CN115962105A - 风力涡轮发电机和用于使风力涡轮的毂旋转的方法 - Google Patents

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G·尤里希
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Abstract

本公开涉及用于使风力涡轮的毂旋转的方法。该方法包括使定子的第一电相的第一串与第二串串联联接。此外，该方法包括从功率转换器向定子的第一串和第二串提供电流，以使毂旋转。此外，第二串配置成在风力涡轮的正常操作期间为第二电相的部分。还公开了配置成在微动模式与操作模式之间切换的风力涡轮发电机。

Description

风力涡轮发电机和用于使风力涡轮的毂旋转的方法
技术领域
本公开涉及用于使风力涡轮的毂旋转的方法。本公开进一步涉及风力涡轮发电机和包括发电机的风力涡轮。
背景技术
现代的风力涡轮通常用于将电力供应到电力网中。这种风力涡轮大体上包括塔架和布置于塔架上的转子。转子(其典型地包括毂和多个叶片)在风对叶片的影响下设定成旋转。所述旋转生成转矩，该转矩通常直接地(“直接驱动式”)或通过使用齿轮箱来通过转子轴传送到发电机。这样，发电机产生可供应到电力网的电力。
当建造风力涡轮时，大体上首先构建塔架。然后，在使用中通常包含发电机和齿轮箱(如果存在)的机舱装配于塔架的顶部上。然后，转子毂可被吊升并装配。最后，叶片被逐个地从地平面朝向转子毂吊升并装配于毂上。在备选方法中，一个或多个叶片可与毂预组装在一起并与毂一起被提升。毂包括具有开口的多个环形装配凸缘。叶片在其叶片根部处包括多个紧固件，诸如螺栓或销或螺柱。在安装期间，这些紧固件待配合到装配凸缘中的开口中。
由于大幅地增加现代风力涡轮的尺寸和重量的大体趋势，风力涡轮叶片的安装已成为越来越具有挑战性的任务。
叶片可以以多种方式(例如，以基本上竖直的方式或基本上水平地或以其它倾斜角)安装。然而，这样的方法要求在一个叶片的装配与另一叶片的装配之间使毂旋转，以在使连接紧固期间将毂的装配凸缘相对于叶片的方向正确地定位。对于使不平衡的风力涡轮转子旋转，即当并非所有叶片都已装配于毂上并且必须向上承载一个或多个叶片的重量时，要求提供转矩。因而，为了在装配一个或多个叶片之后对毂正确地进行定位，可能需要施加非常高的转矩。
可使用例如配置成提供适合于使转子毂旋转的转矩的外部工具来递送转矩。即使发电机可适合于作为马达操作，发电机大体上也将不能够递送使毂旋转所要求的转矩，尤其是当毂不平衡时，即当已装配至少一个叶片但并非所有叶片时。
风力涡轮包括用以使由发电机生成的功率转换以使得该功率与电力网兼容的转换器或逆变器。理论上，风力涡轮的转换器可适合于使外部功率供应源的功率转换以使发电机作为马达运行。然而，为了提供足够的转矩以使得毂旋转，由转换器供应到风力涡轮发电机的电流必须非常高。此外，电压和频率必须非常低。在这方面，风力涡轮转换器可典型地配置成在低频率下承受额定电流的额外30-40%。
出于这些原因，风力涡轮转换器实际上大体上不适合于提供用于使不平衡毂旋转的足够转矩。为了增强用于增大递送到发电机的电流的风力涡轮控制器的能力，必须完全地重新设计转换器。这样的重新设计可意味着，对于正常操作，使风力涡轮转换器尺寸过大，这可产生额外成本和额外重量。此外，由于这样的尺寸过大的转换器的电参数的工作范围较宽，因而尺寸过大的转换器在风力涡轮正生成功率时的效率可受到不利影响。因此可降低风力涡轮的效率。
本公开提供至少部分地克服或减轻前面提到的缺点中的一些的系统和方法的示例。
发明内容
在第一方面中，提供了一种用于在微动操作中使风力涡轮的毂旋转的方法。风力涡轮包括具有转子和定子的发电机，并且，该方法包括使定子的第一电相的第一串与第二串串联联接。第一串和第二串包括串联联接的一个或多个线圈。此外，该方法包括从功率转换器向定子的第一串和第二串提供电流以使毂旋转。在本文中，第二串配置成在风力涡轮的正常操作期间为第二电相的部分。
根据该第一方面，风力涡轮发电机的电相的串(其在风力涡轮的正常操作中将大体上并联布置)可在微动操作期间串联联接。利用这样的布置，发电机可提供更高的电流。此外，转换器可向风力涡轮发电机提供合适电流，使得在具体操作期间生成适合于使毂旋转的转矩。此外，串联联接的串对应于来自处于正常操作的不同电相的串的事实允许大幅地减小连接线缆的长度。这造成从一种配置切换到另一配置的复杂度的方面的大幅减小和材料成本的降低，同时使连接组装时间最小化。在本文中，用语“正常操作”和“操作模式”涉及其中风力涡轮正操作、风力涡轮转子由风驱动并且发电机使机械功率转换成电功率的发电机配置或发电机模式。
为此，风力涡轮的发电机的电相的串可在其中某些串串联连接(并且因而可通过向功率转换器提供电流来使风力涡轮的毂旋转)的微动模式与其中串并联连接(并且因而可正常地操作风力涡轮)的正常模式之间重新配置。
在另一方面中，公开了一种风力涡轮发电机。风力涡轮发电机包括配置成从正常操作改变成微动操作的定子。处于操作模式的定子包括第一电相和第二电相，第一电相和第二电相包括并联连接的多于一个的串。此外，处于微动模式的定子包括与第二电相的串串联连接的第一电相的至少一个串。在本文中，第一电相和第二电相指代操作模式。在微动模式下串联连接的定子的串可形成新电相。
遍及本公开，可理解到，串是包括在发电机电枢中的电导体，例如线。串可例如围绕电枢齿缠绕，从而形成线匝。线匝群组可被称为线圈。在一些示例中，线圈可包括仅仅一个线匝。因而，串可包括一个或多个线圈。例如，串可包括四个线圈，并且，每个线圈可围绕电枢齿缠绕。
改变的磁场(例如，由包括永磁体的转子的旋转引起的旋转磁场)可感应电枢串中的交变电压(并且因此也感应交变电流)。遍及本公开，可理解到，电相可为在串联或并联连接的一个或多个串中感应的交变电压。这样的电压可具有正弦波形。因而，如果电枢具有例如三个串，则每个串可在存在变化的磁场的情况下提供电相。在本文中，绕组系统指代所联接的所有串。
因此，遍及本公开对提供电相的串(或多个串)的任何引用可指代通过变化的磁场在所述串中(例如，在串的一个或多个线圈中)感应交变电压的事实。
两个电相可在它们之间具有电相差。在本文中，电相差可被理解为两个电相之间的角度差。当两个电相之间的电相差是零(或360°的倍数；即，n·360°，其中，n=1、2、3、...)时，可以说，所述两个电相是同相的。当两个电相之间的电相差不为零时，可以说，所述两个电相是异相的。在三相电枢(即，具有三个串(或串群组)的电枢，并且每个串提供电相)中，三个电相中的任何两个之间的电相差可例如为120°。
遍及本公开，绕组系统可被视为包括连接到同一转换器或转换器模块的多个电相的串群组。发电机可包括多于一个的绕组系统，绕组系统中的每个连接到其自身的转换器或转换器模块。
技术方案1. 一种用于在微动操作中使风力涡轮的毂旋转的方法，所述风力涡轮具有发电机，所述发电机具有转子和定子，并且，所述方法包括：
使所述定子的第一电相的第一串与第二串串联联接，所述第一串和所述第二串包括串联联接的一个或多个线圈；以及
从功率转换器向所述定子的所述第一串和所述第二串提供电流，以使所述毂旋转，其中，
所述第二串配置成在所述风力涡轮的正常操作期间为第二电相的部分。
技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述毂在所述微动操作期间不平衡。
技术方案3. 根据技术方案1或2所述的方法，其中，所述发电机包括第一绕组系统和第二绕组系统，所述第一绕组系统和所述第二绕组系统包括处于正常操作的多个电相，并且其中，
所述第一串是处于正常操作的所述第一绕组系统的部分，并且，所述第二串是处于正常操作的所述第二绕组系统的部分。
技术方案4. 根据技术方案1-3中的任一项所述的方法，进一步包括：
使所述第一串与所述第一电相的至少另一串并联连接并且使所述第二串与所述第二电相的至少另一串并联连接；以及
操作所述风力涡轮。
技术方案5. 根据技术方案1-4中的任一项所述的方法，其中，使所述第一串与所述第二串串联联接包括使所述串连接到电接口。
技术方案6. 根据技术方案1-5中的任一项所述的方法，其中，将功率供应到所述功率转换器的功率源是燃料发电机群组，并且，所述方法进一步包括：
提供辅助变压器；
使所述辅助变压器在所述燃料发电机群组与风力涡轮主变压器之间联接，其中，所述辅助变压器配置成使由所述燃料发电机群组供应的电压升高，具体地，从低压升高到中压。
技术方案7. 根据技术方案1-6中的任一项所述的方法，进一步包括：
使所述毂旋转到预确定位置；以及
将叶片安装于所述预确定位置中的所述毂处。
技术方案8. 根据技术方案1-7中的任一项所述的方法，进一步包括：
使所述毂旋转到预确定位置；以及
将叶片从所述预确定位置中的所述毂移除。
技术方案9. 根据技术方案1-8中的任一项所述的方法，其中，所述发电机包括多个开关，并且，所述方法进一步包括：
通过操作所述多个开关来将所述绕组系统从微动操作切换到正常操作或反过来。
技术方案10. 根据技术方案1-9中的任一项所述的方法，其中，处于微动操作的至少一个串的极性与正常操作期间的所述串的极性相比而相反。
技术方案11. 根据技术方案1-10中的任一项所述的方法，进一步包括：
将电接口装配于支承件中，
使来自处于正常操作的绕组系统的一个电相的第一串连接到所述电接口，以及
使来自处于正常操作的绕组系统的第二电相的第二串连接到所述电接口，使得所述第一串和所述第二串串联连接。
技术方案12. 根据技术方案1-11中的任一项所述的方法，其中，从功率转换器向串联连接的所述串提供电流以使所述毂旋转包括：
从所述功率转换器向串联连接的所述串提供电流，所述电流在所述功率转换器的额定电流的约50%与75%之间。
技术方案13. 一种风力涡轮发电机，包括：
定子，其配置成从操作模式切换到微动模式，其中：
处于操作模式的所述定子包括第一电相和第二电相，所述第一电相和所述第二电相包括并联连接的多于一个的串，并且，
处于微动模式的所述定子包括与所述操作模式的所述第二电相的串串联连接的所述第一电相的至少一个串。
技术方案14. 根据技术方案13所述的风力涡轮发电机，其中，所述发电机包括第一绕组系统和第二绕组系统，所述第一绕组系统和所述第二绕组系统包括处于正常操作的多个电相，并且其中，所述第一串是处于正常操作的所述第一绕组系统的部分，并且，所述第二串是处于正常操作的所述第二绕组系统的部分。
技术方案15. 根据技术方案13或14所述的风力涡轮发电机，进一步包括配置成使至少两个串串联连接的开关，所述串对应于处于操作模式的不同电相。
附图说明
将在下文中参考附图而描述本公开的非限制性示例，在附图中：
图1图示根据一个示例的风力涡轮的透视图；
图2图示根据一个示例的风力涡轮的机舱的详细内部视图；
图3示意性地图示根据示例的在风力涡轮转换器与包括并联连接的串的风力涡轮发电机之间的电连接；
图4示意性地图示根据另一示例的在风力涡轮转换器与包括串联连接的串的风力涡轮发电机之间的电连接；
图5示意性地图示根据另外的示例的在风力涡轮转换器的电相与包括并联连接的串的风力涡轮发电机之间的详细电连接；
图6示意性地图示根据又一另外的示例的在风力涡轮转换器的电相与包括串联连接的串的风力涡轮发电机之间的详细电连接；
图7是根据示例的使风力涡轮的不平衡毂旋转的方法的流程图。
具体实施方式
在这些图中，已使用相同的参考符号来标示匹配的元件。
图1图示风力涡轮1的一个示例的透视图。如所示出的，风力涡轮1包括从支承表面3延伸的塔架2、装配于塔架2上的机舱4以及联接到机舱4的转子5。转子5包括可旋转毂6和联接到毂6并且从毂6向外延伸的至少一个转子叶片7。例如，在所图示的示例中，转子5包括三个转子叶片7。然而，在备选实施例中，转子5可包括多于或少于三个转子叶片7。每个转子叶片7可与毂6隔开，以便于使转子5旋转，以使动能能够从风转变成可用机械能并且随后转变成电能。例如，毂6可以可旋转地联接到电力发电机10(图2)，电力发电机10定位于机舱4内或形成机舱的部分，以容许产生电能。在该示例中，风力涡轮是岸上风力涡轮，在其它示例中，风力涡轮可为离岸风力涡轮。
图2图示直接驱动式风力涡轮1的机舱4的一个示例的简化内部视图。如所示出的，发电机10可设置于机舱4内或机舱4与转子5之间。大体上，发电机10可联接到风力涡轮1的转子5，以用于从由转子5生成的旋转能生成电功率。例如，风力涡轮的转子5可包括毂6，毂6联接到发电机10的转子12，以用于与转子12一起旋转。毂6的旋转因而可驱动发电机10的转子12。
在图2中，风力涡轮转子5可通过两个转子轴承8可旋转地装配于支承框架9上。在其它示例中，支承框架9可不延伸通过毂6，并且，因此转子可由单个转子轴承8支承，转子轴承8一般被称为主轴承。
发电机10可包括转子12和定子13。定子可刚性地装配于支承框架9上。转子可通过发电机轴承14可旋转地装配于定子上，使得转子可围绕轴线相对于定子旋转。
发电机10可电联接到转换器20。风力涡轮转换器20可使发电机的输出电功率适于电力网的要求。在该示例中，转换器20放置于机舱4内部，然而，在其它示例中，转换器20可放置于风力涡轮的其它位置中，例如顶部塔架部分中或底部塔架部分中。在大型离岸风力涡轮中，转换器可为中压转换器，例如具有2 kV与5 kV之间的标称电压，以用于减少电损耗和昂贵线缆。
图3示意性地图示风力涡轮转换器与风力涡轮发电机之间的电连接。根据示例，发电机包括并联连接的串。在该示例中，转换器20电联接到例如直接驱动式风力涡轮的发电机10。在发电机10中生成的电功率转换成合适的频率和相的AC功率并且递送到电力网(在正常操作中)。
转换器20可进一步连接到功率源(未在该图中图示)，以在微动操作中为转换器提供功率。功率源可为例如燃料发电机群组、电池或电力网。
该示例中的发电机10包括处于在正常操作的情况下的配置的两个独立的绕组系统1001、1002。第一绕组系统1001包括三个电相110、120、130。该示例中的每个相包括两个电串，然而，相中的任何中的不同数量的串是可能的，以及不同数量的相是可能的。在该示例中，电相110包括串111、112，电相120包括串121、122，并且，电相130包括串131、132，相中的每个的两个串并联布置。
第二绕组系统1002包括三个电相140、150、160。同样，每个相包括两个电串，然而，相中的任何中的不同数量的串是可能的，以及不同数量的相是可能的。更具体地，该示例中的电相140包括串141、142，电相150包括串151、152，并且，电相160包括串161、162。
在该示例中，绕组系统1001、1002以正常模式示出，即，当风将风力涡轮转子设定成旋转并且风力涡轮转子使发电机的转子旋转时在正常操作期间大体上采用的配置。第一绕组系统1001的三个电相110、120、130的串并联联接。特别地，成对的串111-112、121-122、131-132分别在连接点401(例如，中性点)与到转换器20的连接点101、201、301之间并联连接。类似地，第二绕组系统1002的三个电相140、150、160的串并联联接。特别地，成对的串141-142、151-152、161-162分别在连接点402(例如，中性点)与到转换器20的连接点102、202、302之间并联连接。
尽管未示出，但串111、112、121、122、131、132、141、142、150、152、161、162可包括在它们之间串联联接的多个线圈，例如两个、四个、六个或任何其它数量的线圈。线圈中的每个可围绕定子轭的齿布置。
发电机10可进一步包括使发电机的电串连接到转换器20和/或连接到中性点的多个电接口。在本示例中，尚未图示电接口，以减少杂乱。
作为示例，串111可在第一电接口与第二接口之间连接。注意到，(多个)第一电接口可在连接点101、201、301处连接到转换器，并且，(多个)第二接口可连接到连接件401，例如中性点。相同类型的连接可布置于第一绕组系统和第二绕组系统的串中的每个之间。
进一步注意到，在一些具体示例中，每个接口可包括用以使来自不同相或甚至来自不同绕组系统的多个串联接的另外的连接器。第一绕组系统1001的剩余的电相120、130和第二绕组系统1002的电相140、150、160的串可使用电接口来以与针对电相110的串111而描述的方式基本上类似的方式在它们之间并联布置。
此外，电接口可装配于合适支承件中。因而，电接口可容易地从发电机移除。
在风力涡轮的正常操作期间，即，当不需要使不平衡毂旋转时，并且，当发电机作为发电机(而非马达)使用时，可采用该图中所描述的风力涡轮发电机的配置。
特别地，利用这样的串配置，由转换器20向第一绕组系统1001的对应的电相110、120、130提供的电流可在每个电相的多个串之间划分。例如，由功率转换器向发电机的第一相110提供的额定电流可为Ia。然而，电相110的每个串111、112处的电流是Ia/2，其中，2指代并联连接的串的数量。类似地，由转换器向第二相120提供的额定电流可为Ib，并且，由转换器向第三相130提供的额定电流可为Ic。在此情况下，相120和相130的每个串处的电流分别是Ib/2和Ic/2。这同样适用于第二绕组系统1002。
如上面所评述的，为了提供足够的转矩以使得毂(特别地，仅装配有一个或两个叶片的不平衡毂)旋转，由转换器20供应到风力涡轮发电机10的电流可能需要非常高，以提供足够的转矩以使毂旋转。此外，电压和频率必须非常低。典型地，在发电机10的线圈处使不平衡毂旋转所需要的电流可处于或接近由(多个)转换器供应的额定电流(Ia, Ib, Ic)的0.5。
在这方面，为了在发电机10的每个电相110、120、130的线圈处达到上面所评述的期望电流(Ia/2)，由转换器20供应的电流可为线圈处的期望电流的至少n倍，其中，n指代并联连接的串的数量。在具有4个串的情况下，由转换器20供应的电流可为转换器的额定电流的两倍(Ia*2)。因而，清楚的是，可能难以利用转换器来供应合适电流(并且，因而额外的转换器可能对于允许具有这样的发电机电配置的发电机的过电流机动化操作为必要的)。仍然在此情况下，发电机中的高电流可引起过热问题。
图4示意性地图示风力涡轮转换器20与风力涡轮发电机10之间的电连接的示例，风力涡轮发电机10包括与图3中相同的串，但在微动模式下重新布置。特别地，每个绕组系统1001、1002已重新配置成使得它包括串联连接的串。来自绕组系统中的每个的串对应于来自处于操作模式的不同电相的串。在本示例中，串联连接的串实际上来自在操作模式期间的不同的绕组系统，但也可使用来自相同的绕组系统的串在微动模式下使发电机重新配置。
为此，图3和图4图示风力涡轮发电机10，风力涡轮发电机10配置成通过将多个串之间的联接从正常模式期间的并联联接(即，111-112)改变成微动模式期间的串联联接(即，111-162)来从正常模式切换到微动模式。在微动模式下串联联接的串中的至少两个包括来自处于正常模式的不同电相的串。
在图4中，第一绕组系统1001重新布置成使得它包括三个电相170、180、190。三个电相170、180、190包括串联连接的两个串，但电相和串的其它布置也是可能的。第一电相170包括在操作模式下属于第一绕组系统1001的电相110的串111和在操作模式下属于第二绕组系统1002的电相160的串162。类似地，第二电相180包括在操作模式下属于第二绕组系统1002的电相140的串141和在操作模式下属于第一绕组系统1001的电相120的串121。第三电相190包括在操作模式下属于第二绕组系统1002的电相150的串152和在操作模式下属于第一绕组系统1001的电相130的串131。
此外，第二绕组系统1002以类似方式重新布置。因而，在微动模式下，第二绕组系统1002包括三个电相210、220、230，所述三个电相210、220、230包括串联连接的两个串。第一电相210包括在操作模式下属于第一绕组系统1001的电相110的串112和在操作模式下属于第二绕组系统1002的电相160的串161。类似地，第二电相220包括在操作模式下属于第二绕组系统1002的电相140的串142和在操作模式下属于第一绕组系统1001的电相120的串122。第三电相230包括在操作模式下属于第二绕组系统1002的电相150的串151和在操作模式下属于第一绕组系统1001的电相130的串132。
因而，在微动模式下，第一串是处于正常操作的第一绕组系统的部分，并且，第二串是处于正常操作的第二绕组系统的部分。
绕组系统中的电相可包括在连接点403、404(例如，中性点)与下一串之间联接的串和在到转换器20的连接点103、203、303、104、204、304与前一串之间联接的串。在本文中，“下一”和“前一”排他性地作为串到串的连接的相对指示使用。
可选择第一串和第二串，使得相角差(在正常操作中)是尽可能最小的，即，在给定的发电机配置中可用的最小的。选择具有较小的相角差的串将减少来自转换器的必要电流。
在微动模式下(或在微动操作中)串联连接的串中的一个或多个可与它们在正常模式下(或在正常操作中)的连接相比而以相反极性连接。这可进行以能够选择串联连接的串之间的尽可能最小的相角差。减小相差可使电布置优化并且使在待由功率转换器提供的电流的方面的增量最小化。
依照该示例，由转换器20提供的电流和对应电相170、180、190、210、220、230的串处的电流可为基本上相同的。类似于图3的示例，由功率转换器向发电机10的第一绕组系统1001的第一相170提供的额定电流可为Ia。然而，与先前不同，电相170的每个串111、162处的额定电流可为Ia(而非如图3的示例中所公开的Ia/2)。
此外，由转换器向第二相180提供的(额定)电流可为Ib，并且，由转换器向第三相190提供的(额定)电流可为Ic。然而，同样与图3的示例中不同，相180和相190的每个串处的电流可分别基本上为Ib和Ic。
如先前所讨论的，串联连接的串之间的相差可导致需要增大由所转换的功率供应的电流。因此，利用这样的布置，由转换器20供应的电流可略高于转换器的额定电流的一半。该电流水平可足以在每个电相170、180、190的线圈处达到上面所评述的期望电流，以使毂旋转。对于处于微动模式的第二绕组系统1002的电相也是如此。
应当清楚的是，利用发电机的所图示的电配置，发电机的线圈处的期望电流更容易地由风力涡轮转换器供应。因而不需要重新设计功率转换器以增大递送到发电机的电流。这样的重新设计可意味着使风力涡轮转换器尺寸过大，这可产生额外成本和额外重量。此外，避免了如下的辅助转换器的需要：该辅助转换器特别地配置成向风力涡轮发电机提供合适电流，使得毂旋转。
系统的剩余构件的结构和操作可与前文中描述的基本上相同。注意到，当需要使不平衡毂旋转时，可采用该图中所描述的风力涡轮发电机的配置，即微动模式。
在所图示的示例中，处于正常操作的两个绕组系统示出为重新配置成处于微动操作的两个绕组系统。在其它示例中，来自处于操作模式的两个不同的绕组系统的串可联接，以限定处于微动模式的单个绕组系统。这可允许在微动操作期间使用单个功率转换器，并且可使控制器设计简化，并且降低转换器冷却要求。
图5示出根据本公开的发电机的另一示例。特别地，图5示出处于操作模式的第二绕组系统的电相的详细视图。如图5的细节中所示出的，电相140包括四个串141、142、143、144。每个串包括在它们之间串联联接的多个线圈，例如六个线圈。例如，串141包括串联连接的线圈141a-141f。发电机进一步包括两个电接口410、411。电接口可暂时地装配于支承件中。
此外，图5中的示例示出发电机可包括功率转换器20与串141、142、143、144之间的功率分配接口1020。功率分配接口1020作为母线起作用，并且可用于使发电机的串连接到功率转换器20。功率分配接口1020可包括一个或多个支架，所述支架向实现发电机线缆与转换器线缆之间的连接的连接器提供支承。因而，由电接口410、411和功率分配接口1020提供的电连接可使串141、142、143、144并联联接。
注意到，图5中的示例类似于图3中的示例，但对于每一电相，存在附加串。在本示例中，这些附加串是两个附加串143、144。在其它示例中，可使用其它数量的附加串。添加另外的串还可导致提供更多的电接口，以实现更加结构化且可接近的电安装。
图6示意性地示出处于微动配置的在图5中示出的第二绕组系统的电相。特别地，图6示出第二绕组系统1002的电相210的详细视图。如关于图5而讨论的，电相210包括四个串，最初在正常操作模式下并联连接的两个串112、161加上也并联连接的两个附加串113、163。在其它示例中，电相210也可配置有不同数量的串，即，三个、五个、六个或任何其它数量的串。
此外，每个串包括在它们之间串联联接的多个线圈，例如六个线圈。发电机进一步包括四个电接口412、413、414、415。
例如串与接口之间的在图5和图6中图示的电连接对应于限定闭合电路的连接。可存在适合于重新布置串之间的联接的其它连接，但这些尚未表示以减少杂乱。
依照该示例，功率转换器20可经由功率分配接口1020连接到串112。串112(在本示例中，包括串联的六个线圈)可经由电接口414、413串联连接到串161。串161可经由功率分配接口1020串联连接到串163。依照该示例，串163可使用电接口415和412来串联连接到串113。此外，串113可连接到功率分配接口1020，并且更精确地连接到功率分配接口1020的中性点420。因而，一方面，串112、161在它们之间串联联接，并且，另一方面，串163、113在它们之间串联联接。
注意到，为了实现该配置，特别地，当与在图5中所公开的发电机的配置中要求的电接口的数量相比时，要求相对多的数量的电接口。在该示例中，风力涡轮可包括用以使电相的串串联连接的四个接口412、413、414、415，而发电机可仅包括用以使电相的串并联连接的两个接口(图3中所示出的元件410、411)。结果，当发电机正在正常操作中操作(并且，因而，串并联连接)时，不要求接口中的一些，并且，可将它们从发电机移除。
在示例中，发电机10的第一串112可与第二串161串联联接，以形成发电机的电相210。串之间的联接可包括将(多个)电接口413、414装配于支承件中，使第一串112连接到电接口413、414并且使第二串161连接到电接口413、414，使得第一串112和第二串161串联连接。
另外，处于微动模式的发电机可重新布置成呈现正常配置(如图3中所示出的)，以用于操作风力涡轮。
此外，如上面所评述的，发电机10可包括定子、转子以及布置于定子与转子之间的空气间隙，其中，转子配置成围绕旋转轴线旋转，并且其中，具有对应线圈的第一串和第二串(例如，串111、112)位于定子中。
另外，定子可包括多个电相110、120、130，其中，第一串111和第二串112在操作模式下形成相同电相110的部分，并且其中，前面的串在微动模式期间形成不同电相170、210的部分。实际上，在发电机已从操作模式重新布置成微动模式之后，第一串111和第二串112可形成不同的绕组系统的部分。
为此，提供了风力涡轮发电机10。风力涡轮发电机10包括配置成从操作模式改变成微动模式的定子。
处于操作模式的定子包括第一电相110和第二电相160，第一电相110和第二电相160包括并联连接的多于一个的串111-112、161-162，并且，处于微动模式的定子包括与第二电相160的串161串联连接的第一电相110的至少一个串112。
根据该方面，发电机可配置成选择性地使来自处于操作模式的不同电相的串串联联接。可提供电接口以执行该联接。
在正常操作中，每个电相的串可并联联接。然而，当毂不平衡并且期望风力涡轮的不平衡毂的旋转时，(多个)绕组系统重新布置成使得来自在正常操作期间的不同相的串可串联联接。利用这样的布置，可将合适电流供应到风力涡轮发电机，使得生成用于使不平衡毂旋转的转矩。
此外，风力涡轮可进一步包括一个或多个功率转换器20，功率转换器20配置成当串串联连接时，向电相170、180、190提供电流，以使风力涡轮的不平衡毂旋转。
在示例中，发电机是双馈感应发电机。在此情况下，风力涡轮可进一步包括：主变压器，其用于使风力涡轮发电机10连接到电网，其中，功率转换器布置于风力涡轮发电机10与到主变压器的连接点之间，其中，(多个)转换器20包括电联接到主变压器的电网侧转换器和电联接到发电机10的转子的机器侧转换器；定子总线，其用于使发电机10的定子和主变压器连接；一根或多根转子总线，其用于使发电机10的转子和转换器连接；以及一根或多根线路侧总线，其用于使转换器和到主变压器的连接点连接。
备选地，发电机10可为永磁体同步发电机。在此情况下，风力涡轮可进一步包括：主变压器，其用于使风力涡轮发电机10连接到电网，其中，(多个)功率转换器20布置于风力涡轮发电机与到主变压器的连接点之间，其中，(多个)转换器20包括电联接到主变压器的电网侧转换器和电联接到风力涡轮发电机10的机器侧转换器。风力涡轮进一步包括用于使风力涡轮发电机和转换器连接的第一总线以及用于使转换器和主变压器连接的第二总线。
如上面所评述的，从功率源递送的功率可通过转换器来适于将高电流供应到作为马达起作用的发电机。转换器可将高于1500 A、具体地高于2000 A并且更具体地高于2500A的电流供应到发电机。发电机处的所要求的低电压可例如在50 V与600 V之间。所要求的频率可在0.1 Hz与10 Hz之间。当毂不平衡时，这些值可允许发电机使毂旋转，即，补偿作用于叶片上的重力。由于由转换器提供的电压和频率可相对低，因而发电机的旋转速度低，并且，转子(以及因而毂)的位置的控制可更准确。此外，这些合适的电压值、电流值以及频率值可由(多个)标准风力涡轮转换器(即，用于将从风捕获的能量供应到电力网的(多个)转换器)提供。
此外，可监测风力涡轮发电机的温度。作为示例，如果所监测到的温度高于温度阈值，则功率源可被切断。
注意到，电流可与转矩成比例，并且，使得毂旋转所必要的转矩可取决于叶片重量及其长度。因而，重且长的叶片可能要求更大的转矩。
在一些示例中，转换器20可包括专用控制器(未示出)，该专用控制器配置成联接到风力涡轮控制器以用于控制毂的旋转。在其它示例中，转换器控制器可在不连接到风力涡轮控制器的情况下控制毂的角位置。在该配置中，控制器可从编码器接收发电机的转子的角位置。
转换器控制器可包括如下的一个或多个处理器和相关联的(多个)存储器装置：其配置成根据本文中所描述的方法中的任何而执行多种计算机实施的功能(例如，如本文中所公开的那样执行方法、步骤、计算等以及存储相关数据)。根据该方面，控制器可执行多种功能，诸如接收、传送和/或执行控制信号，例如修改递送到发电机的功率的电参数，以用于变更转矩或旋转速度。
转换器的控制器还可包括用以便于在转换器的控制器与风力涡轮发电机和/或风力涡轮控制器之间的通信的通信模块。此外，通信模块可包括用以容许从一个或多个传感器传送的信号转换成可被处理器理解并处理的信号的传感器接口(例如，一个或多个模拟到数字转换器)。应当意识到，传感器可使用任何合适手段作为例如有线连接或无线连接来通信地联接到通信模块。照此，处理器可配置成从传感器接收一个或多个信号。以此方式，传感器可为布置于发电机上以用于控制发电机的转子的角位置的编码器。
如本文中所使用的，用语“ 处理器”不仅指代在本领域中被称为被包括于计算机中的集成电路，而且还指代控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路以及其它可编程电路。处理器还配置成计算高级控制算法并且传递到多种基于以太网或串行的协议(Modbus、OPC、CAN等)。另外，(多个)存储器装置可包括(多个)存储器元件，其包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存取存储器(RAM))、计算机可读非易失性介质(例如，闪速存储器)、软盘、压缩盘-只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字通用盘(DVD)和/或其它合适的存储器元件。这样的(多个)存储器装置可配置成存储合适的计算机可读指令，这些指令在由(多个)处理器实施时使控制器配置成执行如本文中所描述的多种功能。
在示例中，可制造包括如图4中所描述的配置的风力涡轮发电机，其中，风力涡轮的发电机的电相的串串联连接。因而，可提供适合于在安装叶片期间使风力涡轮的不平衡毂旋转的电流。然而，一旦使不平衡毂旋转以将对应叶片安装到风力涡轮转子毂，发电机就可重新配置成使得来自处于微动模式的不同相的串并联连接，从而限定新电相并且为发电机提供用以在如图3中所描述的正常模式下操作的配置。在另外的示例中，发电机可重新配置成使得来自处于微动模式的不同的绕组系统的串并联连接。
在另外的示例中，发电机可进一步包括多个开关，所述多个开关配置成从微动模式切换到操作模式，或反过来。
风力涡轮发电机可包括第一系列开关和第二系列开关。第一系列开关可为电路断路器，并且，第二系列可为转接开关。特别地，转接开关可布置成使电相的串串联或并联连接。此外，电路断路器可布置成选择性地使相的对应串连接到中性连接点。电路断路器可为固态装置，诸如IGBT。
命令操作开关和断路器的控制信号可在风电场的监督控制及数据采集系统(SCADA)的水平下生成。
图7是使风力涡轮的不平衡毂旋转的示例性方法的流程图。风力涡轮具有发电机，发电机具有转子和定子。在框601处，方法600包括使定子的第一电相110的第一串112与第二串161串联联接。在本文中，第一串112和第二串161可包括串联联接的一个或多个线圈。第二串161配置成在风力涡轮的正常操作期间为第二电相160的部分。此外，在框602中，方法600包括从功率转换器20向定子的第一串112和第二串161提供电流，以使毂旋转。
风力涡轮的发电机的上面所提到的联接步骤可在已操作风力涡轮之后、在安装风力涡轮之后(在操作风力涡轮之前)或在安装风力涡轮之前在工厂中设置。
本公开中所公开的方法可与包括本公开中所公开的技术特征的发电机组合。
注意到，功率可从功率源供应到转换器。功率源可例如为燃料发电机群组，并且，它可以以低压供应。燃料发电机群组可用于例如在离岸环境中使毂旋转，因为在风电场的构建、安装以及调试期间，电力网可能不可用。在示例中，可提供变压器，以提高由燃料发电机群组提供的电压。辅助变压器可联接于燃料发电机群组与风力涡轮主变压器之间。
备选地，功率源可为电力网。
在功率源是燃料发电机群组的情况下，可提供辅助变压器。辅助变压器可联接于燃料发电机群组与风力涡轮主变压器之间，其中，辅助变压器配置成使由燃料发电机群组供应的电压升高，具体地从低压升高到中压。
在示例中，可监测风力涡轮发电机10处的温度。如果所监测到的温度高于温度阈值，则上面所评述的功率源可被切断。
另外，该方法可包括使毂旋转到预确定位置。此外，该方法还可包括将叶片安装于预确定位置中的毂处。
在其它示例中，可使毂旋转，例如，以用于将被损坏的叶片从毂拆卸。在这些示例中，被损坏的叶片(例如，被闪电破坏)可使毂不平衡。因此，为了将毂定位于其中被损坏的叶片可容易地从毂脱离的位置中，例如基本上竖直的位置中，必须使毂旋转。当风力涡轮连接到电力网时，电力网可作为用于使风力涡轮发电机机动化的功率源使用。在一些示例中，电力网可在构建风电场期间可用，并且，因此电力网可作为功率源使用。
在其中待安装第一叶片的示例中，可使用发电机或某个辅助驱动设备来执行毂的第一次旋转，该辅助驱动设备适合于使未承载叶片的毂旋转(但可能不一定强大到足以使具有单个叶片或两个叶片的不平衡毂旋转)。
注意到，在此阶段，可能仍然不存在对利用其中发电机的串串联布置的微动模式的任何需要。由于叶片尚未安装到毂，因而毂保持平衡，并且，因此不需要提供高转矩以使毂旋转。
在这时，第一叶片的根部凸缘可连接到毂的第一装配表面。使第一叶片连接到毂可涉及使用紧固件，例如螺柱或螺栓。
注意到，在安装第一叶片之后，毂可在可能不适于安装第二叶片的位置中。第二装配位置是其中第二叶片和毂待连接的毂的角位置。在该位置中，毂的第二装配表面将面向待安装的叶片的根部凸缘。通过控制从转换器递送到发电机的功率的参数(在微动模式下)，可控制毂的旋转速度。
例如，如果第二叶片待安装于基本上竖直的位置中，则毂的第二装配位置可对应于其中第二装配表面指向海面或地面的位置。换而言之，在第二装配位置中，第一装配表面可对应于6点钟位置，而第一装配表面和第三装配表面可对应于2点钟位置和10点钟位置，因为毂的装配表面以120°分离。
在其中第二叶片待安装于基本上水平的位置中的那些情况下，当毂定位于第一装配位置中时，第二装配表面可在3点钟位置中。剩余的装配表面以120°分离，并且，因此第二装配表面和第三装配表面可对应于7点钟位置和11点钟位置。
然而，在其它示例中，第二叶片可以以不同角度安装。
在一些示例中，该方法可另外包括通过例如使用阻止发电机转子相对于定子的旋转的销锁在将毂定位于正确位置中之后阻止毂的旋转。
总之，毂可旋转到预确定位置，并且，叶片可安装于预确定位置中的毂处。备选地，毂可旋转到预确定位置；并且，叶片可从预确定位置中的毂移除。
本书面描述使用示例来公开本教导(包括优选实施例)，并且还使本领域中的任何技术人员能够实践本教导(包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法)。可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果这样的其它示例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等同结构元件，则这样的其它示例旨在处于权利要求书的范围内。来自所描述的多种实施例的方面以及针对每个这样的方面的其它已知的等同体可由本领域普通技术人员混合并且匹配，以根据本申请的原理而构建附加的实施例和技术。如果与附图有关的参考符号放置于权利要求中的括号中，则这些参考符号仅仅用于尝试增加该权利要求的可理解性，并且不应当被解释为限制该权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种用于在微动操作中使风力涡轮(1)的毂(6)旋转的方法(600)，所述风力涡轮(1)具有发电机(10)，所述发电机(10)具有转子(12)和定子(13)，并且，所述方法(600)包括：
使所述定子(13)的第一电相(110)的第一串(111)与第二串(162)串联联接，所述第一串(111)和所述第二串(162)包括串联联接的一个或多个线圈；以及
从功率转换器(20)向所述定子(13)的所述第一串(111)和所述第二串(162)提供电流，以使所述毂(6)旋转，其中，
所述第二串(162)配置成在所述风力涡轮(1)的正常操作期间为第二电相(160)的部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述毂在所述微动操作期间不平衡。
3.根据权利要求1或2所述的方法(600)，其中，所述发电机(10)包括第一绕组系统(1001)和第二绕组系统(1002)，所述第一绕组系统(1001)和所述第二绕组系统(1002)包括处于正常操作的多个电相(110, 120, 130, 140, 150, 160)，并且其中，
所述第一串(111)是处于正常操作的所述第一绕组系统(1001)的部分，并且，所述第二串(162)是处于正常操作的所述第二绕组系统(1002)的部分。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法(600)，进一步包括：
使所述第一串(111)与所述第一电相(110)的至少另一串(112)并联连接并且使所述第二串(161)与所述第二电相(160)的至少另一串(162)并联连接；以及
操作所述风力涡轮(1)。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法(600)，其中，使所述第一串(111)与所述第二串(162)串联联接包括使所述串(111, 162)连接到电接口(410, 411, 412, 413, 141,415)。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法(600)，其中，将功率供应到所述功率转换器的功率源是燃料发电机群组，并且，所述方法进一步包括：
提供辅助变压器；
使所述辅助变压器在所述燃料发电机群组与风力涡轮主变压器之间联接，其中，所述辅助变压器配置成使由所述燃料发电机群组供应的电压升高，具体地，从低压升高到中压。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的方法(600)，进一步包括：
使所述毂(6)旋转到预确定位置；以及
将叶片(7)安装于所述预确定位置中的所述毂(6)处。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的方法，进一步包括：
使所述毂旋转到预确定位置；以及
将叶片从所述预确定位置中的所述毂移除。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的方法(600)，其中，所述发电机(10)包括多个开关，并且，所述方法(600)进一步包括：
通过操作所述多个开关来将所述绕组系统(1001, 1002)从微动操作切换到正常操作或反过来。
10.根据权利要求1-9中的任一项所述的方法(600)，其中，处于微动操作的至少一个串的极性与正常操作期间的所述串的极性相比而相反。
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