发明创造名称：一种用于自封闭型电磁耦合调速风电机组的低电压穿越控制方法
外观设计名称：
决定号：197926
决定日：2019-12-17
委内编号：1F289330
优先权日：
申请（专利）号：201610681432.2
申请日：2016-08-17
复审请求人：青岛大学
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：吴伟
合议组组长：潘莉
参审员：丁东霞
国际分类号：H02J3/38，H02J3/40，H02P9/10，H02P101/15，H02P103/20
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：如果一项权利要求所要求保护的技术方案与作为最接近现有技术的对比文件相比存在区别技术特征，并且该区别技术特征不是本领域的公知常识，现有技术中也没有给出采用该区别技术特征以解决该权利要求所要解决的技术问题的启示，且该区别技术特征的引入使得该权利要求的整体技术方案相对于该对比文件而言具有有益的技术效果，那么该项权利要求所要保护的技术方案相对于该对比文件以及本领域公知常识的结合是非显而易见的，具有突出的实质性特点和显著的进步，具备专利法第22条第3款规定的创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201610681432.2，名称为“一种用于自封闭型电磁耦合调速风电机组的低电压穿越控制方法”的发明专利申请（下称本申请）。申请人为青岛大学。本申请的申请日为2016年08月17日，公开日为2016年11月16日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2019年04月24日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是： 权利要求1-6不具备专利法第22条第3款规定的创造性。驳回决定所依据的文本为原始申请文件，即：申请日2016年08月17日提交的说明书摘要、摘要附图、权利要求第1-6项、说明书第1-64段和说明书附图图1-2。
驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种用于自封闭型电磁耦合调速风电机组的低电压穿越控制方法，其特征在于，采用自封闭型电磁耦合调速装置联接齿轮箱高速轴和电励磁同步发电机转子轴，使功率从齿轮箱侧向电励磁同步发电机侧传递，并网接口为所述电励磁同步发电机；
所述自封闭型电磁耦合调速装置由电磁耦合器、变频器以及永磁同步发电机组成，永磁同步发电机用于给变频器供电；所述电磁耦合器有两根转轴，分别与齿轮箱和电励磁同步发电机相联并都转动，变频器控制电磁耦合器两根转轴的相对转速和电磁转矩；
所述齿轮箱的高速轴与所述电磁耦合器的一根轴相联构成前轴系，所述电磁耦合器的另一根轴与所述电励磁同步发电机的转子轴相联构成后轴系，前、后轴系为2个独立的轴系，所述永磁同步发电机与前轴系同轴实现对所述变频器供电；
首先进入启动过程；启动过程完成后，电励磁同步发电机投入励磁，风电机组转入同期并网过程；机组并网后的最大限度捕获风能以及停机过程；
电网电压一旦发生跌落并超出正常范围，自封闭型电磁耦合调速风电机组的控制就转入低电压穿越控制模式，由于变频器是由与齿轮箱高速轴同轴的永磁同步发电机供电，电网电压的跌落不会对变频器的供电产生影响，为了保持机组输出有功电流恒定，变频器转矩指令值Tcmd_LVRT的计算公式为：
Tcmd_LVRT＝kTcmd (1)
式中，k为电网电压的标幺值，Tcmd为自封闭型电磁耦合调速风电机组基本运行时由风轮最优机械特性曲线所求得的变频器转矩指令值，桨距角的求取与电网电压正常时相同，根据风轮转速目标值和实测值采用PI调节器求得；
电网电压恢复后，逐渐减小电励磁同步发电机的励磁电流，使风电机组发出的无功功率恢复至电网电压跌落前发出的无功功率值。
2. 如权利要求1所述的一种用于自封闭型电磁耦合调速风电机组的低电压穿越控制方法，其特征在于，所述启动过程划分为三个阶段：
首先，在第一阶段，通过变桨控制，使风轮转速逐渐上升，当前轴系转速足够高时，永磁同步发电机的输出电压满足变频器供电电压要求，此时启动变频器并设为转速控制模式，通过变频器控制电磁耦合器，使后轴系逐渐加速至前轴系转速；
接下来，进入第二阶段，通过变频器控制使前、后轴系同步旋转，直至接近设定的低于电励磁同步发电机同步速的转速值：
式中：nI为前轴系的转速；nII为后轴系的转速；n1为电励磁同步发电机的同步速；f为电网频率；p为电励磁同步发电机的极对数；
最后，进入第三阶段，由变桨控制保持前轴系转速不变，并通过变频器控制电磁耦合器使后轴系继续升速，直至高于电励磁同步发电机同步速Δn；
nII＝nI Δn (3)。
3. 如权利要求1所述的一种用于自封闭型电磁耦合调速风电机组的低电压穿越控制方法，其特征在于，启动阶段完成后，电励磁同步发电机投入励磁，风电机组转入同期并网过程，并网控制柜根据测量得到的电励磁发电机机端电压与电网电压之间的幅值差和相位差，动态调节励磁电流和变频器输出的频率，当这些幅值差和相位差减小到并网要求允许值时，并网开关自动合闸，这时，变频器由转速控制模式切换为转矩控制模式。
4. 如权利要求3所述的一种用于自封闭型电磁耦合调速风电机组的低电压穿越控制方法，其特征在于，风电机组并网后，需要将电励磁同步发电机的输出功率调节至与当前风况相适应的某一功率，在自封闭型电磁耦合调速风电机组中，功率调节是通过变频器控制电磁耦合器的电磁转矩完成的，为了减缓电励磁同步发电机加卸载过程对电网的冲击，需要在功率指令中设置斜坡函数进行过渡。
5. 如权利要求4所述的一种用于自封闭型电磁耦合调速风电机组的低电压穿越控制方法，其特征在于，当风速低于额定风速时，风电机组运行在欠功率状态，桨叶节距角θ保持在0度附近，风电机组采用不依赖于风速测量的最大功率点跟踪策略；其中，电磁耦合器的电磁转矩作为调节风轮转速的控制变量；根据当前的风轮转速，从预置的风轮最优机械特性曲线中通过查表获得转矩的指令值，交由变频器控制电磁耦合器的电磁转矩；
当风速高于额定风速时，风电机组运行在恒功率状态；这时，电磁耦合器的电磁转矩维持在额定转矩值，由变桨控制保持风轮转速在额定转速附近；
当风电机组从电网正常解列时，首先逐步减小电磁耦合器的电磁转矩，卸去电励磁同步发电机的负载，达到空载状态后，再断开并网控制柜中的并网开关；风电机组脱网后，变频器由转矩控制模式切换到转速控制模式。
6. 如权利要求1所述的一种用于自封闭型电磁耦合调速风电机组的低电压穿越控制方法，其特征在于，所述停机过程分为2个阶段：
首先，由变桨控制使前轴系转速保持在并网开关分闸时的转速，并通过变频器控制电磁耦合器实现电磁制动使后轴系减速至与前轴系转速相等；然后，由变桨控制使风轮的转速逐渐下降，当转速足够高使变频器能够正常供电时控制电磁耦合器前、后2个轴系同步旋转，当转速过低时变频器停止工作，后轴系靠摩擦制动转矩而前轴系靠变桨控制最终完成风电机组的停机。”
驳回决定中所引用的对比文件为：对比文件1：“电磁耦合调速风力发电机组模拟实验研究”，由蕤等，中国电机工程学报，第33卷 第3期，2013年01月25日，第92-98页。
驳回决定中指出：1）独立权利要求1与对比文件1相比，区别技术特征是：（1）其电磁耦合器还包括用于给变频器供电永磁同步发电机，以形成自封闭型，所述永磁同步发电机与前轴系同轴实现对所述变频器供电；（2）由于变频器是由与齿轮箱高速轴同轴的永磁同步发电机供电，电网电压的跌落不会对变频器的供电产生影响，为了保持机组输出有功电流恒定，变频器转矩指令值Tcmd_LVRT的计算公式为：Tcmd_LVRT＝kTcmd (1) 桨距角的求取与电网电压正常时相同，根据风轮转速目标值和实测值采用PI调节器求得；电网电压恢复后，逐渐减小电励磁同步发电机的励磁电流，使风电机组发出的无功功率恢复至电网电压跌落前发出的无功功率值。上述区别技术特征部分是本领域技术人员在对比文件1公开内容基础上容易想到的、其余部分是本领域的公知常识，在对比文件1的基础上结合公知常识得到权利要求1的技术方案对本领域技术人员而言是显而易见的，因此权利要求1不具备创造性；2）从属权利要求2-6的附加技术特征被对比文件1公开，因此权利要求2-6也不具备创造性。
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2019年06月19日向国家知识产权局提出了复审请求，但未修改申请文件。复审请求人认为：（1）本申请权利要求1所要保护的技术方案相比于对比文件1，不仅仅是变频器的电力输入的差异，还包括由于对变频器的电力输入的改进，电网电压一旦发生跌落并超出正常范围，提出了新的自封闭型电磁耦合调速风电机组的控制策略；（2）对比文件1中公开的技术方案，电磁耦合调速装置只包括电磁耦合器和变频器，并且变频器由电网供电，且对比文件1中的电网电压跌落期间以及电网电压恢复过程的控制策略，与本申请权利要求1所保护的技术方案完全不同，正常工作情况下，变频器与电网相连会对电网造成谐波污染，本申请正是通过对现有技术方案的改进，提出了一种用于自封闭型电磁耦合调速风电机组的低电压穿越控制方法，该控制方法基于一种自封闭型电磁耦合调速装置，在电网电压跌落期间，通过一套全新的控制策略，实现电磁耦合调速风电机组的低电压穿越控制，该自封闭型电磁耦合调速装置以及控制策略并没有被现有技术所公开，也不是本领域的公知常识，也不是本领域技术人员容易想到的；（3）第二次审查意见通知书中引用的文献《电厂变频器用低电压穿越电源研究》所解决的技术问题与本申请所要解决的技术问题和采用的技术手段都不相同；驳回决定中引用的佐证文献CN201869106 U、CN101950973 A、CN101964534 A中的变频器，在电网电压正常时都需要电网供电，因此并不是一个自封闭系统，即未公开本申请的自封闭型电磁耦合调速装置，且上述文献中的低电压穿越模式的控制策略与本申请也完全不同，这也正说明了本申请低电压穿越模式的控制策略并不是本领域技术人员的常规手段以及容易想到的，本领域技术人员在不经过创造性劳动的前提下，并没有技术启示来改变变频器供电端的连接方式，以及改变变频器供电端的连接方式后，采用本申请权利要求1中的上述技术特征实现整个系统在低电压穿越阶段的控制，因此本申请具备创造性。
经形式审查合格，国家知识产权局于2019年08月08日依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中认为：首先，对于第二次审查意见通知书中所引用的公知常识证据以及在驳回决定中所引用的佐证文献，其同样解决的都是由于采用电网电压对变频器的供电，因而在电网电压出现故障时无法对其供电的技术问题，且上述文献所采用的解决办法都是选择了电网外的其他供电源，如UPS、蓄电池等，进而保证在电网电压跌落时变频器的稳定运行，虽然上述供电源的最终电力实质上是来源于电网，但其在电网电压跌落的过程中并不依赖于电网的供电，其中的UPS、蓄电池是作为独立的供电源来实现低电压穿越的，基于此，同样作为非电网电源的风力发电机也可选择为供电源，并设置一个与前轴系同轴的永磁同步发电机，以转动的前轴系带动永磁同步发电机发电进而为变频器供给电力，是本领域技术人员容易想到的；其次，对于变频器转矩指令值的计算，由于对比文件1中已经公开了通过从预置的风力机最优机械特性曲线中通过查表获得转矩的指令值实现控制，因此通过标幺值获得转矩指令也为本领域的惯用技术手段，因而坚持原驳回决定。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出审查决定。
二、决定的理由
1、审查文本的认定
复审请求人在提交复审请求时未提交修改文本，本复审请求审查决定所针对的文本与驳回决定针对文本相同，为原始申请文件，即：申请日2016年08月17日提交的说明书摘要、摘要附图、权利要求第1-6项、说明书第1-64段和说明书附图图1-2。
2、具体理由的阐述
专利法第22条第3款规定，创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型具有实质性特点和进步。
如果一项权利要求所要求保护的技术方案与作为最接近现有技术的对比文件相比存在区别技术特征，并且该区别技术特征不是本领域的公知常识，现有技术中也没有给出采用该区别技术特征以解决该权利要求所要解决的技术问题的启示，且该区别技术特征的引入使得该权利要求的整体技术方案相对于该对比文件而言具有有益的技术效果，那么该项权利要求所要保护的技术方案相对于该对比文件以及本领域公知常识的结合是非显而易见的，具有突出的实质性特点和显著的进步，具备专利法第22条第3款规定的创造性。
本复审决定引用驳回决定中使用的对比文件：
对比文件1：“电磁耦合调速风力发电机组模拟实验研究”，由蕤等，中国电机工程学报，第33卷 第3期，2013年01月25日，第92-98页。
2.1独立权利要求1具备创造性，符合专利法第22条第3款的规定。
权利要求1请求保护一种用于自封闭型电磁耦合调速风电机组的低电压穿越控制方法，对比文件1公开了一种电磁耦合调速风力发电机组，并具体公开了如下技术特征（参见第92-98页）：如图1所示（参见第93页），采用电磁耦合调速装置分别连接齿轮箱高速轴和电励磁同步发电机转子轴，使功率从齿轮箱侧向电励磁同步发电机侧传递，并网接口为所述电励磁同步发电机；电磁耦合调速装置由电磁耦合器和变频器组成；电磁耦合器有两根转轴，分别与齿轮箱和电励磁同步发电机相联并都转动，电磁耦合器电气端口接至变频器，以控制其电磁转矩和两个转子间的相对转速（相当于本申请的变频器控制电磁耦合器两根转轴的相对转速和电磁转矩）；齿轮箱的高速轴与所述电磁耦合器的一根轴相联构成前轴系，电磁耦合器的另一根轴与所述电励磁同步发电机的转子轴相联构成后轴系，前、后轴系为2个独立的轴系；首先进入启动过程，启动阶段完成后，发电机投入励磁，机组转入同期并网过程（参见第93页第1.2节）；机组并网后，需要将发电机的输出功率调节至与当前风况相适应的某一功率，当风速低于额定风速时，为了尽可能地吸收风能，机组采用不依赖于风速测量的最大功率点跟踪(maximum power point tracking，MPPT)控制策略（参见第94页1.3节，相当于本申请中的机组并网后的最大限度捕获风能），停机过程与启动过程相反（参见第94页1.4节，相当于本申请中的停机过程）；当电网发生电压跌落故障时，机组中的同步发电机通过强励向电网提供无功支撑，有助于电网电压的恢复。
权利要求1相对于对比文件1的区别技术特征在于：所述电磁耦合调速装置为自封闭型，由电磁耦合器、变频器以及永磁同步发电机组成，永磁同步发电机用于给变频器供电，所述永磁同步发电机与前轴系同轴实现对所述变频器供电；电网电压一旦发生跌落并超出正常范围，自封闭型电磁耦合调速风电机组的控制就转入低电压穿越控制模式，由于变频器是由与齿轮箱高速轴同轴的永磁同步发电机供电，电网电压的跌落不会对变频器的供电产生影响，为了保持机组输出有功电流恒定，变频器转矩指令值Tcmd_LVRT的计算公式为：Tcmd_LVRT＝kTcmd (1) ，式中，k为电网电压的标幺值，Tcmd为自封闭型电磁耦合调速风电机组基本运行时由风轮最优机械特性曲线所求得的变频器转矩指令值，桨距角的求取与电网电压正常时相同，根据风轮转速目标值和实测值采用PI调节器求得；电网电压恢复后，逐渐减小电励磁同步发电机的励磁电流，使风电机组发出的无功功率恢复至电网电压跌落前发出的无功功率值。基于该区别技术特征可以确定该权利要求相对于对比文件1要解决的技术问题是：如何在保证电网电压跌落期间对变频器正常供电的同时避免变频器对电网造成污染，并实现风电机组的低电压穿越。
根据对比文件1公开的技术方案，其电磁耦合调速装置由电磁耦合器和变频器组成（参见对比文件1引言部分倒数第2段，图1），而变频器由电网供电（参见对比文件1图3），因此对比文件1没有公开本申请的由电磁耦合器、变频器以及永磁同步发电机组成的自封闭型电磁耦合调速装置，也未公开基于该自封闭型电磁耦合调速装置而提出的低电压穿越控制方法的相关控制策略，本申请的技术方案正是对对比文件1技术方案的进一步改进，为了解决上述技术问题、即保证电网电压跌落期间对变频器正常供电的同时避免变频器对电网造成污染，并实现风电机组的低电压穿越，基于上述区别技术特征，采用与电磁耦合调速装置的前轴系同轴的永磁同步发电机实现对变频器的供电，构成自封闭型电磁耦合调速装置，并进而基于该自封闭型电磁耦合调速装置给出相应的低电压穿越时的控制策略，从而获得“实现了电网电压跌落期间变频器对电磁耦合器电磁转矩的正常施加以及该机组的黑启动，避免了风电机组因变频器与电网相连对电网可能造成的污染，以及实现了风电机组的低电压穿越”的有益技术效果，而对比文件1中并未给出采用上述区别技术特征以解决本申请所要解决技术问题的技术启示。
由上可知，本申请与对比文件1之间存在区别技术特征，并且该区别技术特征不是本领域的公知常识，现有技术中也没有给出采用该区别技术特征以解决该权利要求所要解决的技术问题的启示，且该区别技术特征使得权利要求1的技术方案能够带来“实现了电网电压跌落期间变频器对电磁耦合器电磁转矩的正常施加以及该机组的黑启动，避免了风电机组因变频器与电网相连对电网可能造成的污染，以及实现了风电机组的低电压穿越”的有益技术效果，因此权利要求1相对于对比文件1以及本领域公知常识的结合是非显而易见的，因而具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2.2从属权利要求2-6具备创造性，符合专利法第22条第3款的规定。
由于独立权利要求1相对于对比文件1和本领域公知常识的结合具备创造性，因此其从属权利要求2-6相对于对比文件1和本领域公知常识的结合也都具备专利法第22条第3款规定的创造性。
3、针对驳回决定和前置审查意见的相关评述
驳回决定中的相关意见与前置审查意见基本相同，对此，合议组认为：
（1）驳回决定和前置意见中指出基于现有技术中可采用UPS、蓄电池等实现低电压穿越时对变频器供电的技术方案，本领域技术人员容易想到采用本申请与对比文件1的区别技术特征，即提供本申请的自封闭型电磁耦合调速装置以及基于该自封闭型电磁耦合调速装置的低电压穿越控制方法，然而现有技术中为变频器供电一般是将变频器供电端连接至电网，尽管在电网电压跌落阶段有可能会采用UPS或蓄电池供电，但其仅起到了在故障时的延时供电作用，在电网正常时对变频器的供电还是由电网来提供的，其变频器供电系统不同于本申请中的自封闭型系统，即由电磁耦合器、变频器以及永磁同步发电机组成自封闭型电磁耦合调速装置，通过与电磁耦合调速装置的前轴系同轴的永磁同步发电机实现对变频器的供电而不需要通过电网对变频器供电，由于不需要连接电网，因而除了可以在电网电压跌落时保证变频器的正常供电，还可以避免由于变频器连接电网而对电网可能造成的污染，因此，现有技术中没有公开上述区别技术特征，并且也未给出采用上述区别技术特征以解决相应技术问题的技术启示，因而上述区别技术特征不是本领域技术人员容易想到的。
（2）参见上文所述，由于本申请的自封闭型电磁耦合调速装置未被对比文件1公开，现有技术中也没有给出采用该自封闭型电磁耦合调速装置解决相应技术问题的技术启示，并且上述特征也不是本领域的公知常识，基于该自封闭型电磁耦合调速装置而提出的低电压穿越控制方法的相关控制策略显然也是非显而易见的。
综上，权利要求1与对比文件1的区别技术特征不是本领域公知常识，且其使得权利要求1的技术方案能够带来“实现了电网电压跌落期间变频器对电磁耦合器电磁转矩的正常施加以及该机组的黑启动，避免了风电机组因变频器与电网相连对电网可能造成的污染，以及实现了风电机组的低电压穿越”的有益技术效果，因此合议组对于上述意见不予支持，权利要求1相对于对比文件1以及本领域公知常识的结合具备专利法第22条第3款规定的创造性。
至于本申请是否存在不符合专利法及其实施细则的其他缺陷，留待原审查部门做进一步审查。
根据上述事实和理由，合议组依法作出以下审查决定。
三、决定
撤销国家知识产权局于2019年04月24日对本申请作出的驳回决定。由国家知识产权局原审查部门在原始申请文件，即：申请日2016年08月17日提交的说明书摘要、摘要附图、权利要求第1-6项、说明书第1-64段和说明书附图图1-2的基础上对本申请继续进行审查。
如对本复审请求审查决定不服，根据专利法第41条第2款的规定，复审请求人可以自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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