具有頻率測量的風力發(fā)電廠的制作方法
【專利說明】具有頻率測量的風力發(fā)電廠
[0001]本發(fā)明涉及一種用于控制風力渦輪機的方法，該風力渦輪機連接至一個電網、檢 測電網中存在的電網頻率，并且在這種情況下，一個控制器基于電網頻率調節(jié)功率輸出，并 且尤其在超過電網頻率的極限值時切斷向電網的功率饋送。
[0002] 在風力渦輪機情況下，在電網中的頻率變化的事件中風力渦輪機的輸出功率必須 變化。在這種情況下，如果頻率增加，則可能需要減小功率。還已知的是以節(jié)流的方式操作 風力渦輪機以便能夠在頻率下降的實際中增加功率。在電網中的極端頻率事件情況下，功 率必須減小至零或者渦輪機必須與電網隔離。
[0003] 例如從DE10022974A1、從EP1790850或者從W02010/000648A2中了解到諸如這種方 法。
[0004] 由于電網頻率的變化通常基于電網中供需平衡的擾動，所以需要所述調節(jié)。然而， 存在對所述平衡沒有影響但作為電網測量中顯著的電網頻率擾動而被感知的多個電網事 件。通過舉例的方式，電網中轉換過程情況下的相移可能改變兩個零點交叉之間的時間，其 結果是電網測量根據突然的頻率躍變來獲取這些內容。
[0005] 風力渦輪機由于對電網運營商的高要求而以功率的突然且巨大的變化來對這種 事件作出反應，這還包括在極端情況下斷開功率饋送。所述功率變化引起頻率變化并且必 須由電網運營商調節(jié)。因此，這種事件是不令人希望的。
[0006] 本發(fā)明的所解決的問題是避免以上缺點、更好地檢測電網頻率的變化和允許風力 渦輪機對電網中的事件作出更好的反應。
[0007] 根據本發(fā)明的解決方案在于根據獨立權利要求的特征所述的一種方法和一種裝 置;有利的發(fā)展是從屬權利要求的主題。
[0008] 根據本發(fā)明的程序在于，在連接至一個電網、檢測該電網中存在的電網頻率的風 力渦輪機情況下，并且在一個控制器基于該電網頻率調節(jié)功率輸出的情況下，并且尤其在 超過一個電網頻率的極限值時切斷向該電網的功率饋送，檢測該電網頻率隨時間的變化， 確定變化速率并且將該變化速率與一個變化速率極限值進行比較，并且在超過該變化速率 極限值時將一個經修改的頻率值用于調節(jié)該功率輸出。
[0009] 本發(fā)明已經確定在轉換過程和故障情況下對電網電壓、尤其是對零點交叉的正沿 的估計導致錯誤測量，并且因此風力渦輪機的調節(jié)由于錯誤測量而作出錯誤反應。該反應 引起風力渦輪機劇烈改變其功率饋入，也就是說在頻率過高情況下，劇烈減小，或者在頻率 過低情況下，劇烈增加(條件是已經保留了功率儲備)并且因此觸發(fā)頻率波動或使其惡化。 在極端情況下，不再將功率饋入。因此，在電網平衡中突然缺少發(fā)電。于是，所述波動必須由 常規(guī)發(fā)電站的調節(jié)性干預來補償。
[0010]在這種情況下，本發(fā)明利用了以下事實：調節(jié)不補償其自己的錯誤而是修改所測 量的變量。在這種情況下，檢測頻率隨時間的變化速率并且針對變化速率將其與有技術意 義的變化速率極限值進行比較。在超過了變化速率極限值的事件中，作為風力渦輪機的調 節(jié)器的輸入變量的、所測量的電網頻率的值被限制到相對于所測量的電網頻率而修改的頻 率值。所述經修改的頻率值可以優(yōu)選地是引起變化時或之前的值加上變化速率極限值乘以 自引起頻率變化以來的時間。如果沒有超過變化速率極限值，則所測量的電網頻率用于調 節(jié)功率輸出。
[0011] 所述方法排除了如例如由相移引起的錯誤頻率測量，并且由于避免了控制電路中 的平均值形成或積分部分，同時獲得了調節(jié)器的高動態(tài)特性。此外，錯誤測量沒有被完全忽 略并且接下來是功率饋入中的與常規(guī)發(fā)電站的已知反應相對應的適中變化;尤其，不再發(fā) 生突然斷開。
[0012] 優(yōu)選地，如果經修改的頻率值與未經修改的頻率值相比較具有更低的變化速率， 則要使用該方法；因此，變化速率受到限制，并且尤其，經修改的頻率值是使用增加值或增 加函數來計算的。因此，經修改的頻率值的偏差與之前所測量的頻率值偏差較小。變化速率 極限值和/或增加值在這種情況下可以被選擇成使其在電網的最大頻率變化速率范圍內。 所述頻率變化速率尤其在從3到15Hz/s范圍內。這種變化速率存在于常規(guī)熱力發(fā)電站的電 網聯接同步發(fā)電機中。
[0013] 可以進一步提供有待暫時受到限制的經修改的頻率值的使用。這是特別有意義 的，因為一旦已經過去一段具體的時間（假設是由于電網中的瞬變、突然過程），就沒有對電 網頻率測量的持續(xù)影響;而是，所測量的頻率實際上存在并且測量結果不再是有錯誤的。優(yōu) 選地，所述時間在從20到IOOms范圍內，特別優(yōu)選地在20-50ms范圍內。尤其，可以進一步提 供，一旦已經過去一段可預定義的時間，經修改的頻率值就平滑地返回至所測量的極限值。 術語"平滑地"在此方面被理解成是指沒有突然切換至未經修改的所測量的頻率值;反而， 經修改的頻率值例如通過斜坡函數接近未經修改的頻率值。在優(yōu)選的改進方案中提出，除 了該電網頻率以外，還測量電網中存在的電網電壓的水平，并且在該電網頻率變化在極限 值以上的同時只要不超過預定義的電壓極限值，就不修改該頻率值。在此方面，電壓極限值 可以被理解成是指電壓的水平和電壓隨時間的增加兩者。通過將電網電壓的水平與極限值 進行比較，檢測電壓的瞬變過程并且因此將電網故障與其他過程(例如，相移)區(qū)分開。頻率 測量的這種附加的擬真性控制（PlausibililiitskontroiIe)進一步提高了錯誤檢測的可靠 性。
[0014] 在優(yōu)選改進方案中提出，頻率是根據具有正梯度并且具有負梯度的電壓的零點交 叉的時間間隔確定的，并且尤其，該頻率能夠根據所有三個相的電壓特征曲線來確定。對頻 率測量的以上兩種改進措施是迄今未知的。在風力渦輪機情況下，這些措施是特別有利的， 因為由此更頻繁地并且以改進的方式測量頻率。
[0015] 對所有三個相的測量可以同樣用于擬真性檢查，其結果是單相的偏差特別強的測 量不被作為測量錯誤來考慮并且因此不被輸出。還可以對頻率測量加以發(fā)展，這樣使得在 一個相或兩個相上的信號質量差的事件中，根據信號質量足夠好的相計算所述相的頻率。 本發(fā)明還涉及一種用于執(zhí)行該方法的相應的風力渦輪機。
[0016] 以下參照附圖基于有利的實施例通過舉例方式描述了本發(fā)明。至于根據本發(fā)明 的、在正文中沒有更詳細解釋的所有細節(jié)，明確參照附圖，在附圖中：
[0017]圖1:示出了風力渦輪機并且
[0018]圖2:示出了根據本發(fā)明的轉換器調節(jié)器。
[0019]參照圖1簡要解釋了風力渦輪機的設計。風力渦輪機1的風動轉子2被設置成依靠 風旋轉。在這種情況下，風動轉子2可以通過傳動器3以機械方式連接至發(fā)電機4并且設定發(fā) 電機4的轉子6進入旋轉。發(fā)電機的定子5通過導管電纜連接至轉換器7,該轉換器進而同樣 通過塔1