для каждого инкрементного (например, 1%) снижения напряжения на выводах турбины ниже Vm до тех пор, пока напряжение Vb на шине турбины не упадет до предопределенного порога 59 отсутствия отключения, тогда выход реактивного тока устанавливается в нуль. Примерная форма программы имеет вид:
Если Vt<Vm, то Ir=(K*(Vm-Vt))/Vn
Например, если Vn=690 В, Vm=621 В, Vt=586,5 В (85% от номинала) и K=2, то Ir=0,10 pu или 10%. Инвертор генерирует реактивный ток на 2% выше его номинального значения на каждый 1% падения напряжения Vt на выводах турбины ниже минимального напряжения на выводах турбины 621 В относительно номинального напряжения Vn на выводах турбины. В этом конкретном примере обеспечивается 10% реактивного тока. Регулировка реактивного тока может быть обеспечена на верхнем пределе, например, в 1,1 раза больше номинального значения. Этот вариант осуществления обеспечивает прогрессивную поддержку для напряжения сети, где устройство 48 накопления энергии является достаточным для такой поддержки в течение заданной длительности поддержания непрерывности электропитания при неисправности. Следует отметить, что описанное здесь управление основано на напряжении на выводах турбины, но оно может применяться на основе напряжения сети или коллекторной системы при осуществлении обмена данными между сетью и турбиной(ами).
На фиг. 6 показан источник 70 энергии ветровой турбины, включающий в себя аэродинамический ротор 22, который приводит в действие асинхронный генератор 72 с двойным электропитанием посредством прямого привода или через редуктор 26. АС-АС преобразователь 28 имеет АС-DC преобразователь 30 стороны генератора, который принимает мощность 32 от генератора и преобразует ее в DC мощность в DC шине 34, которая может включать в себя конденсатор 36. DC-AC преобразователь 38 стороны линии преобразует DC напряжение в АС на частоте сети. Часть выхода 74 инвертора возбуждает фазный ротор генератора с двойным электропитанием. Остальная часть повышается трансформатором 40 для передачи в сеть. Коллектор 42 может собирать мощность от одной или нескольких ветряных турбин. DC-AC преобразователь стороны линии соединен с сетью через автоматический выключатель (прерыватель) 44, который отсоединяет систему ветряной турбины от сети в определенных состояниях неисправности. Процессор 46 управляет АС-АС преобразователем. В одном варианте осуществления изобретения, устройство 48 накопления энергии, такое как аккумуляторная батарея, соединено с DC шиной для сохранения напряжения на DC шине в течение предопределенной длительности поддержания непрерывности электропитания во время состояния низкого напряжения в сети, когда мощность генератора недоступна. Аспекты изобретения, как описано выше, действуют одинаковым образом для данного типа системы.
Каждый из настоящих вариантов осуществления может действовать в режиме синхронного конденсатора, когда никакая нагрузка на сеть не подается источником энергии ветряной турбины во время неисправности в сети. В этом режиме, устройство накопления энергии обеспечивает ток короткого замыкания для покрытия реальных потерь из-за активного сопротивления в цепях, чтобы поддерживать напряжение DC шины в отсутствие ветровой энергии.
Хотя различные варианты осуществления настоящего изобретения были показаны и описаны в настоящем документе, должно быть очевидным, что такие варианты осуществления представлены только в качестве примера. Многочисленные вариации, изменения и замены могут быть сделаны без отклонения от настоящего изобретения. Соответственно, предполагается, что изобретение ограничивается только сущностью и объемом прилагаемой формулы изобретения.

Claims (41)

1. Способ, осуществляемый в системе генерации мощности, содержащей источник энергии ветряной турбины, соединенный с электросетью, содержащий:
поддержание напряжения в сети путем подачи реактивного тока в сеть от инвертора источника энергии ветряной турбины в течение периода, когда источник энергии ветряной турбины не предоставляет активную мощность в сеть;
контроль напряжения DC шины источника энергии ветряной турбины в течение этапа поддержания напряжения; и
уменьшение количества реактивного тока, подаваемого в сеть, когда контролируемое напряжение DC шины падает до предопределенного порогового значения выше заданного значения отключения по низкому напряжению в DC шине источника энергии ветряной турбины.
2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий уменьшение величины реактивного тока, подаваемого в сеть, до нуля, когда напряжение DC шины падает до предопределенного порогового значения.
3. Способ по п. 1, дополнительно содержащий:
уменьшение величины реактивного тока, подаваемого в сеть, от первого запрограммированного значения до второго запрограммированного значения, меньшего, чем первое запрограммированное значение, когда напряжение DC шины падает до первого предопределенного порогового значения; и
уменьшение количества реактивного тока, подаваемого в сеть, до нуля, когда напряжение DC шины падает до второго предопределенного порогового значения, меньшего, чем первое предопределенное пороговое значение, и большего, чем заданное значение отключения по низкому напряжению в DC шине.
4. Способ по п. 1, дополнительно содержащий предоставление мощности в DC шину для поддержки напряжения DC шины во время этапа поддержания напряжения.
5. Способ по п. 1, дополнительно содержащий предоставление мощности в DC шину от устройства накопления энергии для поддержки напряжения DC шины во время этапа поддержания напряжения.
6. Способ по п. 5, дополнительно содержащий предоставление устройства накопления энергии достаточной емкости для поддержания напряжения DC шины выше предопределенного порогового значения по меньшей мере в течение предопределенного периода времени во время предопределенного состояния неисправности.
7. Способ по п. 6, в котором предопределенный период времени равен по меньшей мере 150 мс.
8. Способ по п. 1, дополнительно содержащий выполнение в процессоре источника энергии этапов:
контроля напряжения Vt на выводах турбины, и если оно падает ниже предопределенного уровня Vm, управление инвертором для предоставления реактивного тока в сеть в соответствии с формулой Ir=K(1-(Vt/Vn))pu, где Ir - единичное управляющее значение, отправляемое процессором на инвертор для выработки соответствующего уровня реактивного тока, Vn - номинальное напряжение на выводах турбины и K - постоянная; и
уменьшения реактивного тока до нуля, когда напряжение DC шины падает до предопределенного порогового значения.
9. Способ по п. 1, дополнительно содержащий выполнение в процессоре источника энергии этапов:
контроля напряжения Vt на выводах турбины, и если оно падает ниже предопределенного минимального уровня напряжения Vm, управление инвертором для предоставления реактивного тока в сеть в соответствии с формулой Ir=(K*(Vm-Vt)/Vn)pu, где Ir - единичное управляющее значение, отправляемое процессором на инвертор для выработки соответствующего уровня реактивного тока, Vn - номинальное напряжение на выводах турбины и K - постоянная; и
уменьшения реактивного тока до нуля, когда напряжение DC шины падает до предопределенного порогового значения.
10. Способ по одному из пп. 1-7, дополнительно содержащий выполнение в процессоре ветряного источника энергии этапов:
приема сообщения, реагирующего на напряжение сети или коллекторной системы;
контроля напряжения сети или коллекторной системы, и если оно падает ниже предопределенного уровня, управления инвертором для предоставления реактивного тока в сеть в ответ на контролируемое напряжение сети или коллекторной системы; и
уменьшение реактивного тока до нуля, когда напряжение DC шины падает до предопределенного порогового значения.
11. Источник энергии ветряной турбины, содержащий:
управляющую логику, работающую в процессоре для управления инвертором источника энергии ветряной турбины для предоставления реактивной мощности в электрическую сеть, соединенную с источником энергии ветряной турбины, в режиме синхронного конденсатора, когда источник энергии ветряной турбины не вырабатывает активную мощность;
датчик напряжения DC шины, обеспечивающий сигнал, реагирующий на напряжение DC шины источника энергии ветряной турбины; и
управляющую логику, запрограммированную для уменьшения величины реактивной мощности, подаваемой в сеть инвертором, когда напряжение DC шины падает ниже предопределенного порогового значения, превышающего заданное значение отключения по низкому напряжению DC шины.
12. Источник энергии ветряной турбины по п. 11, дополнительно содержащий аккумуляторную батарею, соединенную с DC шиной, которая обеспечивает ток, достаточный для поддержания напряжения DC шины выше предопределенного порогового значения в течение по меньшей мере 150 мс во время предопределенного состояния неисправности сети.
13. Реализуемый компьютером способ для защиты системы передачи энергии во время состояния неисправности, содержащий выполнение в процессоре этапов:
приема электронных сообщений, которые одновременно содержат
a) указание состояния низкого напряжения в сети, питаемой инвертором системы генератора ветряной турбины; и
b) указание, что система генератора ветряной турбины не вырабатывает активную мощность;
обеспечения регулирования напряжения сети во время состояния низкого напряжения путем управления инвертором для предоставления реактивного тока в сеть или поглощения реактивного тока из сети в ответ на электрические состояния сети;
измерения напряжения на DC шине, соединенной с инвертором; и
если напряжение на DC шине падает ниже предопределенного порогового значения, остановки этапа обеспечения регулирования напряжения для сохранения остающегося напряжения на DC шине выше заданного значения отключения по низкому напряжению DC шины системы генератора ветряной турбины.
14. Реализуемый компьютером способ по п. 13, дополнительно содержащий:
предоставление устройства накопления энергии, соединенного с DC шиной; и
предоставление энергии в DC шину от устройства накопления энергии на этапе обеспечения регулирования напряжения.
15. Реализуемый компьютером способ по п. 14, дополнительно содержащий:
обеспечение устройства накопления энергии в качестве аккумуляторной батареи с емкостью, которая поддерживает напряжение DC шины выше предопределенного порогового значения при обеспечении регулирования напряжения сети инвертором в течение по меньшей мере 150 мс во время состояния низкого напряжения.
16. Реализуемый компьютером способ по п. 15, в котором состояние низкого напряжения содержит состояние отсутствия нагрузки в сети.
17. Реализуемый компьютером способ по п. 15, в котором состояние низкого напряжения содержит электрическое короткое замыкание в сети.
RU2018128296A 2016-02-03 2016-02-03 Возможность поддержания непрерывности электропитания для ветряной турбины RU2693017C1 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2016/016263 WO2017135937A1 (en) 2016-02-03 2016-02-03 Fault ride-through capability for wind turbine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2693017C1 true RU2693017C1 (ru) 2019-07-01

Family

ID=55411738

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018128296A RU2693017C1 (ru) 2016-02-03 2016-02-03 Возможность поддержания непрерывности электропитания для ветряной турбины

Country Status (10)

Country Link
US (1) US10630079B2 (ru)
EP (1) EP3378141B1 (ru)
CN (1) CN108604795B (ru)
CA (1) CA3013435C (ru)
DK (1) DK3378141T3 (ru)
ES (1) ES2764130T3 (ru)
PL (1) PL3378141T3 (ru)
PT (1) PT3378141T (ru)
RU (1) RU2693017C1 (ru)
WO (1) WO2017135937A1 (ru)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017106436A1 (de) * 2017-03-24 2018-09-27 Wobben Properties Gmbh Windpark mit mehreren Windenergieanlagen
CN109424502B (zh) * 2017-09-04 2022-05-27 通用电气公司 用于防止风力涡轮电力系统的电压骤降的系统及方法
CN109698517B (zh) * 2017-10-23 2023-03-28 台达电子企业管理（上海）有限公司 一种控制电力系统的方法和装置
EP3553913A1 (en) 2018-04-09 2019-10-16 Wobben Properties GmbH Method for connecting a power transfomer to an electrical grid
US11239664B2 (en) * 2018-04-12 2022-02-01 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion system
CN109066789A (zh) * 2018-08-28 2018-12-21 南京理工大学 一种基于同步调相机的风电场故障穿越控制方法
US10511211B1 (en) * 2018-08-30 2019-12-17 General Electric Company Trip reduction tool for a wind turbine power system
US10804707B2 (en) * 2018-10-18 2020-10-13 General Electric Company Systems and methods for dynamic management of wind turbines providing reactive power
EP3969744A1 (en) 2019-05-16 2022-03-23 Vestas Wind Systems A/S Full dc voltage power backup system for wind turbine
CN110867890B (zh) * 2019-10-29 2021-05-14 国网四川省电力公司经济技术研究院 一种双馈风机直流母线电压降阶砰-砰控制方法
CN110867895B (zh) * 2019-11-26 2020-12-29 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种风电机组高电压穿越控制方法
US11424709B2 (en) 2020-11-05 2022-08-23 Raptor Lift Solutions, Llc Method and apparatus for riding through power disruptions of a drive circuit
CN113725865B (zh) * 2021-09-07 2024-04-16 南方电网科学研究院有限责任公司 一种海上风电场无功支撑能力评价方法、装置及存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1098527A3 (ru) * 1978-08-17 1984-06-15 Юнайтед Текнолоджиз Корпорейшн (Фирма) Система управлени ветр ной турбиной
WO2012152345A1 (en) * 2011-05-10 2012-11-15 Abb Research Ltd A method in a controller controlling a dynamic compensator, a controller, computer programs and computer program products
WO2014180717A1 (de) * 2013-05-07 2014-11-13 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum einspeisen elektrischer leistung in ein elektrisches versorgungsnetz
RU2013145508A (ru) * 2011-03-11 2015-04-20 Сименс Акциенгезелльшафт Возбудитель блока генерирования мощности, блок генерирования мощности и оборудование вывода энергии в электрической сети

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6128204A (en) 1998-08-26 2000-10-03 Northrop Grumman Corporation Line power unit for micropower generation
AU2001265232A1 (en) 2000-05-31 2001-12-11 Sure Power Corporation Power system utilizing a dc bus
WO2004054065A1 (en) 2002-12-06 2004-06-24 Electric Power Research Institute, Inc. Uninterruptable power supply and generator system
ES2277724B1 (es) * 2005-02-23 2008-06-16 GAMESA INNOVATION &amp; TECHNOLOGY, S.L. Procedimiento y dispositivo para inyectar intensidad reactiva durante un hueco de tension de red.
ES2901709T3 (es) * 2005-09-27 2022-03-23 Siemens Gamesa Renewable Energy Innovation & Technology SL Sistema convertidor y método de funcionamiento del mismo
US8120932B2 (en) * 2008-07-01 2012-02-21 American Superconductor Corporation Low voltage ride through
WO2010002402A1 (en) * 2008-07-02 2010-01-07 American Superconductor Corporation Low voltage ride through
US9184685B2 (en) * 2010-10-28 2015-11-10 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine generator
CN102005779B (zh) * 2010-11-17 2012-11-21 浙江运达风电股份有限公司 基于变流器的风力发电机组低电压穿越控制系统
US9593667B2 (en) * 2011-12-29 2017-03-14 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine generator
US20130258718A1 (en) * 2012-03-30 2013-10-03 Advanced Energy Industries, Inc. System, method, and apparatus for powering equipment during a low voltage event
WO2013185772A2 (en) * 2012-06-12 2013-12-19 Vestas Wind Systems A/S Wind-power-plant control upon low-voltage grid faults
US20150311696A1 (en) * 2012-08-30 2015-10-29 General Electric Company System and method for protecting electrical machines
CN102882229B (zh) * 2012-09-21 2015-06-17 北京金风科创风电设备有限公司 风电场动态电压自动控制系统
CN106663943A (zh) * 2014-05-28 2017-05-10 通用电气能源能量变换技术有限公司 无功功率容量预测
CN104269878B (zh) * 2014-07-29 2016-03-30 西安交通大学 一种可提供无功支撑的并网光伏发电系统低电压穿越控制方法
CN204030631U (zh) * 2014-08-31 2014-12-17 新疆金风科技股份有限公司 风力发电机组的变流器控制装置
EP3210277B1 (en) * 2014-10-24 2020-08-05 Vestas Wind Systems A/S Method for operating a wind power plant in a weak grid environment and a wind power plant

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1098527A3 (ru) * 1978-08-17 1984-06-15 Юнайтед Текнолоджиз Корпорейшн (Фирма) Система управлени ветр ной турбиной
RU2013145508A (ru) * 2011-03-11 2015-04-20 Сименс Акциенгезелльшафт Возбудитель блока генерирования мощности, блок генерирования мощности и оборудование вывода энергии в электрической сети
WO2012152345A1 (en) * 2011-05-10 2012-11-15 Abb Research Ltd A method in a controller controlling a dynamic compensator, a controller, computer programs and computer program products
WO2014180717A1 (de) * 2013-05-07 2014-11-13 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum einspeisen elektrischer leistung in ein elektrisches versorgungsnetz

Also Published As

Publication number Publication date
ES2764130T3 (es) 2020-06-02
EP3378141A1 (en) 2018-09-26
DK3378141T3 (da) 2020-01-06
CN108604795B (zh) 2022-01-28
EP3378141B1 (en) 2019-10-09
PT3378141T (pt) 2019-12-05
CN108604795A (zh) 2018-09-28
CA3013435A1 (en) 2017-08-10
PL3378141T3 (pl) 2020-05-18
US20190036343A1 (en) 2019-01-31
US10630079B2 (en) 2020-04-21
CA3013435C (en) 2020-03-24
WO2017135937A1 (en) 2017-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2693017C1 (ru) Возможность поддержания непрерывности электропитания для ветряной турбины
JP5308511B2 (ja) 風力発電設備の出力制御方法及び出力制御装置
AU2004208135B2 (en) Wind turbine generator with a low voltage ride through controller and a method for controlling wind turbine components
US8120932B2 (en) Low voltage ride through
DK2573895T3 (en) A method for operating a wind farm, the wind farm control unit and wind farm
AU2017362883B2 (en) Method and system for operating a hybrid power generation system
JP5508796B2 (ja) 電源システム制御方法及び電源システム制御装置
US20110320052A1 (en) Utility grid stabilization apparatus and method,as well as wind power generating system
US20130265806A1 (en) Intelligent power control unit for low voltage ride through and its application
Wang et al. Configuration and control strategy for an integrated system of wind turbine generator and supercapacitor to provide frequency support
Adrees et al. The influence of different storage technologies on large power system frequency response
EP3935709A1 (en) System and method for supplying electric power to a grid and for supporting the grid
Redmann et al. Black Start and Islanding Operation of Wind Turbines with Auxiliary Power Converters and Energy Storage Systems
Nikolakakos et al. An integrated control system for frequency and voltage support via Type-3 wind turbines equipped with energy storage system
Hardan An efficient dynamic control of modern renewable distributed generators for intentional islanding operation
Fan et al. A coordinated control scheme for power demand changes in a PMSG based multi-terminal DC wind farm
Zhang et al. A Review on Low Voltage Ride-Through Solutions for PMSG Wind Turbine
Moghadasi et al. Power Management and Control Strategy in Standalone DC Microgrid alongwith SMES Solenoid Coil
US20170211546A1 (en) A method for controlled shutdown of wind power facility
MEI et al. A Review on Low Voltage Ride-Through Solutions for PMSG Wind Turbine.