專利名稱：風(fēng)力設(shè)備及修改風(fēng)力設(shè)備中的葉片槳距的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力系統(tǒng)及裝置領(lǐng)域，尤其涉及風(fēng)力設(shè)備或風(fēng)輪機的 葉片的槳距的控制。
背景技術(shù)：
風(fēng)力系統(tǒng)和設(shè)備包括一個或多個風(fēng)力發(fā)電機或渦輪機，其安排成 通過風(fēng)力引起的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能。由這些發(fā)電機中的一個或多個(例如 形成或構(gòu)成所謂"風(fēng)力發(fā)電場"的幾個發(fā)電機)產(chǎn)生的電能被提供給 網(wǎng)絡(luò)或電網(wǎng)進(jìn)行配電。通常，大量電力發(fā)電機連接到同一電網(wǎng)，且通 常幾個電力用戶也連接到該電網(wǎng)。
圖1和圖2示意性地示出了風(fēng)力設(shè)備，包括具有轉(zhuǎn)子的風(fēng)輪機1， 轉(zhuǎn)子具有與葉片12連接的輪轂11，所述轉(zhuǎn)子被安排成使得其由風(fēng)力 旋轉(zhuǎn)，因而導(dǎo)致發(fā)電機13 (即，所述發(fā)電機的轉(zhuǎn)子部分，所述發(fā)電 機還包括定子部分)的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)，有時通過變速箱(未示出)。發(fā)電 機13產(chǎn)生輸出交流(AC)電壓并可被連接到電變換器14;目前，許 多不同的變換器設(shè)計和結(jié)構(gòu)在本領(lǐng)域眾所周知，因而沒必要在此進(jìn)一 步討論它們；可在本發(fā)明范圍內(nèi)使用的變換器結(jié)構(gòu)的例子包括全功率 變換器結(jié)構(gòu)(如US-A-5083039中所公開的變換器)及雙饋感應(yīng)發(fā)電 機結(jié)構(gòu)如使用背對背功率變換器的結(jié)構(gòu)(如US-A-6137187中所公開 的變換器)，及如US-A-2003/0151259中所公開的系統(tǒng)；這些文獻(xiàn)的 內(nèi)容通過引用包含于此。
變速箱、發(fā)電機13和電變換器14均可安排在外殼或"機艙"15 內(nèi)，其通常安裝在塔16上。然而，在本發(fā)明范圍內(nèi)其它結(jié)構(gòu)也是可 能的。
電變換器14將在發(fā)電機13的輸出處的AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓， 其隨后在變換器14的電網(wǎng)側(cè)端轉(zhuǎn)換為AC電壓(及電流)，所述變換器連接到電網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)4以將風(fēng)輪機產(chǎn)生的電力分配給電力用戶。該連 接通過電源線3發(fā)生，其可包括構(gòu)件(如圖1中所示)如低電壓線
31、變壓器32和高電壓線33。在全變換器系統(tǒng)中，給電網(wǎng)的全部功 率均通過變換器。在雙饋感應(yīng)發(fā)電機系統(tǒng)中，功率的一部分通過變換 器而另一部分不通過變換器即提供給電網(wǎng)，例如，通過將定子直接連 接到電網(wǎng)，如US-A-2003/0151259的圖1和3所示。所有這些均是常 規(guī)手段，因而不必要在此進(jìn)一步描述。
此外，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括總控制系統(tǒng)，其也可全部或部分安排在 外殼或"機艙"15內(nèi)，盡管其也可在外殼的外面。如圖1中所示， 該控制系統(tǒng)包括主控制器2，其被提供相應(yīng)的軟件以基于預(yù)先保存的 信息和不同傳感器提供的信息及來自外部操作員或操作軟件的信息 或指令全面控制所述系統(tǒng)。該主控制器2控制槳距調(diào)節(jié)器21的運行， 其負(fù)責(zé)基于從主控制器接收的指令及從轉(zhuǎn)子和/或葉片處的傳感器 211接收的信息設(shè)定轉(zhuǎn)子的葉片12的槳距("槳距"有時也稱為"葉 片角度")。
此外，有功率控制器22，其從一個或多個電流傳感器221和電 壓傳感器222接收輸入。
功率控制器22對電變換器14起作用以基于相應(yīng)電流傳感器221 和電壓傳感器222提供的電流和電壓信息及主控制器2提供的功率參 考信號223向電網(wǎng)提供正確的輸出功率(有功功率P和無功功率Q)。
所有這些均是常規(guī)的，因而不必要進(jìn)行更詳細(xì)的描述。特別地， 為了根據(jù)功率需求向網(wǎng)絡(luò)提供功率，應(yīng)進(jìn)行槳距和功率調(diào)節(jié)，網(wǎng)絡(luò)調(diào) 節(jié)和可用風(fēng)力是眾所周知的，用于所述控制的幾種不同的實際系統(tǒng)和 方法可從現(xiàn)有技術(shù)獲知(例如，參見上面提及的US-A-5083039、 US陽A誦6137187和US-A-2003/0151259)。
轉(zhuǎn)子的葉片12自輪轂11徑向延伸。例如，為了控制或調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子 承受的機械風(fēng)力和/或轉(zhuǎn)子的角速度，可使用上面提及的所謂的"槳
距控制"。槳距控制基于事實葉片的"槳距"可通過繞葉片縱軸旋
轉(zhuǎn)葉片而進(jìn)行改變，例如與輪轂處的槳距軸承17—致。上面所述的內(nèi)容既可應(yīng)用于許多現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)，也可應(yīng)用于許多 本發(fā)明范圍內(nèi)的系統(tǒng)。
WO-A-2007/098759公開了轉(zhuǎn)子葉片的槳距可怎樣借助于槳距軸 承進(jìn)行控制的一個例子。
槳距控制的一個重要方面涉及需要能夠通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子葉片遠(yuǎn)離 風(fēng)力而將承受的風(fēng)力減到最小，使得風(fēng)作用于其上的有效葉片表面最 小。這也稱為將葉片旋轉(zhuǎn)到其"順槳"位置。這很重要，因為這使能 減少葉片上的載荷且還有助于在所有情況下使風(fēng)輪機剎車/停機，例 如在電網(wǎng)故障的情況下。因此，使葉片轉(zhuǎn)到"順槳"位置是快速降低 轉(zhuǎn)子速度的有效方法，及為安全原因，槳距控制系統(tǒng)必須實質(zhì)上一直 能夠使葉片轉(zhuǎn)到所述"順槳"位置。這經(jīng)常也是認(rèn)證機構(gòu)的要求，其 通常要求風(fēng)力設(shè)備包括至少兩個獨立的用于使風(fēng)輪機停機的系統(tǒng)。這 意味著槳距控制系統(tǒng)必須設(shè)計成在出現(xiàn)問題如電網(wǎng)故障的情況下也 能運行。
基本上，對于轉(zhuǎn)子葉片槳距控制，有兩種不同的系統(tǒng)，g卩，液壓 系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)(也有一些同時包括液壓和電氣組成的"混合"系統(tǒng))。
而在液壓系統(tǒng)中，槳距通過抽吸液體進(jìn)行控制；在電氣系統(tǒng)中， 提供至少一所謂的槳距電動機與每一葉片通信(例如，通常對每一葉 片提供至少一分立或單獨的槳距電動機，盡管使用一個電動機用于控 制/修改一個以上葉片的槳距也是可能的)。該電動機通常提供在輪轂 中。
DC電動機及AC電動機的使用在本領(lǐng)域中眾所周知。例如， WO-A-2007/098759公開了 DC電動機的使用。最初，在工業(yè)伺服應(yīng) 用中，相較AC電動機，更頻繁使用DC電動機，因為更易于控制 DC電動機的扭矩和速度。然而，隨著微控制器和功率半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng) 域的進(jìn)步，AC電動機變得更受歡迎。因此，已有使用AC電動機的 趨勢。當(dāng)前，AC電動機在可用性方面經(jīng)常被認(rèn)為有利，因為目前商 用及可能足夠的AC電動機的數(shù)量大于DC電動機的數(shù)量。同樣，AC 電動機在維護(hù)方面是有利的(AC電動機很簡單，及基本上只有軸承需要維護(hù)，而許多DC電動機需要維護(hù)換向器，包括更換碳刷和去除
碳塵)。同樣，AC電動機更有成本效益，至少有時還實現(xiàn)更簡單的電
路設(shè)計。
因此，現(xiàn)今為了上面的原因，相比DC電動機，AC電動機經(jīng)常 是優(yōu)選電動機。然而，它們可能隱含一定如在此將要闡釋的安全性問 題，因此，盡管AC電動機具有上面提及的優(yōu)點，目前DC電動機仍 然普遍(甚至可能比AC電動機更普遍)用作風(fēng)力設(shè)備中的槳距驅(qū)動 電動機。
US-A-2006/0163882公開了一種基于通常由電網(wǎng)供電的DC電動 機的槳距控制系統(tǒng)，但其具有包括電池或所謂的ULTRACAPS的"備 用"電源，"備用"電源安排成或直接或通過變換器連接到DC電動 機，以確保在電網(wǎng)故障情況下槳距電動機也可同樣使用。之后，電動 機由DC備用電池(或ULTRACAPS)供電，優(yōu)選通過變換器(這使 能更好地調(diào)節(jié)槳距角)；同樣，在變換器故障的情況下，可直接供電。
US-A-2004/0100229提出在緊急情況下使用電容器而不是電池為 轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)提供能量。
US-A-2007/0024227公開了具有包括多個蓄電池的緊急供電設(shè)備 的AC槳距驅(qū)動，所述蓄電池安排成在電網(wǎng)故障期間支持槳距驅(qū)動變 換器的鏈路電壓。因此，變換器的DC-AC逆變器部分在電網(wǎng)故障期 間也繼續(xù)向AC槳距驅(qū)動電動機提供功率。
同樣，DE-A-10335575公開了這種類型的布置。
然而，由于AC電動機的內(nèi)在優(yōu)點(例如，由于它們的可用性及 僅需要有限維護(hù))，相比于DC槳距驅(qū)動系統(tǒng)如US-A-2006/0163882 中公開的系統(tǒng)，US-A-2007/0024227和DE-A-10335575的AC槳距驅(qū)
動系統(tǒng)是優(yōu)選系統(tǒng)，已發(fā)現(xiàn)它們可能涉及安全性問題在DC槳距驅(qū)
動系統(tǒng)中，如US-A-2006/0163882所教示的，在槳距驅(qū)動變換器故障 情況下，其仍可能通過將DC電動機"直接"連到相應(yīng)的備用電源而 使葉片轉(zhuǎn)到順槳位置。然而，在AC槳距驅(qū)動系統(tǒng)如 US-A-2007/0024227和DE-A-10335575的系統(tǒng)中，緊急電源不能直接連接到相應(yīng)的電動機，而是需要借助于變換器的逆變器部分轉(zhuǎn)換為 AC功率。因此，在一個以上葉片如葉片中的兩個或三個的槳距驅(qū)動 器中同時出現(xiàn)變換器故障的情況下，如果發(fā)生一些事情，例如，如果 風(fēng)輪機被閃電擊中，則后果可能非常嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面涉及風(fēng)力設(shè)備，包括
包括至少一連接到輪轂的轉(zhuǎn)子葉片(例如，兩個或三個轉(zhuǎn)子葉片) 的轉(zhuǎn)子；
發(fā)電機，所述發(fā)電機安排成由所述轉(zhuǎn)子驅(qū)動以產(chǎn)生電功率，所述 發(fā)電機連接到或可連接到電網(wǎng)(功率傳輸/分配網(wǎng)絡(luò))以分配所述發(fā) 電機產(chǎn)生的電功率；
用于控制所述轉(zhuǎn)子葉片的槳距(或葉片角度)的槳距控制系統(tǒng)，
所述槳距控制系統(tǒng):對于每一轉(zhuǎn)子葉片包括具有至少一AC電動機(例
如，用于每一葉片的一個或多個AC電動機)的槳距驅(qū)動器，該槳距
驅(qū)動器安排成與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片交互作用以導(dǎo)致所述轉(zhuǎn)子葉片繞轉(zhuǎn)
子葉片的縱軸移動；
其中所述至少一AC電動機中的每一個安排成由槳距控制系統(tǒng)的 變換器(如AC/AC變換器，其可布置在輪轂中；每一AC電動機可 被提供單獨的變換器)饋電。
根據(jù)本發(fā)明，所述槳距控制系統(tǒng)對于每一所述變換器，包括用 于繞過所述變換器與AC電動機連接的裝置以從緊急AC電源接收功 率。
技術(shù)人員將能夠選擇最適于實施所述用于繞過所述變換器的裝 置的方案。例如，可使用旁路接觸器或開關(guān)，其可通過下述之一或多 個手段啟動(閉合)
a)來自主控制器的適當(dāng)信號；如果主控制器檢測到槳距驅(qū)動變
換器故障或者槳距驅(qū)動變換器未正確工作，其可啟動所述旁路開關(guān)或 用于繞過變換器的其它裝置。b)用于繞過變換器的裝置(如旁路開關(guān))可通過監(jiān)控器功能啟 動；例如，如果在主控制器和槳距驅(qū)動器之間的通信中有差錯，在一 定時間之后，監(jiān)控器功能可觸發(fā)所述旁路開關(guān)。
C)在控制器檢測到危急故障如槳距驅(qū)動變換器的電子開關(guān)中的 HW (硬件)差錯或槳距驅(qū)動變換器的DC鏈路中的危急故障的情況 下，用于繞過變換器的裝置(如旁路開關(guān))由槳距變換器系統(tǒng)本身啟 動。
d)用于繞過變換器的裝置(如旁路開關(guān))也可由閃電檢測系統(tǒng)啟動。
有時優(yōu)選由槳距驅(qū)動變換器控制器自身直接或間接啟動旁路開 關(guān)。例如，槳距驅(qū)動變換器控制器可向主控制器發(fā)送表明槳距變換器
系統(tǒng)中出現(xiàn)嚴(yán)重故障(HW差錯、DC鏈路差錯等)的信號。之后， 主控制器向所有槳距驅(qū)動器發(fā)送停止其變換器系統(tǒng)的運行并閉合相 應(yīng)旁路開關(guān)的信號。所有旁路開關(guān)因而被啟動，之后，因為所有槳距 驅(qū)動電動機將被連接到相同的電壓和頻率，所有轉(zhuǎn)子葉片將以完全相 同的速度移向其順槳位置。
緊急AC電源可以是電網(wǎng)，藉此，AC電動機將由具有電網(wǎng)頻率 的電流饋電。
緊急AC電源可以是風(fēng)力設(shè)備的發(fā)電機的輸出端，藉此AC電動 機將被供給具有發(fā)電機頻率的電流。如果使用同步發(fā)電機或具有高剩 磁的發(fā)電機，則該選擇特別適當(dāng)。
所述緊急AC電源可以是不間斷電源系統(tǒng)，例如，還意于向風(fēng)力 設(shè)備或所述風(fēng)力設(shè)備所屬風(fēng)電場的其它組成部分提供備用電源的系 統(tǒng)。
用于繞過變換器的裝置可安排成將AC電動機連接為實質(zhì)上直接 從機艙-輪轂功率傳輸系統(tǒng)(例如，其可包括一個或多個滑環(huán)部件、 旋轉(zhuǎn)變壓器、和/或任何其它適于在兩個設(shè)備之間傳輸電功率的設(shè)備， 所述兩個設(shè)備之一相對于另一設(shè)備旋轉(zhuǎn))饋電，機艙-輪轂功率傳輸 系統(tǒng)安排成向輪轂內(nèi)的組成部分提供功率。在本說明書中，"實質(zhì)上直接饋電"意味著沒有任何半導(dǎo)體變換器開關(guān)介于其間的饋電。然而， 不排除使用變壓器以將輸入電壓的水平降低到更適于槳距驅(qū)動器的 AC電動機的水平的可能性。例如，如果電網(wǎng)電壓用于饋給AC電動
機，可方便地降低電壓水平。風(fēng)輪機(即圖2中變壓器32的發(fā)電機 側(cè))中的典型電網(wǎng)電壓在400V、 690V、 1000V或3300V級，而用于 這類應(yīng)用的AC電動機通常設(shè)計成400V或690V的額定電壓。作為 變壓器的備選方案或補充，可使用具有更高電壓等級的電動機電動 機中的隔離根據(jù)額定電壓(如400V或690V)進(jìn)行設(shè)計，但獲得具 有更高隔離級的電動機是可能的(例如，400V電動機具有690或 1000V的隔離級)；在具有變頻器的情況下這非常普遍，因為變頻器 產(chǎn)生高峰值電壓。
緊急AC電源也可(除了上面提及的電源之外，或作為它們的備 選方案)包括布置在輪轂中的"另外的"發(fā)電機，用于在輪轂內(nèi)產(chǎn)生 AC功率。該另外的發(fā)電機可通過輪轂和機艙之間的相對旋轉(zhuǎn)運動驅(qū) 動，因而代表輪轂中的"內(nèi)部"電源，其不需要從輪轂外面提供電功 率。用于繞過變換器的裝置因而可被安排成將AC電動機連接為實質(zhì) 上直接從所述另外的發(fā)電機饋電。
轉(zhuǎn)子可包括多個所述轉(zhuǎn)子葉片，及所述至少一AC電動機對每一 所述轉(zhuǎn)子葉片可包括至少一單獨的AC電動機。
本發(fā)明的另一方面涉及修改風(fēng)力設(shè)備中的至少一轉(zhuǎn)子葉片的葉 片槳距的方法，所述風(fēng)力設(shè)備包括
包括至少一連接到輪轂的轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子；
發(fā)電機，所述發(fā)電機安排成由所述轉(zhuǎn)子驅(qū)動以產(chǎn)生電功率，所述 發(fā)電機可連接到電網(wǎng)以分配所述發(fā)電機產(chǎn)生的電功率；
用于控制所述轉(zhuǎn)子葉片的槳距的槳距控制系統(tǒng)，所述槳距控制系 統(tǒng)對于每一轉(zhuǎn)子葉片包括具有至少一AC電動機的槳距驅(qū)動器，該 槳距驅(qū)動器安排成與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片交互作用以導(dǎo)致所述轉(zhuǎn)子葉片 繞轉(zhuǎn)子葉片的縱軸移動；
其中所述AC電動機中的每一個安排成由槳距控制系統(tǒng)的變換器(如每一AC電動機由一單獨的變換器)饋電。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明方法包括步驟在至少一預(yù)定情況下(如槳 距控制系統(tǒng)的一個或多個變換器發(fā)生故障、槳距控制系統(tǒng)和主控制器 之間的通信出現(xiàn)差錯等)，繞過所述變換器以將AC電動機連接為從 緊急AC電源接收功率；及使用由所述緊急AC電源供電的所述至少
一AC電動機修改至少一轉(zhuǎn)子葉片的葉片槳距。
關(guān)于本發(fā)明風(fēng)力設(shè)備描述的內(nèi)容經(jīng)必要的修正也可應(yīng)用于本發(fā) 明的方法。
例如，緊急AC電源可以是電網(wǎng)(藉此，AC電動機將由具有電 網(wǎng)頻率的電流饋電)、發(fā)電機的輸出端(藉此AC電動機將被供給具 有發(fā)電機頻率的電流)、和/或不間斷電源系統(tǒng)。
繞過變換器的步驟包括將AC電動機連接為實質(zhì)上直接從機艙-輪轂功率傳輸系統(tǒng)饋電，機艙-輪轂功率傳輸系統(tǒng)安排成向輪轂內(nèi)的 組成部分提供功率。
作為備選方案或另外的措施，所述緊急AC電源可包括布置在輪 轂中的、用于在輪轂內(nèi)產(chǎn)生AC功率的另外的發(fā)電機。如果這樣，所 述繞過變換器的步驟可包括將AC電動機連接為實質(zhì)上直接從所述另 外的發(fā)電機饋電的步驟。


為完成描述及為提供對本發(fā)明更好的理解，提供一組附圖。所述 附圖形成描述的組成部分并圖示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其不應(yīng)被視 為限制本發(fā)明的范圍，而僅是本發(fā)明可怎樣實現(xiàn)的例子。所述附圖包 括下述圖
圖1和2示意性地示出了本領(lǐng)域己知的風(fēng)力設(shè)備的一些主要組成 部分，但它們也對應(yīng)于本發(fā)明范圍內(nèi)的風(fēng)力設(shè)備。
圖3和4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的具有葉片槳距 驅(qū)動器的風(fēng)力設(shè)備。
圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的可能實施例的變換器。圖6A和6B分別示意性地示出了具有用于在輪轂內(nèi)產(chǎn)生電功率 的另外的發(fā)電機的輪轂的正面及側(cè)面截面圖。
圖7示意性地示出了控制槳距驅(qū)動器的變換器的旁路的一些可
能方式。
具體實施例方式
圖3-5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的風(fēng)力設(shè)備的一些方 面，其也可對應(yīng)于圖1和2中所示的方面。在圖3中，可以看出發(fā)電 機13怎樣通過變壓器32 (及例如通過變換器，未示出)連接到電網(wǎng) 4，其中發(fā)電機13和電網(wǎng)4之間的網(wǎng)絡(luò)還包括發(fā)電機接觸器131和主 接觸器321。還有槳距驅(qū)動電源接觸器104，當(dāng)接觸器閉合時，其使 功率能通過機艙-輪轂功率傳輸系統(tǒng)103 (例如，其可包括一個或多個 滑環(huán)部件、旋轉(zhuǎn)變壓器、和/或任何其它適于在兩個設(shè)備之間傳輸電 功率的設(shè)備，所述兩個設(shè)備之一相對于另一設(shè)備旋轉(zhuǎn))從電網(wǎng)向槳距 驅(qū)動電動機提供功率，這使可能向風(fēng)力設(shè)備的旋轉(zhuǎn)輪轂11中的元件 提供電功率。在運行期間，這些接觸器通常處于閉合位置。
此外，示出了三個槳距驅(qū)動器A-C，每一槳距驅(qū)動器包括變換器 101，常規(guī)通過所述機艙-輪轂功率傳輸系統(tǒng)103從電網(wǎng)4側(cè)饋電(變 換器也可放在機艙中，在這種情況下變換器可通過機艙-輪轂功率傳 輸系統(tǒng)如滑環(huán)部件或旋轉(zhuǎn)變壓器向AC電動機饋電)。因此，變換器 101被提供來自電網(wǎng)的AC功率并將該AC功率轉(zhuǎn)換為具有變換器控 制單元1014 (參見圖4和5)控制的參數(shù)(如頻率)的AC功率，使 得該AC功率將適于饋給槳距驅(qū)動器的相應(yīng)AC電動機100。每一 AC 電動機IOO連接到驅(qū)動相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片12繞其縱軸旋轉(zhuǎn)的齒輪系統(tǒng)。 由許多常規(guī)且適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)可用于AC電動機和轉(zhuǎn)子葉片之間的連接， 因此在此無須對它們進(jìn)行描述。
因此，每一AC電動機100由來自相應(yīng)變換器101的AC功率饋 電。圖5示出了適當(dāng)變換器的例子，按照常規(guī)包括整流器1011、 DC 鏈路1012及變換器或逆變器1013，其受控制單元1014控制，控制單元可從上面提及的槳距調(diào)節(jié)器21接收其相應(yīng)的輸入信號。
DC鏈路可連接到備用電池105和/或用于能量儲存的另一裝置 (如所謂的ULTRACAPS)，以在電網(wǎng)或從電網(wǎng)到變換器的傳輸出現(xiàn) 故障時例如機艙-輪轂功率傳輸系統(tǒng)103出現(xiàn)故障時能夠向電動機提 供備用功率。因此，通過逆變器部分1013的運行，在前述故障的情 況下變換器也可繼續(xù)向電動機100提供AC功率，至少可繼續(xù)一定時 間，足以使相應(yīng)葉片轉(zhuǎn)到其"順槳"位置。這種結(jié)構(gòu)也在圖4中示出， 從圖4可進(jìn)一步看出輪轂怎樣包圍包括槳距調(diào)節(jié)器21的中央單元 106，其監(jiān)控每一槳距驅(qū)動器A-C，其中詳細(xì)示出槳距驅(qū)動器A的結(jié) 構(gòu)，包括變換器101安排成驅(qū)動電動機100的方式，在變換器控制單 元1014的控制之下，及備用電池105并聯(lián)布置并在中央單元106的 控制之下充電。
至此為止，所描述的內(nèi)容實質(zhì)上對應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)。 然而，為了在變換器101損害(例如，影響變換器101的逆變器 部分1013的損害)的情況下也能實現(xiàn)安全性，已提供旁路開關(guān)102, 當(dāng)其閉合時意味著將電動機100實質(zhì)上直接連接到機艙-輪轂功率傳 輸系統(tǒng)103的旁路連接，使得電動機可直接從電網(wǎng)4和/或發(fā)電機13 (可選地，通過與發(fā)電機相關(guān)聯(lián)的變換器14)和/或外部UPS (不間 斷電源)系統(tǒng)5饋電，如圖3中示意性所示。這隱含某些缺點，因為 施加到電動機的功率可能不具有最適當(dāng)?shù)奶匦?，如?yōu)化的電壓水平、 頻率等，但該功率在任何情況下均有助于驅(qū)動AC電動機以使轉(zhuǎn)子葉 片在緊急情況下朝向其順槳位置轉(zhuǎn)動，因而對風(fēng)輪機的剎車/停機起 到作用。
如上所述，旁路開關(guān)102可以幾種方式啟動，例如，通過下述信 號(如圖7中示意性所示)的任一信號
a) 旁路開關(guān)102可從主控制器2啟動；例如，如果主控制器2 檢測到一個或多個槳距驅(qū)動器A-C的變換器故障，主控制器可發(fā)送 觸發(fā)相應(yīng)旁路開關(guān)102的閉合的信號。
b) 旁路開關(guān)可通過監(jiān)控器功能71啟動；因此，例如，如果在主控制器2和槳距驅(qū)動器或槳距控制器21之間的通信有差錯，可觸發(fā)
所述旁路開關(guān)102的閉合。
c) 在變換器控制單元1014檢測到危急故障如整流器1011或逆 變器1013的電子開關(guān)中的HW差錯或DC鏈路中的危急故障的情況 下，旁路開關(guān)可由槳距變換器系統(tǒng)本身啟動。
d) 旁路開關(guān)102也可由閃電檢測系統(tǒng)啟動。
例如，由變換器控制器1014可直接或間接啟動旁路開關(guān)1012。 例如，間接啟動可基于變換器控制器1014向主控制器2發(fā)送表明變 換器系統(tǒng)中出現(xiàn)嚴(yán)重故障(HW差錯、DC鏈路差錯等)的信號。之 后，主控制器2向所有槳距控制器發(fā)送停止槳距驅(qū)動變換器101的運 行并閉合旁路開關(guān)102的信號。在這種情況下，所有三個槳距驅(qū)動器 A-C的旁路開關(guān)102均可被啟動，因為所有槳距驅(qū)動電動機100將被 連接到相同的電壓和頻率，所有葉片將以相同的速度移向順槳位置。
在圖6A和6B所示的備選實施例中，另外的發(fā)電機6 (也在圖3 中示意性示出)被布置在輪轂ll內(nèi)，以在輪轂內(nèi)產(chǎn)生電功率。例如， 發(fā)電機可包括布置成與布置在機艙15內(nèi)的驅(qū)動表面62 (例如，同齒 部提供的表面以與小齒輪61的齒部交互作用)交互作用的驅(qū)動輪或 小齒輪61，以使小齒輪61繞其軸旋轉(zhuǎn)因而在輪轂11繞其軸旋轉(zhuǎn)時 驅(qū)動所述另外的發(fā)電機6。因此，在輪轂內(nèi)產(chǎn)生電功率。在該實施例 中，旁路開關(guān)102可安排成當(dāng)閉合時使能提供將電動機100實質(zhì)上直 接連接到另外的發(fā)電機6的旁路連接，從而槳距驅(qū)動器在機艙-輪轂 功率傳輸系統(tǒng)103故障的情況下依然能工作。
在本文中，術(shù)語"包括"及其變化(如"包含"等)不應(yīng)理解為 除外的含義，也就是說，這些術(shù)語不應(yīng)解釋為排除所描述和所定義的 內(nèi)容可包括另外的元件、步驟等的可能性。
另一方面，本發(fā)明顯然不限于在此所述的具體實施例，而是包括 本領(lǐng)域任何技術(shù)人員在權(quán)利要求確定的總范圍內(nèi)考慮的任何變化(例 如，關(guān)于材料、尺寸、構(gòu)件件、結(jié)構(gòu)等的選擇)。
權(quán)利要求
1、一種風(fēng)力設(shè)備，包括包括至少一連接到輪轂(11)的轉(zhuǎn)子葉片(12)的轉(zhuǎn)子；發(fā)電機(13)，所述發(fā)電機安排成由所述轉(zhuǎn)子驅(qū)動以產(chǎn)生電功率，所述發(fā)電機可連接到電網(wǎng)(4)以分配所述發(fā)電機產(chǎn)生的電功率；用于控制所述轉(zhuǎn)子葉片的槳距的槳距控制系統(tǒng)，所述槳距控制系統(tǒng)對于每一轉(zhuǎn)子葉片(12)包括具有至少一交流電動機(100)的槳距驅(qū)動器(A、B、C)，該槳距驅(qū)動器安排成與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片(12)交互作用以導(dǎo)致所述轉(zhuǎn)子葉片繞轉(zhuǎn)子葉片的縱軸移動；其中所述至少一交流電動機(100)中的每一個安排成由槳距控制系統(tǒng)的變換器(101)饋電；其特征在于所述槳距控制系統(tǒng)還包括用于繞過所述變換器(101)的裝置(102)以將相應(yīng)交流電動機(100)連接為從緊急交流電源接收功率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的風(fēng)力設(shè)備，其中所述緊急交流電源是電網(wǎng) (4)，交流電動機藉此將由具有電網(wǎng)頻率的電流饋電。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1的風(fēng)力設(shè)備，其中所述緊急交流電源是發(fā)電 機(13)的輸出端，藉此交流電動機將被供給具有發(fā)電機頻率的電流。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1的風(fēng)力設(shè)備，其中所述緊急交流電源是不間 斷電源系統(tǒng)(5)。
5、 根據(jù)前述任一權(quán)利要求的風(fēng)力設(shè)備，其中所述用于繞過變換 器的裝置安排成將交流電動機(100)連接為直接從機艙-輪轂功率傳 輸系統(tǒng)(103)饋電，所述機艙-輪轂功率傳輸系統(tǒng)安排成向輪轂(11) 內(nèi)的組成部分提供功率。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1的風(fēng)力設(shè)備，其中所述緊急交流電源包括另 外的、布置在輪轂(11)中的、用于在輪轂內(nèi)產(chǎn)生交流功率的發(fā)電機。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6的風(fēng)力設(shè)備，其中所述用于繞過變換器的裝 置安排成將交流電動機(100)連接為直接從所述另外的發(fā)電機(6) 饋電。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7的風(fēng)力設(shè)備，其中所述轉(zhuǎn)子包括多個所述轉(zhuǎn)子葉片(12)，及其中所述至少一交流電動機(100)對每一所述轉(zhuǎn)子 葉片包括至少一單獨的交流電動機。
9、 修改風(fēng)力設(shè)備中的至少一轉(zhuǎn)子葉片的葉片槳距的方法，所述 風(fēng)力設(shè)備包括包括至少一連接到輪轂(11)的轉(zhuǎn)子葉片(12)的轉(zhuǎn)子； 發(fā)電機(13)，所述發(fā)電機安排成由所述轉(zhuǎn)子驅(qū)動以產(chǎn)生電功率，所述發(fā)電機可連接到電網(wǎng)(4)以分配所述發(fā)電機產(chǎn)生的電功率；用于控制所述轉(zhuǎn)子葉片的槳距的槳距控制系統(tǒng)，所述槳距控制系統(tǒng)對于每一轉(zhuǎn)子葉片(12)包括具有至少一交流電動機(100)的槳距驅(qū)動器(A、 B、 C)，該槳距驅(qū)動器安排成與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片(12) 交互作用以導(dǎo)致所述轉(zhuǎn)子葉片繞轉(zhuǎn)子葉片的縱軸移動；其中所述至少一交流電動機(100)中的每一個安排成由槳距控 制系統(tǒng)的變換器(101)饋電；其特征在于所述方法包括步驟在至少一預(yù)定情況下，繞過至少一變換器(101)以將至少一交流電動機(100)連接為 從緊急交流電源接收功率；及使用由所述緊急交流電源供電的所述至少一交流電動機(100) 修改至少一轉(zhuǎn)子葉片(12)的葉片槳距。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述緊急交流電源是電網(wǎng)(4)， 交流電動機藉此將由具有電網(wǎng)頻率的電流饋電。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述緊急交流電源是發(fā)電機 (13)的輸出端，藉此交流電動機將被供給具有發(fā)電機頻率的電流。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述緊急交流電源是不間斷電 源系統(tǒng)(5)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求9-12任一所述的方法，其中所述繞過變換器 的步驟包括將所述交流電動機(100)連接為直接從機艙-輪轂功率傳 輸系統(tǒng)(103)饋電，所述機艙-輪轂功率傳輸系統(tǒng)安排成向輪轂(11) 內(nèi)的組成部分提供功率。
14、 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述緊急交流電源包括另外的、 布置在輪轂(11)中的、用于在輪轂內(nèi)產(chǎn)生交流功率的發(fā)電機(6)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述繞過變換器的步驟包括將所述交流電動機(100)連接為直接從所述另外的發(fā)電機(6)饋電。
全文摘要
本發(fā)明風(fēng)力設(shè)備包括具有至少一轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子、發(fā)電機、及用于控制所述轉(zhuǎn)子葉片的槳距的槳距控制系統(tǒng)，所述槳距控制系統(tǒng)包括安排成由變換器(101)饋電的至少一交流電動機(100)。所述槳距控制系統(tǒng)還包括用于繞過所述變換器(101)的裝置(102)以將所述交流電動機(100)連接為從緊急交流電源接收功率。
文檔編號F03D7/04GK101608603SQ20091014648
公開日2009年12月23日 申請日期2009年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月9日
發(fā)明者B·安德森 申請人:歌美颯創(chuàng)新技術(shù)公司