[发明专利]具有扩展的电压范围的风力涡轮机

说明书

本发明涉及一种风力涡轮机，其包括一个风力转子、被其驱动而用于产生电能的一个发电机以及用于任选地经由一个系统变压器来馈送该电能的一条连接线。该风力涡轮机配备有一个电压扩展器，其借助于一个辅助电压源将该风力涡轮机的电压范围扩展。该电压扩展器包括其本身的一个小型变压器并且包括一个切换机构，该小型变压器具有一个初级绕组和一个次级绕组。该小型变压器以该次级绕组在该连接线中成圈，该切换机构连接至该小型变压器的初级绕组上，从而以可切换的多级方式来致动该初级绕组。因此，实现了该风力涡轮机的电压范围的多级扩展，其中归因于该小型变压器在该连接线中的纵向安排，该小型变压器仅需要具有该风力涡轮机的一部分额定功率。

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括一个风力转子、被其驱动而用于产生电能的一个发电机以及用于输出该电能的一条连接线。

技术背景

随着这些风力涡轮机变得越来越普遍并且同时其性能逐渐提高，优选地在存在良好风力条件的位置、尤其在海岸线上、在海边或在山区建立风力发电场。在许多情况下，有些区域的基础设施不足，这具体适用于海边的风力发电场(所谓的海上风力发电场)，在海边一般根本没有基础设施。这要求到耗能装置或到高容量的分布网络具有比较长的线路。因此，在具有相对高功率供给的风力发电场的情况下通常存在电压偏差。电网运营商对此作出响应并且在日益增大的程度上要求来自风力涡轮机的相对于与额定电压的偏差更大的电压强度，其中在以cos phi＝1的功率因素运行的情况下也提供这个电压强度。

为了扩大风力涡轮机的电压范围，已知的是向所述风力涡轮机提供分接头切换变压器。在这种情况下，该变压器的变压系数可以通过一个开关来改变，这样使得该风力涡轮机可以用此方式与上游电网的不同电压相匹配。因此，虽然可以覆盖比较大的电压范围，但是这些有载分接开关的切换时间比较长(高达几分钟)，这被认为太慢。另外，这些有载分接开关易受磨损。为了避免这个问题，原则上可以提供一种基于半导体元件的解决方案。但是，这具有以下缺点：半导体元件的大小需要格外大并且因此需要精心设计，因为总功率是经由所述半导体元件来传输的。对兆瓦范围内的现代强大风力涡轮机而言，这实际上是几乎不可能的。

发明内容

基于上述的具有有载分接开关的现有技术，本发明基于的目的是扩展风力涡轮机的电压范围，其中旨在以低复杂性来实现更快的切换时间。

本发明所提出的任务通过如下风力涡轮机和风力发电场来解决。有利的发展也在下文中进行描述。

在以下这种风力涡轮机中：该风力涡轮机包括一个风力转子、被其驱动而用于产生电能的一个发电机、以及用于准确而言可能经由涡轮机变压器来输出该电能的一条连接线，提供了根据本发明的、用于借助于一个额外电压源将该风力涡轮机的电压范围扩展的一种电压扩展器，其中该电压扩展器包括一个专用的小型变压器以及一个切换机构，该小型变压器具有初级绕组和次级绕组，并且其中该小型变压器以该次级绕组在该连接线中成圈，并且该切换机构连接至该小型变压器的初级绕组上并且以多分接头的方式致动所述初级绕组使之具有转接能力。

本发明是基于引起电压范围的扩展这个概念，其中该风力涡轮机可以通过由额外的小型变压器与一个切换机构组成的电压扩展器进行操作。借助于该切换机构，该小型变压器在这种情况下是以多分接头方式连接的，其中取决于这种分接头转换，实现了或多或少大的或方向性不同的电压变动。由于根据本发明的小型变压器在该风力涡轮机与电网之间在连接线中成圈，以此方式它可以通过感应出与该风力涡轮机输出的电压具有相同数学符号的额外电压来增大该风力涡轮机的电压，或者它可以通过感应出与该风力涡轮机具有相反数学符号的电压来减小该风力涡轮机的电压。