CN103306899B - 风力涡轮机的电偏航驱动器、风力涡轮机、操作其的方法 - Google Patents
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Abstract
描述了一种用于风力涡轮机的电偏航驱动（8、9、10、11、12）、风力涡轮机、操作其的方法，其中，所述风力涡轮机（1）包括风力涡轮机吊舱（3）和风力涡轮机塔架（2），其中，所述电偏航驱动（8、9、10、11、12）包括异步电动机（14、20）、激励电容器组（15、21）和转储负载（dump load）（16、22），并且其中，所述激励电容器组（15、21）和所述转储负载（16、22）可电连接到异步电动机（14、20）的绕组。此外，描述了包括此类电偏航驱动（8、9、10、11、12）的风力涡轮机（1）且用于操作此类风力涡轮机（1）的方法。
Description
技术领域
本发明涉及风力涡轮机领域，特别是涉及用于使风力涡轮机吊舱绕着风力涡轮机塔架的轴枢转的电偏航驱动器和用于操作风力涡轮机的方法。
背景技术
风力涡轮机通常包括风力涡轮机塔架和风力涡轮机吊舱，其承载具有水平轴的风力涡轮机转子和风力涡轮机发电机。
风力涡轮机吊舱的高旋转速度可以导致风力涡轮机结构上的严重负载，特别是与旋转的风力涡轮机转子和风力涡轮机发电机相组合。
根据现有技术，可以用机械制动系统来限制风力涡轮机吊舱旋转，这能够防止风使风力涡轮机吊舱以不受控方式转动。
此外，提供了电偏航驱动器，其一方面可以使风力涡轮机吊舱绕着风力涡轮机塔架的垂直轴枢转，使得风力涡轮机转子的定向遵循风向。另一方面，可以经由功率转换器来控制电偏航驱动器的转矩以限制风力涡轮机吊舱的旋转速度。
然而，机械制动系统伴随着定期维护。功率转换器一方面可能变得失败（gettripped up），并且另一方面取决于为其提供的功率。
因此，可能需要一种电偏航驱动器和用于操作风力涡轮机的方法，其以高可靠性和降低的成本阻止风力涡轮机吊舱的不受控枢转。
发明内容
可以由根据独立权利要求的主题来满足此需要。用从属权利要求来描述本发明的有利实施例。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于风力涡轮机的电偏航驱动器，其中，风力涡轮机包括风力涡轮机吊舱和风力涡轮机塔架，其中，所述电偏航驱动器包括异步电动机、激励电容器组和转储负载(dump load)，并且其中，所述激励电容器组和转储负载可电连接到异步电动机的绕组。
根据第一示例性实施例，电偏航驱动器是无制动电偏航驱动器。
应将无制动电偏航驱动器理解为电偏航驱动器，其不包括摩擦制动器或涡流制动器。电偏航驱动制动器要求定期维护以保证其可操作性。因此，无制动电偏航驱动器可以降低维护成本。
根据电偏航驱动器的第二示例性实施例，激励电容器组被配置成可以德耳塔（delta）连接的形式连接到异步电动机的绕组。
如果用IT（isoléterre）接地方案来操作风力涡轮机，则将激励电容器组以德耳塔连接的形式连接到异步电动机的绕组可能是特别有用的。
根据电偏航驱动器的另一示例性实施例，激励电容器组被配置成以星形连接的形式可连接到异步电动机的绕组。
如果用TN（terre neutre）接地方案来操作风力涡轮机，则将激励电容器组以星形连接的形式连接到异步电动机的绕组可能是有用的。
根据电偏航驱动器的另一示例性实施例，激励电容器组和/或转储负载经由常闭接触器可电连接到异步电动机的绕组。
本实施例可以具有优点，即其仅包括无源部件且允许特别高的可靠性。
根据电偏航驱动器的又另一示例性实施例，转储负载经由常开接触器可电连接到异步电动机的绕组。
这在电网或功率转换器故障的情况下可以允许电偏航驱动器的缓慢移动。因此，风力涡轮机吊舱可以绕着风力涡轮机塔架轴枢转以跟随风向。
根据本发明的第二方面，提供了一种包括根据任何上述实施例的电偏航驱动器的风力涡轮机，其中，所述异步电动机被经由功率转换器供电。
功率转换器可以控制电偏航驱动器上的转矩。此外，可以将功率转换器设置成可操作以在任何时间跟踪目标偏航方向。
根据本发明的第三方面，提供了一种包括根据任何上述实施例的电偏航驱动器和风力涡轮机发电机的风力涡轮机，其中，所述异步电动机被经由风力涡轮机发电机电源电压供电。
风力涡轮机发电机电源电压可以特别地是电网电压。电网电压是将多个风力涡轮机连接的电网中的电压。即使风力涡轮机发电机从电网断开连接且停止，在风力涡轮机上可获得电网电压。
用风力涡轮机发电机电源电压直接对电偏航驱动器供电可以降低用于电偏航驱动器的控制机制的复杂性。然而，电偏航驱动器即使在失去电网连接的情况下可以限制风力涡轮机吊舱枢转速度。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于根据上述示例性实施例来操作风力涡轮机的方法。该方法包括在检测到电切断时自动地将激励电容器组连接到异步电动机的绕组，并且在检测到电切断时自动地将转储负载连接到异步电动机的绕组。
根据示例性实施例，该方法包括在将激励电容器组连接到异步电动机的绕组之后检测产生的电压，并且如果产生的电压超过预定阈值电压，则将转储负载连接到异步电动机的绕组。
只有当生成的电压超过预定阈值电压时才连接转储负载可以允许电偏航驱动器的低速度，使得风力涡轮机吊舱3可以与风向对准。因此，可以减小风力涡轮机1的风阻。产生的电压随异步电动机的速度增加。如果其变得重要，转储负载将防止异步电动机和风力涡轮机吊舱的进一步加速。
应注意的是已参考不同的主题描述了本发明的实施例。特别地，已参考方法类型权利要求描述了某些实施例，而其他实施例是参考设备类型权利要求描述的。然而，本领域的技术人员将从以上和以下描述将得出结论，除非被另外通知，除属于一个类型的主题的特征的任何组合之外，还将关于不同主题的特征之间、特别是方法类型权利要求的特征与设备类型权利要求的特征之间的任何组合视为与本文档一起公开。
根据将在下文描述的实施例的示例，本发明的上文定义的方面和其他方面是显而易见的，并且参考实施例的示例来解释。下面将参考实施例的示例来更详细地描述本发明，但本发明不限于此。
附图说明
图1示出了风力涡轮机。
图2示出了电偏航驱动器的第一示例性实施例。
图3示出了电偏航驱动器的第二示例性实施例。
图4示出了用于操作风力涡轮机的方法的示例性实施例。
具体实施方式
图1示出了包括风力涡轮机塔架2和风力涡轮机吊舱3的风力涡轮机1。风力涡轮机吊舱3特别地与其风力涡轮机叶片5、风力涡轮机发电机6、风力涡轮机变压器7以及电偏航驱动器8、9、10、11、12一起承载风力涡轮机转子4。经由电偏航驱动器8、9、10、11、12，可以使风力涡轮机吊舱3绕着垂直轴13枢转，使得风力涡轮机转子4可以朝着风向最佳地定向。
使风力涡轮机3与旋转风力涡轮机转子4（和风力涡轮机发电机6）一起绕着垂直轴13枢转可以在风力涡轮机1的结构上引发高陀螺负载。因此，必须限制风力涡轮机吊舱3绕垂直轴13的旋转速度。此外，即使用非旋转风力涡轮机转子4，由于风力涡轮机转子４、风力涡轮机发电机６和风力涡轮机变压器7的高质量，也必须避免风力涡轮机吊舱3的不受控枢转。
根据第一示例性实施例，可以以在图2中示意性地描述的方式来理解电偏航驱动器8、9、10、11、12。根据图2的电偏航驱动器包括异步电动机14、激励电容器组15以及转储负载16。激励电容器组15被配置成经由常闭接触器17以德耳塔配置的形式可连接到异步电动机14的绕组。同样地，可以将转储负载16经由常开连接器18连接到异步电动机14的绕组。异步电动机14经由开关19直接到风力涡轮机发电机电源电压。当开关19打开和/或风力涡轮机发电机电源电压由于电网故障而为零时，不存在可用于常闭接触器17的激活功率。因此，激励电容器组15将自动地连接到异步电动机14的绕组并在异步电动机14内建立磁通量。因此，异步电动机14充当发电机并产生电压。此电压促使常开接触器18闭合。因此，转储负载16连接到作为发电机工作的异步电动机14的绕组。激励电容器组15和转储负载16随着进一步加速所需的功率被转储负载16吸收，阻止异步电动机14的高旋转速度。因此，即使在电源故障的情况下，对风力涡轮机吊舱13的大风影响也不能使其以不受控方式绕着垂直轴13转动。因此，根据第一实施例的电偏航驱动器可以帮助减小风力涡轮机1的结构上的不受控负载。
图3示出了电偏航驱动器的另一示例性实施例。根据图3的电偏航驱动器也包括异步电动机20、激励电容器组21和转储负载22。激励电容器组21再次地经由常闭接触器23可连接到异步电动机14的绕组。然而，在本示例性实施例中，激励电容器组21具有星形配置。转储负载22经由常闭接触器24可连接到异步电动机20的绕组。在功率转换器25不向异步电动机20和常闭接触器23、24供应任何电压的情况下，后者仍将闭合。因此，异步电动机20将充当发电机，该功率被转储负载22吸收且阻止了风力涡轮机吊舱3的不受控移动。
图4以非常示意性的形式示出了用于如上文所述地操作风力涡轮机的方法的示例性实施例。在第一检测步骤26中，检测电偏航驱动器的电切断，并且激励电容器组被自动地连接至电偏航驱动器的异步电动机的绕组。在第二检测步骤27中，检测由现在充当发电机的异步电动机产生的电压，并且在第三吸收步骤28中，如果产生的电压超过预定阈值电压，则将转储负载连接到异步电动机的绕组。
由于上述示例性实施例可以阻止风力涡轮机吊舱3的非故意枢转，所以可以省略机械制动。
图中的图示是示意性的。
应注意的是术语“包括”不排除其他元件或步骤且冠词“一”或“一个”的使用不排除多个。并且，可以将与不同实施例相关联地描述的元件组合。还应注意的是不应将权利要求中的参考标号理解为限制权利要求的范围。
Claims (9)
1.一种用于风力涡轮机（1）的电偏航驱动器（8、9、10、11、12），
其中，所述风力涡轮机（1）包括风力涡轮机吊舱（3）和风力涡轮机塔架（2），
其中，电偏航驱动器（8、9、10、11、12）包括异步电动机（14、20）、激励电容器组（15、21）和转储负载（16、22），
其中，所述激励电容器组（15、21）和所述转储负载（16、22）可电连接至异步电动机（14、20）的绕组，以及
其中，所述电偏航驱动器（８、９、10、11、12）是无制动电偏航驱动器。
2.根据权利要求1所述的用于风力涡轮机（1）的电偏航驱动器（8、9、10、11、12），
其中，所述激励电容器组（15）被配置成以德耳塔连接的形式可连接至异步电动机（14）的绕组。
3.根据权利要求1所述的用于风力涡轮机（1）的电偏航驱动器（8、9、10、11、12），
其中，所述激励电容器组（21）被配置成以星形连接的形式可连接至异步电动机（20）的绕组。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于风力涡轮机（1）的电偏航驱动器（8、9、10、11、12），
其中，所述激励电容器组（15、21）和/或转储负载（16）经由常闭接触器（17、23、24）可电连接至异步电动机（14、20）的绕组。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于风力涡轮机（1）的电偏航驱动器（8、9、10、11、12），
其中，所述转储负载（16）经由常开接触器（18）可电连接至异步电动机（14）的绕组。
6.一种风力涡轮机（1），包括
根据前述权利要求1至5中的任一项所述的电偏航驱动器（8、9、10、11、12），
功率转换器（25），
其中，所述异步电动机（20）经由功率转换器（25）被供电。
7.一种风力涡轮机（1），包括
根据前述权利要求1至5中的任一项所述的电偏航驱动器（8、9、10、11、12），
风力涡轮机发电机（6），
其中，所述异步电动机（14）经由风力涡轮机发电机电源电压被供电。
8.一种用于操作根据权利要求6或7所述的风力涡轮机的方法，该方法包括
在检测到电切断时自动地将激励电容器组连接至异步电动机的绕组，以及
在检测到电切断时自动地将转储负载连接至异步电动机的绕组。
9.根据权利要求8所述的方法，该方法包括
在将激励电容器组连接到异步电动机的绕组之后检测生成的电压，以及
如果生成的电压超过预定阈值电压，则将转储负载连接到异步电动机的绕组。
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