[发明专利]风力涡轮发电机和风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明发明总体涉及用于风力涡轮机的方法和系统，并且更具体地涉及关于风力涡轮机的发电机的方法和系统，甚至更具体地涉及风力发电机的定子以及功率转换器的定位。

背景技术

向供电电网供给电功率的大型风力涡轮机近年来已经快速增长。该增长率能够追溯到风能技术的许多环境、技术和经济效益以及改进。风能使得能够减少使用矿物燃料作为能源，从而必然减少温室气体的产生。此外，风能是能够广泛获得、可再生和清洁的。技术发展已经对使得能够以较低成本制造稳健和高效的风力涡轮机的风力涡轮机的设计、制造、工艺、材料和电力电子装置进行了改进。

总体而言，风力涡轮机包括具有转子的涡轮，该转子包括具有多个叶片的可旋转毂组件。叶片将风能转换成机械旋转转矩，该机械旋转转矩通过转子对一个或多个发电机进行驱动。发电机有时但不总是通过齿轮箱旋转联接至转子。齿轮箱为发电机提高转子的固有低转速，以将旋转机械能高效地转化成电能，该电能通过至少一个电气连接被供给至公用电网。也存在无齿轮直接驱动风力涡轮机。转子、发电机、齿轮箱和其它部件典型地安装在定位于基部顶上的壳体、或机舱内，该基部可以是桁架或管状塔架。

一些风力涡轮机构造包括双馈感应发电机（DFIG）。这种构造还可以包括功率转换器，所述功率转换器用于将所产生的电力的频率转换成与公用电网频率基本相似的频率。此外，这种与DFIG相结合的转换器还在公用电网与发电机之间传输电力并且从连接到公用电网电连接的其中一个连接将发电机励磁功率传输至绕线发电机转子。备选地，一些风力涡轮机构造包括但不限于备选类型的感应发电机、永磁（PM）同步发电机和电励磁同步发电机以及开关磁阻发电机。这些备选构造也可以包括功率转换器，所述功率转换器用于如上发明所描述地转换频率并且在公用电网与发电机之间传输电功率。

在一些已知的风力涡轮机中，风力涡轮机的机舱容纳使得风能能够高效转化成电能的基本机械设备和电力电子装置，例如发电机和可能的功率转换器。有时，转换器位于风力涡轮机塔架的下部中。作为风力涡轮机的心脏，机舱必须在风力涡轮机的整个服务寿命期间可靠和成本高效地运行。通常，机舱内侧的空间是有限的并且使用数量很高的电力电缆或母线来连接单独的电力电子部件，从而增加了成本。

此外，已知的风力涡轮机具有多个机械部件和电气部件，所述多个机械部件和电气部件相比其它部件可能具有独立或不同的操作限制，例如电流、电压、功率、和/或温度限制。由于电气部件和/或机械部件中的许多部件都是在被安装到风力涡轮机中之后首次集合在一起，因此已知的风力涡轮机典型地以预定额定功率限制进行设计和/或组装。为了在这种额定功率限制下进行操作，电气部件和/或机械部件可能由于操作限制而以大裕度进行操作。这种操作可能导致低效的风力涡轮机操作，并且风力涡轮机的发电能力可能未得到充分利用。

为此目的，应当理解，期望在安装之前方便地测试机械部件和电力电子部件，以保证部件之间的最佳能力以及风力涡轮机的高效、协调、持久和无故障的操作。此外，期望方便地修复和更换故障部件以及降低机舱内侧的材料成本和提高风力涡轮机的总体效率。

因此，本发明尤其关于发电机和功率转换器的改进的组装方法和系统，以便实现上述成本、可靠性、空间、材料和维护效益。

发明内容

在一个方面中，提供一种风力涡轮发电机，该风力涡轮发电机包括：定子，该定子具有至少一个定子段；转子，该转子可旋转地安装在定子中；以及一个或多个转换组件。该发电机包括一个或多个转换组件，所述一个或多个转换组件机械连接至至少一个定子段。一个或多个转换组件还可以整体连接至至少一个定子段。此外，一个或多个转换组件可以预组装至至少一个定子段。

在另一个方面中，提供一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括由塔架支承的机舱、用于捕获风能的至少一个转子叶片、以及发电机，该发电机用于将动能转化成电能，该发电机包括：定子，该定子具有至少一个定子段；转子，该转子可旋转地安装在定子中；以及一个或多个转换组件。该发电机包括一个或多个转换组件，所述一个或多个转换组件整体连接至至少一个定子段。一个或多个转换组件还可以机械连接至至少一个定子段。此外，一个或多个转换组件可以预组装至至少一个定子段。