CN119146002A - 用于操作风电场的方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于操作风电场的方法，具体地涉及用于在风电场的风电场电网中操作的方法，该风电场与公用电网电断连，例如其中已经失去与风电场控制器的通信。本公开还涉及风电场、风电场电网以及风力涡轮机。一种方法包括：当风电场与公用电网断连时，操作一个或多个第一风力涡轮机以产生具有预定电气特性的电功率，并且将具有预定电气特性的电功率输送到风电场电网；和一个或多个第二风力涡轮机检测输送到风电场电网的电功率，并且通过识别预定电气特性来确定风电场与公用电网断连。

Description

用于操作风电场的方法

技术领域

本公开涉及用于在与公用电网电断连的风电场的风电场电网中形成本地电网并且操作的方法。更具体地，本公开涉及这种风电场电网，其中，已经失去了风力涡轮机之间的通信和/或风力涡轮机与风电场控制器的通信。本公开还涉及风电场和风力涡轮机。

背景技术

现代风力涡轮机通常用于将电力供应到电力网中。这种类型的风力涡轮机大体上包括塔架和布置在塔架上的转子。典型地包括毂和多个叶片的转子在风对叶片的影响下开始旋转。所述旋转产生扭矩，该扭矩通常通过转子轴直接地(“直接驱动”或“无齿轮地”)或通过使用齿轮箱传递到发电机。这样，发电机产生可供应到电力网的电力。

风力涡轮机毂可以可旋转地联接到机舱的前部。风力涡轮机毂可连接到转子轴，并且然后转子轴可使用布置在机舱内部的框架中的一个或多个转子轴轴承可旋转地安装在机舱中。机舱是布置在风力涡轮机塔架的顶部上的壳体，该壳体可以包含并保护齿轮箱(如果存在的话)和发电机(如果没有放置在机舱外部的话)，并且取决于风力涡轮机而包含并保护另外的部件(诸如功率转换器)和辅助系统。

当风力涡轮机与电网断连时，一些相关的辅助系统(例如通信系统以及通风和温度调节系统)可保持操作，直到由辅助功率源(诸如基于电池的系统、超级电容器(诸如不间断功率源(UPS))或者柴油发电机)提供的电功率也耗尽功率为止。太阳能电池板也可用于提供辅助功率。获得辅助功率的另一种方式可包括操作风力涡轮机以产生少量的电功率，并将产生的电功率供应到一个或多个辅助系统。

本公开特别涉及处于孤岛模式、即其中风电场电网与公用设施电网断连的情况的风电场或风电场的区段，并且其中，一个或多个风力涡轮机操作成向辅助系统供应功率。这些辅助系统可为属于产生功率的风力涡轮机的系统，或者可为属于连接到相同电网的其它风力涡轮机的系统。

为了进入孤岛模式，风电场中的一个或多个风力涡轮机可构造为电网构建式(grid forming)风力涡轮机。即，当检测到与电力网断连时，这些电网构建式涡轮机可充当领导者，并且是开始以孤岛模式操作的第一批涡轮机。孤岛的剩余风力涡轮机将跟随领导的风力涡轮机，即，它们将为跟随者或非电网构建式风力涡轮机。当形成“孤岛”时，属于该孤岛的风力涡轮机将在它们之间被电连接，例如，孤岛可具有多个通电且互连的串，并且多个风力涡轮机连接到该通电的串中的每个。换句话说，形成电连接领导风力涡轮机和跟随风力涡轮机的本地电网。

非电网构建式风力涡轮机需要知道存在于它们的终端处的电网是公用电网还是本地电网。如果它们在其终端处记录的电压由公用电网提供，并且风力状况允许，则风力涡轮机将尝试启动并注入功率。然而，如果风电场处于孤岛模式，并且一个风力涡轮机提供被另一个风力涡轮机在其终端处检测到的电压，则这些风力涡轮机不应启动，因为它们可能产生的电功率不能供应到公用电网，并且可能导致过度发电，从而引起孤岛的不稳定操作。

在孤岛的形成期间或之后，风电场控制器通常与每个风力涡轮机通信，特别是与它们的风力涡轮机控制器通信，以指示这一点。由于这种通信，电网跟随式(gridfollowing)或非电网构建式风力涡轮机知道存在于它们的终端处的电网是公用电网还是本地电网。

然而，如果失去风电场控制器和一个或多个非电网构建式风力涡轮机之间的通信，则这些风力涡轮机将不能够识别存在于其终端处的是什么电网，和/或它们应以哪种模式运行。

本公开旨在使非电网构建式风力涡轮机能够在本地形成的电网的形成期间和之后辨别它们是电连接到本地形成的电网还是电连接到公用电网，即，确定存在于它们的终端处的是本地形成的电网还是公用电网。遍及本公开，术语“本地电网”和“本地形成的电网”可以互换，并且用于表示当风电场与公用电网断连时由例如一个或多个风力涡轮机形成的电网。即，独立于公用电网产生可由其它风力涡轮机接收和/或检测到的电功率。

发明内容

在本公开的一个方面，提供了一种用于操作风电场的方法，该风电场包括风电场电网和连接到风电场电网的多个风力涡轮机。该方法包括：当风电场与公用电网断连时，操作多个风力涡轮机中的一个或多个第一风力涡轮机以产生具有预定电气特性的电功率，并将具有预定电气特性的电功率输送到风电场电网。该方法还包括多个风力涡轮机中的一个或多个第二风力涡轮机检测输送到风电场电网的电功率，并通过识别预定电气特性来确定风电场与公用电网断连。

根据此方面，一个或多个第二风力涡轮机可能够通过从第一风力涡轮机接收具有预定电气特性的电功率来确定它们是否电连接到公用电网，或者本地电网是否存在于它们的终端处。

以这种方式，第二风力涡轮机可快速且可靠地识别它们在其终端处具有哪种电网，并因此而起作用。例如，如果它们检测到它们电连接到本地电网，则它们可能避免在风电场电网中注入电功率。当已经失去与风电场控制器的通信，并且例如第二风力涡轮机不知道存在于它们的终端处的是哪种电网(因为它们不能从风电场控制器接收该信息)时，该方法可能是特别有用的。

遍及本公开，公用电网可理解为电力网，该电力网包括例如一组互连的电力线和相关联的装备，用于在风电场的互连点和在其处将电能例如输送到诸如家庭、工厂和其它消费者的负荷的点之间移动电能。除了一个或多个风电场之外，不同的发电厂(例如太阳能发电厂、水力发电厂、核能发电厂等)可连接到公用电网。公用电网可为风电场外部的电力网。

遍及本公开，风电场电网可理解为风电场内的电力网，包括例如风电场的多个风力涡轮机。电功率可在风电场电网内循环。在一些示例中，诸如柴油发电机的一个或多个合适的辅助功率源可帮助为风电场电网提供动力或通电。因此，风电场电网可为风电场内部的电力网。在一些示例中，变电站可形成风电场电网的部分。

当风力涡轮机与公用电网(电气地)断连时，可以理解的是，因为断路器被打开或其它原因，风力涡轮机不向公用电网供应电功率或不从公用电网获得电功率。当一个或多个风力涡轮机与公用电网断连时，它们可能形成本地电网。例如，风电场电网的一部分可由风电场的一个或多个风力涡轮机通电，并且可形成本地电网。

在本公开的一个另外的方面，提供了一种用于确定风力涡轮机是否具有存在于其终端处的本地形成的电网的方法。该方法包括通过风力涡轮机来检测由另一个风力涡轮机发出的电信号。该方法还包括基于检测到的电信号来识别本地形成的电网存在于风力涡轮机的终端处。

因此，风力涡轮机可确定能量是由另一个风力涡轮机提供的，而不是从公用电网获得的。

在本公开的又一个另外的方面，提供了一种第一风力涡轮机。该第一风力涡轮机构造成当风电场与公用电网断连时产生具有预定电气特性的电功率，例如功率信号或电压信号，并且将具有预定电气特性的电功率输送到风电场电网，使得预定电气特性可由第二风力涡轮机识别为不同于由公用电网输送到风电场电网的电功率。

在本公开的又一个另外的方面，提供了一种第二风力涡轮机。该第二风力涡轮机构造成检测由第一风力涡轮机输送到风电场电网的具有预定电气特性的电功率，例如功率信号或电压信号，并且通过识别预定电气特性来确定风电场与公用电网断连。预定电气特性不同于由公用电网输送到风电场电网的电功率。

在本公开的一个另外的方面，提供了一种风电场。该风电场包括风电场电网。该风电场还包括一个或多个第一风力涡轮机，该一个或多个第一风力涡轮机构造成当风电场与公用电网断连时产生具有预定电气特性的电功率，并且将具有预定电气特性的电功率输送到风电场电网。该风电场还包括一个或多个第二风力涡轮机，该一个或多个第二风力涡轮机构造成检测输送到风电场电网的电功率，并通过识别预定电气特性来确定风电场与公用电网断连。

技术方案1.一种用于操作风电场(105)的方法(100)，所述风电场(105)包括风电场电网(108)和连接到所述风电场电网(108)的多个风力涡轮机(10)，所述方法包括：

当所述风电场(105)与公用电网(102)断连时，操作(110)所述多个风力涡轮机中的一个或多个第一风力涡轮机(111)以产生具有预定电气特性的电功率，并且将具有所述预定电气特性的所述电功率输送到所述风电场电网(108)；和

所述多个风力涡轮机中的一个或多个第二风力涡轮机(112)检测(120)输送到所述风电场电网(108)的所述电功率，并通过识别所述预定电气特性来确定所述风电场(105)与所述公用电网(102)断连。

技术方案2.根据技术方案1所述的方法，其中，所述第一风力涡轮机(111)是构造成使所述风电场电网(108)通电的电网构建式风力涡轮机，并且其中，所述第二风力涡轮机(112)是非电网构建式风力涡轮机。

技术方案3.根据技术方案1或技术方案2所述的方法，其中，所述一个或多个第二风力涡轮机(112)在失去与风电场控制器(109)的通信后执行所述检测和所述确定(120)。

技术方案4.根据技术方案1-3中任一项所述的方法，其中，所述预定电气特性包括纹波。

技术方案5.根据技术方案1-4中任一项所述的方法，其中，所述预定电气特性包括与所述公用电网(102)的频率不同的频率。

技术方案6.根据技术方案1-5中任一项所述的方法，其中，所述预定电气特性包括不存在于所述公用电网(102)中的非基波谐波。

技术方案7.根据技术方案1-6中任一项所述的方法，其中，所述预定电气特性包括预定电压电平。

技术方案8.根据技术方案1-7中任一项所述的方法，其中，所述预定电气特性包括预定时变电压电平。

技术方案9.根据技术方案1-8中任一项所述的方法，还包括当所述一个或多个第二风力涡轮机(112)识别所述预定电气特性时，所述一个或多个第二风力涡轮机(112)避免产生电功率。

技术方案10.一种第一风力涡轮机(111)，其中，

所述第一风力涡轮机(111)构造成当风电场(105)与公用电网(102)断连时产生具有预定电气特性的电功率，并且其中，

所述第一风力涡轮机(111)还构造成将具有所述预定电气特性的所述电功率输送到风电场电网(108)，使得所述预定电气特性能够由第二风力涡轮机(112)识别为不同于由所述公用电网(102)输送到所述风电场电网(108)的电功率。

技术方案11.根据技术方案10所述的第一风力涡轮机，其中，所述第一风力涡轮机(111)还构造成当所述第一风力涡轮机(111)连接到所述公用电网(102)时产生具有第二电气特性的电功率。

技术方案12.一种风电场(105)，包括：

风电场电网；

根据技术方案10或11所述的第一风力涡轮机(111)中的一个或多个，并且还包括

一个或多个第二风力涡轮机(112)，其构造成检测输送到所述风电场电网(108)的所述电功率，并通过识别所述预定电气特性来确定所述风电场(105)与所述公用电网(102)断连。

技术方案13.根据技术方案12所述的风电场，包括一个或多个集群(104)，其中，所述集群(104)中的每个包括构造成向一个或多个第二风力涡轮机发出电功率的第一风力涡轮机(111)。

技术方案14.根据技术方案13所述的风电场，其中，所述一个或多个集群(104)沿着串布置。

技术方案15.根据技术方案12-15中任一项所述的风电场，还包括构造成与所述第一风力涡轮机(111)和/或第二风力涡轮机(112)通信的风电场控制器(109)。

附图说明

图1图示风力涡轮机的一个示例的透视图；

图2图示图1的风力涡轮机的机舱的一个示例的简化内部视图；

图3示意性地图示风电场的示例；

图4示出操作风电场的方法的示例的流程图；和

图5示出用于确定风力涡轮机是否具有存在于其终端处的本地电网的方法的示例的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考本公开的实施例，其一个或多个示例在附图中图示。每个示例仅通过解释的方式提供，而不是作为限制。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可在本公开中做出各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分而图示或描述的特征可与另一个实施例一起使用，以产生再一个另外的实施例。因此，意图是，本公开覆盖如落入所附权利要求书的范围内的这种修改和变型及其等同体。

图1是风力涡轮机10的示例的透视图。在该示例中，风力涡轮机10为水平轴线风力涡轮机。备选地，风力涡轮机10可为竖直轴线风力涡轮机。在该示例中，风力涡轮机10包括从地面12上的支承系统14延伸的塔架15、安装在塔架15上的机舱16以及联接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转的毂20和连接到毂20并从毂20向外延伸的至少一个转子叶片22。在该示例中，转子18具有三个转子叶片22。在备选实施例中，转子18包括多于或少于三个转子叶片22。塔架15可由管状钢制造，以限定在支承系统14和机舱16之间的腔(未在图1中示出)。在备选实施例中，塔架15是具有任何合适高度的任何合适类型的塔架。根据备选方案，塔架可为包括由混凝土制成的部分和管状钢部分的混合塔架。此外，塔架可为部分格构塔架或全格构塔架。

转子叶片22围绕毂20隔开，以有利于使转子18旋转，从而使动能能够从风转变为可用的机械能，并且随后转变为电能。转子叶片22通过在多个负荷传递区域26处将叶片根部区域24联接到毂20而配合到毂20。负荷传递区域26可以具有毂负荷传递区域和叶片负荷传递区域(两者均未在图1中示出)。对转子叶片22引起的负荷经由负荷传递区域26传递到毂20。

在示例中，转子叶片22可具有从大约15米(m)到大约90米或更大变化的长度。转子叶片22可具有使风力涡轮机10能够如本文中所描述那样起作用的任何合适的长度。例如，叶片长度的非限制性示例包括20米或更小、37米、48.7米、50.2米、52.2米或大于91米的长度。当风从风向28冲击转子叶片22时，转子18围绕转子轴线30旋转。在转子叶片22被旋转并受到离心力时，转子叶片22还受到各种力和力矩。照此，转子叶片22可从中性位置或非偏转位置偏转和/或旋转到偏转位置。

此外，可通过变桨系统32改变转子叶片22的桨距角(例如,确定转子叶片22相对于风向的定向的角)，以通过调节至少一个转子叶片22相对于风矢量的角位置来控制由风力涡轮机10产生的负荷和功率。示出了转子叶片22的变桨轴线34。在风力涡轮机10的操作期间，变桨系统32可特别地改变转子叶片22的桨距角，使得转子叶片(的部分)的迎角减小，这有利于降低转子18的旋转速度和/或有利于转子18的失速。

在该示例中，每个转子叶片22的叶片变桨由风力涡轮机控制器36或变桨控制系统80单独地控制。备选地，针对所有转子叶片22的叶片变桨可由所述控制系统同时地控制。

此外，在该示例中，当风向28改变时，机舱16的偏航方向可围绕偏航轴线38旋转，以相对于风向28定位转子叶片22。

在该示例中，风力涡轮机控制器36示出为集中在机舱16内，然而，风力涡轮机控制器36可为在支承系统14上遍布风力涡轮机10的、在风电场内和/或在远程控制中心处的分布式控制系统。风力涡轮机控制器36可包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器配置成执行本文中所描述的方法的一个或多个步骤。此外，本文中所描述的许多其它部件包括一个或多个处理器。风力涡轮机控制器36还可包括存储器，例如一个或多个存储装置。如本文中所使用的，存储器可包括(多个)存储元件，包括但不限于计算机可读取介质(例如，随机存取存储器(RAM))、计算机可读取非易失性介质(例如，闪存存储器)、软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能光盘(DVD)和/或其它合适的存储元件。

图2是风力涡轮机10的部分的放大截面视图。在该示例中，风力涡轮机10包括机舱16和可旋转地联接到机舱16的转子18。更具体地，转子18的毂20通过主轴44、齿轮箱46、高速轴48和联轴器50可旋转地联接到定位在机舱16内的发电机42。在该示例中，主轴44设置成与机舱16的纵向轴线(未示出)至少部分地同轴。主轴44的旋转驱动齿轮箱46，齿轮箱46随后通过将转子18和主轴44的相对慢的旋转运动转变为高速轴48的相对快的旋转运动来驱动高速轴48。高速轴48借助于联轴器50连接到发电机42以产生电能。此外，变压器90和/或合适的电子器件、开关和/或逆变器可布置在机舱16中，以便将由发电机42产生的具有例如在400V至1000V之间的电压的电能转换成具有中压(例如10-35kV)的电能。海上风力涡轮机可具有例如在650V和3500V之间的发电机电压，并且变压器电压可例如在30kV和70kV之间。所述电能经由电力电缆从机舱16传导到塔架15中。

在一些示例中，风力涡轮机10可包括一个或多个轴传感器51。轴传感器可构造成监测作用在主轴44和/或高速轴48上的扭矩负荷以及轴44、48的旋转速度中的至少一个。在一些示例中，风力涡轮机10可包括一个或多个发电机传感器53。发电机传感器可构造成监测发电机42的旋转速度和发电机扭矩中的至少一个。轴传感器51和/或发电机传感器53可包括例如一个或多个扭矩传感器(例如，应变计或压力传感器)、光学传感器、加速度计、磁传感器、速度传感器和微惯性测量单元(MIMU)。

齿轮箱46、发电机42和变压器90可由机舱16的主支承结构框架支承，该主支承结构框架任选地实施为主框架52。齿轮箱46可包括齿轮箱壳体，齿轮箱壳体通过一个或多个扭矩臂103连接到主框架52。在该示例中，机舱16还包括前主支承轴承60和后主支承轴承62。此外，发电机42可通过分离支承装置54安装到主框架52，特别以便防止将发电机42的振动引入到主框架52中，并由此导致噪声发射源。

任选地，主框架52构造成承载由转子18和机舱16的部件的重量以及由风和旋转负荷导致的全部负荷，并且此外构造成将这些负荷引入到风力涡轮机10的塔架15中。有时将转子轴44、发电机42、齿轮箱46、高速轴48、联轴器50和任何相关联的紧固装置、支承装置和/或固定装置(包括但不限于支架52以及前支承轴承60和后支承轴承62)称为驱动系64。

在一些示例中，风力涡轮机可为没有齿轮箱46的直接驱动式风力涡轮机。在直接驱动式风力涡轮机中，发电机42以与转子18相同的旋转速度操作。因此，它们通常相比于具有齿轮箱46的风力涡轮机中使用的发电机具有大得多的直径，用于提供与具有齿轮箱的风力涡轮机类似的功率量。

机舱16还可包括偏航驱动机构56，该偏航驱动机构56可用于使机舱16围绕偏航轴线38旋转，并且由此还使转子18围绕偏航轴线38旋转，以控制转子叶片22相对于风向28的视角。

为了相对于风向28适当地定位机舱16，机舱16还可包括至少一个气象测量系统，该气象测量系统可包括风向标和风速计。气象测量系统58可向风力涡轮机控制器36提供可包括风向28和/或风速的信息。

在该示例中，变桨系统32至少部分地布置为毂20中的变桨组件66。变桨组件66包括一个或多个变桨驱动系统68和至少一个传感器70。每个变桨驱动系统68联接到相应的转子叶片22(在图1中示出)，用于沿着变桨轴线34调制转子叶片22的桨距角。在图2中示出三个变桨驱动系统68中的仅一个。

在该示例中，变桨组件66包括至少一个变桨轴承72，该至少一个变桨轴承72联接到毂20和相应的转子叶片22(在图1中示出)，用于使相应的转子叶片22围绕变桨轴线34旋转。变桨驱动系统68包括变桨驱动马达74、变桨驱动齿轮箱76和变桨驱动小齿轮78。变桨驱动马达74联接到变桨驱动齿轮箱76，使得变桨驱动马达74向变桨驱动齿轮箱76施加机械力。变桨驱动齿轮箱76联接到变桨驱动小齿轮78，使得变桨驱动小齿轮78通过变桨驱动齿轮箱76旋转。变桨轴承72联接到变桨驱动小齿轮78，使得变桨驱动小齿轮78的旋转导致变桨轴承72的旋转。

变桨驱动系统68联接到风力涡轮机控制器36，用于在接收到来自风力涡轮机控制器36的一个或多个信号时调节转子叶片22的桨距角。在该示例中，变桨驱动马达74是使得变桨组件66能够如本文中所描述的那样起作用的由电功率和/或液压系统驱动的任何合适的马达。备选地，变桨组件66可包括任何合适的结构、构造、布置和/或部件，诸如但不限于液压缸、弹簧和/或伺服机构。在某些实施例中，变桨驱动马达74由从毂20的转动惯量和/或向风力涡轮机10的部件供应能量的储存能量源(未示出)提取的能量来驱动。

变桨组件66还可包括一个或多个变桨控制系统80，用于在特定优先情形的情况下和/或在转子18超速期间，根据来自风力涡轮机控制器36的控制信号控制变桨驱动系统68。在该示例中，变桨组件66包括至少一个变桨控制系统80，该至少一个变桨控制系统80通信地联接到相应的变桨驱动系统68，用于独立于风力涡轮机控制器36来控制变桨驱动系统68。在该示例中，变桨控制系统80联接到变桨驱动系统68和传感器70。在风力涡轮机10的正常操作期间，风力涡轮机控制器36可控制变桨驱动系统68以调节转子叶片22的桨距角。

根据一个实施例，例如包括电池和电容器的功率发生器84布置在毂20处或毂20内，并且联接到传感器70、变桨控制系统80以及变桨驱动系统68，以向这些部件提供功率源。在该示例中，功率发生器84在风力涡轮机10的操作期间向变桨组件66提供持续的功率源。在一个备选实施例中，功率发生器84仅在风力涡轮机10的电功率损耗事件期间向变桨组件66提供功率。电功率损耗事件可包括电网损耗或电压跌落(dip)、风力涡轮机10的电力系统的故障和/或风力涡轮机控制器36的失效。在电功率损耗事件期间，功率发生器84操作以向变桨组件66提供电功率，使得变桨组件66可在电功率损耗事件期间操作。

在该示例中，变桨驱动系统68、传感器70、变桨控制系统80、电缆和功率发生器84各自定位在由毂20的内表面88限定的腔86中。在一个备选实施例中，所述部件相对于毂20的外表面定位，并且可直接地或间接地联接到外表面。

如本文中所使用的，术语“处理器”不限于本领域中被称为计算机的集成电路，而是广义地指代控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路，并且这些术语在本文中可互换地使用。

图3示意性地图示风电场105的示例，例如海上风电场，其中可实施方法100和方法200(稍后在本文中图示)。风电场105包括在互连点(POI)103处连接到电力网102(即，公用电网102)的多个风力涡轮机10。公用电网102和风电场母线101之间的连接可由POI 103处的开关调节。风电场的风力涡轮机10可布置成集群，例如布置成串。串104在图3中示出，但是其它类型的集群也是可能的。由每个风力涡轮机10产生的电功率可经由一个或多个集群母线106(例如，串母线)传递到风电场母线101。每个风力涡轮机10可经由一个或多个开关或断路器连接到对应的集群母线106或与对应的集群母线106断连。

风电场105可包括变电站107，该变电站107包括例如构造成将功率从风电场电压转换成公用电网电压的风电场变压器。每个集群母线106(例如，每个串母线)可经由一个或多个开关或断路器连接到风电场母线101或与风电场母线101断连。在一些示例中，开关或断路器可布置在变电站处。

对应的风力涡轮机10的发电机42由于不同的风力状况而产生可变频率的AC(交流电)功率。可提供功率转换器，用于将来自发电机42的功率输出调节到适合于公用电网102的功率输出，例如，调节到具有固定频率的AC功率。功率转换器可包括机器侧转换器、线路侧转换器和连接机器侧转换器和线路侧转换器(未示出)的DC(直流电)链路。

在一些示例中，风力涡轮机10的发电机42可为永磁体发电机，该永磁体发电机包括承载多个永磁体的发电机转子以及定子。永磁体发电机可由风力涡轮机转子18直接驱动。发电机的定子可连接到机器侧转换器，该机器侧转换器可构造成将接收到的AC电压转换成DC电压，然后将DC电压输送到DC链路。线路侧转换器可构造成将来自DC链路的DC电压转换成固定频率的AC电压。

线路侧转换器可通过主变压器连接到集群母线106。主变压器可构造成升高由功率转换器输送的电压，例如升高到33kV。在一些示例中，主变压器可安装在风力涡轮机的机舱16或塔架15内。在其它示例中，主变压器可布置在其它合适的位置处。

在图3的示例中，主变压器可构造成从公用电网102接收电功率。公用电网102可构造成在正常操作中向风电场母线101和集群母线106提供电功率。

如果失去与公用电网102的电连接，则风电场105(例如，风电场的部分)可进入并开始以所谓的孤岛模式操作。遍及本公开，术语“孤岛模式”可指代一种操作模式，其中一个或多个风力涡轮机10构造成例如当风力涡轮机不能从公用电网获得电功率时独立于公用电网102操作。以孤岛模式操作的风力涡轮机可形成本地电网。例如，这些风力涡轮机可在它们之间被电连接，因为它们中的至少一个已经使例如风电场电网的部分通电。在一些示例中，一个或多个风力涡轮机10可能不能从公用电网102接收电功率，这是由于风力涡轮机10和公用电网102之间的物理连接缺失的事实，例如因为母线或一些电缆被损坏或断裂，或者诸如电气故障等的其它原因，可能防止风力涡轮机10从公用电网102获得电功率。

在孤岛模式下，除了可从其中转子旋转以产生电功率的一个或多个风力涡轮机获得用于保持辅助系统正常运转的电功率之外，还可从辅助功率源获得用于保持辅助系统正常运转的电功率，辅助系统包括例如通信系统、温度和通风调节系统、轴承润滑系统、控制器系统和导航灯或其他系统中的一个或多个。术语“(多个)辅助功率源”也可被称为(多个)辅助能量储存装置或(多个)辅助能量储存系统。

风电场控制器109可通信地联接到风力涡轮机10的风力涡轮机控制器36，用于控制它们在孤岛模式下的操作。如果失去与风电场控制器109的通信，则可能出现向风电场电网108中注入诸如不期望的功率的问题。图3示意性地图示风电场控制器109和第二风力涡轮机112的控制器36之间的通信是如何失去的。

在本公开的一个方面，提供了一种用于操作风电场的方法100，该风电场包括风电场电网108和连接到风电场电网108的多个风力涡轮机111、112。方法100示意性地示出在图4的流程图中。该方法包括，在框110处，当风电场105与公用电网102断连时，操作多个风力涡轮机中的一个或多个第一风力涡轮机111以产生具有预定电气特性的电功率，并且将具有预定电气特性的电功率输送到风电场电网108。该方法还包括，在框120处，多个风力涡轮机中的一个或多个第二风力涡轮机112检测输送到风电场电网108的电功率，并且通过识别预定电气特性来确定风电场105与公用电网102断连。

因此，检测具有预定电气特性的电功率可意味着第二风力涡轮机112电连接到风电场电网108，并且本地电网存在于它们的输出处。而相反，检测没有预定电气特性的电功率可意味着第二风力涡轮机电连接到公用电网102，并且意味着第二风力涡轮机可从公用电网102接收电功率。因此，第二风力涡轮机112可以以简单、有效和可靠的方式区分存在于它们的终端处的是哪种电网。电功率可通过将第一风力涡轮机111与第二风力涡轮机112连接的一个或多个电缆或母线106发出。

第一风力涡轮机111可为电网构建式风力涡轮机，其构造成使风电场电网108(例如风电场电网108的部分)通电。例如，电网构建式风力涡轮机可构造成检测待形成的本地电网，例如待通电的风电场电网的部分。在一些示例中，风电场控制器109可向电网构建式风力涡轮机指示这一点。在其它示例中，一个或多个电网构建式风力涡轮机可构造成在没有风电场控制器的情况下检测到这一点。第二风力涡轮机112可为非电网构建式风力涡轮机。第二风力涡轮机可构造成遵循风电场控制器和第一风力涡轮机111的指示。

在一些示例中，如果第一风力涡轮机例如因为其被损坏而不能执行作为电网构建式风力涡轮机的领导角色，则最初被分配作为非电网构建式风力涡轮机的跟随角色的第二风力涡轮机可代替承担领导角色。即，如果认为必要的话，可提供冗余，使得一个或多个第二风力涡轮机可承担电网构建式角色。

一个或多个第二风力涡轮机112可在失去与风电场控制器109的通信之后执行检测和确定。不管一个或多个第一风力涡轮机111和/或一个或多个第二风力涡轮机112已经失去与风电场控制器109的通信，都可产生具有预定电气特性的电功率并将其输送到风电场电网。这是由于第一风力涡轮机111可能不知道一个或多个第二风力涡轮机112是否已经失去与风电场控制器的通信的事实。因此，一旦风电场已经与公用电网102断连，则可连续地产生具有预定电气特性的电功率并将其输送到风电场电网。

在一些示例中，风电场控制器109可最初向第二风力涡轮机112指示它们是否连接到公用电网102。但是，如果由于任何原因失去风电场控制器109和第二风力涡轮机112之间的通信，则第一风力涡轮机111可(间接地)承担风电场控制器的任务，使得第二风力涡轮机不向风电场电网注入电功率。

可能发生的是，一个或多个第二风力涡轮机可与风电场控制器保持通信。例如，如果风力涡轮机布置成集群104，例如布置成串，则可能发生的是，集群中的一些第二风力涡轮机可与风电场控制器通信，而集群中的一些其它第二风力涡轮机则不能。不能与风电场控制器通信的第二风力涡轮机可依赖具有预定电气特性的电功率，而在一些示例中，仍然可与风电场控制器通信的第二风力涡轮机可接收冗余信息。

电功率的特性可使得第二风力涡轮机112能够检测到它，并且不将其与其它信号混淆。在一些示例中，第二风力涡轮机112可在它们已经检测到特定时间段(例如具有高于特定阈值的持续时间)期间的电功率之后，识别本地电网存在于它们的终端处。在这些或其它示例中，第二风力涡轮机可在它们已经检测到一定数量的预定特性(例如，已经检测到两次、三次或更多次预定特性)之后识别本地电网存在于其终端处。在其它示例中，单次检测可能就足够。

预定电气特性可包括纹波。例如，电功率可具有高幅值和/或高频率，使得它可区别于第二风力涡轮机可从公用电网接收的其它电功率。例如，电功率的信号可具有与公用电网102的频率不同的频率。在一些示例中，预定电气特性可包括不存在于公用电网中的非基波谐波。在此方面，可以以特定方式调制由第一风力涡轮机发出的电功率信号，使得它可被第二风力涡轮机认识到。

预定电气特性可以包括电压，即，电功率信号可为电压信号。由于孤岛的频率和电压应为受控的，发出电压信号可能是容易的。如上文所指示的，电功率(例如电压信号)的幅值和/或频率可被修改，例如被调制。在一些示例中，预定电气特性可包括预定电压电平或预定时变电压电平。

预定电气特性可为第一风力涡轮机111和第二风力涡轮机112预先知道的特定电气特性，例如电子签名。例如，第一风力涡轮机和第二风力涡轮机可构造成在第一风力涡轮机和第二风力涡轮机第一次开始其操作之前分别发出和接收/识别具有这种预定特性的电功率，例如，它们可在调试期间或者甚至之前(例如在工厂中)构造。

如先前所提及的，一个或多个第一风力涡轮机和一个或多个第二风力涡轮机可布置成一个或多个集群104，例如布置成一个或多个串。每个集群(例如每个串)的每个风力涡轮机可通过一个或多个电缆106连接。在一些示例中，这种电缆可被称为集群母线、阵列电缆或近海电缆。在一些示例中，每个集群104的第一风力涡轮机111可产生和输送待由该集群104的一个或多个第二风力涡轮机112检测的电功率。

例如，每个集群104可包括一个第一风力涡轮机111，该第一风力涡轮机111构造成产生电功率并将其输送到风电场电网，使得例如如果失去与风电场控制器109的通信，则对应集群的其它风力涡轮机112可检测到该电功率。在其它示例中，并不是所有的集群都需要第一风力涡轮机。

该方法还可包括当一个或多个第二风力涡轮机识别预定电气特性时，该一个或多个第二风力涡轮机避免产生功率。即，在这种情况下，一个或多个第二风力涡轮机可能不产生功率。由于第二风力涡轮机正确地识别公用电网102尚未恢复，因此它们不会以功率产生模式意外地开始。

在本公开的另一个方面，公开了第一风力涡轮机111和第二风力涡轮机112，它们构造成适当地执行本文中所公开的方法100、200的一个或多个步骤，并且大体上如本文中所描述的那样操作。第一风力涡轮机111构造成当风电场105与公用电网102断连时产生具有预定电气特性的电功率，并且将具有预定电气特性的电功率输送到风电场电网108，使得预定电气特性可由第二风力涡轮机识别为不同于由公用电网102输送到风电场电网108的电功率。

当第一风力涡轮机111连接到公用电网时，第一风力涡轮机111还可构造成产生具有第二电气特性的电功率。例如，第一风力涡轮机可不将纹波引入其在风力涡轮机的正常操作期间产生的功率信号中。

同样，第二风力涡轮机112构造成检测由第一风力涡轮机111输送到风电场电网108的具有预定电气特性的电功率，并且通过识别预定电气特性来确定风电场105与公用电网102断连。第一风力涡轮机111和第二风力涡轮机112可包括控制系统36，该控制系统36构造成执行本文中所描述的方法的步骤。具有预定电气特性的电功率不同于由公用电网输送到风电场电网的电功率。

以这种方式，第二风力涡轮机112可识别能量是由公用电网102提供还是由第一风力涡轮机111提供，例如，如果失去与风电场控制器109的通信。

在一些示例中，第一风力涡轮机111和第二风力涡轮机112可为陆上风力涡轮机，而在其它示例中，它们可为海上风力涡轮机。

在本公开的一个另外的方面，提供了风电场105。风电场105包括风电场电网108。风电场还包括一个或多个第一风力涡轮机111，该一个或多个第一风力涡轮机111构造成当风电场与公用电网102断连时产生具有预定电气特性的电功率，并且将具有预定电气特性的电功率输送到风电场电网108。风电场还包括一个或多个第二风力涡轮机112，该一个或多个第二风力涡轮机112构造成检测输送到风电场电网108的电功率，并且通过识别预定电气特性来确定风电场与公用电网102断连。

一个或多个第一风力涡轮机111可构造成在它们检测到它们的风电场105与公用电网102断连时以连续的方式产生具有预定电气特性的电功率。可以产生具有预定电气特性的电功率，直到重新获得与公用电网102的连接为止。

一个或多个第二风力涡轮机112可构造成当它们检测到本地电网存在于它们的终端处时不产生功率。

第一风力涡轮机111可为电网构建式风力涡轮机，并且第二风力涡轮机112可为非电网构建式风力涡轮机。

在一些示例中，风电场105可为陆上风电场，而在其它示例中，风电场可为海上风电场。

风电场105可包括一个或多个集群104，并且该集群中的每个可包括构造成向一个或多个第二风力涡轮机112发出电功率的第一风力涡轮机111。一个或多个集群104可沿着串布置。

风电场105还可包括风电场控制器109，该风电场控制器109构造成与第一风力涡轮机111和/或第二风力涡轮机112通信。

关于方法100的先前解释可组合并应用于此方面，并且反之亦然。

在本公开的一个另外的方面，提供了一种方法200，该方法200用于任选地当失去与风电场控制器109的通信时，确定风力涡轮机112是否具有存在于其终端处的本地形成的电网。方法200在图5的流程图中示出。关于方法100的方面和解释可组合并应用于方法200，并且反之亦然。该方法包括通过风力涡轮机检测由另一个风力涡轮机发出的电信号。

该方法包括，在框210处，通过风力涡轮机112检测由另一个风力涡轮机111发出的电信号。该方法包括，在框220处，基于检测到的电信号，识别本地形成的电网存在于风力涡轮机的终端处。

例如，与公用电网102电断连的风电场电网108可包括一个或多个第一风力涡轮机111和一个或多个第二风力涡轮机112。第一风力涡轮机111可发出电信号，并且一个或多个第二风力涡轮机112可检测电信号并识别本地电网存在于它们的终端处。

电信号可通过将两个风力涡轮机111、112连接的电缆或母线106来检测。两个风力涡轮机可属于风力涡轮机的相同集群104，例如属于风力涡轮机的相同串。

电信号可为具有与当风力涡轮机连接到公用电网时公用电网102提供的其它电信号不同的幅值和/或频率的信号。电信号可为调制信号，例如调制电压信号。

当在风力涡轮机的终端处识别到本地形成的电网时，该风力涡轮机可避免操作(产生电功率)。

当识别到本地形成的电网时，风力涡轮机可仅产生无功功率。

例如，在该方法的至少持续时间期间，风力涡轮机可不接收来自风电场控制器109的控制信号。

此书面描述使用包括优选实施例的示例来公开教导，并且还使本领域的任何技术人员能够将实践该教导，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。可专利范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这种其它示例具有与权利要求书的字面语言没有差异的结构要件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言没有实质性差异的等同结构要件，则这种其它示例意图处于权利要求书的范围内。本领域普通技术人员可混合和匹配来自所描述的各种实施例的方面以及每个这种方面的其它已知等同体，以根据本申请的原理构建附加的实施例和技术。如果与附图相关的参考标记被放置在权利要求书中的括号中，则它们仅仅是为了试图增加权利要求书的可理解性，而不应被解释为限制权利要求书的范围。

Claims (10)

1.一种用于操作风电场(105)的方法(100)，所述风电场(105)包括风电场电网(108)和连接到所述风电场电网(108)的多个风力涡轮机(10)，所述方法包括：

当所述风电场(105)与公用电网(102)断连时，操作(110)所述多个风力涡轮机中的一个或多个第一风力涡轮机(111)以产生具有预定电气特性的电功率，并且将具有所述预定电气特性的所述电功率输送到所述风电场电网(108)；和

所述多个风力涡轮机中的一个或多个第二风力涡轮机(112)检测(120)输送到所述风电场电网(108)的所述电功率，并通过识别所述预定电气特性来确定所述风电场(105)与所述公用电网(102)断连。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一风力涡轮机(111)是构造成使所述风电场电网(108)通电的电网构建式风力涡轮机，并且其中，所述第二风力涡轮机(112)是非电网构建式风力涡轮机。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述一个或多个第二风力涡轮机(112)在失去与风电场控制器(109)的通信后执行所述检测和所述确定(120)。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述预定电气特性包括纹波。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述预定电气特性包括与所述公用电网(102)的频率不同的频率。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述预定电气特性包括不存在于所述公用电网(102)中的非基波谐波。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述预定电气特性包括预定电压电平。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，所述预定电气特性包括预定时变电压电平。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，还包括当所述一个或多个第二风力涡轮机(112)识别所述预定电气特性时，所述一个或多个第二风力涡轮机(112)避免产生电功率。

10.一种第一风力涡轮机(111)，其中，

所述第一风力涡轮机(111)构造成当风电场(105)与公用电网(102)断连时产生具有预定电气特性的电功率，并且其中，

所述第一风力涡轮机(111)还构造成将具有所述预定电气特性的所述电功率输送到风电场电网(108)，使得所述预定电气特性能够由第二风力涡轮机(112)识别为不同于由所述公用电网(102)输送到所述风电场电网(108)的电功率。