专利名称：在机舱中具有电力电子器件的风轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有承载机舱的塔结构的风轮机。所述机舱容纳能量变换系统， 该能量变换系统至少包括发电机，该发电机适于将从风中吸取的机械能转化成电能，该电能被供应到电网。在根据本发明的风轮机中，机舱中的可用空间以非常有效的方式得以利用。
背景技术：
通过风轮机，当将从风中吸收的机械能通过发电机转化成电能时，电能通常至少部分地通过电力电子器件被供应到电网。所需要的电力电子器件通常布置在机舱中，例如， 布置在允许接近电力电子构件的机架中，例如以允许维护或修理构件或者为了允许更换构件的部件。机架通常位于机舱中，使得电力电子构件可沿大体水平的方向从机架移除。尤其是为了在需要对构件进行修理或维护的情况下允许以安全的方式接近电力电子构件而选择这种定位方式。通常在风轮机的电力电子构件处或其附近存在例如约为1000V以上的高压。因此非常重要的是，将电力电子构件以下述方式布置在机舱中，即，使得它们可被接近而不会对维修人员带来电击风险，并且在处于直立位置时允许维修人员对构件进行修理。因此，电力电子器件占据机舱中可用空间的大部分。此外，如果一个或更多个电力电子构件必须进行修理、移除或更换，则通常必需沿大体水平的方向移动该一个或更多个构件，这是因为如上所述这些构件布置在机架中。这使得难以使用普通的升降设备(诸如起重机)来移动这些构件，并且带来构件意外掉落而使得维修人员的身体部分被掉落的构件挤压的风险。这是非常不期望的。
发明内容
因此，本发明的实施方式的目的是提供一种风轮机，其中，与现有技术的风轮机相比，机舱内部中的可用空间得以更大程度地利用。本发明的实施方式的另一目的是提供一种风轮机，其中，电力电子构件的更换可利用普通升降设备进行。本发明的实施方式的再一目的是提供一种风轮机，其中，与现有技术的风轮机相比对维修人员造成伤害的风险降低。本发明的实施方式的又一目的是提供一种风轮机，其中，与现有技术的风轮机相比，能够减少由于修理和维护而导致的风轮机的非操作时间。本发明提供了一种风轮机，该风轮机包括机舱，所述机舱至少容纳发电机和电力电子器件，所述电力电子器件电气互连在所述发电机和电网之间，其中，在所述机舱中在位于所述机舱的底平面与所述机舱的下限制面之间的区域中可移除地布置有至少一个电力电子构件。本发明涉及一种风轮机，即涉及这样一种设备，该设备适于将风能转换成电能。本发明的风轮机是一种联接到电网的风轮机，并且其优选地为大型的现代风轮机。这样的风轮机设置有承载机舱的塔结构。所述机舱承载多个可旋转地布置并用于从风中吸取能量的转子叶片，并且所述机舱可旋转地布置在塔结构上以使得所述机舱沿风的方向引导转子叶片。所述机舱通常容纳多个在由风轮机发电时使用的构件，例如传动系，该传动系可包括传动装置、发电机、各种电气构件以及电力电子器件。在机舱中用于容纳这些构件的空间受限，具体是因为希望限制机舱的总体尺寸以限制机舱的总重并且以便于运输机舱。在本文中，术语“电力电子器件”应被解释为是指用于变换电能形式的电子部件， 包括但不限于转换器、逆变器、各种电子滤波器、相关的保护和控制装置等。术语“电力电子构件”应被解释为是指包括一个或更多个电力电子部件的整体单元。应注意，所述构件对于例如移除、更换、测试、错误检测或故障检测等可以作为一个单元操纵。根据本发明，在风轮机的机舱中可移除地布置有至少一个电力电子构件。在本文中，术语“可移除”应当解释为是指可以从机舱移除电力电子构件而不损坏机舱、电力电子构件或机舱或电力电子构件的一部分。这允许例如在电力电子构件完全或部分失效或故障的情况下用另一个基本上相同的电力电子构件更换整个电力电子构件。因此，在失效或故障的情况下，将不在现场进行修理操作。相反地，故障的电力电子构件由另一个电力电子构件简单地替换，该另一个电力电子构件作为一个单元提前经过测试，由此确保构件本身正确地操作。由此不必在机舱中将电力电子构件布置成可以被接近以允许人员现场对其进行修理操作。而是仅需要将它们定位成可以被移除/更换。此外，风轮机的非操作时间最少， 这是因为一旦更换了失效或故障的电力电子构件风轮机就可完全操作，而不存在进行修理操作的一些时间间隔。失效或故障的电力电子构件可随后被运到修理点或车间，可在修理点或车间被修理以使其在以后的某一时刻定位在风轮机中。在机舱的底平面与机舱的下限制面之间的区域中布置有至少一个电力电子构件。 在本文中，术语“底平面”应当解释为是指由布置在机舱内部的底面限定的平面，所述底面例如待由维修人员在上面行走和/或用于承载机舱中的各种设备的底面。机舱的下限制面可有利地为限定机舱的内部与周围环境之间的界面的外壁，该外壁布置在机舱的底部。应注意，在机舱内可以限定两个或更多个不同的底平面，例如该两个或更多个不同的底平面通过小台阶部分互连，以允许人们从一个底平面移至另一个底平面。例如在机舱的一个部分的底面下方布置比机舱的其它部分中布置的更大的部件时就是这种情况。应注意，如果该电力电子构件位于一个这样的底平面与下限制面之间，即使该电力电子构件的一部分超出由另一个底平面限定的高度，则该电力电子构件也应被视为位于机舱的底平面和机舱的下限制面之间的区域中。由此，底平面下方的可用空间被用于容纳在风轮机的操作期间所需要的至少一些电力电子器件。由此，这些电力电子构件不会占据机舱内的、设置在底平面上方的空间，该空间通常用于容纳必须容易接近的物品和构件，以允许维修人员在机舱内活动，并且用于在维修期间储存部件。因此，在机舱的该部分中可利用的空间更多，即，更大程度地利用机舱内的整个空间。如上所述，因为电力电子构件是可移除的，所以可以将它们定位在该位置，由此允许它们被更换，而不是在现场进行修理操作。可以在机舱中布置一个或多个电力电子构件，使得其可沿大体竖直的方向被定位在所述区域中以及/或者从所述区域移除。在本文中，术语“竖直的”应当解释为是指由重力作用的方向所限定的方向。因此，根据该实施方式，可以沿大体竖直的方向将给定的电力电子构件抬离机舱的底平面与机舱的下限制面之间的区域。由于该方向是普通升降设备(诸如起重机)正常工作所沿的方向，因此这使得非常容易移除电力电子构件。此外，可以接近电力电子构件，而不存在维修人员被电击的风险。电力电子构件中的至少一个可以为转换器。该转换器包括电网侧转换器以及发电机侧转换器。另选地或附加地，电力电子构件中的至少一个可以是逆变器、dv/dt滤波器、 电网滤波器(诸如电网扼流圈)、相关联的保护和控制装置和/或其它适当类型的电力电子构件。机舱的底面中的至少一个底板可以设置有安全开关，该安全开关被布置成在底板至少被部分地移除的情况下中断向电力电子构件供电。根据该实施方式，有效地确保在电力电子构件维修或更换期间不向其供应电力。因而，消除了在该操作期间对维修人员造成电击的风险。安全开关可以是联锁开关或者可以包括联锁开关。可通过完全移除底板来致动安全开关。另选地，底板仅部分地移除就可能足够了， 例如通过打开经由铰链连接附接到底面结构的盖状底板或者通过沿大体平行于底面的方向滑动底板来部分地移除底板。作为另选方案，可以通过转动所需要的钥匙以移动底板来致动安全开关。在任何情况下，在移动底板使得可以接近布置在底平面下方的区域时应该致动安全开关，从而使得可以接近布置在该区域中的电力电子构件。机舱的底面中的至少一个底板可以滑动地安装在机舱内部，并且该底板的滑动运动可以产生通过机舱的底面的通路或者可以关闭该通路。根据该实施方式，在需要接近布置在底平面下方的区域的维修期间底板不会占据过多空间。此外，底板保持在所形成的通路附近，并且使维修人员在完成维修时容易关闭所述通路。可以在电力电子组件中布置两个或更多个电力电子构件。这是有利的，因为在一个或更多个电力电子构件损坏时，组件被简单地更换，即，不修理故障构件。因此，无需将电力电子构件定位成使得可以接近每个电力电子构件以进行修理操作。由此，可以将它们布置在不太能接近的区域中，诸如底平面与机舱的下限制面之间的区域中。电力电子组件可有利地包括至少两种不同的电力电子构件，例如转换器以及至少一种电滤波器。电力电子组件可以有利地包括包围该组件的电力电子构件的盒或壳体。在该情况下，盒或壳体可用作机舱底面的底面结构的一部分，从而例如为底面结构提供强度或硬度。可以在机舱中布置至少一个电力电子组件，使得其能够沿大体竖直的方向定位和 /或移除。根据该实施方式，如上所述整个组件能够被移动。可以在位于机舱的底平面和机舱的下限制面之间的区域中布置至少一个电力电子组件。由此获得上述优点。所述机舱可以容纳至少两个电力电子组件。所述电力电子组件可以基本上相同， 例如，包括相同种类的电力电子构件。另选地，所述电力电子组件可以彼此不同。根据一个实施方式，至少一个电力电子组件可以安装在机舱的基架的壁部上。根据该实施方式，甚至更容易接近电力电子构件，以移除或更换该组件。此外，该组件可以用于所有其它组件的故障查寻，即，能够识别故障构件而不必移除底板。最后，该组件可包含用于切断电力电子构件的电力的开关装置。
至少一个电力电子构件可以由机舱支撑结构支撑。机舱支撑结构可以有利地形成机舱的基架的布置在机舱的底平面与下限制面之间的区域中的部分。另选地或附加地，至少一个电力电子组件可以是自支撑式的。风轮机还可包括用于冷却至少一个电力电子构件的冷却系统。所述冷却系统例如可以是空冷系统或水冷系统，或者是空冷和水冷系统的组合。机舱的下限制面可以形成冷却系统的一部分。根据该实施方式，可以经由下限制面从机舱的外部为电力电子构件直接提供冷却。至少一个电力电子构件可以沿大体水平的方向安装，例如，安装在机架中，在该机架中，两个或更多个电力电子构件并排布置，抵靠同一大体水平的表面。这允许电力电子构件如上所述沿大体竖直的方向移动。
现在将参照附图更详细地描述本发明，其中图1是根据本发明的一个实施方式的风轮机的机舱的立体图；图2是从不同角度所看到的图1的机舱的立体图；图3是从不同角度所看到的图1和图2的机舱的立体图，并且移除了底板；图4是从不同角度所看到的图3的机舱的立体图；图5是在根据本发明的一个实施方式的风轮机中使用的电力电子组件的立体图； 以及图6是示出了图5所示的类型的四个电力电子组件的立体图。
具体实施例方式图1是用于根据本发明的一个实施方式的风轮机的机舱1的立体图。为了清楚起见并且为了露出设置在机舱1内的构件，移除了机舱1的包括外壁在内的一些部件。机舱1包括基架2，并且该机舱容纳发电机3。在机舱1内布置多个底板4，这些底板组合形成机舱1的底面。图1中仅示出了一些底板4，应注意，由底板4形成的底面基本上延伸穿过机舱1的内部，由此允许人们在底面上行走。在基架2上安装高架起重机5。高架起重机5可用于抬起并移动机舱1内部的重型构件。在底板4的下方设置多个电力电子组件6。电力电子组件6因底板4而在图1中不能清楚可见，因此以下将参照图3至6更详细地描述这些电力电子组件。图2是从不同角度所看到的图1的机舱1的立体图。在图2中，还可见转子7。转子7经由传动装置联接到发电机3，传动装置在图2中不能清楚可见。图3是从又一不同角度所看到的图1和2的机舱1的立体图。在图3中，由于为了清楚起见而省略了高架起重机，因此传动装置8可见。此夕卜，在图3中，为了示出电力电子组件6而省略了底板。可以看出图3的机舱1 容纳有四个相同的电力电子组件6。每个电力电子组件6均在一侧与发电机3连接，而在相反侧与电路9连接，电路9建立与电网的电连接。从图3清楚的是，电力电子组件6的电力电子构件可沿大体竖直的方向定位在组件中或者沿大体竖直的方向从组件移除。此外，可以沿大体竖直的方向定位或移除电力电子组件6中的其中一个电力电子组件。因此，例如能够利用高架起重机5(图1中可见)进行电力电子构件或者电力电子组件6的定位或移除。以下将参照图5和图6更详细地描述电力电子组件6的设计。图4是图3的机舱1的立体图。在图4中，电力电子组件6比图3中更清楚可见。图5是图3和4中所示的类型的电力电子组件6的立体图。电力电子组件6包括具有发电机侧转换器和电网侧转换器的转换器部10。组件6还包括布置在转换器部10的发电机侧的dv/dt滤波器11和布置在转换器部10的电网侧的电网滤波器12。从而，电力电子组件6包括三个不同种类的电力电子构件，S卩，转换器10、dv/dt滤波器11和电网滤波器12。布置线缆13以电连接dv/dt滤波器11与发电机(未示出)，并且布置三个总线 14以电连接电网滤波器12与为了建立与电网的连接而布置的电路(未示出)。电力电子组件6的电力电子构件10、11、12容纳在盒15中，由此允许所有构件10、 11、12以及线缆13和总线14作为单个单元一起移动。图6示出了图5所示的类型的四个相同的电力电子组件6。电力电子组件6以图 3和4所示的方式并排布置。
权利要求
1.一种风轮机，该风轮机包括机舱，所述机舱至少容纳有发电机和电力电子器件，所述电力电子器件电气互连在所述发电机和电网之间，其中，在所述机舱中在位于所述机舱的底平面与所述机舱的下限制面之间的区域中可移除地布置至少一个电力电子构件。
2.根据权利要求1所述的风轮机，其中，所述电力电子构件布置在所述机舱中，使得所述电力电子构件能够沿大体竖直的方向被定位在所述区域中以及/或者从所述区域移除。
3.根据权利要求1或2所述的风轮机，其中，至少一个所述电力电子构件为转换器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的风轮机，其中，所述机舱的底面的至少一个底板设置有安全开关，该安全开关布置成在所述底板至少被部分地移除的情况下中断向所述电力电子构件供电。
5.根据前述权利要求中任一项所述的风轮机，其中，所述机舱的底面的至少一个底板以滑动方式安装在所述机舱的内部，并且其中所述底板的滑动运动形成通过所述机舱的所述底面的通路，或者所述底板的所述滑动运动关闭这样的通路。
6.根据前述权利要求中任一项所述的风轮机，其中，两个或更多个电力电子构件布置在一电力电子组件中。
7.根据权利要求6所述的风轮机，其中，至少一个电力电子组件在所述机舱中布置成能够沿大体竖直的方向定位以及/或者移除。
8.根据权利要求6或7所述的风轮机，其中，在位于所述机舱的底平面和所述机舱的下限制面之间的区域中布置有至少一个电力电子组件。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的风轮机，其中，所述机舱容纳有至少两个电力电子组件。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的风轮机，其中，至少一个电力电子组件安装在所述机舱的基架的壁部上。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的风轮机，其中，至少一个电力电子组件由机舱支撑结构支撑。
12.根据权利要求6至11中任一项所述的风轮机，其中，至少一个电力电子组件是自支撑式的。
13.根据前述权利要求中任一项所述的风轮机，该风轮机还包括用于冷却至少一个所述电力电子构件的冷却系统。
14.根据权利要求13所述的风轮机，其中，所述机舱的所述下限制面形成所述冷却系统的一部分。
15.根据前述权利要求中任一项所述的风轮机，其中，至少一个电力电子构件沿大体水平的方向安装。
全文摘要
公开了一种风轮机，该风轮机包括机舱(1)。所述机舱(1)至少容纳发电机(3)和电力电子器件，所述电力电子器件电气互连在所述发电机(3)和电网之间。在所述机舱(1)中在位于所述机舱(1)的底平面与所述机舱(1)的下限制面例如底壁之间的区域中可移除地布置有至少一个电力电子构件(10，11，12)。由此，与现有技术的风轮机相比，机舱(1)的内部中的可用空间得以更大程度地利用，并且能够利用普通的升降设备进行电力电子构件(10，11，12)的更换。此外，对维修人员造成伤害的风险降低。
文档编号F03D1/00GK102308082SQ200980156237
公开日2012年1月4日 申请日期2009年12月22日 优先权日2009年2月5日
发明者G·拉尔森, T·约尔特 申请人:维斯塔斯风力系统有限公司