專利名稱：風力渦輪機過電壓影響的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于為電力網(wǎng)產(chǎn)生電力的風力渦輪機，并且特別涉及一種受到電力網(wǎng)側的過電壓影響(exposed)的風力渦輪機。
背景技術：
由于電力網(wǎng)的不穩(wěn)定，風力渦輪機時常會受到來自電力網(wǎng)側的過電壓的影響。通常，如果過電壓超過預定值，風力渦輪機將與電力網(wǎng)斷開，以避免任何對風力渦輪機系統(tǒng)的損壞。然而，將風力渦輪機從電力網(wǎng)斷開可能產(chǎn)生相當長的停機時間，因為再次將風力渦輪機重新連接到電力網(wǎng)上要花費一定的時間。此外，在由于電力網(wǎng)的不穩(wěn)定產(chǎn)生過電壓的情況下將風力渦輪機從電力網(wǎng)斷開可能使電力網(wǎng)產(chǎn)生附加的不穩(wěn)定。因而，在電力網(wǎng)不穩(wěn)定的情況下將風力渦輪機從電力網(wǎng)斷開可能導致嚴重破壞電力網(wǎng)穩(wěn)定的連鎖反應。
為了克服電力網(wǎng)不穩(wěn)定以及風力渦輪機損壞的風險，電力網(wǎng)應用供應商通常在允許風力渦輪機從電力網(wǎng)斷開之前要求它們必須承受最小過電壓容限。這導致目前的結果提供50Hz的690V電壓的現(xiàn)有風力渦輪機的部件設計為隨時承受110％的過電壓、承受115％的過電壓1s的持續(xù)時間并且承受120％的過電壓100ms的持續(xù)時間。然而，同時象蘇格蘭這樣的國家或地區(qū)已經(jīng)建立了需要風力渦輪機跨越高達150％的電力過電壓的電力網(wǎng)過電壓要求。如此高的過電壓很可能損壞目前的風力渦輪機。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述問題，并且特別是為了克服由于電力網(wǎng)側的過電壓導致風力渦輪機損壞的問題，提出了一種風力渦輪機。通過所附權利要求、描述以及附圖，本發(fā)明的其他方面、優(yōu)點以及特征顯而易見。
相據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機包括具有為具有第一電力線的電力網(wǎng)產(chǎn)生電力的發(fā)電機的風力渦輪機；進一步包括具有連接到所述發(fā)電機的第一初級線圈以及連接到所述第一電力線的第一次級線圈的第一變壓器以便將所述第一初級線圈上的第一初級電壓轉換成所述第一次級線圈上的第一次級電壓；根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機進一步包括連接到所述第一初級線圈的第一電路，其中所述第一電路具有第一開關元件，如果所述第一次級電壓超過預定第一電壓極限值，則用于提供并聯(lián)于所述第一初級線圈的第一電流通路的。
與第一電流通路斷開的情況相比，利用提供并聯(lián)于所述第一初級線圈的第一電流通路的所述第一電路的第一開關元件，第一初級線圈上的第一初級電壓減小。優(yōu)選的是，并聯(lián)通路包括具有斬波器以及阻尼電阻(或阻尼電感)的備用整流器。第一初級電壓的減小防止電力網(wǎng)側的過電壓直達發(fā)電機以及渦輪機內(nèi)的其他敏感設備。第一開關元件能夠僅在需要的時刻(即，在過電壓過程中)選擇生激活并聯(lián)電流通路。這樣，利用處于備用的電路，保護風力渦輪機不受過電壓影響，同時在正常操作過程中(即，在沒有過電壓時)幾乎不消耗任何電力。利用第一電路，提供能夠在電力網(wǎng)(應用網(wǎng))出現(xiàn)極端電壓峰值時將電壓峰值切割到容許值的備用阻尼單元。此外，利用通過這種方式進行過電壓保護的風力渦輪機，不必再將風力渦輪機從電力網(wǎng)斷開。這樣，風力渦輪機的電力產(chǎn)生效率顯著增加。此外，本發(fā)明便于非常簡單的實現(xiàn)過電壓保護，因為利用已經(jīng)處于適當位置的變壓器，僅需要將第一電路連接到第一初級線圈。這樣，利用根據(jù)本發(fā)明的過電壓保護可以輕易改進已有的風力渦輪機。
由于大多數(shù)電力網(wǎng)具有第一、第二以及第三電力線，以便以三種不同的相位傳輸電流，因而除了所述第一變壓器，風力渦輪機優(yōu)選具有第二(以及任選的第三)變壓器，其具有連接到所述發(fā)電機的第二(和相應的第三)初級線圈以及連接到所述第二(以及相應的第三)電力線的第二(和任選的第三)次級線圈，以便將所述第二(和相應的第三)初級線圈上的第二(和相應的第三)初級電壓轉換成所述第二(和相應的第三)次級線圈上的第二(以及相應的第三)次級電壓。在這種情況下，優(yōu)選對于所述第一、第二以及第三變壓器中的至少兩個，如果相應的第一、第二或第三次級電壓超過預定第一電壓極限值時，則存在與所述相應的第一、第二或第三初級線圈并聯(lián)的電流通路。進一步優(yōu)選的是，所述第一、第二和/或第三開關元件是相同類型的，以便具有相同的開關特性。
優(yōu)選的是，所述第一、第二以及第三電路中的至少一個包括相應的第一、第二或第三阻尼部件，以便分別限制所述第一、第二或第三電流通路的電流。通過限制各電流通路的電流，可以控制過電壓的電壓減小，以便一方面使由于第一、第二或第三電路產(chǎn)生的失真最小化，并且另一方面防止風力渦輪機損壞。


對于本領域技術人員，在說明書的余下部分中(包括參考附圖)更具體地闡述了本發(fā)明的全部以及啟發(fā)性公開內(nèi)容(包括其最佳實施方式)，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的具有分別與三個相應的初級線圈并聯(lián)的電流通路的風力渦輪機的示意圖；圖2a是根據(jù)本發(fā)明第二實施例具有分別與三個相應的初級線圈并聯(lián)的電流通路并且其中使用電感來限制電流的風力渦輪機的示意圖；圖2b公開了由圖2a的電路形成的電力線和相應的初級電壓的電壓曲線；圖3a是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的具有與所有三個相應的初級線圈并聯(lián)的單個電流通路的風力渦輪機的示意圖；圖3b公開了由圖3a的電路形成的電力線和相應的初級電壓的電壓曲線。
術語名稱1風力渦輪機2發(fā)電機2a發(fā)電機的第一電線
2b發(fā)電機的第二電線2c發(fā)電機的第三電線3電力網(wǎng)3a電力網(wǎng)的第一電力線3b電力網(wǎng)的第二電力線3c電力網(wǎng)的第三電力線5轉子7變速箱9中央控制單元11a第一控制線11b第二控制線11c第三控制線20單個電路22單個電流通路100第一變壓器102第一初級線圈104第一次級線圈106第一電路108第一開關元件110第一阻尼部件112第一電流通路200第二變壓器202第二初級線圈204第二次級線圈206第二電路208第二開關元件
210第二阻尼部件212第二電流通路300第三變壓器302第三初級線圈304第三次級線圈306第三電路308第三開關元件310第三阻尼部件312第三電流通路vp1第一初級電壓vp2第二初級電壓vp3第三初級電壓vs1第一次級電壓vs2第二次級電壓vs3第三次級電壓V1第一電壓源V2第二電壓源V3第三電壓源具體實施方式
現(xiàn)在將詳細參照本發(fā)明的各種實施例，在附圖中顯示了其一個或多個實例。通過本發(fā)明說明的方式提供各實例，并不意味著作為本發(fā)明的限制。例如，顯示或描述為一個實施例的一部分的特征可以用于或結合其他實施例，來產(chǎn)生又一個實施例。本發(fā)明傾向于包括這些修改及變形。
圖1示意性公開了用于向電力網(wǎng)3的第一、第二以及第三電力線3a、3b、3c提供電力的風力渦輪機1。在這種情況下，三個電力網(wǎng)電力線傳輸頻率為50Hz峰到峰電壓為380kV的交流電，其中三個電力線的交流電壓的相位彼此相對偏移120度。然而，本領域技術人員立刻可以意識到本發(fā)明不依賴于特定的電力網(wǎng)參數(shù)并且它能夠同樣用于具有更少的電力線、更低或更高電壓以及/或者更低或更高頻率的電力網(wǎng)。
圖1公開了典型風力渦輪機的典型部件。它包括用于將風能轉換成機械轉動能的轉子5，用于將轉子5的轉速轉換成比較適于在發(fā)電機2中進行有效發(fā)電的轉速的變速箱7，以及通過從相應的風力渦輪機部件讀取參數(shù)并向其發(fā)布命令而與各種風力渦輪機部件的操作協(xié)作的中央控制單元9。應該提到，圖1僅是不想以任何方式限制本發(fā)明的實例。特別是，還應該提到，在描述和附圖中，發(fā)電機2應以廣泛的含義理解為可以包括轉子和定子以及整流器和逆變器以及能夠用于將產(chǎn)生的電力的電壓、頻率以及相位調(diào)整成電力網(wǎng)供應所需值的其他主動部件。因而，以下附圖中的第一、第二和第三電線2a、2b、2c優(yōu)選理解為直接與各自的變壓器100、200、300連接的電線，以便提供與發(fā)電機2的任意一個主動部件的連接。
此外，應該提到，描述中所引入的電壓是指參照附圖中所示的第一參考電壓REF1或第二參考電壓REF2的電壓。優(yōu)選的是，第一參考電壓REF1和第二參考電壓REF2相同。
如上文所提到的，第一、第二和第三電線2a、2b、2c將發(fā)電機2產(chǎn)生的電力經(jīng)各自的第一、第二或第三變壓器100、200、300傳輸?shù)诫娏W(wǎng)3的相應的第一、第二或第三電力線3a、3b、3c。第一、第二和第三變壓器100、200、300用于將相應的第一、第二或第三初級線圈102、202、302上的相應的第一、第二或第三初級電壓vp1、vp2、vp3轉換成相應的第一、第二或第三次級線圈104、204、304上的相應的第一、第二或第三次級電壓vs1、vs2、vs3，在目前的情況下上述次級電壓與第一、第二或第三電力線3a、3b、3c的電壓相匹配。
例如，發(fā)電機2可以設計為產(chǎn)生頻率分別為50Hz并且相位彼此相對偏移120度的峰到峰電壓值為690V的交流第一、第二和第三初級電壓vp1、vp2、vp3。為了將發(fā)電機的電力提供到峰到峰電壓為380KV的相應的第一、第二和第三電力線3a、3b、3c，第一、第二和第三變壓器分別需要將相應的第一、第二或第三初級電壓vp1、vp2、vp3放大大約550倍。此外，為了輸送1.5MW的典型電力，變壓器的第一、第二和第三初級線圈在電壓為690伏特時分別傳送大約1260安培的電流。
由于圖1中的電力網(wǎng)3的第一、第二和第三電力線3a、3b、3c直接與相應的第一、第二或第三次級線圈104、204、304連接，如果沒有過電壓保護，電力網(wǎng)3的過電壓可以經(jīng)相應的第一、第二或第三變壓器100、200、300耦合出損壞發(fā)電機2的電壓變化。相應的第一、第二或第三電力線上的電壓曲線是正弦形的交流電壓曲線，當電壓的絕對值超過各自預定的第一、第二或第三絕對電壓極限值時，過電壓出現(xiàn)一次。優(yōu)選的，選擇各自的預定第一、第二和第三電壓極限值，以便提供第一、第二或第三電力線3a、3b、3c的電壓可以在不損壞風力渦輪機的情況下進行變化的電壓范圍。
圖1進一步公開了連接到相應的第一、第二或第三初級線圈102、202、302的第一、第二和第三電路106、206、306，以便在相應的第一、第二或第三次級電壓vs1、vs2、vs3超過各自的預定第一、第二或第三電壓極限值的情況下提供與各自的第一、第二或第三初級線圈102、202、302并聯(lián)的相應的第一、第二或第三電流通路112、212、312。在圖1中，相應的第一、第二或第三電流通路112、212、312在發(fā)電機2的相應的第一、第二或第三電線2a、2b、2c以及第二參考電壓R2之間提供通路。
第一、第二和第三電路106、206、306分別具有能夠分別關閉以提供相應的電流通路112、212、312并且能夠分別打開以切斷相應的電流通路112、212、312的相應的第一、第二或第三開關元件108、208、308。在圖1中，第一、第二和第三開關元件108、208、308分別包括能夠分別對高電壓(例如690V)以及高電流(例如200A)進行切換的閘門電路斷開式半導體閘流管(GTO)、絕緣閘門雙極晶體管(IGBT)、IGCT或半導體閘流管。取決于所需的保護，優(yōu)選各開關元件能夠切換大于相應的第一、第二或第三初級線圈的最大標稱電流0.01％的，優(yōu)選是大于0.1％的，更優(yōu)選是大于1％的電流。此外，第一、第二和第三電路的所有部件優(yōu)選能夠承受相同的電流。這樣，可以引出相應的第一、第二或第三電線2a、2b、2c的電流中相當大的部分，否則這部分電流將流經(jīng)相應的第一、第二或第三初級線圈102、202、302。這樣，流經(jīng)相應的第一、第二或第三初級線圈102、202、302的電流將減小，這種情況轉而減小相應的第一、第二或第三初級電壓vp1、vp2、vp2。這就是如何使用第一、第二和第三電流通路112、212、312來保護發(fā)電機2不受電力網(wǎng)3產(chǎn)生的過電壓影響。
優(yōu)選的是，如圖1所示，第一、第二和第三開關元件由經(jīng)相應的第一、第二或第三控制線11a、11b、11c連接到開關元件112、212、312(例如IGBT或GTO)的控制端(例如，晶體管的門電路)的中央控制單元9所控制。通過在正確的時刻在控制線11a、11b、11c上發(fā)布適當?shù)男盘?，相應的第一、第二或第三開關元件112、212、312在過電壓的情況下關閉并且一旦過電壓消失則打開。這樣，通過依據(jù)過電壓的存在關閉并打開開關元件，可以在存在過電壓時僅第一、第二或第三初級電壓vp1、vp2、vp2變形。這使得由于過電壓產(chǎn)生的能量損失最小化。
圖1進一步公開了與相應的第一、第二或第三電流通路112、212、312串聯(lián)以便限制其內(nèi)電流的第一、第二和第三阻尼部件110、210、310。使用電流限制來避免在相應的開關元件關閉時第一、第二或第三初級電壓vp1、vp2、vp3完全斷開。存在許多與相應的電流通路串聯(lián)的電子部件能夠限制其內(nèi)電流的方法。例如，第一、第二或第三阻尼部件可以分別由電阻R組成。在這種情況下，例如，根據(jù)歐姆定律限制經(jīng)第一開關元件108引出的電流i1，其中i1＝vp1/R。一般說來，應該考慮電力網(wǎng)的預期最大過電壓值并考慮當從電力網(wǎng)3看時變壓器所代表的電感來選擇電阻值。
圖2a示意性公開了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，其具有包括與第一阻尼部件L10串聯(lián)的第一開關元件T10的第一電路、包括與第二阻尼部件L20串聯(lián)的第二開關元件T20的第二電路以及包括與第三阻尼部件L30串聯(lián)的第三開關元件T30的第三電路以保護發(fā)電機2不受由相應的第一、第二和第三電壓源V1、V2和V3所產(chǎn)生的過電壓的影響。第一、第二和第三電壓源V1、V2和V3施加到相應的第一、第二和第三電力線3a、3b、3c上。
為了更好地分析與開關元件T10、T20、T30和阻尼部件L10、L20、L30連接的變壓器100、200、300受第一、第二和第三電壓源V1、V2、V3的電壓影響的電子特性，圖1的第一、第二和第三變壓器100、200、300在圖2a中顯示為等效電路，其中與電阻R3、R4、R5串聯(lián)的電感L1、L2、L3表示發(fā)電機2所看到的相應的有效電感和電阻。部件優(yōu)選設計為承受大于或等于額定變壓器電流大約5或6倍的電流，即至少300到500ms。換句話說，例如，圖1中第一次級線圈和第一初級線圈之間的變壓器100上的電壓降在圖2a中由與電感L1串聯(lián)的電阻R3產(chǎn)生的電壓降所表示。因而，在第一電線2a的位置P1測量的電壓等于圖1的第一初級電壓vp1，在第二電線2b上的位置P2測量的電壓等于圖1的第二初級電壓vp2，并且在第三電線2c的位置P3測量的電壓等于圖1的第三初級電壓vp3。
下面將針對第一電力線3a和第一電線2a描述相對第一、第二和第三電壓源V1、V2、V3產(chǎn)生的過電壓的發(fā)電機2的保護。為了相對過電壓保護發(fā)電機2，第一開關元件T10以及第一阻尼部件L10連接到第一變壓器100的第一初級線圈(參見圖1，在圖2a中未示)，以便提供并聯(lián)到第一初級線圈的第一電流通路112。在圖2a中，第一開關元件T10為具有集電極、發(fā)射極以及基極并且能夠在一個方向上切換高電壓(例如，690V)以及高電流(例如，幾安培到幾百安培)的雙極功率晶體管。此外，圖2a中的第一阻尼部件L10是電感。利用電感，只要電阻R3的阻值很小，第一晶體管100上的電壓降與第一電壓源V1產(chǎn)生的電壓同相。
類似的，第二雙極功率晶體管T20和第二阻尼部件L20連接到第二變壓器200的第二初級線圈(圖2a中未顯示)，以提供與第二初級線圈并聯(lián)的第二電流通路212，保護發(fā)電機2不受第二電壓源V2產(chǎn)生的過電壓影響，并且第三雙極功率晶體管T30和第三阻尼部件L30連接到第三變壓器200的第三初級線圈(圖2a中未顯示)，以提供與第三初級線圈并聯(lián)的第三電流通路312，保護發(fā)電機2不受第三電壓源V3產(chǎn)生的過電壓影響。保護發(fā)電機2不受第二和第三電壓源V2、V3產(chǎn)生的過電壓影響以與上文針對第一電壓源V1產(chǎn)生的過電壓所描述的原理相同的原理進行工作。
圖2a進一步公開了其陰極連接到相應的電感L10、L20、L30中的一個上并且連接到雙極功率晶體管T10、T20、T30的相應的集電極中的一個上，而其陽極連接到所有三個雙極功率晶體管T10、T20、T30中的發(fā)射極的二極管D11、D12、D13。二極管D11、D12、D13使得在操作過程中雙極功率晶體管的T10、T20、T30的發(fā)射極連接到比雙極功率晶體管T10、T20、T30的相應的集電極更負的電位上。這樣，雙極晶體管T10、T20、T30保持在飽和模式，在該模式下，晶體管依據(jù)施加到其相應的基極上的電位進行接通和切斷。
圖2a還公開了連接到第一、第二和第三雙極功率晶體管T10、T20、T30的基極上的中央控制單元9，以便依據(jù)第一、第二和第三電壓源V1、V2、V3中的某個電壓處于過電壓范圍與否接通(開關元件關閉)以及切斷(開關元件打開)功率晶體管T10、T20、T30。例如，如果第一電壓源V1處于過電壓范圍，則第一電壓源V1所提供的電壓的絕對值超過預定的絕對電壓極限值，中央控制單元9向第一雙極功率晶體管T10發(fā)送信號。該信號關閉雙極功率晶體管T10，以便在功率晶體管T10上提供低阻抗，從第一電線2a引出相當大的電流i1來減小第一初級電壓vp1。
圖2b顯示了由與第一變壓器100連接的第一開關元件T10(雙極功率晶體管)和第一阻尼部件L10產(chǎn)生的第一初級電壓vp1的電壓減小效果。圖2b顯示了由第一電壓源V1產(chǎn)生的第一正弦形電壓曲線，以及代表第一初級電壓vp1的略微較小的第二正弦形曲線。彼此相對校準圖2b中的兩個正弦形曲線的振幅使得開關元件T10打開時(即，第一電流通路112斷開時)，兩個正弦形曲線的振幅相同。然而，只要第一電壓源V1電壓超過預定第一電壓極限值通過關閉第一開關元件T10以及只要第一電壓源V1的電壓回落到預定相應的第一、第二或第三電壓極限值通過打開第一開關元件T10，可減小第一初級電壓vp1的振幅。這樣，發(fā)電機2不會“看到”第一電壓源V1的電壓，并因而保護其不受過電壓影響。
應該提到，由于第一阻尼部件L10的電感，第一初級電壓vp1的形狀大體保持為正弦形并且與第一電壓源V1的電壓同相，這樣對發(fā)電機2的操作由幾點好處。此外，上文針對第一變壓器和第一電流通路112所解釋的內(nèi)容同樣適用于具有第二和第三變壓器200、300及其各自的第二和第三電流通路212、312的電路。
圖3a公開了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例。與圖2a中的類似，第一、第二和第三變壓器100、200、300顯示為與相應的電阻R3、R4、R5串聯(lián)的相應的電感L1、L2、L3。與圖2a中的類似，部件優(yōu)選設計為承受大于或等于額定變壓器電流的5或6倍的電流，即至少300到500ms。因而，在第一電線2a上位置P1測量的電壓等于圖1的第一初級電壓vp1，第二電線2b的位置P2測量的電壓等于圖1的第二初級電壓vp2，而在第三電線2c上的位置P3測量的電壓等于圖1的第三初級電壓vp3。
圖3a與圖2a的不同之處在于第一、第二和第三電路106、206、306被組合以為發(fā)電機2的所有三個電線2a、2b、2c提供唯一一個電流通路22。在這種情況下，開關元件U3用于在第一、第二或第三電壓源V1、V2、V3的某一個產(chǎn)生的電壓超過預定電壓極限值時提供電流通路，并用于當?shù)谝?、第二或第三電壓源V1、V2、V3中的某一個產(chǎn)生的電壓回落到預定電壓極限值以下時斷開電流通路。單個電流通路22包括用于限制單個電流通路22的電流的單個阻尼部件R13。通過對發(fā)電機2的全部三個電線2a、2b、2c使用單個電流通路，簡化了元件U3的切換同步。
圖3a設計與圖2a另一不同之處在于開關元件U3在沒有外部信號的情況下進行接通和切斷。這通過使用一旦相應的開關元件的陽極和陰極之間的電壓超過預定閾值就自動切換到導通模式(開關關閉)并且一旦相應的開關元件的陽極和陰極之間的電壓回落到預定閾值電壓以下就自動切換到絕緣模式(開關打開)的半導體閘流管、GTO(閘門電路斷開式半導體閘流管)或者類似元件是有可能實現(xiàn)的。優(yōu)選的，預定閾值可以由靜態(tài)電壓控制(圖3a中未圖示)。在這種情況下，預定閾值可以調(diào)整為與過電壓保護所需預定電壓極限值相對應的值。應該提到，自動切換(即開關元件在沒有外部信號情況下的切換)提供了良好的安全性，因為在這種情況下過電壓保護不取決于控制單元9的功能信號。
此外，與圖2a類似，二極管D1、D2、D3以及二極管D4、D5和D6使得開關元件U3的陽極處于其陰極更負的電位上。
圖3b顯示了由圖3a的電路設計產(chǎn)生的第一初級電壓vp1的電壓減小效果。圖3b顯示了由第一電壓源V1產(chǎn)生的第一純正弦形電壓曲線以及代表第一初級電壓vp1的略微較小的第二正弦形曲線。彼此相對校準圖3b中的兩個正弦形曲線的振幅，使得開關元件U3打開時，即單個電流通路22斷開時，兩個正弦形曲線相同。然而，通過第一電壓源V1的電壓一超過預定第一電壓極限值就關閉開關元件U3，并且通過第一電壓源V1的電壓一回落到預定第一電壓極限值以下就打開開關元件U3，第一初級電壓的峰值似乎可切斷。這樣，發(fā)電機2不會“看見”過電壓，并且因而保護其不受過電壓損壞。然而，由于電感L10，圖2a的電路的初級電壓曲線vp1相當平滑(參見圖2b)，而圖3b的初級電壓曲線vp1看起來有些擾動。
本發(fā)明還涉及一種操作風力渦輪機的新方法，其中風力渦輪機包括用于向電力網(wǎng)的第一電力線3a提供電力的第一電線2a。根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟(a)檢測所述第一電力線的電壓；(b)在所述第一電壓超過預定第一電壓極限值的情況下將第一電流通路連接到所述第一電線2a；以及(c)在所述第一電壓回落到所述預定第一電壓極限值以下的情況下將所述第一電流通路從所述第一電線2a斷開。
優(yōu)選的，該方法同樣適用于為同一電力網(wǎng)的第二電力線3b提供電力的第二電線2b，并且可以適用于為同一電力網(wǎng)的第三電力線3c提供電力的第三電線2c。在這種情況下，該方法包括以下步驟(a)檢測所述第二和/或第三電力線3b、3c的電壓；(b)在所述第二和/或第三電壓超過預定第二和/或電壓極限值的情況下將第二和/或第三電流通路連接到所述第二和/或第三電線2a；以及(c)在所述第二和/或第三電壓回落到所述預定第二和/或第三電壓極限值以下的情況下將所述第二和/或第三電流通路從所述第二和/或第三電線2a斷開。優(yōu)選的，所述第一、第二和/或第三電流通路分別與相應的第一、第二或第三初級線圈102、202、302并聯(lián)。此外，預定第一、第二和第三電壓極限值優(yōu)選為同一值。
在優(yōu)選實施例中，通過切換例如圖1、2a和3a中描述的開關元件分別連接以及斷開所述第一、第二和/或第三電流通路。此處，開關元件是先前描述的類似例如功率晶體管、絕緣閘雙極晶體管(IGBT)、集成門極換向晶閘管(IGCT)、閘門電路斷開式晶體管(GTO)、半導體閘流管或半導體控制整流器(SCR)的半導體部件中的一種。通過將第一、第二和/或第三電流通路連接到相應的第一、第二或第三電線2a、2b、2c，減小相應的第一、第二或第三變壓器100、200、300上的相應的第一、第二或第三初級電壓，使得在電路網(wǎng)的過電壓情況下，發(fā)電機不會“看到”過電壓。另一方面，通過將第一、第二和/或第三電流通路從相應的第一、第二或第三電線2a、2b、2c斷開，在等于或低于預定相應的第一、第二或第三電壓極限值的電壓在相應的第一、第二或第三電力線3a、3b、3c中占優(yōu)的情況下，發(fā)電機2能夠在相應的第一、第二或第三電流路徑中的任何路徑不損失任何電流并因而不損失任何電力的情況下正常操作。這樣，通過依據(jù)電力網(wǎng)的電壓將相應的第一、第二和/或第三電流通路與相應的第一、第二或第三電線2a、2b、2c連接以及斷開，提供一種發(fā)電機不受電力網(wǎng)過電壓損壞的經(jīng)濟的保護方法。
應該提到，可以通過不同方法實現(xiàn)第一，第二和/或第三電力線3a、3b、3c的電壓檢測。例如，在一實施例中，通過測量相應的第一、第二或次級線圈104、204、304上的相應的第一、第二或第三次級電壓vs1、vs2、vs3或者通過測量相應的第一、第二或第三初級線圈102、202、303上的相應的第一、第二或第三初級電壓vs1、vs2、vs3實現(xiàn)第一、第二和/或第三電力線3a、3b、3c的電壓檢測。如圖2a所示，在這些情況下，測量的電壓優(yōu)選送入到根據(jù)測量的電壓值控制相應的開關元件108、208、308，例如相應的開關元件T10、T20、T30的中央控制單元9。
在另一優(yōu)選實施例中，通過使第一、第二和/或開關元件受電力網(wǎng)提供的電壓的影響而被動地實現(xiàn)第一、第二和/或第三電力線3a、3b、3c的電壓檢測。在這種情況下，一旦相應的電壓超過預定電壓極限值，相應的開關元件U3則自動切換到導通模式(開關關閉)并且一旦相應的電壓回落到預定電壓極限值以下則自動切換到絕緣模式(開關打開)。如圖3a所示，“自動”切換是指不需要外部主動控制線來改變相應的開關元件的切換模式。
如前面所提到的，本發(fā)明的實施例僅闡述了本發(fā)明的特定設計。本領域技術人員輕而易舉地知道如何在不脫離本發(fā)明范圍的情況下改變該設計。特別是，本領域技術人員輕而易舉地知道一類開關元件可以輕易由另一類開關元件所代替，并且在這種情況下，電路必須進行相應的調(diào)整。例如，當使用功率晶體管作為開關元件時，它可以通過相應的調(diào)整電路而由半導體閘流管輕易代替，或者反之亦然。
權利要求
1.一種具有用于為電力網(wǎng)(3)的第一電力線(3a)產(chǎn)生電力的發(fā)電機(2)的風力渦輪機(1)；所述風力渦輪機包括-具有連接到所述發(fā)電機(2)的第一初級線圈(102)以及連接到所述第一電力線(3a)的第一次級線圈(104)的第一變壓器(100)，以便將所述第一初級線圈(102)上的第一初級電壓(vp1)轉換成所述第一次級線圈(104)上的第一次級電壓(vs1)；以及-連接到所述第一初級線圈(102)的第一電路(106)；所述第一電路具有第一開關元件(108)，如果所述第一次級電壓(vs1)超過預定第一電壓極限值，則用于提供并聯(lián)于所述第一初級線圈(102)的第一電流通路(112)。
2.根據(jù)權利要求1所述的風力渦輪機(1)，其特征在于包括-具有連接到所述發(fā)電機(1)的第二初級線圈(202)以及連接到所述電力網(wǎng)(3)的第二電力線(3a)的第二次級線圈(204)的第二變壓器(200)，以便將所述第二初級線圈(202)上的第二初級電壓(vp2)轉換成所述第二次級線圈(204)上的第二次級電壓(vs2)；以及-連接到所述第二初級線圈(202)的第二電路(206)；所述第二電路具有第二開關元件(208)，如果所述第二次級電壓(vs2)超過預定第二電壓極限值，則用于提供并聯(lián)于所述第二初級線圈(202)的第二電流通路(212)。
3.根據(jù)權利要求2所述的風力渦輪機(1)，其特征在于包括-具有連接到所述發(fā)電機(1)的第三初級線圈(302)以及連接到所述電力網(wǎng)(3)的第三電力線(3a)的第三次級線圈(304)的第三變壓器(300)，以便將所述第三初級線圈(302)上的第三初級電壓(vp3)轉換成所述第三次級線圈(304)上的第三次級電壓(vs3)；以及-連接到所述第三初級線圈(302)的第三電路(306)；所述第三電路具有第三開關元件(308)，如果所述第三次級電壓(vs3)超過預定第三電壓極限值，則用于提供并聯(lián)于所述第三初級線圈(302)的第三電流通路(312)。
4.根據(jù)上述權利要求任意一項所述的風力渦輪機(1)，其特征在于所述第一電路(106)、第二電路(206)以及第三電路(306)中的至少一個包括用于限制所述相應的第一、第二或第三電流通路(112；212；312)的電流的相應的第一、第二或第三阻尼部件(110；210；310；R13；L10；L20；L30)。
5.根據(jù)權利要求4所述的風力渦輪機(1)，其特征在于所述第一、第二和第三阻尼部件(110；210；310)的至少一個是與相應的所述第一、第二或第三開關元件(108；208；308)串聯(lián)連接的電阻(R13)或電感(L10；L20；L30)。
6.根據(jù)上述權利要求任意一項所述的風力渦輪機(1)，其特征在于如果所述相應的第一、第二或第三次級電壓(vs1；vs2；vs3)回落到所述預定相應的第一、第二或第三電壓極限值以下，所述第一、第二和第三開關元件中的至少一個能夠斷開所述相應的第一、第二或第三電流通路。
7.根據(jù)上述權利要求任意一項所述的風力渦輪機(1)，其特征在于所述第一、第二和第三開關元件中的至少一個能夠切換大于所述相應的第一、第二或第三初級線圈的最大標稱電流的0.01％，優(yōu)選大于0.1％并且更優(yōu)選大于1％的電流。
8.根據(jù)上述權利要求任意一項所述的風力渦輪機(1)，其特征在于所述第一、第二和第三開關元件中的至少一個包括功率晶體管、絕緣閘雙極晶體管(IGBT)、集成門極換向晶閘管(IGCT)、閘門電路斷開式晶體管(GTO)，半導體閘流管或半導體控制整流器(SCR)中的至少一種功率半導體部件。
9.根據(jù)上述權利要求任意一項所述的風力渦輪機(1)，其特征在于所述第一、第二和第三開關元件中的至少一個的切換由能夠檢測所述相應的第一、第二或第三次級電壓(vs1；vs2；vs3)何時超過預定第一電壓極限值的控制單元所控制。
10.根據(jù)上述權利要求任意一項所述的風力渦輪機(1)，其特征在于第一、第二和第三電路(106；206；306)被組合以具有單個電流通路(22)。
11.一種操作具有用于為電力網(wǎng)的第一電力線提供電力的第一電線的風力渦輪機的方法，所述方法包括以下步驟檢測所述第一電力線的電壓；在所述第一電壓超過預定第一電壓極限值的情況下將第一電流通路連接到所述第一電線；以及在所述第一電壓回落到所述預定第一電壓極限值以下的情況下，將所述第一電流通路從所述第一電線斷開。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于通過切換開關元件連接或斷開所述第一電流通路。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其特征在于所述開關元件是像功率晶體管、絕緣閘雙極晶體管(IGBT)、集成門極換向晶閘管(IGCT)、閘門電路斷開式晶體管(GTO)，半導體閘流管或半導體控制整流器(SCR)的半導體部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有為電力網(wǎng)(3)的第一電力線(3a)產(chǎn)生電力的發(fā)電機(2)的風力渦輪機(1)；所述風力渦輪機包括具有連接到所述發(fā)電機(2)的第一初級線圈(102)以及連接到所述第一電力線(3a)的第一次級線圈(104)的第一變壓器(100)，以便將所述第一初級線圈(102)上的第一初級電壓(vp1)轉換成所述第一次級線圈(104)上的第一次級電壓(vs1)；此外，根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機包括連接到所述第一初級線圈(102)的第一電路(106)；所述第一電路具有第一開關元件(108)，如果所述第一次級電壓(vs1)超過預定第一電壓極限值，則用于提供并聯(lián)于所述第一初級線圈(102)的第一電流通路(112)。
文檔編號H02J3/38GK1972055SQ20061012169
公開日2007年5月30日 申請日期2006年8月11日 優(yōu)先權日2005年8月12日
發(fā)明者W·揚森 申請人:通用電氣公司