[發(fā)明專利]風(fēng)力發(fā)電站

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210097927.2
• 申請日: 2012-04-05
• 公開（公告）號: CN102734068A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M·瑞特邁爾
• 申請（專利權(quán)）人: 菲尼克斯電氣有限兩合公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04;H04M11/06
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有艙、輪轂和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電站，該數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)特別用于在艙的觸點(diǎn)和繞其旋轉(zhuǎn)的輪轂的觸點(diǎn)之間傳輸操作及控制數(shù)據(jù)或其他數(shù)據(jù)。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)中存在各種風(fēng)力發(fā)電站，其中數(shù)據(jù)從艙內(nèi)的第一數(shù)據(jù)觸點(diǎn)傳輸?shù)娇上鄬τ谂撨\(yùn)動且繞輪轂旋轉(zhuǎn)的第二數(shù)據(jù)觸點(diǎn)。通常，數(shù)據(jù)連接是串行的，通過滑動環(huán)實現(xiàn)，利用該滑動環(huán)把數(shù)據(jù)從靜止的艙傳輸?shù)叫D(zhuǎn)的輪轂，反之亦然。這些滑動環(huán)換能器可以具有多個觸點(diǎn)，從而允許兩個、三個或多個導(dǎo)電連接經(jīng)滑動環(huán)換能器同時并存。

這些滑動環(huán)換能器例如用在風(fēng)力發(fā)電站中以傳輸電流和數(shù)據(jù)。一種已知的風(fēng)力發(fā)電站的設(shè)計叫水平軸風(fēng)力發(fā)電站(HAWT)，其具有基本水平的旋轉(zhuǎn)軸。該風(fēng)力發(fā)電站內(nèi)有一塔，在該塔上設(shè)置有一艙，艙內(nèi)至少具有一個或多個發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)換器、控制器、變壓器以及(可選的)傳輸設(shè)備。由艙支撐著包括輪轂(其上接附有旋轉(zhuǎn)葉片)的所謂的旋轉(zhuǎn)器，該旋轉(zhuǎn)器可圍繞基本水平的軸旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)器驅(qū)動所述一個或多個發(fā)電機(jī)，其中可選地具有傳動裝置。為了調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)葉片的迎風(fēng)角度，每個旋轉(zhuǎn)葉片接附至輪轂以繞著其縱軸旋轉(zhuǎn)。

在現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電站中，旋轉(zhuǎn)速度一般根據(jù)迎著旋轉(zhuǎn)葉片的風(fēng)速在第一工作范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，風(fēng)速越高，旋轉(zhuǎn)速率越快。當(dāng)達(dá)到風(fēng)力發(fā)電站的額定功率時，開始第二工作范圍，此時保持該旋轉(zhuǎn)速率恒定在一特定風(fēng)速以防止風(fēng)力發(fā)電站超負(fù)荷。

由此可以知道，適當(dāng)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)葉片的迎風(fēng)角度，可相應(yīng)地限制風(fēng)力發(fā)電站的旋轉(zhuǎn)速率。

為了調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)葉片的迎風(fēng)角度，例如可以在旋轉(zhuǎn)器中加入受頻率轉(zhuǎn)換器控制的例如電機(jī)驅(qū)動器。當(dāng)前設(shè)置的旋轉(zhuǎn)葉片的迎風(fēng)角度可經(jīng)設(shè)在旋轉(zhuǎn)葉片的全旋轉(zhuǎn)角度發(fā)射器來捕獲。此外，還可以在旋轉(zhuǎn)葉片內(nèi)設(shè)有傳感器，不僅可以捕獲旋轉(zhuǎn)葉片的迎風(fēng)角度，還可以捕獲例如旋轉(zhuǎn)葉片離塔的距離或旋轉(zhuǎn)葉片的撓度，或者用于檢測旋轉(zhuǎn)葉片內(nèi)的振動頻率和強(qiáng)度。

在旋轉(zhuǎn)葉片中使用頻率轉(zhuǎn)換器和傳感器時需要具有從輪轂(風(fēng)力發(fā)電站中一可旋轉(zhuǎn)的部分)到風(fēng)力發(fā)電站的靜止部分(通常為艙)的數(shù)據(jù)傳輸。一般來說，風(fēng)力發(fā)電站控制器會位于該靜止部分或塔的其他位置。為了確保風(fēng)力發(fā)電站的安全運(yùn)行，必須要具備在任何及所有工作條件下都能安全且可靠運(yùn)行的控制器。

許多風(fēng)力發(fā)電站在達(dá)到允許的特定最大風(fēng)速時會關(guān)閉以防止超負(fù)荷，該特定最大風(fēng)速稱為關(guān)機(jī)風(fēng)速。此時，旋轉(zhuǎn)葉片旋轉(zhuǎn)到順漿位置。當(dāng)平均風(fēng)速在一段時間內(nèi)低于一特定閾值時，風(fēng)力發(fā)電站再自動重新啟動。這樣可以可靠地防止風(fēng)力發(fā)電站超負(fù)荷。然而其缺點(diǎn)是，在發(fā)電產(chǎn)能可能是最高的最強(qiáng)風(fēng)力來臨時，風(fēng)力發(fā)電站卻為了防止受損而關(guān)閉。而且，直到風(fēng)速需在一段相當(dāng)長的時間里低于最大強(qiáng)度時才能重新啟動工作。因此不論轉(zhuǎn)速如何，都需要在艙和旋轉(zhuǎn)器之間有一可靠且安全的數(shù)據(jù)傳輸，用于優(yōu)化控制操作的指令以及用于在風(fēng)力過強(qiáng)或遇到故障時可靠地關(guān)閉系統(tǒng)的指令。

目前，從艙到旋轉(zhuǎn)器的數(shù)據(jù)和電流經(jīng)滑動環(huán)傳輸。由于數(shù)據(jù)傳輸較遠(yuǎn)，僅能以較低的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行傳輸，但從長遠(yuǎn)考慮，這種工作方式并不可靠。一般來說，滑動環(huán)需要定期清理或最遲在使用兩年后做清理以確保后續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸。發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸時，數(shù)據(jù)經(jīng)諸如互連總線、CAN或類似的總線系統(tǒng)進(jìn)行串行傳輸。

當(dāng)僅有一個滑動環(huán)觸點(diǎn)失效時，由于已不能再確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕麄€系統(tǒng)都必須要關(guān)閉。

經(jīng)以太網(wǎng)電纜實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸(這種傳輸速度可以足夠快)通常僅在靜止?fàn)顟B(tài)下工作，這是因為以太網(wǎng)電纜的這種成對的雙絞線電纜必須具有成對的雙絞線以消除環(huán)境干擾。然而，在經(jīng)滑動環(huán)傳輸時，位于滑動環(huán)內(nèi)的觸點(diǎn)卻不能是雙的，因此在滑動環(huán)處可能出現(xiàn)相當(dāng)大的干擾，會嚴(yán)重影響到數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｔ谛D(zhuǎn)工作時，幾乎不可能進(jìn)行傳輸，或者傳輸也是不可靠的。

考慮到在旋轉(zhuǎn)葉片中將使用越來越多的傳感器，僅允許帶寬窄的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行傳輸?shù)拇袛?shù)據(jù)傳輸已無法滿足要求。當(dāng)需要例如環(huán)繞在整個旋轉(zhuǎn)葉片周圍的玻璃纖維狀的額外傳感器以及借助該傳感器來測量受旋轉(zhuǎn)葉片的振動影響的光阻尼時，需要數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捀鼘挕?/p>

從根本上說，經(jīng)無線電實現(xiàn)從旋轉(zhuǎn)葉片到控制器的數(shù)據(jù)傳輸是可能的。現(xiàn)在的WLAN系統(tǒng)包括了所需要的帶寬且基本上可在所期望的距離上非常可靠地傳輸數(shù)據(jù)。但其缺點(diǎn)是可用通道的數(shù)量有限。