[发明专利]能量生成设备，尤其是风力发电设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种能量生成设备，尤其是风力发电设备，具有与动子连接的驱动轴、发电机以及具有三个驱动或从动装置的差动传动机构，其中第一驱动装置与驱动轴连接，从动装置与发电机连接，第二驱动装置与电气的差动驱动装置连接，差动驱动装置经由变频器与网络连接。

本发明还涉及这样的能量生成设备的一种工作方法。

背景技术

风力发电站作为发电设备越来越重要。因此通过风力发电的百分比分量不断地提高。这又一方面产生了对于电流质量(尤其是考虑到无功电流调节和风力发电站在网络中电压干扰的情况下的行为)的新标准，并且另一方面产生了更大风力发电设备的趋势。同时能想到海上风力发电设备的趋势，海上风力发电设备要求至少5MW装机功率的设备容积。由于近海范围中风力发电设备的基础设施和维护的高成本，设备的效率和生产成本及与其相关的对中压同步发电机的使用在这里都有特别的意义。

WO2004/109157A1展示了一种具有多个并行的差动级和多个能通断的联动器的复杂的流体静力学的“多路”设计，由此可以在各个路径之间接通。利用所展示的技术方案可以减小功率，并因此减小流体静力损耗。但是一个主要的缺点是整个单元的复杂结构。其中馈入网络中的电能仅仅来自被差动系统驱动的同步发电机。

EP1283359A1展示了一种具有电气差动驱动装置的单级和多级差动传动机构，该差动驱动装置经由变频器驱动与网络耦接的同步发电机机械连接的电机。馈入到网络中的电能在该例中也仅仅来自被差动系统驱动的同步发电机。

WO2006/010190A1展示了一种具有带有变频器的电气差动驱动装置的风力发电设备的传动线路，该传动线路与同步发电机并行地连接到网络。

该技术方案虽然允许将中压同步发电机直接连接到网络，但是已知的实施方式的缺点在于所使用的同步发电机的无功电流调节并且因此网络的电压调节由于用于同步发电机励磁机的调节的相对长的时间长度而不适合现代发电站的要求。

发明内容

本发明的任务是尽可能避免上述缺点以及提供一种能量生成设备，该设备不仅为单个能量生成设备(尤其是风力发电设备)、而且为例如风力发电场确保尽可能最好的电流质量。

对于开头所提类型的能量生成设备，根据本发明通过以下方式实现该任务，即变频器的无功电流是能调节的。

对于开头所提类型的方法，根据本发明通过以下方式实现该任务，即变频器的无功电流被调节。

因此，能量生成设备、尤其是风力发电设备的电流质量的特别重要的方面被尽可能好地解决，因为通过变频器可以非常迅速有效地调节所提供的无功电流。

在从属权利要求中给出本发明的有利实施方式。

附图说明

以下参考附图详细地介绍本发明的优选实施方式。

图1为根据现有技术的5MW风力发电设备示出了功率曲线、转子转速和由此产生的特征值，如高速性系数和功率系数；

图2示出了根据现有技术的具有电气差动驱动装置的差动传动机构的原理；

图3根据现有技术示例性地示出了电气差动驱动装置与风速的转速和功率关系；

图4示出了传统风力发电场的网络连接；

图5示出了包括具有根据图2的差动系统的风力发电设备的风力发电场的网络连接；

图6示出了在无功电流-额定值跳变的情况下出现的无功电流随时间的变化曲线；

图7示出了在风力发电设备的功率跳变的情况下出现的无功电流；

图8示出了根据本发明的组合无功电流调节的一种可能的调节方案；

图9示出了在具有由变频器进行的无功电流补偿的风力发电设备的功率跳变的情况下出现的无功电流；

图10示出了在LVRT(低电压穿越)的情况下差动驱动装置的功率需要量的一个例子；

图11示出了具有中间回路存储器的一种电气差动驱动装置；

图12示出了中压同步发电机的典型的电气高次谐波；

图13示出了利用变频器进行有源高次谐波滤波的一种可能的原理；

图14示出了具有利用变频器进行有源高次谐波滤波的中压同步发电机的电气高次谐波。

具体实施方式

风力发电设备的转子的功率根据下式计算：

转子功率＝转子面积×功率系数×风速³×空气密度/2