變流系統以及風力或水力發電設備的制造方法
【專利說明】變流系統以及風力或水力發電設備
[0001]本發明涉及一種具有整流器和至少兩個逆變器的變流系統，其中整流器能夠由交流電源供電，整流器通過共用的直流電路與每個逆變器相連以便給逆變器供電，并且每個逆變器能夠分別與用電器相連，以便給各用電器供電。
[0002]US 7，126，236B2公開了一種用來給風力發電設備的至少一個直流電動機供電的方法和系統，該系統具有與電源相連的橋接整流器，以便產生直流電壓并且將該直流電壓供應給上述的至少一個直流電動機，該系統還具有中間電路電容器，它使直流電壓變得平緩并且作為蓄電器和電源用于上述的至少一個直流電動機。此外還公開的是，應用多個直流電動機，它們由單獨的驅動系統供電，這些驅動系統的中間電路彼此連接，因此能夠在這些中間電路之間交換電量。
[0003]US 7，740448B2公開了一種用來控制風力發電設備的轉子葉片的間隙角的裝置，該裝置具有:間隙角控制系統，其具有基于MOSFET的功率轉換器；直流電壓電路，其具有直流電壓電路電容器并且被配置成通過基于MOSFET的功率轉換器給間隙角控制系統供電；用于交流電輸入電量的電源，用來給直流電壓電路供電；備用蓄電池，其被配置成如果供應了滿的交流電輸入電量，則該備用蓄電池不給直流電壓電路供電；并且該裝置還被配置成利用存儲在直流電壓電路電容器中的電量，以便在交流電輸入電量損失或斷開期間通過基于MOSFET的功率轉換器給間隙角控制系統供電；一旦直流電壓電路電容器上的電壓在給調節控制系統供電期間下降，則在應用備用蓄電池的情況下維持直流電壓電路電容器上的電荷；其中交流電源是非再生電源，并且直流電壓電路對于多個間隙角電動機系統來說是共用的，并且在應用充電的備用蓄電池的情況下，維持直流電壓電路電容器上的電荷還包括將源自備用蓄電池的電流傳輸至共用的直流電壓電路。
[0004]以上現有技術的缺點是，例如在中間電路(尤其是驅動系統中的一個的中間電路電容器)中出現短路時，所有中間電路都通過所述短路完全放電，因此源自驅動系統的電能不能再供應給電動機。這在未借助直流電來驅動的電動機中尤其會出現問題，因為直流電動機除了借助驅動系統實現的運轉以外還能夠直接連接到電池或電容器上，以便在緊急情況下至少借助存儲在電池或電容器中的電量運轉一段有限的時間。相反，這一點在交流電動機中無法輕易地實現。
[0005]此外，本發明還涉及一種具有轉子的風力或水力發電設備，其中轉子具有旋翼轂和至少兩個轉子葉片，這些轉子葉片可以通過用電器圍繞著各自的縱軸線旋轉。
[0006]因此本發明的目的是，說明一種尤其可靠的變流系統以及風力或水力發電設備。
[0007]前面引出以及指出的目的由前述變流系統通過以下方式得以實現:在直流電路和一個逆變器之間的至少一個連接中設置有脫耦裝置，該脫耦裝置阻止了電能從逆變器開始沿直流電路的方向傳遞。令人驚訝的是，本發明的變流系統具有比由現有技術水平得到的系統更明顯的優點。尤其是逆變器從直流電路上的脫耦，使得逆變器也相互脫耦，這保護了每個逆變器免受出現在其他部件中的干擾。在沒有脫耦裝置的情況下，例如逆變器的直流電壓側上的短路可能通過直流電路直接對其他所有逆變器產生影響。
[0008]根據本發明的有利的改進實施例，該脫耦裝置或至少一個脫耦裝置具有至少一個二極管。尤其有利的是，該脫耦裝置或至少一個脫耦裝置由至少一個二極管構成。通過應用一個或多個串聯的二極管，能夠使一個或多個逆變器可靠地從直流電路上脫耦，因此阻止了電能從所述一個或多個逆變器回傳到直流電路中。
[0009]本發明的有利的實施例的特征在于，逆變器中的至少一個具有應急蓄電器，使逆變器能夠通過該應急蓄電器供電。通過配備應急蓄電器，能夠給各逆變器供應存儲在應急蓄電器中的電能。因此在緊急情況下，例如在直流電路對逆變器停止供電時，逆變器至少在一定時間段中給用電器供應來自應急蓄電器的電量，以便在緊急情況下能夠使用電器產生期望的甚至必需的反應。用電器的這種期望的或必需的反應例如在風力發電設備中是所謂的緊急運行。在此，風力發電設備的幾乎所有的轉子葉片都通過風旋轉，因此它們不再能從氣流中接收能量，而是通過氣體動力學方面的制動將風力發電設備的轉子慢慢帶到停止狀
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[0010]根據本發明的尤其有利的改進實施例，該應急蓄電器或者多個應急蓄電器中的至少一個由電容器、尤其是超級電容器構成。電容器，尤其是超級電容器，已被證實能夠尤其有利地應用在變流系統中。這種電容器具有高的存儲量(在容積較小的情況下)以及明顯更長的使用壽命，因此明顯優于通常應用的電池。應急蓄電器尤其能夠由單個電容器或多個電容器構成。
[0011]根據本發明的優選的實施例，該應急蓄電器或者多個應急蓄電器中的至少一個直接與各逆變器的中間電路電容器相連。通過各逆變器的中間電路電容器和應急蓄電器之間的直接連接，能夠將電能引導和存儲在應急蓄電器中，所述電能在特定的運行情況下由用電器發送到逆變器上并且由該逆變器整流。此外，通過將應急蓄電器直接連接在中間電路電容器上，可使中間電路電容器設計得相對較小，即容量較小，因為應急蓄電器至少部分地承擔了中間電路電容器的任務。在本發明的另一實施例中，中間電路電容器容量非常小，可忽略不計。在這種情況下，應急蓄電器替代中間電路電容器的功能。
[0012]根據本發明的另一優選的實施例，整流器的輸出電壓與該應急蓄電器或多個應急蓄電器的額定電壓匹配。通過這種方式能夠省略用于所述一個或多個應急蓄電器的外部充電裝置，因為所述一個或多個應急蓄電器能夠通過這樣的電能充電，即所述能量由整流器供應給直流電路并且從中引導到逆變器中。
[0013]此外還有利的是，整流器在輸入側具有過壓保護。這樣能夠保護整個變流系統，以避免源自交流電源的過壓。這尤其使變流系統免受感應地耦合到交流電源中的過壓，例如可能通過電擊等方式引起的過壓。
[0014]根據本發明的另一優選的改進實施例，整流器具有可編程存儲器的控制系統。該可編程存儲器的控制系統尤其可用來控制整流器和/或逆變器。
[0015]根據本發明的有利的實施例，整流器和/或至少一個逆變器具有現場總線接口。通過該現場總線接口實現與其他系統的通訊。所述其他系統尤其指上一級的控制裝置。例如在風力發電設備中，這種上一級的控制裝置由特別預先規定轉子葉片位置額定值的設備控制系統構成，設備控制系統監控變流系統的額定值的遵守情況，并且通過相應地操控與逆變器相連的用電器(尤其是電動機)來確保遵守額定值。
[0016]根據本發明的另一有利的實施例，整流器的電流消耗受到限制。這種限制既可通過例如具有至少一個電阻的扼流裝置來實現，也可通過整流器的相應控制來實現，例如在可控的橋接整流器(具有相應的受限電流調節)是可行的。
[0017]根據本發明的尤其有利的實施例，用電器中的至少一個是交流電動機或直流電動機。
[0018]前面引出以及指出的目的由前述風力或水力發電設備通過以下方式得以實現:風力或水力發電設備具有根據權利要求1至11中任一項所述的變流系統，其中變流系統給用電器供電。在這種風力或水力發電設備中，變流系統是所謂的變槳系統的一部分，其使轉子葉片圍繞著其各自的縱軸線旋轉。這些用電器通常由交流或直流電動機構成。
[0019]詳細說來，現在已有多個方案來配置和改進根據本發明的變流系統和風力或水力發電設備。為此，在參照附圖的情況下，參照專利權利要求1后面的專利權利要求以及對本發明的優選實施例的后續詳細描述。
[0020]這些附圖示出了:
[0021]圖1示意性地示出了根據本發明的優選改進實施例的本發明的變流系統；
[0022]圖2示意性地示出了根據本發明的另一實施例的本發明的變流系統的一部分；
[0023]圖1示出了本發明的變流系統，其具有整流器I和三個逆變器2。該整流器I與交流電源3相連，