專利名稱：風能發(fā)電設備和用于風能發(fā)電設備的變槳系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種風能發(fā)電設備，其包括帶有至少一個角度可調的風輪葉片的風輪；發(fā)電機，該發(fā)電機可直接或間接地與風輪耦連以產(chǎn)生電能，并且可直接或間接地與電網(wǎng)耦連以提供電功率；至少一個用于調節(jié)所述角度可調的風輪葉片的風輪葉片調節(jié)裝置，該風輪葉片調節(jié)裝置由帶有至少一個交流電動機的變槳驅動器組成，該交流電動機可通過功率電子器件與電源耦連；與功率電子器件耦連的、控制和/或調節(jié)風輪葉片調節(jié)裝置的第一控制和調節(jié)裝置。本實用新型尤其還涉及一種用于所述風能發(fā)電設備的風輪葉片調節(jié) 裝置(變槳系統(tǒng))。
背景技術：
現(xiàn)代的風力發(fā)電設備包括可旋轉地支承在風輪上的風輪葉片，其中可以通過單獨地改變葉片角而針對每個風輪葉片改變風的迎角。例如由DE 103 38 127 B4已知一種這樣的“變槳控制的風力發(fā)電設備”。該驅動器與交流電網(wǎng)連接并且包括一個直流電動機，該直流電動機配屬有用于調節(jié)風輪葉片的控制和調節(jié)裝置以及功率電子器件，該功率電子器件基本上由一個整流器單元和一個變流器單元組成。在電網(wǎng)故障或停電時必須確保直流驅動器(DC驅動器)的電源至少在短時間內保持不變。因此，每個驅動器具有一個形式為蓄電池或電能儲存器的直流電源，其在電網(wǎng)故障時直接與驅動電機連接。受到風能發(fā)電設備的上級控制和/或調節(jié)裝置的控制指令觸發(fā)，各風輪葉片將旋轉到停機或順槳位置(應急運行)并且由此關閉設備。在直流驅動器(DC驅動器)中還附加地具有一個開關裝置，它可以連接直流電源與配屬于直流電動機的功率電子器件，由此也可以附加地對風輪葉片進行受控或可調的間接調整，而不必如在上述直接控制中那樣關閉設備。相比于要么具有三相交流電機要么具有伺服電機作為主要驅動元件的傳統(tǒng)交流驅動器(AC驅動器)，直流驅動器具有簡單的轉速和轉矩的控制和調節(jié)裝置。此外，直流驅動器可以在“應急運行”時直接或間接地(通過功率電子器件中的直流部分)與獨立于電網(wǎng)的直流電源連接。相對簡單的轉矩和速度的控制和調節(jié)使得這種驅動器在以前并且在今日也還非常具有吸引力。然而直流電機容易出故障并且由于具有整流裝置而需要更多的維護。然而由于微型控制器件和功率電子器件的改善，近些年來取代直流驅動器而優(yōu)選將交流驅動器(AC驅動器)用于葉片調節(jié)，交流驅動器具有交流電機或三相交流電機作為主要驅動元件。這種電機更容易維護，不具有整流裝置并且大多成本也更加低廉。在發(fā)生故障或停電而切換至上述“應急運行”的情況下，AC電機不能像DC電機那樣和獨立于電網(wǎng)的直流電源直接耦連，只能間接地通過配屬于AC電機的變流器單元進行耦連，也就是說直流電必須首先轉換為相應的交流值。在功率電子器件出現(xiàn)故障時甚至根本不能進行AC驅動器的“應急運行”。DE 603 11 896 T2示出了一種基于直流驅動器的風能發(fā)電設備，該直流驅動器具有帶至少兩個變流器的冗余的變槳系統(tǒng)，所述變流器設置為用于控制變槳系統(tǒng)的功率控制單元。每個驅動器分別只配屬有一個變流器。在一個變槳系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，通過開關裝置橋接第一變流器并且使冗余的變流器開始工作。在切換的情況下，變槳系統(tǒng)的整個功率電子器件直接接通到各DC電機上。相應地需要耗費地設計開關裝置。EP 2 133 561 A2示出一種風能發(fā)電設備，其帶有用于該設備的至少一個或多個風輪葉片的變槳系統(tǒng)。 該變槳系統(tǒng)基于帶有AC電機的AC驅動器，該AC電機配屬有帶變流器的相應功率電子器件。該系統(tǒng)針對每個傳動系(軸)還包括一個橋接變流器的開關形式的旁路裝置。開關在正常運行中是打開的。在由上級控制和調節(jié)裝置或由其它部位報告出現(xiàn)故障時，開關閉合，使得AC電機與一個內部或外部的AC能量源直接連接。因此應實現(xiàn)在由此觸發(fā)的“應急運行”中確保AC電機的能量供應。然而這種“應急運行”不受控制或不可調，因為配屬于AC電機的功率電子器件被橋接了。AC電機在這種狀態(tài)下不可調。盡管通過不同的裝置確保了“應急運行”的觸發(fā)，但并未確保AC電機的轉子在這種指令觸發(fā)時到達其終端開關的位置，該位置設置用于將風輪葉片調整至停機或順槳位置。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在于，這樣改進設計已知風能發(fā)電設備的基于交流驅動器的變槳系統(tǒng)，從而例如在出現(xiàn)不同類型的運行故障時也可以進行最佳的調節(jié)。該技術問題按本實用新型通過一種風能發(fā)電設備解決，其包括帶有至少一個角度可調的風輪葉片的風輪；發(fā)電機，該發(fā)電機可直接或間接地與所述風輪耦連以產(chǎn)生電能，并且可直接或間接地與電網(wǎng)耦連以提供電功率；至少一個用于調節(jié)所述角度可調的風輪葉片的風輪葉片調節(jié)裝置，該風輪葉片調節(jié)裝置由帶有至少一個交流電動機的變槳驅動器組成，該交流電動機可通過功率電子器件與電源和/或電網(wǎng)耦連；與所述功率電子器件耦連的、控制和/或調節(jié)所述風輪葉片調節(jié)裝置的第一控制和調節(jié)裝置；以及相對于所述第一控制和調節(jié)裝置冗余的第二控制和調節(jié)裝置，該第二控制和調節(jié)裝置通過開關裝置選擇性地與功率電子器件連接或可與其連接。本實用新型還涉及一種用于風能發(fā)電設備的變槳系統(tǒng)，其具有一個帶電動機軸的交流電動機，其中，該交流電動機配屬有功率電子器件和用于調節(jié)交流電動機的電動機軸角度的控制和調節(jié)單元。所述控制和調節(jié)單元尤其包括一個或第一個控制和調節(jié)裝置。該控制和調節(jié)單元的特征基本上在于還包括一個或相對于所述第一控制和調節(jié)裝置冗余的第二控制和調節(jié)裝置，該第二控制和調節(jié)裝置選擇性地通過開關裝置與所述功率電子器件連接或可與其連接。作為直流驅動器(DE 603 11 896 T2)中已知的冗余布置的替代方案，冗余的控制和調節(jié)裝置并不是通過繞開功率電子器件而直接接通到電動機上，而是接通到功率電子器件與電動機固定相連的變流器部分上。兩個控制和調節(jié)裝置完全相互獨立地工作，即它們可以彼此替代。在一個裝置出現(xiàn)故障時，還有另一個相同的裝置可供變槳系統(tǒng)使用，該裝置可以承擔故障裝置的功能。然而為了將冗余帶來的耗費保持得盡可能小，在本實用新型的一種有利的實施形式中力求將布置在冗余裝置中的控制和/或調節(jié)模塊限制在相對于變槳系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障而必需具備的模塊上。在本實用新型的一種有利的實施形式中，冗余的第二控制和調節(jié)裝置只具有確保風輪葉片角度受控地移動到停機或順槳位置中的控制和調節(jié)模塊，以便由此可調地關閉風能發(fā)電設備。在這種運行方式下，冗余的控制和調節(jié)裝置有利地只具有對于調節(jié)AC電機以達到終端開關所必需的控制和調節(jié)功能。 在這種“應急運行”中，通過布置在功率電子器件中的可重復充電的直流電源確保能量供應(例如在停電時)。因此，功率電子器件包括中間電路、與電網(wǎng)連接的整流器和與電動機連接的變流器。直流電源布置在功率電子器件的整流器部分或中間電路中。變流器優(yōu)選將位于中間電路上的直流電壓轉換為接入交流電動機的交流電壓。位于中間電路上的直流電壓例如通過整流器和/或通過直流電源接入中間電路。在停電時，直流電源維持能量供應，該能量在功率電子器件的變流器部分中轉化為與AC電機匹配的交流電壓。由此在出現(xiàn)設備運行故障并且變槳系統(tǒng)的“應急運行”被觸發(fā)時，相對于已知解決方案進行“可調和受控的應急運行”。第一控制和調節(jié)裝置基本上由基本上嵌入了硬件部分和可編程的軟件部分(固件)的控制和調節(jié)模塊組成，通過這些部分確定了驅動性能、與電動機的適配和針對特定應用的調節(jié)。該固件由于其規(guī)模范圍而特別容易受到干擾，其中在此尤其需要突出的是設置在所述裝置中的、通過總線系統(tǒng)與上級設備控制裝置的通信。由變槳驅動器中通常的故障錯誤統(tǒng)計可知，用于變槳驅動器的控制和調節(jié)裝置的硬件部分相對較少出錯。因此，尤其對于這些部分來說不必在第二控制和調節(jié)裝置中設置冗余部分。對于在本實用新型中設置的冗余的第二控制和調節(jié)裝置認為，應在該裝置中設置盡可能少的軟件或固件元件。因此，該裝置只包括帶有簡單的固定編程部分的最小化的控制單元，該編程部分帶有很少的程序步驟，這些編程步驟是“可調和受控的應急運行”所需的并且只有制造商可以訪問。因此例如在第一單元中所需的通信軟件(根據(jù)統(tǒng)計可能非常頻繁地出錯)沒有設置在冗余的裝置中。對于前述的“應急運行”有利或必須的是，電動機軸具有一個用于位置控制和用于轉速和速度的編碼器。這些值作為實際值被變槳系統(tǒng)的控制和調節(jié)裝置中的一個特殊的"RPM (Round per minute轉速)閉環(huán)控制單元”記錄并且相應于“應急運行”的要求進行調節(jié)。該轉速調節(jié)單元在第一裝置中包括一個帶有復雜固件的主處理器，該固件與通信模塊相似地由于其規(guī)模而容易出錯。但關于“可調應急運行”的要求有利或必須的是，尤其是這些部件冗余地存在于第二冗余裝置中。相應于冗余裝置具有最小化的控制單元的要求，該冗余裝置僅具有少量為“可調的應急運行”所需的、可固定編程的固件部分。附加地，冗余裝置尤其是其轉速調節(jié)單元具有一個信號裝置，它與其在第一裝置中的相應部分連通，通過該信號裝置記錄冗余模塊的功能性。 “可調的應急運行”通過上級設備控制裝置的控制指令觸發(fā)。觸發(fā)指令一方面可以通過總線傳導至第一控制和調節(jié)裝置，而另一方面也可以通過冗余裝置的導線連接傳導至上級的控制和調節(jié)裝置。尤其可以對本實用新型進行如下擴展設計第二控制和調節(jié)裝置優(yōu)選只具有確保風輪葉片角度受控地移動到停機或順槳位置中的控制和調節(jié)模塊。兩個控制和調節(jié)裝置有利地分別具有一個電動機控制部分和/或轉速調節(jié)部分。電動機控制部分優(yōu)選具有脈沖寬度調制器(PWM)。轉速調節(jié)部分尤其與AC電機的位置傳感器和/或轉速傳感器(Drehgeber)連接。冗余裝置中的轉速調節(jié)部分優(yōu)選具有與第一控制和調節(jié)裝置的轉速調節(jié)部分相連的功能監(jiān)測單元。按照一種擴展設計，兩個控制和調節(jié)裝置與風能發(fā)電設備的上級控制和/或調節(jié)裝置(上級設備控制裝置)相連。尤其可通過由上級控制和/或調節(jié)裝置觸發(fā)的控制指令操縱開關裝置。有利地，可以選擇性地通過冗余裝置的轉速調節(jié)部分或通過第一控制和調節(jié)裝置的轉速調節(jié)部分激活開關裝置。冗余裝置的電動機控制部分優(yōu)選基本上是硬件部分。尤其是冗余裝置的轉速調節(jié) 部分具有少量的、對于功能來說重要的、受到保護并且可編程的軟件部分。按照一種擴展設計，冗余裝置只包括轉速調節(jié)部分，其中，電動機控制單元尤其是功率電子器件的一部分?？蛇x地，冗余裝置既包括電動機控制單元也包括轉速調節(jié)部分。第一控制和調節(jié)裝置尤其具有用于與上級控制裝置通信的通信模塊，該通信模塊優(yōu)選包括一個帶有可編程的復雜控制部分的主處理器。按照一種設計方案，功率電子器件具有中間電路，該中間電路包括與電網(wǎng)連接的整流器和與電動機連接的變流器。中間電路優(yōu)選包括可重新充電的直流電源，其在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時確保為電動機提供能量。本實用新型還涉及一種使用交流驅動器的、用在按本實用新型的風能發(fā)電設備中的風輪葉片調節(jié)裝置。

以下用附圖示出本實用新型的兩個實施例。在附圖中圖I以示意圖示出按照現(xiàn)有技術的變槳系統(tǒng)；圖2以示意圖示出按本實用新型的變槳系統(tǒng)；圖3示出本實用新型的第一種實施形式；圖4示出本實用新型的另一種實施形式；圖5示出帶有按圖2的變槳系統(tǒng)的風能發(fā)電設備。
具體實施方式
圖I示出了一個傳統(tǒng)的風輪葉片調節(jié)裝置1，其中，可使風輪葉片旋轉的交流電動機(AC電機)2與功率電子器件(Power Electronics) 3導電地連接。功率電子器件3包括一個在輸入側與交流電源或交流電網(wǎng)4導電連接的整流器5和一個在輸出側與電動機2導電連接的變流器6，該變流器6在輸入側與中間電路7導電連接。整流器5在輸出側與中間電路7導電連接，在中間電路7中連接有一個可充電的蓄電池(Akku)8。變流器6由控制和調節(jié)裝置9導電地控制，后者具有一個帶轉速調節(jié)單元(RPM Closed Loop Control轉速閉環(huán)控制單元)10的轉速調節(jié)部分和一個帶電動機控制裝置(Motor Control U/f,VFC，CFC) 11和脈沖寬度調制器(PWM-Modulator) 12的電動機控制部分，該脈沖寬度調制器與變流器6導電地連接。此外,控制和調節(jié)裝置9包括一個通信模塊(Communication toPLC) 13，該通信模塊與現(xiàn)場總線系統(tǒng)(Field bus to PLC) 14導電地連接，控制和調節(jié)裝置9可通過該現(xiàn)場總線系統(tǒng)14與上級設備控制裝置(PLC :可編程邏輯控制器)15通信。附加地，通信模塊13通過控制線16與設備控制裝置15導電地連接，控制和調節(jié)裝置9可以通過該控制線16由設備控制裝置15控制進行“應急運行”。為此，可以由設備控制裝置15通過控制線 16 將控制指令(EFC command from PLC, EFC !Emergency Feather Command 緊急順槳命令)發(fā)送給控制和調節(jié)裝置9。電動機2包括一個與風輪葉片機械耦連的電動機軸17。電動機軸17與轉速傳感器或編碼器(用于位置或轉速的安全編碼器)18耦連，該轉速傳感器或編碼器確定電動機軸17的位置和/或轉速并且作為實際值傳送給控制和調節(jié)裝置9的轉速調節(jié)部分。轉速 傳感器或編碼器18為此與轉速調節(jié)單元10導電地連接。此外，借助電流計24測量輸送給電動機2的相電流并且作為實際值(Iist)傳送給控制和調節(jié)裝置9的轉速調節(jié)部分。電流計24為此與轉速調節(jié)單元10導電地連接。圖2示出了按本實用新型的風輪葉片調節(jié)裝置I的一種設計方案，其中，可使風輪葉片(Blade) 19旋轉的交流電動機(AC電機)2與功率電子器件(Power Electronics) 3導電地連接。功率電子器件3由控制和調節(jié)單元20導電地控制，該控制和調節(jié)單元20包括第一控制和調節(jié)裝置(第一控制單元)9、第二控制和調節(jié)裝置(第二控制單元)21和例如形式為轉換器的開關裝置(控制信號開關)22。通過開關裝置22可以選擇性地將第一控制和調節(jié)裝置9或第二控制和調節(jié)裝置21與功率電子器件3導電地連接。功率電子器件3可以由控制和調節(jié)裝置9、21中的任一個進行控制，其中，第一控制和調節(jié)裝置9設置用于正常運行。因此在正常運行中，第一控制和調節(jié)裝置9通過開關裝置22與功率電子器件3導電地連接。若第一控制和調節(jié)裝置9出現(xiàn)故障，則通過開關裝置22將第二控制和調節(jié)裝置21與功率電子器件3導電地連接。同時，借助開關裝置3使出現(xiàn)故障的第一控制和調節(jié)裝置9與功率電子器件3斷開。電動機2包括電動機軸17，該電動機軸通過齒輪傳動箱(Gear Box) 23與風輪葉片19機械耦連。圖3示出了圖2所示風輪葉片調節(jié)裝置I按第一種實施形式的細節(jié)視圖，其中，對相同的特征使用了與圖2中相同的附圖標記。功率電子器件3包括一個在輸入側與交流電源或交流電網(wǎng)4導電連接的整流器5和一個在輸出側與電動機2導電連接的變流器6，該變流器在輸入側與中間電路7導電地連接。整流器5在輸出側與中間電路7導電地連接，在中間電路7中連接有一個尤其為蓄電池形式的可重新充電式直流電源(Akku)8。變流器6可通過開關裝置22選擇性地與第一控制和調節(jié)裝置9或者第二控制和調節(jié)裝置21連接。此外，變流器6既可由第一控制和調節(jié)裝置9也可由第二控制和調節(jié)裝置21電控制。第一控制和調節(jié)裝置9具有一個帶轉速調節(jié)單元(RPM Closed Loop Control閉環(huán)控制單元)10的轉速調節(jié)部分和一個帶電動機控制裝置(Motor Control U/f, VFC,CFC) 11和脈沖寬度調制器(PWM-Modulator) 12的電動機控制部分，該脈沖寬度調制器12可通過開關裝置22與變流器6導電地連接。此外，第一控制和調節(jié)裝置9包括一個通信模塊(Communication to PLC) 13,該通信模塊與現(xiàn)場總線系統(tǒng)(Field bus to PLC) 14導電地連接，第一控制和調節(jié)裝置9可通過該現(xiàn)場總線系統(tǒng)14與上級設備控制裝置(PLC) 15通信。附加地，通信模塊13通過控制線(控制導線)16與設備控制裝置15導電地連接，第一控制和調節(jié)裝置9可以通過該控制線16由設備控制裝置15控制進行“應急運行”。為此，可以由設備控制裝置15通過控制線16將控制指令(EFC from PLC)發(fā)送給第一控制和調節(jié)裝
置9。
電動機軸17與轉速傳感器或編碼器(用于位置或轉速的安全編碼器)18耦連，該轉速傳感器或編碼器確定電動機軸17的位置和/或轉速并且作為實際值(Ω)傳送給第一控制和調節(jié)裝置9的轉速調節(jié)部分。轉速傳感器或編碼器18為此與轉速調節(jié)單元10導電地連接。此外，借助電流計24測量輸送給電動機2的相電流并且作為實際值(Iist/Iis)傳送給第一控制和調節(jié)裝置9的轉速調節(jié)部分。電流計24為此與轉速調節(jié)單元10導電地連接。轉速傳感器或編碼器18以及電流計24尤其屬于控制和調節(jié)單元20。第二控制和調節(jié)裝置21具有一個帶轉速調節(jié)單元(Closed Loop Control閉環(huán)控制單元)25的轉速調節(jié)部分和一個帶電動機控制裝置(Motor Control) 26和脈沖寬度調制器(PWM-Modulator) 27的電動機控制部分，該脈沖寬度調制器27可通過開關裝置22與變流器6導電地連接。此外，轉速調節(jié)單元25通過控制線16與設備控制裝置15導電地連接，第二控制和調節(jié)裝置21可以由設備控制裝置15控制進行“應急運行”。為此，可以由設備控制裝置15通過控制線16將控制指令(EFC from PLC)發(fā)送給第二控制和調節(jié)裝置21。在第二控制和調節(jié)裝置21中省略了用于連接在總線系統(tǒng)14上的通信模塊。轉速傳感器或編碼器18將電動機軸17的位置和/或轉速作為實際值(Ω)傳送給第二控制和調節(jié)裝置21的轉速調節(jié)部分。轉速傳感器或編碼器18為此與轉速調節(jié)單元25導電地連接。此外，電流計24將測得的相電流作為實際值(Iis)輸送給第二控制和調節(jié)裝置21的轉速調節(jié)部分。電流計24為此與轉速調節(jié)單元25導電地連接。開關裝置22與控制線16導電地連接，因此開關裝置22可以受到設備控制裝置15和/或第一控制和調節(jié)裝置9和/或第二控制和調節(jié)裝置21的控制以便在控制和調節(jié)裝置9、21之間進行切換。為此，可以由設備控制裝置15和/或第一控制和調節(jié)裝置9和/或第二控制和調節(jié)裝置21通過控制線16將控制指令(EFC —激活開關)發(fā)送給開關裝置22。若電網(wǎng)4停電，則由直流電源8為中間電路7供電，因此電動機2至少還可以暫時地繼續(xù)運行。圖4示出了圖2所示風輪葉片調節(jié)裝置I按第二種實施形式的細節(jié)視圖，其中，對相同的特征使用了與圖2中相同的附圖標記。功率電子器件3包括一個在輸入側與交流電源或交流電網(wǎng)4導電連接的整流器5和一個在輸出側與電動機(AC M) 2導電連接的變流器6，該變流器在輸入側與中間電路7導電地連接。整流器5在輸出側與中間電路7導電地連接，在中間電路7中連接有一個尤其為蓄電池形式的可重新充電式直流電源(Akku)8。變流器6與脈沖寬度調制器(PWM調制器)28導電地連接，該脈沖寬度調制器28可通過開關裝置22選擇性地與第一控制和調節(jié)裝置9或者第二控制和調節(jié)裝置21導電地連接。此外，變流器6既可由第一控制和調節(jié)裝置9也可由第二控制和調節(jié)裝置21導電地控制。第一控制和調節(jié)裝置9具有一個帶有轉速調節(jié)單元(RPM Closed LoopControl) 10的轉速調節(jié)部分，該轉速調節(jié)單元可通過開關裝置22與脈沖寬度調制器28導電地連接。此外，第一控制和調節(jié)裝置9包括一個通信模塊(Communication to PLC) 13,該通信模塊與現(xiàn)場總線系統(tǒng)(Field bus to PLC) 14導電地連接，第一控制和調節(jié)裝置9可通過該現(xiàn)場總線系統(tǒng)14與上級設備控制裝置(PLC) 15進行通信。附加地，通信模塊13通過控制線(導線連接)16與設備控制裝置15導電地連接，第一控制和調節(jié)裝置9可以通過該控制線16由設備控制裝置15控制進行“應急運行”。為此，可以由設備控制裝置15通過控制線16將控制指令(EFC from PLC)發(fā)送給第一控制和調節(jié)裝置9。電動機軸17與轉速傳感器或編碼器(用于位置或轉速的安全編碼器)18耦連，該轉速傳感器或編碼器確定電動機軸17的位置和/或轉速并且作為實際值(Ω)輸送給轉速調節(jié)部分。轉速傳感器或編碼器18為此與轉速調節(jié)單元10導電地連接。此外，借助電流計24測量輸送給電動機2的相電流并且作為實際值(Iist)傳送給轉速調節(jié)部分。電流計24為此與轉速調節(jié)單元10導電地連接。轉速傳感器或編碼器18以及電流計24尤其屬于控制和調節(jié)單元20。第二控制和調節(jié)裝置21具有一個帶有轉速調節(jié)單元(閉環(huán)電動機控制)25的轉速調節(jié)部分，其可通過開關裝置22與脈沖寬度調制器28導電地連接。此外，轉速調節(jié)單元25通過控制線16與設備控制裝置15導電地連接，第二控制和調節(jié)裝置21可以通過該控制線16由設備控制裝置15控制進行“應急運行”。為此，可以由設備控制裝置15通過控制線16將控制指令(EFC command from PLC)發(fā)送給第二控制和調節(jié)裝置21。在第二控制和調節(jié)裝置21中省略了用于連接在總線系統(tǒng)14上的通信模塊。電流計24將測得的相電流作為實際值(Iis)輸送給第二控制和調節(jié)裝置21的轉速調節(jié)部分。電流計24為此與轉速調節(jié)單元25導電地連接。優(yōu)選也將電動機軸17的位置和/或轉速作為實際值輸送給第二控制和調節(jié)裝置21的轉速調節(jié)部分。為此，轉速傳感器或編碼器18可以與轉速調節(jié)單元25導電地連接。脈沖寬度調制器28構成或者是一個尤其可用于兩個控制和調節(jié)裝置9、21的電動機控制單元的一部分。電動機控制單元優(yōu)選是功率電子器件3的一部分。脈沖寬度調制器28和/或電動機控制單元有利地屬于功率電子器件3。開關裝置22與控制線16導電地連接，因此開關裝置22可以受到設備控制裝置15和/或第一控制和調節(jié)裝置9和/或第二控制和調節(jié)裝置21的控制以便在控制和調節(jié)裝置9、21之間進行切換。為此，可以由設備控制裝置15和/或第一控制和調節(jié)裝置9和/或第二控制和調節(jié)裝置21通過控制線16將控制指令(EFC —激活開關)發(fā)送給開關裝置22。若電網(wǎng)4停電，則由直流電源8為中間電路7供電，因此電動機2至少還可以暫時地繼續(xù)運行。脈沖寬度調制器28和轉速調節(jié)單元25分別尤其構成了一個具有不可變的簡單程序的最小化的控制單元。此外，轉速調節(jié)單元10和通信模塊13分別尤其包括一個具有復雜程序的主處理器。 圖5以示意圖示出風能發(fā)電設備29，其包括一個豎立在地基30上的塔筒31，在塔筒31遠離地基30的端部布置有一個帶機艙33的機架32。風輪34可繞風輪軸線35旋轉地支承在機架32上，該風輪34包括風輪輪轂36和多個與風輪輪轂連接的風輪葉片19和37，這些風輪葉片可分別繞葉片軸線38、39旋轉地支承在風輪輪轂36上(風輪葉片19相當于圖2示出的風輪葉片)。在此，風輪葉片19可繞葉片軸線38旋轉并且風輪葉片37可繞葉片軸線39旋轉。風輪葉片19和37沿它們的葉片軸線38和39的方向從風輪輪轂36延伸出去，其中，葉片軸線38和39橫向于風輪軸線35延伸。風輪34通過風40繞風輪軸線35旋轉并且借助風輪軸41與固定在機架32上的發(fā)電機42機械耦連，該發(fā)電機42由風輪34驅動。發(fā)電機42產(chǎn)生電能并且將其輸送到電網(wǎng)43。風輪葉片19和37可分別借助一個風輪葉片調節(jié)裝置1、44繞其各自的葉片軸線相對與風輪輪轂36旋轉。(葉片調節(jié)裝置I相當于圖2示出的風輪葉片調節(jié)裝置)。在此，風輪葉片19可借助葉片調節(jié)裝置I繞葉片軸線38旋轉，并且風輪葉片37可借助葉片調節(jié)裝置44繞葉片軸線39旋轉。盡管圖5示出了兩個風輪葉片，但風輪34也可以包括三個或者更多的風輪葉片。附圖標記清單 I風輪葉片調節(jié)裝置2交流電動機3功率電子器件4交流電源/交流電網(wǎng)5整流器6變流器7中間電路8可重新充電的直流電源9第一調節(jié)和控制裝置10轉速調節(jié)單元11電動機控制裝置12脈沖寬度調制器13通信模塊14電氣總線系統(tǒng)/現(xiàn)場總線15上級的設備控制裝置16控制線17電動機軸18轉速傳感器或編碼器19風輪葉片20調節(jié)和控制單元21第二調節(jié)和控制裝置22開關裝置23齒輪傳動箱24電流計25轉速調節(jié)單元26電動機控制裝置27脈沖寬度調制器28脈沖寬度調制器[0092]29風能發(fā)電設備30地基31塔筒32機架33機艙34風輪35風輪軸線36風輪輪轂37風輪葉片38葉片軸線39葉片軸線40風41風輪軸42發(fā)電機43電網(wǎng)44風輪葉片調節(jié)裝置
權利要求1.一種風能發(fā)電設備，包括 -帶有至少一個角度可調的風輪葉片(19)的風輪(34)， -發(fā)電機(42)，該發(fā)電機可直接或間接地與所述風輪(34)耦連以產(chǎn)生電能，并且可直接或間接地與電網(wǎng)(43)耦連以提供電功率， -至少一個用于調節(jié)所述角度可調的風輪葉片(19)的風輪葉片調節(jié)裝置(1)，該風輪葉片調節(jié)裝置由帶有至少一個交流電動機(2)的變槳驅動器組成，該交流電動機(2)可通過功率電子器件(3)與電源耦連， -與所述功率電子器件(3)耦連的、控制和/或調節(jié)所述風輪葉片調節(jié)裝置(I)的第一控制和調節(jié)裝置(9)， -其特征在于，設置有相對于所述第一控制和調節(jié)裝置(9)冗余的第二控制和調節(jié)裝置(21)，該第二控制和調節(jié)裝置(21)通過開關裝置(22)選擇性地與所述功率電子器件(3)連接或可與其連接。
2.按權利要求I所述的風能發(fā)電設備，其特征在于，所述第二控制和調節(jié)裝置(21)只具有確保所述風輪葉片(19)角度受控地移動到停機或順槳位置中的控制和調節(jié)模塊。
3.按權利要求I或2所述的風能發(fā)電設備，其特征在于，所述兩個控制和調節(jié)裝置(9、21)分別具有一個電動機控制部分和轉速調節(jié)部分。
4.按權利要求3所述的風能發(fā)電設備，其特征在于，所述電動機控制部分具有脈沖寬度調制器(12、27)。
5.按權利要求3所述的風能發(fā)電設備，其特征在于，所述轉速調節(jié)部分與所述交流電動機(2)的位置傳感器和/或轉速傳感器(18)連接。
6.按權利要求3所述的風能發(fā)電設備，其特征在于，所述第二控制和調節(jié)裝置(21)中的轉速調節(jié)部分具有與所述第一控制和調節(jié)裝置(9)的轉速調節(jié)部分相連的功能監(jiān)測單J Li ο
7.按權利要求I所述的風能發(fā)電設備，其特征在于，所述兩個控制和調節(jié)裝置(9、21)與所述風能發(fā)電設備(29)的一個上級控制和/或調節(jié)裝置(15)相連。
8.按權利要求7所述的風能發(fā)電設備，其特征在于，通過由所述上級控制和/或調節(jié)裝置(15)觸發(fā)的控制指令可操縱或操縱所述開關裝置(22)。
9.按權利要求3所述的風能發(fā)電設備，其特征在于，可以選擇性地通過所述第二控制和調節(jié)裝置(21)的轉速調節(jié)部分或通過所述第一控制和調節(jié)裝置(9)的轉速調節(jié)部分激活所述開關裝置(22)。
10.按權利要求3所述的風能發(fā)電設備，其特征在于，所述第二控制和調節(jié)裝置(21)的電動機控制部分基本上是硬件部分。
11.按權利要求I所述的風能發(fā)電設備，其特征在于，所述第二控制和調節(jié)裝置(21)只包括轉速調節(jié)部分，并且一個電動機控制單元是所述功率電子器件(3)的一部分。
12.按權利要求I所述的風能發(fā)電設備，其特征在于，所述第二控制和調節(jié)裝置(21)既包括電動機控制單元也包括轉速調節(jié)部分。
13.按權利要求7所述的風能發(fā)電設備，其特征在于，所述第一控制和調節(jié)裝置(9)具有用于與所述上級控制和/或調節(jié)裝置(15)通信的通信模塊(13)，該通信模塊(13)包括一個帶有復雜的、可編程控制部分的主處理器。
14.按權利要求I所述的風能發(fā)電設備，其特征在于，所述功率電子器件(3)包括中間電路(7)、與所述電網(wǎng)⑷連接的整流器(5)和與所述電動機(2)連接的變流器(6)。
15.按權利要求14所述的風能發(fā)電設備，其特征在于，所述中間電路(7)包括可充電的直流電源(8)，其在所述電網(wǎng)(4)出現(xiàn)故障時確保為所述電動機(2)供電。
16.—種用于風能發(fā)電設備(29)的變槳系統(tǒng),具有一個帶電動機軸(17)的交流電動機(2)，該交流電動機(2)配屬有功率電子器件(3)和用于調節(jié)所述交流電動機(2)的電動機軸(17)角度的控制和調節(jié)單元(20)，其中，所述控制和調節(jié)單元(20)包括第一控制和調節(jié)裝置(9)，其特征在于，所述控制和調節(jié)單元(20)包括相對于所述第一控制和調節(jié)裝置(9)冗余的第二控制和調節(jié)裝置(21)，該第二控制和調節(jié)裝置(21)通過開關裝置(22)選擇性地與所述功率電子器件(3)連接或可與其連接。
專利摘要本實用新型涉及一種風能發(fā)電設備，包括帶有至少一個角度可調的風輪葉片(19)的風輪(34)；發(fā)電機(42)，該發(fā)電機可直接或間接地與風輪(34)耦連以產(chǎn)生電能，并且可直接或間接地與電網(wǎng)(43)耦連以提供電功率；至少一個用于調節(jié)所述角度可調的風輪葉片(19)的風輪葉片調節(jié)裝置(1)，該風輪葉片調節(jié)裝置由帶有至少一個交流電動機(2)的變槳驅動器組成，該交流電動機(2)可通過功率電子器件(3)與電源耦連；與功率電子器件(3)耦連的、控制和/或調節(jié)風輪葉片調節(jié)裝置(1)的第一控制和調節(jié)裝置(9)；相對于第一控制和調節(jié)裝置(9)冗余的第二控制和調節(jié)裝置(21)，后者通過開關裝置(22)選擇性地與功率電子器件(3)連接或可與其連接。
文檔編號F03D7/04GK202381257SQ20112031550
公開日2012年8月15日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權日2010年8月26日
發(fā)明者F.伯托洛蒂, K.斯特曼, T.比爾特爾 申請人:Ssb風系統(tǒng)兩合公司