专利名称：减小风能设备中传动支路的转速的方法以及具有至少两个额定转速的风能设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于减小具有至少两个异步电机的风能设备中传动支路的转速的方法，其中转速从第一转速减小到第二转速。本发明还涉及一种用于具有至少一个极性可转换的异步电机的风能设备的方法，本发明还涉及一种具有异步电机装置的风能设备，其中异步电机装置可以由至少两个异步电机或以一个极性可转换的异步电机实现。
背景技术：
其中通过采用失速效应(Stall-Effekt)——即通过中断转子叶片上的电流供应——来限制功率的风能设备可以在两个或多个不同转速下工作。为此，该风能设备配备有极性可转换的异步电机，或者配备有多个异步电机。对于极性可转换的异步电机，电机的极对数是变化的。例如，在所谓的达兰得绕组中，可以通过交换一半线圈的绕组末端实现比例为1∶2的两个极对数。其它极对数比例也是可能的，这些比例通常通过两个或更多分开的绕组实现。已知具有两个、三个或更多离散转速的极性可转换的异步电机。
多个异步电机或者一个或多个极性可转换异步电机的应用提供了以下优点风能设备可以根据占主导地位的风比例关系而选择性地在不同转速下工作。
这种具有一个或多个固定转速的风能设备的设计也被称为“丹麦设计”。R.Gasch在“WindkraftanlagenGrundlagen und Entwurf”，Teubner Stuttgart 1996中在第316-320页上描述在从低转速转换到较高转速时，将具有低转速的发电机简单地从电网中分离出来，并且等待直到通过风的作用，传动支路的转速被这样提高，使得较高转速的发电机可以与电网连接。
DE19634464C2中公开了在从较高转速转换为较低转速时，较高转速的发电机从电网中分离出来，然后较低转速的发电机与电网连接。这导致传动支路减速到具有较低转速的发电机的转速。如DE19634464C2第2栏第64行至第3栏第45行所述，这导致传动支路具有非常高的负荷，并导致显著的反馈流向电网。还可能在不利的情况下出现发电机的损坏。DE19634464C2因此建议，当异步发电机在运行状态下在最佳区域之上运行时，采用电接入的减速器。
DE10153798C2中公开了一种用于在不期望的高负荷时制动风能设备的传动支路的装置，其中除了减速力矩之外，还通过液压制动器施加与传动支路的固有频率协调一致的、有相移的减速力矩。由此防止突然将最大减速力矩引入传动支路，从而减小传动支路的负荷。
E.philippow在小册子Elektrotechnik，Band 5，VEB VerlagTechnik Berlin，第2不变版，1986，第406-414页中描述了异步电机中的有效制动。
在ABB Industry Oy，Finnland的Technical Notes D4，2001中描述了一系列用于起重机、升降机和滑雪升降机的制动系统。作为多种可能的制动方法中的一种，描述了反向电流制动，其中在相反的旋转方向上连接电动机。如果电流没有及时中断，则在制动之后直到静止之前，电动机开始在该相反方向上转动。由该方法描述了，其产生很大的制动力矩，由此在电动机中形成很高的温度。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种用于减小传动支路上转速的方法和提供一种风能设备，其中通过减小转速而不对传动支路和异步电机形成过大的负荷，并且不向电网中形成反馈。
本发明的技术问题是通过具有权利要求1和9的特征的方法来解决的。同样，该技术问题还通过具有权利要求17的特征的风能设备解决。该方法和风能设备的优选实施方式构成从属权利要求的内容。
在本发明的用于减小具有至少两个异步电机的风能设备中传动支路的转速的方法中，转速从第一转速减小到第二转速。在此，作为(额定)转速，第一转速对应于第一异步电机，第二转速对应于第二异步电机。在本发明的方法的第一步骤中，将第一异步电机从电网中分离出来。优选地，在该时刻，没有异步电机与电网连接。在下一步骤中，其中一个具有交换后极性的异步电机与电网连接。由此，对转动的传动支路施加制动力矩。如果传动支路的转速小于预定转速值，则在下一步骤中将具有交换后极性的异步电机从电网中分离出来。接着，将第二异步电机在用于发电机运行的极性下与电网连接。风能设备的运行可以这样继续下去。虽然已知在电动机的反向电流制动时形成非常大的制动力矩，但本方法在应用于风能设备的发电机时在传动支路中产生相对低的力矩，并且不会不必要对其加载。与同样经常在风能设备中设置的空气动力制动-在空气动力制动中转子叶片的尖端旋转大约80°-不同，在本发明的制动方法中不会出现过量的噪声。也不采用停车制动器和运行制动器来变换转速。
在一种优选的实施方式中，当已达到的转速低于小于或等于第二异步电机的同步转速的预定值时，取消交换后的极性。也就是说，不对传动支路进行制动，直到静止。
优选地，为了减小转速，将具有交换后的极性的第一异步电机与电网连接。可选地或附加地，可以将具有交换后的极性的第二异步电机与电网连接。优选地，晶闸管调节器将异步电机连接到电网，其中在达到额定转速时通过线路接触器将晶闸管调节器跨接。晶闸管调节器既用于限制反向电流制动时的电流，又在第二发电机采取发电机运行状态时被采用，其中在达到运行点之后或在经过预定时间段之后跨接晶闸管调节器。
本发明的方法同样可以用于一个具有两个或多个离散转速的极性可转换的异步电机。极性可转换的异步电机在第一级中具有第一转速，在第二级中具有较小的第二转速。在本发明的方法中，在第一步骤中将异步电机从电网中分离出来，随后，具有交换后极性的异步电机的一级与电网连接。当传动支路的转速小于转速的预定值时，具有交换后极性的级又从电网中分离出来。优选地，在此转速的预定值也是第二级的同步转速或一个更小的预定值。合适地，又通过晶闸管调节器将极性可转换的异步电机连接到电网中，其中在达到发电机运行状态时通过线路接触器将晶闸管调节器跨接。
本发明所基于的技术问题同样通过具有异步电机装置的风能设备来解决，该异步电机装置至少具有两个转速，其中在异步电机装置和电网之间的连接线路中设置转换装置，其交换异步电机装置上的极性以进行反向电流制动。
在一种优选实施方式中，异步电机装置包括两个具有不同转速的异步电机，其中转换装置设置在其中一个异步电机与电网的连接线路中。优选地，这是具有较低转速的第二异步电机。
可选地，转换装置还可以设置在与具有较高转速的第一异步电机的连接线路中。转换装置还可以这样设置，使得在两个结构上分开构造的异步电机上发生极性转换。
在一种可选实施方式中，异步电机装置还可以具有极性可转换的异步电机，其中异步电机包括至少两个具有不同转速的级，其中转换装置交换第一或第二级中的极性。
优选地，风能设备具有通过线路接触器并联跨接的晶闸管调节器。
下面借助附图详细描述优选实施例。其中图1是本发明方法的流程图，图2是风能设备的转换图，图3是在制动时转速的示例性变化曲线。
具体实施例方式
图2的实施例涉及两个异步电机G1、G2，它们统一用附图标记1和2表示。在所示出的实施例中，为发电机G1分配高转速n1，例如1500min-1的转速。为发电机G2分配较低转速n2，例如1000min-1。发电机G2的额定功率例如可以是200kW，而发电机G1的额定功率在该例中是1MW。这些发电机可以分别通过开关3和4与电网连接。在风能设备的接入过程中，通常通过晶闸管调节器7将发电机连接到电网中，以限制发电机的接入电流。几秒之后，通过线路接触器6将晶闸管调节器7跨接。
在本发明的风能设备中，与开关4并联地设置转换器5，其中转换器在连接状态下交换发电机G2的极性。通过发电机G2上交换后的极性，实现传动支路的反向电流制动，直到所达到的转速小于发电机G2的同步转速。开关3、4和5被这样构造，使得这些开关相互机械或电气联锁，从而只机械地接通这三个开关中的一个。
本发明的方法由未示出的控制单元或控制装置内的控制模块执行。作为控制单元的输入参数，提供传动支路的转速的测量值或计算值。在控制单元中存储被制动到转速值nx。作为输出参数，控制装置可以控制开关5，并且必要时中断用于控制其它开关和/或晶闸管调节器的控制信号，或直接控制其它开关。此外，还可以在控制单元中存储其它转换条件参数，其中控制单元于是可以访问相应的特征参数以检验转换条件。可能的转换条件是-风速，-发电机电流，-发电机功率。
也可以考虑这些条件的组合。
下面参照图1。用于从发电机G1转换为发电机G2的方法具有以下步骤-在G1的运行20期间，检查是否满足断开条件21。如果该发电机的功率P小于预定转换功率P1-＞2，则在步骤212中满足转换条件，否则方法在步骤211返回G1的运行和查询21。
-在满足转换条件时，在步骤22中，通过断开开关3和6，将发电机G1从电网中分离出去，-在步骤23中，通过接通开关5和步骤24中控制晶闸管调节器7，用交换后的引线将发电机G2与电网连接，其中借助晶闸管调节器7将电流I限制为合适的值IBr，-在达到小于发电机G2的同步转速的预定转速nx之后，参见步骤25的分支252，通过晶闸管调节器7(将电流减小到0，参见步骤26)以及随后断开开关5，参见步骤27，发电机G2与电网分离，-通过风又将传动支路加速到发电机G2的额定转速n2。在此，这从转速nx出发，涉及发电机G2的已知起始过程28。该起始过程例如通过以下方式实现，即接通开关4并控制晶闸管调节器7，直到达到运行点，然后通过开关6跨接晶闸管调节器7，并且发电机过渡到发电机运行状态29。
图3示意性示出传动支路随时间变化的转速变化曲线。在第一时间段31内，存在用于运行发电机G1的转速n1。在时刻32，满足转换条件，并进行转速33的减小，直到时刻34，在该时刻转速小于或等于预定转速值nx。从图3可以看出，nx的值小于发电机G2的同步转速n2。减速过程之后，在时间段35期间进行发电机G2的加速，直到达到发电机G2的转速n2并且该发电机在时间段36中采取常规的运行状态。
权利要求
1.一种用于将具有至少两个异步电机(G1，G2)的风能设备中传动支路的转速从第一转速(n1)减小到第二转速(n2)的方法，其中所述第一转速对应于第一异步电机(G1)，所述第二转速对应于第二异步电机(G2)，所述方法具有以下步骤-将所述第一异步电机(G1)从电网中分离出来，-将一个或两个具有交换后极性(5)的异步电机(G1，G2)与电网连接，-当传动支路的转速小于或等于预定的转速(nx)时，将所述具有交换后极性的异步电机从电网中分离出来，-将第二异步电机(G2)与电网连接，以实现发电机运行状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定转速(nx)小于或等于所述第二异步电机的同步转速。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在连接所述第二异步电机(G2)之前，通过风将所述风能设备的传动支路加速到所述第二转速(n2)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述具有交换后极性的第一发电机(G1)与电网连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述具有交换后极性的第二发电机(G2)与电网连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，晶闸管调节器(7)将所述异步电机(G1，G2)连接到电网。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述晶闸管调节器(7)执行对与交换后极性连接的异步电机的限流。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述晶闸管调节器(7)在达到发电机运行状态之后经由线路接触器(6)跨接。
9.一种用于将具有至少一个极性可转换的异步电机的风能设备中传动支路的转速从第一转速减小到第二转速的方法，其中所述第一转速对应于所述极性可转换的异步电机的第一级，所述第二转速对应于所述极性可转换的异步电机的第二级，所述方法具有以下步骤-将所述极性可转换的异步电机从电网中分离出来，-所述极性可转换的异步电机的一级以交换后的极性与电网连接，-当传动支路的转速小于预定转速值(nx)时，所述具有交换后极性的级从电网中分离出来，-所述极性可转换的异步电机的第二级又连接到电网中，以实现发电机运行状态。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述预定转速值(nx)小于或等于所述第二级的同步转速。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在将所述异步电机的第二级与电网连接之前，通过风将所述风能设备的传动支路加速到所述第二转速。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述具有交换后极性的发电机的第一级与电网连接。
13.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述具有交换后极性的发电机的第二级与电网连接。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其特征在于，晶闸管调节器(7)将所述异步电机连接到电网。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述晶闸管调节器(7)执行对所述具有交换后极性的发电机的级的限流。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述晶闸管调节器(7)在达到额定转速之后由线路接触器(6)跨接。
17.一种具有转子和异步电机装置的风能设备，其中所述异步电机装置至少具有两个转速，其特征在于，在异步电机装置和电网之间的连接线路中设置转换装置(6)，其交换所述异步电机装置的极性，以进行反向电流制动。
18.根据权利要求17所述的风能设备，其特征在于，所述异步电机装置包括两个异步电机，其中所述转换装置(5)设置在一个或两个异步电机的连接线路中。
19.根据权利要求18所述的风能设备，其特征在于，所述转换装置(5)与具有较低转速的第二异步电机(G2)连接。
20.根据权利要求18所述的风能设备，其特征在于，所述转换装置(5)与具有较高转速的第一异步电机(G1)连接。
21.根据权利要求17所述的风能设备，其特征在于，所述异步电机装置具有极性可转换的异步电机，其中所述转换装置交换所述第一或第二级中的极性。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的风能设备，其特征在于，晶闸管调节器(7)被设置在所述异步电机装置与电网的连接线路中。
23.根据权利要求22所述的风能设备，其特征在于，线路接触器(6)与所述晶闸管调节器(7)并联地连接。
全文摘要
一种用于将具有至少两个异步电机的风能设备中传动支路的转速从第一转速减小到第二转速的方法，其中第一转速对应于第一异步电机，第二转速对应于第二异步电机，所述方法具有以下步骤将第一异步电机从电网中分离出来，一个或两个具有交换后极性的异步电机与电网连接，当传动支路的转速小于或等于预定的转速时，将该具有交换后极性的异步电机从电网中分离出来，将第二异步电机与电网连接以实现发电机运行状态。
文档编号H02P25/20GK1910814SQ200580002752
公开日2007年2月7日 申请日期2005年1月15日 优先权日2004年1月29日
发明者雷弗·尼尔森, 克莱门斯·罗西 申请人:诺德克斯能源有限公司