專利名稱：風(fēng)力發(fā)電廠的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括至少一個風(fēng)力發(fā)電站的風(fēng)力發(fā)電廠，所述風(fēng)力發(fā)電站包括風(fēng)力渦輪機，由該風(fēng)力渦輪機和整流器驅(qū)動的發(fā)電機，以及設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電站的所述整流器和反相器之間的直流電壓連接電路，該反相器的交流電壓側(cè)連接至傳輸或配電網(wǎng)，反相器設(shè)置在該電廠的電網(wǎng)一側(cè)。
本發(fā)明優(yōu)選用于以下情況，其中發(fā)電機和傳輸或配電網(wǎng)之間的連接包括會浸沒在水中的電纜。因此換句話說，本發(fā)明主要涉及這樣一種應(yīng)用，其中一個或多個風(fēng)力渦輪機及相關(guān)的發(fā)電機會被放置在海中或湖中，而延伸至傳輸或配電網(wǎng)的電纜被置于陸地上。盡管本發(fā)明下述優(yōu)點主要是關(guān)于位于海中或湖中的風(fēng)力渦輪機的，但是本發(fā)明在以下的情況中也會發(fā)揮其優(yōu)勢，即風(fēng)力渦輪機和發(fā)電機位于陸地上，而在該情況下可以不必由電纜而是由架空線路或電纜形成的連接可以將幾個這樣的風(fēng)力渦輪機/發(fā)電機與傳輸或配電網(wǎng)相連接。
本發(fā)明的背景技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)當風(fēng)力發(fā)電站位于海中時，為了實現(xiàn)該設(shè)計的經(jīng)濟性，需要使大量的風(fēng)力發(fā)電站處于一個有限的區(qū)域內(nèi)。這種基于海水的風(fēng)力發(fā)電需要較大的風(fēng)力發(fā)電站(3兆瓦以上)，因此期望適合的總體系統(tǒng)功率為50-100兆瓦。迄今為止，這種風(fēng)力安置場的設(shè)計的前提條件是，在三相交流電壓海洋電纜系統(tǒng)中由傳統(tǒng)交流傳輸來有效地進行電能傳輸。在這種情況下，發(fā)電機基本總是三相非同步發(fā)電機。雖然的確存在所用同步發(fā)電機直接連接至配電網(wǎng)的實例，但是通常會導(dǎo)致必須在發(fā)電機和機器房之間安裝復(fù)雜的機械彈簧懸浮件，以緩沖因風(fēng)負載的變化特性導(dǎo)致的功率變化。這一點依賴于這樣一個事實，即同步電機的轉(zhuǎn)子動力學(xué)作用為類似一個抵抗鋼性交流電壓網(wǎng)絡(luò)的彈簧，而非同步電機作用為類似一個緩沖器。傳統(tǒng)的3千瓦的非同步發(fā)電機可推測是為約3-6千伏制造的，并可串聯(lián)一個變壓器，它在第一步驟將電壓提升至例如24千伏。在有30-40個風(fēng)力發(fā)電站的風(fēng)力安置場中可以設(shè)置一個中央變壓器，它將電壓進一步提升至130千伏。這種系統(tǒng)的優(yōu)點在于其廉價并且不需要任何復(fù)雜的子系統(tǒng)。其缺點部分是因為在高壓交流電壓電纜中長距離傳輸電力的技術(shù)上的困難。這依賴于這樣一個事實，即電纜產(chǎn)生的電容性無功功率隨長度而增加。然后穿過導(dǎo)體并處于電纜屏蔽中的電流升高，而使得電纜不能用于長距離使用。另一個缺點在于，風(fēng)負載變化而導(dǎo)致傳輸線上的電壓變化，這會影響連接在附近的電力用戶。這尤其是電網(wǎng)是“弱”的情況，即具有低的短路功率。由于前述的長途電纜傳輸?shù)募夹g(shù)問題，人們可能被迫將風(fēng)力電場連接至“弱”的電網(wǎng)。根據(jù)特定的指導(dǎo)原則，電壓變化不能大于4％。不同的國家有不同的規(guī)定，通常在傳輸線上電壓電平較低的情況下，該規(guī)定值小。必須根據(jù)時間間隔對電壓變化進行不同的處理。快速的電壓變化會導(dǎo)致“閃爍”，即輝光燈亮度變化，這也是在規(guī)則的調(diào)整之中的。
上述長距離電纜問題的一個解決辦法是利用高壓直流電壓傳輸電能。這樣該電纜可以被直接拉至強的電網(wǎng)。另一個優(yōu)勢在于直流傳輸?shù)膿p耗比交流傳輸?shù)牡?。從技術(shù)角度而言，這樣電纜長度可以是無限的。由整流站、傳輸線(電纜或架空線路)、反相站、和除去在轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的倍頻的濾波器組成HVDC聯(lián)接。在HVDC聯(lián)接的舊形式中，半導(dǎo)體閘流管被用于整流和反相。半導(dǎo)體閘流管可被切換為開，但是不能切換為關(guān)；在零交叉電壓時發(fā)生交換，這是由交流電壓決定的，因此轉(zhuǎn)換器被稱為線交換。這種技術(shù)的缺點在于變換器消耗無功功率，并導(dǎo)致會送出至電網(wǎng)的電流倍頻。在一個較現(xiàn)代的直流電壓解決方案中，IGBT被用來代替轉(zhuǎn)換器中的半導(dǎo)體閘流管。IGBT(絕緣門雙極晶體管)可被切換為開，以及切換為關(guān)，并具有高切換頻率。這意味著轉(zhuǎn)換器可以根據(jù)完全不同的原理來制造，即所謂的自交換轉(zhuǎn)換器。總之，自交換轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點在于它們可以發(fā)出和消耗無功功率，這使得它在電網(wǎng)弱時可以在電網(wǎng)側(cè)進行電壓電平的有源補償。因此這種轉(zhuǎn)換器優(yōu)于舊的技術(shù)，因為它可以被連接至更靠近風(fēng)力發(fā)電的配電網(wǎng)。與舊的HVDC發(fā)電機相比，高的切換頻率也導(dǎo)致了倍頻問題的減少。但其缺點在于在轉(zhuǎn)換站的損耗更高，價格也更高。自交換轉(zhuǎn)換器的特點在于電壓是由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的快速脈沖圖形建立的。在脈沖圖形和正弦電網(wǎng)電壓之間的電壓差會位于電網(wǎng)側(cè)的電感應(yīng)之上。有兩種類型的自交換反相器電壓鋼性VSI(電壓源反相器)和電流鋼性CSI(電流源反相器)，其特性略有不同。VSI在直流側(cè)具有至少一個電容，具有最好的功率調(diào)節(jié)。
已經(jīng)建立了某些采用類似HVDC概念的實驗性風(fēng)力發(fā)電站，但是完全是為了不同的原因，即為了實現(xiàn)各風(fēng)力發(fā)電站的可變旋轉(zhuǎn)速度。然后該風(fēng)力發(fā)電站的發(fā)電機借助于一般為400V或660V電平的低壓上的直流聯(lián)接而脫離電網(wǎng)。在導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)速度的變化可以被用來消除會引起“閃爍”的快速功率脈動的同時，渦輪機的可變旋轉(zhuǎn)速度提供能量增益。但是當然不可能消除慢的功率變化，這是風(fēng)載荷的性質(zhì)中所固有的。渦輪機的慣性矩可用作動能的中間存儲。在這種系統(tǒng)中，同步發(fā)電機不會產(chǎn)生任何不利，反倒是具有優(yōu)點，因為非同步電機需要更昂貴和更復(fù)雜的整流器。如果需要有直流驅(qū)動的發(fā)電機，并因此省略在渦輪機和發(fā)電機之間的傳動齒輪，那么發(fā)電機就必須是同步的，因為它可以設(shè)有許多電極。換句話說，直流驅(qū)動的發(fā)電機需要直流中間聯(lián)接。在該概念中，如果使用受控的整流器，那么可以通過改變觸發(fā)角而主動地調(diào)整力矩。在具有可變旋轉(zhuǎn)速度的大多數(shù)概念中，通過所謂的間距控制而進一步提供外部主動旋轉(zhuǎn)速度控制，這意味著葉片角在渦輪機上改變。根據(jù)相關(guān)概念的可變旋轉(zhuǎn)速度的缺點在于所需功率電子設(shè)備的價格昂貴，并且這種功率電子設(shè)備在海洋之外的維護是困難而且昂貴的。
在W097/45908中提出了一種技術(shù)方案，其中結(jié)合了可變旋轉(zhuǎn)速度系統(tǒng)良好特性以及舊模式的HVDC聯(lián)接的優(yōu)勢。通過將已經(jīng)在直流中間聯(lián)接之中的風(fēng)力發(fā)電站并聯(lián)(見該文件的圖3)，省略了數(shù)個N低壓反相器和一個高壓整流器。根據(jù)這種方案，帶有扼流圈的整流器被用在風(fēng)力發(fā)電渦輪機一側(cè)，帶有相關(guān)扼流圈的中央反相器被用在電網(wǎng)一側(cè)。該系統(tǒng)看起來是直接為線交換的、或任何情況中的電流鋼性、整流器和反相器而設(shè)計的，因為直流電壓聯(lián)接中的扼流圈使得該電流鋼性。這具有一個優(yōu)點，即整流器之后的直流電壓可以在大的范圍內(nèi)變化。這在可變旋轉(zhuǎn)速度的操作中是必要的，因為風(fēng)力發(fā)電站中的發(fā)電機在低旋轉(zhuǎn)速度下只能發(fā)出低的輸出電壓。但是電流鋼性反相器的缺點在于它不能通過電網(wǎng)而與電壓剛性反相器一樣有效地調(diào)整無功功率。另外，在直流方式中的反相器要與風(fēng)力發(fā)電站中的并聯(lián)的整流器串聯(lián)。這意味著從風(fēng)力電場輸出的直流電流與輸入陸地上的反相器的是一樣的。另外，該電壓的先決條件是為6-10千伏，這是用于傳統(tǒng)發(fā)電機的典型電壓。這意味著直流電壓約為12千伏，這對于50兆瓦的總功率傳輸來說是不現(xiàn)實的低直流電壓。在電纜中的損失會非常大。而對于50-100兆瓦規(guī)模的風(fēng)力安置場來說，需要在約100千伏電壓電平上傳輸電力。如果變壓器被連至每個發(fā)電機，并且足夠數(shù)量的閥被串聯(lián)在所有的整流器中，那么這一點就的確是可能的。但是如果可以避免風(fēng)力發(fā)電站中的變壓器，會具有很大的優(yōu)點。另外，將多個用于為N個風(fēng)力發(fā)電站整流N個輸出電壓所需的閥串聯(lián)至100KV的直流電壓會關(guān)系到大的問題。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是，利用用于可變旋轉(zhuǎn)速度的更簡單和更廉價的系統(tǒng)，獲得與現(xiàn)代HVDC系統(tǒng)所提供的相同的從基于海洋的風(fēng)力電場至基于陸地的電網(wǎng)的良好功率傳輸，并可以免除風(fēng)力發(fā)電站中的變壓器和受控功率電子設(shè)備的需要。這是非常有價值的，因為在海洋之外進行的所有維護是昂貴和難以進行的。本發(fā)明的另一個目的是，可以具有直流傳輸上的如此高的電壓從而也為例如50-100兆瓦的大電場獲得低損耗。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，整流器形成為與本地提升直流電壓轉(zhuǎn)換器串聯(lián)的無源二極管整流器。它比線交換的整流器更簡單，并被認為可以在高壓下更好的操作。本地提升直流電壓轉(zhuǎn)換器適合由扼流圈、串聯(lián)的IGBT閥和串聯(lián)的二極管構(gòu)成。這也可以是直流/直流轉(zhuǎn)換器的基本設(shè)計。
另外，優(yōu)選的是反相器是由電壓鋼性的自交換系統(tǒng)構(gòu)成，其特征就功率調(diào)整的觀點而言是優(yōu)于行交換系統(tǒng)的。這種系統(tǒng)的特征在于，在本發(fā)明的一個實施方案中，至少一個電容器在直流聯(lián)接上的反相器之上并聯(lián)，而感應(yīng)器在電網(wǎng)側(cè)與每個相串聯(lián)連接。在優(yōu)選實施方案中，閥由串聯(lián)的IGBT構(gòu)成。
利用目前關(guān)于風(fēng)力發(fā)電站的發(fā)電機技術(shù)，可以制造出能夠處理10千伏并且更理想的是處理更高電壓的發(fā)電機。另外，用于定子線圈的傳統(tǒng)絕緣技術(shù)對風(fēng)力渦輪發(fā)電機所面對的溫度變化、濕度和鹽敏感。
根據(jù)本發(fā)明的特別優(yōu)選實施方案，為發(fā)電機中的至少一個線圈使用固體絕緣，該絕緣優(yōu)選根據(jù)權(quán)利要求14而進行。更具體地說，該線圈具有高壓電纜的特性。以這種方式制造的發(fā)電機，就構(gòu)成了獲得比傳統(tǒng)發(fā)電機大大高出的電壓的先決條件。可以獲得的電壓高達400千伏。另外該線圈中的這種絕緣系統(tǒng)意味著對鹽、濕度和溫度變化不敏感。該高輸出電壓意味著變壓器可以完全省略，這就避免了前述的缺點，例如成本的提高，效率的降低、起火的風(fēng)險和環(huán)境的風(fēng)險。后者是由于傳統(tǒng)的變壓器中含有油脂而導(dǎo)致的。
具有由電纜形成的這種線圈的發(fā)電機可以通過在用于該目的而在定子中預(yù)先形成的槽中傳穿纜而來制造，因此線圈電纜的柔軟性就意味著傳穿電纜的工作可以容易地進行。
絕緣系統(tǒng)的兩個半導(dǎo)體層具有電勢補償功能，并因此減少了表面發(fā)光的危險。內(nèi)側(cè)半導(dǎo)體層與位于該層內(nèi)部的電導(dǎo)體或其一部分導(dǎo)電接觸，以獲得與之相同的電勢。該內(nèi)側(cè)層被緊密的固定在位于其外部的固體絕緣體上，這也適用于將外側(cè)半導(dǎo)體層固定在該固體絕緣體上。外側(cè)的半導(dǎo)體層傾向于包括固體絕緣體內(nèi)的電場。
為了確保半導(dǎo)體層和固體絕緣體之間在溫度變化過程中也保持粘附，該半導(dǎo)體層和固體絕緣體要有基本上同樣的熱膨脹系數(shù)。
絕緣系統(tǒng)中的外側(cè)半導(dǎo)體層接地或連接至較低的電勢。
為了獲得能夠具有非常高壓的發(fā)電機，該發(fā)電機具有前面提到的數(shù)個特征，并與傳統(tǒng)技術(shù)明顯不同。另外的特征定義在從屬中，將在下面予以討論-磁路中的線圈是由具有一個或幾個永久絕緣的電導(dǎo)體的電纜制成，其中在導(dǎo)體處和在固體絕緣體的外側(cè)具有半導(dǎo)體層。典型的這種電纜是具有交聯(lián)聚乙烯或乙烯-丙烯絕緣體的電纜，它用于此處所討論的問題，并關(guān)于電導(dǎo)體以及絕緣系統(tǒng)的特性而進一步發(fā)展。
-具有圓形橫截面的電纜是優(yōu)選的，但是也可以使用具有其它截面形狀的電纜，例如在為了獲得更好的堆積密度的時候。
-這種電纜使得它可以在關(guān)于槽和齒方面以新的和最佳的方式設(shè)計磁路的層狀芯。
-有利的是，利用分段式提高的絕緣或?qū)訝钚咀罴训睦枚纬删€圈。
-有利的是，該線圈可以形成為同心電纜線圈，這使得它可以減少線圈末端交叉的數(shù)量。
-槽的形狀與線圈電纜的橫截面相適應(yīng)，從而該槽是多個相互軸向和/或徑向向外延伸的圓筒形開口的形式，并在定子線圈的層之間具有收縮部分。
-槽的形狀與所討論的電纜橫截面相適應(yīng)，并適合于線圈絕緣部分的厚度分段式變化。該分段式絕緣部分使得它對于磁芯來說可以具有與徑向延伸無關(guān)的基本恒定的齒寬度。
-上述關(guān)于芯的進一步改進意味著由多個層在一起構(gòu)成的線圈導(dǎo)體、即絕緣的導(dǎo)線束不必正確的換位，以及彼此非絕緣和/或絕緣。
-上述關(guān)于外側(cè)半導(dǎo)體層的進一步改進意味著外半導(dǎo)體層在沿著電纜長度方向的適當位置處被切掉，并且每一個切掉的局部長度直接接地。
上述類型電纜的使用使得它可以將電纜外側(cè)半導(dǎo)體的空穴長度，以及該電廠的其它部分保持在地電勢。一個重要的優(yōu)點在于在外側(cè)半導(dǎo)體外部的線圈端部內(nèi)的電場接近于0。利用外側(cè)半導(dǎo)體層上的地電勢，可以不必控制該電場。這意味著既不會在芯部、也不會在線圈端部區(qū)域或在它們之間的過渡區(qū)域產(chǎn)生無電場集中的問題。
堆積在一起的絕緣和/或非絕緣導(dǎo)線束的混合體或換位的導(dǎo)線束導(dǎo)致了低的渦流電流損耗。該電纜可以具有的外側(cè)直徑為10-40mm的量級，導(dǎo)體面積為10-200mm2的量級。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，帶有可變傳輸?shù)淖儔浩鞅辉O(shè)置在反相器的高壓側(cè)。
本發(fā)明的其它優(yōu)點和特征將在以下的描述和獨立權(quán)利要求中了解得更加清楚。
附圖的簡要說明參考附圖，對本發(fā)明的實施方案作更詳細的描述來作為示例。


圖1是本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電廠的發(fā)電機中的定子扇區(qū)的軸向端部示意圖。
圖2是圖1定子線圈中使用的電纜的部分切割側(cè)視圖。
圖3是本發(fā)明一個實施方案的風(fēng)力發(fā)電機的部分剖面示意圖。
圖4是本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電廠的實施方案的示意圖。
圖5是具有可變變壓的變壓器的實施方案透視示意圖。
優(yōu)選實施方案的詳細說明參考圖1-3首先解釋本發(fā)明實施方案的優(yōu)選發(fā)電機1的設(shè)計。圖1表示穿過定子2扇區(qū)的示意端部視圖。發(fā)電機的轉(zhuǎn)子表示為3。定子2是由層狀芯以傳統(tǒng)方式形成的。圖1表示發(fā)電機對應(yīng)于極距的扇區(qū)。從芯部的磁軛部分看，位于徑向最遠處，多個齒5朝向轉(zhuǎn)子3徑向向內(nèi)延伸，這些齒由槽6分開，其中設(shè)置了定子線圈。形成該定子線圈的電纜7是高壓電纜，它與配電所使用的是基本相同的類型，即PEX電纜(PEX＝交聯(lián)聚乙烯)。其差別在于通常圍繞著這種配電電纜的外部機械保護PVC層和金屬屏蔽被省略了，這樣，用于本發(fā)明的電纜只包括導(dǎo)電體和在絕緣層兩側(cè)的至少一個半導(dǎo)體層。在圖1中示意性的顯示了電纜7，其中只顯示了每個電纜部分或線圈側(cè)的中央導(dǎo)電部分?？梢钥闯雒總€槽6具有可變的截面，并具有交替的寬部分8和窄部分9。寬部分8基本是圓形的，并圍繞著電纜，寬部分之間的腰部形成該窄部分9。該腰部用于將每個電纜的位置徑向固定。槽6的截面徑向向內(nèi)變窄。這是因為在電纜越接近定子1徑向最內(nèi)側(cè)部分時電纜部分內(nèi)的電壓越低。因此在內(nèi)側(cè)可以使用更細的電纜，而更粗的電纜是在較外側(cè)使用。在所示的實施例中，使用具有三個不同尺寸并設(shè)置在槽6的三個相應(yīng)尺寸部分10、11、12內(nèi)的電纜。用于輔助電力的線圈13被設(shè)置在槽6的最外側(cè)。
圖2表示用于發(fā)電機的高壓電纜的分段切割側(cè)視圖。高壓電纜7包括一個或多個導(dǎo)電體14，每個導(dǎo)電體包括多股導(dǎo)線束15，它們共同形成圓形截面。導(dǎo)體可以例如是銅的。這些導(dǎo)體14設(shè)置在高壓電纜的中部，在所示的實施方案中，每個導(dǎo)體被局部絕緣體16所包圍。但是可以在其中的一個導(dǎo)電體14上省略局部絕緣體16。在所示的實施方案中，導(dǎo)體14被第一半導(dǎo)體層17包圍。在該第一半導(dǎo)體層17周圍是例如PEX絕緣體的絕緣層18，其上包圍著第二半導(dǎo)體層19。因此在該應(yīng)用中，“高壓電纜”的概念不必包括通常圍繞配電電纜的任何金屬屏蔽或任何外部保護層。
在圖3中的風(fēng)力發(fā)電站帶有參考圖1和圖2所描述類型的磁路。發(fā)電機1被風(fēng)力渦輪機20借助于軸21而驅(qū)動。盡管發(fā)電機1可以被風(fēng)力渦輪機20直接驅(qū)動，即發(fā)電機的轉(zhuǎn)子與渦輪機20的軸旋轉(zhuǎn)耦合固定，但是在渦輪機20和發(fā)電機1之間可以有齒輪裝置22。例如可以由單級行星齒輪構(gòu)成，其目的是相對于渦輪機的旋轉(zhuǎn)速度而改變發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)速度。發(fā)電機的定子2帶有定子線圈23，該線圈是由電纜7繞成的。該電纜7可以經(jīng)由電纜接頭25而抽出和進入帶護套的電纜24。
圖4是以示意的形式概括顯示了風(fēng)力發(fā)電廠，其中顯示了兩個并聯(lián)的風(fēng)力發(fā)電站26，每個發(fā)電站有一個發(fā)電機1。當然風(fēng)力發(fā)電站的數(shù)量可以大于2。另外每個風(fēng)力發(fā)電站26中包括整流器27。風(fēng)力發(fā)電站的并聯(lián)是在28所示的點處進行的。
在設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電站26處的整流器27和反相器30之間有直流電壓連接，反相器的交流電壓側(cè)連接至傳輸或配電網(wǎng)。反相器30設(shè)置在電廠的電網(wǎng)側(cè)。這一般意味著反相器位于相對靠近傳輸或配電網(wǎng)31的陸地。但是包括發(fā)電機和整流器27的風(fēng)力發(fā)電站26位于海洋中適合的地基上。直流電壓連接29包括圖4中32所示的部分，該部分實際上是非常長的。沿著該部分的是連接部33，它在損耗方面是關(guān)鍵因素。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，該連接部33應(yīng)該是由水下電纜形成的，即用于風(fēng)力發(fā)電站26位于海洋外或湖水中的情況。但是連接部33也可以由一個或多個架空導(dǎo)線或電纜形成。
該電廠包括直流/直流轉(zhuǎn)換器，它具有與整流器27電連接的低壓側(cè)和與反相器30電連接的高壓側(cè)。該直流/直流轉(zhuǎn)換器設(shè)置在電廠的風(fēng)力發(fā)電站側(cè)。換句話說，這意味著前面討論的連接部33位于直流/直流轉(zhuǎn)換器34和反相器30之間。實際上，轉(zhuǎn)換器34應(yīng)當放在承載其中一個風(fēng)力發(fā)電站的一個地基上，或者放在該轉(zhuǎn)換器34專用的地基上。與放置轉(zhuǎn)換器34的地基類型無關(guān)，所討論的地基也設(shè)有匯流條，以和所存在的風(fēng)力發(fā)電站并聯(lián)。
轉(zhuǎn)換器34的設(shè)置方式使得它可以操作為直流電壓增壓器，即在轉(zhuǎn)換器34和反相器30之間的連接部33內(nèi)的直流電壓經(jīng)過轉(zhuǎn)換器會變得更高，并適宜的顯著高于轉(zhuǎn)換器34輸入側(cè)的電壓。
優(yōu)選的是，反相器30是電壓鋼性自交換反相器。電容35在反相器30的直流聯(lián)接之上并聯(lián)。
反相器30適宜的具有電網(wǎng)感應(yīng)器36，它在其電網(wǎng)側(cè)與每個相串聯(lián)。優(yōu)選的是反相器包括串聯(lián)的IGBT。
根據(jù)優(yōu)選實施方案，發(fā)電機是具有永磁體轉(zhuǎn)子的同步發(fā)電機。
有利的是，整流器27是無源整流器。這樣避免了在海洋之外的有源電力控制電子設(shè)備的需要。作為無源整流器，二極管整流器是優(yōu)選的。這些二極管整流器27與本地提升直流電壓轉(zhuǎn)換器37串聯(lián)。在優(yōu)選實施方案中，每個單獨的轉(zhuǎn)換器37包括扼流圈、串聯(lián)的IGBT閥39和串聯(lián)的二極管40。轉(zhuǎn)換器34可以類似這種提升直流電壓轉(zhuǎn)換器而形成。
圖5中顯示了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方案的具有可變傳輸?shù)淖儔浩?。利用該變壓器的?yōu)勢在于它的線圈設(shè)有固體絕緣體，其方式類似前面參考圖1和2對發(fā)電機所作的描述。因此該變壓器線圈相應(yīng)的形成，并具有包括至少兩個半導(dǎo)體層17，19的絕緣系統(tǒng)，每個半導(dǎo)體層構(gòu)成基本等電勢的表面，固體絕緣體18位于這些半導(dǎo)體層之間。因此在圖5所示的變壓器中，線圈也具有柔性電纜的特征。整體而言，在變壓器相中，除外側(cè)半導(dǎo)體層19之外，與上述發(fā)電機應(yīng)用相關(guān)的根據(jù)圖2的線圈電纜的所有特征不必都沿著電纜的長度分成部分，以使這些部分通過其自身而接地。這種帶有固體絕緣的變壓器的優(yōu)點在于在電場基本保持在外側(cè)半導(dǎo)體層內(nèi)部的效率方面的顯著改進，并且實現(xiàn)了重要的優(yōu)點，即避免了在傳統(tǒng)的變壓器中使用的易燃和生態(tài)有害的油脂。
在圖5中，以原理電路圖的形式顯示了用于所討論的相之一的變壓器。該領(lǐng)域的技術(shù)人員當然會意識到，在多相實施方案的情況下，具有多于兩個的磁鐵心和相關(guān)的扼流圈的鐵心要求所有的相線圈被放置在一個相同的心上。但是當然在這種類型的變壓器可以對每個相使用分開的心。
因此在圖5中顯示了由扼流圈和兩個磁鐵心構(gòu)成的變壓器心，主線圈43圍繞其中的一個磁鐵心設(shè)置，控制線圈44圍繞另一個磁鐵心設(shè)置。主線圈可以由第一線圈或第二線圈構(gòu)成。因此控制線圈44用于改變變壓器的變壓?？刂凭€圈44以圍繞鼓45的線圈匝的形式設(shè)置，該鼓圍繞著所述的心部磁鐵心旋轉(zhuǎn)。鼓45被適合的未示出的電機所驅(qū)動，例如借助于帶驅(qū)動。因此控制線圈44起到可變線圈的作用。在控制線圈鼓45上的線圈匝數(shù)通過用于線圈44的可旋轉(zhuǎn)存儲鼓而改變。線圈鼓46也是以適合的方式電機驅(qū)動的。圖5中表示了控制線圈的端部47是如何接地的。該端部47是靜止的，并與鼓45上的控制線圈44借助于已知類型的滑動接觸設(shè)備而導(dǎo)電連接。有一個線圈部分48也與存儲鼓46相連，該線圈部分是靜止的，并傾向于和所討論的電設(shè)備相連。為了將線圈部分48和容納在線圈鼓中的控制線圈部分相電連接，設(shè)有相應(yīng)的滑動接觸設(shè)備。
從以上的描述可以看出，變壓器的傳輸可以迅速的變化，并通過鼓45和46的旋轉(zhuǎn)變至理想的程度，從而在鼓45上存在理想數(shù)量的控制線圈匝數(shù)。該連接中的前提條件是控制線圈44是由前述的具有固體絕緣的柔性高壓電纜形成的。
當然本發(fā)明不限于上述實施方案。因此只要本發(fā)明的基本精神存在，可以改變一些細節(jié)，并可以由該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來實現(xiàn)。這種細節(jié)的改變和等效的實施方案包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電廠，包括至少一個風(fēng)力發(fā)電站(26)，該風(fēng)力發(fā)電站包括風(fēng)力渦輪機(20)、由該風(fēng)力渦輪機和整流器(27)驅(qū)動的發(fā)電機(1)，以及在設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電站處的整流器(27)和反相器(30)之間的直流電壓聯(lián)接(29)，反相器的交流電壓側(cè)被連接至傳輸或配電網(wǎng)(31)，該反相器設(shè)置在電廠的電網(wǎng)側(cè)，其特征在于該電廠包括直流/直流轉(zhuǎn)換器(34)，所述轉(zhuǎn)換器具有與整流器(27)電連接的低壓側(cè)和與反相器(30)電連接的高壓側(cè)，并且該直流/直流轉(zhuǎn)換器(34)設(shè)置在電廠的風(fēng)力發(fā)電站側(cè)。
2.如權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于反相器(30)是電壓鋼性的自交換反相器。
3.如權(quán)利要求1或2的電廠，其特征在于電容(35)在反相器(30)的直流聯(lián)接上并聯(lián)。
4.如權(quán)利要求1-3任一項的電廠，其特征在于反相器(30)在其電網(wǎng)側(cè)具有與每一相串聯(lián)的電網(wǎng)感應(yīng)器(36)。
5.如前述任一權(quán)利要求的電廠，其特征在于反相器(30)包括串聯(lián)的IGBT。
6.如前述任一權(quán)利要求的電廠，其特征在于發(fā)電機(1)是具有永磁體轉(zhuǎn)子的同步發(fā)電機。
7.如權(quán)利要求6的電廠，其特征在于發(fā)電機(1)被沒有傳動齒輪單元的風(fēng)力渦輪機直流驅(qū)動。
8.如前述任一權(quán)利要求的電廠，其特征在于整流器(8)是無源二極管整流器。
9.如權(quán)利要求7或8的電廠，其特征在于提升直流電壓轉(zhuǎn)換器(37)與直流/直流轉(zhuǎn)換器(34)的低壓側(cè)上的無源整流器(27)串聯(lián)。
10.如權(quán)利要求9的電廠，其特征在于提升直流電壓轉(zhuǎn)換器(37)包括扼流圈，串聯(lián)了至少一個串聯(lián)的IGBT閥(39)和至少一個串聯(lián)的二極管(40)。
11.如前述任一權(quán)利要求的電廠，其特征在于幾個風(fēng)力發(fā)電站(26)在直流/直流轉(zhuǎn)換器(34)的低壓側(cè)上并聯(lián)，其中每個發(fā)電站包括風(fēng)力渦輪機(20)、發(fā)電機(1)和整流器(27)。
12.如權(quán)利要求11的或如權(quán)利要求9和10中任一項的電廠，其特征在于每個風(fēng)力發(fā)電站(26)包括本地的提升直流電壓轉(zhuǎn)換器(37)。
13.如前述任一權(quán)利要求的電廠，其中發(fā)電機(1)包括至少一個線圈(7)，其特征在于該線圈設(shè)有固體絕緣(18)。
14.如權(quán)利要求13的電廠，其特征在于該線圈包括一個絕緣系統(tǒng)，所述絕緣系統(tǒng)包括至少兩個半導(dǎo)體層(17，19)，它們每一個都形成基本等電勢表面，該固體絕緣體(18)位于這些半導(dǎo)體層之間。
15.如權(quán)利要求14的電廠，其特征在于至少一個半導(dǎo)體層(17，19)具有與固體絕緣體(18)基本相同的熱膨脹系數(shù)。
16.如權(quán)利要求13-15任一項的電廠，其特征在于該線圈由高壓電纜(7)形成。
17.如權(quán)利要求14-16任一項的電廠，其特征在于半導(dǎo)體層的最內(nèi)側(cè)(17)具有與位于該側(cè)內(nèi)部的電導(dǎo)體(14)基本相同的電勢。
18.如權(quán)利要求17的電廠，其特征在于半導(dǎo)體層的內(nèi)側(cè)(17)與導(dǎo)體(14)或它的一部分導(dǎo)電接觸。
19.如權(quán)利要求14-18任一項的電廠，其特征在于半導(dǎo)體層的外側(cè)(19)與預(yù)先固定的電勢相連接。
20.如權(quán)利要求19的電廠，其特征在于該固定的電勢是地電勢或相對較低的電勢。
21.如前述任一權(quán)利要求的電廠，其特征在于直流電壓連接(30)包括可浸泡在水中的電纜(33)或者一個或幾個架空導(dǎo)線或電纜。
22.如前述任一權(quán)利要求的電廠，其特征在于具有可變變壓的變壓器(41)被設(shè)置在反相器(30)的電網(wǎng)側(cè)。
23.如權(quán)利要求22的電廠，其特征在于具有可變變壓的變壓器包括至少一個芯(41)和圍繞該芯的控制線圈(44)，并且該變壓器包括用于將控制線圈的可變部分傳輸至至少一個存儲部件(46)或從其傳輸?shù)牟考?br> 24.如權(quán)利要求23的電廠，其特征在于控制線圈被設(shè)置在可旋轉(zhuǎn)控制線圈鼓(45)上。
25.如權(quán)利要求23-24任一項的設(shè)備，其特征在于存儲部件(46)包括可旋轉(zhuǎn)存儲鼓。
26.如權(quán)利要求22-25任一項的電廠，其特征在于變壓器的線圈(43，44)由具有固體絕緣體的柔性電纜形成。
27.如權(quán)利要求26的電廠，其特征在于該絕緣體包括在絕緣系統(tǒng)中，該系統(tǒng)除了絕緣體之外還包括至少兩個半導(dǎo)體層，每一層形成基本等電勢的表面，固體絕緣體位于這些半導(dǎo)體層之間。
全文摘要
一種風(fēng)力發(fā)電廠,包括至少一個風(fēng)力發(fā)電站(26),該風(fēng)力發(fā)電站包括風(fēng)力渦輪機、被該風(fēng)力渦輪機和整流器(27)驅(qū)動的發(fā)電機(1),以及在設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電站的整流器(27)和反相器(30)之間的直流電壓聯(lián)接(29),該反相器的交流電壓側(cè)被連接至傳輸或配電網(wǎng)(31),所述反相器設(shè)置在電廠的電網(wǎng)側(cè)。直流電壓聯(lián)接(29)中包括水下電纜(33)等。該電廠包括直流/直流轉(zhuǎn)換器(34),該轉(zhuǎn)換器具有與整流器(27)電連接的低壓側(cè)和與反相器(30)電連接的高壓側(cè)。反相器(30)設(shè)置在水下電纜(33)的風(fēng)力發(fā)電站側(cè)。有利的是,幾個風(fēng)力發(fā)電站(26)并聯(lián)在直流/直流轉(zhuǎn)換器(34)的低壓側(cè)。
文檔編號F03D9/00GK1352819SQ99816680
公開日2002年6月5日 申請日期1999年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月28日
發(fā)明者M·萊永, G·基蘭德 申請人:Abb股份有限公司