CN103368254B - 用于风力涡轮机的发电和配电系统 - Google Patents

Abstract

一种用于具有底部和机舱的风力涡轮机的配电系统，风力涡轮机被耦合至电网。系统可包括主功率电路，主功率电路包括发电机、主功率变压器和第一电流断续器。系统还可包括辅助电路，辅助电路包括第二电流断续器、辅助变压器和至少一个辅助器具，并且接头耦合至主功率电路、辅助电路和电网。

Description

用于风力涡轮机的发电和配电系统

技术领域

本发明涉及用于风力涡轮机的配电系统和方法。

背景技术

近年来，风力涡轮机作为一种发电方式越来越流行。风力涡轮机具有与从可再生能源发电相比，相对比较廉价的优点，同时受到周围环境的影响较低。

风力涡轮机的电力系统通常包括几个功率系统。主功率系统包括用于将风力涡轮发电机连接至电网的电路和组件，辅助功率系统（又称为低压配电系统）提供功率至辅助组件例如灯、安全系统、电子控制、气候控制、发动机等等。典型地，辅助功率系统由辅助变压器供给，所述辅助变压器连接在功率变换器和主功率变压器之间。系统采用了双反馈感应发电机（DFIG）和励磁变换器，该辅助功率系统通常由连接在DFIG的接头和励磁变换器之间的辅助变压器，以及主功率变换器来供给。

当涡轮机发电时，辅助功率系统由风力涡轮机产生的电来供电。相反地，当涡轮机不发电时，辅助功率仍被要求监控电力系统，并给辅助组件供电。在这种情况下，功率通过来自电网的反馈回的电力提供至辅助系统。

当维修人员需要再风力涡轮机上进行工作时，发电机被关闭，且主功率变压器从电网上断开。这种在涡轮发电机和电网之间的切断电源的发电系统，从而消除了在机舱内通电电线、组件或组件触电的危险。然而，结果是没有功率仍然可被用于供给给风力涡轮机的辅助系统。因此需要一种当主变压器从电网断开，同时给风力涡轮机的辅助系统供电的解决方案。

发明内容

根据至少一个示例性实施例，公开了一种用于风力涡轮机的配电系统。所述涡轮机可以包括底部和机舱，并可被耦合至电网上。系统包括主功率电路，所述主功率电路包括发电机、主功率变压器和第一电流断续器。系统可进一步包括辅助电路，辅助电路包括第二电流断续器、辅助变压器、至少一个辅助组件和耦合至主电路、辅助电路和电网的接头。

根据另一个示例性实施例，公开了一种用于风力涡轮机配电的方法。该方法包括提供主功率电路，主功率电路包括发电机、主变压器和第一电流断续器。该方法还可以包括提供辅助电路，所述辅助电路包括第二电流断续器、辅助变压器和至少一个辅助组件，在接头处耦合至主电路和辅助电路，将接头耦合至电网。该方法还可进一步包括将主电路从电网分离，并从电网给辅助电路提供功率。

附图说明

图1显示了现有技术中典型的配电系统。

图2显示了用于风力涡轮机的配电系统的典型实施例。

图3显示了现有技术中包括双反馈感应发电机的配电系统的典型的实施例。

图4显示了用于风力涡轮机的包括双反馈感应发电机的配电系统的典型实施例。

具体实施例

本发明的各个方面在下面的描述和与本发明具体实施例相关的附图中公开。也可做出不背离本发明的精神和范围的替换实施例。此外，本发明实施例中的众所周知的元件将不做详细描述或被省略以避免本发明有关细节的难以理解。进一步地，为了对说明书更好的理解，在此讨论使用的以下专业术语。

在此使用的“典型的”意指“作为一个例子、实例或插图”。在此描述的实施例只是指典型的，但并不限于此。应被理解为所描述的实施例并不一定被构造为优选的或比其他实施例更有优势。而且，术语“本发明的实施例”、“实施例”或“发明”并不要求本发明的所有实施例包括在此探讨的特征、优点或运行方式。

根据一个典型的实施例，如图2中所述，公开了用于风力涡轮机的发电和配电系统100。系统100可包括发电机102，所述发电机102能够有效地被耦合至风力涡轮机10的叶片和轴组件14。假设发电机102是异步交流（AC）发电机，那么发电机102可进一步被电耦合至功率变换器104，所述功率变换器104可以是四象限功率变换器，或任何其它已知的、能够使得系统100像在此描述的那样运行的异步AC到同步AC的转换装置。变换器104可轮流被耦合至主功率变压器106。变压器106也可以是“湿型”充油式变压器，或者其他任何已知的能够让系统100如在此描述那样运行的变压器。

变压器106可通过第一电流断续器108被连接至电网20。第一电流断续器108可作为风力涡轮机10的主电路断路器。第一电流断续器108其中可进一步包含多功能继电器保护元件，例如，过流继电器、时限过流继电器、接地过流继电器以及任何其他想要的保护元件。组件102、104、106和108可以构成风力涡轮机10的主功率电路110。

在第一电流断续器108并连接至电网20的之间可以配置接头112。所述接头112可被电耦合至主功率电路110和辅助电路120。

辅助电路120可包括第二电路断续器122、保护元件124、辅助变压器126和辅助组件128。第二电路断续器122可以是本领域公知的能够使得系统100如在此描述那样运行的任何类型的开关。保护元件124可被放置在每个第二电路断续器122和辅助变压器126之间，并耦合至每个第二电路断续器122和辅助变压器126。保护元件124可以是例如熔融保护元件。在某些典型实施例中，第二电流断续器122和保护元件124可以被例如熔融开关、断路器或类似物连接。

辅助变压器126可以是本领域已知的任何所需类型的变压器，可以具有适于给风力涡轮机10的辅助组件128供电的额定功率，以及任何所需的用于辅助变压器126的电压和功率容量可被考虑和提供。辅助变压器126可进一步被耦合至风力涡轮机10的辅助组件128上。

当涡轮机10正常运行时，主电路110可通过第一电流断续元件108被通电和连接至电网20，电功率从发电机102被提供至电网20。此外，在常规操作中，辅助电路120可通过第二电流断续元件122被通电和连接至接头112。电功率因此可从发电机102提供至辅助组件120，随着来自主功率变压器106的电功率被辅助变压器126转换成合适的电压。

在维护操作期间，发电机102可被关闭，主电路110可从电网20分离。这可以断开接线、组件和主电路10的组件上的电源，因此降低了维修期间的触电风险。但是，主电路110被分离，辅助电路120仍然通过接头112和第二电流断续元件122连接至电网20。因此功率被从电网20反馈回辅助变压器126，至风力涡轮机的辅助组件128。这便于维持辅助系统例如灯、安全系统、电子控制、气候控制、发动机等等的能量供给，因此在维修期间有助于维修人员的操作。

另外，当风力涡轮机辅助系统由备用发电机通电时，在此公开的配电系统100可以提供较低的涌流，因为辅助变压器126的涌流可以比主变压器106的涌流低。

根据一个典型实施例，如图4中所示，公开了用于风力涡轮机的配电系统200。系统200可包括可被有效地耦合至风力涡轮机10的叶片和轴组件14的双反馈感应发电机202。DFIG202可进一步被电耦合至励磁变换器204，所述励磁变换器可以是能够使得系统200如在此描述的那样运行的任何已知的励磁变换器。DFIG202和变换器204可通过接头205被轮流地耦合至主功率变压器206。变压器206也可以是“湿型”充油式变压器，或者其他任何已知的能够让系统200如在此描述那样运行的变压器。

变压器206可通过第一电流断续器208被连接至电网20。第一电流断续器208可作为风力涡轮机10的主电路断路器。第一电流断续器208其中可进一步包含多功能继电器保护元件，例如，过流继电器、时限过流继电器、接地过流继电器以及任何其他想要的保护元件。组件202、204、206和208可以构成风力涡轮机10的主功率电路210。

在第一电流断续器208并连接至电网20之间可以配置接头212。所述接头212可被电耦合至主功率电路210和辅助电路220。

辅助电路220可包括第二电路断续器222、保护元件224、辅助变压器226和辅助组件228。第二电路断续器222可以是本领域公知的能够使得系统200如在此描述那样运行的任何类型的开关。保护元件224可被放置在每个第二电路断续器222和辅助变压器226之间，并耦合至每个第二电路断续器222和辅助变压器226。保护元件224可以是例如熔融保护元件。在某些典型实施例中，第二电流断续器222和保护元件224可以被例如熔融开关、断路器或类似物连接。

辅助变压器226可以是本领域已知的任何想要类型的变压器，可以具有适于给风力涡轮机10的辅助组件228供电的额定功率，以及任何想要的用于辅助变压器226的电压和功率容量可被考虑和提供。辅助变压器226可进一步被耦合至风力涡轮机10的辅助组件228上。

当涡轮机10正常运行时，主功率电路210可通过第一电流断续元件208被通电和连接至电网20，电功率从DFIG202被提供至电网20。此外，在常规操作中，辅助电路220可通过第二电流断续元件222被通电和连接至接头212。电功率因此可从DFIG202提供至辅助组件220，随着来自主功率变压器206的电功率被辅助变压器226转换成合适的电压。

在维护操作期间，DFIG202可被关闭，主电路210可从电网20分离。这可以断开接线、组件和主电路210的组件上的电源，因此降低了维修期间的触电风险。然而，主电路210被分离，辅助电路220仍然通过接头212和第二电流断续元件222连接至电网20。因此功率被从电网20反馈回辅助变压器226，至风力涡轮机的辅助组件228。这便于维持辅助系统例如灯、安全系统、电子控制、气候控制、发动机等等的能量供给，因此在维修期间有助于维修人员的操作。

另外，当风力涡轮机辅助系统由备用发电机通电时，在此公开的配电系统200可以提供较低的涌流，因为辅助变压器226的涌流可以比主变压器206的涌流低。

在此公开的系统100、200的某些典型实施例中，系统的某些组件可被放置在所述涡轮机的机舱内或所需涡轮机的底部。作为非限制性的例子，在某些实施例中，辅助变压器和任何其它所需的组件可被放置在涡轮机的底部。这有助于风力涡轮机机舱内部的重量，从而增加空间和降低机舱内的余热输出。这可以提高安全性并改进了放置在机舱内的组件的利用。在其他的典型实施例中，系统的组件可被放置在涡轮机的机舱内，或能够使得系统如在此所描述的那样运行的其它任何需要的位置。

上述描述和相关的附图阐述了本发明的原理、优选实施例和运行模式。但是本发明应该被理解为限制为上述所讨论的特定实施例。上述讨论的实施例的其它变形可被本领域技术人员领会到。

因此，上面描述的实施例应被视为说明性的而不是限制性的。相应地，本领域技术人员可以从这些实施例中得到变形，而不背离本发明在下面权利要求中所定义的范围。

Claims (7)

1.一种用于风力涡轮机配电的方法，包括用于风力涡轮机的配电系统，所述风力涡轮机具有底部和机舱并被耦合至电网，包括：

主功率电路，所述主功率电路包括发电机、主功率变压器和第一电流断续器，提供辅助电路，所述辅助电路包括第二电流断续器、辅助变压器和所述风力涡轮机的至少一个辅助组件；以及耦合至所述主功率电路、辅助电路和电网的接头，所述发电机耦合至所述风力涡轮机的叶片和轴组件，所述主功率变压器耦合至所述发电机，所述主功率变压器通过所述第一电流断续器被耦合至所述电网；所述辅助变压器通过所述第二电流断续器耦合至所述电网，其中所述辅助变压器在放置于所述电网和所述第一电流断续器之间的接头处被耦合至所述电网，其中，当所述主功率变压器通过所述第一电流断续器被耦合至所述电网时，电功率被从所述发电机提供至所述电网和所述至少一个辅助组件，并且其中当所述主功率变压器从所述电网分离时，所述电网通过所述第二电流续断器连接至所述辅助变压器和所述至少一个辅助组件。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括放置在所述发电机和所述主功率变压器之间的功率变换器。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电流断续器内包含有保护元件。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括放置在所述辅助变压器和所述第二电流断续器之间的保护元件。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二电流断续器是熔融开关和断路器之一。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述发电机是双反馈感应发电机。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述辅助变压器被放置在涡轮机的底部。