專利名稱：風力發(fā)電機系統(tǒng)的操作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及具有轉(zhuǎn)子槳葉角控制(Rotorblattwinkelsteuerung ) 和扭矩控制的風力發(fā)電機系統(tǒng)的操作方法。
背景技術(shù)：
Siegfried Heyer 在 Windkraftanlagen， Systemauslegung， Netzintegradon und Regelung, Teubner Verlag， 第4版第321中描為標稱值。相似地，調(diào)節(jié)發(fā)電機扭矩，其中發(fā)電機扭矩將系統(tǒng)功率調(diào) 節(jié)至最佳值，并引導系統(tǒng)進入安全的和元件減栽的操作狀態(tài)。風力發(fā)電機系統(tǒng)所輸出的功率(P)與扭矩(M)和速度(Q) 成比例。其關系為P = M.H。在滿負荷操作時，功率在強風和狂風期間將增加。這種被稱為"超 產(chǎn)，，的現(xiàn)象對于獨立系統(tǒng)是可以接受的，但在多個風力發(fā)電機系統(tǒng)之間 相互作用中、例如在風電場(wind farm)中是不能接受的，因為存在 輸電干線過載的風險。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是執(zhí)行風力發(fā)電機系統(tǒng)的操作，從而通過簡單方法 在滿負荷操作時將要輸出的功率限制為最大值。按照本發(fā)明，該目的是通過權(quán)利要求l的方法實現(xiàn)的。有利的方 面構(gòu)成從屬權(quán)利要求的主題。在本發(fā)明方法中，在滿負荷操作中，從預定速度(nAbsenkung)開 始，降低預設扭矩。降低是以這樣的方式實現(xiàn)的，即不超過給定功率3
的預定值。在滿負荷操作中，通常通過槳葉角調(diào)節(jié)渦輪機的速度。這 允許已經(jīng)在滿負荷范圍內(nèi)的一定控制。然而，預設扭矩從預定速度開 始減小，以便即使速度增加也防止超過要輸出的最大功率值。在按照 上面給出的扭矩和功率之間的關系減小預設扭矩時，在速度增加時產(chǎn) 生減小的功率。這使得即使速度增加也可以限制功率。為了實現(xiàn)高功率收益，已經(jīng)證明特別有利的是，在本發(fā)明方法中， 不選擇額定速度作為用于降低預設扭矩的預定速度，而是選擇稍微大 于額定速度的值。由于預設扭矩從其開始減小的預定速度的這個值，滿負荷操作被區(qū)分為兩段在第一段中，僅調(diào)節(jié)槳葉迎角(angle of blade attack)，而在第二段中進行扭矩控制和槳葉迎角控制二者。對于預設值從其開始減小的預定速度，優(yōu)選選擇比額定速度大大 約0.5%到5%的值。然而，轉(zhuǎn)子槳葉角控制將有利地從額定速度開始調(diào)節(jié)槳葉迎角。 因此，結(jié)果是僅通過槳葉迎角、且從預定速度開始，以及通過槳葉迎 角控制和預設扭矩二者實現(xiàn)進行額定速度和預定速度之間的速度調(diào) 節(jié)。在本發(fā)明方法中，為所提供功率的最大值確定與連續(xù)操作功率的 扭矩相對應的第一預設扭矩。優(yōu)選地，還為所提供功率的最大值確定 與實際扭矩相對應的第二預設扭矩，其中第一和第二預設扭矩的較小 值被用于扭矩控制。這里，預設扭矩和速度之間的關系優(yōu)選為反比關 系，即預設扭矩與速度的倒數(shù)值成正比。基于風力發(fā)電機系統(tǒng)操作控 制期間的速度值，很大程度上通過直線來近似扭矩對速度的雙曲線。在本發(fā)明的方法中，扭矩控制預定預設扭矩的減小。同時，轉(zhuǎn)子 槳葉角的控制將速度控制到預定速度值。扭矩控制所確定的預設扭矩 的值對應于功率的預定最大值。


下面將參考兩個附圖更詳細地描述本發(fā)明方法。圖中 圖1示出功率對速度的曲線，和
圖2示出預設力矩對速度的曲線。 具體實施例為了一般性解釋，將首先解釋圖1中所示出的風力發(fā)電機系統(tǒng)的 調(diào)節(jié)特性的特征曲線族。特征曲線族具有第一段IO，其中有效功率P 隨速度線性增加。然后是第二段12，其中功率與速度為非線性關系。 這里，不同曲線變化是可能的。在特征曲線的第二段12中，優(yōu)選地， 調(diào)節(jié)功率對應于風力所輸入的功率PAer。。速度和功率之間的數(shù)學關系 如下式所示其中rr。t是轉(zhuǎn)子槳葉的半徑，ngen是發(fā)電機速度，tigetr是傳動速比。 X( nr。t)表示與轉(zhuǎn)子速度相關的轉(zhuǎn)子的高速系數(shù)(high-speed number),P威表示空氣密度，而Cp(Hr。t)表示與轉(zhuǎn)子速度相關的轉(zhuǎn)子槳葉的功率系數(shù)。從速度112開始，風力發(fā)電機系統(tǒng)從部分負荷區(qū)域進入滿負荷區(qū)域。為此，速度被增加到額定速度。此時，沿段14與速度成線性比例關系地實現(xiàn)功率增加。如果達到額定速度，則在滿負荷工作下進入另一特征曲線段16， 直到速度減小。在特征曲線段16中，功率將與速度成線性比例地增加。 在隨后的特征曲線段18中，功率對速度保持恒定。在隨后的特征曲線 段20中，功率將再次減小，以便最后從某個速度開始完全消除。功率從其開始與速度增加無關地是恒定的速度在所示例子中是 額定速度的1.01倍；因此，其比額定速度高1%。由于該速度增加超 過額定速度，因此所提供的功率比額定速率的功率高1%。上面討論的功率、扭矩、和速度之間的關系顯示出，如果速度增 加，則需要降低扭矩以實現(xiàn)恒定功率。這個過程在圖2中示出。圖2 示出為主轉(zhuǎn)換器預設的扭矩的扭矩曲線。主轉(zhuǎn)換器預定發(fā)電機扭矩， 例如在雙饋異步發(fā)電機中。在穩(wěn)定情形中，發(fā)電機扭矩與轉(zhuǎn)子所輸入的扭矩相對應。圖2也
允許清楚地理解，在滿負荷操作中，在額定速度上最大扭矩下，力矩 如何首先被保持恒定，并將在速度IUbsenk肌g后降到段22。因此，相對 于速度繪出的預設扭矩在滿負荷操作中具有恒定扭矩預設的段24和具有減小扭矩預設的段22。兩個曲線之間的轉(zhuǎn)換在速度nAbsenkung時發(fā) 生。
權(quán)利要求
1.一種利用轉(zhuǎn)子槳葉角控制和扭矩控制操作風力發(fā)電機系統(tǒng)的方法，其中在滿負荷操作下，從預定速度(nAbsenkung)開始，預設扭矩通過扭矩控制以這樣一種方式被降低，使得不超過給定功率(P)的預定值。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述用于降低扭矩 的預定速度( nAbsenkung )大于額定速度。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述預定速度)比額定速度(nnenn)大0.5%到5%。
4. 如權(quán)利要求1到3中任一條所述的方法，其特征在于，所述 轉(zhuǎn)子槳葉角控制在滿負荷操作下從額定速度開始控制轉(zhuǎn)子槳葉角。
5. 如權(quán)利要求1到4中任一條所述的方法，其特征在于，為所 提供功率的最大值確定與連續(xù)操作功率的扭矩相對應的第一預設扭 矩。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，為所提供功率的最 大值確定與實際扭矩相對應的第二預設扭矩，其中第 一和第二預設扭 矩中較小值被用于扭矩控制。
7. 如權(quán)利要求1到6中任一條所述的方法，其特征在于，所述 轉(zhuǎn)子槳葉角控制將速度調(diào)節(jié)到確定的速度，扭矩控制將預設扭矩調(diào)節(jié) 為與預定最大功率值相對應的值。
全文摘要
一種用于操作風力發(fā)電機系統(tǒng)的方法，其具有轉(zhuǎn)子槳葉角控制和扭矩控制，其中在滿負荷操作中，從預定速度(n_Absenkung)開始，預設扭矩通過扭矩控制以這樣的方式降低，即不超過給定功率(P)的預設值。
文檔編號F03D7/02GK101126371SQ20071012717
公開日2008年2月20日 申請日期2007年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月19日
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