用于風力渦輪發電機的方法和系統技術方案

本發明專利技術涉及用于風力渦輪發電機的方法和系統，一種風力渦輪發電機（１０）系統包括發電機（２４），發電機配置成在第一功率因數下以第一運行模式產生電力，在第二功率因數下以第二運行模式產生電力，第二功率因數大于第一功率因數。還包括功率轉換器（４０４），其配置成在高于發電機的同步速度時將來自轉子的電力轉換成直流（ＤＣ）電力，在低于同步速度時為轉子供應電力。又配置成在第三功率因數下以第一運行模式轉換電力，在第四功率因數下以第二運行模式轉換電力，第四功率因數小于第三功率因數，使得系統在第二運行模式下的功率輸出大體上等于在第一運行模式下的功率輸出，相對于第一運行模式，在第二運行模式下利于減小發電機電流。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術一般地涉及發電機，更具體地說，涉及用于控制發電機中 的溫度的方法和系統。
技術介紹
至少某些已知的發電機系統是設計在特定的條件下運行的。例如至少某些已知的風力渦輪發電機，其是為現場海拔高度小于大約1000米的海平面應用而設計的。然而，這種風力渦輪可能安裝在超過用于 限定設計要求的特定環境條件的地點。如果風力渦輪發電機安裝在海 拔和/或環境溫度超出設計標準中的特定環境條件的地點中時，可能會降低風力渦輪發電機的冷卻能力，并且發電機在運行期間可能承受過 高的溫度狀態。在這種地點，為了保持發電機的穩定的動力操作而不 降低風力渦輪發電機的功率，必須改進發電機的冷卻。一種已知的解決方案是采用增強型冷卻器，例如，可采用具有軸 向和/或徑向冷卻風扇的冷卻器來替換原始冷卻器。然而，新的增強型冷卻器的設計和/或發電機的設計，以及增加與風力渦輪發電機相關聯 的電氣設備的數量都是昂貴的。另外，對位于六十五米高或更高高度 處的已安裝風力渦輪發電機上改型翻新新設備是更為昂貴的。
技術實現思路
在一個實施例中， 一種減少發電機系統中的熱損失的方法包括在發電機中在第一功率因數產生電力，以及在轉換器中在第二功率因數 下以第一運行模式轉換電力，以及在發電機中在第三功率因數下產生 電力，其中第三功率因數大于第一功率因數，以及在轉換器中在第四 功率因數下以第二運行模式轉換電力，其中第四功率因數小于第二功率因數，使得發電機系統在第二運行模式下的功率輸出大體上等于發 電機系統在第 一運行模式下的功率輸出，并且利于減小發電機的電流o在另一實施例中，風力渦輪發電機系統包括發電機，該發電機包 5 括轉子和定子。發電機配置成可在第一功率因數下以第一運行模式產 生電力，并且在第二功率因數下以第二運行模式產生電力，其中第二 功率因數大于第一功率因數。風力渦輪發電機系統還包括電聯接在轉 子上的功率轉換器。功率轉換器配置成將來自轉子的電力轉換成高于 發電機同步速度的直流(DC)電力，并將電力供給低于該同步速度的轉10 子。功率轉換器還配置成在第三功率因數下以第一運行模式轉換電 力，以及在第四功率因數下以第二運行模式轉換電力，其中第四功率 因數小于第三功率因數，使得發電機系統在第二運行模式下的功率輸 出大體上等于發電機系統在第 一運行^f莫式下的功率輸出，并且相對于 第一運行模式，在第二運行模式下利于減小發電機電流。15 在又一實施例中， 一種減少風力渦輪發電機中的熱損失的系統包括風力渦輪發電機，該風力渦輪發電機包括雙饋感應發電機，其中該 發電機包括轉子，該轉子用于產生來自發電機轉子的電力，發電機轉 換器電聯接在轉子上，其中該轉換器配置成將來自轉子的電力轉換成 DC電力。該系統還包括電網側轉換器和至少一個電路，電網側轉換20 器用于以可選擇的功率因數將DC電力轉換成AC電力，該至少一個 電路配置成基于發電機的溫度而調整發電機轉換器的和電網側轉換 器中的至少 一個的電流流量。附圖說明25 圖l是才艮據本專利技術的一個示范性實施例的風力渦輪發電機的示意圖2是圖1中所示的風力渦輪發電機的筒圖3是根據本專利技術一個實施例的可變速風力渦輪機的示意圖，其包括直接驅動同步發電機；圖4是根據本專利技術一個實施例的可變速風力渦輪發電機的示意 圖，其包括雙饋感應發電機；圖5A是顯示了從風力渦輪發電機至電網的輸出功率的圖表；和 5 圖5B是顯示了從風力渦輪發電機至電網的輸出功率的圖表，其利用轉換器將一部分電抗性負載供給電網。部件列表10風力渦輪發電機 10 12短艙14轉子16 ;旋轉軸線 18塔20轉子輪轂 15 22葉片24發電機26轉子軸28發電機的轉子軸30齒輪箱 20 32低速側33導電管34 高速側35管36頻率轉換器 25 37轉換器無功功率支持能力電路38管 39負載 40管42控制系統50總線52處理器54 RAM 5 56存儲裝置58 ROM60輸入/輸出裝置62傳感器4妄口300可變速風力渦輪機 10 302直接驅動式同步發電機400風力渦輪發電機402雙饋感應發電機404 DC/AC轉換器406轉子側轉換器 15 408電網側轉換器410電容器411直流總線412耦合電感414電網 20 415電網端子416轉子繞組418集電環420電刷422定子繞組 25 424控制系統426溫度傳感器428側電壓命令信號432電容器500圖表502圖表504X軸線506Y軸線508第一矢量510第一矢量的有功分量512第一矢量的無功分量514X軸線516Y軸線518第二矢量520由轉換器提供的第二矢量的有功分量522由轉換器提供的第二矢量的無功分量524由發電機提供的第二矢量的有功分量526由發電機提供的第二矢量的無功分量1具體實施例方式以下詳細描述通過示例而非限制的方式來舉例說明本公開。該描 述清晰地使本領域中的技術人員能夠制造和使用本專利技術公開，其描述 了本公開的若干個實施例、變型、變體、備選方案以及用途，包括當 20前被認為是實施本公開的最佳模式。本公開被描述成應用于一個優選實施例，即，控制風力渦輪發電機中的溫度的方法。然而，設想; M^ 開對于控制一般的電力機器，尤其是具有供應或降低無功功率能力的 可運行機器，具有普遍的應用。如此處所用，用語"葉片"意圖代表當相對于周圍空氣進行運動時25提供反作用力的任何裝置。如此處所用，用語"風力渦輪機"意圖代表由風能產生旋轉能量，更具體地說，將風的動能轉換成機械能的任何 裝置。如此處所用，用語"風力渦輪發電機"意圖代表由從風能產生的 旋轉能產生電能，更具體地說，將由風的動能轉換而來的機械能轉換成電能的任何風力渦輪^L。圖1是根據本專利技術的一個示范性實施例的風力渦輪發電機10的 示意圖。在該示范性實施例中，風力渦輪發電機IO包括水平-軸向構 造。備選地，風力渦輪發電機IO可包括如下構造，該構造包括但不 5 限于垂直-軸向構造(未示出)。在該示范性實施例中，風力渦輪發電機 IO電聯接在電氣負載上，例如但不限于電網上(圖1中未顯示)。電網 便于從中引導電能，以促進風力渦輪發電機10和/或其相關構件的運 行。這種相關聯的構件包括電氣負載，其包括但不限于電動機驅動的裝置(例如迎角驅動裝置(pitchdrive))、電子裝置(例如控制系統電源)、10日常負荷(例如照明和加熱)、電能存儲裝置(例如電池、飛輪和電容存 儲系統)以及其它發電機。此外，電網便于傳送由風力渦輪發電機10 所產生的電能。雖然只顯示了一個風力渦輪發電機IO，但是在某些實 施例中，可將多個風力渦輪10組在一起，有時稱為"風電場"。風力渦輪發電機10包括主體，有時稱為"短艙"，以及聯接在短艙1512上的轉子(總體由標號14表示)，轉子用于相對于短艙12圍繞旋轉 軸線16而旋轉。在示范性實施例中，短艙12安裝在塔18上。然而， 在某些實施例中，除了塔式安裝的短艙12之外或作為塔式安裝的短 艙12的備選，風力渦輪發電機10包括接近地面和/或水面的短艙12。 塔18的高度可以是使風力渦輪發電機10能夠起到此處所述作用的任20 何合適的高度。轉子14包括輪轂20和多個葉片22(有時稱為"翼型 件")，葉片徑向向外地從輪轂20中延伸出來，用于將風能轉換成旋轉 能。雖然此處將轉子本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種風力渦輪發電機（１０）系統，包括：　發電機（２４），其包括轉子（１４）和定子，所述發電機配置成在第一功率因數下以第一運行模式產生電力，和在第二功率因數下以第二運行模式產生電力，其中，該第二功率因數大于該第一功率因數；和　電聯 接在該轉子上的功率轉換器（４０４），所述功率轉換器配置成在該發電機的同步速度以上將來自該轉子的電力轉換成直流（ＤＣ）電力，所述功率轉換器配置成在該同步速度以下將電力供給該轉子，所述功率轉換器還配置成在第三功率因數下以第一運行模式轉換電力，以及在第四功率因數下以第二運行模式轉換電力，其中，該第四功率因數小于該第三功率因數，使得該發電機系統在第二運行模式下的功率輸出大體上等于該發電機系統在第一運行模式下的功率輸出，并且相對于該第一運行模式，在該第二運行模式下利于減小該發電機電流。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：熊啟謀，于翔，周宇，張映明，D史密斯，G克呂格爾，A蘭格爾，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]