JP5587245B2 - 風力設備 - Google Patents

Description

本発明は、好適には少なくとも整流器と２台のインバータを有する、風力設備に関する。

こうした風力設備は、特許明細書ＤＥ１９６ ２０ ９０６．４で知られている。しかし、この風力設備の短所は、発電機および／またはトランスが故障すると、風力設備が、もはや電力を生成出来なくなったり、提供出来なくなる点である。整流器および／またはインバータが故障した場合、風力設備は、まだ可能な電力のほぼ半分を生成しているが、何か事故があると消失してしまうため、少なくとも設備のオペレータに対する経済的損害を、消失したエネルギー生成に起因するもののみに制限するため、迅速な修理が要求される。

この既知の風力設備は、同じ固定子の上に共に配置される、位相をずらした、２つの固定子巻線を有している。しかし、その巻線は、電気的に互いに絶縁され、互いに対して３０°の位相角を有している。従って、１つの固定子巻線が故障した場合は、可能な出力電力の半分が、まだ利用可能である。

サービス要員は、故障を取り除き、風力設備を修理するために、故障した風力設備へ赴き、故障あるいは損害を受けた構成要素の修理、もしくは、修理が不可能な場合は、部品交換をして、欠陥のある構成要素を取替えることにより、故障に対処する。

迅速な修理は、とりわけ、風力設備に迅速に到達可能で、さらには、必要に応じて、予備部品が設備へ迅速に搬入可能であることを前提とすることにも留意されることになる。

地上に設置されている風力設備には、そのように迅速に到達可能であると仮定し得るにしても、沖合設備、すなわち沖合に設置された、つまり海上にある風力設備については、状況はもはや著しく異なったものとなる。大容積のおよび／または重い予備部品でも輸送可能および取り扱い可能な、適当な輸送手段が利用出来なければならない上に、天気と海の状態が、予備部品を積み込んで、設備に問題なく到達し得るものでなければならない。
しかし、たとえ設備に達することが可能であったにせよ、大波や天気が、迅速な修理を許すかどうかという点に関しては、全く定かではない。

従って、例えば嵐が吹いているなど、波が高い、もしくは天候が悪い場合は、比較的長期間、沖合設備に到達できず、もしくは修理が出来ないことは明確であり、そのため沖合設備は、長期間電力を生成、もしくは提供出来なくなる。

他の全ての風力設備のように、これまでに既知の風力設備を伴う、さらに不利な点は、その風力設備の基礎となるコンセプトが、発電機の出力が増加するにつれ、個々の構成要素のサイズおよび固有の重さを増加させることを意味していることである。

本発明によると、風力設備の構成要素の故障に起因するダメージを制限し、さらに標準部品の使用を可能にするために、各々少なくとも１本の固定子巻線を備えた２つの固定子と、少なくとも２つのトランスを備えた、この明細書の最初の部分で提案される種類の、風力設備が提案されている。即ち、本発明の一視点において提供される風力設備は、
並列に配置された複数の電力生成システムを有し、
各電力生成システムは、発電機の共通の回転子に隣接して配設された該発電機の固定子の固定子巻線と、該固定子に対応し、少なくとも整流器、導体、インバータ及びトランスをフィードライン構成要素として備えるフィードライン部を有し、かくして、複数の固定子に対し、複数の並行に接続された整流器、複数の並行に接続されたインバータ及び複数の並行に接続されたトランスが配され、
前記複数の電力生成システムの個別固定子の各々は、回転可能に搭載された共通の回転子を取り囲む円形リングの中の１つの部分として独立に構成され、かつ、該複数の固定子の個別固定子は互いに電気的に分離され、及び、各固定子は２つの固定子巻線を有し、これらの固定子巻線はその下流において前記複数の整流器の１つに接続され、
前記複数のフィードライン部の各々において、整流器は、対応する固定子から電力信号を受け取る入力端子と、整流された電力信号を導体を介して供給する出力端子を備え、インバータは、該整流器から整流された電力信号を受け取る入力端子と、反転された電力信号を供給する出力端子を備え、及びトランスは、該インバータから反転された電力信号を受け取る入力端子と、変圧された電力信号を電力送電線に供給する出力端子を備え、
前記発電機によって電圧が誘導される固定子巻線から始まる整流器、インバータ及びトランスを有する互いに独立のシステムが存在することにより、可能な出力電力の供給が１つの構成要素の故障によって最大でも４分の１しか阻止されないよう、前記発電機の複数の部分即ち夫々複数の固定子、整流器、インバータ及びトランスのような前記複数の電力生成システムの構成要素は重複的に構成されることを特徴とする（形態１・基本構成）。
（形態２）上記の風力設備において、前記複数の電力生成システムの各々において、固定子は、互いに対し位相角が３０°ずらされている２つの固定子巻線を有することが好ましい。
（形態３）上記の風力設備において、前記２つの固定子巻線は夫々３相電流巻線として構成され、従って、各固定子巻線が夫々３つの相巻線を有することにより、６相整流器を構成する対応する整流器に接続される総計６つの相巻線を備えることが好ましい。
（形態４）上記の風力設備において、１つの巻線の各相間の位相角は１２０°であることが好ましい。
（形態５）上記の風力設備において、各固定子に夫々２つの固定子巻線が配されることにより内部重複が形成され、かくして、１つの巻線の故障時、他方の巻線は常に対応する整流器に供給される出力電力を生成することが好ましい。
（形態６）上記の風力設備において、各インバータは、夫々３つのモジュールから構成される同じ構造を有し、各モジュールの構造は、互いに同一であること、
各モジュールは、印加されたｄｃ電圧から３相ａｃ電圧を生成し、夫々のスイッチによって夫々のインバータの対応する出力端子に結合可能であることが好ましい。
（形態７）上記の風力設備において、１つのインバータ中のモジュール数は、必要な内部重複を具体化するためにより大きい数とすることができ、該モジュール数により、他のインバータが故障した場合、過負荷従って早期の故障を防止するための容量過多を実現することができることが好ましい。
（形態８）上記の風力設備において、前記複数の固定子の前記個別固定子は、互いに機械的に分離されていることが好ましい。
（形態９）上記の風力設備において、少なくとも２つの固定子、少なくとも２つの整流器、少なくとも２つの導体、少なくとも２つのインバータ及び少なくとも２つのトランスを備え、もって、少なくとも２つの電力生成システムが形成されることが好ましい。
（形態１０）上記の風力設備において、４つの固定子、４つの整流器、４つの導体、４つのインバータ及び４つのトランスを備え、もって、４つの電力生成システムが形成されることが好ましい。
（形態１１）上記の風力設備において、各インバータは、少なくとも２つ又は３つのモジュールから構成されることが好ましい。
（形態１２）上記の風力設備において、前記モジュールは、ＩＧＢＴを備えていることが好ましい。

本発明による風力設備は、少なくとも２つの固定子、２つの整流器、２つのインバータ、および２つのトランスを持つ。それらはそれぞれ、固定子から始まり、電気エネルギー生成用、例えば、正弦波のａｃ電圧への変換用、およびａｃ電圧ネットワークへの給電用の、特定の完全なシステムを形成する。

本発明の好ましい実施形態は、４つの固定子を備えており、それらは、円形リングの形で配置され、円形リングの部分をなす形をしていて、その各々が少なくとも１つの専用巻線を有している。この結果、各固定子のサイズと固有の重さは、固定子の輸送と取り扱いにおいて、通常利用出来る補助によりインプリメント可能な範囲内に留まっている。

本発明に記載の風力設備の好ましい展開では、各固定子は、電気的に互いに絶縁され、位相角度３０°で互いに位置をずらした、２本の３相カレント巻線を備えている。この方法により、ローターに対するエキサイタカレントの一部は、固定子巻線内で発生可能である。

本発明の特に好ましい展開では、整流器、インバータ、およびトランスは、各固定子に関連される。この配置は、共通の回転子から離れた、４つの個別の電力生成システムをもたらす。従って、各システムは、可能な全出力電力の４分の１を生じさせることになる。
これにより、構成要素が故障した場合は、１つのシステムだけが欠損し、それに伴って、瞬間的な全体的出力電力の４分の１のみが欠けることになる。従って、これに応じて、出力電力の４分の３は、まだ利用可能である。

風力設備に対して、全出力電力６ＭＷを想定するならば、各システムはしたがって１．５ＭＷの出力電力を有している。この出力パワーにより、すでに利用可能で、今日では大量に生産されている標準構成要素を、整流器、インバータ、およびトランスとして用いることが出来る。その結果、大量生産され、技術的に熟成した部品を用いることにより、故障の可能性は著しく減少し、それによって、本発明に記載の風力設備から、いつまでも高レベルの出力が得られることになる。

本発明の好ましい実施形態では、整流器、インバータ、およびトランスは、各固定子巻線に関連している。従って、電力生成システムは、固定子巻線、整流器、インバータ、およびトランスから形成される。この設計構成は、各システムが、瞬時に利用可能な出力電力の、１／８にのみ関係していることを意味する。つまり、構成要素が故障し、従ってシステムが故障していれば、利用し得る電力の１／８はもはや利用出来ないが、８分の７はまだ利用可能であることになる。

それに加え、このコンセプトによるなら、標準構成要素の数を増やして生産し、同様にコスト削減することが可能である。加えて、これらの構成要素のために、輸送および取り扱い手段、手順および方法が利用可能であり、多くの状況でためされて来ている。

本発明の特に好ましい実施形態では、整流器、インバータおよびトランスは、好ましくはおよそ２０％ほど容量過多に設計され、さらに、２つの整流器の各々の間、および２つのインバータの各々の間、および２つのトランスの各々の間には、構成要素が故障した場合に、それをバイパスし得るスイッチ装置が設けられている。

この容量過多に起因して、残った構成要素は、過負荷を引き起こすことなく、故障した構成要素の機能を、少なくとも一時的に引き継ぐことが出来る。従って、例えば、整流器が故障した場合、故障した整流器と隣接した１つ以上の運転可能な整流器との間のスイッチ装置が起動可能である。このように、運転可能な整流器は、対応してより高出力電力で駆動され、さらに、故障した整流器を備えたシステムからのａｃ電圧を整流する。

特に好ましい特徴では、スイッチ装置の制御が、切り変えられる出力電力を顧慮して影響を受け、その結果、出力電力のレベルが低い場合は、１つのスイッチ装置だけが切り替わる。切り変えられる出力電力がより高い場合は、複数のスイッチ装置が作動し、それにより、負荷を複数の構成要素に分配し、過負荷を避ける。

本発明の特に好ましい展開では、スイッチ装置は、固定子を除く各構成要素の、フィードラインおよび／またはアウトライン内に設けられる。その構成要素がスイッチ装置で完全に切断されるなら、対応するスイッチ装置の作動により、バイパスされる構成要素の部分への、いかなる反応も確実に回避可能である。

本発明の他の実施形態では、個々の構成要素のフィードラインとアウトラインは並列に接続されている。これは、スイッチ装置を切り詰め、構成要素が故障した場合、他の構成要素が常に自動的に操作され、さらに、フィードラインおよび／またはアウトライン内でスイッチ装置より切断されなければならないのは、故障した構成要素だけであるため、コントロールシステムを単純化することが出来る。

個々の構成要素の重複は、「外部重複」と呼ばれ、構成要素が故障した場合に、その機能が、重複的に存在する他の構成要素により引き継がれることになる可能性と認識される。従って、整流器が故障した場合には、他の整流器がその機能を引き継ぎ、インバータが故障した場合には、他のインバータがその機能を引き継ぎ、さらに、トランスが故障した場合には、他のトランスがその機能を引き継ぐ。

これに比して、内部重複もある。これは、互いに重複して存在して、外部に関連してインバータなどの構成要素を形作る、複数のモジュールにより、構成要素を構築することを示す。つまり、１つのインバータの複数のモジュールのうちの１つが故障した場合、そのインバータは、インバータの残りのモジュールがまだ関連機能を実行し続けているため、明らかにまだ作動可能である。

従って、２つの巻線を備えた固定子も、１つの巻線が故障した場合には、まだ第２の巻線が電力を生成し、その結果、固定子は、まだ可能な出力電力の半分を提供可能であるため、内部重複を持っていることになる。

それに応じて、本発明に記載の風力設備では、固定子または固定子巻線を除き、個々の構成要素またはモジュールが故障した場合でさえ、瞬時に利用出来る出力電力の全てを実現可能である。

本発明のさらなる有利な展開は、特許請求の範囲に記述されている。

本発明によるシステムの簡略図を示す。 スイッチ装置が追加された、図１に示されるシステムの図を示す。 出力側に接続された整流器を備えた、３０°だけ位置がずれた２つの固定子巻線の例を示す。 本発明によるインバータの例を示す。 スイッチ装置を有する、重複して設けられたトランスの例を示す。 本発明の第２の実施例を示す。 本発明の第２の実施例での、重複して設けられたトランスの例を示す。 既知のシステムを示す。

本発明は、以下に、実施例を用いてさらに詳細に記述される。

図８は、風力設備の既知の電気的システムを示す。この電気的システムは、この例ではリング発電機の形をした、発電機を含んでいる。リング発電機は、回転子（図示せず）、および、電気的に互いに絶縁され、互いに対して３０°だけ位相をずらした位置にある、２つの固定子巻線１１１、１１２を備えている。

各固定子巻線１１１、１１２は、それぞれの専用整流器１４の入力に接続されている。
各整流器１４の出力は、それぞれのインバータ１６の入力に接続されている。インバータ１６の出力は、トランス１８に並列に接続されている。

トランス１８が故障しただけで、風力設備は、それ以上なんらのエネルギーも提供出来ないため、必然的に経済的に完全に故障することになる。その結果、操作者は、故障の個々の継続期間に伴い、かなりの損害を蒙ることになる。

固定子巻線１１１、１１２、整流器１４、および／または、インバータ１６の故障は、また、いずれにせよ、可能なエネルギー産出の半分の損失をもたらし、同様にかなりの経済的な損害を生じさせることになる。

図１は、本発明による風力設備の簡略化された例を示す。この風力設備では、大部分の構成要素が重複して存在している。こうした重複は、発電機の部分、すなわち固定子１２１、１２２、１２３、１２４、整流器１４１、１４２、１４３、１４４、インバータ１６１、１６２、１６３、１６４およびトランス１８１、１８２、１８３、１８４に関連する。

重複する構成要素の、並列配置から起こる重複は、外部重複である。加えて、若干の構成要素と共に、並列に接続された複数の類似モジュールから成る構成要素の内部構造から生じる、内部重複もある。内部重複は、例えば図４を参照すると、さらに詳細に記述されたインバータの場合において見ることが出来る。

以下の記述目的のために、考察されている問題の前述の方法に類似した形式において、円形リングの部分をなし、回転する回転子（図示せず）により電圧が誘起される、少なくとも１つの巻線を有する各要素１２１、１２２、１２３、１２４は、円形リングの部分を形作る４つの要素１２１、１２２、１２３、１２４がある場合でも、固定子と呼ばれ、そして、本実施例の場合のように、それらは、共に、ほぼリング発電機の一体形固定子を形作るように配置される。

円形リング形に配置され、共にほぼ円形リングの部分を形作る固定子１２１、１２２、１２３、１２４は、固定された回転子刃を有する風力設備回転子ハブ（図示せず）により、発電機の回転子（図示せず）が中央で回転する、円形リングを形成する。個々の固定子１２１、１２２、１２３、１２４は、機械的のみならず電気的にも互いに絶縁されるので、電圧は、固定子１２１、１２２、１２３、１２４上の巻線内で、対応して誘起される。

これらの電圧は、導体２０１、２０２、２０３、２０４を通って整流器１４１、１４２、１４３、１４４へ流れるａｃ電圧である。これらの導体２０１、２０２、２０３、２０４は、例えば４，０００ｍｍ^２の断面積を有するアルミニウム棒であってもよい。その点で、個別の整流器は、各固定子１２１、１２２、１２３、１２４に関連している。このことにより、たとえ整流器が故障した場合でも、もはや利用出来ないのは、可能なエネルギー生成の１／４のみとなる。従って、可能な出力電力の４分の３は、まだ利用可能である。

各整流器１４１、１４２、１４３、１４４の出力側に接続されているのは、インバータ１６１、１６２、１６３、１６４であり、そこへは、導体２０５、２０６、２０７、２０８によって接続されている。これらの導体２０５、２０６、２０７、２０８もまた、４，０００ｍｍ^２の断面積を有するアルミニウム棒であってもよい。

各インバータ１６１、１６２、１６３、１６４の出力側には、インバータ１６１、１６２、１６３、１６４で生成されるａｃ電圧を、例えば２０ｋＶまで昇圧し、例えば中電圧ネットワークに給電する、トランス１８１、１８２、１８３、１８４が接続されている。

この方法では、発電機回転子により電圧を誘起する固定子巻線から始まり、構成要素の故障が、最高でも可能な出力電力の４分の１の供給を妨げるだけとなるよう、整流器１４１、１４２、１４３、１４４、インバータ１６１、１６２、１６３、１６４、およびトランス１８１、１８２、１８３、１８４を有する、相互に独立したシステム１０１、１０２、１０３、１０４が備えられている。

図２は、図１と比べると、スイッチ装置１３０、１３１、１３２、１３３、１３４、１３５、１３６、１４６、１４７、１４８、１４９、１５０、１５１、１５２、１５３、１５４、１５５、１５６、１６６、１６７、１６８、１６９、１７０、１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６、１８６、１８７、１８８、１８９によって拡張されている。これらは、以下では、そのまとまりとして、参照番号１３０−１３６、１４６−１５６、１６６−１７６および１８６−１８９として言及されている。図の明瞭さを保持するために、ここでは、固定子１２１、１２２、１２３、１２４、整流器１４１、１４２、１４３、１４４およびインバータ１６１、１６２、１６３、１６４の間の導体、およびシステム１０１、１０２、１０３、１０４のマーキングの参照は省略している。

各システム１０１、１０２、１０３、１０４（図１）が他から独立して動作するよう、通常の動作では、個々の構成要素のフィードライン間のスイッチ装置１３０、１３１、１３２、１５０、１５１、１５２、１７０、１７１、１７２は開路され、さらに、通常の動作では、それぞれの構成要素と直列なフィードライン内およびアウトライン内のスイッチ装置１３３、１３４、１３５、１３６、１４６、１４７、１４８、１４９、１５３、１５４、１５５、１５６、１６６、１６７、１６８、１６９、１７３、１７４、１７５、１７６、１８６、１８７、１８８、１８９は閉路されている。

ここで、スイッチ装置１３０−１３６、１４６−１５６、１６６−１７６、１８６−１８９を、それらが少なくとも２つのシステム１０１、１０２、１０３、１０４の個々の構成要素を接続するよう、制御することが出来る。これらの接続は、各スイッチ装置１３０、１３１、１３２、１５０、１５１、１５２、１７０、１７１、１７２により、２つの類似した構成要素のフィードラインが、常に並列に接続されるようになされる。

例えば、整流器１４１、１４２のフィードラインはスイッチ装置１３０の作動により、インバータ１６１、１６２の入力はスイッチ装置１５０の作動により、インバータ１６２、１６３の入力はスイッチ装置１５１の作動により、並列に接続される。この形での組合せも可能なことは言うまでもない。

いまだ作動中の、故障もしくは欠陥のある構成要素の反応を避けるために、個々の構成要素のフィードラインおよびアウトライン内には、全ての線において、好適に個々の構成要素の接続を断つ、スイッチ装置１３３、１４６；１３４、１４７；１３５、１４８；１３６、１４９；１５３、１６６；１５４、１６７；１５５、１６８；１５６、１６９；１７３、１８６；１７４、１８７；１７５、１８８；１７６、１８９が設けられる。

従って、構成要素が故障した場合、その構成要素は、スイッチ装置１３０−１３６、１４６−１５６、１６６−１７６、１８６−１８９の適当な作動によりバイパスされ、結果として、故障にもかかわらず、風力設備は、まだ生成する電力の大部分、もしくは生成する全電力でさえ提供することになる。

残った故障のない構成要素の過負荷を防止するために、つまり、それらが早期に故障してしまうのを防ぐために、これらの残った構成要素が故障した構成要素の出力電力をロードされた場合でも、いかなる過負荷も引き起こさないよう、これらの構成要素は２０％ほど容量過多であることが望ましい。

スイッチ装置１３０−１３６、１４６−１５６、１６６−１７６、１８６−１８９は、この場合、例えば整流器１４１、１４２、１４３、１４４もしくはインバータ１６１、１６２、１６３、１６４などの構成要素をバイパスすることは明らかに可能だが、こうした構成要素によってインプリメントされる機能をスキップすることは出来ないような方法で、配置され、制御される。

例えば、インバータ１６２が故障した場合、常開のスイッチ装置１５０、１５１、１５２は、残りのインバータ１６１、１６３、１６４をインバータ１６２のフィードラインに接続するために閉路することが可能である。同時に、常閉のスイッチ装置１５４、１６７が作動し、故障したインバータ１６２への接続を断つために、開路される。

最後に、３つのインバータ１６１、１６３、１６４が、再び全ての４つのトランス１８１、１８２、１８３、１８４に作用するよう、常開のスイッチ装置１７０、１７１、１７２が作動し、同様に閉路となることが出来る。

この方法で、故障したインバータ１６２がバイパスされ、インバータ１６２の故障にもかかわらず、風力設備は、生成される全ての利用可能な電力を提供することが出来る。

図３は、システム１０１の例を用いて、固定子巻線とその下流に接続された整流器の特に好ましい実施例を示す。ここでは、下流に接続された整流器１４１を伴う固定子巻線１２１１、１２１２が示されている。例として示されたこの配置は、他の重複システム１０２、１０３、１０４のそれと同一である。

図３に示されていない固定子１２１は、互いと比して３０°だけ位置がずれた、２つの固定子巻線１２１１、１２１２を伴っている。双方の固定子巻線１２１１、１２１２は、三相電流巻線形であり、同様に各々が３つの相巻線１２１３、１２１４、１２１５および１２１６、１２１７、１２１８を有している。総計６つの相巻線１２１３、１２１４、１２１５、１２１６、１２１７、１２１８は、６相整流器１４１に接続されている。

個々の相１２１３、１２１４、１２１５および１２１６、１２１７、１２１８の間の位相角は１２０°である。回転子（図示せず）が時計回りに回転する場合、巻線１２１１で誘起される電圧の位相は、３０°だけ、巻線１２１２で誘起される電圧の位相とずれることになる。巻線の位相が互いと比して１２０°だけずれるので、例えば、巻線１２１１内の相１２１４での電圧は、巻線１２１２内の相１２１７での電圧と３０°ずれるが、巻線１２１２内の相１２１８とは９０°ずれることになる。このように、相１２１８に必要なエクサイタ電力の一部は、相１２１４で生成可能である。

双方の三相電流巻線１２１１、１２１２が固定子１２１上に配置されるので、内部重複はすでにここで具体化され、その結果、巻線１２１１、１２１２が故障した場合でも、他の巻線１２１２、１２１１は、その後整流器１４１へと流れる出力電力を常に生成することが出来る。

本発明によるインバータ１６１、１６２、１６３、１６４の好ましい実施例は、図４に示される。複数のインバータ１６１、１６２、１６３、１６４を設けることにより、外部重複が提供される。

他のインバータ１６２、１６３、１６４の構造と同じ構造のインバータ１６１を例にあげると、図４は、それが内部抵抗を統合する３つのモジュール１６１１、１６１２、６１３から成っていることを示す。個々のモジュール１６１１、１６１２、１６１３の構造は、互いに同じである；この場合、それらは、適当な作動手順によりｄｃ電圧＋Ｕｄ、−Ｕｄからａｃ電圧を生成する、スイッチ要素としてのＩＧＢＴを備えている。加えて、こうしたモジュールの構造および作動モードは、本技術の水準から既知であり、従って、作動モードの詳細な記述はここには含まれない。

各モジュール１６１１、１６１２、１６１３は、印加適用されたｄｃ電圧から三相ａｃ電圧を生成し、スイッチ１６１４、１６１５、１６１６によって、インバータ１６１の出力ＬＩ、Ｌ２、Ｌ３へと接続可能である。

しかし、インバータ１６１、１６２、１６３、１６４の中のモジュール数は、３に限られていない。外部重複の他に、必要な内部重複を具体化するために、異なる数のモジュール１６１１、１６１２、１６１３および好ましくはより大きい数を選ぶことは、等しく可能である。

モジュールの数は、この場合でもやはり、他の１つのインバータ１６１、１６２、１６３、１６４が故障した場合、過負荷を予防し、早期の故障を予防するための、容量過多を実現することが出来る。

図５は、好しくは３相電圧トランスの形をして、１次側は、例えば各場合に、インバータ１６１、１６２、１６３、１６４からの３×４００Ｖで動作し、さらに２次側上に、例えば中電圧ネットワークには例えば３×２０ｋＶまで変換されるａｃ電圧を提供する、トランス１８１、１８２、１８３、１８４の重複配置を示している。

これらのトランス１８１、１８２、１８３、１８４も、欠陥もしくは故障したトランス１８１、１８２、１８３、１８４から付加的な出力電力が印加された後でも、確実に作動可能となるよう、容量過多となっているのが好ましい。

図５は、故障したトランス１８１、１８２、１８３、１８４をバイパス可能とする、スイッチ装置１７０、１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６、１８６、１８７、１８８、１８９をもう一度示す。この場合、スイッチ装置１７３、１８６；１７４、１８７；１７５、１８８；１７６、１８９は、スイッチ装置１７０、１７１、１７２が閉路した時、トランス１８１、１８２、１８３、１８４の１次巻線および／または２次巻線の並列接続に起因して、インピーダンスシフトが起こるのを避けるために、故障したトランス１８１、１８２、１８３、１８４の１次および２次巻線をオフにすることが可能となる。

この目的のために、１次側に配置されたスイッチ装置１７３、１７４、１７５、１７６、および、２次側に配置されたスイッチ装置１８６、１８７、１８８、１８９は、対応するトランス巻線の全ての端子を、直流電気的に切り離すよう設計されている。この点で、制御は、トランス１８１、１８２、１８３、１８４の双方のスイッチ装置１７３、１８６；１７４、１８７；１７５、１８８；１７６、１８９、すなわち、例えばトランス１８２の１次スイッチ装置１７４と２次側スイッチ装置１８７とが、確実にトランス１８２の接続を断つために、常に同時に作動する形で実行されるのが好ましい。

図６は、本発明の第２の実施例を示している。この実施例は、図２に示される実施例に大まかな部分では一致しており、図２での各２つの構成要素間のスイッチ装置１３０、１３１、１３２、１５０、１５１、１５２、１７０、１７１、１７２を省略している点が異なっており、その結果、図１の個々のシステム１０１、１０２、１０３、１０４に類似した構成要素は並列に接続され、通常の動作では、生成される出力電力のほぼ１／４により全て駆動される。

第１の実施例の配置と一致する方法において、スイッチ装置１３３、１３４、１３５、１３６、１４６、１４７、１４８、１４９、１５３、１５４、１５５、１５６、１６６、１６７、１６８、１６９、１７３、１７４、１７５、１７６、１８６、１８７、１８８、１８９は、全システム１０１、１０２、１０３、１０４が作動するように、通常の作動では閉路されている。

ここで構成要素が故障した場合、その構成要素は、問題となっている構成要素のフィードラインおよびアウトライン内に配置されたスイッチ装置１３３、１４６；１３４、１４７；１３５、１４８；１３６、１４９；１５３、１６６；１５４、１６７；１５５、１６８；１５６、１６９；１７３、１８６；１７４、１８７；１７５、１８８；１７６、１８９の開路により切断され、他のシステム１０１、１０２、１０３、１０４（図１）内の他の構成要素は、自動的に出力電力のより高いレベルで作動される。

これはまた、トランス１８１、１８２、１８３、１８４が、常閉のスイッチ装置１７３、１７４、１７５、１７６、１８６、１８７、１８８、１８９により、並列に接続されている図７からもう一度明らかに認識可能である。ここで、トランス１８１、１８２、１８３、１８４に欠陥もしくは故障があると分かった場合、関連するスイッチ装置１７３、１８６；１７４、１８７；１７５、１８８；１７６、１８９は作動し（開路し）、他のトランス１８１、１８２、１８３、１８４が、それぞれ出力電力のより高いレベルで作動している間、問題となったトランスは切断され、風力設備は、なお生成される全エネルギーを提供することになる。

図１に例示された整流器１４１、１４２、１４３、１４４は、機械ハウジング、言わば風力設備のポッド内に配置されているのが好ましい。インバータ１６１、１６２、１６３、１６４は、風力設備のパイロンのベース領域に配置され、さらに、インバータと整流器は、直流バスバー２０５、２０６、２０７、２０８によって、一緒に接続されているのが好ましい。沖合風力設備の場合、生成される出力電力をネットワークに供給するためのトランスは、また、風力設備のパイロンの最下部のベース領域、つまり喫水線下に配置可能である。

なお、本発明は、以下のように構成することも可能である：
（１）並列に配置された複数の電力生成システムからなり、
各電力生成システムは、固定子と、上記の固定子に対応し、整流器、インバータ及びトランスを構成要素として備えるフィードライン部とからなり、
第１の電力生成システムは、第１の固定子と第１のフィードライン部とからなり、第１の固定子の出力は、第１のフィードライン部の入力に電気的に接続され、第１のフィードライン部は、第１の整流器、第１のインバータ及び第１のトランスを含み、
第２の電力生成システムは、第２の固定子と第２のフィードライン部とからなり、第２の固定子の出力は、第２のフィードライン部の入力に電気的に接続され、第２のフィードライン部は、第２の整流器、第２のインバータ及び第２のトランスを含み、
第１のトランスの出力と第２のトランスの出力は、ともに電力送電線に接続され、電力生成設備の出力電力の少なくとも一部を提供し、
少なくとも１組のスイッチが、複数のフィードライン部の中の少なくとも１つのフィードライン部の入力に設置され、
さらに、故障した構成要素がバイパスされるように、複数の並列のフィードライン部の中の１以上における構成要素の故障に対応して、上記の少なくとも１組のスイッチの中の１以上のスイッチを作動させるアクチュエータが設けられる風力設備。
（２）上記の風力設備において、上記の複数の電力生成システムにおける各固定子は、回転可能に搭載された回転子を取り囲む円形リングの中の１つの部分として独立に構成されていることが好ましい。
（３）上記の風力設備において、少なくとも１つの上記の固定子が２つの巻線を備えることが好ましい。
（４）上記の風力設備において、各々の上記の固定子が２つの巻線を備えることを特徴とすることが好ましい。
（５）上記の風力設備において、上記の２つの巻線が、電気的に互いと比して位相が３０°だけずらされていることが好ましい。
（６）上記の風力設備において、少なくとも１つの上記の固定子の巻線が三相電流巻線であることが好ましい。
（７）上記の風力設備において、各々の上記の固定子の巻線が三相電流巻線であることが好ましい。
（８）上記の風力設備において、少なくとも１つの上記の整流器が名目上の作動負荷に比べて容量過多であることが好ましい。
（９）上記の風力設備において、少なくとも１つの上記のインバータが名目上の作動負荷に比べて容量過多であることが好ましい。
（１０）上記の風力設備において、少なくとも１つの上記のトランスが名目上の作動負荷に比べて容量過多であることが好ましい。
（１１）上記の風力設備において、上記の複数のフィードライン部の各々において、
上記の整流器が、上記の固定子から電力信号を受け取る入力端子と、整流された電力信号を供給する出力端子を備え、
上記のインバータは、上記の整流器から整流された電力信号を受け取る入力端子と、
反転された電力信号を供給する出力端子を備え、
かつ、上記のトランスは、上記のインバータから反転された電力信号を受け取る入力端子と、変圧された電力信号を供給する出力端子を備えることが好ましい。
（１２）上記の風力設備において、さらに、第１の組の常開のスイッチ装置を備え、これらのスイッチ装置が、隣接する複数の上記のフィードライン部を上記の整流器の入力側で接続することが好ましい。
（１３）上記の風力設備において、さらに、第２の組の常開のスイッチ装置を備え、これらのスイッチ装置が、隣接する複数の上記のフィードライン部を上記のインバータの入力側で接続することが好ましい。
（１４）上記の風力設備において、さらに、第３の組の常開のスイッチ装置を備え、これらのスイッチ装置が、隣接する複数の上記のフィードライン部を上記のトランスの入口で接続することが好ましい。
（１５）上記の風力設備において、さらに、アクチュエータを備え、このアクチュエータは、上記の第１、第２または第３の組の常開のスイッチ装置から選択される少なくとも１個のスイッチ装置を、上記の複数の電力生成システムにおける整流器、インバータまたはトランスの故障に対応して閉じることが好ましい。
（１６）上記の風力設備において、さらに、複数対の常閉のバイパススイッチ装置を備え、これらのバイパススイッチ装置は、１つの上記のフィードライン部に、整流器、インバータ又はトランスの近傍で直列に接続され、
上記のアクチュエータは、さらに、故障した整流器、インバータまたはトランスに関連される１対の上記バイパススイッチ装置を開くことが好ましい。

１４ 整流器
１６ インバータ
１８ トランス
１１１ 固定子巻線
１１２ 固定子巻線

Claims (12)

1. 並列に配置された複数の電力生成システム（１０１、１０２、１０３、１０４）を有し、
   各電力生成システムは、発電機の共通の回転子に隣接して配設された該発電機の固定子（１２１、１２２、１２３、１２４）の固定子巻線（１２１１、１２１２）と、該固定子に対応し、少なくとも整流器（１４１、１４２、１４３、１４４）、導体（２０５、２０６、２０７、２０８）、インバータ（１６１、１６２、１６３、１６４）及びトランス（１８１、１８２、１８３、１８４）をフィードライン構成要素として備えるフィードライン部を有し、かくして、複数の固定子（１２１、１２２、１２３、１２４）に対し、複数の並行に接続された整流器、複数の並行に接続されたインバータ及び複数の並行に接続されたトランスが配され、
   前記複数の電力生成システムの個別固定子の各々は、回転可能に搭載された共通の回転子を取り囲む円形リングの中の１つの部分として独立に構成され、かつ、該複数の固定子の個別固定子は互いに電気的に分離され、及び、各固定子（１２１、１２２、１２３、１２４）は２つの固定子巻線（１２１１、１２１２）を有し、これらの固定子巻線はその下流において前記複数の整流器の１つに接続され、
   前記複数のフィードライン部の各々において、整流器は、対応する固定子から電力信号を受け取る入力端子と、整流された電力信号を導体（２０５、２０６、２０７、２０８）を介して供給する出力端子を備え、インバータは、該整流器から整流された電力信号を受け取る入力端子と、反転された電力信号を供給する出力端子を備え、及びトランスは、該インバータから反転された電力信号を受け取る入力端子と、変圧された電力信号を電力送電線に供給する出力端子を備え、
   前記発電機によって電圧が誘導される固定子巻線（１２１１、１２１２）から始まる整流器（１４１、１４２、１４３、１４４）、インバータ（１６１、１６２、１６３、１６４）及びトランス（１８１、１８２、１８３、１８４）を有する互いに独立のシステム（１０１、１０２、１０３、１０４）が存在することにより、可能な出力電力の供給が１つの構成要素の故障によって最大でも４分の１しか阻止されないよう、前記発電機の複数の部分即ち夫々複数の固定子（１２１、１２２、１２３、１２４）、整流器（１４１、１４２、１４３、１４４）、インバータ（１６１、１６２、１６３、１６４）及びトランス（１８１、１８２、１８３、１８４）のような前記複数の電力生成システムの構成要素は重複的に構成される
   風力設備。
2. 前記複数の電力生成システム（１０１、１０２、１０３、１０４）の各々において、固定子（１２１、１２２、１２３、１２４）は、互いに対し位相角が３０°ずらされている２つの固定子巻線（１２１１、１２１２）を有すること
   を特徴とする請求項１に記載の風力設備。
3. 前記２つの固定子巻線は夫々３相電流巻線として構成され、従って、各固定子巻線が夫々３つの相巻線（１２１３、１２１４、１２１５及び１２１６、１２１７、１２１８）を有することにより、６相整流器を構成する対応する整流器（１４１、１４２、１４３、１４４）に接続される総計６つの相巻線を備えること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の風力設備。
4. １つの巻線の各相間の位相角は１２０°であること
   を特徴とする請求項３に記載の風力設備。
5. 各固定子（１２１、１２２、１２３、１２４）に夫々２つの固定子巻線（１２１１、１２１２）が配されることにより内部重複が形成され、かくして、１つの巻線の故障時、他方の巻線は常に対応する整流器（１４１、１４２、１４３、１４４）に供給される出力電力を生成すること
   を特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の風力設備。
6. 各インバータ（１６１、１６２、１６３、１６４）は、夫々３つのモジュール（１６１１、１６１２、１６１３）から構成される同じ構造を有し、各モジュールの構造は、互いに同一であること、
   各モジュール（１６１１、１６１２、１６１３）は、印加されたｄｃ電圧から３相ａｃ電圧を生成し、夫々のスイッチ（１６１４、１６１５、１６１６）によって夫々のインバータの対応する出力端子（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に結合可能であること
   を特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の風力設備。
7. １つのインバータ（１６１、１６２、１６３、１６４）中のモジュール数は、内部重複を具体化するためにより大きい数とすることができ、該モジュール数により、他のインバータ（１６１、１６２、１６３、１６４）が故障した場合、過負荷従って早期の故障を防止するための容量過多を実現することができること
   を特徴とする請求項６に記載の風力設備。
8. 前記複数の固定子の前記個別固定子は、互いに機械的に分離されていること
   を特徴とする請求項１に記載の風力設備。
9. 少なくとも２つの固定子、少なくとも２つの整流器、少なくとも２つの導体、少なくとも２つのインバータ及び少なくとも２つのトランスを備え、もって、少なくとも２つの電力生成システムが形成されること
   を特徴とする請求項１又は８に記載の風力設備。
10. ４つの固定子、４つの整流器、４つの導体、４つのインバータ及び４つのトランスを備え、もって、４つの電力生成システムが形成されること
    を特徴とする請求項１又は８に記載の風力設備。
11. 各インバータ（１６１、１６２、１６３、１６４）は、少なくとも２つ又は３つのモジュール（１６１１、１６１２、１６１３）から構成されること
    を特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の風力設備。
12. 前記モジュールは、ＩＧＢＴを備えていること
    を特徴とする請求項１１に記載の風力設備。

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