CN113279910B - 风力涡轮机组件 - Google Patents

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Abstract

一种风力涡轮机组件，包括转子系统(2)、发电机(4)、第一转换器(61)、第二转换器(62)以及控制器系统(909)。第一转换器(61)包括第一桥接电路，该第一桥接电路具有各自带有可控开关的多个开关构件。第二转换器(62)包括第二桥接电路，该第二桥接电路具有各自带有可控开关的多个开关构件。控制器系统(909)适于提供用于第二转换器的干燥操作，包括通过利用第二桥接电路的可控开关来使第二转换器(62)短路，并且将来自发电机(4)的电力通过第一转换器(61)供应到经短路的第二转换器(62)，以用于对第二转换器(62)进行干燥。

Description

风力涡轮机组件
技术领域
本发明涉及风力涡轮机组件，更具体地涉及风力涡轮机组件的电气部件的干燥。
背景技术
在风力涡轮机组件的调试期间，风力涡轮机组件的电气部件中可能存在过多的水分。过多的水分会导致电气部件中的破裂，从而导致电气部件的损坏。因此，重要的是在启动风力涡轮机组件之前从风力涡轮机组件的电气部件去除过量的水分。
已知的风力涡轮机组件包括用于从风力涡轮机组件的电气部件去除过量水分的加热电阻器系统。加热电阻器系统包括用于加热风力涡轮机组件的电转换器的加热电阻器，该加热电阻器位于电转换器的外部。
与上述已知的风力涡轮机组件相关联的缺点之一是，加热电阻器系统在组件中需要空间，并且导致额外的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种风力涡轮机组件以消除上述缺点。本发明的目的通过以下描述的风力涡轮机组件实现。
本发明基于以下思想：通过利用电网侧转换器的可控开关使电网侧转换器短路来干燥风力涡轮机组件的电网侧转换器，并且通过风力涡轮机组件的发电机侧转换器从风力涡轮机组件的发电机向经短路的电网侧转换器供应电力以用于干燥电网侧转换器，其中，在干燥操作期间，发电机的电压保持很低，以至于没有穿通发生，并且风力涡轮机组件的电气部件中的电流保持足够低。
在本发明的实施方式中，首先使发电机侧转换器短路，并且在发电机侧转换器被充分干燥之后，使电网侧转换器短路，并通过之前干燥的发电机侧转换器向短路的电网侧转换器供应电力。
本发明的风力涡轮机组件的优点在于其紧凑的尺寸和低成本，这是由于可以从风力涡轮机组件中省略加热电阻器系统。
附图说明
在下文中，将参照附图通过优选实施方式来更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出了根据本发明的实施方式的风力涡轮机组件；并且
图2示出了图1的风力涡轮机组件的一部分的放大图。
具体实施方式
图1示出了风力涡轮机组件，其包括转子系统2、发电机4、第一转换器61、DC链路7、第二转换器62、LC滤波器8、制动斩波器10、断路器12、变压器16、交流输出14、传感器系统以及控制器系统909。
转子系统2适于将风的动能转换成转子系统2的旋转能。转子系统2包括多个可调节叶片21。
发电机4适于通过转子系统2而旋转以用于将转子系统2的旋转能转换成电能。发电机4是永磁发电机，并且适于产生交流电。发电机4的电压适于通过对多个可调节叶片21的叶片角度进行调节而被控制。在替代实施方式中，发电机是单独地被励磁的同步发电机，并且发电机的电压适于通过调节发电机的励磁电流而被控制。
第一转换器61具有电连接至发电机4的交流侧和电连接至包括有DC链路电容的DC链路7的直流侧。第二转换器62具有直流侧、交流侧、变压器16以及断路器12，第二转换器的该直流侧通过DC链路7电连接至第一转换器61的直流侧，第二转换器的该交流侧通过LC滤波器8电连接至风力涡轮机组件的交流输出14。
在此，当两个部件之间存在能够在这两个部件之间传递电能的连接时，两个部件被定义为彼此电连接。
现在参考图2，第一转换器61的交流侧电连接至相U1、V1以及W1，第二转换器62的交流侧电连接至相U2、V2以及W2。DC链路7包括正汇流排DC+和负汇流排DC-，第一转换器61和第二转换器62的直流侧电连接至DC链路7。
第一转换器61包括具有六个开关构件的第一桥接电路，并且第二转换器62包括具有六个开关构件的第二桥接电路。开关构件中的每个开关构件具有可控开关和与可控开关反并联地连接的二极管。第一桥接电路的可控开关用附图标记S11至S16表示，并且相应的二极管用附图标记D11至D16表示。第二桥接电路的可控开关用附图标记S21至S26表示，并且相应的二极管用附图标记D21至D26表示。
第一桥接电路的可控开关S11至S16和第二桥接电路的可控开关S21至S26是绝缘栅双极晶体管或IGBT。在替代实施方式中，可控开关包括其他类型的半导体开关、比如场效应晶体管或FET。
第一转换器61和第二转换器62是双向转换器。第一转换器61和第二转换器62是功能上相同的电力转换器。
制动斩波器10电连接在DC链路7的正汇流排DC+与DC链路7的负汇流排DC-之间。制动斩波器10包括串联连接的制动斩波器开关构件和制动电阻器R10。制动斩波器开关构件包括可控制动斩波器开关S10和与可控制动斩波器开关S10反并联地连接的二极管D10。
LC滤波器8电连接在第二转换器62的交流侧与变压器16之间。LC滤波器8包括电感器和电容器。LC滤波器是本领域已知的。在本文中，表述“LC滤波器”也涵盖LCL滤波器。
控制器系统909适于控制第一转换器61和第二转换器62、制动斩波器开关S10以及多个可调节叶片21的叶片角度。控制器系统909适于提供：用于第一转换器61的干燥操作、用于制动斩波器10的干燥操作、用于第二转换器62的干燥操作以及用于附加电力系统的干燥操作。
用于第一转换器的干燥操作包括通过利用第一桥接电路的可控开关来使第一转换器61短路，并且将来自发电机4的电力供应到经短路的第一转换器61，以用于对第一转换器61进行干燥。在第一转换器的干燥操作中，通过利用第一桥接电路的可控开关使相U1、V1以及W1短路来使第一转换器61短路。在第一转换器的干燥操作期间，通过利用控制器系统909调节多个可调节叶片21的叶片角度来使发电机4的电压保持低于发电机4的标称输出电压。
在一实施方式中，用于第一转换器的干燥操作包括通过将第一桥接电路的可控开关S11、S12以及S13控制成导通状态来使第一转换器61短路。在另一实施方式中，用于第一转换器的干燥操作包括通过将第一桥接电路的可控开关S14、S15以及S16控制成导通状态来使第一转换器61短路。在又一实施方式中，用于第一转换器的干燥操作包括通过将第一桥接电路的所有可控开关S11至S16控制成导通状态来使第一转换器61短路。
制动斩波器的干燥操作在用于第一转换器的干燥操作之后进行。在一实施方式中，在用于第二转换器的干燥操作之后进行制动斩波器的干燥操作。在替代实施方式中，用于制动斩波器的干燥操作与第二转换器的干燥操作同时进行。
用于制动斩波器的干燥操作包括将制动斩波器开关S10控制成导通状态，并通过第一转换器61将来自发电机4的电力提供给制动电阻器R10。在一实施方式中，用于制动斩波器的干燥操作包括将第一桥接电路的所有可控开关S11至S16控制成非导通状态，其中，电力通过第一转换器61经由二极管D11-D16进行供应。
在用于第一转换器的干燥操作之后进行用于第二转换器的干燥操作。用于第二转换器的干燥操作包括通过利用第二桥接电路的可控开关来使第二转换器62短路，并且将来自发电机4的电力通过第一转换器61供应到经短路的第二转换器62，以用于对第二转换器62进行干燥。
用于第二转换器的干燥操作包括通过利用第二转换器62的可控开关在正汇流排DC+与负汇流排DC-之间提供短路来使第二转换器62短路。在一实施方式中，用于第二转换器的干燥操作包括通过将第二桥接电路的所有可控开关S21至S26控制成导通状态来使第二转换器62短路。在另一实施方式中，用于第二转换器的干燥操作包括通过将第二桥接电路的可控开关S21和S24控制成导通状态来使第二转换器62短路。在又一实施方式中，用于第二转换器的干燥操作包括通过将第二桥接电路的可控开关S22和S25控制成导通状态来使第二转换器62短路。在又一实施方式中，用于第二转换器的干燥操作包括通过将第二桥接电路的可控开关S23和S26控制成导通状态来使第二转换器62短路。
在用于第二转换器的干燥操作期间，例如通过利用控制器系统909将第一桥接电路的可控开关控制成非导通状态而将电力供应通过第一转换器61，其中，电力从第一转换器61通过第一桥接电路的二极管D11-D16而供应至经短路的第二转换器61。
在用于第二转换器的干燥操作期间，通过利用控制器系统909调节多个可调节叶片21的叶片角度来使发电机4的电压保持低于发电机4的标称输出电压。此外，在用于第二转换器的干燥操作期间，控制器系统909适于控制发电机4的电压，以使得第一转换器61和第二转换器62的电流、发电机4的电流小于或等于对应的标称电流。在替代实施方式中，在用于第二转换器的干燥操作期间，发电机的电压被控制成使得第一转换器和第二转换器的电流、发电机的电流小于或等于对应的标称电流的120％。由于用于第二转换器的干燥操作是持续时间相对较短的临时操作，因此可能会略微超过标称电流。
由于DC链路7位于第一转换器61与第二转换器62之间，因此用于第二转换器的干燥操作本质上也使DC链路7被干燥。在一实施方式中，基于来自第二转换器和DC链路两者的湿度信息来确定用于第二转换器的干燥操作的持续时间。
风力涡轮机组件的交流输出14适于连接至电网。断路器12电地设置于变压器16与风力涡轮机组件的交流输出14之间。因此，断路器12适于将第二转换器62的交流侧与风力涡轮机组件的交流输出14断开连接。
在用于第一转换器的干燥操作期间、用于制动斩波器的干燥操作期间、用于第二转换器的干燥操作期间以及用于附加电力系统的干燥操作期间，断路器12处于非导通状态。因此，用于第一转换器的干燥操作、用于制动斩波器的干燥操作、用于第二转换器的干燥操作以及用于附加电力系统的干燥操作通过由发电机4供应的能量而被实施。
该传感器系统包括用于测量第一转换器61的相关湿度的湿度传感器361、用于测量第一转换器61的相关温度的温度传感器561、用于测量第二转换器62的相关湿度的湿度传感器362以及用于测量第二转换器62的相关温度的温度传感器562。
传感器系统通信地连接至控制器系统909。当从传感器系统接收的信息指示第一转换器61的湿度水平已经下降到可接受的水平时，控制器系统909适于终止第一转换器的干燥操作。此外，当从传感器系统接收的信息指示第二转换器62的湿度水平已经下降到可接受的水平时，控制器系统909适于终止第二转换器的干燥操作。当第一转换器61和第二转换器62的湿度水平在可接受的水平上时，第一转换器61和第二转换器62可以正常操作。
在替代实施方式中，控制器系统909适于在第二转换器的湿度水平已经下降到可接受的水平时终止用于第二转换器的干燥操作，并且当附加电力系统的湿度水平下降至可接受的水平时终止用于附加电力系统的干燥操作。在另一个替代实施方式中，每个干燥操作具有预定的持续时间，其中，假定湿度水平在预定的持续时间后处于可接受的水平。
在用于第二转换器的干燥操作之后，进行附加电力系统的干燥操作。用于附加电力系统的干燥操作包括：在至少一个附加电力系统中提供干燥电流，以用于对至少一个附加电力系统进行干燥，该干燥电流小于或等于对应的标称电流。至少一个附加电力系统中用于干燥电流的电力通过第一转换器和第二转换器从发电机被供应。
用于附加电力系统的干燥操作包括：将第一桥接电路的所有可控开关S11至S16控制成非导通状态，其中，经由二极管D11-D16通过第一转换器61进行供电；以及将第二桥接电路的可控开关S21至S26控制成使得合适的加热电流流过LC滤波器8的电容。
在替代实施方式中，用于附加电力系统的干燥操作包括：将第一桥接电路的所有可控开关S11至S16控制成非导通状态，并且将第二桥接电路的开关S22和S24控制成导通状态，其中，电力通过第一转换器61以及开关S22和S24被供应至变压器，并且在变压器16中产生热量以用于干燥变压器16。
对于本领域技术人员显而易见的是，可以以各种方式来实现本发明构思。本发明及其实施方式不限于上述示例，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (14)

1.一种风力涡轮机组件，包括：
转子系统(2)；
用于产生交流电的发电机(4)，所述发电机(4)具有标称输出电压，并且适于通过所述转子系统(2)被旋转；
第一转换器(61)，所述第一转换器具有与所述发电机(4)电连接的交流侧、以及直流侧，所述第一转换器(61)包括第一桥接电路，所述第一桥接电路具有多个开关构件，所述多个开关构件各自具有可控开关和与所述可控开关反并联连接的二极管；
第二转换器(62)，所述第二转换器具有与所述第一转换器(61)的直流侧电连接的直流侧、以及交流侧，所述第二转换器(62)包括第二桥接电路，所述第二桥接电路具有各自带有可控开关的多个开关构件；以及
控制器系统(909)，所述控制器系统适于控制所述第一转换器(61)和所述第二转换器(62)，
其特征在于，所述控制器系统(909)适于为所述第二转换器提供干燥操作，所述干燥操作包括：
利用所述第二桥接电路的可控开关使所述第二转换器(62)短路；以及
将来自所述发电机(4)的电力通过所述第一转换器(61)供应至被短路的所述第二转换器(62)，以用于对所述第二转换器(62)进行干燥。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机组件，其特征在于，在用于所述第二转换器的干燥操作期间，所述发电机(4)的电压低于所述发电机(4)的标称输出电压。
3.根据权利要求1所述的风力涡轮机组件，其特征在于，用于所述第二转换器的干燥操作包括将所述第一桥接电路的可控开关控制成非导通状态，其中，电力被从所述第一转换器(61)通过所述第一桥接电路的多个二极管而供应至被短路的所述第二转换器(62)。
4.根据权利要求1所述的风力涡轮机组件，其特征在于，在用于所述第二转换器的干燥操作期间，所述发电机(4)的电压被控制成使得所述发电机(4)的电流、所述第一转换器(61)的电流以及所述第二转换器(62)的电流小于或等于相应的标称电流。
5.根据权利要求1所述的风力涡轮机组件，其特征在于，所述风力涡轮机组件包括：
交流输出(14)，所述交流输出适于连接至电网；以及
断路器(12)，所述断路器电气地设置于所述第二转换器(62)的交流侧与所述风力涡轮机组件的所述交流输出(14)之间，
其中，在用于所述第二转换器的干燥操作期间，所述断路器(12)处于非导通状态。
6.根据权利要求1所述的风力涡轮机组件，其特征在于，所述风力涡轮机组件包括通信地连接至所述控制器系统(909)的传感器系统，其中，所述传感器系统包括用于测量与所述第二转换器(62)有关的湿度的至少一个湿度传感器(362)，和/或用于测量与所述第二转换器(62)有关的温度的至少一个温度传感器(562)，并且所述控制器系统(909)适于在接收到的来自所述传感器系统的信息指示所述第二转换器(62)的湿度水平已经下降到可接受的水平时终止用于所述第二转换器的干燥操作。
7.根据权利要求1所述的风力涡轮机组件，其特征在于，所述控制器系统(909)适于为所述第一转换器提供干燥操作，该干燥操作包括：
利用所述第一桥接电路的可控开关使所述第一转换器(61)短路；以及
将来自所述发电机(4)的电力供应至被短路的所述第一转换器(61)，以用于对所述第一转换器(61)进行干燥，
其中，用于所述第一转换器的干燥操作在用于所述第二转换器的干燥操作之前进行。
8.根据权利要求7所述的风力涡轮机组件，其特征在于，在用于所述第一转换器的干燥操作期间，所述发电机(4)的电压低于所述发电机(4)的标称输出电压。
9.根据权利要求1所述的风力涡轮机组件，其特征在于，所述风力涡轮机组件包括电连接至所述第二转换器(62)的交流侧的至少一个附加电力系统，并且所述控制器系统(909)适于提供用于所述附加电力系统的干燥操作，该干燥操作包括：在至少一个所述附加电力系统中提供干燥电流，以用于干燥至少一个所述附加电力系统，所述干燥电流小于或等于对应的标称电流，其中，用于所述附加电力系统的干燥操作在用于所述第二转换器的干燥操作之后执行，并且通过所述第一转换器(61)和所述第二转换器(62)从所述发电机(4)供应用于至少一个所述电力系统中的所述干燥电流的电力。
10.根据权利要求9所述的风力涡轮机组件，其特征在于，所述至少一个附加电力系统包括LC滤波器(8)和/或变压器(16)。
11.根据权利要求1所述的风力涡轮机组件，其特征在于，所述风力涡轮机组件包括：
DC链路(7)，所述DC链路包括正汇流排(DC+)和负汇流排(DC-)，所述第一转换器(61)和所述第二转换器(62)的直流侧电连接至所述正汇流排和所述负汇流排；以及
制动斩波器(10)，所述制动斩波器电连接在所述DC链路(7)的正汇流排(DC+)与所述DC链路(7)的负汇流排(DC-)之间，所述制动斩波器(10)包括以串联的形式连接的制动斩波器开关构件和制动电阻器(R10)，其中，所述制动斩波器开关构件包括适于由所述控制器系统(909)控制的可控制动斩波器开关(S10)，并且
所述控制器系统(909)适于为所述制动斩波器提供干燥操作，该干燥操作包括将所述制动斩波器开关(S10)控制成导通状态，并通过所述第一转换器(61)将来自所述发电机(4)的电力提供给所述制动电阻器(R10)，以用于干燥所述制动斩波器(10)。
12.根据权利要求11所述的风力涡轮机组件，其特征在于，所述控制器系统(909)适于在用于所述第二转换器的干燥操作之后、或与用于所述第二转换器的干燥操作同时执行用于所述制动斩波器的干燥操作。
13.根据权利要求1所述的风力涡轮机组件，其特征在于，所述转子系统(2)包括至少一个可调节叶片(21)，所述控制器系统(909)适于对所述至少一个可节调叶片(21)的叶片角度进行控制，并且所述发电机(4)是永磁发电机，其中，用于所述第二转换器的干燥操作包括对所述至少一个可调节叶片(21)的叶片角度进行调节，以便提供合适的发电机电压。
14.根据权利要求1所述的风力涡轮机组件，其特征在于，在用于所述第二转换器的干燥操作期间，所述发电机(4)的电压被控制成使得所述发电机(4)的电流、所述第一转换器(61)的电流以及所述第二转换器(62)的电流小于或等于相应的标称电流的120％。
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