RS55282B1 - Vetrogeneratorski sistem i postupak upravljanja vetrogeneratorskim sistemom - Google Patents

Description

[0001] Predmetni pronalazak se odnosi na postupak za kontrolu vetrogeneratora i odgovarajući vetrogenerator.

[0002] Vetrogeneratori su dobro poznati i koriste se za oduzimanje kinetičke energije od vetra i njeno pretvaranje u električnu energiju za napajanje električne mreže. U tom smislu, vetrogeneratori danas obavljaju i zadatak podrške električne mreže koju snabdevaju.

[0003] Tako, na primer, Nemačka patentna prijava DE 100 22 974 A1 od 2000. godine (Datum objavljivanja 22.11.2001.) opisuje frekventno-zavisnu regulaciju snage. U skladu s tim, predloženo je da se sa povećanjem frekvencije mreže, snaga kojom vetrogenerator snabdeva mrežu smanji, čim frekvencija mreže premaši određenu graničnu vrednost.

[0004] Ovo uzima u obzir situaciju kada u mreži postoji višak snabdevanja energijom, koji dovodi do povećanja frekvencije, usled što zbog ponašanja velikih elektrana što je u stvari predmet pronalaska u skladu sa gore pomenutom patentnom prijavom DE 100 22 974 A1.

[0005] U slučaju nedovoljnog snabdevanja energijom ili povećane potražnje za energijom u mreži će se javiti pad frekvencije na koji bi bilo idealno odgovoriti povećanjem snage koja se dovodi u mrežu. Povećanje snage koja se isporučuje je teško postići pomoću vetrogeneratora pošto vetrogenerator optimalno mreži već isporučuje maksimalnu snagu koja se iz energije vetra može dobiti. Da bi se ipak postiglo barem kratkoročno povećanje snage, predloženo je npr. u skladu sa Nemačkom patentnom prijavom DE 10 2009 014 012 A1 da se izvrši kratkoročno povećanje snage korišćenjem rotacione energije sačuvane u momentu inercije sistema rotor generator. Takav postupak, međutim, zavisi od energije rotacije uskladištene u sistemu rotor generator.

[0006] Kao prethodno stanje tehnike navodimo sledeće publikacije: DE 103 41 504 A1, US 2003/ 185665 A1, WO 2011/000531 A2 i WO 2005/025026 A1.

[0007] Prema tome, predmetni pronalazak ima za cilj da eliminiše ili ublaži bar jedan od gore navedenih problema. Pronalazak naročito nastoji da obezbedi rešenje koje nudi napredniju mogućnost za podršku mreže. Pronalazak nastoji da predloži barem alternativno rešenje.

[0008] U skladu sa ovim pronalaskom predložen je postupak prema zahtevu 1.

[0009] Prema tome, predložen je postupak za kontrolisanje vetrogeneratora koji je priključen na električnu mrežu i koji ima vetrogenerator sa aerodinamičkim rotorom sa podesivom brzinom rotacije. Aerodinamički rotor treba razlikovati od elektrodinamičkog rotora koji je deo generatora. Generator a samim tim i vetroturbina u celini, su sa podesivom brzinom rotacije. Prema tome brzina nije striktno povezana sa frekvencijom elektromreže, koja se u tekstu može nazivati i električna mreža, već može biti podešena nezavisno od nje.

[0010] Takva turbina može i obično radi u optimalnoj radnoj taČki koja se zasniva na preovlađujućim uslovima vetra. Preovladujući uslovi vetra se odnose posebno na preovladujuću brzinu vetra, koja se zbog jednostavnosti smatra jedinom karakteristikom preovlađujućih uslova vetra. U stvarnosti bi trebalo da budu razmotreni i drugi uslovi, kao što su naleti vetra ili gustina vazduha koji su ovde zbog jednostavnosti zanemareni. Tako se, u principu, optimalna radna tačka može povezati sa bilo kojom brzinom vetra. U tom smislu, optimalna radna tačka se koristi da označi radnu tacku u kojoj vetrogenerator isporučuje najveću moguću količinu energije koju može dobiti od vetra i napaja električnu mrežu, pri čemu se istovremeno uzimaju u obzir granični uslovi kao što su stabilnost radne tačke i opterećenje sistema a naročito se uzima u obzir pojava habanja na instalaciji. Takvu optimalnu radnu tačku posebno karakterišu - što je dovoljno za opis - odgovarajuća optimalna brzina i optimalna snaga. U tom smislu izlazna snaga se ovde odnosi na onu snagu kojom se snabdeva električna mreža. Snaga koju generator isporučuje u ovom slučaju može biti veća npr. zbog toga Što su odbijeni gubici.

[0011] lako za svaku brzinu vetra za određeni objekat postoji takva optimalna radna tačka sa optimalnom brzinom rotacije, prema ovom pronalasku je predloženo da u prelaznom periodu vetrogenerator radi na neoptimalnoj radnoj tački, pri čemu je brzina rotacije u ovoj neoptimalnoj radnoj tački, odnosno ne-optimalna brzina veća od optimalne brzine rotacije u optimalnoj radnoj tački za preovladujuću brzinu vetra.

[0012] Takav način rada sa većom brzinom rotacije se predlaže naročito onda kada se očekuje ili je velika verovatnoća je da će vetrogenerator isporučivati dodatnu aktivnu snagu u mrežu, odnosno, dodatnu aktivnu snagu, koja prevazilazi stvarnu aktivnu snagu koja bi trenutno na osnovu preovladavajućih uslova vetra, a naročito brzine vetra mogla biti isporučena u mrežu. Naime, u tom slučaju vetrogenerator radi sa većom brzinom rotacije naročito u tom prelaznom periodu, pri čemu se višak kinetičke energije akumulira u aerodinamičkom rotoru i u elektrodinamičkom rotoru generatora. Prelazni period u principu može trajati na primer 10-30 sekundi, 2-10 minuta ili 1-5 sati ili 1-5 dana. U tom slučaju u zavisnosti od konkretne situacije treba doneti odluku koliko je opravdan rad u ne-optimalnoj radnoj tački za odgovarajuću dužinu prelaznog perioda. U principu, vetrogenerator može permanentno da se koristi i u ne optimalnoj radnoj tački sa povećanom brzinom rotacije. Međutim ovo može štetno da utiče na vetrogenerator, tako da bi takav permanentan rad u neoptimalnoj radnoj tački bio disproporcionalan. Ipak, ovo je tehnički izvodljivo.

[0013] U principu, moguće je da vetrogenerator radi pri brzini rotacije koja je veća od optimalne brzine bez da snaga isporučena električnoj mreži bude smanjena u odnosu na onu u optimalnoj radnoj tački. Međutim ova neoptimalna radna tačka može biti nepovoljna zbog toga što povećana brzina rotacije dovodi npr. do većeg habanja. Osim toga, povećana brzina aerodinamički može biti tako nepovoljna, da je radna tačka manje stabilna od optimalne radne tačke. To eventualno može zahtevati komplikovaniju regulaciju i povećanu upotrebu kontrolnih elemenata za npr. podešavanje obrtnog momenta ili ugla rotora, što takode može da poveća habanje.

[0014] Poželjno je da se koristi vetrogenerator bez zupčastog prenosnika. Takav vetrogenerator bez zupčastog prenosnika ima jako veliki moment inercije rotora generatora, koji korisno može biti upotrebljen za akumuliranje kinetičke energije. Prema tome, sa povećanjem broja obrtaja se može akumulirati više kinetičke energije. Treba naglasiti da je kinetička energija koja se akumulira u takvom obrtnom elementu proporcionalna kvadratu brzine rotacije. Moment inercije sa kojim je proporcionalna akumulirana energija, se u slučaju homogenog čvrstog cilindra, je srazmeran prečniku na četvrti stepen. Tako vrsti cilindar sa prečnikom od dva metra, u odnosu na čvrsti cilindar od istog materijala, iste dužine, sa prečnikom od jednog metra, ima 16x veći moment inercije. Ovo pokazuje da vetrogenerator bez zupčastog prenosnika može da akumulira dosta kinetičke energije i da se količina akumulirane kinetičke energije disproporcionalno može povećati sa povećanjem brzine rotacije.

[0015] Prema ovom pronalasku je predloženo da se prva radna karakteristika sačuva u opsegu delimičnog opterećenja za podešavanje odgovarajuće optimalne radne tačke u vetrogeneratoru. Sa ovom radnom karakteristikom vetrogenerator može da podesi odgovarajuću optimalnu radnu tačku. Za tu svrhu, kriva radne karakteristike može biti sačuvana kao kriva karakteristike brzina - snaga. Implementacija se može izvesti merenjem brzine rotacije i podešavanjem odgovarajuće snage na osnovu radne karakteristike. Ako se na primer više snage može dobiti od vetra, povećava se brzina rotacije i podešava se odgovarajuća nova vrednost snage u skladu sa ovom radnom karakteristikom. Snaga se može podešavati podešavanjem obrtnog momenta generatora. Podešavanje obrtnog momenta zavisi od tipa postrojenja. Ako se na primer koristi sinhroni generator sa DC pobudom rotora, onda se obrtni moment podešava pomoću odgovarajuće jednosmerne struje podešavanjem pobude.

[0016] Takva optimalna radna karakteristika je u suštini kombinacija niza optimalnih radnih tačaka koje su optimalne za preovlađujuće uslove vetra, a posebno za preovladujuću brzinu vetra. Shodno tome u ovoj prijavi se pod optimalnom radnom tačkom podrazumeva radna tačka za preovlađujuće uslove vetra ili brzinu vetra - što se analogno primenjuje i na neoptimalnu radnu tačku. Optimalna radna tačka, dakle, nije jedna apsolutna radna tačka vetrogeneratora za bilo koje uslove, već samo jedna od mnogih za odgovarajuće preovlađujuće uslove vetra.

[0017] Takva radna karakteristika se posebno čuva stored za rad u režimu delimičnog opterećenja. U režimu delimičnog opterećenja, vetrogeneratora sa promenljivim brojem obrtaja, koji je ovde predstavljen, ugao lopatice rotora, ukoliko se može podešavati, u ovom režimu delimičnog opterećenja se obično drži konstantnim, nezavisno od uslova vetra, odnosno od brzine vetra. Podešavanje odgovarajuće validne radne tačke, odnosno, snage i brzine se vrši samo onako kako je gore opisano. Za podešavanje povećane brzine u prelaznom periodu u režimu delimičnog opterećenja, predloženo je da se režim rada, umesto na prvoj, zasniva na drugoj optimalnoj radnoj karakteristici. Na osnovu ove neoptimalne radne karakteristike se podešava veća brzina rotacije, po mogućnosti sa istom snagom kao u odgovarajućoj optimalnoj radnoj tački. Ova druga radna karakteristika je stoga niz većeg broja ne-optimalnih radnih tačaka, od kojih je u svakoj brzina rotacije veća nego u odgovarajućoj optimalnoj radnoj tački. Implementacija rada vetrogeneratora sa povećanim brojem obrtaja se može izvesti na jednostavan način u režimu delimičnog opterećenja čuvanjem odgovarajuće druge radne karakteristike.

[0018] Osim toga, prema sledećoj varijanti realizacije je predloženo da se sa smanjenjem brzine vetra pri prelazu iz režima punog opterećenja na režim delimičnog opterećenja, posebno za unapred određen raspon brzine vetra, smanji snaga pri čemu se brzina rotacije održava konstantnom. Režim rada sa punim opterećenjem je onaj u kojem je brzina vetra dostigla vrednost nominalne brzine vetra, a vetrogenerator u optimalnom slučaju radi sa nominalnom snagom i nominalnom brzinom rotacije. U slučaju daljeg povećanja brzine menja se i ugao lopatica rotora, takozvano zakretanje ugla lopatica -pitch angle,kako bi se pogoršala aerodinamika rotora u cilju smanjenja energije vetra, da se spreči dalje povećanje brzine rotacije. Ako se brzina vetra ponovo smanji, tako da vetrogenerator iz režima punog opterećenja ponovo prelazi u režim delimičnog opterećenja, predloženo je da se u početku smanji samo snaga, dok brzina rotacije još nije smanjena ili je smanjena u manjoj meri nego što je to uobičajeno. Inicijalno smanjenje brzine ne znači da se ona smanjuje samo kada brzina vetra opadne za neku unapred određenu vrednost ispod nominalne brzine vetra. Inicijalno smanjenje brzine rotacije ne podrazumeva smanjenje u smislu vremena.

[0019] U jednoj realizaciji, takođe je predloženo da u režimu rada sa punim opterećenjem u prelaznom periodu vetrogenerator radi sa brzinom rotacije koja je veća od nominalne brzine. Takav način rada sa povećanom brzinom može da utiče na vek trajanja vetrogeneratora, zbog čega treba da traje što kraće. Prelazni period prema tome treba da je što kraći, kao na primer 10 minuta ili samo 1 minut.

[0020] Ovo je povoljno kada vetrogenerator ima jednu ili više lopatica rotora sa podesivim uglom lopatica rotora i kada se uglovi lopatice rotora u neoptimalnoj radnoj tački respektivno menjaju u uglove lopatice rotora u optimalnoj radnoj tački. Upotreba vetrogeneratora sa jednom ili više lopatica sa podesivim uglom lopatica rotora takođe u tom smislu opisuje i tip takvog postrojenja. Izraz podešavanje ugla lopatica rotora podrazumeva aktivno, determinisano podešavanje ugla lopatica rotora. Drugim recima, ovo se odnosi na podešavanje ugla lopatica rotora pomoću motora ili nekog drugog aktuatora. Poželjno je da turbina ima horizontalnu ili suštinski horizontalnu osovinu rotora. Izraz horizontalna osa rotora se takođe koristi da označi, odnosno da podrzumeva tzv. horizontalnu osu turbine. Ovaj izraz takođe uključuje i osu rotora sa blagim nagibom u odnosu na horizontalu od nekoliko stepeni, kao što je npr. oko 5°ili 10".

[0021] Podešavanje veće brzine rotacije u odnosu na optimalnu brzinu se tako vrši pomoću ili uz pomoć odgovarajućeg podešavanja ugla lopatica rotora. Tako, se ne-optimalna radna karakteristika pri radu sa delimičnim opterećenjem može zasnivati na drugačijem uglu lopatice rotora u odnosu na onaj za optimalnu radnu karakteristiku. Takođe odstupanjem od poznate i takođe čuvane optimalne radne karakteristike pri radu sa delimičnim opterećenjem može biti izabrana regulacija za ne-optimalnu radnu karakteristiku pri čemu se ugao lopatice rotora ne smatra konstantnim.

[0022] Poželjno, režim rada u optimalnoj radnoj tački se prebacivanje u režim rada u ne-optimalnoj radnoj tački. Ovo se predlaže naročito u slučaju kada se očekuje da bi mogla biti potrebna povećana kinetička energija. Ova promena može biti izazvana prijemom signalnog upozorenja ili signala za promenu. Takvo signalno upozorenje ili signal za promenu mogu biti upućeni od strane spoljnog mrežnog operatera. Mrežni operater može, na primer, poslati takav signal ako uoči potrebu za podršku električnoj mreži. Tako su na primer poznati posebni slučajevi koji mogu dovesti do kritičnog stanja mreže, ili mogu ukazati na kritično stanje mreže. Na primer, privremeni prekid dalekovoda električne mreže, na primer, zbog popravke ili drugih razloga, može dovesti električnu mrežu u kritično stanje. U ovom slučaju, mrežni operater može poslati ovo upozorenje ili signal za promenu vetrogeneratoru ili vetroparku sa više vetrogeneratora.

[0023] Poželjno, predloženo je da se, ukoliko vetrogenerator radi u neoptimalnoj radnoj tački, od vetrogeneratora uzima kinetička energija, i da se ta energija koristi za privremeno napajanje električne mreže sa viškom aktivne snage nego što vetrogenerator trenutno može dobiti od vetra, na osnovu preovlađujućeg stanja vetra. Tako se kinetička energija koju je vetrogenerator akumulirao pri radu sa povećanom brzinom rotacije koristi za podršku električne mreže.

[0024] Poželjno, predloženo je za tu svrhu da se ova kinetička energija oduzima od vetrogeneratora tako da se brzina rotacije vetrogeneratora smanjuje od ne-optimalne brzine rotacije do optimalne brzine rotacije, zbog oduzimanja kinetičke energije od vetrogeneratora, za napajanje električne mreže dodatnom aktivnom snagom. Poželjno, brzina rotacije se smanjuje i više od optimalne brzine rotacije. Tako, sa dodatnom akumuliranom kinetičkom energijom, dodatna aktivna snaga može inicijalno biti isporučena u mrežu za podršku i to veća od one koja se od vetra trenutno dobija.

[0025] Poželjno, ne-optimalna brzina rotacije je za oko 0.5 do 1.5 obrta/min veća od optimalne brzine rotacije. Još poželjnije, ona je oko 1 obrt/min veća od optimalne brzine. Stoga, značajno povećanje brzine i posledično, značajno povećanje kinetičke energije mogu biti predloženi bez rada vetrogeneratora u nepovoljnoj radnoj tački, a naročito bez prekomernog habanja i bez prevelikog rizika u pogledu stabilnosti vetrogeneratora.

[0026] Opisani pronalazak se tako odnosi na postupak za kontrolu vetrogeneratora. Ovde takav metod za kontrolu obuhvata kontrolu u opštem smislu, koja u suštini može biti sa povratnom spregom tako da se formira sistem zatvorene petlje ili može biti bez povratne sprege. Drugim recima, regulacija je kontrola sa sistemom zatvorene petlje i na taj način uključuje kontroler. Termin kontrola se koristi kao uopšteni termin.

[0027] Prema ovom pronalasku takođe je predložen vetrogenerator sa električnim generatorom i aerodinamičkim rotorom sa promenljivom brzinom, koji je opremljen uređajem za upravljanje prema metodi iz ovog pronalaska. U tom slučaju je poželjno da se koristi vetrogenerator bez zupčastog prenosnika.

[0028] U jednoj varijanti, predloženo je da je turbina FACTS-sposobna. Termin FACTS je skraćenica za "fleksibilni sistem prenosa naizmenične struje", a takođe na nemačkom jeziku je uobičajena za eksperta. Pod ovim se u elektroprivredi, podrazumeva sistem kontrole koji se koristi u sistemima napajanja sa ciljanom kontrolom protoka snage. Posebno, takav sistem može selektivno da isporučuje aktivnu snagu i/ili reaktivnu snagu. Osim toga, takvo snabdevanje se može odvijati kao funkcija merenja u mreži, u cilju direktnog odgovora, npr. na promene frekvencije. Tako je predložen vetrogenerator, koji se može pogodno koristiti za podršku mreži. Mogućnost da se obezbedi povećana brzina u periodu prelaza, stvara mogućnost da se obezbedi veća energija u obliku kinetičke energije u cilju podrške mreže. Na ovaj način, takav sistem za pružanje podrške mreži može da obezbedi dodatnu aktivnu snagu za podršku i snabdevanje električne mreže kada je to potrebno.

[0029] Poželjno je da turbina ima najmanje jedan konvertor, koji ispravlja struju koju proizvede generator i pretvara je ponovo u naizmeničnu za njenu isporuku u električnu mrežu prilagođavajući je tako frekvenciji, naponu i fazi električne mreže. Vetrogenerator sa jednim ili više takvih konvertora, u kojem ukupna proizvedena električna energija, osim gubitaka, prolazi kroz jedan ili više konvertora se naziva kompletan kovertorski sistem (eng. „full-converter system").

[0030] Prema ovom pronalasku takođe je predložen vetropark sa najmanje dva vetroenergetska sistema sa metodom kontrole prema ovom pronalasku. Vetropark je grupacija većeg broja povezanih vetroenergetskih sistema, koji naročito imaju, jednu ili više zajedničkih priključnih tačaka za isporučivanje električne energije u električnu mrežu. Prednosti opisane u vezi sa metodom iz ovog pronalaska i vetrogeneratorom iz pronalaska mogu biti objedinjene u ovom vetroparku, u cilju obezbeđivanja značajne rezervne snage.

[0031] Pronalazak je opisan pomoću primera realizacije sa pozivom na prateće crteže.

SI. 1 prikazuje horizontalnu osu vetroturbine.

SI. 2 prikazuje dijagram sa dve Karakteristike brzine rotacije.

SI. 3 prikazuje tri dijagrama zavisnosti od brzine vetra.

[0032] Slika 1 prikazuje vetrogenerator sa horizontalnom osom, kakav je u osnovi poznat iz dosadašnjeg stanja tehnike. Prema ovom pronatasku ovaj verogenerator sa horizontalnom osom sa SI. 1 je opremljen u skladu sa metodom, odnosno metodom operativnog upravljanja radom u skladu sa ovim pronalaskom.

[0033] Slika 2 šematski prikazuje dve radne karakteristike, odnosno dve karakteristike brzina - snaga. U ovom dijagramu, optimalna radna karakteristika 1 je prikazana punom linijom, a ne-optimalna radna linija 2 isprekidanom linijom. Obe radne karakteristike 1 i 2 predstavljaju samo šematski prikaz, koji se može razlikovati od stvarnog oblika. Konkretno, pravi tok se može razlikovati od pojednostavljenog ravnog prikaza. Ovaj prikaz u suštini ima za cilj da ilustruje odnos između optimalne radne karakteristike 1 i ne-optimalne radne karakteristike 2. Uzgred, ovo se odnosi i na dijagrame na SI. 3 koji takođe mogu biti znatno pojednostavljen u odnosu na stvarni oblik.

[0034] Iz dijagrama na SI. 2. se vidi da za istu snagu P, ne-optimalna radna karakteristika 2 u svim slučajevima ima veću brzinu rotacije n, u odnosu na optimalnu radnu karakteristiku 1. Povećanje brzine rotacije u odnosu na odgovarajuću optimalnu brzinu rotacije se stoga može postići upotrebom ne-optimalne radne karakteristike 2 umesto optimalne radne karakteristike 1.

[0035] Obe radne karakteristike 1 i 2 se susreću u nominalnoj tački 4, u kojoj vetrogenerator radi pri nominalnoj brzini nNi nominalnoj snazi PN. Ova nominalna tačka ili nominalna radna tačka 4 se može postići nakon postizanja nominatne brzine vetra. Ni snaga P ni broj obrtaja n nebi trebalo da budu više povećani kako bi se izbeglo preopterećenje sistema. Međutim, makar na kratko vreme, ipak se može relativno lako, povećati brzina rotacije n. Ovo je ilustrovano alternativnim karakterističnim delom 6, koji je ucrtan isprekidanom linijom.

[0036] SI. 3 prikazuje tri dijagrama za objašnjenje rada vetrogeneratora. Svaki od tri dijagrama prikazuje jedan radni parametar u funkciji od brzine vetra Vw, naime, izlaznu snagu P na dijagramu A, brzinu rotacije n verogeneratora, odnosno aerodinamičkog rotora na dijagramu B i ugao lopatica rotora a na dijagramu C. Dijagrami imaju istu apscisu, na kojoj je ucrtana brzina vetra.

[0037] Dijagram A prikazuje karakterističnu krivu snage P u zavisnosti od brzine vetra Vw. Proizvodnja energije počinje pri graničnoj brzini vetra V^. Snaga P raste do nominalne snage P„ pri nominalnoj brzini vetra VWejn. Ova zona je takođe poznata kao zona delimičnog opterećenja. Od nominalne brzine vetra VWNdo maksimalne brzine vetra VWmax izlazna snaga P ostaje konstantna i elektrogenerator isporučuje nominalnu snagu P. Od maksimalne brzine vetra V*™«, snaga P se smanjuje zbog zaštite sistema sa daljim povećanjem brzine vetra Vw. Sa povećanjem brzine rotacije prema ovom pronalasku, snaga, barem prema jednom primeru izvođenja, ostaje u suštini nepromenjena i u tom smislu dijagram A prikazuje samo karakterističnu krivu za snagu P, koja se primenjuje za upotrebu optimalnih radnih tačaka kao i ne-optimalnih radnih tačaka. Međutim, prema jednoj varijanti, snaga odgovarajuće optimalne radne tačke, može da se razlikuje od odgovarajuće ne-optimalne radne tačke, i u principu može biti nešto veća.

[0038] Dijagram B šematski prikazuje promenu brzine rotacije n kao krivu karakteristike 31 optimalne brzine rotacije, koja je prikazana punom linijom, i krivu karakteristike 32 ne-optimalne brzine rotacije koja je prikazana isprekidanom linijom. Obema krivama brzine 31 i 32 odgovara karakteristika snage P sa dijagrama A, pri čemu u ovom kontekstu ponavljamo da su dijagrami šematski i idealizovani u cilju boljeg objašnjenja ideje pronalaska.

[0039] Prema dijagramu B na Slici 3 brzina rotacije u skladu sa ne-optimalnom karakteristikom 32 brzine rotacije je tako veća od brzine rotacije u skladu sa optimalnom karakteristikom 31, dok vetar ne dostigne nominalnu brzinu vetra Vwn- odnosno u zoni delimičnog opterećenja. Kada vetar dostigne nominalnu brzinu vetra VWM, sistem dostiže svoju radnu tačku, a time i brzina rotacije n dostiže nominalnu brzinu rotacije nN, u skladu sa karakteristikom 31 optimalne brzine rotacije i karakteristikom 32 ne-optimalne brzine rotacije, koja je prikazana isprekidanom linijom. Alternativno je moguće da se brzina rotacije n poveća iznad nominalne brzine nH kako je prikazano alternativnim delom karakteristike 34 koji je prikazan tačkastom linijom. Istovremeno preopterećenje vetro-generatora usled ove odgovarajuće velike brzine je prihvatljivo u određenom kraćem vremenskom periodu.

[0040] U suprotnom, brzine rotacije n u optimalnom i ne optimalnom režimu rada u zoni punog opterećenja ili u režimu punog opterećenja, počev od brzine vetra V™ do maksimalne brzine vetra Vw„,a„ imaju nominalnu brzinu rotacijen nN. One su jednake i za tzv. olujne zone, odnosno za brzine vetra veće od maksimalne brzine vetra VWma<.

[0041] Kriva promene ugla lopatice rotora koja je prikazana na dijagramu C u može biti osnova za promenu snage koja je prikazana u principu na dijagramu A i promenu brzine rotacije prikazane na dijagramu B. Dijagram C takođe šematski prikazuje ove zavisnosti. Optimalni ugao lopatica rotora je predstavljen karakterističnom krivom 41 koja je na dijagramu C prikazana punom linijom. Ona se prostire horizontalno u zoni delimičnog opterećenja ili pri radu sa delimičnim opterećenjem, odnosno od nominalne brzine vetra VWN, ugao lopatica rotora ostaje nepromenjen. U opsegu punog opterećenja ili u režimu punog opterećenja, odnosno od nominalne brzine vetra VWftugao lopatica rotora se povećava kako bi se lopatice rotora zaštitile od vetra. Nakon dostizanja maksimalne brzine vetra Vwm.i«. vrši sč? još jedno, konkretno, jače podešavanje ugla lopatica rotora u cilju zaštite sistema. Umesto povećanja ugla lopatica takođe su poznati i prikazi smanjenja ugla lopatica rotora za rad sa punim opterećenjem koji, međutim, ne opisuju ni jedan drugi efekat, već se samo zasnivaju na drugoj nomenklaturi. Podešavanje ugla lopatica rotora pri punom opterećenju, koje se obično nazivapitching,u principu je poznato stručnjacima.

[0042] Ne-optimatna karakteristika 42 ugla lopatice rotora je prikazana isprekidanim linijama, i pokazuje nešto manji ugao lopatice rotora u opsegu delimičnog opterećenja nego što pokazuje karakteristika 41 optimalnog ugla lopatice rotora u istom opsegu. Ovaj manji ugao lopatice rotora se inicijalno može smatrati "nepovoljnim". Veća brzina rotacije može biti posledica manjeg obrtnog momenta, odnosno kontra-momenta. Manjim obrtnim momentom generatora koji takođe predstavlja kontra-momenat, se može dobiti veća brzina - kao što je prikazano na Slici B - što zauzvrat može dovesti do promene napadnog ugla. Napadni ugao zavisi ne samo od brzine vetra Vw, već i od brzine rotora i vektorski od ove dve brzine zajedno. Uzgred, ukazujemo na poznati odnos između snage P brzine n i obrtnog momenta N prema sledećoj formuli:

[0043] Nakon dostizanja nominalne brzine vetra, VWN, ugao lopatice rotora prema ne-optimalnoj karakteristici 42 je jednak uglu lopatice rotora prema optimalnoj karakteristici 41 ugla lopatica rotora. Ako je u zoni nominalne brzine vetra VWn, potrebna veća brzina rotacije ođ nominalne brzine VWNugao lopatice rotora ne bi trebalo povećavati odmah nakon dostizanja potrebne brzine vetra VWM, što je ilustrovano alternativnim delom karakteristike 44, koja je prikazana tačkastom linijom. Kako je gore opisano u ovom slučaju preopterećenje sistema je u svakom slučaju prihvatljivo u određenom vremenskom periodu.

[0044] Pema ovom pronalasku je tako predloženo da u prelaznom periodu vetrogenerator radi sa brzinom koja je malo povećana, u cilju obezbeđivanja određene rezerve energije koja je dostupna u obliku kinetičke energije.

Claims (11)

1. Postupak za kontrolisanje vetrogeneratora koji je povezan na električnu mrežu i koji ima generator sa aerodinamiČkim rotorom sa podesivim brojem obrtaja, u kojem vetrogenerator može da radi u radnoj tački koja je optimalna u odnosu na preovlađujuće uslove vetra pri optimalnoj brzini, pri čemu vetrogenerator u prelaznom periodu ili permanentno, radi u neoptimalnoj radnoj tački sa neoptimalnom brzinom, a neoptimalna brzina je veća od optimalne brzine rotacije i u režimu rada sa delimičnim opterećenjem prva radna karakteristika se koristi za podešavanje odgovarajuće optimalne radne brzine, a druga radna karakteristika se koristi za kontrolu vetrogeneratora pri neoptimalnoj brzini rotacije i neoptimalna brzina rotacije se podešava na osnovu druge radne karakteristike, pri Čemu na osnovu neoptimalne radne karakteristike može biti podešena veća brzina rotacije sa istom snagom, kao u slučaju odgovarajuće optimalne radne tačke.

2. Postupak prema zahtevu 1, naznačen time što se sa opadanjem brzine vetra pri prelazu iz režima rada sa punim opterećenjem u režim rada sa delimičnim opterećenjem, prvo smanjuje snaga, posebno za unapred određene opsege brzine vetra, pri čemu se brzina rotacije održava konstantnom.

3. Postupak prema zahtevu 1 iti 2, naznačen time što vetrogenerator ima lopaticu rotora ili više lopatica rotora sa podesivim uglom lopatice rotora i ugao lopatice rotora u neoptimalnoj radnoj tački se respektivno menja u odnosu na ugao lopatice rotora u optimalnoj radnoj tački.

4. Postupak prema bilo kojem od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time što se ova pramena vrši iz rada u optimalnoj radnoj tački u rad u neoptimalnoj radnoj tački, što je naročito izazvano prijemom signalnog upozorenja, naročito signalnog upozorenja prosleđenog od strane spoljnog mrežnog operatera.

5. Postupak prema bilo kojem od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time što kada vetrogenerator radi u neoptimalnoj radnoj tački kinetička energija se uzima od vetrogeneratora, i ova kinetička energija se koristi za privremeno isporučivanje veće aktivne snage električnoj mreži, nego što vetrogenerator trenutno može dobiti od vetra, na osnovu preovlađujućih uslova vetra.

6. Postupak prema zahtevu 5, naznačen time što je brzina rotacije vetrogeneratora smanjena od ne-optimalne brzine rotacije barem na optimalnu brzinu tako Što joj je oduzeta kinetička energija za napajanje električne mreže povećanom aktivnom snagom.

7. Postupak prema bilo kojem od prethodnih patentnih zahteva, naznačen time Što je neoptimalna brzina rotacije oko 0.5 do 1.5 obrtaja u minuti, a naročito je za oko jedan obrtaj u minuti veća od optimalne brzine rotacije.

8. Vetrogenerator koji ima električni generator sa aerodinamiČkim rotorom sa podesivom brzinom rotacije, naznačen time što se vetrogeneratorom upravlja pomoću postupka prema jednom od prethodnih patentnih zahteva.

9. Vetrogenerator prema zahtevu 8, naznačen time, što između aerodinamičkog rotora i električnog generatora nema zupčastog prenosnika.

10. Vetrogenerator prema zahtevima 8 ili 9, naznačen time što vetrogenerator ima FACTS-sposobnost, i/ili jedan ili više konvertora za ispravljanje električne energije koju proizvede generator i njeno ponovno pretvaranje u naizmeničnu struju za napajanje električne mreže sa frekvencijom, naponom i fazom koji su prilagodjeni električnoj mreži.

11. Vetropark koji ima najmanje dva vetrogeneratora prema jednom od zahteva 8 do 10 i najmanje jednu zajedničku tačku za napajanje električnom energijom iz najmanje dva ili iz dva vetrogeneratora.