[发明专利]风电设备和包括复数个风电设备的风电场

说明书

技术领域

本发明涉及一种风电设备和一种由复数个这种风电设备构成的风电场。

背景技术

风电场的风电设备的作用是利用风这种随机的一次能源载体产生电能并将这些电能馈入区域电网。

DE 19620906A1揭示一种如图1所示的风电场2的方案。这种已知方案是一种分布式三相方案，因为风电场2中每一个风电设备4所产生的电能都被馈入区域电网6。由于区域电网6任何一个风电场馈电点8上的升压幅度都不得超过4％，这就会使得最高风电产能取决于风电场馈电点8与电网6的变电站之间的距离。图示风电场2具有三个风电设备4，这些风电设备各具有一个机舱12和一个塔架14。机舱12以可旋转的方式安装在塔架14上，具有发电机16、发电机侧滤波器18、发电机侧换流器20、网侧换流器22、网侧滤波器24和变压器26。两个换流器20和22在直流电压侧通过电压中间电路彼此导电相连。这样，两个换流器20和22和该电压中间电路就共同构成一个电压中间电路变换器。

Andresen和Jens Birk在其发表于奥尔堡EPE 2007会议论文集的“A high power density converter system fort the Gamesa G10x4,5MW Windturbine(用于Gamesa G10x4.5MW风力涡轮机的高功率密度转换系统)”一文描述了布置在风电设备4的机舱12中的电压中间电路变换器的一种结构。在该文所描述的电压中间电路变换器中，两个换流器20和22实施为自换相脉冲换流器。为了将换流器20、22所产生的谐波分别与发电机16或电网6隔离，发电机侧和网侧各设有一个滤波器18、24。网侧变压器26的作用则是使产生的变换器输出电压与区域电网的额定电压相匹配。

如该文所述，发电机16的转子侧直接或通过传动装置与风电设备4的转子相连。如果发电机16采用的是同步发电机，就不必使用该传动装置，这样可以减轻机舱12的重量。为清楚起见，本案图1对转子未予图示。

图2展示的是风电场2三相电流方案的第二实施方式。这种实施方式与图1所示实施方式之间的区别在于，风电设备4的电气设备布置在塔架14而非机舱12中。风电设备4的这种实施方式公开在发表于www.abb.com/powerelectronics网站的“ABB Advanced Power Electronics-MV full power wind converter for Multibrid M5000 turbine(ABB先进电力电子技术——用于Multibrid M5000涡轮机的中压全功率风能转换器)”一文中。设备组件18、20、22、24和26布置在风电设备4的塔架14的底部区域内。这样，风电场2每一个风电设备4的机舱12中只剩下了发电机16。

DE 19620906A1揭示一种包含有n个风电设备4的风电场2。这种已知风电场2的每个风电设备4均具有转子叶片可调的转子28、同步发电机30、整流器32和滤波扼流圈34。同步发电机30与转子28直接耦合且具有两个彼此成30°导电偏置的定子绕组，这些定子绕组分别与整流器32的一个子整流器36导电相连。同步发电机30可具有永磁激励系统或压控激励系统。整流器32实施为多脉冲式，例如12脉冲。滤波扼流圈34例如布置在正极输出线38中。这条正极输出线38和一负极输出线40可分别借助一个断路器42从正极母线和负极母线44和46上断开。这两个母线44和46在风电场2的n个风电设备的直流侧将其并联起来。

在风电场2如图所示的这种直流方案中，网侧换流站48紧邻区域电网6的变电站50布置。这个网侧换流站48具有滤波扼流圈52、逆变器54、匹配变压器56和滤波器58。逆变器54和任何一个风电设备4的整流器32一样由两个子逆变器60构成。逆变器54的脉冲数与整流器32的脉冲数一致。每个子逆变器60在交流电压侧均与匹配变压器56的一个二次绕组导电相连，其中，该匹配变压器的一次绕组与变电站50的母线62导电相连。滤波器58也连接在这个母线62上。滤波扼流圈52例如布置在逆变器54的正极输入线64中。正极输入线64和负极输入线66通过直流传输设备68与并联风电设备4的正、负极母线44和46导电相连。直流传输设备68可以是两条直流传输线或一个直流电缆。

每个风电设备4的整流器32的换流阀和网侧换流站48的逆变器54的换流阀均采用晶闸管。整流器32的作用是调节功率，逆变器54的作用是调节三相电压。这种n个换流站的连接方案相当于一个多点高压直流输电网络。