一種能量生產(chǎn)裝置，尤其是風(fēng)力發(fā)電裝置，包括與轉(zhuǎn)子(1)連接的驅(qū)動軸、發(fā)電機(jī)(8)并包括具有三個驅(qū)動裝置及從動裝置的差動傳動裝置(11到13)，其中第一驅(qū)動裝置與驅(qū)動軸連接，從動裝置和發(fā)電機(jī)(8)連接并且第二驅(qū)動裝置和電氣差動裝置(6，14)連接。差動裝置(6，14)通過變頻器(7，15)與網(wǎng)絡(luò)(10)連接，其中直流中間電路(18)中的變頻器(7，15)具有電氣的蓄能器(20)，變頻器(7，15)是可控的以對能量生產(chǎn)裝置的諧波、尤其是發(fā)電機(jī)(8)的諧波進(jìn)行有源濾波。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及一種能量生產(chǎn)裝置，尤其是風(fēng)力發(fā)電裝置，包括與轉(zhuǎn)子連接的驅(qū)動軸、 發(fā)電機(jī)，并包括具有三個驅(qū)動或從動裝置的差動傳動裝置(Differenzialgetriebe)，其中第一驅(qū)動裝置與驅(qū)動軸連接，從動裝置和發(fā)電機(jī)連接并且第二驅(qū)動裝置和電氣差動裝置連接，并且其中差動裝置(Differenzial-Antrieb)通過變頻器與網(wǎng)絡(luò)連接。
技術(shù)介紹
風(fēng)力發(fā)電站作為發(fā)電設(shè)備意義越發(fā)重大，用風(fēng)發(fā)電的百分比也因此逐漸提高。而這一方面催生了涉及電流質(zhì)量的新標(biāo)準(zhǔn)(尤其是考慮到在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)電壓擾動的情況下的無功電流控制和風(fēng)力發(fā)電站的狀態(tài))，另一方面也引發(fā)了更大風(fēng)力發(fā)電裝置的潮流。同時，發(fā)展安裝功率至少5MW的近海風(fēng)力發(fā)電裝置的趨勢也清晰可辨。鑒于近海區(qū)域內(nèi)風(fēng)力發(fā)電裝置的基礎(chǔ)建設(shè)和維護(hù)的費用高昂，不論裝置的效率還是生產(chǎn)成本，以及與此有關(guān)的中等電壓同步發(fā)電機(jī)的使用都意義重大。W02004/109157 Al示出了一種具有多個并列差動級和多個可切換耦合器的復(fù)雜的靜壓“多路徑”設(shè)計，利用該耦合器可以在各個路徑之間切換。采用所示的技術(shù)方案，可以降低靜壓的功率以及損耗。然而其主要的缺點在于整個機(jī)組的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。此外，饋入網(wǎng)絡(luò)的電能僅來自于差動系統(tǒng)驅(qū)動的同步發(fā)電機(jī)。EP 1283359 Al示出了具有電氣差動裝置的一級和多級的差動傳動裝置，其通過變頻器驅(qū)動與網(wǎng)絡(luò)耦合的同步發(fā)電機(jī)機(jī)械連接的電機(jī)。在該例中，饋入網(wǎng)絡(luò)的電能同樣僅來自于差動系統(tǒng)驅(qū)動的同步發(fā)電機(jī)。WO 2006/010190 Al示出了包括具有變頻器的差動裝置的風(fēng)力發(fā)電裝置的動力系統(tǒng)，其以并列于同步電動機(jī)的方式與網(wǎng)絡(luò)連接。該技術(shù)方案雖然允許將中等電壓同步發(fā)電機(jī)直接連接到網(wǎng)絡(luò)，但其公知實施方式存在缺陷，即，所需費用巨大，這樣所使用的同步發(fā)電機(jī)才能滿足關(guān)于允許的最大的高次諧波的標(biāo)準(zhǔn)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的任務(wù)在于減少高次諧波。該任務(wù)根據(jù)本專利技術(shù)以如下方式解決，即，變頻器是可控的，以對能量生產(chǎn)裝置一尤其是發(fā)電機(jī)一的諧波進(jìn)行有源濾波。這樣，在設(shè)計發(fā)電機(jī)時，不必或只須在較小程度內(nèi)考慮減小諧波。其他從屬權(quán)利要求的內(nèi)容為本專利技術(shù)的優(yōu)選實施方式。 附圖說明下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本專利技術(shù)的優(yōu)選實施方式。圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的5麗風(fēng)力發(fā)電裝置的功率曲線、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以及由此得出的參數(shù)，如高速性系數(shù)Gchnelllaufzahl)和功率系數(shù)，圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有電氣差動裝置的差動傳動裝置的原理，圖3示例性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電氣差動裝置關(guān)于風(fēng)速的轉(zhuǎn)速和功率特性，圖4示出了傳統(tǒng)風(fēng)場的網(wǎng)絡(luò)連接，圖5示出了包括具有根據(jù)圖2的差動系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電裝置的風(fēng)場的網(wǎng)絡(luò)連接，圖6示出了在無功電流額定值跳躍時設(shè)置的無功電流隨時間變化的曲線，圖7示出了風(fēng)力發(fā)電裝置功率跳躍時設(shè)置的無功電流，圖8示出了組合無功電流控制的可能的控制簡圖，圖9示出了在利用變頻器進(jìn)行無功電流補(bǔ)償?shù)娘L(fēng)力發(fā)電裝置出現(xiàn)功率跳躍時設(shè)置的無功電流，圖10示出了在LVRT中差動裝置的功率需求的例子，圖11示出了具有中間電路存儲器的電氣差動裝置，圖12示出了中等電壓同步發(fā)電機(jī)典型的電氣高次諧波，圖13示出了具有變頻器的有源高次諧波濾波可能的原理，圖14示出了包括具有變頻器的有源高次諧波濾波的中等電壓同步發(fā)電機(jī)的電氣高次諧波。具體實施例方式風(fēng)力發(fā)電裝置轉(zhuǎn)子的功率通過如下公式計算轉(zhuǎn)子功率=轉(zhuǎn)子面積女功率系數(shù)*風(fēng)速3 *空氣密度/2其中功率系數(shù)依賴于風(fēng)力發(fā)電裝置轉(zhuǎn)子的高速性系數(shù)(=葉片端速與風(fēng)速的比例)。風(fēng)力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)子是基于開發(fā)過程中待確定的高速性系數(shù)(其值大多數(shù)情況下在 7到9之間)而為最佳的功率系數(shù)設(shè)計的。基于這個原因，在運行風(fēng)力發(fā)電裝置時，在部分負(fù)載范圍設(shè)置相應(yīng)小的轉(zhuǎn)速，以保證最佳的空氣動力學(xué)效率。圖1示出了對于給定8. 0 8. 5的最佳高速性系數(shù)或轉(zhuǎn)子的給定轉(zhuǎn)速范圍，轉(zhuǎn)子功率、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、高速性系數(shù)和功率系數(shù)的特征。從圖中可以看出，只要高速性系數(shù)偏離其 8. 0 8. 5的最佳值，功率系數(shù)下降，并且根據(jù)上述公式轉(zhuǎn)子功率根據(jù)轉(zhuǎn)子的空氣動力學(xué)特征也因此降低。圖2示出了由差動級3或11到13、匹配傳動級4和電氣差動裝置6組成的用于風(fēng)力發(fā)電裝置的差動系統(tǒng)的可能原理。位于主傳動機(jī)構(gòu)2的驅(qū)動軸9之上的風(fēng)力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)子1驅(qū)動主傳動機(jī)構(gòu)2。主傳動機(jī)構(gòu)2是具有兩個行星級(Planetenstufen)和一個圓柱齒輪級(Stirnradstufe)的三級傳動裝置。差動級3位于主傳動機(jī)構(gòu)2和發(fā)電機(jī)8之間，由主傳動機(jī)構(gòu)2通過差動級3的行星輪架12驅(qū)動。發(fā)電機(jī)8—優(yōu)選是他勵中等電壓同步發(fā)電機(jī)一與差動級3的齒環(huán)13連接并由其驅(qū)動。差動級3的小齒輪11與差動裝置6連接。差動裝置6的轉(zhuǎn)速被控制，以便一方面在轉(zhuǎn)子1轉(zhuǎn)速變化時保證發(fā)電機(jī)8的轉(zhuǎn)速恒定， 另一方面控制風(fēng)力發(fā)電裝置整個動力系統(tǒng)的扭矩。為了提高差動裝置6的輸入轉(zhuǎn)速，在所示情況下，選擇兩級差動傳動裝置，其在差動級3和差動裝置6之間以圓柱齒輪級的形式預(yù)設(shè)匹配傳動級4。這樣差動級3和匹配傳動級4構(gòu)成兩級差動傳動裝置。差動裝置是三相電機(jī)，其通過變頻器7和變壓器5以與發(fā)電機(jī)8并列的方式與網(wǎng)絡(luò)10連接。 差動傳動裝置的轉(zhuǎn)速公式為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子+y女轉(zhuǎn)速差動裝置其中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速是恒定的，并且因子x、y可以從所選擇的主傳動機(jī)構(gòu)和差動傳動裝置的變速器速比推導(dǎo)出。轉(zhuǎn)子的扭矩通過當(dāng)前的風(fēng)和轉(zhuǎn)子的空氣動力學(xué)效率來確定。轉(zhuǎn)子軸處的扭矩和差動裝置處的扭矩之比是恒定的，由此可以通過差動裝置控制動力系統(tǒng)中的扭矩。差動裝置的扭矩公式為扭矩差動裝置=扭矩轉(zhuǎn)子* y/x，其中尺寸因子y/x是差動裝置必要設(shè)計扭矩的一個標(biāo)準(zhǔn)。差動裝置的功率基本上是和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與其基礎(chǔ)轉(zhuǎn)速的百分比偏差乘上轉(zhuǎn)子功率所得的乘積成比例的，其中基礎(chǔ)轉(zhuǎn)速為風(fēng)力發(fā)電裝置轉(zhuǎn)子的的某一轉(zhuǎn)速，在該轉(zhuǎn)速下差動裝置保持靜止，也就是說轉(zhuǎn)速為零。相應(yīng)地，較大的轉(zhuǎn)速范圍原則上需要相應(yīng)大尺寸的差動直ο在圖3中示例性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的對于差動級的轉(zhuǎn)速或功率特征。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速通過連接到頻率固定的電網(wǎng)而恒定。為了可以相應(yīng)地充分利用差動裝置，在小的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)以電動機(jī)的形式運行該裝置而在大的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)以發(fā)電機(jī)的形式運行該裝置。這就導(dǎo)致了在電動機(jī)形式的范圍內(nèi)功率被饋入差動級而在發(fā)動機(jī)形式的范圍內(nèi)從差動級中獲取功率。在電氣差動裝置的情況下，該功率優(yōu)選從網(wǎng)絡(luò)中獲取或者饋入網(wǎng)絡(luò)。發(fā)電機(jī)功率和差動裝置功率的和得到具有電氣差動裝置的風(fēng)力發(fā)電裝置輸入網(wǎng)絡(luò)的總功率。圖4示出了連接大量風(fēng)力發(fā)電裝置的風(fēng)場網(wǎng)絡(luò)一般是如何建造的。為簡單起見， 這里只顯示了三個風(fēng)力發(fā)電裝置，根據(jù)風(fēng)場的大小還可能在一個風(fēng)場網(wǎng)絡(luò)中連接例如多達(dá) 100或者更多的風(fēng)力發(fā)電裝置。在低壓實施例中，額定電壓例如為690VAC (大多數(shù)裝配所謂的兩側(cè)供電的三相電機(jī)或具有全功率變流器(Vollumrichter)的三相電機(jī))的更多的風(fēng)力發(fā)電裝置通過設(shè)備變壓器以例如20kV的電壓水平向母線饋電。在網(wǎng)絡(luò)饋入點之前連接風(fēng)場變壓器，該網(wǎng)絡(luò)饋入點通常是進(jìn)入供電公司網(wǎng)絡(luò)的傳輸位置，而該風(fēng)場變壓器將風(fēng)場中等電壓提升到例如IlOkV的網(wǎng)絡(luò)電壓。考慮到無功電流因子和電壓常數(shù)，對于該網(wǎng)絡(luò)饋入點存在需要遵守的通常由供電公司定義的準(zhǔn)則。為了能夠遵守關(guān)于電流質(zhì)量的不斷變嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，在中本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：格拉爾德·黑亨貝格爾，
申請(專利權(quán))人：格拉爾德·黑亨貝格爾，
類型：發(fā)明
國別省市：
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