具有扩展的电压范围的风力涡轮机的制作方法_2

文档序号:9794301阅读:来源:国知局
机变压器的高压侧。优选地,这在中压水平下准确而言发生的方式为使得该小型变压器连接在该涡轮机变压器的中压绕组内。作为替代方案,还可以提供的是使得该小型变压器在中压侧上连接至该涡轮机变压器的中性点。这两个实施例都提供了以下优点:该小型变压器是与中压侧相组合。这不仅节省了安装空间、还意味着在没有任何进一步结构措施的情况下对该小型变压器提供了有效的短路保护,因为短路保护已经被该涡轮机变压器的中压绕组完成。
[0019]小型变压器的一个优选实施例是高漏电抗变压器,该变压器具有的短路电压Uk为至少0.10、优选地至少0.15。在这种情况下,如果该小型变压器的初级绕组缠绕在次级绕组上则是有利的。已经证明向该高漏电抗变压器提供多个扁平线圈是特别成功的,这些扁平线圈优选地安排在具体该涡轮机变压器的一个变压器内芯的远枝上、和/或是处于该变压器内芯中的多个腹板的形式。优选地,将带有硬饱和特征的磁性钢片用于该内芯。另外,这些内芯适宜地以一种方式安排成使得它们不形成空气-内芯变压器。因此避免了不希望的磁性联接。
[0020]适宜地提供的是使得该电压扩展器的切换机构取决于电压和/或无功功率地致动。已经证明如果该切换机构是取决于这两个参数致动的则是特别成功的。优选地,为此目的提供了用于电压和/或无功功率的一个调节器,该调节器作为一个控制变量检测该连接线中的电压和/或无功功率。有利的是,这个检测在相对于根据本发明的电压扩展器而言远离该风力涡轮机的那侧上(即,电网侧上)进行。因此,在所希望的扩展的电压范围的设定方面实现了高度准确性。为了避免根据本发明的电压扩展器的切换机构与现有的电压调节装置(尤其该风力涡轮机或者风力发电场的)之间的不希望相互影响,适宜地提供的是使得该电压扩展器的切换机构的一个切换状态适用于这样的现有调节、精确地尤其是干扰变量前馈控制。这意味着已经在该切换机构致动的情况下该调节器已经被预设到如此改变的电压水平并且因此不再需要调整。因此借助于根据本发明的电压扩展器消除了已经存在的调节器与该电压范围扩展相悖地运行的风险。
[0021]另外,本发明扩展到一种风力发电场,该风力发电场包括连接至一个发电场电网上的多个风力涡轮机,该发电场电网进而经由联接线连接至一个输电电网,其中根据本发明,提供了一个中央电压扩展器,该中央电压扩展器借助于一个额外电压源和一个切换机构确保了该风力发电场的电压范围整体的扩展。适宜地,为此目的提供了用于电压和/或无功功率的发电场调节器,该发电场调节作为一个控制变量检测该连接线中的电压和/或无功功率并且借助于该中央电压扩展器调整所述电压或无功功率。优选地,这个检测优选地是在该电压扩展器的、远离该发电场的那一侧,即朝向该输电电网的那一侧上进行的。为了更详细的描述并且为了有利的发展的配置,参考了以上相应适用的描述。
[0022]优选地,该中央电压扩展器的切换机构的一个切换状态是适用于该发电场调节器的干扰变量前馈控制的。因此,实现了顺利的切换行为,其结果是该风力发电场的现有电压调节与根据本发明的中央电压扩展器协调地相互作用。
[0023]优选地,该风力发电场具有一个或多个如以上所描述的带有电压扩展器的风力涡轮机。因此,进一步优化了电压范围和调整范围。
[0024]将参照附图在下文中更相详细地说明本发明并且在本发明的多个有利的示例性实施例中展示本发明。在附图中:
[0025]图1:示出了根据本发明的风力涡轮机的一个示例性实施例;
[0026]图2:示出了图1中所展示的、具有电压扩展器的风力涡轮机的电路图;
[0027]图3:示出了电压扩展器的切换机构的详细展示;
[0028]图4:示出了根据本发明的第二示例性实施例的、具有一个双分接头电压扩展器的电路;
[0029]图5:示出了涡轮机变压器的一个示例性实施例,该涡轮机变压器包括该电压扩展器的组合设计的小型变压器;
[0030]图6:示出了该涡轮机变压器带有另一中压水平的小型变压器安排的另外一个示例性实施例;
[0031]图7:示出了该涡轮机变压器的带有低压水平上的小型变压器安排的另外一个示例性实施例;
[0032]图8:示出了该涡轮机变压器的带有另一低压水平上的小型变压器安排的另外一个示例性实施例;
[0033]图9:示出了一个图解,示出了包括多个根据本发明的风力涡轮机的一个风力发电场中的调节结构;
[0034]图10:示出了与如图9所示的设备的控制相关的细节;
[0035]图11:示出了通过使用根据本发明的电压调制器来操作该风力涡轮机的特征曲线图;并且
[0036]图12:示出了高漏电抗变压器的细节展示。
[0037]图1所展示并且整体由参考数字I表示的风力涡轮机包括被安排在塔架10上、在塔架10的上端处在方位角方向上可枢转的的一个机舱11。机舱11具有一个可旋转地安装的风力转子12,该风力转子在所述机舱的端侧之一上具有多个转子叶片13。所述风力转子经由一个轴(未示出)来驱动一个发电机14,该发电机包括用于产生电能的一个变换器15,该电能经由线17通过该风力涡轮机的涡轮机变压器2向发电场内部电网9输出。风力涡轮机I的操作是由安排在机舱11中的一个控制系统8来监测的。所述控制系统经由通信线路(未示出)连接至发电场主机7和/或连接至高级控制装置(未示出)上、具体连接至该电网运营商。
[0038]风力涡轮机I输出低压水平(典型地在600至1000V的范围内)的电能。然而为了输电并且这也已经适用于发电场内部电网9上输电,总体上需要相对高的电压,即处于中压范围内的电压,例如20kV。
[0039]为此目的,涡轮机变压器2被提供在风里涡轮机I之上或之中。发电场内部电网9上的电压可能波动,并且风力涡轮机I必须相应地经由其变压器2跟从该电压波动。此外,该风力涡轮机需要提供所要求的无功功率,无论这是感应性或电容性的无功功率。原则上,已知的风力涡轮机I可以提供这点、但是不总是在整个需要的电压范围上。为了扩展可用于风力涡轮机I的电压范围,根据本发明的电压扩展器3在将风力涡轮机I连接至电网9上的连接线17中成圈。在图1所示的示例性实施例中,所示电压扩展器被定位在变压器2的中压侧上、SP在变压器2与电网9之间。然而,它还可以安排在变压器2的低压侧上、即在风力涡轮机I与变压器2之间。扩展器3的电压范围用于扩展风力涡轮机I在电网9上的电压范围的目的,以便因此在风力涡轮机承受电压波动的能力方面还满足电网运营商的更严格要求、同时提供无功功率。
[0040]电压扩展器3包括一个小型变压器30和一个切换机构33,该小型变压器具有初级绕组31和次级绕组32。在图1和图2所示的示例性实施例中,次级绕组32在风力涡轮机I与电网9之间的连接线17中、准确而言在电网侧上(即在中压水平上)成圈,如以上已经提及。初级绕组31连接至切换机构33上,并且电能被该切换机构供应至所述初级绕组,该电能经由连接件34被供应至切换机构33。到连接件34的功率供应进而可以是从电网9、从风力涡轮机I自身或者从任何其他所希望的来源发生的,其中这个来源接着需要在其频率和相位角方面与电网上的电压相匹配。
[0041]以下将参照附图3所示的示例性实施例来更详细地说明该切换机构的设计和操作模式。所述图中示出了切换机构33,该切换机构使用三个分接头即切换分接头MINUS、ZER0和PLUS进行切换。在切换分接头PLUS处,用于小型变压器3的额外电压与电压扩展器3连接,使得风力涡轮机I的总电压增大。相反,在MINUS位置中,风力涡轮机I输出的电压被减小了相应的幅度。在ZERO设置中,没有变化。由小型变压器30额外施加的电压1]2的幅度是由初级线圈31与次级线圈32之间的变压系数确定的。由切换机构33向初级线圈31施加电压山,该切换机构进而从供应变压器4中引出其电能,该供应变压器连接至其供应连接件34上,其中电压U3进而被风力涡轮机I自身经由供应线路17馈送至所述供应变压器4(为清晰起见,图3中未示出该馈送)。
[0042]为了在这三个不同的分接头MINUS、ZERO和PLUS处致动初级绕组31,提供了多对开关35、36和35 ’、36 ’以及37。对分接头PLUS而言,开关对35、36开启,而开关对35 ’、36 ’和开关37断开。在这种情况下,被
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