RU2221165C2

RU2221165C2 - Windmill electric generating plant

Info

Publication number: RU2221165C2
Application number: RU2001131103/06A
Authority: RU
Inventors: Матс ЛЕЙЁН (SE); Матс Лейён; Гуннар КЮЛАНДЕР (SE); Гуннар Кюландер
Original assignee: Абб Аб
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2004-01-10
Also published as: WO2000074198A1; CA2375125A1; TW436581B; BR9917306A; AR024115A1; EE200100628A; JP2003501993A; NO20015811L; NO20015811D0; EP1198872A1; MXPA01011954A; CN1352819A; AU4938999A; AU759548B2; TR200103404T2

Abstract

FIELD: wind power engineering. SUBSTANCE: proposed windmill electric generating plant contains at least one windmill electric generating set with wind turbine, electric generator set into rotation by wind turbine and rectifier and DC voltage connecting line between rectifier installed in windmill electric generating set and inverter connected from side of ac current with main or distributing network and installed in plant from side of network DC voltage connecting line includes supply cable or cable-like transmission line. Plant contains also DC current converter which is connected with rectifier from low-voltage side and with inverter from high-voltage side. Converter is connected to supply cable from side of windmill electric generating set. It is expedient to connect several windmill electric generating plants in parallel to low-voltage side of DC converter. EFFECT: provision of system with variable speed of rotation featuring good transmission of energy from plant to ground network and high voltage of direct current. 27 cl, 5 dwg

Description

Область техники
Изобретение относится к ветроэлектрической станции, включающей по меньшей мере одну ветроэлектрическую установку, содержащую ветротурбину, электрический генератор, приводимый в действие этой ветротурбиной, и выпрямитель, и соединительную линию постоянного напряжения между выпрямителем, установленным в ветроэлектрической установке, и инвертором, который со стороны переменного тока связан с магистральной или распределительной сетью и установлен в станции со стороны сети.Technical field
The invention relates to a wind power station comprising at least one wind power installation containing a wind turbine, an electric generator driven by this wind turbine, and a rectifier, and a DC voltage connecting line between the rectifier installed in the wind electric installation and the inverter, which is on the AC side connected to the backbone or distribution network and installed in the station from the network side.

Изобретение предназначено главным образом для использования в таких ситуациях, когда соединение между генератором и магистральной или распределительной сетью включает кабель, предназначенный для погружения в воду. Следовательно, изобретение относится прежде всего к таким применениям, в которых одна или несколько ветротурбин с соответствующими генераторами предназначены для размещения в море или на озере, а кабельное соединение идет к магистральной или распределительной сети, расположенной на суше. Хотя преимущества изобретения прежде всего проявляются при его использовании вместе с ветротурбинами, установленными в море или на озере, тем не менее изобретение дает выигрыш и при его использовании в ситуациях, когда ветротурбины и генераторы расположены на суше, а соединительная линия, которая в этом случае не обязательно представляет собой кабель, но может быть выполнена в виде воздушных линий или кабелей, связывает с распределительной или магистральной сетью несколько таких ветротурбин/генераторов. The invention is intended primarily for use in situations where the connection between the generator and the main or distribution network includes a cable designed for immersion in water. Therefore, the invention relates primarily to such applications in which one or more wind turbines with appropriate generators are designed for placement in the sea or on the lake, and the cable connection goes to the main or distribution network located on land. Although the advantages of the invention are primarily manifested when it is used together with wind turbines installed in the sea or on a lake, the invention also benefits when it is used in situations where the wind turbines and generators are located on land, and the connecting line, which in this case is not it is necessarily a cable, but it can be made in the form of overhead lines or cables, it connects several such wind turbines / generators with a distribution or trunk network.

Уровень техники
При установке ветроэлектрических станций в море для удешевления проекта необходимо располагать большие группы ветроэлектрических установок в пределах ограниченной площади. Для морской ветроэнергетики требуются относительно большие ветроэлектрические установки (3 МВт и более) при полной мощности системы 50-100 МВт. До настоящего времени проектирование таких ветроэнергетических систем исходит из предположения, что передача произведенной электроэнергии осуществляется традиционно на переменном токе с использованием трехфазных кабельных систем, проложенных в море. В этом случае генератор почти всегда представляет собой трехфазный асинхронный генератор. Следует отметить, что имеются примеры использования синхронных генераторов, непосредственно связанных с сетью, но при этом, как правило, между генератором и корпусом двигателя приходится устанавливать сложную механическую пружинную подвеску для сглаживания колебаний мощности, обусловленных изменением силы ветра. Это является следствием того факта, что динамически ротор синхронного генератора ведет себя как пружина, "сжатая" жесткой сетью переменного тока, в то время как асинхронный генератор ведет себя подобно демпферу. Обычный асинхронный генератор мощностью 3 МВт может быть рассчитан на напряжение приблизительно 3-6 кВ и соединен с трансформатором, который на первом этапе повышает напряжение, например, до 24 кВ. В ветроэнергетической системе с парком из 30-40 ветроэлектрических станций имеется центральный трансформатор, который дополнительно повышает напряжение до 130 кВ. Преимущество такой системы состоит в том, что она является дешевой и не требует никаких сложных подсистем. Ее недостаток, в частности, заключается в технических трудностях передачи энергии на большие расстояния по высоковольтному кабелю переменного напряжения. Это обусловлено тем фактом, что кабель вносит емкостную реактивную мощность, которая увеличивается с увеличением его длины. При этом ток через проводник и в экранной оболочке кабеля возрастает настолько, что невозможно создать кабель, рассчитанный на большие расстояния. Другой недостаток заключается в том, что изменение силы ветра вызывает изменение напряжения в линии электропередачи, которое может затрагивать ближайших потребителей электроэнергии. Это особенно актуально для "слабых" сетей, то есть имеющих низкую мощность короткого замыкания. Из-за вышеупомянутых технических проблем, связанных с передачей электроэнергии по кабелю на большие расстояния, приходится подключать парк ветроэлектрических станций к "слабой" сети. Согласно некоторым основополагающим принципам изменения напряжения не могут превышать 4%. Разные страны имеют различные регламентирующие инструкции и, как правило, ограничения не столь строги для более низких напряжений в линиях электропередачи. Кроме того, ограничения на изменения напряжения могут быть различными в зависимости от их продолжительности. Быстрые изменения напряжения вызывают "мерцание", то есть изменение яркости ламп накаливания, что регламентируется соответствующими положениями.State of the art
When installing wind power stations at sea, to reduce the cost of the project, it is necessary to have large groups of wind power plants within a limited area. Offshore wind energy requires relatively large wind power installations (3 MW or more) with a total system power of 50-100 MW. Until now, the design of such wind energy systems is based on the assumption that the transmission of generated electricity is traditionally carried out on alternating current using three-phase cable systems laid at sea. In this case, the generator is almost always a three-phase asynchronous generator. It should be noted that there are examples of the use of synchronous generators directly connected to the network, but at the same time, as a rule, a complex mechanical spring suspension has to be installed between the generator and the engine body to smooth out power fluctuations caused by changes in wind power. This is a consequence of the fact that dynamically the rotor of a synchronous generator behaves like a spring “compressed” by a rigid AC network, while an asynchronous generator behaves like a damper. A conventional 3 MW asynchronous generator can be rated for approximately 3-6 kV and connected to a transformer, which in the first step raises the voltage, for example, up to 24 kV. In a wind energy system with a fleet of 30-40 wind power stations, there is a central transformer, which additionally increases the voltage to 130 kV. The advantage of such a system is that it is cheap and does not require any complex subsystems. Its drawback, in particular, lies in the technical difficulties of transmitting energy over long distances through a high-voltage AC cable. This is due to the fact that the cable contributes capacitive reactive power, which increases with increasing length. In this case, the current through the conductor and in the screen sheath of the cable increases so much that it is impossible to create a cable designed for long distances. Another disadvantage is that a change in wind force causes a change in voltage in the power line, which can affect nearby consumers of electricity. This is especially true for "weak" networks, that is, having a low short circuit power. Due to the aforementioned technical problems associated with the transmission of electricity over cable over long distances, it is necessary to connect the fleet of wind power stations to the "weak" network. According to some fundamental principles, voltage changes cannot exceed 4%. Different countries have different regulatory instructions and, as a rule, the restrictions are not so strict for lower voltages in power lines. In addition, the restrictions on voltage changes can be different depending on their duration. Rapid changes in voltage cause "flicker", that is, a change in the brightness of incandescent lamps, which is regulated by the relevant provisions.

Одно из решений вышеупомянутой проблемы, касающейся длинных кабелей, состоит в передаче электроэнергии с помощью постоянного тока при высоком напряжении. Тогда кабель можно протянуть непосредственно до мощной сети. Другое преимущество этого решения состоит в том, что передача на постоянном токе характеризуется меньшими потерями, нежели передача на переменном токе. При этом с технической точки зрения длина кабеля не ограничена. Высоковольтная вставка постоянного тока включает выпрямляющую станцию, линию электропередачи (кабель или воздушную линию), инверторную станцию и фильтры для устранения высших гармоник, возникающих в результате преобразования. Ранее в высоковольтных вставках постоянного тока для выпрямления и обратного преобразования использовались тиристоры, которые можно включить, но нельзя выключить, коммутация при этом осуществляется при прохождении переменного напряжения через нуль и поэтому такие преобразователи называются коммутируемыми сетью. Недостатком такого технического решения является то, что эти преобразователи потребляют реактивную мощность и вносят в сеть высшие гармоники. В более современном решении в преобразователях вместо тиристоров используются так называемые биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). Биполярный транзистор с изолированным затвором можно как включать, так и выключать; кроме того, он характеризуется высокой частотой переключения. Это означает, что преобразователи можно выполнить на основе совершенно другого принципа и создать так называемые самокоммутирующиеся преобразователи. В целом преимущества самокоммутирующихся преобразователей состоят в том, что последние могут как вносить, так и отбирать реактивную мощность, что позволяет активно компенсировать колебания уровня напряжения со стороны слабой сети. Следовательно, такие преобразователи обладают преимуществом перед прежними преобразователями, поскольку новые преобразователи можно подсоединять к сети, расположенной ближе к ветроэнергетической станции. Благодаря высокой частоте переключения снимается проблема, связанная с высшими гармониками, имевшая место в прежних высоковольтных вставках постоянного тока. Однако имеются недостатки, состоящие в том, что потери в преобразовательной станции возрастают, так же как и ее стоимость. Самокоммутирующийся преобразователь характеризуется тем, что напряжение образуется из быстрой импульсной последовательности, которая генерируется преобразователем. Разность между напряжением в форме импульсов и синусоидальным напряжением сети будет падать на индуктивностях со стороны сети. Существуют два типа самокоммутирующихся инверторов: жесткие по напряжению (инвертор - источник напряжения) и жесткие по току (инвертор - источник тока) с несколько различными характеристиками. Наилучшим для регулировки мощности является инвертор - источник напряжения, в котором со стороны постоянного тока включен по меньшей мере один конденсатор. One solution to the aforementioned problem regarding long cables is to transfer electricity using direct current at high voltage. Then the cable can be pulled directly to a powerful network. Another advantage of this solution is that direct current transmission is characterized by lower losses than alternating current transmission. At the same time, from a technical point of view, the cable length is not limited. The high-voltage DC insert includes a rectifying station, a power line (cable or overhead line), an inverter station, and filters to eliminate the higher harmonics resulting from the conversion. Earlier, thyristors that can be turned on but not turned off were used in high-voltage DC inserts for rectification and inverse conversion, while switching is performed when the alternating voltage passes through zero and therefore such converters are called switched networks. The disadvantage of this technical solution is that these converters consume reactive power and introduce higher harmonics into the network. In a more modern solution, converters instead of thyristors use the so-called insulated gate bipolar transistors (IGBT). An insulated gate bipolar transistor can be turned on and off; in addition, it is characterized by a high switching frequency. This means that the converters can be performed on the basis of a completely different principle and create the so-called self-switching converters. In general, the advantages of self-switching converters are that the latter can both add and select reactive power, which allows you to actively compensate for voltage fluctuations from a weak network. Therefore, such converters have an advantage over previous converters, since the new converters can be connected to a network closer to the wind power station. Due to the high switching frequency, the problem associated with higher harmonics, which took place in previous high-voltage DC inserts, is eliminated. However, there are drawbacks in that the losses in the converter station increase, as well as its cost. A self-switching converter is characterized in that the voltage is generated from the fast pulse sequence that is generated by the converter. The difference between the voltage in the form of pulses and the sinusoidal voltage of the network will fall on the inductors from the network. There are two types of self-switching inverters: hard in voltage (inverter - voltage source) and hard in current (inverter - current source) with slightly different characteristics. The best for power regulation is an inverter - a voltage source in which at least one capacitor is connected from the DC side.

Были построены экспериментальные ветроэлектрические установки с использованием концепции, аналогичной высоковольтной вставке постоянного тока, но с совершенно другой целью, а именно для обеспечения переменной частоты вращения отдельных ветроэлектрических установок. В этом случае генератор ветроэлектрической установки отсоединяется от сети посредством вставки постоянного тока при низком напряжении, обычно 400 или 660 В. Переменная частота вращения турбины дает энергетический выигрыш и в то же время изменение частоты вращения можно, как правило, использовать для устранения быстрых пульсаций мощности, вызывающих "мерцание". Однако, конечно же, невозможно устранить медленные изменения мощности, которые присущи ветряным двигателям. Можно отметить, что момент инерции турбины выполняет роль промежуточного накопителя кинетической энергии. В такой системе использование синхронного генератора не является недостатком, а скорее дает выигрыш, поскольку для асинхронного генератора необходим более дорогой и сложный выпрямитель. Если желательно иметь генератор с непосредственным приводом и, следовательно, устранить потребность в зубчатой передаче между турбиной и генератором, генератор должен быть синхронным, поскольку в нем может быть много полюсов. Другими словами, генератор с непосредственным приводом требует использования вставки постоянного тока. При этом, если используется управляемый выпрямитель, можно также активно регулировать момент, изменяя угол запуска. В большинстве устройств, использующих переменную частоту вращения, внешнее активное управление частотой вращения обеспечивается, кроме того, так называемым управлением шагом, что подразумевает изменение угла лопатки турбины. В данной концепции недостатком использования переменной частоты вращения является высокая стоимость элементов силовой электроники и, кроме того, обслуживание такой электронной системы в море является сложным и дорогостоящим. Experimental wind power plants were built using a concept similar to a high-voltage DC insert, but with a completely different purpose, namely to provide a variable speed for individual wind power plants. In this case, the generator of the wind power installation is disconnected from the network by inserting a direct current at a low voltage, usually 400 or 660 V. A variable speed of the turbine gives an energy gain and, at the same time, a change in the speed can be used to eliminate fast power ripples, causing flicker. However, of course, it is not possible to eliminate the slow power changes that are inherent in wind turbines. It can be noted that the moment of inertia of the turbine acts as an intermediate storage of kinetic energy. In such a system, the use of a synchronous generator is not a drawback, but rather gives a gain, since an asynchronous generator requires a more expensive and complex rectifier. If it is desirable to have a generator with direct drive and, therefore, eliminate the need for gears between the turbine and the generator, the generator should be synchronous, since it can have many poles. In other words, a direct drive generator requires the use of a direct current insert. In this case, if a controlled rectifier is used, it is also possible to actively regulate the moment by changing the start angle. In most devices using a variable speed, external active speed control is also provided by the so-called step control, which implies a change in the angle of the turbine blade. In this concept, the disadvantage of using variable speed is the high cost of power electronics and, in addition, maintaining such an electronic system at sea is complex and expensive.

В заявке WO 97/45908 было предложено техническое решение, объединяющее хорошие характеристики системы с переменной частотой вращения с преимуществами высоковольтного соединения по постоянному току, использовавшегося в прежних устройствах. Путем параллельного соединения ветроэлектрических установок уже в промежуточной вставке постоянного тока (см. фиг.3 указанного документа) устраняются N низковольтных инверторов и один высоковольтный выпрямитель. Согласно этому предложению следует использовать выпрямитель с дросселем со стороны ветротурбины, а центральный инвертор с соответствующим дросселем следует использовать со стороны сети. Такая система прежде всего предназначена для выпрямителей и инверторов, коммутируемых сетью, или во всяком случае жестких по току, поскольку наличие дросселей во вставке постоянного тока стабилизирует ток. Это является преимуществом, поскольку при этом постоянное напряжение после выпрямителя может изменяться в широких пределах. Это необходимо в случае работы с переменной частотой вращения, так как генератор в ветроэлектрической установке при низких частотах вращения может выдавать лишь низкое выходное напряжение. Однако недостаток жесткого по току инвертора состоит в том, что он не может регулировать подачу реактивной мощности в сеть так же эффективно, как инвертор, жесткий по напряжению. Кроме того, оказывается, что в ветроэлектрических установках инвертор должен быть включен последовательно с параллельно соединенными выпрямителями. Это означает, что выходной ток парка ветроэлектрических установок равен постоянному току, поступающему на вход инвертора, расположенного на суше. Кроме того, предполагается, что напряжение равно 6-10 кВ, то есть типичному напряжению обычных генераторов. Это означает, что постоянное напряжение будет равно приблизительно 12 кВ, что является слишком низким для передачи полной мощности 50 МВт. Потери в кабеле будут очень велики. Для парка ветроэлектрических установок мощностью 50-100 МВт необходимо передавать мощность на уровне напряжений около 100 кВ. Понятно, что это можно сделать с использованием трансформатора, соединенного с каждым генератором, и с использованием последовательного соединения соответствующего числа вентилей во всех выпрямителях. Однако, если бы оказалось возможным избежать использования трансформатора в ветроэлектрической установке, это было бы большим преимуществом. Кроме того, последовательное включение множества вентилей, необходимого для выпрямления N выходных напряжений от N ветроэлектрических установок при постоянном напряжении 100 кВ, связано со значительными трудностями. WO 97/45908 proposed a technical solution combining the good characteristics of a variable speed system with the advantages of the high voltage DC connection used in previous devices. By parallel connection of wind power plants already in the intermediate DC insert (see figure 3 of this document) N low-voltage inverters and one high-voltage rectifier are eliminated. According to this proposal, a rectifier with a choke on the side of the wind turbine should be used, and a central inverter with a corresponding choke should be used on the side of the network. Such a system is primarily intended for rectifiers and inverters, switched by a network, or in any case rigid in current, since the presence of chokes in the DC insert stabilizes the current. This is an advantage, since the direct voltage after the rectifier can vary widely. This is necessary in the case of operation with a variable speed, since the generator in the wind power installation at low speeds can only produce a low output voltage. However, the disadvantage of a hard-current inverter is that it cannot regulate the supply of reactive power to the network as efficiently as a hard-voltage inverter. In addition, it turns out that in wind power installations the inverter should be connected in series with rectifiers connected in parallel. This means that the output current of the wind farm fleet is equal to the direct current supplied to the input of the inverter located on land. In addition, it is assumed that the voltage is 6-10 kV, that is, the typical voltage of conventional generators. This means that the constant voltage will be approximately 12 kV, which is too low to transmit a total power of 50 MW. Losses in the cable will be very large. For a fleet of wind power installations with a capacity of 50-100 MW, it is necessary to transmit power at a voltage level of about 100 kV. It is clear that this can be done using a transformer connected to each generator, and using a series connection of the corresponding number of valves in all rectifiers. However, if it were possible to avoid the use of a transformer in a wind power installation, this would be a great advantage. In addition, the series connection of a plurality of valves necessary for rectifying N output voltages from N wind power plants at a constant voltage of 100 kV is associated with significant difficulties.

Цель изобретения
Цель изобретения состоит в создании более простыми и дешевыми средствами системы с переменной частотой вращения, которая обеспечивает такую же хорошую передачу энергии от парка ветроэлектрических установок морского базирования в наземную сеть, какая обеспечивается современной системой с высоковольтной вставкой постоянного тока, с возможностью устранения трансформаторов и управляемой силовой электроники в ветроэлектрических установках. Это особенно важно, поскольку любое обслуживание в море является дорогостоящим и сложным в осуществлении. Дополнительная цель изобретения состоит в достижении такого высокого напряжения передачи по постоянному току, чтобы даже для парка ветроэлектрических установок большой мощности, например 50-100 МВт, потери при передаче были низкими.The purpose of the invention
The purpose of the invention is to create a simpler and cheaper means of a variable speed system that provides the same good transfer of energy from a fleet of marine-based wind power plants to the ground network, which is provided by a modern system with a high-voltage DC insert, with the possibility of eliminating transformers and controlled power Electronics in wind power installations. This is especially important since any maintenance at sea is expensive and difficult to implement. An additional objective of the invention is to achieve such a high DC voltage, so that even for a fleet of high-power wind turbines, for example 50-100 MW, transmission losses are low.

Сущность изобретения
Цель изобретения достигается прежде всего с помощью признаков, указанных в отличительной части п. 1 формулы изобретения. Проблема, характерная для существующего уровня техники, то есть низкое значение постоянного напряжения, решается путем размещения в море преобразователя постоянного тока, причем с низковольтной стороны он связан с выпрямителем, а с высоковольтной стороны - с инвертором. Такой преобразователь постоянного тока действует как трансформатор, но для постоянного тока; он усиливает постоянное напряжение в отношении n:1 раз и уменьшает постоянный ток в отношении 1:n, где n - коэффициент преобразования. Это означает, что инвертор и выпрямитель больше не соединены последовательно.SUMMARY OF THE INVENTION
The purpose of the invention is achieved primarily by using the features indicated in the characterizing part of paragraph 1 of the claims. The problem characteristic of the current level of technology, that is, a low value of constant voltage, is solved by placing a DC converter in the sea, and on the low-voltage side it is connected to the rectifier, and on the high-voltage side to the inverter. Such a direct current converter acts like a transformer, but for direct current; it amplifies the constant voltage in the ratio n: 1 times and reduces the constant current in the ratio 1: n, where n is the conversion coefficient. This means that the inverter and rectifier are no longer connected in series.

Согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения выпрямитель выполнен как пассивный диодный выпрямитель, последовательно соединенный с местным повышающим преобразователем постоянного напряжения. Такой выпрямитель является более простой системой, чем выпрямитель с сетевой коммутацией, и лучше работает при высоких напряжениях. Местный повышающий преобразователь постоянного напряжения предпочтительно состоит из дросселя, последовательно соединенного вентиля на биполярных транзисторах с изолированным затвором и последовательно соединенного диода. Такой же может быть и базовая конструкция преобразователя постоянного тока. According to a preferred embodiment of the present invention, the rectifier is configured as a passive diode rectifier connected in series with a local step-up DC-DC converter. Such a rectifier is a simpler system than a network-switched rectifier, and works better at high voltages. The local DC-DC boost converter preferably consists of an inductor, a series-connected gate valve with insulated gate bipolar transistors, and a series-connected diode. The basic design of a DC / DC converter may be the same.

Кроме того, предпочтительно, чтобы инвертор представлял собой самокоммутирующуюся систему, жесткую по напряжению, характеристики которой превосходят систему с сетевой коммутацией с точки зрения регулировки мощности. В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения такая система отличается тем, что во вставке постоянного тока параллельно инвертору установлен по меньшей мере один конденсатор, а индуктивности включены последовательно в каждой фазе со стороны сети. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения вентили выполнены из последовательно соединенных биполярных транзисторов с изолированным затвором. In addition, it is preferable that the inverter is a self-switching system, rigid in voltage, the characteristics of which are superior to the system with network switching in terms of power control. In one embodiment of the present invention, such a system is characterized in that at least one capacitor is installed in parallel with the inverter for direct current and the inductors are connected in series in each phase from the network side. In a preferred embodiment of the present invention, the valves are made of series-connected insulated gate bipolar transistors.

Современный уровень технологии создания генераторов для ветроэлектрических установок позволяет создать генератор, который способен вырабатывать напряжение 10 кВ, но желательны более высокие напряжения. Кроме того, обычная изоляция для обмоток статора чувствительна к колебаниям температуры, влажности и солености среды, в которой находится генератор ветротурбины. The current level of technology for creating generators for wind power plants allows you to create a generator that is capable of generating a voltage of 10 kV, but higher voltages are desirable. In addition, conventional insulation for stator windings is sensitive to fluctuations in temperature, humidity and salinity of the medium in which the wind turbine generator is located.

Согласно одному из особо предпочтительных вариантов выполнения настоящего изобретения по меньшей мере в одной обмотке генератора используется твердая изоляция, которая предпочтительно выполнена согласно п.14 формулы изобретения. Более конкретно, обмотка выполнена как высоковольтный кабель. Генератор, выполненный таким способом, способен вырабатывать более высокое напряжение, чем обычные генераторы, до 400 кВ. Кроме того, такая система изоляции обмотки обеспечивает нечувствительность к колебаниям солености, влажности и температуры. Благодаря высокому выходному напряжению трансформаторы можно полностью исключить, что устраняет вышеупомянутые недостатки, такие как рост затрат, снижение эффективности, опасность пожара и опасность загрязнения окружающей среды. Последнее является следствием того. что обычные трансформаторы содержат масло. According to one particularly preferred embodiment of the present invention, at least one winding of the generator uses solid insulation, which is preferably made according to claim 14. More specifically, the winding is designed as a high voltage cable. A generator made in this way is capable of generating a higher voltage than conventional generators, up to 400 kV. In addition, such a winding insulation system provides insensitivity to fluctuations in salinity, humidity and temperature. Due to the high output voltage, transformers can be completely eliminated, which eliminates the aforementioned disadvantages, such as increased costs, reduced efficiency, fire hazard and environmental pollution. The latter is a consequence of that. that conventional transformers contain oil.

Генератор, имеющий обмотку из такого кабеля, можно изготовить, укладывая кабель в пазы, выполненные для этой цели в статоре, причем гибкость кабеля облегчает его укладывание в пазы. A generator having a winding from such a cable can be manufactured by laying the cable in the grooves made for this purpose in the stator, and the flexibility of the cable makes it easier to lay in the grooves.

Два полупроводящих слоя в системе изоляции выполняют функцию выравнивания потенциала и, следовательно, снижают риск возникновения поверхностного разряда. Внутренний полупроводящий слой должен находиться в электрическом контакте с электрическим проводником или его частью, расположенными под этим слоем, чтобы их потенциалы были одинаковы. Внутренний слой плотно прикреплен к твердой изоляции, расположенной снаружи от него, и это же справедливо в отношении крепления внешнего полупроводящего слоя к твердой изоляции. Внешний полупроводящий слой удерживает электрическое поле в пределах твердой изоляции. Two semiconducting layers in the insulation system perform the function of equalizing the potential and, therefore, reduce the risk of surface discharge. The inner semiconducting layer must be in electrical contact with the electric conductor or part thereof located under this layer so that their potentials are the same. The inner layer is tightly attached to the solid insulation located outside of it, and the same holds true for attaching the outer semiconducting layer to the solid insulation. An external semiconducting layer holds the electric field within solid insulation.

Для обеспечения сцепления между полупроводящими слоями и твердой изоляцией при температурных изменениях, полупроводящий слой и твердая изоляция имеют по существу одинаковый коэффициент теплового расширения. In order to provide adhesion between the semiconducting layers and the solid insulation during temperature changes, the semiconducting layer and the solid insulation have substantially the same coefficient of thermal expansion.

Внешний полупроводящий слой в системе изоляции соединен с потенциалом земли или с другим относительно низким потенциалом. The outer semiconducting layer in the insulation system is connected to ground potential or to another relatively low potential.

Для создания очень высокого напряжения генератор имеет ряд особенностей, которые были упомянуты выше и которые значительно отличаются от известной технологии. Дополнительные особенности определены в зависимых пунктах формулы изобретения и рассмотрены ниже. To create a very high voltage, the generator has a number of features that were mentioned above and which are significantly different from the known technology. Additional features are defined in the dependent claims and are discussed below.

Вышеупомянутые особенности и другие существенные характеристики генератора и, следовательно, ветроэлектрической станции согласно одному из вариантов выполнения изобретения включают следующее:
- Обмотки в магнитной цепи выполнены из кабеля, содержащего один или несколько электрических проводников с постоянной изоляцией и с полупроводящим слоем на проводнике и снаружи от твердой изоляции. Типичными кабелями этого типа являются кабели, имеющие изоляцию из сшитого полиэтилена или этиленпропена, которые для целей настоящего изобретения дополнительно доработаны в отношении жил электрического проводника, а также в отношении системы изоляции.The aforementioned features and other essential characteristics of a generator and, therefore, a wind power station according to one embodiment of the invention include the following:
- The windings in the magnetic circuit are made of a cable containing one or more electrical conductors with permanent insulation and with a semiconducting layer on the conductor and outside of the solid insulation. Typical cables of this type are cables having cross-linked polyethylene or ethylene propene insulation, which, for the purposes of the present invention, are further modified with respect to the conductors of the electrical conductor and also with respect to the insulation system.

- Предпочтительно использование кабелей с круглым поперечным сечением, однако могут использоваться и кабели, имеющие другое поперечное сечение, например с целью достижения лучшей плотности упаковки. - It is preferable to use cables with a round cross-section, but cables having a different cross-section can be used, for example, in order to achieve a better packing density.

- Такой кабель позволяет конструировать пластинчатый сердечник магнитной цепи новым и оптимальным способом в отношении пазов и зубцов. - This cable allows you to design a plate core of the magnetic circuit in a new and optimal way in relation to grooves and teeth.

- Для лучшего использования пластинчатого сердечника предпочтительно, чтобы обмотка была выполнена со ступенчато увеличивающейся толщиной изоляции. - For the best use of the plate core, it is preferable that the winding be made with stepwise increasing insulation thickness.

- Предпочтительно, чтобы обмотка представляла собой концентрическую кабельную обмотку, что позволяет уменьшить число пересечений концов катушек. - Preferably, the winding is a concentric cable winding, which reduces the number of intersections of the ends of the coils.

- Форма пазов соответствует поперечному сечению кабеля обмотки, причем пазы выполнены в форме множества цилиндрических отверстий, идущих в осевом и/или в радиальном направлении и имеющих сужения, проходящие между слоями статорной обмотки. - The shape of the grooves corresponds to the cross section of the winding cable, and the grooves are made in the form of many cylindrical holes extending in the axial and / or radial direction and having constrictions passing between the layers of the stator winding.

- Форма пазов соответствует поперечному сечению рассматриваемого кабеля и учитывает ступенчатое изменение толщины изоляции обмотки. Ступенчатая по толщине изоляция позволяет выполнить зубцы магнитного сердечника по существу постоянной ширины, независимо от радиального расстояния. - The shape of the grooves corresponds to the cross section of the cable in question and takes into account a stepwise change in the thickness of the insulation of the winding. The insulation stepwise in thickness allows the teeth of the magnetic core to be made to a substantially constant width, irrespective of the radial distance.

- Вышеупомянутая дополнительная доработка, касающаяся жил проводника, означает, что проводник обмотки образован множеством собранных вместе жил, которые не обязательно должны быть регулярно транспонированы друг относительно друга, изолированы и/или не изолированы друг от друга. - The aforementioned additional refinement concerning the conductors of the conductor means that the conductor of the winding is formed by a multitude of wires assembled together, which do not have to be regularly transposed relative to each other, insulated and / or not isolated from each other.

- Вышеупомянутая дополнительная доработка в отношении внешнего полупроводящего слоя означает, что внешний полупроводящий слой разрезан в подходящих точках вдоль кабеля и каждый отрезок непосредственно соединен с потенциалом земли. - The above additional refinement with respect to the outer semiconducting layer means that the outer semiconducting layer is cut at suitable points along the cable and each segment is directly connected to the ground potential.

Использование вышеописанного кабеля обеспечивает то, что по всей своей длине внешний полупроводящий слой кабеля, а также другие части станции находятся под заземляющим потенциалом. Важное преимущество состоит в том, что в лобовых областях катушки снаружи от внешнего полупроводящего слоя электрическое поле близко к нулю. При наличии заземляющего потенциала на внешнем полупроводящем слое отпадает необходимость в управлении электрическим полем. Это означает, что не произойдет усиления поля ни в сердечнике, ни в лобовых областях катушки или в области перехода между ними. The use of the cable described above ensures that along the entire length of the outer semiconducting layer of the cable, as well as other parts of the station are under grounding potential. An important advantage is that in the frontal areas of the coil outside the external semiconducting layer, the electric field is close to zero. If there is a grounding potential on the external semiconducting layer, there is no need to control the electric field. This means that there will be no field amplification either in the core or in the frontal areas of the coil or in the transition region between them.

Использование изолированных и/или неизолированных жил, собранных в пакет или переплетенных, обеспечивает малые потери на вихревые токи. Внешний диаметр кабеля может быть порядка 10-40 мм, а площадь проводника - порядка 10-200 мм².The use of insulated and / or non-insulated cores, assembled in a package or intertwined, provides low eddy current losses. The outer diameter of the cable can be about 10-40 mm, and the area of the conductor can be about 10-200 mm ² .

Согласно еще одному варианту выполнения настоящего изобретения к инвертору со стороны высокого напряжения подключен трансформатор с регулируемым коэффициентом трансформации. According to another embodiment of the present invention, a transformer with an adjustable transformation ratio is connected to the inverter from the high voltage side.

Другие преимущества и особенности изобретения будут понятны из последующего описания и формулы изобретения. Other advantages and features of the invention will be apparent from the following description and claims.

Краткое описание чертежей
Ниже со ссылками на сопровождающие чертежи дано более подробное описание вариантов выполнения настоящего изобретения. На чертежах:
на фиг. 1 схематично показан вид вдоль оси на сектор статора электрического генератора в ветроэлектрической станции согласно изобретению,
на фиг. 2 показан вид, с частичным разрезом, отрезка кабеля, используемого в обмотке статора, показанного на фиг.1,
на фиг.3 схематично представлен вид, с частичным сечением, варианта выполнения генератора ветроэлектрической станции согласно изобретению,
на фиг. 4 представлена схема варианта выполнения ветроэлектрической станции согласно изобретению,
на фиг. 5 в перспективе схематично показан вариант выполнения трансформатора с переменным коэффициентом трансформации.Brief Description of the Drawings
Below with reference to the accompanying drawings, a more detailed description of embodiments of the present invention. In the drawings:
in FIG. 1 schematically shows a view along the axis of the stator sector of an electric generator in a wind farm according to the invention,
in FIG. 2 shows a view, in partial section, of a length of cable used in the stator winding shown in FIG. 1,
figure 3 schematically shows a view, in partial section, of an embodiment of a generator of a wind power station according to the invention,
in FIG. 4 is a diagram of an embodiment of a wind power station according to the invention,
in FIG. 5 is a perspective view schematically showing an embodiment of a transformer with a variable transformation ratio.

Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения
Прежде всего со ссылками на фиг.1-3 будет описана конструкция генератора 1 в предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения. На фиг.1 схематично показан вид с торца на сектор статора 2. Ротор генератора обозначен позицией 3. Статор 2 выполнен известным способом с использованием пластинчатого сердечника. На фиг.1 показан сектор генератора, соответствующий полюсному делению. От ярма сердечника, расположенного дальше всего от центра в радиальном направлении, множество зубцов 5 идут внутрь в радиальном направлении к ротору 3, и эти зубцы разделены пазом 6, в котором помещена обмотка статора. Кабели 7, образующие эту обмотку статора, представляют собой высоковольтные кабели, которые могут быть по существу того же типа, который используется в силовых распределительных системах, то есть с изоляцией из сшитого полиэтилена. Отличие состоит в том, что внешний защитный слой из поливинилхлорида и металлический экран, обычно окружающие такой силовой распределительный кабель, отсутствуют, поэтому кабель содержит только электрический проводник и по меньшей мере один полупроводящий слой с каждой стороны от изолирующего слоя. Кабели 7 показаны на фиг.1 схематично, т.е. показана только электрически проводящая центральная часть каждого участка кабеля или стороны обмотки. Видно, что каждый паз 6 имеет переменное поперечное сечение с чередованием широких частей 8 и узких частей 9. Широкие части 8 по существу круглые и окружают кабель, а сужения между широкими частями формируют узкие части 9. Суженные участки предназначены для фиксации каждого кабеля в радиальном направлении. Поперечное сечение паза 6 уменьшается по направлению внутрь в радиальном направлении. Это является следствием того, что напряжение на участках кабеля тем ниже, чем ближе они расположены в радиальном направлении к самой внутренней части статора 1. Поэтому во внутренней части обмотки можно использовать более тонкие кабели, а при перемещении к внешней части обмотки требуются более толстые кабели. В иллюстрируемом примере используются кабели трех различных размеров, расположенные в трех секциях 10, 11, 12 с соответствующими размерами паза 6. Вспомогательные обмотки 13 расположены дальше всего в пазе 6.DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
First of all, with reference to FIGS. 1-3, a design of a generator 1 in a preferred embodiment of the present invention will be described. Figure 1 schematically shows an end view of the sector of the stator 2. The rotor of the generator is indicated by 3. Stator 2 is made in a known manner using a plate core. Figure 1 shows the sector of the generator corresponding to the pole division. From the yoke of the core, which is located farthest from the center in the radial direction, many teeth 5 go inward in the radial direction to the rotor 3, and these teeth are separated by a groove 6, in which the stator winding is placed. The cables 7 forming this stator winding are high-voltage cables, which can be essentially the same type as used in power distribution systems, that is, with cross-linked polyethylene insulation. The difference is that the outer protective layer of polyvinyl chloride and the metal shield, usually surrounding such a power distribution cable, are absent, so the cable contains only an electrical conductor and at least one semiconducting layer on each side of the insulating layer. Cables 7 are shown schematically in FIG. 1, i.e. only the electrically conductive central part of each cable section or winding side is shown. It can be seen that each groove 6 has a variable cross-section with alternating wide parts 8 and narrow parts 9. Wide parts 8 are essentially round and surround the cable, and the narrowings between the wide parts form narrow parts 9. The narrowed sections are designed to fix each cable in the radial direction . The cross section of the groove 6 decreases inward in the radial direction. This is due to the fact that the voltage in the cable sections is lower, the closer they are located in the radial direction to the inner part of the stator 1. Therefore, thinner cables can be used in the inner part of the winding, and thicker cables are required when moving to the outer part of the winding. In the illustrated example, cables of three different sizes are used, located in three sections 10, 11, 12 with the corresponding dimensions of the groove 6. The auxiliary windings 13 are located farthest in the groove 6.

На фиг. 2 показан вид с торца, со ступенчатым разрезом, отрезка высоковольтного кабеля, предназначенного для использования в генераторе. Высоковольтный кабель 7 содержит один или несколько электрических проводников 14, каждый из которых включает множество жил 15, которые вместе обеспечивают создание круглого поперечного сечения. Проводники могут быть, например, медными. Эти проводники 14 расположены в середине высоковольтного кабеля 7, и в иллюстрируемом варианте выполнения настоящего изобретения каждый из проводников окружен частичной изоляцией 16. Однако на одном из проводников 14 частичная изоляция 16 может отсутствовать. В иллюстрируемом варианте выполнения изобретения проводники 14 окружены первым полупроводящим слоем 17. Вокруг этого первого полупроводящего слоя 17 имеется изолирующий слой 18, например из сшитого полиэтилена, который в свою очередь окружен вторым полупроводящим слоем 19. Следовательно, понятие "высоковольтный кабель" в рамках данного изобретения не обязательно включает использование какого-либо металлического экрана или внешнего защитного слоя, которые обычно окружают силовой распределительный кабель. In FIG. 2 shows an end view, with a stepped cut, of a section of a high voltage cable intended for use in a generator. High-voltage cable 7 contains one or more electrical conductors 14, each of which includes many cores 15, which together provide a circular cross-section. Conductors can be, for example, copper. These conductors 14 are located in the middle of the high-voltage cable 7, and in the illustrated embodiment of the present invention, each of the conductors is surrounded by a partial insulation 16. However, on one of the conductors 14, a partial insulation 16 may be absent. In the illustrated embodiment, the conductors 14 are surrounded by a first semiconducting layer 17. Around this first semiconducting layer 17 there is an insulating layer 18, for example of cross-linked polyethylene, which in turn is surrounded by a second semiconducting layer 19. Therefore, the term "high voltage cable" in the framework of this invention does not necessarily include the use of any metal shield or outer protective layer that typically surrounds the power distribution cable.

На фиг. 3 показана ветроэлектрическая установка с магнитной цепью, аналогичной описанной в связи с фиг.1 и 2. Генератор 1 приводится во вращение ветротурбиной 20 посредством вала 21. Хотя генератор 1 может приводиться в действие турбиной 20 напрямую, то есть ротор генератора может быть жестко соединен с валом турбины 20, между турбиной 20 и генератором 1 может иметься зубчатая передача 22. Она может представлять собой, например, одноступенчатую планетарную передачу, цель которой - повысить частоту вращения генератора относительно частоты вращения турбины. На статоре 2 генератора находятся обмотки 23 статора, которые выполнены из вышеописанного кабеля 7. Кабель 7 может не иметь экрана и соединяться с экранированным кабелем 24 через кабельную муфту 25. In FIG. 3 shows a wind turbine installation with a magnetic circuit similar to that described in connection with FIGS. 1 and 2. Generator 1 is driven by a wind turbine 20 via a shaft 21. Although the generator 1 can be driven directly by the turbine 20, that is, the generator rotor can be rigidly connected to the turbine shaft 20, between the turbine 20 and the generator 1 may have a gear transmission 22. It can be, for example, a single-stage planetary gear, the purpose of which is to increase the speed of the generator relative to the speed of the turbine. On the stator 2 of the generator are the stator windings 23, which are made of the above cable 7. The cable 7 may not have a screen and can be connected to the shielded cable 24 through the cable sleeve 25.

На фиг.4, где схематично иллюстрируется ветроэлектрическая станция, показаны две ветроэлектрические установки 29, соединенные параллельно, каждая из них содержит генератор 1. Количество ветроэлектрических установок может, очевидно, быть более двух. В каждой ветроэлектрической установке 26 имеется выпрямитель 27. Параллельное соединение ветроэлектрических установок имеет место в точке 28. 4, where a wind power station is schematically illustrated, two wind power plants 29 are shown connected in parallel, each of which contains a generator 1. The number of wind power plants can obviously be more than two. In each wind power installation 26 there is a rectifier 27. A parallel connection of wind power installations takes place at point 28.

Электрическая соединительная линия постоянного напряжения проходит между выпрямителями 27, установленными в ветроэлектрических установках 26, и инвертором 30, который со стороны переменного тока связан с распределительной или магистральной сетью. Инвертор 30 установлен в станции со стороны сети. Это обычно подразумевает, что инвертор 30 расположен на суше, сравнительно близко к магистральной или распределительной сети 31. Однако ветроэлектрические установки 26, включая генераторы и выпрямители 27, расположены в море на подходящих опорах. Соединительная линия 29 постоянного напряжения включает участок, обозначенный на фиг.4 позицией 32, который на практике может иметь очень большую протяженность. Следовательно, этот участок представляет собой ту часть 33 соединительной линии, которая является критичной в отношении потерь. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения эта часть 33 соединительной линии образована подводным кабелем, то есть ветроэлектрические установки 26 расположены в море или на озере. Однако часть 33 соединительной линии может также быть сформирована из одной или нескольких воздушных линий или кабелей. An electrical DC voltage connecting line passes between rectifiers 27 installed in wind turbines 26 and an inverter 30, which is connected to the distribution or backbone network from the AC side. Inverter 30 is installed in the station from the network side. This usually implies that the inverter 30 is located on land, relatively close to the main or distribution network 31. However, wind power plants 26, including generators and rectifiers 27, are located at sea on suitable supports. The DC voltage connecting line 29 includes a portion, indicated at 32 in FIG. 4, which in practice can be very long. Therefore, this portion represents that portion 33 of the trunk that is critical for loss. In a preferred embodiment of the present invention, this connecting line part 33 is formed by an underwater cable, that is, wind power installations 26 are located at sea or on a lake. However, the connecting line portion 33 may also be formed of one or more overhead lines or cables.

Станция содержит преобразователь 34 постоянного тока, низковольтная сторона которого электрически соединена с выпрямителями 27, а высоковольтная сторона - с инвертором 30. Преобразователь 34 постоянного тока установлен в станции со стороны ветроэлектрических установок. Другими словами, подразумевается, что вышеупомянутая часть 33 соединительной линии проходит между преобразователем 34 постоянного тока и инвертором 30. На практике преобразователь 34 может быть установлен на одной из тех опор, на которых расположены ветроэлектрические установки 26, или, альтернативно, на опоре, специально предназначенной для преобразователя 34. Независимо от того, на какой опоре установлен преобразователь 34, на этой опоре имеются шины для параллельного соединения имеющихся ветроэлектрических установок. The station contains a direct current converter 34, the low-voltage side of which is electrically connected to the rectifiers 27, and the high-voltage side is connected to the inverter 30. The direct current converter 34 is installed in the station from the side of wind power plants. In other words, it is understood that the aforementioned connecting line portion 33 extends between the DC / DC converter 34 and the inverter 30. In practice, the converter 34 may be mounted on one of those supports on which the wind power plants 26 are located, or, alternatively, on a specially designed support for the transducer 34. Regardless of which support the transducer 34 is mounted on, on this support there are tires for parallel connection of existing wind power installations.

Преобразователь 34 выполнен так, что он действует как усилитель постоянного напряжения, то есть постоянное напряжение в части 33 соединительной линии между преобразователем 34 и инвертором 30 будет значительно выше, чем напряжение на входной стороне преобразователя 34. The converter 34 is configured to act as a constant voltage amplifier, that is, the constant voltage in the connecting line portion 33 between the converter 34 and the inverter 30 will be significantly higher than the voltage at the input side of the converter 34.

Предпочтительно, чтобы инвертор 30 был жестким по напряжению самокоммутирующимся инвертором. Параллельно цепи постоянного тока инвертора 30 включен конденсатор 35. Preferably, the inverter 30 is a hard-wired self-switching inverter. In parallel with the DC circuit of the inverter 30, a capacitor 35 is connected.

Индуктивности 36 сети в инверторе 30 включены последовательно в каждую фазу со стороны сети. Предпочтительно, чтобы инвертор включал биполярные транзисторы с изолированным затвором, соединенные последовательно. The inductances 36 of the network in the inverter 30 are connected in series in each phase from the network side. Preferably, the inverter includes insulated gate bipolar transistors connected in series.

Согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения генераторы являются синхронными генераторами с постоянно намагниченными роторами. According to a preferred embodiment of the present invention, the generators are synchronous generators with permanently magnetized rotors.

Предпочтительно, чтобы выпрямители 27 были пассивными выпрямителями. Это устраняет потребность в размещении в море элементов активной электроники для регулировки мощности. В качестве пассивных выпрямителей предпочтительны диодные выпрямители. Эти диодные выпрямители 27 включены последовательно с местным повышающим преобразователем 37 постоянного напряжения. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения каждый отдельный преобразователь 37 содержит дроссель, последовательно соединенный вентиль 39 на биполярных транзисторах с изолированным затвором и последовательно соединенный диод 40. Преобразователь 34 может быть выполнен аналогично такому повышающему преобразователю постоянного напряжения. Preferably, the rectifiers 27 are passive rectifiers. This eliminates the need to place active electronics in the sea to adjust power. As passive rectifiers, diode rectifiers are preferred. These diode rectifiers 27 are connected in series with the local DC boost converter 37. In a preferred embodiment of the present invention, each individual converter 37 comprises an inductor, a series-connected valve 39 on an insulated gate bipolar transistor, and a series-connected diode 40. The converter 34 may be configured similarly to such a DC-DC boost converter.

На фиг. 5 показан предпочтительный вариант выполнения трансформатора с регулируемым коэффициентом трансформации согласно изобретению. Преимущество такого трансформатора заключается в том, что его обмотки имеют твердую изоляцию, аналогичную обмоткам генератора, описанным в связи с фиг.1 и 2. Таким образом, трансформаторные обмотки выполнены с системой изоляции, включающей по меньшей мере два полупроводящих слоя 17, 19, каждый из которых образует по существу эквипотенциальную поверхность, а твердая изоляция 18 расположена между этими полупроводящими слоями. Следовательно, в трансформаторе на фиг.5 обмотки выполнены в виде гибких кабелей. В целом все особенности обмоточного кабеля, изображенного на фиг.2 и используемого в генераторе, имеют место и здесь, за исключением того, что внешний полупроводящий слой 19 в случае трансформатора не разрезан на участки длины для раздельного заземления этих участков. Преимущество такого трансформатора с твердой изоляцией заключается в значительном повышении эффективности, поскольку электрическое поле по существу находится внутри внешнего полупроводящего слоя, а кроме того, важным преимуществом является то, что огнеопасное и экологически вредное масло, которое имеется в обычных трансформаторах, здесь не используется. In FIG. 5 shows a preferred embodiment of a transformer with an adjustable transformation ratio according to the invention. An advantage of such a transformer is that its windings have solid insulation similar to the generator windings described in connection with FIGS. 1 and 2. Thus, the transformer windings are made with an insulation system comprising at least two semiconducting layers 17, 19, each of which it forms a substantially equipotential surface, and solid insulation 18 is located between these semiconducting layers. Therefore, in the transformer in figure 5, the windings are made in the form of flexible cables. In general, all the features of the winding cable shown in Fig. 2 and used in the generator also occur here, except that the external semiconducting layer 19 in the case of a transformer is not cut into length sections for separate grounding of these sections. The advantage of such a transformer with solid insulation is a significant increase in efficiency, since the electric field is essentially inside the outer semiconducting layer, and in addition, an important advantage is that flammable and environmentally harmful oil, which is available in conventional transformers, is not used here.

На фиг.5 схематично показан трансформатор для одной из фаз. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в случае многофазного варианта выполнения сердечник может иметь более двух стержней, соединенных ярмом, и все фазные обмотки могут быть расположены на одном сердечнике. Однако очевидно, что в трансформаторе этого типа можно использовать и отдельный сердечник для каждой фазы. Figure 5 schematically shows a transformer for one of the phases. Specialists in the art should understand that in the case of a multiphase embodiment, the core can have more than two rods connected by a yoke, and all phase windings can be located on one core. However, it is obvious that a separate core for each phase can be used in this type of transformer.

Итак, как показано на фиг.5, сердечник трансформатора состоит из ярма и двух стержней, главная обмотка 43 намотана вокруг одного из стержней, а регулирующая обмотка 44 - вокруг другого стержня. Главная обмотка может быть первичной обмоткой или вторичной обмоткой. Регулирующая обмотка 44 используется для изменения коэффициента трансформации. Регулирующая обмотка 44 выполнена в виде витков на барабане 45, который выполнен с возможностью вращения относительно соответствующего стержня. Перемещением барабана 45 управляют с помощью подходящего двигателя (не показан), например посредством ременного привода. Следовательно, регулирующая обмотка 44 функционирует как катушка с изменяемым числом витков. Количество витков регулирующей обмотки на барабане 45 меняют с помощью поворотного накопительного барабана 46. Барабаном 46 также управляют подходящим способом с помощью двигателя. На фиг.5 показано, что концевой участок 47 регулирующей обмотки заземлен. Этот концевой участок 47 неподвижен и электрически контактирует с регулирующей обмоткой 44, расположенной на барабане 45, посредством известного устройства со скользящим контактом. Участок 48 обмотки связан с накопительным барабаном 46, этот участок неподвижен и предназначен для соединения с рассматриваемым электрическим оборудованием. Для электрического соединения участка 48 обмотки с частью регулирующей обмотки, принимаемой на барабан, имеется соответствующее устройство со скользящим контактом. So, as shown in figure 5, the core of the transformer consists of a yoke and two rods, the main winding 43 is wound around one of the rods, and the control winding 44 is around the other rod. The main winding may be a primary winding or a secondary winding. The control winding 44 is used to change the transformation ratio. The control winding 44 is made in the form of turns on the drum 45, which is made with the possibility of rotation relative to the corresponding rod. The movement of the drum 45 is controlled by a suitable motor (not shown), for example by a belt drive. Therefore, the control winding 44 functions as a coil with a variable number of turns. The number of turns of the control winding on the drum 45 is changed by means of a rotary storage drum 46. The drum 46 is also controlled in a suitable manner by an engine. Figure 5 shows that the end portion 47 of the control winding is grounded. This end portion 47 is stationary and is electrically in contact with the control winding 44 located on the drum 45, by means of a known device with a sliding contact. The winding portion 48 is connected to the storage drum 46, this portion is stationary and is intended to be connected to the electrical equipment in question. For the electrical connection of the portion 48 of the winding with part of the control winding received on the drum, there is a corresponding device with a sliding contact.

Из приведенного описания понятно, что коэффициент трансформации такого трансформатора можно быстро изменить в необходимой степени путем вращения барабанов 45 и 46 так, чтобы на барабане 45 находилось требуемое число витков регулирующей обмотки. При этом необходимым условием является выполнение регулирующей обмотки 44 из вышеописанного гибкого высоковольтного кабеля с твердой изоляцией. From the above description it is clear that the transformation coefficient of such a transformer can be quickly changed to the necessary degree by rotating the drums 45 and 46 so that the required number of turns of the control winding is on the drum 45. In this case, the necessary condition is the implementation of the control winding 44 of the above flexible high-voltage cable with solid insulation.

Изобретение не ограничено описанными вариантами его выполнения. Специалистам в данной области техники понятно, что возможны различные модификации при сохранении главной концепции настоящего изобретения. Такие модификации и эквивалентные варианты выполнения охватываются формулой изобретения. The invention is not limited to the described embodiments. Those skilled in the art will appreciate that various modifications are possible while maintaining the basic concept of the present invention. Such modifications and equivalent embodiments are encompassed by the claims.

Claims

1. Wind power station, comprising at least one wind power installation (26), which contains a wind turbine (20), an electric generator (1), driven by this wind turbine, and a rectifier (27), and an electrical connecting line (29) DC voltage between the rectifier (27) installed in the wind power installation and the inverter (30), which is connected from the AC side to the main or distribution network (31) and installed in the station from the network side, characterized in that it contains a converter zovatel (34) DC, which low-voltage side is connected to the rectifier (27), and from the high voltage - the inverter (30), and is set to the station by the wind turbine.

2. Wind power station according to claim 1, characterized in that the inverter (30) is a self-switching inverter rigid in voltage.

3. Wind power station according to claim 1 or 2, characterized in that a capacitor (35) is connected in parallel with the DC circuit of the inverter (30).

4. Wind power station according to any one of claims 1 to 3, characterized in that on the network side, inductance (36) of the network is connected in series to each phase of the inverter (30).

5. Wind power station according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the inverter (30) comprises series-connected insulated gate bipolar transistors (IGVT).

6. Wind power station according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the generator (1) is a synchronous generator with a constantly magnetized rotor.

7. Wind power station according to claim 6, characterized in that the generator (1) is driven directly by a wind turbine without gear transmission.

8. Wind power station according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the rectifier is a passive diode rectifier.

9. Wind power station according to claim 7 or 8, characterized in that a step-up DC-converter (37) is connected in series with the passive rectifier (27) on the low-voltage side of the DC / DC converter (34).

10. Wind power station according to claim 9, characterized in that the step-up DC converter (37) comprises a choke (38), at least one series-connected valve (39) on insulated-gate bipolar transistors, and at least one diode connected in series (40).

11. Wind power station according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that several wind power plants (26) are connected in parallel with the low voltage side of the DC / DC converter (34), each of which contains a wind turbine (20), a generator (1) and a rectifier (27) .

12. Wind power station according to any one of paragraphs.9-10, characterized in that each wind power installation (26) contains a local step-up converter (37) DC voltage.

13. Wind power station according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the generator (1) contains at least one winding (7), which has a solid insulation (18).

14. Wind power station according to claim 13, characterized in that said winding has an insulation system comprising at least two semiconducting layers (17, 19), each of which forms a substantially equipotential surface, and solid insulation (18) is located between these semiconducting layers.

15. Wind power station according to claim 14, characterized in that at least one of the semiconducting layers (17, 19) has essentially the same coefficient of thermal expansion as solid insulation (18).

16. Wind power station according to any one of paragraphs.13-15, characterized in that the winding is made of high voltage cable (7).

17. Wind power station according to any one of paragraphs.14-16, characterized in that the innermost (17) of the semiconducting layers has essentially the same potential as the electric conductor (14) located under this layer.

18. Wind power station according to claim 17, characterized in that the innermost (17) of the semiconducting layers is in electrical contact with the conductor (14) or part thereof.

19. Wind power station according to any one of paragraphs.14-18, characterized in that the outer (19) of the semiconducting layers is connected to a predetermined constant potential.

20. The wind power station according to claim 19, characterized in that said constant potential is earth potential or other relatively low potential.

21. Wind power station according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the DC connection line (30) includes a cable (33) for immersion in water, or one or more overhead lines or cables.

22. Wind power station according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that a transformer (41) with a variable transformation ratio is connected to the inverter (30) from the network side.

23. Wind power station according to claim 22, characterized in that the transformer with a variable transformation coefficient comprises at least one core (41) and a control winding (44) wound around the core, as well as means for moving the variable part of the control winding at least one accumulative means (46) and vice versa.

24. Wind power station according to item 23, wherein the control winding is placed on the rotary drum (45).

25. Wind power station according to item 23 or 24, characterized in that the storage means (46) includes a storage rotary drum.

26. Wind power station according to any one of paragraphs.22-25, characterized in that the winding (s) (43, 44) of the transformer is made (made) of a flexible cable with solid insulation.

27. The wind power station according to claim 26, wherein said solid insulation is part of an insulation system, which, in addition, includes at least two semiconducting layers, each of which forms a substantially equipotential surface, and solid insulation is located between these semiconducting layers.