[发明专利]用于风能发电设备的变桨系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种风能发电设备，其包括带有至少一个角度可调的风轮叶片的风轮；发电机，该发电机可直接或间接地与风轮耦连以产生电能，并且可直接或间接地与电网耦连以提供电功率；至少一个用于调节所述角度可调的风轮叶片的风轮叶片调节装置，该风轮叶片调节装置由带有至少一个交流电动机的变桨驱动器组成，该交流电动机可通过功率电子器件与电源耦连；与功率电子器件耦连的、控制和/或调节风轮叶片调节装置的第一控制和调节装置。本发明尤其还涉及一种用于所述风能发电设备的风轮叶片调节装置(变桨系统)。

背景技术

现代的风力发电设备包括可旋转地支承在风轮上的风轮叶片，其中可以通过单独地改变叶片角而针对每个风轮叶片改变风的迎角。例如由DE 10338127B4已知一种这样的“变桨控制的风力发电设备”。该驱动器与交流电网连接并且包括一个直流电动机，该直流电动机配属有用于调节风轮叶片的控制和调节装置以及功率电子器件，该功率电子器件基本上由一个整流器单元和一个变流器单元组成。

在电网故障或停电时必须确保直流驱动器(DC驱动器)的电源至少在短时间内保持不变。因此，每个驱动器具有一个形式为蓄电池或电能储存器的直流电源，其在电网故障时直接与驱动电机连接。受到风能发电设备的上级控制和/或调节装置的控制指令触发，各风轮叶片将旋转到停机或顺桨位置(应急运行)并且由此关闭设备。在直流驱动器(DC驱动器)中还附加地具有一个开关装置，它可以连接直流电源与配属于直流电动机的功率电子器件，由此也可以附加地对风轮叶片进行受控或可调的间接调整，而不必如在上述直接控制中那样关闭设备。

相比于要么具有三相交流电机要么具有伺服电机作为主要驱动元件的传统交流驱动器(AC驱动器)，直流驱动器具有简单的转速和转矩的控制和调节装置。此外，直流驱动器可以在“应急运行”时直接或间接地(通过功率电子器件中的直流部分)与独立于电网的直流电源连接。相对简单的转矩和速度的控制和调节使得这种驱动器在以前并且在今日也还非常具有吸引力。然而直流电机容易出故障并且由于具有整流装置而需要更多的维护。

然而由于微型控制器件和功率电子器件的改善，近些年来取代直流驱动器而优选将交流驱动器(AC驱动器)用于叶片调节，交流驱动器具有交流电机或三相交流电机作为主要驱动元件。这种电机更容易维护，不具有整流装置并且大多成本也更加低廉。

在发生故障或停电而切换至上述“应急运行”的情况下，AC电机不能像DC电机那样和独立于电网的直流电源直接耦连，只能间接地通过配属于AC电机的变流器单元进行耦连，也就是说直流电必须首先转换为相应的交流值。在功率电子器件出现故障时甚至根本不能进行AC驱动器的“应急运行”。

DE 60311896T2示出了一种基于直流驱动器的风能发电设备，该直流驱动器具有带至少两个变流器的冗余的变桨系统，所述变流器设置为用于控制变桨系统的功率控制单元。每个驱动器分别只配属有一个变流器。在一个变桨系统出现故障时，通过开关装置桥接第一变流器并且使冗余的变流器开始工作。在切换的情况下，变桨系统的整个功率电子器件直接接通到各DC电机上。相应地需要耗费地设计开关装置。

EP 2133561A2示出一种风能发电设备，其带有用于该设备的至少一个或多个风轮叶片的变桨系统。该变桨系统基于带有AC电机的AC驱动器，该AC电机配属有带变流器的相应功率电子器件。该系统针对每个传动系(轴)还包括一个桥接变流器的开关形式的旁路装置。开关在正常运行中是打开的。在由上级控制和调节装置或由其它部位报告出现故障时，开关闭合，使得AC电机与一个内部或外部的AC能量源直接连接。因此应实现在由此触发的“应急运行”中确保AC电机的能量供应。

然而这种“应急运行”不受控制或不可调，因为配属于AC电机的功率电子器件被桥接了。AC电机在这种状态下不可调。尽管通过不同的装置确保了“应急运行”的触发，但并未确保AC电机的转子在这种指令触发时到达其终端开关的位置，该位置设置用于将风轮叶片调整至停机或顺桨位置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，这样改进设计已知风能发电设备的基于交流驱动器的变桨系统，从而例如在出现不同类型的运行故障时也可以进行最佳的调节。