CN102368644A - 风力涡轮机的操作方法、控制器以及电机的线圈装置 - Google Patents

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CN102368644A CN2011101914340A CN201110191434A CN102368644A CN 102368644 A CN102368644 A CN 102368644A CN 2011101914340 A CN2011101914340 A CN 2011101914340A CN 201110191434 A CN201110191434 A CN 201110191434A CN 102368644 A CN102368644 A CN 102368644A
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Abstract

本发明涉及风力涡轮机的操作方法、控制器以及电机的线圈装置。具体而言，本公开内容涉及一种用于操作具有发电机的风力涡轮机的方法，该发电机对于各相均具有多个线圈，其中，各相的多个线圈均包括含有至少两个线圈的至少一个线圈组，该线圈组包括含有至少一个线圈的至少两个子组，其中，发电机具有线圈组的线圈电性地串联连接的第一状态，以及发电机具有至少两个子组切换成电性地并联的第二状态；该方法包括：改变发电机的状态。此外，本公开内容涉及一种用于风力涡轮机的电机的线圈装置，该电机对于各相均具有多个线圈，其中各相的多个线圈均包括含有至少两个线圈的至少一个线圈组，该线圈组包括含有至少一个线圈的至少两个子组。

Description

风力涡轮机的操作方法、控制器以及电机的线圈装置
技术领域
本公开内容涉及一种用于操作风力涡轮机的方法。此外，本公开内容涉及一种用于电机的线圈装置(或布置)，以及用于风力涡轮机的控制器。
背景技术
风力涡轮机可使用永磁发电机和电激励同步和/或异步发电机。在一些实施例中，发电机具有一个或多个定子绕组，在其中转子的旋转磁场感生电压。通常，感生电压与发电机转子旋转速度成正比，且还与永磁体的磁场成正比。风力涡轮机可使用永磁发电机代替电激励同步或异步发电机来改善系统效率，尤其是在部分负载下，以及在一些实施例中，增加风力涡轮机的年能量产出(AEP)。在一些实施例中，发电机具有一个或多个定子绕组，在其中磁体、尤其是永磁体的旋转磁场感生电压。
在典型的使用中，风力涡轮机的发电机电性地连接到电网上，具体是经由逆变器(inverter)。通常，电网操作人员需要将最小电压供给至电网，以便在产生的电流高于所述最小电压的情况下将风力涡轮机连接到电网上。
例如，风力涡轮机的逆变器仅可在预定的旋转速度操作范围内操作。因此，在操作期间，发电机的输出电压可适应于逆变器或转换器的输入操作范围。通常，发电机的输出电压取决于发电机转子的旋转速度，尤其是在永磁发电机的情况下。由于风速不可控制，且因此风力涡轮机的风力转子旋转速度不可控制，故风力涡轮机可连接到电网上的时间取决于风速。此外，在风力转子的高旋转速度下，发电机通常产生高电压。通常，电压越高，则转子的铁损耗便越高。
发明内容
鉴于上文，提供了一种用于操作具有发电机的风力涡轮机的方法，该发电机对于各相而言均具有多个线圈，其中，各相的多个线圈均包括含有至少两个线圈的至少一个线圈组，该线圈组包括含有至少一个线圈的至少两个子组，其中，发电机具有线圈组的线圈电性地串联连接的第一状态，以及发电机具有至少两个子组切换成电性地并联的第二状态；该方法包括：改变发电机的状态。
根据另一方面，提供了一种用于风力涡轮机的电机的线圈装置，该电机对于各相而言均具有多个线圈，其中，各相的多个线圈均包括含有至少两个线圈的至少一个线圈组，该线圈组包括含有至少一个线圈的至少两个子组，其中，电机具有线圈组的线圈电性地串联连接的第一状态，以及电机具有至少两个子组切换成电性地并联的第二状态。
根据另一方面，提供了一种用于风力涡轮机的控制器，该风力涡轮机包括发电机，该发电机对于各相而言均具有多个线圈，其中，各相的多个线圈均包括含有至少两个线圈的至少一个线圈组，该线圈组包括具有至少一个线圈的至少两个子组，其中，发电机具有线圈组的线圈电性地串联连接的第一状态，以及发电机具有至少两个子组切换成电性地并联的第二状态；其中，控制器适于产生用于改变发电机状态的信号。
通过从属权利要求、说明以及附图，本发明的其它方面、优点和特征将是明显的。
附图说明
在包括参照附图的余下说明书中向本领域的普通技术人员更为具体地阐述了包括其最佳模式的完整和能够实施的公开内容，在附图中：
图1为示例性风力涡轮机的一部分的透视图；
图2为适于结合图1中所示的风力涡轮机使用的示例性电气及控制系统的简图；
图3示意性地示出了发电机的实施例；
图4示意性地示出了处于第一状态的发电机定子电路的实施例；
图5示意性地示出了处于第二状态的图4中的电路；
图6示意性地示出了处于第一状态的发电机定子电路的另一实施例；
图7示意性地示出了处于第二状态的图6中的电路；
图8示意性地示出了处于第一状态的发电机定子电路的另一实施例；
图9示意性地示出了处于第二状态的图8中的电路；
图10示意性地示出了处于第三状态的图8中的电路；
图11示出了用于操作风力涡轮机的方法实施例的流程图。
零件清单
100风力涡轮机
102机舱
104塔架
106转子
108叶片
110毂
112低速轴
114齿轮箱
116高速轴
118发电机
120发电机定子
122发电机转子
200电气及控制系统
202涡轮控制器
206定子同步开关
208定子母线
210功率转换组件
214电路断路器
216系统母线
220功率转换器
222功率转换器
234主变压器
236发电机侧母线
238电网电路断路器
240断路器侧母线
242电网母线
244DC链路
246正干线(rail)
248负干线
250电容器
252电流传感器
254电流传感器
256电流传感器
262转换器控制器
300发电机
310转子
312磁体
314磁体
320定子
322线圈
323子线圈
324子线圈
325线圈
326子线圈
327子线圈
328线圈
329子线圈
330子线圈
332半径
333半径
334半径
422线圈
423子线圈
424子线圈
425线圈
426子线圈
427子线圈
428线圈
429子线圈
430子线圈
431开关
433开关
435开关
437开关
439开关
441开关
500发电机
502发电机定子
504发电机转子
506磁体
508磁体
510线圈
512子线圈
514子线圈
520线圈
522子线圈
524子线圈
530线圈
532子线圈
534子线圈
540线圈
542子线圈
544子线圈
560组
570组
600发电机
602发电机定子
604发电机转子
606磁体
608磁体
610线圈
620线圈
630线圈
640线圈
具体实施方式
现将更为详细地参照各种实施例，其中的一个或多个实例在各图中示出。各个实例通过举例的方式提供而非意在进行限制。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于其它实施例或结合其它实施例来使用，以产生又一个实施例。期望的是，本公开内容包括此类修改和变型。
图1为示例性风力涡轮机100的一部分的透视图。风力涡轮机100包括收容发电机(图1中未示出)的机舱102。机舱102安装在塔架104(图1中示出了塔架104的一部分)上。塔架104可具有有助于使风力涡轮机100如本文所述那样操作的任何适合的高度。风力涡轮机100还包括转子106，该转子106包括附接到旋转毂110上的三个叶片108。作为备选，风力涡轮机100包括有助于使风力涡轮机100如本文所述那样操作的任意数目的叶片108。在示例性实施例中，风力涡轮机100包括可操作地联接到转子106和发电机(图1中未示出)上的齿轮箱(图1中未示出)。
图2为可结合风力涡轮机100使用的示例性电气及控制系统200的简图。转子106包括联接到毂110上的叶片108。转子106还包括可旋转地联接到毂110上的低速轴112。低速轴112联接到逐步加速的齿轮箱114上，该齿轮箱114构造成用以逐级提升低速轴112的旋转速度，且将该速度传递至高速轴116。在示例性实施例中，齿轮箱114具有大约70∶1的逐步加速比(step-up ratio)。例如，联接到逐步加速比为大约70∶1的齿轮箱114上的以大约20转/分钟(rpm)旋转的低速轴112对于高速轴116产生大约1400rpm的速度。作为备选，齿轮箱114具有有助于使风力涡轮机100如本文所述那样操作的任何适合的逐步加速比。作为另一备选方案，风力涡轮机100包括直接驱动的发电机，该发电机可旋转地联接到转子106上，而无需任何介于其间的齿轮箱。
高速轴116可旋转地联接到发电机118上。在示例性实施例中，发电机118为永磁体三相同步发电机，其包括磁性地耦接到发电机转子122上的发电机定子120。在实施例中，发电机定子122包括多个永磁体。在备选实施例中，发电机118可为感应(异步)发电机。
电气及控制系统200包括涡轮控制器202。涡轮控制器202包括存储器和至少一个处理器、至少一个处理器输入通道、至少一个处理器输出通道，且可包括至少一个计算机(图2中均未示出)。如本文所用，用语“计算机”不限于本领域中称为计算机的集成电路，而是广义地指代处理器、微控制器、微型计算机、可编程序逻辑控制器(PLC)、专用集成电路以及其它可编程序电路(图2中均未示出)，并且这些用语在本文中可互换使用。在示例性实施例中，存储器可包括但不限于计算机可读介质，如随机存取存储器(RAM)(图2中未示出)。作为备选，还可使用一个或多个存储装置，如软盘、压缩光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字通用光盘(DVD)(图2中均未示出)。另外，在示例性实施例中，附加的输入通道(图2中未示出)可为但不限于与操作人员界面相关联的计算机外围设备，例如鼠标和键盘(两者均未在图2中示出)。此外，在示例性实施例中，附加的输出通道可包括但不限于操作人员界面监视器(图2中未示出)。
用于涡轮控制器202的处理器处理从多个电气电子装置传输来的信息，这些装置可包括但不限于电压和电流换能器(transducer)。RAM和/或存储装置存储和传递将由处理器执行的信息和指令。RAM和/或存储装置还可用于在处理器执行指令期间存储和提供临时变量、静止(即，不变的)信息和指令或其它中间信息给处理器。所执行的指令包括但不限于驻留转换和/或比较器算法。指令序列的执行不限于硬件电路和软件指令的任何特定组合。
发电机定子120经由定子母线208电性地耦接到功率转换组件210上。在示例性实施例中，定子母线208将三相功率从发电机定子120传输至定子同步开关206。在示例性实施例中，功率转换组件210经由系统母线216电性地耦接到主变压器电路断路器214上。在备选实施例中，一个或多个熔断器(未示出)用于代替主变压器电路断路器214。在另一实施例中，既未使用熔断器也未使用主变压器电路断路器214。
功率转换组件210包括电性地耦接到定子母线208上的定子侧功率转换器220。转子侧功率转换器220电性地耦接到线路侧功率转换器222上。定子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222为包括功率半导体(未示出)的功率转换器电桥。在示例性实施例中，定子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222构造为三相脉宽调制(PWM)构造，其包括如本领域中公知那样操作的绝缘栅双极晶体管(IGBT)切换装置(图2中未示出)。作为备选，定子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222可具有使用有助于使电气及控制系统200如本文所述那样操作的任何切换装置的构造。功率转换组件210耦接成与涡轮控制器202进行电子数据通信，以便控制定子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222的操作。
在示例性实施例中，系统母线116将线路侧功率转换器222电性地耦接到主变压器电路断路器214上。作为备选，线路侧功率转换器222电性地耦接到系统母线216上，包括任何适合的保护方案(或配置，未示出)。主变压器电路断路器214经由发电机侧母线236电性地耦接到电功率主变压器234上。主变压器234经由断路器侧母线240电性地耦接到电网电路断路器238上。电网电路断路器238经由电网母线242连接到电功率传输和分配电网上。在备选实施例中，主变压器234经由断路器侧母线240电性地耦接到一个或多个熔断器(未示出)上，而非电网电路断路器238上。在另一实施例中，既不使用熔断器，也不使用电网电路断路器238，而是将主变压器234经由断路器侧母线240和电网母线242耦接到电功率传输和分配电网上。
在示例性实施例中，定子侧功率转换器220经由单条直流(DC)链路244耦接成与线路侧功率转换器222电性连通。作为备选，定子侧功率转换器220和线路侧功率转换器222经由独立且分离的DC链路(图2中未示出)电性地耦接。DC链路244包括正干线246、负干线248，以及联接在正干线246与负干线248之间的至少一个电容器250。作为备选，电容器250包括构造成串联和/或并联在正干线246与负干线248之间的一个或多个电容器。
涡轮控制器202构造成用以从第一组电压和电流传感器252接收多个电压和电流测量信号。此外，涡轮控制器202构造成用以监测和控制与风力涡轮机100相关联的操作变量中的至少一部分。在示例性实施例中，三个电压和电流传感器252中的各个均电性地耦接到电网母线242的三相中的各个相上。作为备选，电压和电流传感器252电性地耦接到系统母线216上。作为另一备选方案，电压和电流传感器252电性地耦接到有助于使电气及控制系统200如本文所述那样操作的电气及控制系统200的任何部分上。作为又一备选方案，涡轮控制器202构造成用以从任意数目的电压和电流传感器252接收任意数目的电压和电流测量信号，包括但不限于从一个换能器上接收一个电压和电流测量信号。
如图2中所示，电气及控制系统200还包括转换器控制器262，其构造成用以接收多个电压和电流测量信号。例如，在一个实施例中，转换器控制器262从耦接成与定子母线208进行电子数据通信的第二组电压和电流传感器254接收电压和电流测量信号。转换器控制器262从耦接成与系统母线212进行电子数据通信的第三组电压和电流传感器256接收第三组电压和电流测量信号。转换器控制器262大致类似于涡轮控制器202，且耦接成与涡轮控制器202进行电子数据通信。此外，在示例性实施例中，转换器控制器262物理地集成在功率转换组件210内。作为备选，转换器控制器262具有有助于使电气及控制系统200如本文所述那样操作的构造。
在操作期间，风冲击叶片108，而叶片108将风能转变成机械旋转转矩，该转矩经由毂110来可旋转地驱动低速轴112。低速轴112驱动齿轮箱114，而齿轮箱114随后逐级提升低速轴112的低旋转速度，以便以增大的旋转速度来驱动高速轴116。高速轴116可旋转地驱动发电机转子122。在发电机定子120内由发电机转子122感生出旋转磁场。发电机118将旋转机械能转换成发电机定子120中的正弦三相交流(AC)电能信号。相关的电功率经由定子母线208、功率转换组件210、系统母线216、主变压器电路断路器214和发电机侧母线236传输至主变压器234。主变压器234逐级提升电功率的电压幅度，而转变的电功率进一步经由断路器侧母线240、电网电路断路器238和电网母线242传输至电网。
在功率转换组件210内，电功率传输至定子侧功率转换器220。定子侧功率转换器220用作整流器，且将正弦三相AC功率整流为DC功率。DC功率传输到DC链路244中。电容器250通过促进减轻与AC整流相关联的DC纹波而有助于减小DC链路244的电压幅度变化。
DC功率随后从DC链路244传输至线路侧功率转换器222，且线路侧功率转换器222用作逆变器，该逆变器构造成用以将来自于DC链路244的DC电功率转换成具有预定电压、电流和频率的三相正弦AC电功率。该转换通过转换器控制器262来监测和控制。经转换的AC功率从线路侧功率转换器222传输至系统母线216。
主变压器电路断路器214和电网电路断路器238构造成例如在过大的电流可能破坏电气及控制系统200的构件时断开对应的母线。还可提供附加的保护构件。
功率转换组件210构造成用以从涡轮控制器202接收控制信号。该控制信号基于风力涡轮机100和电气及控制系统200的感测状态或操作特性。控制信号由涡轮控制器202接收，并用于控制功率转换组件210的操作。来自于一个或多个传感器的反馈可由电气及控制系统200通过转换器控制器262用于控制功率转换组件210，其中，转换器控制器262例如包括定子母线电压、电流传感器254，电网母线电压和电流传感器252，以及系统母线电压和相应的电流传感器256。通过使用此种反馈信息，以及例如切换控制信号、定子同步开关控制信号和系统电路断路器控制(跳闸)信号可以任何公知的方式产生。
通常，功率转换组件210可在特定的输入电压范围内操作，该范围可由定子侧功率转换器220转换，可处于200V至5000V的之间，具体是在500V至1000V之间。
图3示出了三相发电机300的实施例的简图。发电机可为永磁发电机、电激励同步发电机或异步发电机。发电机300包括转子310和定子320。在典型的实施例中，转子310经由齿轮箱机械地连接到风力转子106上。因此，当风力转子由风中的动能旋转时，风力转子便驱动发电机的转子310，转子310继而旋转。转子310包括至少两个永磁体312，314，其中，北极314和南极312交替地布置在转子310的圆周上。在另一实施例中，转子310可包括两个以上的永磁体。在另一实施例中，发电机可包括用于增大或减小永磁体312，314的磁场的激励线圈。
在典型的实施例中，定子包括三个线圈322，325，328，其中，三相电流的各相均连接到相应的绕组上。在另外的实施例中，发电机300可包括更多的线圈，例如对于各相而言包括两个或多个线圈。在操作中，当转子310旋转时，其产生旋转磁场。根据感应定律，在定子的线圈322，325，328中感生出电压。通常，感生电压与发电机转子的旋转速度成正比。如图2中所示，定子的线圈322，325，328例如可连接到电路断路器、换向器(commutator)或逆变器上。
通常，进入发电机线圈中的感生电压与圈数成正比，且其与转子的旋转速度成正比。如图3中所示，各线圈322，325，328均可分别包括至少两个子线圈323，324，326，327，329，330。各线圈322，325，328的子线圈323，324，326，327，329，330均可串联和并联地连接。通常，各线圈的子线圈同轴地布置，具体是一个接着一个，以便它们相对于转子旋转轴线以不同的径向距离设置。因此，各线圈的子线圈布置在相应的同一半径332，333，334上。在另一实施例中，线圈的形态和布置可适于以便在定子的各子线圈中通过转子磁场感生出大致相同的电压。例如，线圈的直径可从相同线圈的一个子线圈到另一个子线圈为不同的。
在另一实施例中，发电机转子可设置在定子外侧。定子和转子的布置例如可取决于风力涡轮机的类型和/或机舱的尺寸。
图4示出了根据一个实施例的发电机的示意性电路。该电路包括三个线圈422，425，428，其中，各线圈422，425，428均包括两个子线圈423，424，426，427，429，430。线圈以三角连接法(或△接法)与三相L1，L2，L3相连。在另一实施例中，线圈422，425，428可以星形连接法连接到三相L1，L2，L3上。在可结合其它实施例的典型实施例中，发电机可将线圈422，425，428从星形连接法切换至三角连接法，反之亦然，这具体取决于风力涡轮机的操作状态。在图4中，子线圈串联地连接，以便各线圈422，425，428的两个子线圈423，424，426，427，429，430形成公共线圈。通常，各线圈的各子线圈423，424，426，427，429，430的绕向对于线圈的各径向轴线而言具有相同的方向。在图5中，如在图4中那样示出了相同的电路，但各线圈422，425，428的子线圈并联地连接。因此，线圈的子线圈423，424，426，427，429，430可取决于操作风力涡轮机的一种或多种状态而切换成并联或串联。为了将子线圈423，424，426，427，429，430从并联连接切换至串联连接，各线圈422，425，428均包括至少一个开关431，433，435，437，439，441。通常，切换时间可处在1秒至10秒之间，例如2秒至5秒之间。
例如，如果风力转子的旋转速度且因此发电机转子122，310的旋转速度很高，则各线圈的子线圈323，324，326，327，329，330，423，424，426，427，429，430分别并联地连接，以便可产生电压相对较低的高电流。如果风力涡轮机以低的转子106旋转速度操作，则对于各线圈322，325，328，422，425，428而言，子线圈323，324，326，327，329，330，423，424，426，427，429，430串联地连接，以便产生具有高电压的低电流。因此，通过在风力涡轮机100的转子106旋转速度低时使用串联连接和在风力涡轮机旋转速度高时对于各线圈的子线圈使用并联连接，增大了风力涡轮机可操作的旋转速度可用范围。例如，风力涡轮机的逆变器可仅在500伏至1000伏之间操作。因此，在线圈(其中，线圈的输出电压不会足够高以便逆变器可转换电流)的情况下，切换成并联的子线圈可变为串联构造，以便增加输出电压。
图6和图7示出了永磁发电机500的示范性电路的另一实施例的截面。发电机500包括发电机定子502和发电机转子504，其中，永磁体506，508围绕发电机转子的圆周有规则地布置。具体而言，磁体506，508的南极和北极朝向发电机定子502交替地设置。
发电机定子502包括分别具有两个子线圈512，514，522，524，532，534，542，544(即，径向内侧子线圈512，522，532，542和径向外侧子线圈514，524，534，544)的多个线圈510，520，530，540。在图6和图7中，仅示出了一个相的线圈。其它相的线圈将分别布置在两个相邻线圈510，520，530，540之间。径向内侧子线圈512，522，532，542可形成第一组线圈560，以及径向外侧子线圈可形成第二组线圈570。
图6和图7中的永磁发电机500可具有两种不同的状态。在图6中所示的第一状态中，所有线圈510，520，530，540都电性地串联连接。此外，各线圈510，520，530，540的子线圈512，514，522，524，532，534，542，544均电性地串联连接。在图7中所示的第二状态中，内侧子线圈512，522，532，542串联连接以形成内侧子线圈系统，而外侧子线圈514，524，534，544串联连接以形成外侧子线圈系统。然后，内侧子线圈的系统和外侧子线圈的系统电性地并联连接。在各种状态下，一个相的子线圈512，514，522，524，532，534，542或544和线圈510，520，530，540设置成以便通过发电机转子504的磁体506，508在线圈中感生出大致相同的电压。如果转子在第一状态和第二状态中以相同的速度旋转，则在第一状态中电路的点A和B之间的电压UAB高于在第二状态中电路的点A和B之间的电压UAB。在第二状态中，第一组线圈560并联地连接到第二组线圈570上。
图8至图10示出了永磁发电机600的示意性电路的另一实施例的截面。发电机600包括发电机定子602和发电机转子604，其中，永磁体606，608围绕发电机转子的圆周有规则地布置。具体而言，磁体606，608的南极和北极朝向发电机定子602交替地设置。
发电机定子602包括多个线圈610，620，630，640。在图8至图10中，仅示出了一个相的线圈。其它相的线圈将分别布置在两个相邻线圈610，620，630，640之间。通常，一个相的线圈610，620，630，640设置成以便通过发电机转子604的磁体606，608在线圈中感生出大致相同的电压。
图8至图10的永磁发电机500可具有三个不同的状态。在图8中示出的第一状态中，所有线圈510，520，530，540都电性地串联连接。在图9和图10中所示的第二状态和第三状态中，线圈分离成第一组线圈和第二组线圈，各组线圈均包括对应相的一半线圈。各组线圈内的线圈电性地串联连接，且第一组线圈和第二组线圈电性地并联连接。在示出永磁发电机500的第二状态的图9中，第一组线圈包括在相同相的圆周方向上的每一第二线圈610，630，而第二组线圈包括相同相的其余线圈620，640。在图10中，第一组线圈可包括相中的一半线圈，其中，线圈设置成彼此邻近，例如，一个相的线圈设置在定子圆周的第一半上，以及第二组线圈可包括该相的其余的一半线圈，例如，该相的线圈设置在定子圆周的第二半上。
如果转子在第一状态、第二状态和第三状态下以相同的速度旋转，则第一状态中电路的点A和B之间的电压UAB高于第二状态和第三状态中电路的点A和B之间的电压UAB。通常，第一状态中的电压UAB将为第二状态和第三状态中电压UAB的两倍。
在图6至图10中，为了清楚起见，仅示出了一个相的四个线圈，但永磁发电机第一状态、第二状态和第三状态的线圈之间的电性连接还可以更多线圈来实现。另外，多于两组的线圈或子线圈可提供为用于实现适于永磁发电机输出电压的更大可能性。
根据典型的实施例，公开了一种方法，其中，发电机、尤其是永磁发电机的绕组从并联切换至串联以逐级提升输出电压水平。因此，该构想在于，以绕组可切换成并联或串联的此种方式将接触器连接到发电机系统中。这可扩大速度可变发电机系统的可用操作范围。如果绕组切换成串联，则发电机的输出电压将加倍，尤其是在子线圈具有相同圈数的情况下。风力涡轮机的速度范围可扩大到较低的速度范围，以便其可优化风力涡轮机的功率系数(Cp)因子。通常，风力涡轮机的转换器可保持较长时间的生产效能进入低速区域中。
在图11中示出了一种方法的流程图。通常，确定发电机转子的旋转速度(方框1000)，以便可估计发电机不同状态中的发电机输出电压(方框1010)。通常，不同的状态例如包括发电机线圈和/或子线圈的不同连接，例如，图6至图10的实施例中所示的状态。将不同状态的计算输出电压与至少一个预定电压范围相比较，该预定电压范围例如可为风力涡轮机功率转换器的操作范围的上限和下限(方框1020)。如果发电机可以至少一个状态操作使得输出电压处在预定电压范围内，则发电机便以该状态操作(方框1030)。然后，处理器可再次在方框1000开始。其它电压也可用作基准阈电压或电压范围，例如，馈入电网中的最小电压。
在典型的实施例中，在发电机转子旋转期间，在相同相的各线圈中感生出大致相同的电压。
在另一实施例中，根据本文公开的实施例的方法可包括确定发电机速度。
在典型的实施例中，根据可与本文公开的另一实施例相结合的一个实施例的方法可包括：如果发电机转子的旋转速度超过或低于预定阈旋转速度，则产生用于改变发电机状态的信号。
在典型的实施例中，一种方法可包括：如果基准电压超过或低于预定阈电压则产生用于改变状态的信号，其中，基准电压选自至少一个电压，该至少一个电压选自由线圈电压、线圈组电压、子组电压以及磁轮电压所构成的组。通常，线圈、线圈组、线圈子组的电压都是可在线圈、线圈组或线圈子组的两端之间测量的电压。
在另一实施例中，阈电压取决于至少一个电压，该至少一个电压选自由风力涡轮机转换器最小输入电压、风力涡轮机转换器最大输入电压、风力涡轮机转换器最小输出电压、风力涡轮机转换器最大输出电压、功率电子装置的最小输入电压、功率电子装置的最大输入电压、功率电子装置的最小输出电压以及功率电子装置的最大输出电压所构成的组。在可与本文公开的其它实施例相结合的典型实施例中，功率电子装置设置在风力涡轮机的电气系统中，尤其是风力涡轮机的三相电气系统。通常，风力涡轮机电气系统的部分可布置在风力涡轮机塔架外的单独控制箱中。
在典型的实施例中，发电机为永磁发电机。
在另一实施例中，发电机为三相发电机。
在可与本文公开的其它实施例相结合的典型实施例中，子组的线圈具有大致相同的圈数。
在可与本文公开的其它实施例相结合的另一实施例中，在电机转子旋转期间，在相同相的各线圈中感生出大致相同的电压。
在典型的实施例中，子组的线圈具有大致相同的圈数。
在可与本文公开的其它实施例相结合的另一实施例中，线圈装置设置在电机的定子中。
在典型的实施例中，电机为永磁体三相电机。
在可与本文公开的其它实施例相结合的另一实施例中，相应子组的线圈轴线设置在电机的同一半径上。通常，电机具有发电机转子围绕其旋转的旋转轴线。因此，电机的半径从电机的旋转轴线沿径向延伸。
在可与本文公开的其它实施例相结合的典型实施例中，如果发电机转子的旋转速度超过或低于预定阈旋转速度，则控制器适于产生用于改变发电机状态的信号。
在可与本文公开的其它实施例相结合的另一实施例中，如果基准电压超过或低于预定阈电压，则控制器适于产生用于改变状态的信号，其中，基准电压选自至少一个电压，该至少一个电压选自由线圈电压、线圈组电压、子组电压和磁轮电压所构成的组。
本书面说明使用了包括最佳模式的实例来使本领域的任何普通技术人员能够制作和使用所述主题。尽管上文已经公开了各种具体实施例，但本领域的普通技术人员将认识到，权利要求的精神和范围容许同等有效的改进。尤其是，上述实施例相互间的非相互排斥的特征可彼此结合。可取得专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域的普通技术人员所想到的此类改进和其它实例。如果这些其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无实质差异的同等结构元件，则认为这些实例处在权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于操作具有发电机(300)的风力涡轮机的方法，所述发电机对于各相而言均包括多个线圈(323，324，326，327，329，330，423，424，426，427，429，430，512，514，522，524，532，534，542，544，610，620，630，640)，其中，各相的所述多个线圈均包括含有至少两个线圈的至少一个线圈组(322，325，328，422，425，428)，所述线圈组包括含有至少一个线圈的至少两个子组(323，324，326，327，329，330，423，424，426，427，429，430，560，570)，其中，
所述发电机具有所述线圈组的线圈电性地串联连接的第一状态，以及
所述发电机具有所述至少两个子组切换成电性地并联的第二状态；所述方法包括：
改变所述发电机的状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于
在所述发电机的转子旋转期间，在相同相的各线圈中均感生出大致相同的电压。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定所述发电机的速度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括
如果所述发电机转子的旋转速度超过或低于预定阈旋转速度，则产生用于改变所述发电机的状态的信号，和/或如果基准电压超过或低于预定阈电压，则产生用于改变所述状态的信号，其中，所述基准电压选自以下至少一个电压，所述至少一个电压选自由线圈电压、线圈组电压、子组电压和磁轮电压所构成的组。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于
所述阈电压取决于以下至少一个电压，所述至少一个电压选自由所述风力涡轮机的转换器的最小输入电压、所述风力涡轮机的转换器的最大输入电压、所述风力涡轮机的转换器的最小输出电压、所述风力涡轮机的转换器的最大输出电压、功率电子装置的最小输入电压、所述功率电子装置的最大输入电压、所述功率电子装置的最小输出电压以及所述功率电子装置的最大输出电压所构成的组。
6.一种用于风力涡轮机的电机的线圈装置，所述电机对于各相而言均包括多个线圈(323，324，326，327，329，330，423，424，426，427，429，430，512，514，522，524，532，534，542，544，610，620，630，640)，其中，各相的所述多个线圈均包括含有至少两个线圈的至少一个线圈组(322，325，328，422，425，428)，所述线圈组包括含有至少一个线圈的至少两个子组(323，324，326，327，329，330，423，424，426，427，429，430，560，570)，其中，
所述电机具有所述线圈组的线圈电性地串联连接的第一状态，以及
所述电机具有所述至少两个子组切换成电性地并联的第二状态。
7.根据权利要求6所述的线圈装置，其特征在于
在所述电机的转子旋转期间，在相同相的各线圈中均感生出大致相同的电压。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的线圈装置，其特征在于
所述线圈装置设置在电机的定子(120，320)中。
9.根据权利要求6至权利要求8中任一项所述的线圈装置，其特征在于
相应子组的线圈的轴线设置在所述电机的同一半径上。
10.一种用于风力涡轮机的控制器，所述风力涡轮机包括发电机，所述发电机对于各相而言均包括多个线圈(323，324，326，327，329，330，423，424，426，427，429，430，512，514，522，524，532，534，542，544，610，620，630，640)，其中，各相的所述多个线圈均包括含有至少两个线圈的至少一个线圈组(322，325，328，422，425，428)，所述线圈组包括含有至少一个线圈的至少两个子组(323，324，326，327，329，330，423，424，426，427，429，430，560，570)，其中
所述发电机具有所述线圈组的线圈电性地串联连接的第一状态，以及
所述发电机具有所述至少两个子组切换成电性地并联的第二状态；其中
所述控制器适于执行根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的方法。
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