[发明专利]风力涡轮机及控制风力涡轮机的方法

说明书

技术领域

本发明涉及包括转子和主轴的风力涡轮机，其中，所述主轴与所述转子耦连，以将风能转化为主轴的转动动能，并且其中，主轴与风力涡轮机的主发电机机械耦连，其中所述主发电机实现为将转动动能转化为电能。本发明还涉及控制风力涡轮机的方法。

背景技术

用于将风能转化为电能的风力涡轮机是公知的。风力涡轮机的强度和连续性随地点和时间变化，从而导致波动的能量被供应到风力涡轮机。此外，如果产生长期湍流，则风力涡轮机必须停止工作，导致100%的风能损失或导致在风力小的时期可以提供的电能降低。为此，风力涡轮机包括传统的制动器，以制动转子。实际上制动能量是被浪费了。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有改善的能量效率的风力涡轮机。

本发明的这一目的由权利要求1所述的风力涡轮机和权利要求15所述的控制风力涡轮机的方法来实现。

因此，所述风力涡轮机包括转子和主轴，其中，所述主轴与所述转子耦连，以将风能转化为所述主轴的转动动能，并且其中，所述主轴与所述风力涡轮机的主发电机机械耦连，其中所述主发电机实现为将转动动能转化为电能，其中，制动系统包括能量回收装置，所述能量回收装置实现为当所述制动系统降低所述转子的转速时回收所述主轴的至少部分转动动能。这使得可以在风力涡轮机进行制动操作时存储动能并且在制动操作完成后使用所存储的能量。

根据本发明，一种控制风力涡轮机的方法，所述风力涡轮机包括转子和主轴，其中，所述主轴与所述转子耦连，以将风能转化为所述主轴的转动动能，并且其中，所述主轴与所述风力涡轮机的主发电机机械耦连，其中所述主发电机实现为将转动动能转化为电能，由此，所述方法包括步骤：当所述制动系统降低所述转子的转速时存储至少部分回收的动能。

具体地，如以下描述所示，本发明的优选实施例和特征由从属权利要求给出。由此，在风力涡轮机的背景下示出的特征也可以在风力涡轮机的控制方法的背景中实现。

在一个优选实施例中，制动系统包括在制动所述转子时存储主轴的转动动能的动能存储装置。所述动能存储装置使得可以在风力涡轮机进行制动操作时快速和便利地存储动能。动能可以转化为电能，然后被存储。稍后，所存储的电能可以供应到风力涡轮机的其它电气装置或供应到与主发电机连接的电网。在进行制动操作时所述动能存储装置用作制动器。因此，风力涡轮机可以装配固定静止的转子的较小制动器而不是传统的制动器，该较小的制动器可以是例如用于固定转子的固定制动器。最后，较小的传统制动器可以与动能存储装置结合，以联合制动所述转子。与根据现有技术的风力涡轮机相比，这种较小的传统制动器导致需要较小舱的轻型风力涡轮机。

在一个优选实施例中，动能存储装置还包括与轴机械耦连的至少一个飞轮。动能从该轴传送到飞轮。该飞轮通过其转动运动存储动能。这种飞轮可以在短时间存储大量动能。例如，四个飞轮可以布置为四方布置，以避免不希望的动力效应。

在另一优选实施例中，辅助发电机与飞轮机械耦连。这使得可以将飞轮中存储的动能转化为电能，该电能稍后可以用于供应风力涡轮机的其它电气装置。或者，此电能可以供应到与主发电机连接的电网。此外，与在制动操作期间动能从主轴传送到飞轮所用的时间相比，利用辅助发电机可以在更长的时间内分配所存储的电能。这使得所存储的能量能够以比存储比率更低的比率使用更长的时间。

优选地，电能存储装置与辅助发电机电耦连。这使得可以存储源自飞轮所存储的动能的由辅助发电机产生的电能。此电能可以用于驱动风力涡轮机的电气装置或者可以供应到与主发电机连接的电网。

在另一实施例中，设置AC/DC转换器，以转化所述辅助发电机产生的电能。这使得可以将电能方便地存储在诸如蓄电池、蓄能器等存储装置中。

在一个优选实施例中，设置具有输入轴和输出轴的辅助齿轮，从而所述输入轴可以与主轴机械耦连。例如，这种机械耦连可以包括不存在任何中间齿轮的直接耦连。辅助齿轮使得可以通过将主轴的转动速度传送到输出轴来改善动能到飞轮的传输。由此，可以达到至少为1的传输率。

优选地，辅助齿轮包括齿轮箱，该齿轮箱在所述输入轴和所述输出轴之间的具有无级变速（CVT, continuously variable transmission）速比。该辅助齿轮使得速比无级适应，并且因此改善从主轴到飞轮的动能传输。