[發(fā)明專利]可變轉(zhuǎn)子速度風力渦輪機、風場、傳輸電力的方法以及檢修或檢查可變轉(zhuǎn)子速度風力渦輪機的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200580050938.3
• 申請日: 2005-07-01
• 公開（公告）號: CN101213732A
• 公開（公告）日: 2008-07-02
• 發(fā)明（設計）人: P·R·J·C·卡耶爾;L·赫勒
• 申請（專利權(quán)）人: 維斯塔斯風力系統(tǒng)有限公司
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所
• 代理人: 楊曉光;李崢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及權(quán)利要求1前序部分所指定的可變轉(zhuǎn)子速度風力渦輪機、風場、從可變轉(zhuǎn)子速度風力渦輪機向市電網(wǎng)傳輸電力的方法以及檢修(service)或檢查可變轉(zhuǎn)子速度風力渦輪機的方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)中已知的風力渦輪機包含風力渦輪塔架和位于塔架頂端的風力渦輪機機艙(nacelle)。如圖1所示，包含三個風力渦輪機葉片的風力渦輪機轉(zhuǎn)子被連接到機艙內(nèi)的AC發(fā)電機。AC發(fā)電機通常通過市電升壓變換器(transformer)連接到AC市電網(wǎng)。

然而，AC發(fā)電機也可以為可變轉(zhuǎn)子速度風力渦輪機的一部分，并因此通過電力電子轉(zhuǎn)換器連接到市電網(wǎng)。

風力渦輪機在過去的十年里已從對市電網(wǎng)幾乎無影響的小且簡單的發(fā)電單元進化到對市電網(wǎng)具有實質(zhì)性進入的先進的小型電廠。因此，對風力渦輪機、特別是電力部件的性能和特性的要求變得越來越重要、越來越具有限制性。

為了處理更高的AC功率額定值(rating)(這是由于對各種下一代風力渦輪機的增長的開發(fā)時間引起的)，必須對前一代發(fā)電風力渦輪機的大部分電力部件重新進行設計。

由JP-A?2003-88190，具有通過電力電子轉(zhuǎn)換器連接到市電網(wǎng)的AC發(fā)電機的可變轉(zhuǎn)子速度風力渦輪機是已知的。該日本文獻建議與電力電子轉(zhuǎn)換器協(xié)同使用變換器以便在風速下降到低于限制值時動態(tài)地升高發(fā)電機的所產(chǎn)生的電壓輸出，該限制值通常表示風力渦輪機由于低的發(fā)電機電壓必須從市電網(wǎng)斷開，即變換器比此后變得遠離一(unity)。

另外，使用由上面介紹的類型的風力渦輪機AC電力到高電壓DC的轉(zhuǎn)換是已知的。DC電力傳輸在例如從海上風場到岸上的海底電纜等長距離時提供了某些優(yōu)點。

本發(fā)明的目的在于建立滿足現(xiàn)代風力渦輪機、特別是風力渦輪機電力部件(其建立將被傳輸?shù)绞须娋W(wǎng)中的AC電力)的要求的技術(shù)。

本發(fā)明的另一目標在于建立允許更為自由、特別是更加免于電力部件間一般限制地選擇電力部件的技術(shù)。

本發(fā)明的又一目標在于建立一種風力渦輪機系統(tǒng)，可在該系統(tǒng)仍在運行的同時對之在某些方面進行檢查和維護。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種向AC市電網(wǎng)傳輸電力的可變轉(zhuǎn)子速度風力渦輪機，其中，所述風力渦輪機還包含至少一個標稱輸出值變喚器，該變換器用于將所述發(fā)電機的至少一個標稱輸出值變換到所述至少一個電力電子轉(zhuǎn)換器單元的至少一個不同的標稱輸入值。

由此，可以建立滿足特別是對風力渦輪機電力部件(其建立將被傳輸?shù)绞须娋W(wǎng)的AC電力)的要求的技術(shù)。這種變換允許更為自由地選擇電力部件，且能夠大大避免部件間的一般限制。

另外，可以以單獨的額定值和位置來最優(yōu)地選擇發(fā)電機和電力電子轉(zhuǎn)換器等電力部件。額定值和位置的自由度越高，建立的風力渦輪機的可靠性、可維護性、可檢修性越大。

術(shù)語“標稱值”應被理解為制造者給定的電力部件的額定值和/或數(shù)量。

術(shù)語“電力部件”應被理解為與風力渦輪機中的發(fā)電相關(guān)聯(lián)的任何電氣部件，例如AC發(fā)電機、電力電子轉(zhuǎn)換器單元、開關(guān)裝置(switchgear)和任何變換器。

在本發(fā)明一實施形態(tài)中，所述AC發(fā)電機為高電壓多相同步或異步AC發(fā)電機，即具有M乘三相的AC發(fā)電機。輸出自AC發(fā)電機的高電壓減小了發(fā)電機到標稱輸出值變換器的電纜連接中的損耗。

同步AC發(fā)電機的使用建立了高效率的發(fā)電系統(tǒng)，異步或感應AC發(fā)電機的使用建立了較為簡單但魯棒性更大的發(fā)電系統(tǒng)。

在本發(fā)明的實施形態(tài)中，所述AC發(fā)電機為電氣勵磁或通過永磁體勵磁的同步發(fā)電機。由此，可與例如電力電子轉(zhuǎn)換器單元發(fā)電機側(cè)中的無源整流器相結(jié)合建立起高效(包括節(jié)約)且可靠的發(fā)電系統(tǒng)。

在本發(fā)明一實施形態(tài)中，所述AC發(fā)電機是低速、高極數(shù)同步發(fā)電機。由此，可以回避風力渦輪機中的齒輪(gear)，即最小化風力渦輪機中的機械部件的數(shù)量。

在本發(fā)明一實施形態(tài)中，所述AC發(fā)電機通過所述標稱輸出值變換器被連接到所述至少一個電力電子轉(zhuǎn)換器單元。由此為本發(fā)明所實現(xiàn)的有利實施例。

在本發(fā)明一實施形態(tài)中，所述至少一個電力電子轉(zhuǎn)換器單元包含一個以上的單元。由此，可以創(chuàng)建模塊化且冗余的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中，一個故障單元可作為N-1運行形式被替換而不斷開或停止風力渦輪機。另外，單元的檢查和維護也可在其他單元繼續(xù)其正常功能的同時進行。因此，由于電力電子轉(zhuǎn)換器為關(guān)鍵性較低的部件，可建立具有高可用性的風力渦輪機。