專利名稱：在機艙中具有電力電子器件的風輪機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有承載機艙的塔結(jié)構(gòu)的風輪機。所述機艙容納能量變換系統(tǒng)， 該能量變換系統(tǒng)至少包括發(fā)電機，該發(fā)電機適于將從風中吸取的機械能轉(zhuǎn)化成電能，該電能被供應到電網(wǎng)。在根據(jù)本發(fā)明的風輪機中，機艙中的可用空間以非常有效的方式得以利用。
背景技術(shù)：
通過風輪機，當將從風中吸收的機械能通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化成電能時，電能通常至少部分地通過電力電子器件被供應到電網(wǎng)。所需要的電力電子器件通常布置在機艙中，例如， 布置在允許接近電力電子構(gòu)件的機架中，例如以允許維護或修理構(gòu)件或者為了允許更換構(gòu)件的部件。機架通常位于機艙中，使得電力電子構(gòu)件可沿大體水平的方向從機架移除。尤其是為了在需要對構(gòu)件進行修理或維護的情況下允許以安全的方式接近電力電子構(gòu)件而選擇這種定位方式。通常在風輪機的電力電子構(gòu)件處或其附近存在例如約為1000V以上的高壓。因此非常重要的是，將電力電子構(gòu)件以下述方式布置在機艙中，即，使得它們可被接近而不會對維修人員帶來電擊風險，并且在處于直立位置時允許維修人員對構(gòu)件進行修理。因此，電力電子器件占據(jù)機艙中可用空間的大部分。此外，如果一個或更多個電力電子構(gòu)件必須進行修理、移除或更換，則通常必需沿大體水平的方向移動該一個或更多個構(gòu)件，這是因為如上所述這些構(gòu)件布置在機架中。這使得難以使用普通的升降設備(諸如起重機)來移動這些構(gòu)件，并且?guī)順?gòu)件意外掉落而使得維修人員的身體部分被掉落的構(gòu)件擠壓的風險。這是非常不期望的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的實施方式的目的是提供一種風輪機，其中，與現(xiàn)有技術(shù)的風輪機相比，機艙內(nèi)部中的可用空間得以更大程度地利用。本發(fā)明的實施方式的另一目的是提供一種風輪機，其中，電力電子構(gòu)件的更換可利用普通升降設備進行。本發(fā)明的實施方式的再一目的是提供一種風輪機，其中，與現(xiàn)有技術(shù)的風輪機相比對維修人員造成傷害的風險降低。本發(fā)明的實施方式的又一目的是提供一種風輪機，其中，與現(xiàn)有技術(shù)的風輪機相比，能夠減少由于修理和維護而導致的風輪機的非操作時間。本發(fā)明提供了一種風輪機，該風輪機包括機艙，所述機艙至少容納發(fā)電機和電力電子器件，所述電力電子器件電氣互連在所述發(fā)電機和電網(wǎng)之間，其中，在所述機艙中在位于所述機艙的底平面與所述機艙的下限制面之間的區(qū)域中可移除地布置有至少一個電力電子構(gòu)件。本發(fā)明涉及一種風輪機，即涉及這樣一種設備，該設備適于將風能轉(zhuǎn)換成電能。本發(fā)明的風輪機是一種聯(lián)接到電網(wǎng)的風輪機，并且其優(yōu)選地為大型的現(xiàn)代風輪機。這樣的風輪機設置有承載機艙的塔結(jié)構(gòu)。所述機艙承載多個可旋轉(zhuǎn)地布置并用于從風中吸取能量的轉(zhuǎn)子葉片，并且所述機艙可旋轉(zhuǎn)地布置在塔結(jié)構(gòu)上以使得所述機艙沿風的方向引導轉(zhuǎn)子葉片。所述機艙通常容納多個在由風輪機發(fā)電時使用的構(gòu)件，例如傳動系，該傳動系可包括傳動裝置、發(fā)電機、各種電氣構(gòu)件以及電力電子器件。在機艙中用于容納這些構(gòu)件的空間受限，具體是因為希望限制機艙的總體尺寸以限制機艙的總重并且以便于運輸機艙。在本文中，術(shù)語“電力電子器件”應被解釋為是指用于變換電能形式的電子部件， 包括但不限于轉(zhuǎn)換器、逆變器、各種電子濾波器、相關(guān)的保護和控制裝置等。術(shù)語“電力電子構(gòu)件”應被解釋為是指包括一個或更多個電力電子部件的整體單元。應注意，所述構(gòu)件對于例如移除、更換、測試、錯誤檢測或故障檢測等可以作為一個單元操縱。根據(jù)本發(fā)明，在風輪機的機艙中可移除地布置有至少一個電力電子構(gòu)件。在本文中，術(shù)語“可移除”應當解釋為是指可以從機艙移除電力電子構(gòu)件而不損壞機艙、電力電子構(gòu)件或機艙或電力電子構(gòu)件的一部分。這允許例如在電力電子構(gòu)件完全或部分失效或故障的情況下用另一個基本上相同的電力電子構(gòu)件更換整個電力電子構(gòu)件。因此，在失效或故障的情況下，將不在現(xiàn)場進行修理操作。相反地，故障的電力電子構(gòu)件由另一個電力電子構(gòu)件簡單地替換，該另一個電力電子構(gòu)件作為一個單元提前經(jīng)過測試，由此確保構(gòu)件本身正確地操作。由此不必在機艙中將電力電子構(gòu)件布置成可以被接近以允許人員現(xiàn)場對其進行修理操作。而是僅需要將它們定位成可以被移除/更換。此外，風輪機的非操作時間最少， 這是因為一旦更換了失效或故障的電力電子構(gòu)件風輪機就可完全操作，而不存在進行修理操作的一些時間間隔。失效或故障的電力電子構(gòu)件可隨后被運到修理點或車間，可在修理點或車間被修理以使其在以后的某一時刻定位在風輪機中。在機艙的底平面與機艙的下限制面之間的區(qū)域中布置有至少一個電力電子構(gòu)件。 在本文中，術(shù)語“底平面”應當解釋為是指由布置在機艙內(nèi)部的底面限定的平面，所述底面例如待由維修人員在上面行走和/或用于承載機艙中的各種設備的底面。機艙的下限制面可有利地為限定機艙的內(nèi)部與周圍環(huán)境之間的界面的外壁，該外壁布置在機艙的底部。應注意，在機艙內(nèi)可以限定兩個或更多個不同的底平面，例如該兩個或更多個不同的底平面通過小臺階部分互連，以允許人們從一個底平面移至另一個底平面。例如在機艙的一個部分的底面下方布置比機艙的其它部分中布置的更大的部件時就是這種情況。應注意，如果該電力電子構(gòu)件位于一個這樣的底平面與下限制面之間，即使該電力電子構(gòu)件的一部分超出由另一個底平面限定的高度，則該電力電子構(gòu)件也應被視為位于機艙的底平面和機艙的下限制面之間的區(qū)域中。由此，底平面下方的可用空間被用于容納在風輪機的操作期間所需要的至少一些電力電子器件。由此，這些電力電子構(gòu)件不會占據(jù)機艙內(nèi)的、設置在底平面上方的空間，該空間通常用于容納必須容易接近的物品和構(gòu)件，以允許維修人員在機艙內(nèi)活動，并且用于在維修期間儲存部件。因此，在機艙的該部分中可利用的空間更多，即，更大程度地利用機艙內(nèi)的整個空間。如上所述，因為電力電子構(gòu)件是可移除的，所以可以將它們定位在該位置，由此允許它們被更換，而不是在現(xiàn)場進行修理操作?？梢栽跈C艙中布置一個或多個電力電子構(gòu)件，使得其可沿大體豎直的方向被定位在所述區(qū)域中以及/或者從所述區(qū)域移除。在本文中，術(shù)語“豎直的”應當解釋為是指由重力作用的方向所限定的方向。因此，根據(jù)該實施方式，可以沿大體豎直的方向?qū)⒔o定的電力電子構(gòu)件抬離機艙的底平面與機艙的下限制面之間的區(qū)域。由于該方向是普通升降設備(諸如起重機)正常工作所沿的方向，因此這使得非常容易移除電力電子構(gòu)件。此外，可以接近電力電子構(gòu)件，而不存在維修人員被電擊的風險。電力電子構(gòu)件中的至少一個可以為轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器包括電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器以及發(fā)電機側(cè)轉(zhuǎn)換器。另選地或附加地，電力電子構(gòu)件中的至少一個可以是逆變器、dv/dt濾波器、 電網(wǎng)濾波器(諸如電網(wǎng)扼流圈)、相關(guān)聯(lián)的保護和控制裝置和/或其它適當類型的電力電子構(gòu)件。機艙的底面中的至少一個底板可以設置有安全開關(guān)，該安全開關(guān)被布置成在底板至少被部分地移除的情況下中斷向電力電子構(gòu)件供電。根據(jù)該實施方式，有效地確保在電力電子構(gòu)件維修或更換期間不向其供應電力。因而，消除了在該操作期間對維修人員造成電擊的風險。安全開關(guān)可以是聯(lián)鎖開關(guān)或者可以包括聯(lián)鎖開關(guān)。可通過完全移除底板來致動安全開關(guān)。另選地，底板僅部分地移除就可能足夠了， 例如通過打開經(jīng)由鉸鏈連接附接到底面結(jié)構(gòu)的蓋狀底板或者通過沿大體平行于底面的方向滑動底板來部分地移除底板。作為另選方案，可以通過轉(zhuǎn)動所需要的鑰匙以移動底板來致動安全開關(guān)。在任何情況下，在移動底板使得可以接近布置在底平面下方的區(qū)域時應該致動安全開關(guān)，從而使得可以接近布置在該區(qū)域中的電力電子構(gòu)件。機艙的底面中的至少一個底板可以滑動地安裝在機艙內(nèi)部，并且該底板的滑動運動可以產(chǎn)生通過機艙的底面的通路或者可以關(guān)閉該通路。根據(jù)該實施方式，在需要接近布置在底平面下方的區(qū)域的維修期間底板不會占據(jù)過多空間。此外，底板保持在所形成的通路附近，并且使維修人員在完成維修時容易關(guān)閉所述通路?？梢栽陔娏﹄娮咏M件中布置兩個或更多個電力電子構(gòu)件。這是有利的，因為在一個或更多個電力電子構(gòu)件損壞時，組件被簡單地更換，即，不修理故障構(gòu)件。因此，無需將電力電子構(gòu)件定位成使得可以接近每個電力電子構(gòu)件以進行修理操作。由此，可以將它們布置在不太能接近的區(qū)域中，諸如底平面與機艙的下限制面之間的區(qū)域中。電力電子組件可有利地包括至少兩種不同的電力電子構(gòu)件，例如轉(zhuǎn)換器以及至少一種電濾波器。電力電子組件可以有利地包括包圍該組件的電力電子構(gòu)件的盒或殼體。在該情況下，盒或殼體可用作機艙底面的底面結(jié)構(gòu)的一部分，從而例如為底面結(jié)構(gòu)提供強度或硬度。可以在機艙中布置至少一個電力電子組件，使得其能夠沿大體豎直的方向定位和 /或移除。根據(jù)該實施方式，如上所述整個組件能夠被移動?？梢栽谖挥跈C艙的底平面和機艙的下限制面之間的區(qū)域中布置至少一個電力電子組件。由此獲得上述優(yōu)點。所述機艙可以容納至少兩個電力電子組件。所述電力電子組件可以基本上相同， 例如，包括相同種類的電力電子構(gòu)件。另選地，所述電力電子組件可以彼此不同。根據(jù)一個實施方式，至少一個電力電子組件可以安裝在機艙的基架的壁部上。根據(jù)該實施方式，甚至更容易接近電力電子構(gòu)件，以移除或更換該組件。此外，該組件可以用于所有其它組件的故障查尋，即，能夠識別故障構(gòu)件而不必移除底板。最后，該組件可包含用于切斷電力電子構(gòu)件的電力的開關(guān)裝置。
至少一個電力電子構(gòu)件可以由機艙支撐結(jié)構(gòu)支撐。機艙支撐結(jié)構(gòu)可以有利地形成機艙的基架的布置在機艙的底平面與下限制面之間的區(qū)域中的部分。另選地或附加地，至少一個電力電子組件可以是自支撐式的。風輪機還可包括用于冷卻至少一個電力電子構(gòu)件的冷卻系統(tǒng)。所述冷卻系統(tǒng)例如可以是空冷系統(tǒng)或水冷系統(tǒng)，或者是空冷和水冷系統(tǒng)的組合。機艙的下限制面可以形成冷卻系統(tǒng)的一部分。根據(jù)該實施方式，可以經(jīng)由下限制面從機艙的外部為電力電子構(gòu)件直接提供冷卻。至少一個電力電子構(gòu)件可以沿大體水平的方向安裝，例如，安裝在機架中，在該機架中，兩個或更多個電力電子構(gòu)件并排布置，抵靠同一大體水平的表面。這允許電力電子構(gòu)件如上所述沿大體豎直的方向移動。


現(xiàn)在將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的風輪機的機艙的立體圖；圖2是從不同角度所看到的圖1的機艙的立體圖；圖3是從不同角度所看到的圖1和圖2的機艙的立體圖，并且移除了底板；圖4是從不同角度所看到的圖3的機艙的立體圖；圖5是在根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的風輪機中使用的電力電子組件的立體圖； 以及圖6是示出了圖5所示的類型的四個電力電子組件的立體圖。
具體實施例方式圖1是用于根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的風輪機的機艙1的立體圖。為了清楚起見并且為了露出設置在機艙1內(nèi)的構(gòu)件，移除了機艙1的包括外壁在內(nèi)的一些部件。機艙1包括基架2，并且該機艙容納發(fā)電機3。在機艙1內(nèi)布置多個底板4，這些底板組合形成機艙1的底面。圖1中僅示出了一些底板4，應注意，由底板4形成的底面基本上延伸穿過機艙1的內(nèi)部，由此允許人們在底面上行走。在基架2上安裝高架起重機5。高架起重機5可用于抬起并移動機艙1內(nèi)部的重型構(gòu)件。在底板4的下方設置多個電力電子組件6。電力電子組件6因底板4而在圖1中不能清楚可見，因此以下將參照圖3至6更詳細地描述這些電力電子組件。圖2是從不同角度所看到的圖1的機艙1的立體圖。在圖2中，還可見轉(zhuǎn)子7。轉(zhuǎn)子7經(jīng)由傳動裝置聯(lián)接到發(fā)電機3，傳動裝置在圖2中不能清楚可見。圖3是從又一不同角度所看到的圖1和2的機艙1的立體圖。在圖3中，由于為了清楚起見而省略了高架起重機，因此傳動裝置8可見。此夕卜，在圖3中，為了示出電力電子組件6而省略了底板?？梢钥闯鰣D3的機艙1 容納有四個相同的電力電子組件6。每個電力電子組件6均在一側(cè)與發(fā)電機3連接，而在相反側(cè)與電路9連接，電路9建立與電網(wǎng)的電連接。從圖3清楚的是，電力電子組件6的電力電子構(gòu)件可沿大體豎直的方向定位在組件中或者沿大體豎直的方向從組件移除。此外，可以沿大體豎直的方向定位或移除電力電子組件6中的其中一個電力電子組件。因此，例如能夠利用高架起重機5(圖1中可見)進行電力電子構(gòu)件或者電力電子組件6的定位或移除。以下將參照圖5和圖6更詳細地描述電力電子組件6的設計。圖4是圖3的機艙1的立體圖。在圖4中，電力電子組件6比圖3中更清楚可見。圖5是圖3和4中所示的類型的電力電子組件6的立體圖。電力電子組件6包括具有發(fā)電機側(cè)轉(zhuǎn)換器和電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器部10。組件6還包括布置在轉(zhuǎn)換器部10的發(fā)電機側(cè)的dv/dt濾波器11和布置在轉(zhuǎn)換器部10的電網(wǎng)側(cè)的電網(wǎng)濾波器12。從而，電力電子組件6包括三個不同種類的電力電子構(gòu)件，S卩，轉(zhuǎn)換器10、dv/dt濾波器11和電網(wǎng)濾波器12。布置線纜13以電連接dv/dt濾波器11與發(fā)電機(未示出)，并且布置三個總線 14以電連接電網(wǎng)濾波器12與為了建立與電網(wǎng)的連接而布置的電路(未示出)。電力電子組件6的電力電子構(gòu)件10、11、12容納在盒15中，由此允許所有構(gòu)件10、 11、12以及線纜13和總線14作為單個單元一起移動。圖6示出了圖5所示的類型的四個相同的電力電子組件6。電力電子組件6以圖 3和4所示的方式并排布置。
權(quán)利要求
1.一種風輪機，該風輪機包括機艙，所述機艙至少容納有發(fā)電機和電力電子器件，所述電力電子器件電氣互連在所述發(fā)電機和電網(wǎng)之間，其中，在所述機艙中在位于所述機艙的底平面與所述機艙的下限制面之間的區(qū)域中可移除地布置至少一個電力電子構(gòu)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風輪機，其中，所述電力電子構(gòu)件布置在所述機艙中，使得所述電力電子構(gòu)件能夠沿大體豎直的方向被定位在所述區(qū)域中以及/或者從所述區(qū)域移除。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風輪機，其中，至少一個所述電力電子構(gòu)件為轉(zhuǎn)換器。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風輪機，其中，所述機艙的底面的至少一個底板設置有安全開關(guān)，該安全開關(guān)布置成在所述底板至少被部分地移除的情況下中斷向所述電力電子構(gòu)件供電。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風輪機，其中，所述機艙的底面的至少一個底板以滑動方式安裝在所述機艙的內(nèi)部，并且其中所述底板的滑動運動形成通過所述機艙的所述底面的通路，或者所述底板的所述滑動運動關(guān)閉這樣的通路。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風輪機，其中，兩個或更多個電力電子構(gòu)件布置在一電力電子組件中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風輪機，其中，至少一個電力電子組件在所述機艙中布置成能夠沿大體豎直的方向定位以及/或者移除。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的風輪機，其中，在位于所述機艙的底平面和所述機艙的下限制面之間的區(qū)域中布置有至少一個電力電子組件。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項所述的風輪機，其中，所述機艙容納有至少兩個電力電子組件。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項所述的風輪機，其中，至少一個電力電子組件安裝在所述機艙的基架的壁部上。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至10中任一項所述的風輪機，其中，至少一個電力電子組件由機艙支撐結(jié)構(gòu)支撐。
12.根據(jù)權(quán)利要求6至11中任一項所述的風輪機，其中，至少一個電力電子組件是自支撐式的。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風輪機，該風輪機還包括用于冷卻至少一個所述電力電子構(gòu)件的冷卻系統(tǒng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的風輪機，其中，所述機艙的所述下限制面形成所述冷卻系統(tǒng)的一部分。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風輪機，其中，至少一個電力電子構(gòu)件沿大體水平的方向安裝。
全文摘要
公開了一種風輪機，該風輪機包括機艙(1)。所述機艙(1)至少容納發(fā)電機(3)和電力電子器件，所述電力電子器件電氣互連在所述發(fā)電機(3)和電網(wǎng)之間。在所述機艙(1)中在位于所述機艙(1)的底平面與所述機艙(1)的下限制面例如底壁之間的區(qū)域中可移除地布置有至少一個電力電子構(gòu)件(10，11，12)。由此，與現(xiàn)有技術(shù)的風輪機相比，機艙(1)的內(nèi)部中的可用空間得以更大程度地利用，并且能夠利用普通的升降設備進行電力電子構(gòu)件(10，11，12)的更換。此外，對維修人員造成傷害的風險降低。
文檔編號F03D1/00GK102308082SQ200980156237
公開日2012年1月4日 申請日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月5日
發(fā)明者G·拉爾森, T·約爾特 申請人:維斯塔斯風力系統(tǒng)有限公司