[发明专利]包括多个能将机械能变换为电能的发电装置的发电设施

说明书

技术领域

本申请涉及一种包括多个能将机械能变换为电能的发电装置的发电设施。

本申请涉及水力发电领域，尤其涉及通过发电装置进行的水力发电，所述发电装置为使用洋流的动能发电并至少部分浸没在水中的潮汐涡轮机机或放置在海上的风力涡轮机机。

背景技术

典型地，潮汐涡轮机由具有可变速度的涡轮机或机械接收器以及与机械接收器相连的交流发电机构成，涡轮机或机械接收器能设置为在水流(例如涌流(stream)中的流或波)的作用下旋转，交流发电机将由水流产生的机械功率转换为电功率。交流发电机通常包括转子和一个或几个定子，转子与涡轮机机械连接，并设置为涡轮机的作用下旋转，转子的旋转产生感生的电磁场。这样，提供给转子的机械能被变换为交流(AC)电能。所提供的电压和电频与转子的转速成比例。

交流发电机在输出端提供频率可变的AC电流，频率依赖于涡轮机的转速，涡轮机的转速依赖于本身可变的水流的流速。现在配电和输电网络操作于设定的频率(例如在欧洲为50Hz，在美国为60Hz)。

为了允许为输电或配电网络供电，已知这样的交流发电机与电能转换器耦合，电能转换器能将来自交流发电机的电信号转换为立即可提供给配电或输电网络的具有设定的电压和设定的频率的电信号。

目前，能量转换器与交流发电机(以及因此与潮汐涡轮机)的连接是已知的，以便抽取流经各潮汐涡轮机的流的最佳可能产出，并朝配电或输电网络传送最大电功率。然而，针对每个用于发电的装置集成一个浸没或部分浸没的功率转换器是昂贵而受限的，尤其是因为这样的功率转换器要求确保密封以及增加的可靠度；可替换地，在各机器处安装暴露的功率转换器是不能被公众(视觉冲击)或当局(受到导航和渔业的限制、危险)接受的。此外，对这样的浸没或部分浸没的功率转换器的维护是十分昂贵的，因为其要求用于在海上介入、尤其是用于提升通常很沉重的水下沉箱的工具。

可以设想到包括为各交流发电机在地面上放置相关的功率转换器在内的替换方案，但所述替换方案特别昂贵，因为这要求使用以可变频率输送AC电信号的电缆(供发电装置使用)。

期望制造出不太昂贵并更易于维护的基于潮汐涡轮机的发电设施。

发明内容

为此，本申请提出一种发电设施，包括多个发电装置，所述多个发电装置至少部分地浸没在水中，并能将由涌流提供的机械能变换为电能，每个发电装置包括旋转机械接收器和交流发电机，所述旋转机械接收器能在所述涌流的作用下旋转，所述交流发电机包括至少一个转子和至少一个定子，所述交流发电机的转子能在所述旋转机械接收器的作用下旋转，其特征在于，每个发电装置产生具有可变的电压和频率的交流电信号，以便由至少部分地浸没的输电电缆进行传送，并且所述发电设施进一步包括：互连装置，来自每个发电装置的输电电缆并联地与所述互连装置在输入端处连接，并且所述互连装置在输出端处提供联合电信号，所述联合电信号为具有可变的频率和电压的交流电信号，所述联合电信号的电流幅度等于输入电流之和；以及部分地浸没的输出电缆，其将所述互连装置的所述输出端连接到不在水中的功率转换装置上，所述功率转换装置能将所述联合电信号变换为具有设定的频率的交流电信号，以用于配电或输电网络。

有利地，所述发电装置被并联地电连接，电能在互连之后经输出电缆被传送，所述输出电缆输送具有可变频率的交流电信号，这给出如下可能性：在距离发电装置一定距离处以及在陆地或在海上平台上放置用于若干发电装置的单个功率转换装置作为暴露的因此易于接近的变电站。这样，功率转换装置的维护费用显著降低。

将用于产生能量的装置并联地放在稳定的操作系统中能实现交流发电机的速度和频率同步。本发明人通过仿真发现，比起各发电装置被单独利用的情况而言，所提供的总电功率的产出略微降低。

根据本申请的发电设施还可以具有以下一个或更多个特征：

每个发电装置包括具有永磁体的同步交流发电机；

每个发电装置包括异步交流发电机；

每个发电装置包括连接到所述交流发电机的输出端上的变压器，所述变压器能提高由所述交流发电机提供的电信号的电压并降低由所述交流发电机提供的电信号的电流强度；

所述功率转换装置包括变压器，所述变压器能降低在所述功率转换装置的输入端处提供的具有可变频率的交流电信号的电压并能提高在所述功率转换装置的输入端处提供的具有可变频率的交流电信号的电流强度；