專利名稱：用于在出現電網故障時運行風力發電設備的方法和風力發電設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于在出現電網故障時運行風力發電設備的方法，其中風力發電設備具有轉子，所述轉子具有 至少一個其葉片定位角可調的轉子葉片；與轉子相連的發電機，用于產生電功率；和至少一個用于檢測發電機轉速的實際值、葉片定位角的值和代表發電機轉矩的參量的實際值、特別是有效功率和/或有效電流的裝置。本發明還涉及一種用于實施所述方法的風力發電設備。
背景技術：
在出現未預期的電網故障時，風力發電設備不能繼續向電網輸入最大功率。由此導致的快速功率擾動會導致轉速升高，對此還通過調整葉片定位角作出反應。這里會出現轉速的波動。WO 2009/083447A2公開了一種用于在電網電壓低時運行風力發電設備的方法。在發生電網故障的情況下，當存在低的電網電壓時，基于電網故障之前的高速性系數，檢測實際功率下的節距角。這樣控制對葉片定位角的調節，使得在電網故障期間所產生的電流保持恒定。由US 6，921，985B2已知一種用于在電網故障時運行風力發電設備的方法，其中為葉片定位角調節設置不間斷的電流供應。所述不間斷的電流供應這里利用了電網側和轉子側之間的變流器。隨著切換到不間斷的電流供應，通過風力發電設備的控制裝置啟動葉片定位角調節，以便響應于切換過程相應地調節葉片角度。由WO 2005/015012A1已知一種用于在電網故障時控制風力發電設備的方法。在出現電網故障的情況下，檢測風力發電設備的運行參數，例如溫度，并控制啟動葉片角度調節，使得溫度保持在預先規定的區間內。由WO 2008/031434A2已知一種用于在電網故障時運行風力發電設備的方法，其中在電網故障期間提高葉片角度，直至轉子不再繼續加速。在電網故障期間不執行在正常運行中常見的對轉速的調節。當由風力發電設備輸出的有效功率為額定功率的125%時，則開始提聞葉片角。由DE 102008010543A1已知一種用于在電網故障時運行風力發電設備的方法，其中在轉子轉速升高之前就已經開始調整葉片定位角，轉子或發電機轉速被調節到額定轉速，所述額定轉速由在電網故障的情況下存在的電學變量和實際的風速得出。
發明內容
本發明的目的在于，提供一種方法和一種風力發電設備，利用所述方法和風力發電設備，在出現電網故障之后，可以在不斷網的情況下實現快速降低負荷到新的穩定工作點。根據本發明的方法用于在出現電網故障時運行風力發電設備的方法。所述風力發電設備具有轉子，所述轉子具有至少一個其葉片定位角可調的轉子葉片；與轉子相連的發電機，用于產生電功率；和至少一個用于檢測發電機轉速的實際值、葉片定位角的值和代表發電機轉矩的參量的實際值、特別是有效功率和/或有效電流的裝置。用于檢測發電機轉速的裝置不是一定必須檢測發電機的轉速，而是也可以檢測驅動系中的其他轉速并將其換算成發電機的轉速。在根據本發明的方法中，對電網故障進行識別。此外，當識別到電網故障時，還對有效功率和/或有效電流和轉速進行檢測。在另一個步驟中，根據檢測到的有效功率和/或檢測到的有效電流和檢測到的轉速確定發電機轉矩的變化。在出現電網故障時，特別是發電機轉矩的變化是一個關鍵的參量。在另一個步驟中，與發電機轉矩相關地確定用于葉片定位角的修正量。由葉片定位角的修正量和葉片定位角的與轉速相關的額定值確定葉片定位角的經修正的額定值。葉片定位角的與轉速相關的額定值是在正常運行中根據轉速的實際值和額定值確定的額定值。根據本發明的方法具有一系列優點。一個優點在于，繼續利用與轉速相關的額定值工作并由此能夠對風速的變化作出反應。只確定一個對與轉速相關的額定值。此外根據本發明的方法可以非常快速地對所出現的電網故障作出反 應，因為該方法在識別到電網故障時已經被觸發。通過快速地使用根據本發明的方法，葉片定位角調節已經可以對由于電網故障導致的轉矩變化作出反應。在一個優選的實施形式中，電網故障的識別根據電網電壓和/或電網頻率的改變進行。這里可以設定，當電網電壓和/或電網頻率低于或超過一個預先確定的閾值時，則識別到電網故障。例如當電網電壓相對于額定電壓下降多于預先確定的值時，則識別到電網故障。在本發明的另一個優選實施例中，根據在風力發電設備的變流器和/或發電機中產生的錯誤報告進行電網故障識別。所述錯誤報告的原因例如可能是溫度或電流過高。葉片定位角的所檢測到的值可以是測得的實際值。可選地或附加地，葉片定位角的所檢測到的值也可以是葉片定位角的額定值，所述額定值例如存在于用于葉片定位角的控制裝置中并由該控制裝置中獲得。在根據本發明的方法的一個特別優選的實施形式中，對葉片定位角的實際值或額定值進行檢測。這里在確定葉片定位角的修正量時，根據發電機轉矩的變化，附加地考慮葉片定位角的實際值或額定值。本發明的這個實施形式基于這樣的認知，即，根據風力發電設備的葉片定位角的實際值或額定值，由轉子葉片承受的轉矩根據與葉片定位角的變化的非線性關系改變。特別是在葉片定位角小時，葉片定位角的變化導致轉矩的變化小于葉片定位角大時的情況。在一個優選的實施形式中，葉片定位角的修正量這樣限定，使得不會超過葉片定位角的最大改變速度。以這種方式可以確保，對葉片定位角的調節不會過控制，或規定這樣的額定值，所述額定值只有以調節的明顯的延遲才能實現。在另一個優選的實施形式中，和在正常運行時一樣，葉片定位角的與轉速相關的額定值根據轉速調節。這使得即使在電網故障的情況下也能過繼續對葉片定位角進行與轉速相關的調節，并在電網故障結束時使得調節變得容易。在根據本發明的方法的一個優選的改進方案中，葉片定位角的修正量在識別到電網故障之后通過閉合開關來接通。所述開關可以構造成硬件或軟件。由此可以實現，所述修正量直接在發生電網故障之后就對葉片定位角的額定值有所貢獻。
根據本發明的目的還通過一種風力發電設備來實現，所述風力發電設備具有轉子，所述轉子具有至少一個在其葉片定位角上可調的轉子葉片；以及葉片定位調節裝置，所述葉片定位調節裝置對于至少一個轉子葉片確定與轉速相關的額定值，以便調整葉片定位角。所述風力發電設備還具有轉子相連的發電機，所述發電機用于產生用于供電網絡的電功率。根據本發明設有控制裝置，所述控制裝置響應于電網故障確定發電機轉矩的變化并確定葉片定位角的修正量并將其傳遞給葉片定位調節裝置，所述修正量與發電機轉矩的變化和葉片定位角的值相關，所述葉片定位調節裝置根據經修正的額定值來調整葉片定位角。在根據本發明的風力發電設備中，設有控制裝置，該控制裝置響應于電網故障并產生葉片定位角的修正量。在所述修正量附加到葉片定位角的與轉速相關的額定值上，以便獲得葉片定位角的經修正的額定值，所述額定值可以通過葉片定位調節裝置設定。由于葉片定位角的修正值直接響應于電網故障產生，根據本發明的風力發電設備能夠快速且可靠地對電網故障作出反應。在一個優選的實施形式中，葉片定位角的修正值這樣限定，使得不會超過葉片定位角的最大變化速度。·
下面根據實施例來詳細說明本發明。其中圖I示出用于確定葉片定位角的經修正的額定值的調節器結構的框圖，圖2示出用于確定葉片定位角的經修正的額定值的調節器結構的框圖；圖3示出在電網故障時電壓在時間上的曲線；圖4示出在電網故障時有效功率在時間上的曲線；以及圖5示出轉矩與葉片定位角關系。
具體實施例方式圖I用示意圖示出用于確定葉片定位角的經修正的額定值的調節器結構。作為輸入參量在調節器結構上施加轉速的額定值ns20和轉速的實際值\ 22。此外，還對有效功率的實際值Pa 24或有效電流的實際值Ia 25或葉片定位角的實際值或額定值3a、￠,26,27進行處理。轉速的額定值ns20和轉速的實際值\ 22施加到調節器10上。調節器10可以具有不同的設計方案，其中在每個設計方案中設有比例環節P。此外，根據調節器10的所選擇的設計方案附加地設有積分環節I或微分環節D，或設有積分環節和微分環節。作為結果，調節器10提供葉片定位角的推薦值Pn 30。當開關S116打開時，則葉片定位角的所述推薦值Pn 30在沒有在累加環節18中附加另一個葉片定位角的情況下作為葉片定位角的額定值34傳遞給后面的用于葉片定位角的(未示出的)調節驅動裝置。附加地在圖I中示出的調節器結構設定，在步驟12中由有效功率的實際值Pa 24和轉速的實際值\ 22計算出發電機轉矩Me。可選地，發電機轉矩Me也可以由電流的實際值Ia、例如有效電流計算出來。這里通過以下關系時進行發電機轉矩Me的計算
權利要求
1.一種用于在出現電網故障時運行風力發電設備的方法，其中風力發電設備具有:轉子，所述轉子具有至少一個其葉片定位角)可調的轉子葉片；與轉子相連的發電機，用于產生電功率(P);和至少一個用于檢測發電機轉速的實際值(na)、葉片定位角的值a、^ s)和代表發電機轉矩(Mtj)的參量的實際值的裝置，具有以下步驟 識別電網故障， 當識別到電網故障時，檢測代表發電機轉矩(Mtj)的參量的實際值和發電機轉速的實際值(na)， 確定發電機轉矩的變化(AMd， 檢測葉片定位角的值(P a、3S)， 根據發電機轉矩的變化(A Me)和葉片定位角的值(P a、P s)確定葉片定位角(P )的修正量， 確定葉片定位角的經修正的額定值，所述經修正的額定值由在正常運行中葉片定位角的與轉速相關的額定值和所確定的葉片定位角的修正量得出。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，代表發電機轉矩(Mg)的參量的實際值是所產生的有效功率(Pa)或是有效電流(Ia)的實際值。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其特征在于，根據電網電壓的變化(AU)和/或電網頻率的變化(A f)，和/或根據變流器和/或發電機的錯誤報告來識別電網故障。
4.根據權利要求I至3之一所述的方法，其特征在于，根據在變流器和/或發電機中產生的錯誤報告來識別電網故障。
5.根據權利要求I至4之一所述的方法，其特征在于，檢測葉片定位角的實際值。
6.根據權利要求I至5之一所述的方法，其特征在于，檢測葉片定位角的額定值。
7.根據權利要求I至6之一所述的方法，其特征在于， 檢測葉片定位角的實際值(Pa)或額定值(3S)， 根據發電機轉矩的變化(AMg)和葉片定位角的實際值(P a)或額定值(P s)確定葉片定位角的修正量。
8.根據權利要求I至7之一所述的方法，其特征在于，葉片定位角的修正量確定為角度(3 FRT )。
9.根據權利要求I至8之一所述的方法，其特征在于，葉片定位角的修正量確定為角度的變化速度(d@FKT/dt)。
10.根據權利要求I至9之一所述的方法，其特征在于，這樣限制葉片定位角的修正量，使得不會超過葉片定位角的最大變化速度。
11.根據權利要求I至10之一所述的方法，其特征在于，在正常運行中葉片定位角的與轉速相關的額定值根據轉速的實際值和額定值調節。
12.根據權利要求I至11之一所述的方法，其特征在于，在識別到電網故障之后引入葉片定位角的修正量。
13.一種風力發電設備，所述風力發電設備具有轉子，所述轉子具有至少一個其葉片定位角可調的轉子葉片；葉片定位調節裝置，所述葉片定位調節裝置對于所述至少一個轉子葉片確定與轉速相關的額定值，用于調整葉片定位角；以及與轉子相連的發電機，所述發電機用于產生用于供電網絡的電功率，其特征在于，設有控制裝置，所述控制裝置響應于電網故障確定發電機轉矩的變化，并根據確定發電機轉矩的變化確定葉片定位角的修正量并將葉片定位角的值傳遞給葉片定位調節裝置，所述葉片定位調節裝置根據經修正的額定值來調整葉片定位角，所述經修正的額定值由在正常運行中葉片定位角的與轉速相關的額定值和定葉片定位角的修正量得出。
14.根據權利要求13所述的風力發電設備，其特征在于，這樣限制葉片定位角的修正量，使得不會超過葉片定位角的最大變化速度。
全文摘要
本發明涉及一種用于在出現電網故障時運行風力發電設備的方法，其中風力發電設備具有轉子，所述轉子具有至少一個在其葉片定位角上可調的轉子葉片；與轉子相連的發電機，用于產生電功率；和至少一個用于檢測發電機轉速的實際值、葉片定位角的值和代表發電機轉矩的參量的實際值，具有以下步驟識別電網故障；當識別到電網故障時，檢測代表發電機轉矩的參量的實際值和發電機轉速的實際值；確定發電機轉矩的變化；檢測葉片定位角的值；根據發電機轉矩的變化和葉片定位角的值確定葉片定位角的修正量；確定葉片定位角的經修正的額定值，所述經修正的額定值由在正常運行中葉片定位角的與轉速相關的額定值和所確定的定葉片定位角的修正量得出。
文檔編號F03D9/00GK102808729SQ20121017835
公開日2012年12月5日 申請日期2012年6月1日 優先權日2011年6月3日
發明者D·德羅塞爾, K·菲施勒 申請人:德國恩德能源有限公司