[發明專利]風力渦輪機及控制風力渦輪機的方法

無效

• 申請號: 201110349800.0
• 申請日: 2011-11-08
• 公開（公告）號: CN102465843A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: A.M.貝尼特斯桑切斯;李瑩;P.施奈德;K.文茨克;M.沃萊布
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F03D9/02
• 分類號: F03D9/02;F03D7/02;F16D61/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 薛峰

技術領域

本發明涉及包括轉子和主軸的風力渦輪機，其中，所述主軸與所述轉子耦連，以將風能轉化為主軸的轉動動能，并且其中，主軸與風力渦輪機的主發電機機械耦連，其中所述主發電機實現為將轉動動能轉化為電能。本發明還涉及控制風力渦輪機的方法。

背景技術

用于將風能轉化為電能的風力渦輪機是公知的。風力渦輪機的強度和連續性隨地點和時間變化，從而導致波動的能量被供應到風力渦輪機。此外，如果產生長期湍流，則風力渦輪機必須停止工作，導致100%的風能損失或導致在風力小的時期可以提供的電能降低。為此，風力渦輪機包括傳統的制動器，以制動轉子。實際上制動能量是被浪費了。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有改善的能量效率的風力渦輪機。

本發明的這一目的由權利要求1所述的風力渦輪機和權利要求15所述的控制風力渦輪機的方法來實現。

因此，所述風力渦輪機包括轉子和主軸，其中，所述主軸與所述轉子耦連，以將風能轉化為所述主軸的轉動動能，并且其中，所述主軸與所述風力渦輪機的主發電機機械耦連，其中所述主發電機實現為將轉動動能轉化為電能，其中，制動系統包括能量回收裝置，所述能量回收裝置實現為當所述制動系統降低所述轉子的轉速時回收所述主軸的至少部分轉動動能。這使得可以在風力渦輪機進行制動操作時存儲動能并且在制動操作完成后使用所存儲的能量。

根據本發明，一種控制風力渦輪機的方法，所述風力渦輪機包括轉子和主軸，其中，所述主軸與所述轉子耦連，以將風能轉化為所述主軸的轉動動能，并且其中，所述主軸與所述風力渦輪機的主發電機機械耦連，其中所述主發電機實現為將轉動動能轉化為電能，由此，所述方法包括步驟：當所述制動系統降低所述轉子的轉速時存儲至少部分回收的動能。

具體地，如以下描述所示，本發明的優選實施例和特征由從屬權利要求給出。由此，在風力渦輪機的背景下示出的特征也可以在風力渦輪機的控制方法的背景中實現。

在一個優選實施例中，制動系統包括在制動所述轉子時存儲主軸的轉動動能的動能存儲裝置。所述動能存儲裝置使得可以在風力渦輪機進行制動操作時快速和便利地存儲動能。動能可以轉化為電能，然后被存儲。稍后，所存儲的電能可以供應到風力渦輪機的其它電氣裝置或供應到與主發電機連接的電網。在進行制動操作時所述動能存儲裝置用作制動器。因此，風力渦輪機可以裝配固定靜止的轉子的較小制動器而不是傳統的制動器，該較小的制動器可以是例如用于固定轉子的固定制動器。最后，較小的傳統制動器可以與動能存儲裝置結合，以聯合制動所述轉子。與根據現有技術的風力渦輪機相比，這種較小的傳統制動器導致需要較小艙的輕型風力渦輪機。

在一個優選實施例中，動能存儲裝置還包括與軸機械耦連的至少一個飛輪。動能從該軸傳送到飛輪。該飛輪通過其轉動運動存儲動能。這種飛輪可以在短時間存儲大量動能。例如，四個飛輪可以布置為四方布置，以避免不希望的動力效應。

在另一優選實施例中，輔助發電機與飛輪機械耦連。這使得可以將飛輪中存儲的動能轉化為電能，該電能稍后可以用于供應風力渦輪機的其它電氣裝置。或者，此電能可以供應到與主發電機連接的電網。此外，與在制動操作期間動能從主軸傳送到飛輪所用的時間相比，利用輔助發電機可以在更長的時間內分配所存儲的電能。這使得所存儲的能量能夠以比存儲比率更低的比率使用更長的時間。

優選地，電能存儲裝置與輔助發電機電耦連。這使得可以存儲源自飛輪所存儲的動能的由輔助發電機產生的電能。此電能可以用于驅動風力渦輪機的電氣裝置或者可以供應到與主發電機連接的電網。

在另一實施例中，設置AC/DC轉換器，以轉化所述輔助發電機產生的電能。這使得可以將電能方便地存儲在諸如蓄電池、蓄能器等存儲裝置中。

在一個優選實施例中，設置具有輸入軸和輸出軸的輔助齒輪，從而所述輸入軸可以與主軸機械耦連。例如，這種機械耦連可以包括不存在任何中間齒輪的直接耦連。輔助齒輪使得可以通過將主軸的轉動速度傳送到輸出軸來改善動能到飛輪的傳輸。由此，可以達到至少為1的傳輸率。

優選地，輔助齒輪包括齒輪箱，該齒輪箱在所述輸入軸和所述輸出軸之間的具有無級變速（CVT,?continuously?variable?transmission）速比。該輔助齒輪使得速比無級適應，并且因此改善從主軸到飛輪的動能傳輸。