[发明专利]保持风力涡轮机组件运行的方法和具有能够保持运行的组件的风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及连接到公用电网的风力涡轮机的发电领域，尤其涉及在公用电网发生故障后能够维持风力涡轮机系统运行的风力发电机。

背景技术

风力涡轮机的第一方面涉及在公用电网发生故障等紧急情况下能够制动转子叶片的要求。因此，风力涡轮机通常配备有空气动力制动系统。空气动力制动系统典型地通过将转子叶片转动到空闲位置来起作用，从而防止转子叶片从风力获取能量，由此实现转子速度的降低。空气动力制动系统通常还与机械制动系统结合。

因此，当转子已经停止时，风力涡轮机不能向自身提供电功率，除非使用电池、电容器或者柴油机驱动的发电机。直到电网已经从故障中恢复，公用电网连接已经重新建立并且风力涡轮机再次完全运行，该发电机本身才能够发电。因此，在公用电网故障期间，该风力涡轮机的不同系统，如用于润滑、冷却、加热、除冰等的系统的基本功能将停止运行，或者只有在电池、电容器或者柴油机工作时才运行，这意味着如果公用电网故障是一定的时间段，则在公用电网故障恢复的时间内风力涡轮机不能处于发电的状态。

风力涡轮机的第二方面涉及在公用电网可能重新连接之前风力涡轮机需要时间使关键组件恢复到运行状态。根据公用电网故障的持续时间、外界温度、湿度以及风力条件等因素，准备周期的持续时间从几秒到几小时，甚至可能几天不等，所有这些因素都影响风力涡轮机的基本功能。例如，必须将变速箱加热到工作温度，这可能花费几个小时。

为了在公用电网故障期间使风力涡轮机的至少一些关键组件保持运行，可以在公用电网故障期间使用辅助电源，从而使重新连接所需的时间段不依赖于公用电网故障的持续时间，并将重新连接所需的时间段减少到最小。然而，由于辅助电源的能量存储容量有限，关键组件可以保持运转的时间段通常是有限的，除非使用柴油机驱动的发电机等电源。

风力涡轮机的第三方面涉及在公用电网故障期间转子的制动。根据第一方面，即能够借助于空气动力制动系统在公用电网发生故障等紧急情况下制动转子叶片的需要，空气动力制动必须非常快地生效，使得转子的转速不会增加过多以至于难于制动转子或者使主轴和轴承的机械负荷过高。因此，必须考虑在制动期间可能出现的大的力量和高的扭矩来确定风力涡轮机关键部件的结构稳定性和强度。

EP1128064公开一种用于风力涡轮机的电动变桨距装置，其包括分配给转子轴的由至少一个辅助永磁发电机构成的备用供电设备。该辅助永磁发电机供电给用于在例如公用电网故障的紧急情况下将转子叶片转动到其空闲位置的电动机。该发电机经由接触器连接到该电动机，从而当切换该接触器时转子叶片倾斜到空闲位置，因此转子制动。此外，当转子停止转动时，转子叶片的角度位置将保持不变。因此，EP1128064公开了一种以具有鲁棒性的方式安全制动转子的方法，但是它没有提供快速重新连接到公用电网的方法。

WO02/44561公开了一种具有用于从转子轴的动能提供电能的辅助发电机的风力涡轮机。结合一种切换装置，其用于在正常运行期间从主发电机传导电能和在公用电网断开期间从辅助发电机传导电能之间进行切换。在公用电网断开期间提供的电能用于将转子叶片倾斜到标志位置或空闲位置，从而制动转子和主发电机。WO02/44561描述了当风力涡轮机与公用电网断开时通过使用辅助发电机来制动转子，但是它没有提供用于快速重新连接到公用电网的方法。

用英文公布的DK174411描述了一种用于在公用电网断开期间控制叶片桨距的方法。建立控制以确保在与公用电网断开期间转子和发电机的转速也在正常速度范围内，并且当风力涡轮机重新连接到公用电网时转子和发电机的转速已经在正常速度范围内。从而，可以获得快速的重新连接。然而，DK174411没有提及在与公用电网断开期间用于操作风力涡轮机系统的任何装置，如桨距控制系统。

US5907192公开了一种风力涡轮机，其中在风力涡轮机已经与公用电网断开之后的紧急制动期间存在于转子和转子轴中的转动能量被用于生成桨距控制系统所用的功率。US5907192公开了当风力涡轮机与公用电网断开时通过使用存在于风力涡轮机的旋转部分中的动能来制动转子，但是它没有提供用于快速重新连接到公用电网的方法。

发明内容