CN103891083B - 用于避免风力发电设备中的杂散电流的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于避免风力发电设备中的杂散电流的装置和方法。存在风力发电设备的具有电去耦的次级侧(3)的隔离电源(1)、通过电导体(5，6)耦接至隔离电源的次级侧的电负载(8)以及杂散电流敏感机械组件(7)。隔离电源位于杂散电流敏感机械组件的第一侧并且负载位于杂散电流敏感机械组件的第二侧。电导体耦接至第二侧处的公共接地电位(10)。

Description

用于避免风力发电设备中的杂散电流的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于避免风力发电设备中的杂散电流的装置以及相对应的方法。

背景技术

在复杂的电网中故障电流或者杂散电流难以完全避免。它们可能例如在电子滤波器处作为杂散电流而发生，或者由于电子设备的绝缘缺陷作为故障电流而发生。使用将中性点或者中性线接地的接地电网的系统具有特别高的产生故障电流的风险。通常将在网络与地之间的连接设置为靠近电源，从而将网络与地之间的电阻保持为小。故障电流则将会经由电位均衡系统返回至电源。由于设施的全部电流传导部件都需要被包括在电位均衡系统中，因此故障电流或者杂散电流不可避免要流过这些导电组件。根据设施的具体结构，故障电流或者杂散电流也可能流过轴承或者其它机械装置，由此在这些杂散电流敏感机械部件中造成损坏。另一个风险在于杂散电流所造成的结构部件的电化学腐蚀。避免对机械部件的损坏的一个可能性在于将电网实施为孤立的IT网络。然而，IT网络具有以下劣势，即由于不产生故障电流，因此一阶绝缘错误通常保持未被发现。在发生第一绝缘错误的情况下，接地电位等于故障电压并且可能发生危险的状况。只有第二绝缘错误可能触发保护装置，例如为保险丝。为了检测到第一绝缘错误，需要实施昂贵且复杂的绝缘错误检测系统。

第二个可能性在于将网络实施为局部受限网络。这使得故障电流只能发生在有限的区域内。故障电流仍未被完全消除，但是通过对设施适当的布局或者配置能够避免电流流过敏感的机械组件。然而，这需要实现子系统。接着将电源靠近子系统来配置。在接着由单独的接地网络供给电源的情况下，仍然可能产生故障电流。

第三个可能性在于提供与机械部件并行的特定电流通路。这通常通过滑动触点完成。然而，可以流过滑动触点而不再流过机械部件的故障电流的量取决于阻抗的比率。研究表明，机械部件的阻抗往往低到足以使故障电流仍然流过机械组件。

从WO2007/107158A1中已知一种避免风力发电设备中的杂散电流流过机械部件的尝试。该解决方案在于对风力发电设备的驱动轴的两侧配置两个接地连接(其中一个只提供交流电流通路)。

发明内容

本发明的目的包括提供比已知解决方案更简单且更可靠的用于避免风力发电设备中的杂散电流的装配体或装置以及方法。

根据本发明的第一方面，提供一种用于避免风力发电设备中的杂散电流的装配体或装置。装配体/装置包括具有电去耦的次级侧的隔离电源。于是次级侧是隔离电源的输出(有时也称作浮动输出)。存在耦接至隔离电源的次级侧的电负载。在隔离电源的次级侧与电负载之间存在电导体。将电导体配置为旁路风力发电设备的杂散电流敏感机械组件。隔离电源位于杂散电流敏感机械组件的第一侧。负载位于杂散电流敏感机械组件的第二侧。电导体耦接(或者连接)至第二侧的公共接地电位。隔离电源具有初级侧。初级侧也耦接(或者连接)至第一侧的公共接地电位。第一侧的公共接地电位和第二侧的公共接地电位可以是风力发电设备的相同接地电位，其中风力发电设备的全部导电部件都与该接地电位相连接。本发明的这方面惊人地使得故障电流只通过电导体返回至电源。避免了杂散电流通过风力发电设备的杂散电流敏感组件。

隔离电源可以是或者包括隔离变压器，用于在隔离电源的次级侧提供隔离的(电去耦的)输出。隔离变压器的初级侧可以耦接至外部电网。外部电网可以接地。

第一侧可以是风力发电设备机舱内的任何位置。优选为第一侧是风力发电设备的非转动部件。第二侧则可以位于风力发电设备的毂中。特别地，第二侧可以位于风力发电设备的转动部件中。

在本发明的一方面中，负载则可以是风力发电设备的桨距(pitch)驱动器。现代风力发电设备通过改变施加至转子的空气动力来提供对电力和转子速度的控制。典型地，桨距驱动器包括安装至适当的齿轮、例如具有高传动比(gear ratio)的行星齿轮的电动机。安装至行星齿轮的从动(输出)轴的驱动锥(bevel)通常与固定至转子叶片的环形齿轮或者齿环啮合。

隔离电源不配置在风力发电设备的转动部件(例如，毂)中是特别有利的。由于机舱(nacelle)内更好的环境条件和更大的空间，因此机舱是隔离电源的优选位置。此外，机舱中的可达性也优于毂。

第二侧处的接地电位与用于第一侧的接地电位相同。这意味着全部部件、包括在第二侧连接到导体的部件都耦接至相同的接地电位。然而，即使在这种情况下电流也流过电导体，而不流过风力发电设备的杂散电流敏感部件、例如毂的轴承。

隔离电源可以在次级侧处提供交流或者直流供电电压。

本发明还提供风力发电设备，其包括配置在机舱内的隔离电源。电负载则可以配置在毂中。电负载可以是一个或者多个用于驱动风力发电设备的叶片的桨距驱动器。隔离电源则可以配置在杂散电流敏感机械部件的第一侧上。杂散电流敏感机械部件可以是在风力发电设备的转动部件与非转动部件之间的机械部件。杂散电流敏感机械部件可以是风力发电设备的毂的轴承。电负载、即桨距驱动器可以位于第二侧上。该第二侧可以在转动毂中。隔离电源和电负载通过电导体相连接。电导体可以包括电力线缆和一个或者多个滑动触点。电导体(电)旁路杂散电流敏感机械部件。在电导体(导体中的一个，即接地连接)与第二侧之间设置接地连接。有利地，在公共接地和电导体之间的此电连接可以靠近电负载(桨距驱动器)。

此外，本发明提供了一种风电机组，包括根据本发明的方面所配置的风力发电设备。

本发明还提供一种用于避免风力发电设备中杂散电流的方法。隔离电源则可以配置在风力发电设备中的第一位置。电负载可以设置在风力发电设备中的第二位置。第一和第二位置可以在例如为轴承的杂散电流敏感机械部件的相反侧。这可以是在风力发电设备的转动部件和非转动部件之间的轴承。杂散电流敏感机械部件可以是风力发电设备的毂的轴承。隔离电源的次级侧(也称作浮动输出)可以通过电导体连接至电负载。这可以通过使用线缆和滑动触点旁路杂散电流敏感机械部件以进行。最后，电导体可以连接至第二侧，从而在第二侧处设置接地连接。在隔离电源的初级侧可以设置其它接地连接。在第一侧处(在机舱处)的接地电位与在第二侧处(在毂或者更具体地、在毂的端部中)的接地电位可以是连接风力发电设备的全部导电部件的相同的公共接地电位。

附图说明

通过以下参考附图对本发明的优选实施例的描述，将得到本发明的其它方面和特征，其中

图1示出本发明的实施例的简化示意图，以及

图2示出配置有根据本发明的方面的装置的风力发电设备的截面图。

具体实施方式

图1示出本发明的实施例的简化示意图。存在电源13和隔离变压器12。将隔离变压器12单独或者与电源13组合称作隔离电源1。电源13在接地连接11处接地。电源13可以是外部电网。隔离变压器12具有初级侧2和次级侧3。初级侧2相对于次级侧3电去耦(galvanic decoupled)。初级侧2耦接至电源13。电导体4耦接至隔离变压器12的次级侧3。电导体4包括两个电导体或者线缆5和6。对线缆5和6分别设置滑动触点17和18。这对于通过导体4将风力发电设备的转动部件和非转动部件电耦合可能是必需的。电导体4旁路杂散电流敏感机械装置7。此杂散电流敏感机械装置可以是轴承，并且更具体地，在本实施例中是毂(hub)9的轴承。电负载8配置在杂散电流敏感机械装置7的第二侧。第二侧位于风力发电设备的毂9中。电负载8可以是用于驱动风力发电设备的叶片的一个或者多个桨距驱动器。电导体之一(在本示例中，电导体6)在第二侧处(第二侧是转动侧，即毂9)连接到公共接地10。此外，隔离电源1的初级侧2也通过接地连接11连接至公共接地。公共接地节点10和11具有相同的公共接地电位。此公共接地电位是连接至风力发电设备的导电部件的公共接地。隔离电源1位于第一侧处，其中第一侧在本示例中为风力发电设备的机舱21。

于是，故障电流IF可以从电负载8流向地。由于隔离电源1、电负载8、线缆5和6以及接地连接11和10的配置，故障电流IF返回至隔离电源1而不流过杂散电流敏感装置7。杂散电流或者故障电流只流过电导体4(例如线缆6)并且不流过杂散电流敏感装置7。此外，故障电流IF不返回电负载8。故障电流IF流回至隔离电源1，或者更具体地，故障电流IF通过导体6流回至变压器12的次级侧。换言之，在本发明的实施例中，电流电路闭合。在电负载8处发生完全短路的情况下，电流将会使可以与导体5一同配置的过电流保护装置(未示出)跳闸。

为了检测到并且避免电流不能使过电流保护装置跳闸的不完全短路的情况，可以在导体6的接地连接10与负载8之间配置故障电流检测器23(例如，剩余电流动作保护装置，缩写为RCD)。

在略加修改的实施例中，隔离电源1可以是隔离直流电源组。则次级侧3处的电压为整流后的直流电压(图1中未示出整流器)。线缆5和6则可以供给+24V直流(线缆5)以及相对应的24V直流接地(线缆6)。线缆5和6通过滑动触点耦合到毂9。线缆6(24V直流接地)只在毂9内部耦接至地。故障电流只通过线缆6(24V直流接地连接)返回至隔离电源1，并且更具体地，返回至隔离变压器12的次级侧。

图2示出根据本发明的方面所装备和配置的风力发电设备100的截面图。风力发电设备100具有安装在塔架15上的机舱21、毂9以及耦接至毂9的叶片14。叶片14可以绕其中央轴转动，从而调整叶片14的桨距。示出了用于进行叶片的桨距调整的一些桨距驱动器8、81、82、83。桨距驱动器8、81、82、83是电动机。它们代表电源1的电负载。电源1是包括交流电源13、隔离变压器12以及整流器(未示出)的隔离电源。在隔离电源1的输出端提供24V直流电压。此供电电压被馈送至桨距驱动器8、81、82、83之一。

对于能够以与桨距驱动器8相似的方式耦接和供给的全部桨距驱动器8、81、82和83，桨距驱动器8只是示例。可以有比图2中所示出的更多的桨距驱动器。线缆5和6耦接至隔离电源1的输出。隔离电源的初级侧耦接至地11。此接地电位是机舱的导电部件的公共接地电位。可以利用图1中附图标记22所表示的外部高压输电网或者外部电网给隔离电源供电。与高压输电网或者电网的连接由电源13和接地连接11表示。导体5、6经由滑动触点17、18耦接通过毂的轴承7。在毂9内部，线缆5、6耦接至桨距驱动器8。存在连接到线缆6(隔离电源的次级侧的接地)的接地连接10。接地连接10的电位是毂9的全部导电部件的公共接地电位。

本发明的实施例的一个主要优势在于隔离电源1的位置。特别地，隔离变压器12可以保持在机舱中，并且因此不受转动的影响并且使得能够改进其在维修期间的可达性。

尽管以上已经参考特定实施例说明了本发明，但本发明不限于这些实施例，并且毫无疑问，技术人员将会想到在本发明的权利要求书范围内的其它替代。

Claims (8)

1.一种用于避免风力发电设备中的杂散电流的装置，包括：

隔离电源，具有电去耦的次级侧；

电负载，经由电导体耦接至所述隔离电源的所述次级侧；以及

所述风力发电设备的杂散电流敏感机械组件，

其中，所述隔离电源位于所述杂散电流敏感机械组件的第一侧，所述电负载位于所述杂散电流敏感机械组件的第二侧，所述第一侧和所述第二侧在所述风力发电设备的所述杂散电流敏感机械组件的相反侧，并且所述电导体在所述第二侧处耦接至公共接地电位并且旁路所述杂散电流敏感机械组件。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述隔离电源具有相对于所述次级侧电去耦的初级侧，并且所述初级侧在所述第一侧处连接至所述公共接地电位。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第一侧在所述风力发电设备的机舱中，并且所述第二侧在所述风力发电设备的毂中。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述电负载是用于调整所述风力发电设备的叶片的桨距的桨距驱动器，并且所述杂散电流敏感机械组件是所述风力发电设备的轴承。

5.一种风力发电设备，包括根据上述任一项权利要求所述的装置。

6.一种风电机组，包括根据权利要求5所述的风力发电设备。

7.一种用于避免风力发电设备中的杂散电流的方法，包括以下步骤：

在所述风力发电设备中的第一位置处配置具有初级侧和电去耦的次级侧的隔离电源；

在所述风力发电设备中的第二位置处配置电负载，其中所述第一位置和所述第二位置在所述风力发电设备的杂散电流敏感机械组件的相反侧；

经由电导体将所述隔离电源的电去耦的次级侧连接至所述电负载；

将所述电导体连接至所述第二位置侧的公共接地电位，并且旁路所述杂散电流敏感机械组件。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：将所述隔离电源的初级侧连接至所述第一位置侧的公共接地电位。