[发明专利]能量获取设备用的差速传动装置及运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能量获取设备用、尤其是风力发电设备用的差速传动装置，所述差速传动装置具有三个驱动装置或从动装置，其中，一个第一驱动装置与能量获取设备的驱动轴相连接，一个从动装置与一个能与电网相连接的发电机相连接，并且一个第二驱动装置与一个作为差速驱动装置的电机相连接。

本发明还涉及一种使能量获取设备用、尤其是风力发电设备用的差速传动装置运行的方法，所述差速传动装置具有三个驱动装置或从动装置，其中，一个第一驱动装置与能量获取设备的驱动轴相连接，一个从动装置与一个能与电网相连接的发电机相连接，并且一个第二驱动装置与一个作为差速驱动装置的电机相连接。

背景技术

风力发电站作为发电设备的重要性日益增大。由此，通过风来发电所占的百分比连续上升。这一方面也决定了新的电力质量标准，另一方面决定了采用还要更大的风力发电设备的趋势。同时也可看到朝向要求装机功率至少为5MW的设备尺寸的海上风力发电设备的趋势。由于用于海上范围内的风力发电设备的基础设施和保养或者说维护成本很高，因此设备的效率以及可用率特别重要。

所有设备均迫切需要可变的转子转速，一方面是为了提高部分负荷范围内的空气动力效率，另一方面是为了调节风力发电设备的传动系中的转矩。后者目的是结合转子叶片调整装置来调节转子的转速。目前投入使用的大部分风力发电设备通过采用与变频器相结合的所谓的双馈交流电机或同步发电机形式的可变转速发电机解决方案来满足这个要求。但是这些解决方案的缺点在于：(a)如果出现电网故障，风力发电设备的电性能仅有条件地满足电力供应企业的要求；(b)风力发电设备仅可利用变电站连接到中压电网上；以及(c)对于可变转速必需的变频器功率很大，并且因此是效率损失的原因。

这些问题可以通过采用他励式中压同步发电机来解决。但在这里需要采用替代解决方案来满足对风力发电设备传动系中的可变转子转速或转矩调节的要求。一种可能性是使用在恒定发电机转速下通过改变传动比而允许风力发电设备的可变转子转速的差速传动装置。

WO2004/109157A1阐述了一种复杂的、流体静力的“多路”方案，具有多个并行的差速级和多个能切换的离合器，因此可以在各个通路之间进行转换。采用所述的技术方案可以减小流体静力系统的功率以及损失。但是主要缺点是整个单元构造复杂。此外，在各个级之间进行转换也是在风力发电设备调节过程中的问题。

EP1283359A1阐述了一种具有电差速驱动装置的单级的差速传动装置，包括一个围绕输入轴同轴定位的且额定转速低和额定功率大(与可实现的转速范围相比)的专用交流电机。

已知实施方式的缺点一方面是差速驱动装置中的损失高，另一方面是在解决该问题的方案中机械构造或者专用电机构造复杂并且因此成本高。此外，在流体静力解决方案中，所采用的泵的使用寿命也是一个问题或者说在匹配极限环境条件时的高额花费是必需的。总之可确定，所选的额定转速范围要么对于极限负荷的调节而言太小，或者对于风力发电设备的最佳发电量而言太大。

发明内容

本发明的目的在于，尽可能避免上述缺点并且提供一种差速驱动装置，该差速驱动装置成本尽可能小、不仅保证最大能量收益、而且也保证风力发电设备的最佳调节。

该目的采用一种具有权利要求1所述特征的差速传动装置解决。

该目的还采用一种具有权利要求18和/或19所述特征的方法解决。

从属权利要求的技术方案为本发明的优选实施方式。

通过设定差速传动装置的传动比，对于低的流动速度向下显著地扩大能量获取设备的转子的转速范围，因为差速驱动装置作为单独的发电机保持连接在电网上(主发电机与电网断开)，以便允许较低的转子转速并且因此相应地提高能量获取设备的年能量收益。

附图说明

以下将参照附图对本发明的优选实施方式进行详细描述。

图1对于按现有技术的一台5MW风力发电设备示出功率曲线、转子转速以及因此而得出的特性值，如叶尖速比和功率系数，

图2示出按现有技术的具有电差速驱动装置的差速传动装置的原理，

图3示出与差速级的输入轴同轴定位的交流电机的原理，

图4示出风力发电设备的转子上的转速比以及由此得出的用于差速驱动装置的最大输入转矩M_max，

图5示例示出电差速驱动装置关于风速的转速比和功率比，

图6示出场弱范围为80％的电差速驱动装置在不同的年平均风速时对于不同额定转速范围的毛能量收益之差，