CN103375350B - 具有主发电机和次发电机的风力涡轮机及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可变速风力涡轮机，该可变速风力涡轮机包括：风力涡轮机塔架；设于所述风力涡轮机上的机舱；可旋转地安装于所述机舱上的风力涡轮机转子轮毂，所述风力涡轮机转子轮毂具有至少一个安装于其上的风力涡轮机叶片和轴，所述轴与所述风力涡轮机转子轮毂连接，并可选择地通过齿轮箱，与主发电机连接，该主发电机通过电源线具有主定子和主转子，所述主定子直接连接至并网，所述主转子在发电机侧变流器端直接连接至背靠背变流器，该背靠背变流器在电网侧变流器端连接至并网。该风力涡轮机还包括次发电机，该次发电机具有联接至轴的联轴器，并且该次发电机连接于主发电机和背靠背变流器的发电机侧变流器端之间。

Description

具有主发电机和次发电机的风力涡轮机及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种具有主发电机和次发电机的风力涡轮机，一种将具有主发电机的风力涡轮机改装为具有次发电机的方法，以及操作这种风力涡轮机的方法。
特别地，本发明涉及一种可变速风力涡轮机，该可变速风力涡轮机包括：风力涡轮机塔架；安装在所述风力涡轮机上的机舱；可旋转地安装在所述机舱上的风力涡轮机转子轮毂，所述风力涡轮机转子轮毂具有至少一个安装在其上的风力涡轮机叶片，以及与所述风力涡轮机转子轮毂连接的轴，该轴还可选择地通过齿轮箱，与主发电机连接，该主发电机经由电源线具有主定子和主转子，所述主定子直接连接至并网，所述主转子在发电机侧变流器端直接连接至的背靠背变流器，该背靠背变流器在电网侧变流器端连接至该并网。该风力涡轮机还包括次发电机，该次发电机具有联接至轴的联轴器，并且该次发电机连接所述主发电机和背靠背变流器的发电机侧变流器端。
背景技术
本发明的背景技术是由美国申请7.518.257可知的混合发电设备，该申请公开了一种风力涡轮机，其具有主发电机和不同性能的辅助发电机。
众所周知，永磁发电机以及全功率变流器风力涡轮机系统都非常昂贵。
一种公知的解决该问题的方法为双馈感应发电机（DFIG）装置，其中该发电机的定子直接连接至电网，并且转子连接至小尺寸的背靠背变流器。这种装置是众所周知的，且具有以下优点：与全功率变流器装置相比，变流器的尺寸仅为全功率装置中所需变流器尺寸的三分之一，在所述全功率装置中所有的功率都会被转换。因此，该变流器更小巧、更高效并且更经济划算。
但是，该DFIG装置的缺点是，风力涡轮机不能够在低风速下产生电力。
特别地，已有现成的DFIG系统，可在兆瓦级功率内使用。
已有具有永久磁铁（PM）的发电机，其优势在于：由于它不需要励磁功率，因此在任何风速下都可在风力涡轮机中具有相当高的效率。但是，因为在兆瓦级功率内系统成本高，所以基于永久磁铁的发电机很昂贵。
发明目的
本发明的目的在于提供一种可变速的风力涡轮机，该风力涡轮机在从低至2米/秒开始的大的风速范围内都具有相对较高的效率。
本发明的另一目的在于提供一种有效的，尺寸适当的，并可在高达约20米/秒的较高风速下运行的可变速的风力涡轮机。
本发明的目的在于提供一种可变速的风力涡轮机，其在从低风速开始的大范围风速下易于控制。
本发明的目的在于提供一种可变速的风力涡轮机，其在3-6或5-6米/秒的低风速下，同在更高的风速下一样，可靠而有效。
本发明的目的在于提供一种方法，该方法扩展了现有风力涡轮机在可变速度下的可用性；尤其是从1兆瓦开始的范围，优选地为从1.5兆瓦及其以上开始。
本发明的目的在于提供一种方法，在可变速度下控制风力涡轮机，在从低至例如2米/秒的低速开始的较大风速范围内提供相对较高的效率。
发明内容
相应地，可以通过可变速的风力涡轮机来实现上述目的，该可变速的风力涡轮机包括：
风力涡轮机塔架；
机舱，该机舱设于所述风力涡轮机上；
风力涡轮机转子轮毂，该风力涡轮机转子轮毂可旋转地安装于所述机舱上，所述风力涡轮机转子轮毂具有至少一个安装于其上的风力涡轮机叶片；和
轴，该轴与所述风力涡轮机转子轮毂相连接，并且可选择地通过齿轮箱，连接至
主发电机，该主发电机通过电源线具有主定子和主转子，所述主定子直接连接至并网，和主转子，所述主转子在发电机侧变流器尾直接连接至
背靠背变流器，该背靠背变流器在电网侧变流器端连接至并网；
次发电机，该次发电机具有联接至轴的联轴器，该次发电机连接于主发电机与背靠背变流器的发电机侧变流器端之间。
由此，本发明提供了一种风力涡轮机结构，该结构在较大风速范围内，具有较高的效率，这是因为主发电机在高风速下具有高效率，而主发电机和次发电机的高效连接以及背靠背变流器的交叉利用，使次发电机在低风速下具有高效率。
特别地，该结构适合于额定功率高于1兆瓦的风力涡轮机，因为那些涡轮机具有有效的驱动机构和系统组件，该系统组件包括可靠的背靠背变流器系统。
可变速风力涡轮机被认为是这样一种风力涡轮机：通过使用背靠背变流器或在发电机和并网点之间插入的变流器，让风力涡轮机能够连接至电力网，来使其中的风轮能够以可变速度运行。
通常，该背靠背端变流器为额定功率的四分之一至三分之一，且设置为使发电机产生的功率与电网的功率条件相平衡或相匹配。
根据该风力发电机的一种实施方式，其特别指出，主发电机为DFIG发电机。
所以，众所周知的标准发电机技术可用作该风力涡轮机的驱动机构的一部分。
特别地，当风速高于例如5-6米/秒时，该涡轮机能够以纯DFIG模式运行，其中DFIG的定子连接至电网，并且转子连接至背靠背变流器。
这种纯DFIG模式对于1.0兆瓦或1.0兆瓦以上的典型风力涡轮机而言是有优势的，尤其对于额定功率为1.5兆瓦的风力涡轮机而言是有优势的，其当风速为约5-6米/秒及以上时，转子的速度为约每分钟10-20转，产生的额定功率为1.5兆瓦，直至风速达到约21米/秒，那时风力涡轮机将会切出电网。
根据该风力涡轮机的一个实施方式，特别地，所述次发电机为永磁发电机，例如PMHS、PMMS、PMDD或可替代的或等同的永磁发电机。
所述永磁发电机具有联接至轴的联轴器，且其定子连接主发电机和背靠背变流器的发电机侧变流器端。
因此，可使用相对小尺寸的众所周知的标准永磁发电机技术。
特别地，当风速低于例如5-6米/秒时，涡轮机能够以纯PM模式运行，其中DFIG的定子与电网断开，并且转子与背靠背变流器断开。
在PM模式下，PM发电机的定子会连接至背靠背变流器，并且以满功率转换模式作用。所以，转子的转子速度能够减小至较低（低于5-6米/秒）并且甚至更低（例如1-2米/秒）的风速。
根据风力涡轮机的一个实施方式，特别地，所述次发电机的最大功率输出Ps在约50kW至230Kw之间，并且/或者主发电机的最大功率输出Pp为至少1兆瓦，优选为约1.5兆瓦。
由于背靠背变流器通常设计为主发电机的额定功率的约20-35%，并从而得到永磁的满功率，因此可使背靠背变流器得到最佳使用。
此外，最大功率输出Ps为50Kw和230Kw之间的次发电机，以及超尺寸的背靠背变流器开始，均设计为与功率输出为约1兆瓦或优选1.5兆瓦的主发电机相匹配，永磁发电机能够在较低风速范围内获得能量。
根据风力涡轮机的一个实施方式，其特别之处在于所述风力涡轮机进一步包括具有控制能力的控制器，该控制器连接至：
第一开关，该第一开关在主发电机和并网之间；
第二开关，该第二开关在背靠背变流器的发电机侧端和次发电机之间；
第三开关，该第三开关在背靠背变流器的发电机侧变流器端和主发电机之间；
并且控制器和开关可接通或切断所述主发电机和次发电机至背靠背变流器和电网的功率，控制器可通过发电机/电网侧控制装置来控制背靠背变流器，并通过转子控制装置来控制风力涡轮机的旋转。
由此，能够控制主风力涡轮机和次风力涡轮机内部和外部的连接。在本发明的一方面，该控制器和开关结构能够控制风力涡轮机，使风力涡轮机以DFIG模式或以PM模式运行。
此外，控制器和开关可用于使该涡轮机启动、停止、通电、断电。
特别地，控制器和开关能够用于控制两种模式，也就是纯DFIG模式和纯PM模式间的运行切换。
在一方面，控制器使涡轮机停止，也就是启动断电程序，导致涡轮机停止。接着是通电顺序，导致启动纯DFIG模式或纯PM模式。
在一方面，控制器将功率输出减少至0，并且使转子速度保持在一定的数值，之后如公开的那样开启和关闭开关，进入DFIG模式或PM模式。之后连接至电网并使功率逐步升至需要的或期望的功率水平。
在一优选实施方式中，具有一个切入（或模式改变）临界值，其与切断（或模式改变）临界值不同，由此避免两种模式间频繁的转换。
在一方面，根据风速输入，来启动程序。该启动程序能够如上述所公开的来执行。可通过风速计或等同的风速测量设备来测量风速，或由转子速度推测风速。
在风速很低的情况下，例如3-5米/秒，具有约1.5兆瓦标称功率的典型三叶片转子将以每分钟6-7转的速度旋转，另外的顺序和结构会使叶片倾斜，以实现所谓的快速穿越，由此当叶片经过塔架时，减少或消除触及机械共振频率的风险。此程序称为3P频率模式。
每个上述的顺序或运行方式及其派生物都适合于被程序化，且其本身组成了操作风力涡轮机的方法。
根据风力涡轮机的一个实施方式，其特别之处在于至少一个所述开关可对处于关闭（零功率产出）和开启（最大功率产出）之间的功率流，进行持续调整，并且通过所述控制器来控制。
由此，可获得混合的运行模式。此外，可避免频繁的转换并获得更平稳的转变，因为机械峰值可能瞬间减少，由此可能减少或甚至消除驱动机构的电力部分下游的功率峰值，从而整体减少运行过程中引入的故障（电力的或机械的）。
根据风力涡轮机的一个实施方式，其特别之处在于所述控制器还可通过发电机侧控制装置，来控制所述背靠背变流器的发电机侧变流器端，并且/或者通过电网侧控制装置，来控制所述背靠背变流器的电网侧变流器端，和/或控制所述风力涡轮机转子。
由此提供了风力涡轮机的电力系统的整体和综合控制，以及至电网或者来自电网的切入和切出。
在本发明的一方面，处理并使用并网条件的测量来启动从一种运行模式至另一种模式的切换，也就是，从例如纯DFIG模式至纯PM模式，或反之亦然。
根据风力涡轮机的一个实施方式，其特别之处在于所述联轴器构成次发电机，该次发电机的次发电机轴通过联轴器与主发电机轴相连接，并且在主发电机和背靠背变流器的发电机侧端之间具有功率输出Ps；该联轴器优选为齿形带联轴器。
由此，提供了一种从主发电机轴到次发电机的有效并简单的连接或能量传递。此外，次发电机通过利用主发电机和背靠背变流器之间的电源线，与背靠背变流器连接。
根据风力涡轮机的一个实施方式，其特别之处在所述联轴器构成次发电机，该次发电机的次发电机轴通过联轴器直接与主发电机轴连接，并且主发电机和背靠背变流器的发电机侧端之间具有功率输出Ps；该联轴器优选为直接一对一的联轴器，例如轴伸。
由此，提供了一种从转子轴到次发电机的有效并简单的直接连接或能量转移。
在另一方面，在主发电机轴和次发电机轴之间具有齿轮装置或连接装置。
根据风力涡轮机的一个实施方式，其特别之处在于所述联轴器构成次发电机，该次发电机的次发电机轴通过联轴器与轴连接，并且在主发电机和背靠背变流器的发电机侧端之间具有功率输出Ps；该联轴器优选为次齿轮箱联轴器。
由此，提供了一种从转子轴到次发电机的有效并简单的直接连接或能量转移。这种结构尤其有优势，因为次发电机能够更直接地连接至转子轴，所以它提供了另外两种不同的驱动机构。原则上，无论在保持主发电机系统或次发电机系统时，风力涡轮机都能够运行。
根据风力涡轮机的一个实施方式，其特别指出在于风力涡轮机的叶片完全或部分倾斜。
这些叶片倾斜以减少在运行模式之间切换时的负荷。
通过一种生产所述风力涡轮机的方法来实现本发明的目的，该方法包括如下步骤：
-提供可变速风力涡轮机，该可变速风力涡轮机包括：
风力涡轮机塔架；
机舱，该机舱设置于所述风力涡轮机上；
风力涡轮机转子轮毂，该风力涡轮机转子轮毂可旋转地安装于所述机舱上，所述风力涡轮机转子轮毂具有至少一个安装于其上的风力涡轮机叶片；和
轴，该轴与所述风力涡轮机转子轮毂相连接，并且可选择地通过齿轮箱，连接至
主发电机，该主发电机通过电源线具有主定子和主转子，所述主定子直接连接至并网，所述主转子在发电机侧变流器端直接连接至
背靠背变流器，该背靠背变流器在电网侧变流器端连接至并网；
次发电机，该次发电机具有联接至轴的联轴器和次转子，所述次转子连接于主发电机与背靠背变流器的发电机侧变流器端之间。
-提供次发电机；并且
-通过联轴器，将次发电机安装至轴（201）或主发电机轴（204），并且将所述次发电机连接至主发电机和背靠背变流器之间的电源线；并
-
设置
在主发电机和并网之间的第一开关；
在背靠背变流器的发电机侧端和次发电机之间的第二开关；
在背靠背变流器的发电机侧端和主发电机之间的第三开关；
其中，控制器和开关可开关所述主发电机和次发电机至背靠背变流器和电网的功率；
-将控制器改装为可通过发电机/电网侧控制装置来控制背靠背变流器，通过转子控制装置来控制风力涡轮机转子的旋转。
由此可重新装配现存的风力涡轮机，使现有的硬件通过增加次发电机得到进一步的利用，由此扩大了运行范围和风力涡轮机的总功率输出。
特别地，标称功率为1.5兆瓦的风力涡轮机适合于这种变换，因为它能够提供足够的动力来调整这种改装的影响。
特别地，当DFIG类型的风力涡轮机作为主发电机时，使用如所公开的装置或它的变形来增加永磁发电机作为次发电机是有利的。
相应地，通过运行如所公开的风力涡轮机的方法，来达到本发明的目的，在该方法中：
主发电机连接至风力涡轮机转子，并且当风力涡轮机转子经历主风速Wp最小和主风速Wp最大之间的风速时，具有功率输出Pp；
次发电机连接至风力涡轮机转子，并且当风力涡轮机转子经历次风速Ws最小和次风速Ws最大之间的风速时，具有功率输出Ps；
主发电机和次发电机产生总功率输出P；其运行方法为：
在高于去耦速度W去耦时，该风力涡轮机以主运行模式运行，其中功率输出P来自主发电机，为Pp；
在低于去耦速度W去耦时，该风力涡轮机以次运行模式运行，其中功率输出P来自次发电机，为Ps；
其中W去耦速度W去耦在最小主风速和最大次风速之间。
由此，该风力涡轮机无论在主模式下或在次模式下都能运行；在主模式中，来自转子的能量转移至主发电机；在次模式中，来自转子的能量转移至次发电机。
在本发明的一方面，使用根据公开的风力涡轮机来完成运行方法。
在一特别的实施方式中，主发电机为DFIG，因此主模式为DFIG模式。
在一特别的实施方式中，次发电机为PM发电机，因此次模式为PM模式。
根据操作风力涡轮机方法的一个实施方式，所述风力涡轮机从一个运行模式切换至另一运行模式，其包括步骤：
检测流经的去耦风速W去耦，
停止风力涡轮机的风力涡轮机转子的旋转，
通过以下方式，重启风力涡轮机的风力涡轮机转子的旋转：
如果风速W为去耦风速W去耦或高于去耦风速W去耦，进入主运行模式，或者
如果风速W低于去耦风速W去耦，进入次运行模式。
由此当改变运行模式时，将系统的总负荷和总负担降到最小。另一个优点是减小了在不同模式间切换时所需电动开关和机械开关的尺寸。
根据操作风力涡轮机的方法的一个实施方式，该风力涡轮机从一种运行模式切换另一种运行模式，包括以下步骤：
当保持风力涡轮机转子在某一旋转速度时，将功率P减少至0；
开启第一开关和第三开关，将主发电机连接至电网，并且使功率逐步上升到所需的功率水平；
以主运行模式运行；
或者
开启第二开关，将次发电机连接至电网，并且使功率逐步上升至所需的功率水平；
以次运行方式运行。
由此获得稳健的切换方法，使风力涡轮机在从一个模式转换为另一模式期间，将施于风力涡轮机的外力降至最小。
根据操作风力涡轮机的方法的一个实施方式，它包括使叶片完全倾斜或部分倾斜。
附图说明
现仅以实施例的方式，参照附图，描述本发明的具体实施方式，其中：
图1图示了风力涡轮机；
图2图示了轴如何连接至主发电机和次发电机；
图3在示意图A、B和C中图示了主发电机和次发电机的结构；
图4图示了控制器和开关的原理图；
图5图示了DFIG、PMHS、PMMS和PMDD发电机的驱动机构效率、年度风速分布、以及基于风速的涡轮机功率（额定功率的百分数）；
图6图示了主发电机和次发动机的联合输出的功率曲线。
具体实施方式
标号 零件
100 风力涡轮机
101 塔架
102 基座
103 机舱
104 风力涡轮机转子
105 叶片
106 轮毂
107 风
108 风速
200 驱动机构
201 轴
202 齿轮箱
204 主发电机轴
205 主发电机
206 联轴器
207 次发电机轴
208 次发电机
300 电源线
301 背靠背变流器
302 发动机侧变流器端
303 电网侧变流器端
304 电网
305 并网
401 第一开关
402 第二开关
403 第三开关
405 控制器
406 发电机侧控制装置
407 电网侧控制装置
408 转子控制装置
500 年度风速分布
501 DFIG驱动机构效率
502 PMHS驱动机构效率
503 PMMS驱动机构效率
504 PMDD驱动机构效率
505 风力涡轮机功率
600 W
601 P
602 Pp
603 Ps
604 主运行模式
605 次运行模式
610 Wp最小
611 Wp最大
612 Ws最小
613 Ws最大
615 W额定
616 P额定
617 W切出
618 W去耦
619 P去耦
在这个实施方式中，图1图示了具有塔架101的风力涡轮机100，该塔架101从基座102向上直至具有风力涡轮机转子104的机舱103，在本实施例中，风力涡轮机转子104包括三个安装在轮毂106上的叶片105'、105''和105'''。
机舱103可旋转地安装在塔架101上，设置为面向风107，如此风107将使涡轮机转子104旋转，其旋转的速度取决于风速108。
图2图示了放置于风力涡轮机100的机舱104中的驱动机构200的一个实施方式。该驱动机构200通过轴201将轮毂106连接至齿轮箱202，将动力转换至主发电机轴204，来驱动主发电机205。在此实施方式中，主发电机轴204通过联轴器206转移动力，该联轴器206为齿形带类型装置，配置至次发电机轴207，以驱动次发电机208。
主发电机205为双馈感应发电机（DFIG）类型的发电机。次发电机208为永磁式电动机系统类型的发电机。
图3图示了主发电机和次发电机装置的三种不同实施方式。通过驱动机构200的装置的示意图，A、B、和C中的实施方式得到了例证：风107与风力涡轮机104相互作用，将动力转移至轴201，再从那转移至主发电机205和次发电机208。
在所有的实施方式中，主发电机205和次发电机208通过电源线300连接起来，该电源线300适用于在要求的水平下将功率传导至背靠背变流器301，其中发电机205、208在发电机侧变流器端302连接至背靠背变流器301，并且背靠背变流器301在电网侧变流器端303连接至并网305中的电网304。主发电机205的电输出通过直接的电源线300，直接与并网305点相连接。此外，来自主发电机205的电功率输出通过电源线300与背靠背变流器301相连接。
在图3A所示的实施方式中，主发电机205的主发电机轴204通过齿轮箱202与轴201相互作用，所述齿轮箱202将动力转换至主发电机轴204。
此外，该主发电机轴204与联轴器206相互作用，该联轴器206在此实施方式中为齿形带装置206'，将动力从主发电机轴204转移至次发电机轴207，以驱动次发电机208。来自次发电机208的电输出直接与电源线300相连接，该电源线300处于主发电机205与发电机侧变流器端302之间。
图3B图示了另一实施方式，其中次发电机轴207通过轴伸206''直接与主发电机轴204相连接或相联接。来自次发电机208的电输出直接与电源线300相连接，该电源线300处于主发电机205的输出和发电机侧变流器端302之间。
图3C图示了另一实施方式，其中次发电机轴207通过联轴器206即次变速器206'''，与轴201相互作用。来自次发电机208的电输出直接与电源线300相连接，该电源线300处于主发电机205的输出和发电机侧变流器端302之间。
在示出的实施方式A、B和C中，主发电机205为双馈感应发电机（DFIG）类型的发电机。次发电机208为永久磁铁（PM）类型的发电机，例如PMMS（永磁式电动机系统）、PMHS（永磁磁滞同步）或PMDD（永磁直接驱动）。
图4图示了在图3A的实施方式中应用的控制和开关装置的典型实施方式。
在此实施方式中，在主发电机205与并网305点之间的电源线中配置有第一开关401装置。该第一开关401可接通和切断从主发电机205直接至并网305点的电功率输出。
在次发电机208与背靠背变流器301的发电机侧变流器端302之间，配置有第二开关402。该第二开关402可接通和切断从次发电机208至背靠背变流器301的发电机侧变流器端302的电功率输出。
在主发电机205与背靠背变流器301的发电机侧变流器端302之间，配置有第三开关403。该第三开关可接通和切断从次发电机208至背靠背变流器301的发电机侧变流器端302的电功率输出。
可通过控制器405来控制开关401、402、403。
该控制器405可设置为通过发电机侧控制装置406来控制发电机侧变流器端302，以便使背靠背变流器301根据开关401、402、403的位置，来适应来自发电机205、208的功率流。
同样地，控制器405能够设置为通过电网侧控制装置407来控制电网侧变流器端303。
控制器405还控制风力涡轮机100元件，尤其通过转子控制装置408，来控制风力涡轮机转子104的旋转或运行。
图5图示了基于风力涡轮机额定功率的标准化风速108，标准1.5兆瓦的风力涡轮机100的驱动机构200的效率的实施例。
图中标明了年度风速分布500，并且在年度风速分布500缓慢变小之前，驱动机构效率在额定功率的约39%处出现峰值。
该图表显示了DFIG驱动机构效率501，其以约35%的额定风速108，步进式地从0%上升至约68%，该约35%的额定风速108仅刚刚低于处于峰值的年度风速分布500，因此捕捉了风中大部分的能量。
该图表显示了永久磁铁类型的次发电机208的驱动机构效率：PMHS驱动机构效率502、PMMS驱动机构效率503以及PMDD驱动机构效率504。
PM驱动机构效率502、503、504充分地图示了当风速低于DFIG发电机205的切入风速108时的效率。
最后，该图表显示了对于结合DFIG类型的主发电机205和PM类型的次发电机208的驱动机构200，其风力涡轮机功率505的功率曲线。
图6图示了如所公开的主发电机205和次发电机206联合输出的功率曲线的实施例。
该图表显示了风力涡轮机100对于特定风速W600的反应，当处于特定风速W600时，风力涡轮机100产生功率输出P601。该主发电机205的功率为Pp602，且次发电机208的功率为Ps603。
主发电机205在最小风速Wp最小610以及最大风速Wp最大611之间，具有正功率输出Pp。次发电机208在最小风速Ws最小612以及最大风速Ws最大613之间，具有正功率输出Ps。
对于额定风速W额定615及其以上，风力涡轮机100基本上产出额定功率P额定616。此外，该风力涡轮机100在风速W切出617可切出，在该风速W切出617，风力涡轮机转子将停止。
特别地，本领域的技术人员会被启发并能够选择永久磁铁PM发电机，如PMMS（永磁式电动机系统）类型的发电机，并且制造合适的构造和控制装置。
同样地，本领域的技术人员能够选择PMHS（永久磁铁磁滞同步）类型、PMDD（永久磁铁直接驱动）类型的发电机。

Claims (16)

1.一种可变速风力涡轮机(100)，该可变速风力涡轮机包括：
风力涡轮机塔架(101)；
机舱(103)，所述机舱(103)设于所述风力涡轮机(100)上；
风力涡轮机转子(104)，其包括可旋转地安装于所述机舱(103)上的轮毂(106)，所述轮毂(106)具有至少一个安装于其上的风力涡轮机叶片(105)；和
轴(201)，所述轴(201)与所述轮毂(106)相连接，并且连接至
主发电机(205)，所述主发电机(205)通过电源线(300)具有主定子和主转子，所述主定子电连接至并网点(305)，所述主转子在发电机侧变流器端(302)电连接至
背靠背变流器(301)，所述背靠背变流器(301)在电网侧变流器端(303)电连接至并网点(305)；
其特征在于，
还包括次发电机(208)，所述次发电机(208)通过机械联轴器(206)，进一步联接至轴(201)，并电连接至主发电机(205)的主转子和背靠背变流器(301)的发电机侧变流器端(302)；
所述风力涡轮机(100)进一步包括具有控制能力的控制器(405)，该控制器连接至：
第一开关(401)，所述第一开关(401)在所述主发电机(205)和所述并网点(305)之间；
第二开关(402)，所述第二开关(402)在所述背靠背变流器(301)的发电机侧变流器端(302)和所述次发电机(208)之间；
第三开关(403)，所述第三开关(403)在所述背靠背变流器(301)的所述发电机侧变流器端(302)和所述主发电机(205)之间；
其中控制器(405)和开关(401、402、403)配置为接通或切断所述主发电机(205)和次发电机(208)至背靠背变流器(301)和电网(304)的功率。
2.根据权利要求1的风力涡轮机(100)，其特征在于所述主发电机(205)为双馈感应发电机(205')。
3.根据权利要求1或2的风力涡轮机(100)，其特征在于所述次发电机(208)为永磁发电机。
4.根据权利要求1的风力涡轮机(100)，其特征在于所述次发电机的最大功率输出Ps在50kW和230kW之间，并且/或者所述主发电机(205)的最大功率输出Pp至少为1兆瓦。
5.根据权利要求1中的风力涡轮机(100)，其特征在于所述控制器(405)设置为控制并持续调整至少一个所述开关(401、402、403)处于关闭和开启之间的功率流。
6.根据权利要求1的风力涡轮机(100)，其特征在于所述控制器(405)可通过发电机侧控制装置(406)进一步控制所述背靠背变流器(301)的发电机侧变流器端(302)，并且/或者通过电网侧控制装置(407)来控制所述背靠背变流器(301)的电网侧变流器端(303)，和/或通过转子控制装置(408)控制所述风力涡轮机转子(104)的旋转。
7.根据权利要求1的风力涡轮机(100)，其特征在于所述轴(201)连接至齿轮箱(202)，所述齿轮箱(202)通过主发电机轴(204)连接至主发电机(205)。
8.根据权利要求1的风力涡轮机(100)，其特征在于所述次发电机(208)包括次发电机轴(207)，所述次发电机轴(207)通过齿形带联轴器(206')类型接合机械联接至主发电机轴(204)。
9.根据权利要求7中的风力涡轮机(100)，其特征在于所述次发电机(208)包括次发电机轴(207)，所述次发电机轴(207)通过轴伸(206”)直接机械联接至主发电机轴(204)。
10.根据权利要求1的风力涡轮机(100)，其特征在于所述次发电机(208)包括次发电机轴(207)，次发电机轴(207)次齿轮箱联轴器(206”')类型接合机械联接至轴(201)。
11.根据权利要求1的风力涡轮机(100)，其特征在于所述风力涡轮机(100)具有至少一片完全倾斜或部分倾斜的叶片(105)。
12.生产根据权利要求1-11的任一权利要求的风力涡轮机(100)的方法，包括以下步骤：
-提供可变速风力涡轮机(100)，所述可变速风力涡轮机(100)包括：
风力涡轮机塔架(101)；
机舱(103)，所述机舱(103)设置于所述风力涡轮机(100)上；
风力涡轮机转子(104)，其包括可旋转地安装于所述机舱(103)上的轮毂(106)，所述轮毂(106)具有至少一个安装于其上的风力涡轮机叶片(105)；和
轴(201)，所述轴(201)与所述轮毂(106)相连接，并且连接至
主发电机(205)，所述主发电机(205)通过电源线(300)具有主定子和主转子，所述主定子电连接至并网点(305)，所述主转子在发电机侧变流器端(302)电连接至
背靠背变流器(301)，所述背靠背变流器(301)在电网侧变流器端(303)连接至
并网点(305)；
-提供次发电机(208)；
其特征在于，
-通过联轴器(206)，将次发电机(208)安装至轴(201)或主发电机轴(204)，并且将所述次发电机连接至所述主发电机(116)和所述背靠背变流器之间的电源线(300)；并且
-设置：
在主发电机(205)和并网点(305)之间的第一开关(401)，
在背靠背变流器(301)的发电机侧变流器端(302)和次发电机(208)之间的第二开关(402)，和
在背靠背变流器(301)的发电机侧变流器端(302)和主发电机(205)之间的第三开关(403)，并且
-设置控制器(405)和所述开关(401、402、403)可开关所述主发电机(205)和次发电机(208)至背靠背变流器(301)和电网(304)的功率。
13.根据权利要求12的生产风力涡轮机(100)的方法，其特征在于所述方法还包括
-将控制器(405)改装为可通过发电机/电网侧控制装置(406、407)来控制背靠背变流器(301)，通过转子控制装置(408)来控制风力涡轮机转子(104)的旋转。
14.操作根据权利要求1至11的任一权利要求的风力涡轮机(100)的方法，其特征在于
所述主发电机(205)连接至所述风力涡轮机转子(104)，并且当风力涡轮机转子(104)经历最小主风速Wp最小和最大主风速Wp最大之间的风速时，具有功率输出Pp；
次发电机(208)连接至所述风力涡轮机转子(104)，并且当风力涡轮机转子(104)经历最小次风速Ws最小和最大次风速Ws最大之间的风速时，具有功率输出Ps；
主发电机(205)和次发电机(208)产生总功率输出P；其运行方法包括步骤：
在高于去耦风速W去耦时，所述风力涡轮机以主运行模式运行，其中整体功率输出P由主发电机(205)供给；
在低于去耦风速W去耦时，所述风力涡轮机以次运行模式运行，其中整体功率输出P由次发电机(208)供给；
其中去耦风速W在最小主风速Wp最小和最大次风速Ws最大之间。
15.根据权利要求14的操作风力涡轮机(100)的方法，其特征在于所述方法还包括步骤：
检测流经的去耦风速W去耦，
停止风力涡轮机(100)的风力涡轮机转子(104)的旋转，
通过以下方式，重启风力涡轮机(100)的风力涡轮机转子(104)的旋转：
如果风速W为去耦风速W去耦或高于去耦风速W去耦，进入主运行模式(604)，或者
如果风速W低于去耦风速W去耦，进入次运行模式(605)。
16.根据权利要求14的操作风力涡轮机(100)的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
当保持风力涡轮机转子(104)在某一旋转速度时，将整体输出功率P减少至0；
开启所述第一开关(401)和所述第三开关(403)，将主发电机(205)连接至电网(304)，并且使功率逐步上升到所需的功率水平；
以主运行模式运行风力涡轮机；
或者
开启所述第二开关(402)，将次发电机(208)连接至电网(304)，并且使功率逐步上升至所需的功率水平；并且
以次运行方式运行风力涡轮机。
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