CN115443378A - 风力发电厂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风力发电厂55，该风力发电厂55包括：连接到配电线路62的多个风力涡轮机56a‑56d；连接站64，该连接站64包括经由配电线路62连接到变电站52的多个开关设备36a‑36d；以及，连接多个开关设备36a‑36d和多个风力涡轮机56a‑56d的多根电力电缆68a‑68d。多根电力电缆68a‑68d分别布置为连接多个开关设备36a‑36d中的单个开关设备和多个风力涡轮机56a‑56d中的单个风力涡轮机。

Description

风力发电厂
技术领域
本发明总体上涉及风力发电厂，并且特别地涉及用于连接形成风力发电厂的风力涡轮机的装置。
背景技术
常规地，风力发电厂包括多个风力涡轮机，这些风力涡轮机通过布置成串配置的电缆阵列彼此连接。在这种配置中，连接涡轮机的整个串联阵列电力电缆最常针对串联电缆阵列中的所有涡轮机的组合功率来确定尺寸。有时已选择减小最末端涡轮机之间(例如，在这种串或串联阵列电缆的倒数第二个涡轮机和最后一个涡轮机之间)的一个或多个连接的横截面面积。
发明内容
可以将本发明的目的看作是提供一种改进的风力发电厂。特别地，可以将目的看作是提供降低风力发电厂的设计成本、风力发电厂中使用的材料和装备的成本、风力发电厂的调试成本、风力发电厂的维护成本中的一项或多项或全部——同时维护或增加风力发电厂的寿命以及维护或增加风力发电厂的发电量地解决方案。
优选地，本发明单独或以任意组合减缓、减轻或消除上述或其他缺点中的一个或多个。
根据本发明的一个方面，提供了一种风力发电厂，其包括：连接到配电线路的多个风力涡轮机；连接站，所述连接站包括经由所述配电线路连接到变电站的多个开关设备；以及，连接所述多个开关设备和所述多个风力涡轮机的多根电力电缆，其中所述多根电力电缆分别被布置为连接所述多个开关设备中的单个开关设备和所述多个风力涡轮机中的单个风力涡轮机。
因此，提供了一种改进的风力发电厂。可以将本发明的优点看作是降低风力发电厂中使用的材料和装备的成本。这可以被看作是由于如本文所公开和要求保护的见解，即所描述的风力发电厂中的连接站和内部电网布局是有益的。
可选地，所述连接站还包括连接所述多个开关设备和所述配电线路的主开关设备。所述主开关设备提供所述多个开关设备和所述配电线路之间的间接连接，并且使得耦合到所述连接站的所有风力涡轮机能够同时与风力发电厂连接或断开。
可选地，所述多个风力涡轮机中的至少一个风力涡轮机包括接线盒，并且其中所述多根电力电缆中的至少一根电力电缆经由所述接线盒直接连接所述多个开关设备中的单个开关设备和所述至少一个风力涡轮机。所述接线盒可以在每个风力涡轮机内为风力发电厂提供接地或接地点。此外，作为用于调试和/或测试风力发电厂(在此期间风力涡轮机通常不存在并且仅在调试和/或测试完成后安装)的连接点，接线盒的存在也是有益的。
可选地，所述多个风力涡轮机中的至少一个风力涡轮机包括开关设备，并且其中所述多根电力电缆中的至少一根电力电缆经由所述开关设备直接连接所述多个开关设备中的单个开关设备和所述至少一个风力涡轮机。这种布置利用了已知的风力涡轮机配置，同时仍然获得了使用连接站的益处。
可选地，所述连接站还包括连接所述多个开关设备和所述配电线路的升压变压器。这使得风力涡轮机中的电力装备具有较低的额定值。
可选地，所述升压变压器的额定值为66kV或更高。
可选地，所述多个风力涡轮机中的电力装备的额定值为36kV或更低。电力装备的额定值为36kV或更低的事实意味着与常规电力装备相比，它的尺寸和成本可以减小。减小电力装备的尺寸是特别有利的，因为它能够减小提供进入塔架内部的通道的塔架门的尺寸，这又改善了其对作用在塔上的载荷的结构响应。减小电力装备的尺寸还提供了增加塔架内的可用空间的额外优势，这意味着它可以重新用作例如存储空间。
可选地，所述多根电力电缆中的至少一根电力电缆直接连接所述多个开关设备中的单个开关设备和所述多个风力涡轮机中的风力涡轮机的发电机，使得来自所述发电机的交流输出未经变换地传递到升压变压器。替代地，所述风力涡轮机各自可以具有定位在发电机和连接站上的相应开关设备之间的相应功率转换器，从而允许发电机输送尽可能高的电压(例如超过1kV)。
可选地，每根电力电缆包括横截面积例如为0.000095m2、0.00012m2或0.00015m2的三根芯线。电力电缆的横截面积与已知的电力电缆相比相对较小的事实意味着它们使用的材料更少，这降低了成本。
可选地，所述连接站还包括辅助电源，所述辅助电源被配置为向所述多个风力涡轮机中的至少一个风力涡轮机供应电力。所述辅助电源可用于在风力涡轮机被完全调试之前和/或在某些启动条件下为风力涡轮机供电。
可选地，所述风力发电厂是海上风力发电厂并且其中所述连接站位于浮动平台上。这种布置在必要时提供了连接站的直接运输。
替代地，所述风力发电厂是海上风力发电厂并且其中所述连接站位于单桩或包括三个或四个锚固点的导管架上。这种布置利用了现有的基础设施。
可选地，所述多根电力电缆各自包括被配置为将控制信号发送到其相应的开关设备的通信线路。
可选地，所述通信线路是光纤电缆，从而确保了风力涡轮机和它们各自的断路器面板之间的快速通信。
根据本发明的另一方面，提供了一种连接站，所述连接站包括用于根据前述方面的风力发电厂的多个开关设备。
附图说明
现在将参照附图仅通过示例的方式描述本发明的上述和其他方面，其中：
图1是已知风力涡轮机的示意图；
图2是用于图1的风力涡轮机的电力生成系统的示意性系统视图；
图3是包括图1的风力涡轮机阵列的已知风力发电厂的示意图；
图4是图3的已知风力发电厂的示意图，其示出了电缆阵列中的中断；
图5是根据本发明的实施例的风力发电厂的示意图；
图6是用于图5的风力发电厂的开关设备的示意图；
图7是根据本发明另一实施例的风力发电厂的示意图；
图8是根据本发明又一实施例的风力发电厂的示意图；以及，
图9是根据本发明又一实施例的风力发电厂的示意图。
在附图中，在适当的地方，相似的特征用相似的附图标记表示。
具体实施方式
现在将描述本发明的具体实施例，其中将详细讨论许多特征以便提供对如所附权利要求所限定的发明概念的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有所述具体细节的情况下实现本发明，并且在某些情况下，为了避免不必要地使所述发明概念模糊不清，没有详细描述众所周知的方法、技术和结构。
图1示出了总体上由10表示的已知风力涡轮机。在该特定示例中，风力涡轮机10是海上风力涡轮机并且本领域技术人员将理解风力涡轮机的大体布置是相同的，无论它是海上风力涡轮机还是陆上风力涡轮机。在这种情况下，风力涡轮机10是三叶片逆风水平轴风力涡轮机，这是使用中最常见类型的风力涡轮机。风力涡轮机10包括支撑机舱14的塔架12，转子16安装到机舱14上。转子16包括从中心轮毂20径向延伸的多个转子叶片18。在该示例中，转子16包括三个转子叶片18，尽管由于风力涡轮机10的取向而只有两个是可见的。但是，将对本领域技术人员来说显而易见的是，其他转子16配置是可能的。转子16可操作地耦合到容纳在机舱14内部的由框22示意性地表示的电力生成系统。电力生成系统22包括布置成由转子16驱动以产生电力的发电机和将发电机输出的电力转换成适合输送到电网(未示出)的形式的电力转换器系统。除了电力生成系统22之外，机舱14和塔架12容纳将风能转换成电能所需的各种各样的部件，以及操作、控制和优化风力涡轮机10的性能所需的各种其他部件。
风力涡轮机10以单桩24的形式位于海上基底上。在该示例中，单桩24包括平台26，平台26被支撑在堆积在海床中的多个支柱28上。过渡件30设置在定位在下面的平台26上并布置成承载风力涡轮机10。
用于将电力生成系统22适当地耦合到电网传输线路或配电线路(未示出)的耦合变压器32位于过渡件30内部并且经由在塔架12内部延伸的一组导线34可操作地连接到电力生成系统22。开关设备36(包括在故障情况下用于隔离风力涡轮机10内的电气装备的断路器面板)也位于过渡件30中，并经由一组电力电缆或母线38连接到耦合变压器32。
除了断路器面板之外，开关设备36还包括与引入阵列电缆40和引出阵列电缆42相关联的高压接头。母线38、电力生成系统22、导线34组、耦合变压器32和开关设备36都与将风能转换成电能所需的任何其他各种各样的部件一起形成风力涡轮机10的电力装备的一部分。
风力涡轮机10的电力生成系统22的部件(如图2所示)是常规的并且因此对于本领域技术人员来说将是熟悉的，因此将仅概述性地进行描述。此外，应注意图2所示的电力生成系统22的示例仅是代表性的，本领域技术人员将理解本发明可适用于许多不同的配置并且不限于特定的转换器架构。如已经指出的，电力生成系统22包括由转子16(图2中未示出)驱动以产生电力的发电机23，以及由终止于耦合变压器32的导线34组限定的低压链路。电力生成系统22还包括功率转换器系统25，连同设置在发电机23和耦合变压器32之间的滤波器27将发电机23的输出处理成具有合适频率和适当相位角的波形。
功率转换器系统25通过将电流馈送通过串联的发电机侧转换器29后跟线路侧转换器31(它们分别用于将交流转换为直流和将直流转换为交流)来提供交流到交流的转换。发电机侧转换器29通过直流链路33连接到线路侧转换器31，从而为发电机侧转换器29的直流输出提供平滑。发电机侧转换器29的经过平滑的直流输出作为直流输入被线路侧转换器31接收，线路侧转换器31创建三相交流输出以输送到耦合变压器32。滤波器27提供低通滤波以从交流波形去除开关谐波。
尽管到目前为止已经单独描述了风力涡轮机10，但它通常会形成海上风力发电厂44的一部分，该海上风力发电厂44包括经由电缆阵列电连接在一起的多个风力涡轮机，如图3所示。
图3的风力发电厂44包括多个风力涡轮机10a-10c，连同它们各自的单桩24a-24c和过渡件30a-30c。在该示例中，示出了三个风力涡轮机10a-10c，但本领域技术人员将理解，在典型的风力发电厂中通常会有比这更多的风力涡轮机，范围从10到100个风力涡轮机。在安装风力涡轮机10a-10c之前安装包含相应的开关设备36a-36c的过渡件30a-30c。这种布置允许形成电缆阵列的阵列电缆46、48、50以端对端或串配置连接，并在安装风力涡轮机10a-10c之前进行测试。在该示例中，阵列电缆46执行用于过渡件30c的引出阵列电缆和用于过渡件30b的引入阵列电缆的功能，并且阵列电缆48执行用于过渡件30b的引出阵列电缆和用于过渡件30a的引入阵列电缆的功能。与第一过渡件30a相关联的阵列电缆50将其他阵列电缆46、48连接到变电站52，变电站52被布置为向电网配电或传输线路(未示出)供应电力。虽然没有在图3中表示，但是变电站52通常包括其自己的开关设备，该开关设备包括断路器面板，从而允许其根据需要连接到风力发电厂44或从风力发电厂44断开。
阵列电缆46、48、50的串配置意味着将多个风力涡轮机10a-10c连接到变电站52的第一阵列电缆(在该示例中为阵列电缆50)必须具有足够的额定值来承载来自风力涡轮机10a-10c中的每一个的电流。而该串配置中的最后一个阵列电缆(在该示例中为阵列电缆46)仅需要承载来自单个风力涡轮机10c的电流。与在串配置内更靠近变电站52并因此需要承载来自多个风力涡轮机10的电流的那些阵列电缆相比，这提供了减小沿着串配置距离变电站52越远的阵列电缆的横截面积的机会。通常，在这种布置中，第一根和最后一根电力电缆的横截面积可以分别约为630mm2(0.00063m2)和240mm2(0.00024m2)，其中任何中间阵列电缆(在该示例中由电力电缆48表示)的横截面积取决于它们需要承载多少电流而介于这些值之间。然而，在实践中，为了确保阵列电缆针对其用途具有足够的额定值，并且由于利用具有不同横截面积的阵列电缆的经济性，所有阵列电缆往往具有上面引用的横截面积中较大的一个，无论它们在串配置中的位置如何。
使用具有串或串联配置的电缆阵列的另一个显著缺点是，在电缆阵列中发生中断的不太可能事件中，这会导致电缆阵列内的所有其他风力涡轮机无法使用，当在风力发电厂中按比例扩大时，这可能会导致能源生产的重大损失。
特别是对于海上站点，如果例如出于维护、维修或类似原因，浮动风力涡轮机需要从其他风力涡轮机移除，那么与一个风力涡轮机相关联的阵列电缆在电缆阵列中形成中断。这使得电缆阵列内的所有其他风力涡轮机都无法使用，当在整个风力发电厂中按比例扩大时，这可能会导致能量生产的重大损失。这种情况在图4中图示，其中风力涡轮机10b连同其相关联的过渡件30b和单桩24b一起被移除，从而在电缆阵列中留下中断54。当在包括10个或100个风力涡轮机的风力发电厂内按比例扩大时，这种操作可能会导致能量生产的重大损失。可以在中断54处使用电气接头来临时连接电力电缆46、48，这意味着其余的风力涡轮机10a、10c可以在没有移除的风力涡轮机10b的情况下使用，但这构成了一项费力的工作，尤其是在考虑到整个大型海上风力发电厂时。因此，总而言之，所公开解决方案的可能缺点(除了其他的之外)是可能必须针对电缆尺寸进行特殊设计考虑，和/或某些内部电网布局可能在它们的电力装备的成本方面变得相当昂贵。因此，现有的内部电网设计的各种缺点因此被公开，并且正是在这种背景下设计了本发明。
图5示出了根据本发明的实施例的风力发电厂55。出于与前述附图保持一致的原因，在图5中示出了海上风力发电厂，但本领域技术人员将理解，如所附权利要求所阐述的本发明不仅限于海上风力发电厂，还可以用于陆上风力发电厂。风力发电厂55包括多个风力涡轮机，在该实施例中，它们由四个风力涡轮机56a-56d以及它们各自的过渡件58a-58d和单桩60a-60d表示。与图3所示的已知风力发电厂的示例一样，本领域技术人员将理解，在实践中，本发明的该实施例的风力发电厂55可以包括更多的风力涡轮机，范围从10到100个风力涡轮机。风力涡轮机56a-56d在大多数方面与已知的风力涡轮机10a-10d相同，因为它们包括可操作地耦合到容纳在机舱内的电力生成系统的转子。电力生成系统包括由转子驱动的发电机和用于将从发电机输出的电力转换成适合输送到电网的形式的电力转换器系统。过渡件58a-58d各自包括将电力生成系统适当地耦合到配电线路62的耦合变压器32a-32d，以及将风能转换成电能所需的各种各样的部件，操作、控制和优化风力涡轮机56a-56d的性能所需的其他部件当然也包括在内。然而，本发明的该实施例的风力涡轮机56a-56d与已知的风力涡轮机10a-10d的不同之处在于它们不包括包含断路器面板的开关设备。取而代之，风力发电厂55包括总体上由64表示的连接站，该连接站包括通过配电线路62连接到变电站52的多个开关设备36a-36d。在风力涡轮机56a-56d中没有开关设备是有利的，因为它可以使建造风力发电厂55的过程更直接，原因在于在没有任何开关的情况下，过渡件58a-58d可以被制成相对更小和更轻的单件，从而使它们的运输更容易。由于该实施例涉及海上风力发电厂55，因此连接站64可以位于单桩或包括三个或四个锚定点的导管架上，该单桩或导管架已被风力涡轮机利用现有基础设施腾空，或者位于浮动平台，从而出于维护或维修或任何其他原因提供连接站64的直接运输。在该实施例中，连接站64包括四个开关设备36a-36d，一个开关设备用于一个风力涡轮机56a-56d，从而提供风力涡轮机56a-56d和开关设备36a-36d之间的一对一关系。风力发电厂55包括以并联配置布置以电连接开关设备36a-36d和耦合变压器32a-32d的多根电力电缆。在本发明的该实施例中，多根电力电缆包括四根电力电缆68a-68d，每根电力电缆将开关设备36a-36d中的一个连接到耦合变压器32a-32d中的一个。开关设备36a-36d各自包括通过母线72彼此连接的相应引出电力电缆70a-70d，母线72本身连接到配电线路62。在本发明的该实施例中，以及在以下和其他实施例中，母线72和配电线路62之间的连接可以是直接连接，或者替代地连接站64包括主开关设备74，如图5所示。主开关设备74提供开关设备36a-36d和配电线路62之间的间接连接，并且使得耦合到连接站64的所有风力涡轮机56a-56d能够同时与风力发电厂55连接或断开。
图6是图5所示的开关设备36a-36d中的一个的示意图。在该情况下，仅示出了开关设备36a，但应该理解的是，在本发明的该实施例中，其余的开关设备36b-36d和主开关设备74具有相同的配置。开关设备36a包括总体上由76表示的高压接头，所述高压接头包括与引出电力电缆70a相关联的开关组件78，以及用于保护开关设备36a所连接的一个或多个耦合变压器32a的断路器面板80。该布置除了便于在安装风力涡轮机56a之前测试引出电力电缆70a之外，还使得风力涡轮机56a能够通过将其与风力发电厂55断开而切断电流，例如对风力涡轮机56a进行维护操作时。在需要将风力涡轮机56a完全移除或与风力发电厂55电气断开的情况下，例如在发生故障时，多根电力电缆68a-68d以将单个开关设备36a-36d连接到单个风力涡轮机56a-56d的并联配置布置的事实意味着风力涡轮机56a与其他风力涡轮机56b-56d电隔离，使得它可以与连接站64断开而不使其他风力涡轮机56b-56d停机。因此，与多个风力涡轮机56a-56d从其断开相比，风力发电厂55不会承受不成比例的能量生产损失。
电力电缆68a-68d以一对一的关系连接开关设备36a-36d和相应的风力涡轮机56a-56d的并联配置还意味着每根电力电缆68a-68d仅需要承载来自单个风力涡轮机56a-56d的电流。这与图3所示的情况相反，例如，在图3所示的情况中，阵列电缆50需要承载来自串联连接的多个风力涡轮机10a-10c的电流，因此必须相应地进行额定，从而通常需要大约630mm2的横截面积。然而，由于本发明的该实施例和其他实施例中的每根电力电缆68a-68d需要承载来自单个风力涡轮机56a-56d的电流，因此它们各自的横截面积可以相对较小，约为240mm2。替代地，每根电力电缆68a-68d包括横截面积约为95mm2(0.00095m2)、120mm2(0.00012m2)或150mm2(0.00015m2)的三根芯线，其中任何一根都可用于承载来自单个风力涡轮机56a-56d的电流。这不仅提供了通过使用更少的材料来降低风力发电厂55的总成本的机会，而且还提供了降低了电力电缆68a-68d网络的复杂性的机会，从而使得调试和维护风力发电厂55的过程变得相对地更加直接。
图7示出了根据本发明另一实施例的风力发电厂55。该实施例与图5所示的先前实施例大体相同，除了风力涡轮机56a-56d还包括容纳在它们的过渡件58a-58d内的接线盒82a-82d之外。接线盒82a-82d可以包括位于相应的耦合变压器32a-32d和电力电缆68a-68d之间的高压接头，并且可以在风力涡轮机56a-56d内为风力发电厂55提供接地或接地点。此外，在调试和/或测试风力发电厂55时(在此期间风力涡轮机56a-56d通常不存在并且仅在调试和/或测试完成之后安装)，包括接线盒82a-82d作为连接点也是有益的。
图8示出了根据本发明另一实施例的风力发电厂55。该实施例与图5所示的实施例大体相同，除了连接站64还包括经由配电线路62连接到变电站52的升压变压器84之外。在一个示例中，升压变压器84的额定值为66kV或更高。例如，升压变压器84的额定值可以为132kV或更高，这意味着风力涡轮机56a-56d本身内的电力装备不需要具有相同的额定值，而是可以取而代之具有低额定值，诸如36kV或更低，从而降低电力装备的成本、尺寸和/或复杂性。例如，风力涡轮机56a-56d内的电力装备的额定值可以为1kV、3.3kV、7.4kV、10kV、15kV、16kV、24kV或33kV。减小电力装备的尺寸是特别有利的，因为它能够减小提供进入塔架内部的通道的塔架门的尺寸，这又改善了其对作用在塔架上的载荷的结构响应。减小电力装备的尺寸还提供了增加塔架内可用空间的额外优势，这意味着它可以被重新用作例如存储空间。特别地，较低额定值的电力装备比较高额定值的电力装备便宜得多。此外，集中较高额定值的电力装备意味着减少这些较高额定值的电力装备的数量。
图9示出了根据本发明另一实施例的风力发电厂55。该实施例类似于图8所示的先前实施例，除了电力电缆68a-68d将风力涡轮机56a-56d的发电机23a-23d连接到连接站64上的相应开关设备36a-36d，使得来自发电机的交流输出未经变换地传递到升压变压器84之外。这种布置消除了对每个风力涡轮机56a-56d内的单独的变换和/或功率转换器25的需要，但是用这些功能部件的集中式版本代替了它们。替代地，风力涡轮机56a-56d各自可以具有定位在发电机23a-23d和连接站64上的相应开关设备36a-36d之间的相应功率转换器25。
本领域技术人员将理解，可以在不脱离如所附权利要求中限定的发明构思的情况下对上述风力发电厂55的具体实施例进行修改，并且还设想了根据本发明概念的风力发电厂55的其他实施例。例如，设想了如下实施例：其与图5所示的较早实施例大体相同，除了风力涡轮机本身还与图1所示的风力涡轮机类似地包括相应的开关设备之外。在该实施例中，电力电缆中的每一根经由容纳在风力涡轮机内的开关设备将连接站上的单个开关设备直接连接到相应的风力涡轮机。
此外，连接站64可以包括辅助电源以向风力涡轮机56a-56d中的至少一个供应电力。辅助电源可用于在风力涡轮机56a-56d完全调试之前和/或在某些启动条件下为风力涡轮机56a-56d供电。
此外，电力电缆68a-68b中的每一根可以包括通信线路，该通信线路被配置为将由风力涡轮机56a-56d上的相应控制器发出的控制信号发送到保持在连接站64上的其相应开关设备36a-36d，以便在必要时(诸如在发生故障时)触发断路器面板80。在一些实施例中，通信线路是光纤电缆，从而确保风力涡轮机56a-56d和它们相应的断路器面板80之间的快速通信。
本发明已参照其特定实施例进行了描述，以说明操作原理。因此，以上描述是通过说明和方向参考的方式，并且具有隐含取向的任何其他术语仅指附图中所示的特征的取向。它们不应被解读为要求或限制，特别是关于本发明的位置、取向或用途，除非在所附权利要求中具体阐述。连接参考(例如，附接、耦合、连接、接合、固定等)将被广义地解释并且可以包括元件连接之间的中间构件和元件之间的相对移动。因此，除非在所附权利要求中具体阐述，否则连接参考不一定指示两个元件直接连接并且彼此呈固定关系。

Claims (15)

1.一种风力发电厂(55)，其包括：
连接到配电线路(62)的多个风力涡轮机(56a-56d)；
连接站(64)，其包括经由所述配电线路(62)连接到变电站(52)的多个开关设备(36a-36d)；以及，
连接所述多个开关设备(36a-36d)和所述多个风力涡轮机(56a-56d)的多根电力电缆(68a-68d)，其中，所述多根电力电缆(68a-68d)被分别布置为连接所述多个开关设备(36a-36d)中的单个开关设备和所述多个风力涡轮机(56a-56d)中的单个风力涡轮机。
2.根据权利要求1所述的风力发电厂(55)，其中，所述连接站(64)还包括连接所述多个开关设备(36a-36d)和所述配电线路(62)的主开关设备(74)。
3.根据权利要求1或2所述的风力发电厂(55)，其中，所述多个风力涡轮机(56a-56d)中的至少一个风力涡轮机包括接线盒(82a-82d)，并且其中所述多根电力电缆(68a-68d)中的至少一根电力电缆经由所述接线盒(82a-82d)直接连接所述多个开关设备(36a-36d)中的单个开关设备和所述至少一个风力涡轮机。
4.根据任一项前述权利要求所述的风力发电厂(55)，其中，所述多个风力涡轮机(56a-56d)中的至少一个风力涡轮机包括开关设备，并且其中所述多根电力电缆(68a-68d)中的至少一根电力电缆经由所述开关设备直接连接所述多个开关设备(36a-36d)中的单个开关设备和所述至少一个风力涡轮机。
5.根据任一项前述权利要求所述的风力发电厂(55)，其中，所述连接站(64)还包括连接所述多个开关设备(36a-36d)和所述配电线路(62)的升压变压器(84)。
6.根据权利要求5所述的风力发电厂(55)，其中，所述升压变压器(84)的额定值为66kV或更高。
7.根据权利要求5或6所述的风力发电厂(55)，其中，所述多个风力涡轮机(56a-56d)中的电力装备的额定值为36kV或更低。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的风力发电厂(55)，其中，所述多根电力电缆(68a-68d)中的至少一根电力电缆直接连接所述多个开关设备(36a-36d)中的单个开关设备和所述多个风力涡轮机(56a-56d)中的风力涡轮机的发电机(23a-23d)，使得来自所述发电机(23a-23d)的交流输出未经变换地传递到所述升压变压器(84)。
9.根据任一项前述权利要求所述的风力发电厂(55)，其中，每根电力电缆(68a-68d)包括横截面积例如为0.000095m2、0.00012m2或0.00015m2的三根芯线。
10.根据任一项前述权利要求所述的风力发电厂(55)，其中，所述连接站(64)还包括辅助电源，所述辅助电源被配置为向所述多个风力涡轮机(56a-56d)中的至少一个风力涡轮机供应电力。
11.根据任一项前述权利要求所述的风力发电厂(55)，其中，所述风力发电厂(55)是海上风力发电厂，并且其中所述连接站(64)位于浮动平台上。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的风力发电厂(55)，其中，所述风力发电厂(55)是海上风力发电厂，并且其中所述连接站(64)位于单桩或者包括三个或四个锚固点的导管架上。
13.根据任一项前述权利要求所述的风力发电厂(55)，其中，所述多根电力电缆(68a-68d)各自包括被配置为将控制信号发送到其相应的开关设备(36a-36d)的通信线路。
14.根据权利要求13所述的风力发电厂(55)，其中，所述通信线路是光纤电缆。
15.一种连接站(64)，其包括用于根据任一项前述权利要求所述的风力发电厂(55)的多个开关设备(36a-36d)。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3134254A1 (fr) * 2022-04-01 2023-10-06 Supergrid Institute Infrastructure de connexion d’éoliennes marines à un poste de connexion à un réseau électrique
WO2023237165A1 (en) * 2022-06-09 2023-12-14 Vestas Wind Systems A/S A wind power plant

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AP2586A (en) * 2006-03-29 2013-02-04 Seabased Ab A system for generating electric energy
WO2009003508A1 (en) * 2007-06-29 2009-01-08 Abb Research Ltd Switchgear for a wind turbine and system for arranging electrical connections in a wind farm
US7880335B2 (en) * 2007-11-28 2011-02-01 General Electric Company Power backup system for offshore wind generators
ES2639954T3 (es) * 2012-06-08 2017-10-30 Vestas Wind Systems A/S Disposición de una aparamenta en una torre de una turbina eólica
WO2015090323A1 (en) * 2013-12-16 2015-06-25 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine generators with power backup system
US9735581B2 (en) * 2014-03-14 2017-08-15 Abb Schweiz Ag Method and apparatus for obtaining electricity from offshore wind turbines
EP3512062A1 (en) * 2018-01-11 2019-07-17 Ørsted Wind Power A/S An offshore wind farm and substation
CN207926194U (zh) * 2018-03-09 2018-09-28 华能国际电力股份有限公司 海上风电场大孤岛运行的补偿可调节装置

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