CN102668362A - 异步发电机系统和具有异步发电机系统的风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于风力涡轮机的异步发电机系统以及具有这种系统的风力涡轮机，并且本发明还涉及一种用于驱动和起动这种风力涡轮机的方法。在此，所述异步发电机系统特别简单并因此可低成本地构造，并且能够承受风暴和与其相关联的转数的提高。

Description

异步发电机系统和具有异步发电机系统的风力涡轮机

技术领域

本发明涉及一种用于风力涡轮机的异步发电机系统以及具有这种系统的风力涡轮机，并且涉及一种用于驱动和起动这种风力涡轮机的方法。在此，所述异步发电机系统特别简单并因此可低成本地构造，并且能够承受风暴和与其相关联的转数的提高。

背景技术

基本上已知的是，异步发电机系统是应用于风力涡轮机的，以便通过风轮即转片的旋转，将其动力学的旋转能量转变成电功率。这种异步发电系统通常具有异步发电机，该异步发电机具有定子和能相对于该定子旋转的转子。在此，相对于该定子，该转子可以是位于内部的转子，也可以是位于外部的转子。

基本上还已知的是，尤其在具有高功率即具有特别大的转片直径的风力涡轮机中应用异步发电机系统，该异步发电机系统是所谓的双馈异步发电机(Doubly Fed Induction Generator，DFIG)。在这种实施方式中，不仅定子的绕组与电网相连接，而且转子的绕组也与电网相连接，该电网应由风力涡轮机提供功率。异步发电机系统在所谓的超同步驱动中是尤其有利的，即，在与随后定子中感应的磁场相比，转子转动得更快的驱动中是尤其有利的。在转子中通过相对运动形成的电流和因此可供使用的功率在超同步的驱动中同样被馈入电网。为了能够实现它，这种双馈异步发电机系统具有自身的转子回路，该转子回路能够通过频率变流器，即整流器和后续的逆变器，使由转子在超同步驱动中产生的功率与电网和其电网条件相匹配。也还从转子回路向电网馈电。但是，已知的异步发电机系统中的缺点是，在这种实施方式中需要非常复杂的结构。尤其是需要大量的电子器件，以便能够将转子，尤其是其绕组与电网连接。

发明内容

当前，本发明的任务在于，解决前面阐述的缺点。本发明的目的尤其在于，提供一种用于风力涡轮机的异步发电机系统，该异步发电机系统能够以特别简单的方式实现对风力涡轮机的转片转数的快速影响，尤其是比通过机械调整转片叶片，所谓的调定(Pitchen)，所能实现的影响更快速。

通过根据本发明的、具有独立权利要求1所述特征的异步发电机系统以及通过具有独立权利要求10所述特征的风力涡轮机来解决该任务。此外，本发明的主题还有一种用于驱动具有独立权利要求11所述特征的风力涡轮机的方法以及一种用于起动具有独立权利要求12所述特征的风力涡轮机的方法。尤其地，引用相应的独立权利要求的从属权利要求给出了其他实施方式。

在此，依据本发明的、用于用于产生可供电网使用的电流的风力涡轮机的异步发电机系统具有异步发电机，所述异步发电机带有定子和转子。在此，无关紧要的是，该转子是否布置在定子的内部或者是否围绕定子地布置，该转子是否是位于内部的转子或者是位于外部的转子。此外，设置有定子接线端，其实现了定子的绕组与电网的电连接。该定子接线端还用于将根据本发明的异步发电机系统与电网电连接。能够纯功能地例如通过从定子离开的线缆来构造该定子接线端，但是也能够在结构上通过机械接触点，尤其通过插头接触点来构成该定子接线端。

此外，设置有转子接线端，该转子接线端将转子的绕组与功率电子系统导电连接。在此，功率电子系统是一个与电网电隔离的系统，该系统形成转子的与电网分离的电流回路。该功率电子系统还能够被称为转子回路，或者被称为电转子回路，其不能将功率馈入电网。与电网电隔离的功率电子系统具有至少一个变流器，变流器转换在转子绕组中产生的交流电。在此，变流器依赖于穿过变流器的电流的流动方向。在超同步驱动中，即在由定子中的感应磁场与转子之间的速度差所产生的电流流过转子绕组的驱动中，变流器作为整流器运作，该整流器从转子的绕组中获得交流电，并对其进行整流。在相反的驱动方向上，例如在欠同步驱动中，即在转子，即其绕组需要用于支持的电流的驱动中，电流在相反的方向上流过变流器，并因此从直流侧逆变到转子侧。变流器在该运行情况下还作为逆变器运作。

此外，在功率电子系统中设置有至少一个阻抗，该阻抗关于转子接线端串联于变流器的下游。换而言之，阻抗位于变流器的直流侧上。还能够概括地说，功率电子系统的交流侧位于转子接线端与变流器之间，而从变流器的角度观察，直流侧位于与转子接线端对面的一侧上。在该直流侧上布置有阻抗，在超同步驱动中由转子绕组产生的电流流过该阻抗。

针对如下使用情况，即在异步发电机系统的输入端上，即在风力涡轮机的转片与转子之间的连接处，转数增加，例如与在发生风暴的情况下能够发生的转数增加一样，异步发电机的转子将较快地转动。转数的这种增加提高了在异步发电机的驱动状态中的异步性

这一方面导致了效率的降低，然而在另一方面还在定子侧上同样地引起了变化，从而在定子接线端上不再存在所期望的并且由电网规定的用于所产生的电流的条件。但是，在特别简单的并且有成本效益的风力涡轮机中，在定子接线端上优选地设置有直接的电网耦合装置(Netzkoppelung)，从而能够不对在风暴情况下实现的变化施加影响，不对所产生的电流施加影响。换而言之，风暴会导致所产生的功率波动，尤其是所产生的电流(Stromflusses)波动，该波动与所规定的电网条件不相符。在最坏的情况下，这种设备不允许被耦接到电网上。因此，这种设备不再具有经济性。

为了避免在异步发电机的定子侧上需要能够缓冲风暴的附加的并且昂贵的电子部件，通过本发明在这种风暴的情况下以如下方式缓冲风力涡轮机的转片的转数的提高，并由此缓冲异步发电机的转子的转数的提高，即，通过变流器对所产生的电流进行整流，并且所产生的电流在与电网电隔离的功率电子系统中流过阻抗。换而言之，该阻抗产生对变流器的直流侧上的电流的阻抗，而其又转而引起了对转子交流侧上的电流的阻抗。因此，电阻抗随着转子的转数的提高而增加，由此，对转子进行制动。在此，附加地产生的能量尤其在阻抗上被转化成热量，并因此得以缓冲。

与已知的双馈异步发电机(DFIG)系统相比，可以这样说，通过这种方式消耗掉了功率，即在超同步驱动中附加产生的功率没有馈入电网中，而是可以这样说，该功率通过阻抗燃耗掉了。因为没有给出电网接触点，热量的产生消耗掉了该附加的功率。但是，通过这种方式还可以在风暴的情况下使转数基本保持恒定，而尤其无需在异步发电机的定子侧上的、附加的、昂贵的电子器件。此外，能够舍弃电网接线端和关于转子侧上的这种电网接线端的相应必要性。尤其地，能够舍弃附加的电子器件，例如逆变器，不然该逆变器必须将转子回路与电网连接。因此，转子的所有部件都能够不依赖于电网并因此能够被较简单地设计。

在此，超同步驱动中的前文所述的缓冲过程只是暂时的。尤其地，缓冲(Abpuffern)在用于实施对转片叶片的调定所需要的时间内是必需的。它涉及的是对风暴的一种快速反应，而原先由较慢的反应，即对转片叶片的调定，跟随该风暴。只要该风暴仅仅是特别短的风暴，那么能够通过这种方式设置：如果风暴在一定的持续时间内再次减弱，则控制逻辑完全忽略对风轮的机械调定。能够通过这种方式避免对风力涡轮机的转片叶片的不必要的调定以及由此不必要的调整工作。

在此，功率电子系统与电网的电隔离可以理解为：功率电子系统不具有到电网的电连接。换而言之，转子回路与电网电分离。在此，这种电分离尤其是一种完全的电隔离，在该电隔离中，不存在到电网的、间接的连接、例如经由变压器所形成的连接。

有利地，功率电子系统中的阻抗是可开断的。在最简单的意义上，这种可开断性是阻抗的接通和断开。因此，通过将多个电阻和/或电感的组合，能够在功率电子系统的变流器的直流侧上产生不同的阻抗值，该阻抗值与相应的不同的超同步驱动方式，即相应的不同强度的风暴，相匹配。在相应的风暴中，即在相应的超同步驱动中，通过有针对性地接通确定数量的阻抗，多个阻抗能够产生所期望的或者所需要的阻抗值。

在此，定子接线端和转子接线端尤其被理解为电接线端，像其在相应的应用状况中所需要的那样。这能够例如是在定子接线端处的三相接线端，该三相接线端以星形电路或者三角形电路连接。在转子侧上，这同样能够是三相的接线端，或者也能够是两相的接线端，该接线端将交流电从转子，尤其是其绕组，引导到变流器。用于变流器的直流侧上的直流的接线端可以相应地以有利的方式被设计为两相的接线端。

在此，能够不同地构成根据本发明的功率电子系统中的阻抗。在此，它能够是欧姆电阻、电感性阻抗或者还可以是电容性阻抗。

能够概括地说，在根据本发明的异步发电机系统中因此避免将附加的功率从转子回路馈入电网中。换而言之，不将附加的功率提供给电网而是基本上消耗掉该附加的功率。但是，仅通过这一步，即通过实施消耗所产生的功率，可以实现根据本发明的异步发电机系统的特别简单的结构方式。尤其地，通过以这种方式可能实现的与转子回路的电网的隔离，能够明显更加简单地构造转子回路，尤其是舍弃第二变流器，即舍弃至电网的逆变器。

在本发明的范围内，能够有利的是，至少一个阻抗是可变的阻抗，其阻抗值是可变的。在此，通常用单位欧姆[Ω]标示的阻抗值尤其地能够从零到最大值变化。在此，能够梯级式地或者基本连续地实现这种可变性。还能够通过将多个阻抗彼此连接，尤其通过将多个阻抗并联以及该多个电阻能够独立地接通和断开，来实现单个阻抗的梯级式的可变性。阻抗的可变性导致能够实现功率电子系统对相应的风暴的特定的反应。风暴越大，转片叶片的加速度就越强，并且相应地异步发电机中转子的转数就越高。因此，根据风暴强度，相应转子的内部绕组，功率将相应程度地提高。功率上升的程度越高，在可变电阻的情况下就能够更大程度地，即更大地调节阻抗值，从而该阻抗与风暴强度相匹配，并且与由此出现的转子的转数的提高相匹配，尤其地该阻抗与风暴强度成比例地匹配，并且与由此出现的转子的转数的提高成比例地匹配。转子的通过阻抗导出的、即消耗的附加功率，相应地自动地或者有针对性地受控地或者受调整地匹配风暴的相应强度。因此，增强了以这种方式构造的异步发电机系统的灵活性。

此外，能够有利的是，在根据本发明的异步发电机系统中，设置有直流电压测量装置，其串联于变流器的下游，如此构造该直流电压测量装置，以使得能够测量串联于变流器的下游的直流电压。这种直流电压测量装置还用于测量直流侧上的变流器的输出端处的所出现的电压。该电压与相应的电流，或者与转子的绕组中所产生的功率，保持直接关联。如果所产生的功率上升或者转子的转数增加，并且因此异步发电机中的转子的超同步性增加，那么直流回路中的所测量的电压，即在变流器之后所测量的电压，升高。

该直流电压测量装置还用于获取如下数值，该数值直接反映变流器的直流侧上的电压，并且间接包含关于同步性或者异步发电机的转子的超同步性强度的信息。这种信息尤其能够被转发到控制装置上，并且或用于控制或者调整该信息或者状况，或仅用于显示该信息或者状况。当使用如前文所述的那样的可变的阻抗时，是尤其具有意义的。此外，可以将前面所获取的直流电压值应用到变流器的直流电压侧上，以便控制功率电子系统的可变阻抗的阻抗值的变化的控制或者调整。

因此，具有意义的是，在本发明的范围内，设置有阻抗控制装置，如此构造该阻抗控制装置，以使得其能够评估由直流电压测量装置测量的直流电压。根据该评估，改变至少一个阻抗的阻抗值。在此，能够变化尤其是并联连接的阻抗的总和的阻抗值。换而言之，可以根据所测量的电压，要么接通或者断开限定数量的并联的阻抗，要么以如下方式调节可变阻抗，即，形成所期望的阻抗值。通过这种方式，可以设置控制回路(Regelschleife)，其处于直流电压的输入值与所调节的阻抗的输出值之间。在此，直流电压的输入值描绘出异步发电机中的转子的超同步性的消息，而阻抗值的输出值包含转子回路中由此产生的功率的相应的缓冲。该调整实现了对快速风暴的缓冲，而不需要对风力涡轮机的转片叶片进行调定。

此外，能够有利地是，在根据本发明的异步发电机系统中，设置有至少一个直流电源，其关于转子接线端串联于变流器的下游。该直流电源能够通过变流器向转子提供功率。在这种情况下，从变流器的直流侧到交流侧，即在转子或者转子接线端的方向上实现功率供应。在这种情况下，变流器还作为逆变器运作。尤其在异步发电机的转子处于欠同步驱动下时出现这种状况。在这种情况下，与异步发电机的定子侧上的相应的电感应出的磁场相比，转子运转得更缓慢。因此，尤其在转子的欠同步驱动中，直流电源支持该转子。

此外，直流电压源还能够用于异步发电机系统的启动过程。在异步发电机中，尤其需要对定子进行磁化即磁场激励。通常通过从电网上抽去无功功率来确保这种磁化。但是因为电网供应商不希望将无功功率从电网上抽去，所以在这种情况下通过设置直流电源来确保磁场激励，而无需将无功功率从电网上抽去。以这种方式，通过直流电源来提供功率，该功率足以用于激励异步发电机中的场。只有在风力涡轮机的转片已经达到足够的速度时，尤其是在转片的转数达到与所要求的电网条件相一致的数值，并且因此异步发电机中的转子的转数也达到与所要求的电网条件相一致的数值时，异步发电机才与电网连接。到那时，能够由直流源为转子以及定子的任何支持馈电，尤其是为必需的磁场激励馈电。因此，与已知的风力涡轮机相比，能够舍弃附加的电子器件，尤其是舍弃用于异步发电机的软启动器。因此，与已知的系统相比，起动过程和为此所需要的部件将更加简单，并且将因此更加价廉。

能够有利的是，在根据本发明的异步发电机系统中，直流电源是直流电池(Gleichstromspeicher)。在此，能够以不同的方式来实现对直流电的存储。可以设置传统的电池，例如锂离子电池。对于直流存储器来说，也能够考虑设置电容性的存储器，例如电容器形式的存储器。直流电池形式的直流电源具有如下优点，可以更简单地实现与电网的隔离。在直流电源的情况下可能需要其他电源，而在直流电池中可以毫无问题地实现与附加的存储器网络的简单的分离。

尤其能够有利地是，在根据本发明的异步发电机系统中，能够不依赖于电网对直流电池形式的直流电源进行充电。因此，正如功率电子系统的构成那样，与电网完全隔离地，即分离地实现充电。在此，能够例如直接通过转子所产生的能量来实现充电。如上所述，由超同步驱动中的转子将附加的功率馈入转子回路中。以功率的形式通过变流器来变流附加的功率，从而在变流器的直流电侧产生电流。该电流能够用于给电池充电。换而言之，该实施方式具有如下其他的优点，在超同步驱动中，不是所有功率都仅仅通过阻抗被消耗掉，而是部分地存储在电池中尤其是直至电池的完全充满状态。在本发明的范围内，能够考虑的是，通过独立的装置，例如光电池，即很小的太阳电池板来实现充电。在此，尤其能够有利的是，再生能源的组合，即太阳电池板例如在风力涡轮机的座舱上的布置，可用于给电池充电。重要的是，在所有的实施方式中，保持了转子回路与电网的独立性，即转子回路的电隔离。

此外，在根据本发明的异步发电机系统中，当串联于转子接线端的下游的电子元件中的至少一个集成在转子中时，能够是有利的。这意味着，串联于下游的电子部件中的至少一个是所述转子的部分，即随之旋转。尤其地，能够在此有利地设置不具有直流电源，即不具有电池的实施方式。这种集成的很大的优点是，能够通过必需的集流环(Schleifring)来舍弃旋转的转子与不旋转的构件，即不旋转的电气构件的电接触。舍弃集流环的优点是，明显增加这种异步发电机系统的免维修或者少维修。但是，通过提高用于异步发电机系统的结构体积，尤其是用于转子的的结构体积来实现舍弃集流环。所以，虽然转子增大了，但是这种异步发电机系统的免维修或者少维修提高了。尤其是在风力涡轮机的很难接近的使用区域中，例如在深海上的所谓的离岸设备中，免维修或者少维修是一个很大的优点。

在根据本发明的异步发电机系统中，当在变流器与转子接线端之间设置有频率测量装置能够是有利的，该频率测量装置以控制技术的方式与脉宽调制器连接，该脉宽调制器能够为变流器预先给定脉宽。换而言之，通过这种方式在变流器的交流电侧上测量相应的交流电压频率。通过脉宽调制器预先给定预先限定的脉宽，能够根据所测量的频率来刚好影响该脉宽。尤其是在起动驱动中，或在转子的欠同步驱动方式中，即在变流器作为逆变器运作并且由电流源优选提供电流即功率的驱动方式中，能够通过这种方式实现对转子的限定的支持，即在限定的频率条件的情况下实现对转子的限定的支持。以与变流器相连的方式设置频率测量装置与脉宽调制器之间的调整路径还具有如下优点，即在起动驱动中以及在欠同步驱动中能够改善地实现对转子的支持。

本发明的另一主题是具有根据本发明的异步发电机系统，以及与异步发电机的转子转矩锁定地耦接的转片的风力涡轮机。异步发电机的定子在风力涡轮机中关于异步发电机的转子抗扭地放置。在此，风力涡轮机的转片具有多个转片叶片，该些转片叶片围绕共同的转片轴线地布置，并且该些转片叶片用于针对风的接触面。各个转片叶片使整个转片围绕其支承轴移动并因此围绕转片轴旋转。既能够直接又能够间接地实现转片的转片轴，即转片与异步发电机的转子之间的转矩锁定的耦接。通常优选的是间接的耦接，因为通过这种方式能够使用传动装置，该传动装置能够实施转片的转数与转子的期望转数之间的转数调制。这种传动装置既能够是可换档的，即可变的，但又能够是固定的传动装置。

在特别简单的设计方案中，应用固定的传动装置传动比，以便使得传动装置的换档变得不再必要。尤其通过应用根据本发明的异步发电机系统能够舍弃对传动装置的换档，因为在一定的范围内，通过设置在异步发电机系统的电力电子系统中的阻抗能够足以影响转子的转数。还能够考虑将转片与转子的转矩锁定的耦接的其他的机械安装。因此，可以设置这样的连接器，其能够实现转片与异步发电机的转子的完全耦接和去耦。通过使用根据本发明的异步发电机系统，根据本发明的风力涡轮机的优点与对异步发电机系统已经描述过的优点相同。

本发明的另一主题是用于驱动上述风力涡轮机的方法。在此，在所连接的电网中存在欠电压的情况下，风力涡轮机的异步发电机系统通过馈入无功功率来支持该电网。这能够例如通过如下方式来实现，即，附加的电容器组，尤其是很小的电容器组，在定子侧，即在异步发电机的定子的定子接线端的区域中，实施这种无功功率支持。此外确保，在这种情况下，风力涡轮机尤其是异步发电机不从电网中吸取无功功率并由此附加地削弱电网。这尤其能够通过如下方式来保证，即，设置直流电源，该直流电源在这种情况下实施异步发电机中的磁场激励，并因此提供自身的无功功率。

本发明的另一主题是用于起动根据本发明的风力涡轮机的方法。在此，在风力涡轮机的转片运转并且因此起动异步发电机的转子运转到预先限定的转数之后，接入至少一个阻抗以用于限制电流。然后，将定子的绕组经由定子接线端连接到电网上。接着，尤其能够再次降低阻抗。通过该阻抗，能够如已经详尽阐述的那样在一定程度上影响转子的转数。尤其地，能够通过这种方式影响超同步性的状态。通过使用根据本发明的方法，尤其能够舍弃软启动器或者旁路保护装置，因为通过阻抗限定转子以及定子中的起动电流。

本发明尤其涉及一种用于转数可变的驱动和用于风力涡轮机的受控的功率输出的异步发电机系统。尤其对于风力涡轮机中的应用来说，公知如下异步发电机，该异步发电机迄今为止优先被应用为直接耦接电网的异步发电机和双馈异步发电机(DFIG)。

此外，在这种系统中，转子电流中的根据系统的谐波频率被证实可能是不利的，该谐波频率能够导致对带有交流电的公共供电网的干扰反作用，并且能够导致在电网侧上出现不期望的功率波动。同样已知的是，来自电网的无功功率的问题，例如像在直接电网耦接的异步机中的情况那样。但是，在能量供应中不希望出现这种无功功率消耗。由于这种原因，大量的风力涡轮机根据所谓的“丹麦原理(Prinzip)”运作，该原理在风力涡轮机中设置成本高的功率电子系统，以用于补偿无功功率需求，即用于发电机的特定激励。

此外，还具有如下优点，能够根据出现的风量来控制风力涡轮机的转数，其中，所产生的电能的频率基本上是恒定的。

在此，尤其用于异步机的已知的解决方式是如下方案，在该方案中，发电机的转子回路中的可变阻抗允许瞬时的转数升高或者下降。利用双馈异步发电机(DFIG)来实现异步机的完全的转数可变性，其中，转子经由直流电压回路和两个变流器而与供电网连接。在此，还产生如下缺点，即这种变流器系统很昂贵并且容易发生故障，而且还能够通过形成谐波频率在供电网上引起干扰的反馈作用。

本发明应该避免风力涡轮机中的异步发电机的由现有技术已知的缺点，而且根据上述DFIG类型和上述方案来有利地改进系统。本发明的重要目标之一在于，调整馈入电网中的有功功率和无功功率，并且还实现转子转数的提高的可变性。

因此，本发明的一种可行的实施方式设置了具有转子和围绕该转子的定子的异步发电机系统，其中，还以如此地在转子回路中设置功率电子系统，从而在其中形成尤其是欧姆、电感性和/或电容性的可变阻抗。由此，使得发电机系统能够提供发电机所需要的无功功率。在此，能够作为变流器运作的功率电子系统能够被构造为如图1所示的IGBT电桥(1)，该IGBT电桥具有直流电压回路(2)和斩波器。该IGBT电桥(1)以有利的方式来替代迄今在类似的发电机系统中使用的二极管电路。因此，对于为了实现用于激励发电机的相应磁化而进行的无功功率补偿，在所描述的实施方式中，能够舍弃成本高的功率电子电路，该功率电子电路使用了用于在定子中产生相应的磁通量的电容器，如同迄今为止现有技术中的电容器激励的发电机系统中常见的那样。

本发明的另一重点在于，仅在超同步驱动方式，发电机驱动方式，中产生能量。由此，根据各自所接上的负载，通过滑转(Schlupf)能够调节可能的转数范围，并因此还能够调节设备的功率因子，在该功率因子时，系统能够运行。在风况变化很大的情况下，这是尤其有利的，因为它可能实现匹配的功率量，并且还保护设备部件以免超载。

在根据本发明的发电机系统的另一实施例中，能够通过来自多余的转子能量的无功功率补偿来实现损耗的馈入。能够被称为根据本发明的发电机系统的另一优点的是，根据本发明的电路通过同步过程以相应于同步发电机的方式实现了接通过程。通过这种方式确保系统平缓地接上电网。因此还取消了通常使用的软启动器和所配属的旁路保护装置。

附图说明

参考所附附图对本发明进行详细阐述。在此使用的概念“左边”、“右边”、“上面”和“下面”均指的是带有正常可读附图标记的附图的方向。其中：

图1示出根据本发明的异步发电机系统的实施方式的电路图；

图2示出根据本发明的风力涡轮机的示意图；

图3示出在缓冲风暴的情况下的示意图。

具体实施方式

在图1中示意性地示出根据本发明的异步发电机系统10的实施方式。在该异步发电机系统10的中心，设置有异步发电机20，该异步发电机具有定子30和转片40。在该定子30的定子侧上设置有三相的定子接线端32。该定子接线端32用于将定子30与电网200连接。此外，经由三个阻抗，所有三相都与较小的电容器组连接，从而在电网波动即电网电压下降的情况下，例如在低电压穿越(LVRT，Lowvoltage ride through)的情况下，电网能够从电容器中得到支持。

在异步发电机20的转子侧上设置有转子接线端42，同样是三相的。该转子接线端42的三相均与变流器52连接，该变流器被构造为所谓的IGBT电桥(绝缘栅双极晶体管)。针对如下情况，即异步发电机20在超同步驱动下运行，在转子40中产生功率，经由转子接线端42将该功率提供给变流器52。在变流器42中对所出现的交流电进行整流，并且在该变流器的直流侧提供给直流电路。在这种情况下，变流器52的在图1右边侧上的直流电经过两个阻抗54，该阻抗用于缓冲转子40的超同步驱动中的超负荷功率。

此外，在图2的实施方式中，能够看到的是，在转子接线端42与变流器52之间设置有频率测量装置62。该频率测量装置62经由控制单元与脉宽调制器64连接。该脉宽调制器64转而将脉冲信号发送至变流器52，从而脉宽调制器能够在逆变器驱动下，即在必须将功率提供给转子40的驱动下，调制所产生的交流电的相应的脉宽并因此调制其相应的频率。这种驱动尤其存在于在使用同样在直流电路中设置在变流器52右边的电流源60时。在此，在本实施方式中，直流电源60要么实施为电容器要么实施为电池。尤其能够通过转子40的超同步驱动的情况下的超负荷功率在变流器52右边的直流电路中由超负荷功率来为电池充电。

如图1中清楚地可见，转子回路，即尤其是由转子接线端42、频率测量装置62、变流器52和阻抗54以及电池，即直流电源60组成的基本的相互关系，是自闭合的电流系统，该电流系统尤其与电网200完全电隔离。通过这种电隔离，可以特别简单地实施转子回路，尤其是舍弃在一般情况下连接至电网200的必需的接线端构件。

此外，在变流器52右边的转子回路中，即在其直流侧，设置有直流电压测量装置56。该直流电压测量装置转而与阻抗控制装置58连接，该阻抗控制装置能够经由信号连接件在可变阻抗54的阻抗值方面改变可变阻抗54，或改变这两个阻抗54中的一个的可变阻抗。如上详细地所述，因为直流电压测量装置56的所测量的直流电压包含关于异步发电机20的转子40的超同步状态的消息，所以通过这种方式能够获取通过阻抗54的必需的功率缓冲(Leistungsabpufferung)，并因此获取将成为必需的阻抗值。因此，通过直流电压的测量的反馈采用调整阻抗54的变化，来根据异步发电机20中的转子40的相应的超同步状态，实现对功率的可变的缓冲。

图2示出根据本发明的风力涡轮机100的实施方式。所述风力涡轮机100具有示意性地示出的转片110。转片110的转片轴伸入风力涡轮机100的座舱的内部，在该内部中布置有本发明的异步发电机系统10。在异步发电机系统10中，示意性地示出异步发电机20以及功率电子系统50。这两者之间的连接通过转子40上的转子接线端42来实现。在此，例如能够以在图1的实施方式中阐述的那样实施功率电子系统50。此外，在异步发电机20的定子30上设置有定子接线端32，该定子接线端通过导电连接与电网200连接。通过该导电连接，将功率提供给电网，即将功率馈入该电网中。

图2还非常清楚地示出，功率电子系统50是完全与电网200隔离的系统。功率电子系统50中的电子元件的这种装配形式也能够独立于电网200实施，并且能够相应地特别简单地，并且因此低成本地实施。

参照图3，简要地阐述了根据本发明的功率电子系统50的工作原理。在此，在图示中，在Y轴上示出的是转子功率，并因此还间接示出了转子转数。在X轴上示出的是转子功率随时间的变化。在此，转子功率在基本驱动中要么大于零要么小于零。只要功率大于零，即在转子中产生功率，其就是超同步驱动，即，在该驱动下，与针对定子中的感应磁场的情况相比，转子运转得更快，也就是具有更高转数。在这种超同步的驱动中，在转子中产生功率。

针对如下情况，即例如像在图2中所示的那样的风力涡轮机100的转片110遭遇风暴，不仅风力涡轮机100的转片110的转片转数增加，而且异步发电机20的转子40的通过传动装置耦接的转数也因此增加。与此相关联的转子功率同样增加，如在图3中沿着时间轴的右边部分中所示。风暴还导致转子的功率增加，并因此导致转数的增加，这又导致在异步发电机20的定子侧上的功率方面上的效率降低。为了防止这种情况，自转子功率的确定的增加开始，接入阻抗54，或使阻抗54的变化匹配转子功率的增加。换而言之，在图3中，通过消耗掉能量，例如通过加热阻抗，可以这样说将转子功率削弱。因此，在图3中用虚线示出了转子功率在暴风而不带有阻抗54的情况下的原本的曲线，而实际曲线由于削减在风暴期间基本上沿着时间轴的平行线分布。如果风暴足够短，如在图3中所示情况那样的状况，那么不必机械调定或者调整风力涡轮机100的转片110的转片叶片。更合适的是，在这种情况下通过功率电子系统100的阻抗54来实现短时缓冲就已经足够。

此外，如图1所示，发电机系统在转子回路中具有一个或多个阻抗54。在所描述的实施方式中，该阻抗可以实施为一般的负载阻抗，其带有可控的、例如如IGBT结构元件的形式的阻抗。一个或多个阻抗54能够根据负载在其数值上是可变的，并且还具有将转子侧的功率导出的任务。在此，根据本发明的系统不同于现有技术中的系统，现有技术中的这些系统通过电网侧连接的第二变流器，尤其是通过可操控的逆变器将功率导回到电网上。在本发明中，能够节省该变流器，从而能够降低生产成本。本发明还能够明确地舍弃第二变流器，由此，可以说，借助于可操控的阻抗54和IGBT电桥来仿真双馈异步机(DIFG)的概念。此外，通过根据本发明的系统，减小发电机20的功率振荡并且减小转子电流中的谐波频率(波动)，其对连接到发电机系统20上的供电网200产生不利影响。

此外，根据本发明的电路具有电池60。电池60还具有如下任务，即，在电网电压应当下降时，将功率输出至系统10，尤其用于向设备的转子40提供能量。在此，电池60也能够被如此构造，即，在例如通过连接在电池60上的能量源提供相应的供电电压时，电池自动充电。

在依据图1的、根据本发明的电路的实施方式中，还存在控制单元，该控制单元将发电机20的相应信号，例如频率/转数，以及获取转子电流的当前值的测量单元62的相应信号和用于获取视在功率部分和无功功率部分或者功率因子的功率测量单元的相应信号作为输入量来处理产生输出信号。输出信号被导入所连接的脉宽调制器单元PWM64，以便生成脉冲信号。该脉冲信号被馈入功率电子系统50，以便根据发电机系统10的驱动性能来控制其性能。此外，根据本发明的电路在直流电压回路中包括电压测量单元56和测量及控制单元58，其用于获取和调整直流电压，以便能够调整转子回路中的阻抗54。本发明的所示的实施方式通过如下这种方式构造出一种反馈的调整系统，即该系统还可以实现在可变的负载的情况下相应于对机器的驱动性能的要求来调节和调整无功功率，该可变的负载尤其能够出现在风力涡轮机100的周围环境存在可变的风力条件的情况下。

上述的实施方式仅仅是实施例。只要在技术上有意义，这些实施例当然能够尤其在单个部件方面自由地相互组合。

附图标记列表

10异步发电机系统	58阻抗控制装置
		20异步发电机	60直流电源
30定子	62频率测量装置
		32定子接线端	64脉宽调制器
40转子	100风力涡轮机
		42转子接线端	110风力涡轮机的转片
50功率电子系统	200电网
		52变流器
54阻抗
		56直流电压测量装置

Claims (12)

1.一种用于用于产生可供电网(200)使用的电流的风力涡轮机的异步发电机系统(10)，

-其中，异步发电机(20)设置有定子(30)和转子(40)，所述异步发电机系统具有：

-定子接线端(32)，其用于将所述定子(30)的绕组与所述电网(200)导电连接，以及

-转子接线端(42)，其用于将所述转子(40)的绕组与功率电子系统(50)导电连接，

-其中，所述功率电子系统(50)与所述电网(200)电隔离并且具有变流器(52)，所述变流器转换在所述转子绕组中产生的电流，并且所述功率电子系统还设置有至少一个阻抗(54)，所述阻抗关于所述转子接线端(42)串联于所述变流器(52)的下游。

2.根据权利要求1所述的异步发电机系统(10)，其特征在于，所述至少一个阻抗(54)是可变的阻抗，其阻抗值是能够变化的。

3.根据权利要求2所述的异步发电机系统(10)，其特征在于，设置有直流电压测量装置(56)，其串联于所述变流器(52)的下游，如此构造所述直流电压测量装置，以使得能够测量串联于所述变流器(52)的下游的直流电压。

4.根据权利要求3所述的异步发电机系统(10)，其特征在于，设置有阻抗控制装置(58)，如此构造所述阻抗控制装置，以使得其能够评估由所述直流电压测量装置(56)测得的直流电压，并且根据所述评估来改变所述至少一个阻抗(52)的所述阻抗值。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的异步发电机系统(10)，其特征在于，设置有至少一个直流电源(60)，其关于所述转子接线端(42)串联于所述变流器(52)的下游，所述直流电源能够经由所述变流器(52)向所述转子(40)提供功率。

6.根据权利要求5所述的异步发电机系统(10)，其特征在于，所述直流电源(60)是直流电池。

7.根据权利要求6所述的异步发电机系统(10)，其特征在于，能够不依赖于所述电网(200)为所述以直流电池形式的直流电源(60)充电。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的异步发电机系统(10)，其特征在于，串联于所述转子接线端(42)的下游的电子元件中的至少一个集成在所述转子(40)中。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的异步发电机系统(10)，其特征在于，在所述变流器(52)与所述转子接线端(42)之间设置有频率测量装置(62)，所述频率测量装置与脉宽调制器(64)以调节技术的方式连接，所述脉宽调制器能够为所述变流器(52)预先给定脉宽。

10.一种具有带有权利要求1至10中的任一项的特征的异步发电机系统(10)和转片(110)的风力涡轮机(100)，所述转片与异步发电机(20)的转子(40)转矩锁定地耦接，其中，所述风力涡轮机(100)中的所述异步发电机(20)的定子(30)关于所述异步发电机(20)的所述转子(40)抗扭地放置。

11.一种用于驱动具有权利要求10的特征的风力涡轮机(100)的方法，其中，在所连接的电网(200)中存在欠压的情况下，所述风力涡轮机(100)的异步发电机系统(10)通过馈入无功功率来支持所述电网(200)。

12.一种用于起动具有权利要求10的特征的风力涡轮机(100)的方法，其中，在风力涡轮机(100)的转片(110)运转并且因此异步发电机(20)的转子(40)运转至预先限定的转数之后，接入至少一个阻抗(54)以用于限制电流，并且随后将定子(30)的绕组经由定子接线端(32)连接至电网(200)。

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