为风力涡轮机产生辅助电力的制作方法
【专利摘要】描述了一种用于为孤岛的风力涡轮机产生辅助电力的方法和系统，其中风力涡轮机可包括发电机，发电机被构造为把电力提供给主电网。该方法包括：检测所述风力涡轮机在电气上与所述主电网断开连接的孤岛运行模式；响应于所述断开连接，把所述风力涡轮机的旋转速度调整为低旋转速度的范围内的值；把所述发电机输出转换为适合于对所述辅助电力分配系统进行充电的值；以及把所述转换器的输出连接到所述辅助电力分配系统。
【专利说明】为风力涡轮机产生辅助电力
【技术领域】
[0001]本发明涉及为风力涡轮机产生辅助电力，具体地讲，涉及一种为风力涡轮机产生辅助电力的方法、一种包括辅助电源的风力涡轮机、一种用在这种风力涡轮机中的控制器和转换器以及一种使用这种方法的计算机程序产品，但并不仅仅涉及该方法、该风力涡轮机、该控制器和转换器以及该计算机程序产品。
【背景技术】
[0002]风力涡轮机技术(特别地，近海风力涡轮机技术)是迅速发展的【技术领域】。在近海位置，当与陆上系统相比较时，存在更高的风速，并且可实现更大尺寸的风力涡轮机的安装。这种风电场的安装和运行提出一些技术挑战。风力涡轮机漂浮或安装在水下基座上，并且在电气上与水下电缆互连。此外，这种风电场通常安装在相对较远的区域，因此，当在运行期间发生问题时，风电场的控制系统和/或风电场的每个风力涡轮机中的控制系统应该能够采取措施。在这种情况下，风电场中的风力涡轮机应该被构造为自主地处理在风力涡轮机的运行期间出现的问题。
[0003]问题之一在于:风电场或风电场的一部分风力涡轮机可能与电网断开连接，例如因为计划的切换动作、电网中的断路器的保护切换或者因为内部风力涡轮机故障(例如，(主)转换器的(部分)故障)而导致的断路器的保护切换。
[0004]在检测到这种故障之后，断路器可自动使涡轮机与电网断开连接，并且通过停止叶片的旋转以及通过把叶片定位到轮叶位置而将自己设置为停机或待机状态。这种待机状态将会持续，直至断开连接的风力涡轮机能够重新连接到电网为止。在待机状态期间，因为不存在来自电网的电力，所以必须从辅助电源向风力涡轮机控制器和其它涡轮机部件(例如环境控制器，该环境控制器控制风力涡轮机设备的环境参数(温度、湿度等)以保持在请求的界限内)供电。
[0005]此外，还存在其它可能的情况，例如风力涡轮机中的一些元件的内部故障，其中涡轮机未在物理上与电网断开连接，但仍然需要来自辅助电源的电力。
[0006]传统的风力涡轮机通常使用不间断电源(包括例如电池系统、超级电容器、柴油发电机组或其组合)作为辅助电源。然而，柴油发电机需要维护和补给燃料，因此不太适合用在近海和/或较远的风电场系统中。此外，电池对温度变化敏感，并且为了确保长时间的供电，通常需要大量的电池。此外，随着时间过去，电池的容量可能降低。
[0007]从以上描述可见，为了使风力涡轮机自主地处理在运行期间出现的问题，需要能够在相对较长时间段期间向风力涡轮机输送电力的可靠的辅助电源。因此，在现有技术中需要用于产生用在风力涡轮机中的辅助电力的改进方式的方法和系统。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于减少或消除现有技术中已知的至少一个缺点，以及在本发明的第一方面提供一种为风力涡轮机产生辅助电力的方法，所述风力涡轮机包括被构造为把电力提供给电力传输系统的发电机，优选地，所述发电机是永磁体(PM)类型发电机或同步类型发电机，所述方法包括:辅助转换器连接到(优选地，直接连接到)发电机的输出，转换由所述风力涡轮机的发电机产生的电力输出的至少一部分；以及把所述转换的电力供应给连接到至少一个不间断电源的辅助电力分配系统。
[0009]本发明还可涉及一种为风力涡轮机产生辅助电力的方法，所述风力涡轮机包括发电机、主转换器和辅助转换器，其中所述发电机被构造为经由所述主转换器把电力提供给电力传输系统，所述方法包括:所述辅助转换器连接到所述发电机的电力输出，转换由所述发电机产生的电力的至少一部分；把由所述辅助转换器转换的电力供应给风力涡轮机的辅助电力分配系统，其中所述辅助电力分配系统连接到至少一个不间断电源。
[0010]因此，连接到发电机的辅助转换器可形成用于风力涡轮机的辅助电力分配系统的辅助电源。以这种方式，实现能够在相对较长时间段期间向风力涡轮机输送电力的可靠的辅助电源的运行。
[0011 ] 在实施例中，所述发电机可被构造为永磁体(PM)类型发电机或同步类型发电机。
[0012]在实施例中，所述辅助转换器可包括至少一个变压器和逆变器，并且其中该转换器的输出连接到所述不间断电源的dc (直流)节点。
[0013]在实施例中，所述辅助转换器可包括至少一个变压器和ac (交流)/ac转换器，并且其中所述辅助转换器的输出连接到所述不间断电源的ac输出。
[0014]在另一实施例中，该方法可还包括:把所述风力涡轮机的旋转速度调整为低旋转速度的值；把所述发电机输出转换成适合于对所述辅助电力分配系统进行充电的值。
[0015]在另一实施例中，该方法可还包括:检测所述风力涡轮机在电气上与所述电力传输系统断开连接的孤岛运行方式；响应于所述检测到的孤岛运行方式，把所述风力涡轮机的旋转速度调整为低旋转速度的值；把所述发电机输出转换成适合于对所述辅助电力分配系统进行充电的值；以及把所述转换器的输出连接到所述辅助电力分配系统。
[0016]在又一实施例中，该方法可包括:接收所述涡轮机的旋转速度以及与所述风力涡轮机的转矩和/或俯仰角关联的至少一个涡轮机参数；提供目标旋转速度；以及通过调整所述至少一个涡轮机参数把所述涡轮机的所述旋转速度调节至所述目标旋转速度。
[0017]在一个变型中，该方法可包括:确定所述接收的旋转速度与所述目标旋转速度之差；以及通过调整所述转子叶片的所述俯仰角和/或所述转矩来减小所述差。
[0018]在一个实施例中，所述辅助转换器包括可旋转可变变压器，所述可旋转可变变压器包括磁性耦合到至少第二线圈的至少第一线圈，其中通过控制所述第一线圈和第二线圈之间的角度来控制所述磁性耦合。
[0019]在另一实施例中，所述可旋转可变变压器是包括星形结构的初级线圈和星形结构的次级线圈的三相变压器，其中所述初级线圈和次级线圈相对于彼此可旋转地安装，从而磁性耦合能够根据旋转角度而变化，所述方法还包括:基于所述发电机的输出电压来控制所述可变变压器，从而所述可变变压器的输出产生适合于对所述辅助电力分配系统进行充电的基本上恒定的电压值。
[0020]在另一实施例中，该方法可包括:确定所述发电机的当前输出电压；提供目标输出电压；基于所述当前输出电压和目标输出电压来控制所述第一线圈和第二线圈之间的所述旋转角度，从而所述转换器的电压输出基本上等于所述目标输出电压。[0021]在另一方面，本发明可涉及一种涡轮机，该涡轮机被构造用于为风力涡轮机系统的辅助电力分配系统产生辅助电力，该风力涡轮机包括:发电机，被构造为把电力提供给电力传输系统，优选地，所述发电机包括一个或多个永磁体；和辅助转换器，用于把所述发电机的输出转换成适合于对所述辅助电力分配系统进行充电的值。
[0022]本发明还可涉及一种用于为电网产生电力并且用于为风力涡轮机中的辅助电力分配系统产生辅助电力的风力涡轮机，所述风力涡轮机包括:发电机，被构造为经由主转换器把电力提供给电力传输系统，优选地，所述发电机包括一个或多个永磁体；和辅助转换器，连接到所述发电机的电力输出以便转换由所述发电机产生的电力的至少一部分以用于所述辅助电力分配系统，其中所述辅助电力分配系统连接到至少一个不间断电源。
[0023]在实施例中，所述辅助转换器可包括至少一个变压器和逆变器，并且其中该转换器的输出连接到所述不间断电源的dc节点。
[0024]在实施例中，所述辅助转换器可包括至少一个变压器和ac/ac转换器，并且其中ac/ac转换器的输出连接到所述不间断电源的ac输出。
[0025]在另一实施例中，所述风力涡轮机可包括控制器，该控制器被构造用于把所述风力涡轮机的旋转速度调整为低旋转速度的值，从而所述发电机输出适合于对所述辅助电力分配系统进行充电。
[0026]在又一实施例中，所述风力涡轮机可包括控制器，该控制器被构造用于检测所述风力涡轮机在电气上与所述电力传输系统断开连接的孤岛运行方式并且用于在检测到所述孤岛运行方式的情况下把所述风力涡轮机的旋转速度调整为低旋转速度值的值。
[0027]在另一实施例中，所述控制器可还被构造用于:接收所述涡轮机的旋转速度以及与所述风力涡轮机的转矩和/或俯仰角关联的至少一个涡轮机参数；提供目标旋转速度；以及通过调整所述至少一个涡轮机参数把所述涡轮机的所述旋转速度调节至所述目标旋转速度。
[0028]在一个实施例中，所述辅助转换器包括可旋转可变变压器，所述可旋转可变变压器包括磁性耦合到至少第二线圈的至少第一线圈，其中通过控制所述第一线圈和第二线圈之间的角度来控制所述磁性耦合。
[0029]在另一实施例中，所述辅助转换器可被构造用于基于当前输出电压和目标输出电压来控制所述第一线圈和第二线圈之间的所述角度，从而所述转换器的电压输出基本上等于所述目标输出电压。
[0030]在另一方面，本发明可涉及一种用在如上所述的风力涡轮机中的控制器，该控制器包括:用于接收所述涡轮机的旋转速度以及与所述风力涡轮机的转矩和/或俯仰角关联的至少一个涡轮机参数的装置；用于提供目标旋转速度的装置；和用于通过调整所述至少一个涡轮机参数把所述涡轮机的所述旋转速度调节至所述目标旋转速度的装置。
[0031]在又一方面，本发明可涉及一种用在如上所述的风力涡轮机中的转换器，所述转换器被构造为把由风力涡轮机的发电机产生的电力转换成适合于对所述风力涡轮机的辅助电力分配系统进行充电的电力，所述辅助转换器还包括:可旋转可变变压器，包括磁性耦合到至少第二线圈的至少第一线圈，其中通过控制所述第一线圈和第二线圈之间的角度来控制所述磁性耦合。
[0032]在一个实施例中，所述转换器可还包括:控制器，被构造用于基于当前输出电压和目标输出电压来控制所述第一线圈和第二线圈之间的所述角度，从而所述转换器的电压输出基本上等于所述目标输出电压。
[0033]本发明还可涉及一种包括软件代码部分的计算机程序产品，所述软件代码部分被构造为在计算机的存储器中运行所述软件代码部分时执行如上所述的方法步骤。
[0034]将参照附图进一步示出本发明，附图将会示意性地显示根据本发明的实施例。将会理解，本发明不以任何方式局限于这些具体实施例。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1描述风力涡轮机结构的示意图。
[0036]图2A和图2B描述根据本发明的各个实施例的风力涡轮机的各部分。
[0037]图3A和图3B描述作为旋转速度的函数的PM发电机的电压输出的绝对值的图形的示意图和根据本发明的一个实施例的控制系统的示意图。
[0038]图4描述根据本发明的各个实施例的处理的示意图。
[0039]图5A和图5B描述根据本发明的一个实施例的包括可变变压器的转换器的示意图。
【具体实施方式】
[0040]图1描述通过开关连接到电力传输系统的风力涡轮机100的主要部件的示意图。这种风力涡轮机可以是包括多个风力涡轮机的风电场(未示出)的一部分，多个风力涡轮机可使用(本地)电力传输系统(即，本地电网)在电气上互连，本地电网包括线缆和用于把风电场连接到外部电力传输系统(即，主电网，通常是公共电网或高压直流(HVDC)链路)的一个或多个(子站)变压器。风力涡轮机可经由一个或多个开关(例如，断路器)连接到本地电网。
[0041]风力涡轮机可包括发电机102，例如包括永磁体的发电机(永磁体(PM)类型发电机)，发电机102把叶片103的旋转能量转换成可变频率ac电力。发电机的ac输出104(ac输出104通常是具有取决于发电机的旋转速度的幅度和频率的三相ac电压)可被提供给(主)转换器105。这种转换器可包括用于把ac电力转换成dc电力的逆变器和用于把dc电力转换成由主电网使用的频率的ac电力的逆变器。优选地，转换器涉及本领域中公知的自动换向逆变器。这种自动换向逆变器被构造用于产生稳定的ac输出信号而不需要该输出信号与外部源的同步。
[0042]转换器的输出106可经由主变压器107、主开关108、主线缆110和公共母线112连接到本地电网114(未示出)。另外，风力涡轮机控制器116可控制风力涡轮机的运行。该控制器可收集运行数据(例如，功率水平、温度、风速、转换效率、旋转速度、转矩、叶片俯仰等)并且使用这些运行数据控制风力涡轮机，从而实现风力涡轮机的最佳运行。
[0043]风力涡轮机还包括低压辅助电力分配系统120，低压辅助电力分配系统120经由辅助变压器122和辅助线缆124连接到公共母线112。需要注意的是，图1中的母线结构110、112、124仅是用于把风力涡轮机和辅助电力分配系统连接到电网的许多可能的实现方式之
[0044]一。[0045]辅助电力分配系统向风力涡轮机中的电气部件提供可处于100-500V ac和20-50Vdc的范围内的电源。这些部件可包括风力涡轮机控制器、传感器元件1251、叶片定位系统1252、偏航驱动和环境控制元件1253(例如，风力涡轮机中的加热和冷却系统)。辅助电力分配系统可使用本地电网开关或保险丝126连接到本地电网或与本地电网断开连接。在正常运行期间，本地电网开关可闭合，从而由本地电网向辅助电力分配系统供电。
[0046]辅助电力分配系统可按照各种方式连接到本地电网。在一个变型(未示出)中，取代单独的主变压器和辅助变压器，主变压器的第三绕组可用于把辅助电力分配系统连接到电网。在另一变型中，主开关和本地电网开关可被实现为由风力涡轮机控制器控制的单一开关。
[0047]如果风力涡轮机控制器检测到电力故障，则作为保护措施，风力涡轮机控制器可通过断开预定数量的风力涡轮机的主开关108和电网开关126来使一个或多个风力涡轮机与本地电网断开连接。在断开连接期间，其它开关(例如，次级开关128、130)可断开，从而提供风力涡轮机与电网的进一步电气隔离。(高压)开关和/或高速断路器中的每一个可由风力涡轮机控制器、风电场控制器和/或保护装置来控制(断开/闭合)。
[0048]当断路器断开时，风力涡轮机控制器116可通过停止涡轮机的旋转以及通过把风力叶片定位在轮叶位置而把风力涡轮机设置在待机模式。在待机模式下的风力涡轮机(以下，被称为“禁用的”风力涡轮机)与主电网断开连接。因此，为了确保风力涡轮机的连续待机运行，辅助电力分配系统120可从不间断电源(UPS) 134接收其电力。通常，UPS包括电力存储系统，例如电池和/或超级电容器。另外,UPS可包括用于对电力存储系统进行充电的安装在风力涡轮机中或安装在风力涡轮机附近的柴油发电机组。 [0049]如果风力涡轮机处于其禁用状态，则风力涡轮机控制器可被进一步构造为用于黑启动风力涡轮机。这种黑启动过程在本领域中是公知的(参见例如描述示例性风力涡轮机黑启动过程的US7，394，166)。如果该控制器被触发以启动黑启动过程，则它可使用由UPS提供的电力以便把风力叶片定位为离开轮叶位置并且逐渐增加供电运行，直至实现稳定的开路运行为止。
[0050]当断开连接的风力涡轮机需要在较长时间段期间保持在待机模式下时，UPS (包括例如电池系统、超级电容器、柴油发电机组或其组合)可能耗尽电力。柴油发电机需要维护和补给燃料，因此不太适合用在近海和/或较远的风电场系统中。此外，电池对温度变化敏感，并且为了确保长时间的供电，通常需要大量的电池。因此，通常，这些传统的辅助电源不太适合孤岛情况，尤其是持续长时间段的近海风电场中的孤岛情况。
[0051]图2A描述根据本发明的一个实施例的风力涡轮机的示意图。特别地，图2A描述风力涡轮机，该风力涡轮机包括与参照图1描述的风力涡轮机相似的元件，即具有连接到主转换器205的输出204的发电机202。该发电机可把电力输送给包括逆变器203^203^的主转换器205，主转换器205经由主变压器207、主开关208、主线缆210连接到公共母线222。类似地，把电力输送给风力涡轮机元件125卜4的辅助电力分配系统220经由辅助变压器222和辅助线缆224连接到公共母线222。
[0052]与图1的传统的风力涡轮机方案相比，图2A中描述的风力涡轮机设置有辅助转换器240，辅助转换器240连接到发电机的输出204和辅助电力分配系统。在一个实施例中，辅助转换器直接连接到发电机的电力输出，发电机可以是永磁体(PM)类型发电机或同步类型发电机。在风力涡轮机运行期间，辅助转换器可用作辅助电力分配系统的额外电力输送源。
[0053]此外，当风力涡轮机完全与电网断开连接时(例如，在孤岛情况下)，或者当辅助电力分配系统与电网断开连接时(例如，由于系统故障)，辅助转换器可直接把由风力涡轮机的发电机产生的电力输送给辅助电力分配系统。
[0054]在一个实施例中，风力涡轮机控制器可触发辅助电力控制功能236(APCF)，辅助电力控制功能236通过例如调整叶片的俯仰角可控制地减小叶片的旋转速度。一旦旋转速度落在预定低速区域内，则辅助电力功能可使用反馈回路使旋转速度保持在这个区域内。可通过评估涡轮机参数(例如，叶片俯仰246、旋转速度244、发电机转矩245和发电机电压输出242)来实现恒定的旋转速度。选择低旋转速度区域，使得由发电机产生足够的电力以便对电力存储系统234进行充电。
[0055]以这种方式，辅助电力功能可把风力涡轮机控制为连续低功率运行，其中叶片的旋转速度保持在低速区域内。在这种低功率运行中，风力涡轮机产生足够的用于辅助电力分配系统的电力而无需使用UPS234或消耗UPS的电力存储系统。
[0056]在一个实施例中，如果检测到孤岛情况，则辅助电力控制功能可被触发。在另一实施例中，如果检测到故障(例如，有缺陷的涡轮机元件)，则辅助电力控制功能可被触发。在后一情况下，可能不需要在物理上使风力涡轮机与电网断开连接。
[0057]图2B-1和图2B-1I描述根据本发明的各个实施例的辅助电力分配系统的示意图。特别地，图2B-1描述包括连接到辅助转换器240的不间断电源(UPS) 234的辅助电力分配系统的第一实施例。
[0058]UPS可包括连接到第一逆变器246和第二逆变器248的电力存储系统235，例如一组电池和/或(超级)电容器，第一逆变器246和第二逆变器248各自具有至少ac节点和dc节点。电力存储系统以及第一逆变器246和第二逆变器248的dc节点连接到公共节点245。
[0059]第一逆变器的ac节点还可连接到辅助变压器222，辅助变压器222可按照与参照图2A描述的方式相似的方式连接到本地电网。第二逆变器的ac节点可被视为辅助电力分配系统的输出249。许多电气负载(例如，如参照图2A所述的风力涡轮机元件)可连接到该输出。
[0060]另外，发电机的输出经由辅助转换器240耦合到该公共节点。在一个实施例中，该转换器可包括变压器242和逆变器224，逆变器224使其dc节点连接到UPS的公共节点。因此，在这个实施例中，从电网和发电机两者向UPS供电。这种辅助转换器结构仅需要少量的ac-dc转换以便提供辅助电力分配系统的可靠的并且连续的运行。此外，它允许减小用在辅助电力分配系统中的电气部件的尺寸。例如，辅助转换器可允许使用更小的逆变器246(与没有辅助转换器的传统情况相比)。
[0061]图2B-1I描述包括与在图2B-1中描述的UPS234相似的UPS234的第二实施例。再一次，UPS的第一逆变器256的ac节点经由辅助变压器222连接到本地电网，并且UPS的输出249连接到一个或多个电力负载。
[0062]另外，发电机的输出经由辅助转换器240耦合到公共节点。在这种情况下，转换器可包括连接到ac/ac转换器252的变压器250，该ac/ac转换器252用于把来自变压器的ac电压转换成预定频率和幅度的ac电压。通常，ac/ac转换器252具有与包括连接到第一逆变器和第二逆变器的电力存储系统(例如，一组电池和/或(超级)电容器)的UPS234相似的结构。因此，在这个实施例中，辅助转换器240具有其自己的独立UPS，该独立UPS连接到与电网连接的UPS。
[0063]仅当风力状况不允许慢速运行时，风力涡轮机控制器可决定使用UPS。将参照图3A和图3B更详细地描述由辅助电力控制功能提供的控制功能及其有益的使用。
[0064]图3A描述作为旋转速度的函数的PM发电机的直接电压输出的图形和根据本发明的一个实施例的控制系统的示意图。特别地，图3A的图形描述代表作为旋转速度ω的函数的PM发电机的电压输出|V|的绝对值的(准)线性图形302。在正常运行中，发电机的旋转速度将会在由旋转速度01和ω2以及对应输出电压IV1I和|V2|表示的第一范围304内。当需要时，辅助电力控制功能将会随后把旋转速度调节回至由旋转速度ω’ 1和ω’ 2以及对应输出电压|V’」和|V’ 2|表不的相对较低的旋转速度的第二范围306。选择该第二范围，以使得电力输出足以为辅助电力分配系统供电。
[0065]图3A中所示的电压相关性被图3B中所示的辅助供电功能336(APSF)使用。APSF可接收触发信号！\。308，触发信号1\。308指示风力涡轮机需要例如参照图2A所述的低功率运行。
[0066]在这种情况下，APSF收集当前风力涡轮机参数，例如旋转速度ω和发电机转矩310、叶片俯仰Θ 312和输出电压|V|314。把这些值与低速旋转范围内的预定设置点值ω3ρ和|VSP|316进行比较。如果确定了当前值和设置点值之差，则APSF通过定位318叶片和/或调整发电机转矩来迭代地把旋转速度下调节至设置点值，从而达到预期旋转速度。
[0067]图4描述根据本发明的一个实施例的处理400的示意图。特别地，图4描述由图3B中所示的辅助供电功能执行的处理。在第一步骤402中，检测孤岛运行模式，其中风力涡轮机在电气上与电网断开连接。在这种情况下，APSF被触发以接收风力涡轮机参数并且基于风力涡轮机参数把风力涡轮机的旋转速度调整回至低旋转速度范围内的设置点值(步骤404)。当达到低旋转稳态时,发电机的ac电压输出被转换成适合于为辅助电力分配系统供电的dc电压(步骤406)。在这种情况下，转换器输出连接到辅助电力分配系统(步骤408)。
[0068]PM发电机的ac电压输出信号是三相信号,其中该信号的频率和幅度都取决于润轮机的旋转速度。这个相当复杂的ac发电机输出信号的下转换或上转换可由包括两个逆变器的电力转换器来实现。然而，这种宽范围的转换器是对缺陷敏感的相对较大并且复杂的电气装置，尤其是在孤岛情况的背景下，这不是所希望的特征。
[0069]图5A和5B描述根据本发明的另一实施例的辅助转换器的示意图。特别地，图5A描述包括连接到AC-DC转换电路504的机电可变变压器502的辅助转换器。图5B描述这种机电可变变压器的一个实施例。这种变压器可包括初级线圈元件506和次级线圈元件508，初级线圈元件506和次级线圈元件508都实现为星形结构，其中每个线圈元件包括三个腿。初级线圈元件和次级线圈元件相对于彼此可旋转地安装，从而在第一位置(初级线圈元件和次级线圈元件的腿之间的角度Φ近似为零)，初级线圈元件和次级线圈元件的腿之间的磁性耦合最大。
[0070]在这种情况下，在次级线圈中感生的电压U可近似等于施加于初级线圈的电压V。在第二位置(初级线圈元件和次级线圈元件的腿之间的角度Φ近似为六十度)，初级线圈和次级线圈之间的磁性耦合可最小，从而在次级线圈中感生的电压远小于施加于初级线圈的电压:u〈〈v。因此，这种三相变压器结构定义可变三相变压器，其中可通过调整初级线圈和次级线圈之间的角度来调整磁性耦合。
[0071]这种三相可变变压器可用在如图5A中所示的转换器方案中。该变压器被构造为把在发电机的输出处的ac发电机电压V下变换为三相电压信号，该三相电压信号适合于转换成由辅助电力分配使用的DC值U.。旋转速度的不可避免的波动可被转换器控制器510消除或至少减小，该转换器控制器510监测在变压器的输入512和输出514上的电压。如果检测到相对于预定下转换的大的偏差，则转换器控制器通过调整初级线圈元件和次级线圈元件之间的角度Φ来抵消该偏差。
[0072]以这种方式，可实现三相电压信号的稳定的下转换。下转换的电压随后使用本领域中公知的技术(例如，全波桥式整流器电路)而被变换为DC电压。因此，图5A中描述的转换器方案包括机电变压器，该机电变压器允许简单并高效地把AC发电机输出转换成由辅助电力分配系统使用的DV电压。另外，该机电变压器提供了传统的全电动可变转换器的健壮的机械变型。此外，它提供涡轮机的高压侧和辅助电力分配系统的低压侧之间的变压和必要的隔离。
[0073]还应该理解，结合任何一个实施例描述的任何特征可被单独使用，或者结合描述的其它特征使用，并且也可结合任何其它实施例或任何其它实施例的任何组合的一个或多个特征使用。本发明的一个实施例可被实现为与计算机系统一起使用的程序产品。程序产品的程序定义实施例的功能(包括本文中描述的方法)，并且可被包含在各种计算机可读存储介质上。说明性的计算机可读存储介质包括但不限于:(i)不可写存储介质(例如，计算机内的只读存储装置，例如可由CD-ROM驱动器读取的CD-ROM盘、闪存、ROM芯片或任何类型的固态非易失性半导体存储器)，信息被永久存储在不可写存储介质上；和(ii )可写存储介质(例如，盘驱动器内的软盘或硬盘驱动器或任何类型的固态随机存取半导体存储器)，可改变的信息被存储在可写存储介质上。另外，在不脱离所附权利要求中定义的本发明的范围的情况下，也可采用以上未描述的等同物和变型。
【权利要求】
1.一种为风力涡轮机产生辅助电力的方法，所述风力涡轮机包括发电机、主转换器和辅助转换器，其中所述发电机被构造为经由所述主转换器把电力提供给电力传输系统，所述方法包括: 所述辅助转换器连接到所述发电机的电力输出，转换由所述发电机产生的电力的至少一部分； 把由所述辅助转换器转换的电力供应给风力涡轮机的辅助电力分配系统，其中所述辅助电力分配系统连接到至少一个不间断电源。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述辅助转换器包括至少一个变压器和逆变器，并且其中该转换器的输出连接到所述不间断电源的dc节点；或者 其中所述辅助转换器包括至少一个变压器和ac/ac转换器，并且其中所述辅助转换器的输出连接到所述不间断电源的ac输出。
3.根据权利要求1或2所述的方法，包括: 把所述风力涡轮机的旋转速度调整为低旋转速度的值； 转换所述发电机输出以用于所述辅助电力分配系统。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，包括: 检测所 述风力涡轮机在电气上与所述电力传输系统断开连接； 响应于所述检测到的断开连接，把所述风力涡轮机的旋转速度调整为低旋转速度的值； 转换所述发电机输出以用于所述辅助电力分配系统；以及 把所述辅助转换器的输出连接到所述辅助电力分配系统。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括: 接收所述涡轮机的旋转速度以及与所述风力涡轮机的转矩和/或俯仰角关联的至少一个涡轮机参数； 提供目标旋转速度； 通过调整所述至少一个涡轮机参数把所述涡轮机的所述旋转速度调节至所述目标旋转速度。
6.根据权利要求4或5所述的方法，还包括: 确定所述接收的旋转速度与所述目标旋转速度之差；以及 通过调整所述转子叶片的所述俯仰角和/或所述转矩来减小所述差。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述辅助转换器包括可旋转可变变压器，所述可旋转可变变压器包括磁性耦合到至少第二线圈的至少第一线圈，其中通过控制所述第一线圈和第二线圈之间的角度来控制所述磁性耦合。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述可旋转可变变压器是包括星形结构的初级线圈和星形结构的次级线圈的三相变压器，其中所述初级线圈和次级线圈相对于彼此可旋转地安装，从而磁性耦合能够根据旋转角度而变化，可选地，所述方法还包括: 基于所述发电机的输出电压来控制所述可变变压器，从而所述可变变压器的输出产生适合于对所述辅助电力分配系统进行充电的基本上恒定的电压值。
9.根据权利要求7和8所述的方法，包括: 确定所述发电机的当前输出电压；提供目标输出电压； 基于所述当前输出电压和目标输出电压来控制所述第一线圈和第二线圈之间的所述旋转角度，从而所述转换器的电压输出基本上等于所述目标输出电压。
10.一种用于为电网产生电力并且用于为风力涡轮机中的辅助电力分配系统产生辅助电力的风力涡轮机，所述风力涡轮机包括: 发电机，被构造为经由主转换器把电力提供给电力传输系统； 辅助转换器，连接到所述发电机的电力输出以便转换由所述发电机产生的电力的至少一部分以用于所述辅助电力分配系统，其中所述辅助电力分配系统连接到至少一个不间断电源。
11.根据权利要求10所述的风力涡轮机，其中所述辅助转换器包括至少一个变压器和逆变器，并且其中该转换器的输出连接到所述不间断电源的dc节点；或者 其中所述辅助转换器包括至少一个变压器和ac/ac转换器，并且其中ac/ac转换器的输出连接到所述不间断电源的ac输出。
12.根据权利要求10或11所述的风力涡轮机，其中所述风力涡轮机包括控制器，该控制器被构造用于把所述风力涡轮机的旋转速度调整为低旋转速度的值，从而所述发电机输出适合于对所述辅助电力分配系统进行充电。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的风力涡轮机，其中所述风力涡轮机包括控制器，该控制器 被构造用于检测所述风力涡轮机在电气上与所述电力传输系统断开连接的孤岛运行方式并且用于在检测到所述孤岛运行方式的情况下把所述风力涡轮机的旋转速度调整为低旋转速度值的值，可选地，所述控制器被构造用于: 接收所述涡轮机的旋转速度以及与所述风力涡轮机的转矩和/或俯仰角关联的至少一个涡轮机参数； 提供目标旋转速度；以及 通过调整所述至少一个涡轮机参数把所述涡轮机的所述旋转速度调节至所述目标旋转速度。
14.根据权利要求11-16中任一项所述的风力涡轮机，其中所述辅助转换器包括可旋转可变变压器，所述可旋转可变变压器包括磁性耦合到至少第二线圈的至少第一线圈，其中通过控制所述第一线圈和第二线圈之间的角度来控制所述磁性耦合，可选地，所述辅助转换器被构造用于基于当前输出电压和目标输出电压来控制所述第一线圈和第二线圈之间的所述角度，从而所述转换器的电压输出基本上等于所述目标输出电压。
15.一种用在根据权利要求10至14中任一项所述的风力涡轮机中的控制器，包括: 用于接收所述涡轮机的旋转速度以及与所述风力涡轮机的转矩和/或俯仰角关联的至少一个涡轮机参数的装置； 用于提供目标旋转速度的装置；和 用于通过调整所述至少一个涡轮机参数把所述涡轮机的所述旋转速度调节至所述目标旋转速度的装置。
16.一种用在根据权利要求10-14中任一项所述的风力涡轮机中的转换器，所述转换器被构造为转换由风力涡轮机的发电机产生的电力以用于所述风力涡轮机中的辅助电力分配系统，所述辅助转换器还包括:可旋转可变变压器，包括磁性耦合到至少第二线圈的至少第一线圈，其中通过控制所述第一线圈和第二线圈之间的角度来控制所述磁性耦合，可选地，所述转换器还包括:控制器，被构造用于基于当前输出电压和目标输出电压来控制所述第一线圈和第二线圈之间的所述角度，从而所述转换器的电压输出基本上等于所述目标输出电压。
17.—种包括软件代码部分的计算机程序产品，所述软件代码部分被构造用于在计算机的存储器中运 行所述软件代码部分时执行根据权利要求1-9中任一项所述的方法步骤。
【文档编号】F03D7/04GK103890385SQ201280051548
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年9月5日 优先权日:2011年9月5日
【发明者】F·J·博德维斯 申请人:湘电达尔文有限责任公司