专利名称：风力涡轮机的启动的制作方法
技术领域：
本文所描述的主题一般地涉及风力涡轮机，并且更具体地涉及用于快速再启动风
力涡轮机的方法和装置。
背景技术：
风力涡轮机是将风中的动能转换成机械能的机器。如果该机械能由机械直接使用，例如用来泵水或磨麦，则风力涡轮机可称为"风车"。类似地，如果机械能转换成电，则机器还称为"风力发电机"或"风力发电设备"。 风力涡轮机典型地根据叶片转动所围绕的垂直或水平轴线进行分类。 一种所谓的水平轴风力发电机示意性地显示在图1中，并且可从通用电气公司获得。用于风力涡轮机2的这种特定的构造包括塔架4，塔架4支撑着包围传动系8的外罩6。叶片IO布置在"旋转器"或轮毂9上，以便在外罩6外部的传动系8的一端形成"转子"。旋转的叶片10驱动齿轮箱12，该齿轮箱12在传动系8的另一端连接至发电机14，该传动系8与控制系统16 —起布置在外罩6内部，该控制系统16典型地包括可编程的逻辑控制器，并且可从风速计18接收输入。 叶片10产生升力并从移动的空气中捕获动量，然后将动量给予转子9。各叶片10典型地在其"根部"端处固定在轮毂9上，然后沿径向"向外""延伸"到自由的"末梢"端。叶片10的前部或"前缘"连接首先接触空气的叶片最前端的点。叶片10的后部或"后缘"是被前缘分开的气流越过叶片的吸入表面和压力表面后重新汇合的地方。"弦线"沿着典型的气流越过叶片10的方向连接叶片的前缘和后缘，并大致限定了叶片平面。
"攻角"是用来描述叶片10的弦线与代表叶片与空气之间的相对运动的矢量之间的角度的术语。"变桨"(pitching)是指使整个叶片10的攻角转入风中或从风中转出，以便控制转动速度和/或从风中吸收动力。例如"朝向顺桨"对叶片变桨使叶片10的前缘转入风中，而"朝向失速"对叶片变桨使叶片的前缘从风中转出。 对于所谓的"变桨受控"的风力涡轮机，变桨可在每次风变化时进行调节，以便使转子叶片保持在最佳角度，并对于所有风速使功率输出最大。例如，控制系统16可每秒钟对涡轮机2的功率输出进行若干次检查。当功率输出变得太高时，则控制系统16给叶片变桨机构发送信号，该信号导致叶片IO轻微地(或完全)从风中变桨出来。当风速降低时，
则将叶片io返回到风中。 共同授予的美国专利(No. 7， 126， 236)公开了"Methods andApparatus for PitchControl Power Conversion"并再现于图2中，在该图中，控制系统16 (来自图1)在控制面板112内包括一个或多个控制器，用于整体的系统监控和控制，包括变桨和速度调节、高速轴和偏航制动应用、偏航马达和泵送马达应用及故障监控。然而，在某些构造中也使用备选的分布式或集中式控制架构。 控制系统16给可变的叶片变桨驱动器或致动器114提供控制信号，以控制驱动轮毂110的叶片10(图1)的变桨。风力涡轮机2的传动系8(图1)包括连接至轮毂110的主转子轴116(也称作"低速轴")和齿轮箱12，在一些构造中，齿轮箱12利用双通道的几 何形状来驱动包围在齿轮箱内的高速轴。来自齿轮箱的相对端的高速轴被用来驱动第一发 电机120。在一些构造中，转矩通过联接器122传输。 由这些风力涡轮机2中的一个或多个风力涡轮机在风力涡轮机组或"风电场"中 产生的电通常供给电能传输网络，该电能传输网络典型地由公用事业公司运行。不同类型 的风力涡轮发电机在传输电网波动(包括涡轮机再启动)的过程中表现不同。传输系统的 操作员为此将要求风电场开发者遵循"电网编码"，该"电网编码"规定了对于互连至传输电 网的要求。电网编码典型地在诸如功率因子、频率、电压和电流等领域规定各种运行参数公 差，以及规定了在各种传输事件(诸如低电压穿越(low voltage ride through))过程中 的参数要求。 当风力发电机连接或重新连接至配电网络时会出现各种电力质量问题。例如，发 电机14可能最初作为电动机运行，以便使转子达到适当的速度。在涌入电流到达发电机14 时可导致配电网络上电压突降。即便是在发电机14以适当的速度发动之后，当涡轮机2作 为发电机连接至(或"切入")网络时和/或以低于全速运行时，在配电网络中也可发生电 压、电流、有功功率和无功功率和/或频率变化。 由于此原因，用于启动风力涡轮机2的典型过程可包括叶片在大约85度的初始 "顺桨"位置启动，并且发电机以小于60rpm的速度转动。然后，叶片变桨至大约65度的"起 转"位置至少60秒，直到发电机达到大约350rpm。在该速度附近，叶片变桨至大约4度的 "加速运转"位置大约又一个60秒，直到发电机达到大约1000rpm。在该速度下，发电机已经 达到"切入"状态，并被连接至网络，且允许控制器16控制叶片变桨，以便有效地发电。在 大约25秒内，发电机然后将达到"负载"状态，并获得其1440rpm的正常运行速度。为了保 持电网编码的要求，每次涡轮机重新连接至电网时，这种启动过程会要求风力涡轮机2在 三分钟或更长的时间内无产出。
发明内容
与此类常规的方法相关的这些及其它缺点在本文通过以多个实施例提供的一种 从风力发电机供电的方法而解决，该方法包括将供电的请求发送给配电网络的操作员；从 配电网络的操作员处接收供电的授权；以及响应于供电的授权将风力发电机连接至配电网络。
现在将参照以下附图("图.")描述本技术的各个方面，附图未必按比例绘制，但 是贯穿若干视图的每个视图，使用相同的参考数字指代相应的零件。
图1是常规风力涡轮机的示意侧视图。 图2是显示在图1中的常规风力发电机的外罩和轮毂的剖开的正视图。
图3是连接至配电网络的风力发电机的示意图。
图4是连接至配电网络的风电场的示意图。 图5是示意流程图。部件列表2 风力涡轮机4 塔架6
外罩8 传动系10 叶片12 齿轮箱14 发电机16 控制系统18
动器116 转子轴120 302 中心控制单元304
第二请求310 授权312
风速计IIO 轮毂114 发电机122 联接器300 配电网络操作员306
风电场控制器
叶片变桨致 制动器 第一请求308
具体实施例方式
在图3和图4中，每个图示的风力涡轮机2均包括用于转动齿轮箱12和发电机14 的叶片10。控制系统16将信号发送给制动器300和用于发电机14的中央控制单元302， 并从制动器300和用于发电机14的中央控制单元302接收信号。例如，中央控制单元302 可协助调节总线(未示出)上的电压，管理并控制对发电机的激励，并与控制系统16协同 工作以调节叶片io的变桨。 通过将供电的请求306发送给配电网络的操作员304，从一个或多个风力涡轮机 或风力发电机2供电。请求可由风力涡轮机控制系统16、用于多个风力涡轮机(显示在图 5中)的风电场控制器312和/或通过媒介(诸如风力涡轮机操作员和/或电能中间商、系 统管理员或调节器)自动发送。请求也可由需要来自风力涡轮机2的能量的配电网络的操 作员304发出。 例如，请求306将指示和/或警告操作员304，当风力涡轮机2连接至配电网络和 /或以其它方式入网时，可能发生电网波动。在这一点上，请求306可包括至少一个用于风 力发电机的容量参数，例如但不限于有功功率和/或无功功率的产出容量(如千瓦或千伏 安)。备选地或附加地，请求306可包括指示风力涡轮机2的当前操作状态(诸如达到切入 状态或负载状态)的一个或多个参数。例如，状态参数可指示，发电机14已经准备好连接 至配电网络，例如但不限于，发电机14以最低或其它预定的速度、功率、频率、相角、电压、 电流和/或其它条件运行。 多个请求306和/或连续的请求306也可以与重复的信息、更新的信息、历史信息 和/或关于容量、状态的预测信息和/或其它关于风力涡轮机2的信息一起发送给配电网 络的操作员304，并被配电网络的操作员304接收。例如，如在图5中所示，供电的第一请 求306与用于风力发电机的至少一个容量参数可发送给配电网络的操作员304(图3和4)。 供电的第二请求308与用于风力发电机的至少一个状态参数(诸如达到切入状态或负载状 态)也可发送给配电网络的操作员304。例如，当发电机14已经达到预定的状态(例如预 定的速度、功率、频率、相角、电压、电流和/或其它条件)时，可发送第二请求308。这样，可 通知操作员304风力涡轮机2处于允许其很快连接至配电网络的状态。
当任何请求306和308被风力涡轮机2发送，和/或被操作员304接收时，配电网 络的操作员可发送供电的授权310，并且风力涡轮机2可从配电网络的操作员处接收供电 的授权310。授权310可由配电网络和/或通过媒介(诸如风力涡轮机操作员和/或电能 中间商、系统管理员或调节器)自动发送。例如，授权310可包括连接至配电网络的即时时 间或将来时间。关于如何连接至配电网络的信息(诸如当前电网的编码要求)也可以包括 在授权中。多个授权310和/或连续的授权310也可以与重复的信息、更新的信息、历史信 息和/或关于容量、状态、电网编码的预测信息和/或关于风力涡轮机2的其它信息一起发 送给配电网络的风力涡轮机2，并被配电网络的风力涡轮机2接收。这样，可通知风力涡轮机2和/或其操作员风力涡轮机可供电而不干扰配电网络。 上述技术的各种实施例可以以硬件、软件、固件或它们的组合实施。例如，任何此 类软件或固件可存储于存储器中，并由适当的指令执行系统执行。如果以硬件实施，则可 以使用多种技术，包括具有逻辑门的离散逻辑电路，逻辑门用于依据数据信号实施逻辑功 能，具有适当的组合逻辑门的专用集成电路(ASIC)，可编程的门阵列(PGA)，现场可编程的 门阵列(FPGA)等。也可以用任何适当的介质和/或技术来传达请求306和308以及授权 310，包括有线系统和/或无线系统，诸如电报系统、电话系统、无线电系统、光学系统、因特 网及其它计算机网络和电力线通信系统。 以上讨论的图5的流程图显示了系统的可能实施方案的一般功能和操作。在这方 面，各框代表模块、节段或代码部分，其可包括一个或多个可执行的指令，用于利用各种类 型的硬件执行具体的逻辑功能。还应当注意到，在一些备选的实施方案中，在框中注明的功 能可不按在图5中注明的顺序发生。例如，在图5中顺序显示的两个框实际上可大致同时 执行，一些框可省略，或者框有时可按不同的顺序执行。 上述技术提供了超越常规方法的多种优点。例如，风力涡轮机2可在接收到授权 310之前(或之后)利用储存的能量和/或来自配电网络的能量被提升至"切入"速度。风 力涡轮机2因此在其实际需要时可更快速地连接至配电网络。如果配电网络不能从风力涡 轮机2接收能量，则涡轮机无需在需要能量之前起转或加速运转至用于切入连接至网络的 适当的速度。因此，可利用的风能供应更可能匹配能量需求。利用给网络操作员的适当的 警告和/或来自网络操作员的授权，对配电网络的干扰也可以降低到最低程度或者避免。
任何过程描述或流程图中的框应当理解为代表模块、节段或代码部分，其包括用 于用于实施过程中具体的逻辑功能或步骤的一个或多个可执行的指令，并且备选的实施方 案包括在本发明优选实施例的范围之内，在备选的实施方案中，功能可不按所显示或所讨 论的顺序执行，如本发明的领域中的技术人员将会理解的，取决于所涉及的功能，包括大致 同时执行或按相反的顺序执行。 还应当强调的是，上述实施例，尤其是任何"优选的"实施例，仅仅是为了提供对该 技术的各个方面的清晰理解而在此处进行阐述的多种实施方案的实例。本领域的技术人员 能够对许多这些实施例进行变更，而不实质上背离仅由所附权利要求的正确释意所限定的 保护范围。
权利要求
一种从风力发电机供电的方法，包括将对授权供电的请求(306)发送给配电网络；从所述配电网络的操作员接收供电的授权(310)；以及响应于来自所述配电网络的所述授权(310)将所述风力发电机连接至所述配电网络。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述请求包括用于所述风力发电机的至少一个容量参数。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，用于所述风力涡轮机的所述至少一个容量参数包括所述风力发电机的功率产出容量。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述功率产出容量包括所述风力发电机的有功功率产出容量。
5. 根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述功率产出容量包括所述风力发电机的无功功率产出容量。
6. 根据权利要求3，4或5所述的方法，其特征在于，所述功率产出容量包括所述风力发电机的有功功率产出容量。
7. 根据权利要求l-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述请求(306)包括用于所述风力发电机的至少一个状态参数。
8. 根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，发送步骤在所述风力发电机已经达到预定的运行状态时执行。
9. 根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于，请求发送步骤在风已经达到预定的运行状态时执行。
10. —种从风力发电机供电的方法，包括将对授权供电的第一请求(306)与用于所述风力发电机的至少一个容量参数发送给配电网络的操作员；将对授权供电的第二请求(308)与用于所述风力发电机的至少一个状态参数发送给所述配电网络的所述操作员；以及从所述配电网络的所述操作员处接收供电的授权(310);以及响应于所述供电的授权将所述风力发电机连接至所述配电网络。
11. 根据权利要求io所述的方法，其特征在于，所述第二请求在所述风力发电机已经达到预定的运行状态时发送。
12. 根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述容量参数选自包括所述风力发电机的有功功率容量和所述风力发电机的无功功率容量的组。
13. 根据权利要求10，11或12所述的方法，其特征在于，所述容量参数选自包括所述风力发电机的有功功率容量和所述风力发电机的无功功率容量的组。
14. 根据权利要求10， 11， 12或13所述的方法，其特征在于，所述状态参数选自包括速度、功率、频率、相角、电压、电流的组。
15. —种从风力发电机供电的方法，包括从风力发电机的操作员接收对供电授权(310)的请求；响应于所述请求将供电授权(310)发送给所述风力发电机的所述操作员；以及响应于所述授权从所述风力发电机接收能量。
全文摘要
本发明涉及风力涡轮机的启动，具体而言，本发明提供了一种从风力发电机供电的方法，包括将供电的请求(306)发送给配电网络的操作员；从配电网络的操作员处接收供电的授权(310)；以及响应于供电的授权将风力发电机连接至配电网络。
文档编号H02J3/38GK101771279SQ20091026685
公开日2010年7月7日 申请日期2009年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者A·柯希纳, W·巴顿 申请人:通用电气公司