任何高度。风力涡轮机100也包括转子106，该转子包括附着到旋转中枢110的三个转子叶片108。备选地，风力涡轮机100包括有助于如这里描述的风力涡轮机100的操作的任何数目的叶片108。在示例实施例中，风力涡轮机100包括旋转地耦合到转子106的变速装置(在图1中未示出)和发电机(在图1中未示出)。
[0022]图2是可以与风力涡轮发电机100 (在图1中示出)一起使用的示例电和控制系统200的示意图。转子106包括耦合到旋转中枢110的多个转子叶片108。转子106也包括可旋转地耦合到中枢110的低速轴杆112。低速轴杆耦合到向上步进变速装置114。变速装置114被配置为向上步进低速轴杆112的转速并且向高速轴杆116传送该速度。在示例实施例中，变速装置114具有近似70: I的向上步进比值。例如耦合到具有近似70: I向上步进比值的变速装置114的、在近似每分钟20转(20)旋转的低速轴杆112生成近似1400rpm的高速轴杆116速度。备选地，变速装置114具有有助于如这里描述的风力涡轮机100的操作的任何向上步进比值。也备选地，风力涡轮机100包括直接驱动发电机，其中发电机转子(在图1中未示出)旋转地耦合到转子106而无任何居间变速装置。
[0023]高速轴杆116可旋转地耦合到发电机118。在示例实施例中，发电机118是缠绕转子、同步、60Hz、三相、双馈感应发电机(DFIG)，该DFIG包括磁耦合到发电机转子122的发电机定子120。备选地，发电机118是有助于如这里描述的风力涡轮机100的操作的任何发电机。
[0024]电和控制系统200包括控制器202。控制器202包括至少一个处理器和存储器、至少一个处理器输入通道、至少一个处理器输出通道并且可以包括至少一个计算机(在图2中未示出)。如这里所用，术语计算机并非仅限于在本领域中称为计算机的那些集成电路而是广义地指代处理器、微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路(在图2中未示出)，并且这里可互换地使用这些术语。在示例实施例中，存储器可以包括、但不限于计算机可读介质、比如随机存取存储器(RAM)(在图2中未示出)。备选地，也可以使用软盘、光盘-只读存储器(⑶-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字通用光盘(DVD)(在图2中都未示出)。也在示例实施例中，附加输入通道(在图2中未示出)可以是、但不限于与操作者接口关联的计算机外设、比如鼠标和键盘(在图2中均未示出)。备选地，也可以使用可以例如包括、但不限于扫描仪(在图2中未示出)的其它计算机外设。另外，在示例实施例中，附加输出通道可以包括、但不限于操作者接口监视器(在图2中未示出)。
[0025]用于控制器202的处理器处理从可以包括、但不限于速度和电力换能器的多个电和电子设备发送的信息。RAM和存储设备存储和传送将由处理器执行的信息和指令。RAM和存储设备也可以用来存储和在处理器执行指令期间向处理器提供暂时变量、静态(即非可变)信息和指令或者其它中间信息。执行的指令包括、但不限于常驻转换和/或比较器算法。指令序列的执行不限于硬件电路装置和软件指令的任何具体组合。
[0026]电和控制系统200也包括与发电机118和控制器202电子数据通信的发电机转子转速计204。发电机定子120经由定子总线208电耦合到定子同步开关206。在示例实施例中，为了有助于DFIG配置，定子转子122经由转子总线212电耦合到双向电力转换组件210。备选地，系统200被配置为本领域已知的全电力转换系统(未示出)，其中设计和操作与组件210相似的全电力转换组件(未示出)电耦合到定子120，并且这样的全电力转换组件有助于在定子120与电力传输和配电电网(未示出)之间用通道传输电力。定子总线208从定子120传输三相电力，并且转子总线212从转子122向组件210传输三相电力。定子同步开关206经由系统总线216电耦合到主变压器电路断路器214。
[0027]组件210包括经由转子总线212电耦合到转子122的转子滤波器218。转子滤波器218经由转子滤波器总线219电耦合到转子侧、双向电力转换器220。转换器220电耦合到线侧、双向电力转换器222。转换器220和222基本上相同。电力转换器222经由线侧电力转换器总线223和线总线225电耦合到线滤波器224和线接触器226。在示例实施例中，转换器220和222被配置在三相、脉宽调制(PWM)配置中，该配置包括如本领域已知的那样“点燃”的绝缘栅双极晶体管(IGBT)开关器件(在图2中未示出)。备选地，转换器220和222具有任何配置，该配置使用有助于如这里描述的系统200的操作的任何开关器件。组件210被耦合与控制器202电子数据通信以控制转换器220和222的操作。
[0028]线接触器226经由转换电路断路器总线230电耦合到转换电路断路器228。电路断路器228也经由系统总线216和连接总线232电耦合到系统电路断路器214。系统电路断路器214经由发电机侧总线236电耦合到电力主变压器234。主变压器234经由断路器侧总线240电耦合到电网电路断路器238。电网断路器238经由电网总线242连接到电力传输和配电电网。
[0029]在示例实施例中，转换器220和222经由单个直流(DC)链路244被耦合相互电通信。备选地，转换器220和222经由个别和分离DC链路(在图2中未示出)电耦合。DC链路244包括正轨道246、负轨道248和在它们之间耦合的至少一个电容器250。备选地，电容器250是在轨道246与248之间串联或者并联配置的一个或者多个电容器。
[0030]系统200还包括配置为从多个电压换能器252接收多个电压测量信号的锁相环(PLL)调节器400。在示例实施例中，三个电压换能器252中的每个电压换能器电耦合到总线242的三相中的每相。备选地，电压换能器252电耦合到系统总线216。此外，备选地，电压换能器252电耦合到系统200的有助于如这里描述的系统200的操作的任何部分。PLL调节器400经由多个电管道254、256和258被耦合与控制器202和电压换能器252电数据通信。备选地，PLL调节器400被配置为从任何数目的电压换能器252接收任何数目的电压测量信号、包括、但不限于来自一个电压换能器252的一个电压测量信号。控制器202也可以从电流变压器或者电流换能器接收任何数目的电流反馈，这些电流变压器或者电流换能器电耦合到系统200的有助于如这里描述的系统200的操作的任何部分、比如来自定子总线208的电流反馈、来自发电机侧总线236的电网电流反馈等。
[0031]在操作期间，风力冲击叶片108，并且叶片108将机械风能变换成经由中枢110旋转地驱动低速轴杆112的机械转矩。低速轴杆112驱动变速装置114，该变速装置随后向上步进轴杆112的低转速以增加的转速驱动高速轴杆116。高速轴杆116旋转地驱动转子122。在转子122内感应旋转磁场，并且在磁耦合到转子122的定子120内感应电压。发电机118将旋转机械能转换成定子120中的正弦、三相交流(AC)电能信号。经由总线208、开关206、总线216、断路器214和总线236向主变压器234传输关联电力。主变压器234向上步进电力的电压幅度，并且经由总线240、电路断路器238和总线242向电网进一步传输变换的电力。
[0032]在双馈感应发电机配置中，提供第二电力传输路径。在缠绕的转子122内生成并且经由总线212向组件210传输电三相正弦AC电力。在组件210内，向转子滤波器218传输电力，在该转子滤波器内对于与转换器220关联的PWM信号的改变率而修改电力。转换器220充当整流器并且将正弦三相AC电力整流成DC电力。向DC链路244传输DC电力。电容器250通过有助于减轻与AC整流关联的DC脉动来有助于减轻DC链路244电压幅度变化。
[0033]从DC链路244向电力转换器222随后传输DC电力，其中转换器222充当配置为将来自DC链路244的DC电力转换成具有预定电压、电流和频率的三相正弦AC电力的逆变器。经由控制器202监视和控制这一转换。经由总线227和225、线接触器226、总线230、电路断路器228以及总线232从转换器222向总线216传输转换的AC电力。线滤波器224补偿或者调整从转换器222传输的电力的谐波电流。定子同步开关206被配置为闭合，从而有助于连接来自定子120的三相电力与来自组件210的三相电力。
[0034]电路断路器228、214和238被配置为例如在电流流量过量并且可能损坏系统200的部件时使对应总线脱离连接。也提供包括线接触器226的附加保护部件，可以通过断开与线总线230的线中的每个线对应的开关(在图2中未示出)来控制该线接触器以形成脱离连接。
[0035]组件210例如对于在中枢110和叶片108的风速的改变来补偿或者调整来自转子122的三相电力的频率。因此，以这一方式，去耦合机械和电转子频率，并且与机械转速基本上独立地有助于电定子和转子频率匹配。
[0036]在一些状况之