KR101884931B1 - 풍력 터빈 - Google Patents

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Abstract

전력을 발전하도록 구성된 하나 이상의 발전기(2) 및 상기 발전기(2)에 의해서 발전된 전력을 변환하도록 구성되고 그리고 상기 발전기(2) 및 유틸리티 그리드(7)에 연결될 수 있거나 연결된 다수의 전기 변환기 유닛(5, 6, 21)을 포함하는 풍력 터빈(1)으로서, 상기 발전기(2)는 스테이터 세그먼트(4, 4')로 세그먼트화된 스테이터(3)를 포함하고, 각각의 스테이터 세그먼트(4, 4')는 다수의 스테이터 권선(4a-c, 4'a-c)을 포함하고, 상기 개별적인 스테이터 세그먼트(4, 4')의 스테이터 권선(4a-c, 4'a-c)이 적어도 스테이터 권선의 제 1 그룹(4A, 4'A) 및 제 2 그룹(4B, 4'B)으로 분할되고, 각각의 그룹(4A, 4B, 4'A, 4'B)이 하나 이상의 스테이터 권선(4a-c, 4'a-c)을 포함하며, 상기 스테이터 권선(4a, 4'a)의 몇 개의 또는 모든 제 1 그룹(4A, 4'A)이 제 1 전기 변환기 유닛(5)에 전기적으로 연결되고 그리고 상기 스테이터 권선(4b, 4'b)의 몇 개의 또는 모든 제 2 그룹(4B, 4'B)이 제 2 전기 변환기 유닛(6)에 전기적으로 연결된다.

Description

풍력 터빈{WIND TURBINE}
본원 발명은 풍력 터빈에 관한 것으로서, 전력을 발전하도록 구성된 하나 이상의 발전기 및 상기 발전기에 의해서 발전된 전력을 변환하도록 구성되고 그리고 상기 발전기와 유틸리티 그리드(utility grid)에 전기적으로 연결될 수 있거나 연결된 다수의 전기 변환기 유닛(electrical converter unit)을 포함한다.
일반적으로, 풍력 터빈은 직접적으로 그리드에 연결된 상태에서 거의 일정한 회전 속도로 작동된다. 그러나, 풍력 에너지의 양이 즉, 공기역학적 조건들이 변화될 수 있기 때문에, 간접적인 그리드 연결이 공지되어 있으며, 그에 따라 풍력 터빈 발전기가 자체적인 독립적 교류(AC) 그리드 내에서 작동된다. 이러한 그리드는 일반적으로 인버터(inverter)에 의해서 제어되며, 그에 따라 발전기의 스테이터(stator) 내의 교류의 주파수가 풍력 터빈의 로터 허브(rotor hub)의 현재 회전 속도에 맞춰질 것이며, 즉 풍력 터빈은 스테이터로 인가되는 가변 주파수와 일치하는 교류 전류를 생성할 것이다.
가변 주파수를 가지는 교류 전류가 유틸리티 그리드에 인가될 수 없기 때문에, 직류 전류(DC)로 정류 또는 변환할 필요가 있을 것이다. 가변 주파수 AC로부터 DC로의 변환은 예를 들어 사이리스터(thyristor) 또는 트랜지스터(transistor)에 의해서 실행될 수 있다. 또한, 직류가 유틸리티 그리드로 인가될 수 있는 주파수를 가지는 교류로 재변환된다. 다시, 사이리스터 또는 트랜지스터를 이용하여 직류를 교류로 변환한다. 그에 따라, 획득된 교류는 일반적으로 유틸리티 그리드로 공급되기에 앞서서 평류화되어야(smoothed) 할 필요가 있다. 그에 따라, 예를 들어, 적절한 인덕턴스(inductance) 및 커패시터(capacitor)를 이용하는 AC 필터 기구(AC filter mechanism)가 사용될 것이다.
그리드로 인가되는 전력의 전력 품질을 개선하기 위해서, 발전기 및 다수의 전기 변환기 유닛을 포함하는 현대의 풍력 터빈이 제시되어 있는데, 이는, 복수의 변환기 유닛을 이용함으로써 무효 전력(reactive power)의 보다 양호한 제어가 구현가능해지기 때문이다. 통상적인 예가 병렬 구성의 다수의 변환기 모듈(converter module)을 가지는 풍력 터빈을 개시하는 EP 1 768 233 A2에 기재되어 있다.
그럼에도 불구하고, 간접적인 그리드 연결을 가지는 종래 기술의 단점은 풍력 터빈의 가용 비율(availability rates)이 종종 직접적인 그리드 연결을 가지는 풍력 터빈에 비해서 종종 낮다는 것인데, 이는 전력 전자장치의 즉, 주로 전기 변환기 유닛의 고장 때문이다.
그에 따라, 본원 발명의 목적은 특히 그 가용 비율과 관련하여 개선된 풍력 터빈을 제공하는 것이다.
이러한 본원 발명의 목적은 전술한 풍력 터빈에 의해서 달성되며, 여기에서 발전기는 스테이터 세그먼트들(stator segments)로 세그먼트화된 스테이터를 포함하고, 각각의 스테이터 세그먼트는 많은 수의 스테이터 권선(windings)을 포함하며, 상기 각각의 스테이터 세그먼트의 스테이터 권선들이 적어도 제 1 및 제 2 스테이터 권선 그룹으로 분할되고, 각각의 그룹은 하나 이상의 스테이터 권선을 포함하며, 그에 따라 스테이터 권선의 몇 개 또는 모든 제 1 그룹이 제 1 전기 변환기 유닛에 전기적으로 연결되고 그리고 스테이터 권선의 몇 개 또는 모든 제 2 그룹이 제 2 전기 변환기 유닛에 전기적으로 연결된다.
본원 발명의 풍력 터빈은 세그먼트화된 스테이터를 구비한 발전기를 가지며, 즉 상기 스테이터가 많은 수의 개별적인 스테이터 세그먼트로 구축된다. 각각의 스테이터 세그먼트의 개별적인 스테이터 권선은 스테이터 권선의 개별적인 그룹으로 분할 또는 정렬된다. 그에 따라, 바람직하게 각각의 그룹(group)은 동일한 번호의 스테이터 권선을 포함하고, 즉 권선들은 바람직하게 각각의 그룹 내에서 동일하게 분배된다. 스테이터 세그먼트 마다의 그룹의 수는 적어도 2개이고, 다시 말해서 스테이터 세그먼트가 스테이터 권선의 적어도 제 1 및 제 2 그룹을 포함한다. 그에 따라, 본원 발명의 원리는 스테이터 권선의 몇 개의 또는 전부의 제 1 그룹을 제 1 전기 변환기 유닛으로 전기적으로 연결하는 것 그리고 스테이터 권선의 몇 개의 또는 전부의 제 2 그룹을 제 2 전기 변환기 유닛으로 전기적으로 연결하는 것을 제시한다. 따라서, 각각의 스테이터 세그먼트의 스테이터 권선들의 개별적인 그룹이 각각의 독립된 전기 변환기 유닛에 전기적으로 연결되고, 다시 말해서 스테이터의 모든 스테이터 세그먼트를 통해서 스테이터 권선의 각각의 제 1 그룹이 제 1 전기 변환기 유닛에 연관되고, 스테이터의 모든 스테이터 세그먼트를 통해서 스테이터 권선의 각각의 제 2 그룹이 제 2 전기 변환기 유닛에 연관되며, 등등이 계속된다. 본원 발명의 원리의 추가적인 예시적 실시예들이 도면들과 관련하여 설명될 것이다.
본원 발명의 원리는 전기 변환기 유닛의 오류(fault)가 격리될 수 있게 허용하고, 그에 따라 전기 변환기 유닛들의 나머지가 여전히 작동될 수 있게 허용한다. 그에 따라, 제 1 전기 변환기 유닛의 고장이 발생하더라도, 본원 발명의 풍력 터빈은 전력을 유틸리티 그리드로 여전히 공급할 수 있는데, 이는 모든 다른 전기 변환기 유닛이 여전히 작동될 수 있기 때문이다. 그러한 방식에서, 본원 발명은 종래 기술의 단점을 극복하는데, 이는, 전기 변환기 유닛의 고장의 경우에도, 비록 전력 출력이 감소되더라도, 풍력 터빈은 여전히 작동 준비 상태이기 때문이다.
각각의 독립적인 스테이터 그룹들에서 각각의 스테이터 세그먼트의 스테이터 권선들의 분할이 각각의 전기 변환기 유닛에 독립적으로 연결되기 때문에, 하나 또는 둘 이상의 전기 변환기 유닛의 고장의 경우에, 각각의 스테이터 세그먼트 내의 스테이터 권선의 동일한 각각의 그룹들이 풍력 터빈의 전력 출력에 기여하지 않게 보장된다. 그에 따라, 생성된 하모닉(harmonic; 조화) 및 서브-하모닉(sub-harmonic) 주파수들 뿐만 아니라 스테이터 내의 토크 비대칭성(torque asymmetry)이 감소된다.
각 스테이터 세그먼트의 스테이터 권선들의 그룹의 개수가 전기 변환기 유닛의 개수에 대응하는 것이 바람직하다. 그러한 방식에서, 각각의 스테이터 세그먼트의 각각의 제 1, 제 2, 제 3, 등의 스테이터 권선의 그룹을 각각의 제 1, 제 2, 제 3, 등의 전기 변환기 유닛에 직접적으로 연관시키는 것이 가능하다.
스테이터 권선의 그룹이 서로로부터 전기적으로 (갈바닉(galvanic)) 절연되는 것이 유리하다. 그러한 방식에서, 회로 단락 또는 스테이터 세그먼트 내의 스테이터 권선의 각각의 그룹들 사이의 유사한 상황과 같은 임의의 바람직하지 못한 전기적 상호작용이 방지되며, 그에 따라 각각의 스테이터 세그먼트, 스테이터 및 발전기의 작동 안전성이 보장된다. 전기적 절연은 갈바닉 절연을 허용하는 적절한 절연 수단에 의해서 제공되며, 그러한 절연 수단은 주로 예를 들어 변압기에 의해서 제공되는 바와 같은 유도형(inductive) 또는 용량형(capacitive) 절연이 될 것이다.
본원 발명의 추가적인 실시예에서, 스테이터 권선들의 그룹 중의 스테이터 권선들이 서로 전기적으로 연결된다. 여기에서, 스테이터 권선의 각 그룹의 스테이터 권선들이 전기적으로 연결된다. 그에 따라, 바람직하게 전기 연결이 갈바닉 커플링(galvanic coupling)에 의해서 실현되고, 그에 의해서 임의 수의 스테이터 권선들을 전기적으로 연결할 수 있는 스타-포인트(star-point) 연결부들이 바람직하게 이용된다.
동일한 전기 변환기 유닛에 연결된 다른 스테이터 세그먼트의 스테이터 권선의 그룹들이 서로로부터 전기적으로 절연된다. 그 대신에, 동일한 전기 변환기 유닛에 전기적으로 연결된 다른 스테이터 세그먼트의 스테이터 권선들의 그룹이 서로 전기적으로 연결된다. 후자의 경우에, 다른 스테이터 세그먼트의 스테이터 권선들의 각각의 그룹의 전기적인 연결이 달성된다. 다시, 전기적 절연/연결이 바람직하게 갈바닉 절연/커플링에 의해서 바람직하게 제공된다. 그에 따라, 변압기 등과 같은 각각의 전자 성분들이 필요한 경우에 제공된다.
전기 변환기 유닛들은 바람직하게 병렬로 연결된다. 그럼에도 불구하고, 예외적인 경우에, 각각의 전기 변환기 유닛의 직렬 연결도 또한 고려할 수 있을 것이며, 그에 따라 필요한 경우에 잘못된 전기 변환기 유닛을 브릿징(bridging)하기 위해서 전기적인 브릿징이 필요하게 될 것이다.
각각의 전기 변환기 유닛은 하나 이상의 전기 브레이커(electrical breaker), 하나 이상의 발전기 측(side) 정류기, 하나 이상의 유틸리티 그리드 측 정류기, 하나 이상의 발전기 측 인버터, 하나 이상의 유틸리티 그리드 측 인버터, 하나 이상의 DC-링크(DC-link), 및 하나 이상의 제어 유닛을 포함할 수 있을 것이다. 그에 따라, 각각의 전기 변환기 유닛이 간접적인 그리드 연결을 위해서 필요한 필수적인 전기 성분들을 구비하고, 다시 말해서 각각의 전기 변환기 유닛이 작동 중에 발전기로부터 공급되는 가변 주파수를 가지는 AC를 유틸리티 그리드에 인가될 수 있는 일정한 주파수를 가지는 AC로 변환할 수 있는 준비가 된다.
스테이터 세그먼트는 단일 층 또는 이중 층 구성을 포함할 수 있고, 이중-층 구성은 슬롯(slot)을 구비하고, 각 슬롯은 제 1 및 제 2 스테이터 권선을 수용하도록 구성되며, 그에 따라 제 1 스테이터 권선이 제 2 스테이터 권선의 상부에 배치된다. 후자의 경우에, 제 1 스테이터 권선이 스테이터 권선의 제 1 그룹을 구축하고 그리고 제 2 스테이터 권선이 스테이터 권선의 제 2 그룹을 구축하는 것이 바람직하며, 스테이터 권선의 제 1 및 제 2 그룹이 독립적인 전기 변환기 유닛들에 전기적으로 연결된다. 그에 따라, 각각의 스테이터 세그먼트의 각각의 슬롯 내의 2개의 독립적인 권선들이 스테이터 권선의 독립적인 그룹들과 연관되고 그리고 추가적으로 독립적으로, 즉 각각의 제 1 및 제 2 전기 변환기 유닛에 전기적으로 연결된다. 그러한 방식에서, 본원 발명의 원리는 또한 이중-층 권선 구성을 가지는 스테이터 세그먼트에 용이하게 적용될 수 있을 것이다.
도 1은 본원 발명의 예시적인 실시예에 따른 풍력 터빈을 도시한 원리적인 단면도이다.
도 2는 본원 발명의 예시적인 실시예에 따른 풍력 터빈의 원리적인 단면도이다.
도 3은 본원 발명의 예시적인 실시예에 따른 풍력 터빈의 원리적인 단면도이다.
도 4는 본원 발명의 예시적인 실시예에 따른 풍력 터빈의 원리적인 단면도이다.
도 1은 직사각형으로 표시된 바와 같은 풍력 터빈(1)의 원리적인 단면도로서, 본원 발명과 관련이 있는 풍력 터빈(1)의 성분들만을 도시한 도면이다. 풍력 터빈(1)은 풍력 터빈(1)의 작동 중에 전력을 생산하도록 구성된 발전기(2)를 포함한다. 발전기(2)는 세그먼트화된 스테이터(3)를 포함하고, 다시 말해서 스테이터(3)는 많은 수의 스테이터 권선(도 2-4 참조)을 각각 포함하는 많은 수의 스테이터 세그먼트(4, 4') 등으로 구성된다. 발전기(2)는 공지된 방식으로 풍력 터빈(1)의 로터 허브(도시되지 않음)에 기계적으로 연결된다.
풍력 터빈(1)은 발전기(2)에 의해서 발전된 전력을 유틸리티 그리드(7)에 인가할 수 있는 전력으로 변환하도록 구성된 많은 수의 전기 변환기 유닛(5, 6)을 더 포함한다. 전기 변환기 유닛(5, 6)은 병렬 구성을 가지며, 다시 말해서 병렬로 연결된다. 각각의 전기 변환기 유닛(5, 6)이 발전기(2)에 그리고 유틸리티 그리드(7)에 전기적으로 연결될 수 있고 또는 연결된다. 발전기(2)가 바람직하게 3-상 발전기로서 구축되기 때문에, 발전기(2)는 3개의 개별적인 출력 라인에 의해서 각각의 전기 변환기 유닛(5, 6)에 연결된다.
풍력 터빈(1)은 간접적인 그리드 연결을 가지며, 즉 발전기(2)로부터 공급되는 가변 주파수의 AC를 유틸리티 그리드(7)로 인가될 수 있는 일정 주파수의 AC로 변환시키는 것을 허용하는 각각의 성분들을 전기 변환기 유닛(5, 6)이 포함한다. 따라서, 각각의 전기 변환기 유닛(5, 6)이 전기 브레이커(8), 발전기 측 정류기(9), 유틸리티 그리드 측 정류기(10), 발전기 측 인버터(11), 유틸리티 그리드 측 인버터(12), DC-링크(13), 및 제어 유닛(14)을 포함한다.
각각의 제어 유닛(14)이 풍력 터빈(1)의 각각의 정류기(9, 10), 각각의 변환기(11, 12), 및 중앙 제어 유닛(15)과 통신한다. 중앙 제어 유닛(15)은 많은 수의 개별적인 풍력 터빈(1)을 포함하는 풍력 파크(wind park)의 조정을 위해서 사용되는 파크 제어 유닛(16)과 소통하도록 구성되며, 다시 말해서 파크 제어 유닛(16)은 현재의(the present) 풍력 터빈(1) 및 풍력 파크 내의 풍력 터빈들의 클러스터(cluster)와 같은 개별적인 풍력 터빈들의 유효(active) 및 무효 전력을 제어하도록 허용한다. 또한, 파크 제어 유닛(16)은 이더넷 스위치(Ethernet switch)와 같은 표준 네트워크 스위치(standard network switch; 17)에 의해서 전기 변환기 유닛(5, 6)의 각각의 제어 유닛(14)과 소통한다. 또한, 전기 변환기 유닛(5, 6)의 각각의 제어 유닛(14)이 서로 통신할 준비가 된다.
본원 발명의 예시적인 실시예에 따른 풍력 터빈(1)의 원리적인 단면을 도시한 도 2로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 스테이터 세그먼트(4)의 스테이터 권선(4a, 4b) 및 스테이터 세그먼트(4')의 스테이터 권선(4'a, 4'b)이 스테이터 권선의 각각의 제 1 및 제 2 그룹(4A, 4B, 및 4'A, 4'B)으로 분할되며, 그에 따라 스테이터 세그먼트(4)가 3개의 각각의 스테이터 권선(4a)으로 이루어진 그룹(4A) 그리고 3개의 각각의 스테이터 권선(4b)으로 이루어진 그룹(4B)을 포함한다. 따라서, 스테이터 세그먼트(4')는 3개의 각각의 스테이터 권선(4'a)으로 이루어진 그룹(4'A) 그리고 3개의 각각의 스테이터 권선(4'b)으로 이루어진 그룹(4'B)을 포함한다. 그에 따라, 각각의 제 1 그룹(4A, 4'A) 및 제 2 그룹(4B, 4'B)은 3개의 스테이터 권선을 포함한다. 즉, 각각의 그룹(4A, 4B, 4'A, 4'B)이 3-상 발전기 출력을 가지는데, 이는 각각의 그룹(4A, 4B, 4'A, 4'B)이 전술한 바와 같이 3개의 스테이터 권선을 포함하기 때문이다.
추가적으로 확인할 수 있는 바와 같이, 스테이터 세그먼트(4, 4') 전체를 통한 모든 제 1 그룹(4A, 4'A)이 전기 변환기 유닛(5)에 전기적으로 연결되는 한편, 각각의 스테이터 세그먼트(4, 4')의 모든 제 2 그룹(4B, 4'B)이 전기 변환기 유닛(6)에 전기적으로 연결된다. 그에 따라, 각각의 스테이터 세그먼트(4, 4')의 스테이터 권선(4a, 4b, 4'a, 4'b)을 각각의 그룹(4A, 4B, 4'A, 4'B)으로 분할하는 것은 각각의 제 1 그룹(4A, 4'A) 및 제 2 그룹(4B, 4'B)을 전기 변환기 유닛(5, 6)과 독립적으로 연결할 수 있게 허용한다. 즉, 각각의 스테이터 세그먼트(4, 4')의 그룹(4A, 4B, 4'A, 4'B)의 개수가 전기 변환기 유닛(5, 6)의 개수에 대응하기 때문에, 각각의 스테이터 세그먼트(4, 4')가 전기 변환기 유닛(5, 6)의 모두에 전기적으로 커플링된다. 그러한 방식에서, 풍력 터빈(1)의 가용 비율이 보장된다. 즉, 전기 변환기 유닛(5, 6) 중 하나가 고장인 경우에도, 개별적인 다른 전기 변환기 유닛(5, 6)은 여전히 작동될 수 있을 것이다.
그룹(4A)을 기초로 설명되는 바와 같이, 스테이터 권선(4a)은 스타-포인트 연결부(star-point connection; 18)에 의해서 서로 전기적으로 연결된다. 동일한 것이, 동일한 전기 변환기 유닛(5, 6)에 연결된 그룹(4B, 4'A 및 4'B)의 개별적인 스테이터 권선(4b, 4'a 및 4'b)에도 적용된다. 각각의 스테이터 세그먼트(4, 4')의 모든 그룹(4A, 4B 그리고 4'A, 4'B)이 서로로부터 갈바닉적으로 절연된다.
물론, 본원 발명의 원리가 둘 보다 많은 세그먼트(4, 4')를 가지는 스테이터(3)를 구비하는 발전기(2)에 대해서도 유사하게 적용된다. 이러한 경우에, 개별적인 추가적 스테이터 세그먼트의 스테이터 권선의 개별적인 분할이 또한 2개의 그룹 즉, 제 1 및 제 2 그룹으로 이루어질 수 있을 것이고, 그에 따라 스테이터 권선의 제 1 그룹이 전기 변환기 유닛(5)에 전기적으로 연결될 것이고 그리고 스테이터 권선의 개별적인 제 2 그룹이 전기 변환기 유닛(6)에 전기적으로 연결될 것이다.
동일한 전기 변환기 유닛(5, 6)에 전기적으로 연결된 다른 스테이터 세그먼트(4, 4')의 그룹(4A, 4'A 및 4B, 4'B)이 서로로부터 전기적으로 절연된 것을 도시한 도 2에 따른 실시예와 대조적으로, 도 3은 동일한 전기 변환기 유닛(5, 6)에 전기적으로 연결된 다른 스테이터 세그먼트(4, 4')의 개별적인 그룹(4A, 4'A 및 4B, 4'B)이 연결 라인(19, 20)으로 표시된 바와 같이 서로 전기적으로 연결될 수도 있다는 것을 도시한다. 그에 따라, 연결 라인(19)은 스테이터 세그먼트(4)의 그룹(4A)과 스테이터 세그먼트(4')의 그룹(4'A)의 연결을 구성하고, 그리고 연결 라인(20)은 스테이터 세그먼트(4)의 그룹(4B)과 스테이터 세그먼트(4')의 그룹(4'B)의 연결을 구성한다.
도 4는 본원 발명의 추가적인 예시적 실시예에 따른 풍력 터빈(1)의 원리적인 단면을 도시한다. 그에 따라, 각각의 스테이터 세그먼트(4, 4')는 9개의 스테이터 권선을 포함하고, 다시 말해서 스테이터 세그먼트(4)가 스테이터 권선(4a, 4b 및 4c)으로 구성되는 한편, 스테이터 세그먼트(4')는 스테이터 권선(4'a, 4'b 및 4'c)으로 구성된다. 그에 따라, 스테이터 세그먼트(4)의 개별적인 스테이터 권선(4a, 4b 및 4c)은 3개의 그룹(4A, 4B, 4C)으로 그룹화되고, 그에 따라 각각의 그룹(4A, 4B, 4C)은 3개의 개별적인 스테이터 권선(4a, 4b 및 4c)을 포함한다. 동일한 것이, 3개의 스테이터 권선 즉, 스테이터 권선(4'a, 4'b 및 4'c)으로 각각 이루어진 3개의 그룹(4'A, 4'B, 4'C)을 가지는 스테이터 세그먼트(4')에도 적용된다.
각각의 스테이터 세그먼트(4, 4')가 2개의 그룹(4A, 4B, 4C)을 포함하기 때문에, 개별적인 개수의, 즉 3개의 변환기 유닛(5, 6, 21)이 제공되며, 그에 따라 스테이터 세그먼트(4, 4') 마다의 그룹의 개수는 전기 변환기 유닛(5, 6, 21)의 개수에 대응한다.
본원 발명에 따른 풍력 터빈(1)은 단일 또는 이중-층 구성을 가지는 스테이터 세그먼트(4, 4') 등을 포함할 수 있을 것이며, 그에 따라 이중-층 구성과 관련하여, 개별적인 스테이터 세그먼트가 제 1 및 제 2 스테이터 권선을 수용하도록 구성된 슬롯을 포함하고, 그에 따라 제 1 스테이터 권선이 제 2 스테이터 권선의 상부에 배치된다. 이러한 경우에, 제 1 스테이터 권선이 스테이터 권선의 제 1 그룹을 구축하고 그리고 제 2 스테이터 권선이 스테이터 권선의 제 2 그룹을 구축하며, 그에 따라 본원 발명의 원리가 여전히 적용될 수 있으며, 다시 말해서 스테이터 권선의 각각의 그룹이 개별적인 전기 변환기 유닛에 독립적으로 연결된다.

Claims (11)

  1. 전력을 발전하도록 구성된 하나 이상의 발전기(2) 및 상기 발전기(2)에 의해서 발전된 전력을 변환하도록 구성되고 그리고 상기 발전기(2) 및 유틸리티 그리드(utility grid; 7)에 전기적으로 연결될 수 있거나 연결된 복수의 전기 변환기 유닛(electrical converter unit; 5, 6)을 포함하는 풍력 터빈(wind turbine; 1)으로서,
    상기 발전기(2)는 스테이터 세그먼트들(stator segments; 4, 4')로 세그먼트화된 스테이터(3)를 포함하고, 각각의 스테이터 세그먼트(4, 4')는 복수의 스테이터 권선(4a-b, 4'a-b)을 포함하고, 개별적인 스테이터 세그먼트(4, 4')의 스테이터 권선(4a-b, 4'a-b)이 스테이터 권선의 제 1 그룹(first group; 4A, 4'A) 및 제 2 그룹(4B, 4'B)으로 분할되고, 각각의 그룹(4A, 4B, 4'A, 4'B)이 두 개의 스테이터 권선(4a-b, 4'a-b)을 포함하며, 상기 스테이터 권선(4a, 4'a)의 제 1 그룹(4A, 4'A) 모두는 제 1 전기 변환기 유닛(5)에 전기적으로 연결되고 그리고 상기 스테이터 권선(4b, 4'b)의 제 2 그룹(4B, 4'B) 전부는 제 2 전기 변환기 유닛(6)에 전기적으로 연결되고,
    상기 각각의 스테이터 세그먼트(4, 4')의 스테이터 권선(4a-b, 4'a-b)의 그룹(4A, 4B, 4'A, 4'B)의 개수가 전기 변환기 유닛(5, 6)의 개수에 대응하고,
    상기 스테이터 세그먼트(4, 4')는 이중 층 구성을 포함하고, 상기 이중 층 구성은 슬롯(slot)을 구비하고, 각 슬롯은 제 1 및 제 2 스테이터 권선을 수용하도록 구성되며, 상기 제 1 스테이터 권선이 제 2 스테이터 권선의 상부에 배치되고,
    상기 제 1 스테이터 권선이 스테이터 권선의 제 1 그룹을 형성하고 그리고 상기 제 2 스테이터 권선이 스테이터 권선의 제 2 그룹을 형성하며, 상기 스테이터 권선의 제 1 그룹이 전기 변환기 유닛(5)에 전기적으로 연결되고, 상기 스테이터 권선의 제 2 그룹이 전기 변환기 유닛(6)에 전기적으로 연결되는,
    풍력 터빈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 스테이터 세그먼트(4, 4') 내에서 스테이터 권선의 그룹(4A, 4B, 4'A, 4'B)이 서로 전기적으로 절연되는
    풍력 터빈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이터 권선의 그룹(4A, 4B, 4'A, 4'B)의 스테이터 권선(4a-b, 4'a-b)이 서로 전기적으로 연결되는
    풍력 터빈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 연결이 스타-포인트 연결부(star-point connection; 18)에 의해서 구성되는
    풍력 터빈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    동일한 전기 변환기 유닛(5, 6)에 전기적으로 연결된 다른 스테이터 세그먼트(4, 4')의 스테이터 권선의 그룹(4A, 4B, 4'A, 4'B)이 상기 전기 변환기 유닛(5, 6)으로의 연결 라인을 제외하고 서로로부터 전기적으로 절연되는
    풍력 터빈.
  6. 제 4 항에 있어서,
    동일한 전기 변환기 유닛(5, 6)에 전기적으로 연결된 다른 스테이터 세그먼트(4, 4')의 스테이터 권선의 그룹(4A, 4B, 4'A, 4'B)이 서로 전기적으로 연결되는
    풍력 터빈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 변환기 유닛(5, 6)이 병렬로 연결되는
    풍력 터빈.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 전기 변환기 유닛(5, 6)이 하나 이상의 전기 브레이커(electrical breaker; 8), 하나 이상의 발전기 측 정류기(9), 하나 이상의 유틸리티 그리드 측 정류기(10), 하나 이상의 발전기 측 인버터(inverter; 11), 하나 이상의 유틸리티 그리드 측 인버터(12), 하나 이상의 DC-링크(DC-link; 13), 및 하나 이상의 제어 유닛(14)을 포함하는
    풍력 터빈.
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2543412T3 (es) * 2006-03-16 2015-08-19 Thyssenkrupp Aufzugswerke Gmbh Accionamiento de ascensor con un motor eléctrico
EP3128646A1 (en) 2009-01-16 2017-02-08 Boulder Wind Power, Inc. Segmented stator for an axial field device
US9154024B2 (en) 2010-06-02 2015-10-06 Boulder Wind Power, Inc. Systems and methods for improved direct drive generators
US9685887B2 (en) * 2012-10-12 2017-06-20 Younicos Inc. Controlling power conversion systems
DK177684B1 (en) * 2012-12-21 2014-03-03 Envision Energy Denmark Aps Wind turbine having a HTS generator with a plurality of phases
US8736133B1 (en) 2013-03-14 2014-05-27 Boulder Wind Power, Inc. Methods and apparatus for overlapping windings
DE102014200947A1 (de) * 2014-01-20 2015-08-06 Wobben Properties Gmbh Synchrongenerator einer getriebelosen Windenergieanlage
DE102014204802A1 (de) * 2014-03-14 2015-09-17 Siemens Aktiengesellschaft Konvertersystem und Verfahren zum Konvertieren von Wechselstrom
EP2940860B1 (en) * 2014-04-29 2019-11-06 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Generator for producing electric power
US10177620B2 (en) 2014-05-05 2019-01-08 Boulder Wind Power, Inc. Methods and apparatus for segmenting a machine
EP2953228B1 (en) * 2014-06-02 2017-03-08 Siemens Aktiengesellschaft Device and method for connecting an electric power generator to an HVDC transmission system
CN107302270A (zh) 2016-04-15 2017-10-27 舍弗勒技术股份两合公司 发电机定子和发电机
DE102016108712A1 (de) 2016-05-11 2017-11-16 Wobben Properties Gmbh Synchrongenerator einer getriebelosen Windenergieanlage sowie Verfahren zum Herstellen eines Synchrongenerators und Verwendung von Formspulen
EP3252927B1 (en) * 2016-05-31 2020-04-15 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Segmented armature assembly
CN106286129B (zh) * 2016-10-12 2021-04-06 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组及其控制方法
EP3547505A1 (de) * 2018-03-27 2019-10-02 Siemens Aktiengesellschaft Kombination einer elektrischen drehstrommaschine mit einer umrichtereinheit und windkraftanlage
EP3550699A1 (en) * 2018-04-03 2019-10-09 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Winding design arrangement for an electrical machine and wind turbine generator
EP3579371A1 (en) * 2018-06-08 2019-12-11 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Dual transformer turbine
CN111884396A (zh) * 2020-08-17 2020-11-03 浙江大学 风力发电系统
KR102290486B1 (ko) 2021-05-18 2021-08-17 에덴녹화산업주식회사 보습이 뛰어난 녹생토 및 그 제조방법
EP4145685A1 (en) * 2021-09-07 2023-03-08 Abb Schweiz Ag Stator, electrical machine and method of manufacturing a stator

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004301116A (ja) * 2003-03-19 2004-10-28 Mitsubishi Electric Corp 風力発電システム
WO2008119864A1 (es) * 2007-03-30 2008-10-09 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Generador para tubina eólica con bobinados independientes
JP2008274882A (ja) * 2007-05-01 2008-11-13 Tokyo Denki Univ ハイブリッド風力発電システム

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10040273A1 (de) * 2000-08-14 2002-02-28 Aloys Wobben Windenergieanlage
DK175645B1 (da) * 2002-10-31 2005-01-03 Bonus Energy As Elektrisk kredslöb til drevet generator med segmenteret stator
WO2004099800A2 (de) * 2003-05-09 2004-11-18 Siemens Aktiengesellschaft Messeinrichtung und verfahren zur ortung einer teilentladung
US7288910B2 (en) * 2003-12-01 2007-10-30 Pratt & Whitney Canada Corp. Sensorless control in a permanent magnet machine
CA2597185A1 (en) * 2005-02-02 2006-08-10 Magnetic Applications, Inc. Pulse generator for a controlled rectifier
US7439714B2 (en) * 2005-09-27 2008-10-21 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Method for operation of a converter system
DE102005048096A1 (de) * 2005-09-30 2007-04-26 Robert Bosch Gmbh Elektrische Maschine, insbesondere Drehstromgenerator
AU2007342411B2 (en) * 2006-12-28 2012-04-26 Resmed Motor Technologies Inc. Coil winding methods and structures for a slotless stator in a motor
JP2008278567A (ja) * 2007-04-26 2008-11-13 Hitachi Ltd 回転電機及び交流発電機
US8084972B2 (en) * 2007-11-16 2011-12-27 Honeywell International Inc. Dual lane control of a permanent magnet brushless motor using non-trapezoidal commutation control
CN101809837B (zh) * 2007-12-14 2013-10-16 三菱重工业株式会社 风力发电装置
DE502008001253D1 (de) * 2008-02-27 2010-10-14 Abb Schweiz Ag Energiesystem umfassend eine Wind- oder Wasserkraftturbine
JP2009303298A (ja) * 2008-06-10 2009-12-24 Denso Corp 交流モータ装置
US8125095B2 (en) * 2008-06-18 2012-02-28 Duffey Christopher K Variable speed synchronous generator
JP5433198B2 (ja) * 2008-10-16 2014-03-05 日立オートモティブシステムズ株式会社 回転電機及び電気自動車
EP2228897B1 (en) * 2009-03-11 2012-07-04 Vercet LLC Generator power conditioning
US8035270B2 (en) * 2009-06-30 2011-10-11 American Axle & Manufacturing, Inc. Wheel motor
JP5275944B2 (ja) * 2009-08-20 2013-08-28 ミネベア株式会社 シートコイル型レゾルバ
US20110101817A1 (en) * 2009-11-05 2011-05-05 Gm Global Technology Operations, Inc. Variable geometry electric machine
JP5569289B2 (ja) * 2010-01-22 2014-08-13 株式会社デンソー 回転電機の固定子
EP2378631A1 (en) * 2010-04-13 2011-10-19 Siemens Aktiengesellschaft Stator-arrangement
JP5073005B2 (ja) * 2010-04-27 2012-11-14 三菱電機株式会社 回転電機
EP2395632A1 (en) * 2010-06-10 2011-12-14 Siemens Aktiengesellschaft Stator segment unit adapted to build a ring-shaped stator when assembled

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004301116A (ja) * 2003-03-19 2004-10-28 Mitsubishi Electric Corp 風力発電システム
WO2008119864A1 (es) * 2007-03-30 2008-10-09 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Generador para tubina eólica con bobinados independientes
JP2008274882A (ja) * 2007-05-01 2008-11-13 Tokyo Denki Univ ハイブリッド風力発電システム

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Publication number Publication date
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AU2012200262A1 (en) 2012-09-13

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