Система и способ работы ветровой установки Российский патент 2020 года по МПК F03D9/00 F03D9/25 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Данное изобретение относится в целом к ветровым установкам и в частности к системе и способу для работы ветровой установки при состояниях низкой скорости ветра или неисправности с обеспечением минимизации потерь мощности.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Энергия ветра считается одним из наиболее чистых и наименее безопасных для окружающей среды источников энергии, доступных в настоящее время, в связи с чем ветровые установки привлекают повышенное внимание. Современная ветровая установка, как правило, содержит башню, генератор, коробку передач, гондолу и одну или более лопастей ротора. Лопасти ротора извлекают кинетическую энергию ветра в соответствии с известными принципами работы аэродинамических поверхностей. Например, лопасти ротора, как правило, имеют аэродинамический профиль сечения, так что во время работы воздух проходит по лопастям, создавая перепад давления между их сторонами. В результате на лопасти действует подъемная сила, направленная от стороны повышенного давления к стороне пониженного давления. Подъемная сила создает крутящий момент на главном валу ротора, который присоединен зубчатой передачей к генератору для выработки электроэнергии.

[0003] Во время работы ветер воздействует на лопасти ротора, и они преобразуют энергию ветра в механический крутящий момент, который приводит во вращение низкооборотный вал. Низкооборотный вал выполнен с возможностью приведения в действие коробки передач, которая затем повышает малую частоту вращения низкооборотного вала для приведения в действие высокооборотного вала с увеличенной частотой вращения. Высокооборотный вал обычно с возможностью вращения присоединен к генератору для приведения во вращение ротора генератора. По существу, ротор генератора может наводить вращающееся магнитное поле, при этом внутри статора генератора, соединенного с ротором генератора через магнитное поле, может быть наведено напряжение. Соответствующая электроэнергия может быть передана к главному трансформатору, который, как правило, присоединен к электрической сети через сетевой выключатель. Таким образом, главный трансформатор увеличивает амплитуду напряжения электропитания так, что преобразованная электроэнергия может быть передана далее в электрическую сеть. Кроме того, главный трансформатор зачастую представляет собой высоковольтный трансформатор.

[0004] Во многих ветровых установках ротор генератора может быть электрически присоединен к двунаправленному преобразователю мощности, содержащему преобразователь со стороны ротора, присоединенный к преобразователю со стороны линии подачи напряжения с помощью звена регулируемого постоянного тока (DC). Более конкретно, некоторые ветровые установки, такие как ветроэнергетические установки с асинхронным генератором двойной подачи (АГДП) или установки полного преобразования мощности, могут содержать преобразователь мощности с топологией переменный ток - постоянный ток - переменный ток (AC-DC-AC).

[0005] На фиг. 1 изображена упрощенная схема электрической системы 10 обычной ветровой установки, показывающая такие компоненты. Как показано на чертеже, генератор 14 электрически подключен к преобразователю 12 мощности и к главному трансформатору или трансформатору 16 среднего напряжения (СН). Трансформатор 16 СН присоединен к электрической сети 20 через переключатель 22. Кроме того, как показано на чертеже, потребители, как правило, подсоединены к добавочному трансформатору 18 на 690 В/400 В, который присоединен к ответвлению на 690 В от трансформатора 16 СН. При состояниях низкой скорости ветра и/или неисправности электрическая система 10 находится в режиме ожидания, при этом трансформатор 16 подсоединен к сети 20, что может вызвать нежелательные потери мощности.

[0006] Следовательно, является желательным создание усовершенствованных системы и способа для работы ветровой установки при состояниях низкой скорости ветра для минимизации потерь мощности.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Аспекты и преимущества изобретения частично изложены в нижеследующем описании, или могут быть очевидны из данного описания, или могут быть обнаружены при реализации изобретения на практике.

[0008] В одном аспекте данное изобретение относится к усовершенствованной электрической энергетической системе ветровой установки, присоединенной к электрической сети и обеспечивающей уменьшенные потери мощности. Энергетическая система ветровой установки содержит генератор со статором и ротором, преобразователь мощности, электрически присоединенный к генератору, главный трансформатор, электрически присоединенный к преобразователю мощности и электрической сети, и добавочный трансформатор. Более конкретно, главный трансформатор присоединен к электрической сети с помощью линии подачи напряжения, содержащей переключатель напряжения. Таким образом, добавочный трансформатор присоединен непосредственно к линии подачи напряжения вместо его присоединения к сети через главный трансформатор.

[0009] В одном варианте выполнения добавочный трансформатор может быть присоединен непосредственно к линии подачи напряжения между переключателем напряжения и электрической сетью.

[0010] В другом варианте выполнения энергетическая система также может содержать контроллер, выполненный с возможностью управления работой указанной системы. Таким образом, в дополнительных вариантах выполнения энергетическая система ветровой установки может также содержать один или более датчиков, выполненных с возможностью текущего контроля системы на предмет состояний низкой скорости ветра и/или неисправности. По существу, контроллер выполнен с возможностью размыкания переключателя напряжения при состояниях низкой скорости ветра и/или неисправности для отсоединения главного трансформатора от электрической сети.

[0011] В дополнительных вариантах выполнения при состояниях низкой скорости ветра или неисправности после отсоединения главного трансформатора от электрической сети добавочный трансформатор может оставаться присоединенным к указанной сети так, что он может получать энергию непосредственно из сети по линии подачи напряжения. Контроллер также может быть выполнен с возможностью замыкания переключателя напряжения после исчезновения состояния низкой скорости ветра и/или неисправности для повторного присоединения главного трансформатора к электрической сети.

[0012] В еще одном варианте выполнения энергетическая система может также содержать дополнительный плавкий предохранитель между добавочным трансформатором и линией подачи напряжения. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения переключатель напряжения может содержать двигатель. В таких вариантах выполнения контроллер может быть выполнен с возможностью управления двигателями для автоматического размыкания и замыкания переключателя напряжения.

[0013] В другом аспекте данное изобретение относится к способу работы электрической энергетической системы ветровой установки, присоединенной к электрической сети с обеспечением минимизации потерь мощности. Электрическая энергетическая установка ветровой установки содержит главный трансформатор, электрически присоединенный к электрической сети с помощью линии подачи напряжения, например линии подачи среднего напряжения. Кроме того, линия подачи напряжения содержит переключатель напряжения, выполненный между главным трансформатором и электрической сетью. Таким образом, способ включает текущий контроль состояния скорости ветра и/или состояния сети с помощью одного или более датчиков. Способ также включает электрическое присоединение добавочного трансформатора непосредственно к линии подачи напряжения. При выявлении состояния низкой скорости ветра или состояния неисправности выполняют отсоединение главного трансформатора от электрической сети с помощью контроллера установки, в то время как добавочный трансформатор остается присоединенным к электрической сети.

[0014] В одном варианте выполнения способ может также включать электрическое присоединение добавочного трансформатора непосредственно к линии подачи напряжения между переключателем напряжения и электрической сетью.

[0015] В другом варианте выполнения этап отсоединения главного трансформатора от электрической сети может включать размыкание переключателя напряжения. Кроме того, в дополнительных вариантах выполнения способ может включать получение энергии непосредственно из электрической сети с помощью добавочного трансформатора после отсоединения главного трансформатора от электрической сети.

[0016] В дополнительных вариантах выполнения способ может включать замыкание переключателя напряжения с помощью контроллера установки для повторного присоединения главного трансформатора к электрической сети после исчезновения состояния низкой скорости ветра или неисправности.

[0017] В еще одном варианте выполнения этап электрического присоединения добавочного трансформатора непосредственно к линии подачи напряжения может включать обеспечение дополнительного плавкого предохранителя между добавочным трансформатором и линией подачи напряжения. В таких вариантах выполнения способ может дополнительно включать управление двигателями переключателя напряжения с помощью контроллера установки для автоматического размыкания и замыкания переключателя напряжения.

[0018] В еще одном аспекте изобретение относится к способу работы электрической энергетической системы ветровой установки, присоединенной к электрической сети с обеспечением минимизации потерь мощности. Энергетическая система ветровой установки содержит главный трансформатор, электрически присоединенный к электрической сети с помощью линии подачи напряжения. Кроме того, энергетическая система содержит переключатель напряжения, расположенный между главным трансформатором и электрической сетью. Таким образом, способ включает текущий контроль состояния скорости ветра и/или состояния неисправности энергетической системы с помощью одного или более датчиков. Другой этап включает электрическое присоединение добавочного трансформатора непосредственно к линии подачи напряжения между переключателем напряжения и электрической сетью. При выявлении состояния низкой скорости ветра или неисправности способ может включать размыкание переключателя напряжения для отсоединения главного трансформатора от электрической сети, в то время как добавочный трансформатор остается присоединенным к электрической сети. Кроме того, способ включает получение энергии непосредственно из электрической сети с помощью добавочного трансформатора, в то время как главный трансформатор отсоединен от электрической сети. После исчезновения состояния низкой скорости ветра или неисправности способ может также включать замыкание переключателя напряжения для повторного присоединения главного трансформатора к электрической сети.

[0019] Эти и другие особенности, аспекты и преимущества данного изобретения станут более понятны из нижеследующего описания и прилагаемой формулы изобретения. Прилагаемые чертежи, которые включены в данное описание и являются его частью, изображают варианты выполнения изобретения и совместно с описанием служат для пояснения принципов изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0020] Данное изобретение, в том числе предпочтительный вариант его выполнения, в полной и достаточной для специалиста степени раскрыто в описании, приведенном со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

[0021] фиг. 1 изображает упрощенную схему обычной электрической энергетической системы ветровой установки согласно данному изобретению,

[0022] фиг. 2 изображает вид в аксонометрии части одного варианта выполнения ветровой установки согласно данному изобретению,

[0023] фиг. 3 изображает схематический вид одного варианта выполнения электрической управляющей системы, подходящей для использования с электрическими энергетическими системами ветровых установок согласно данному изобретению,

[0024] фиг. 4 изображает блок-схему одного варианта выполнения контролера, подходящего для использования с электрическими энергетическими системами ветровых установок согласно данному изобретению,

[0025] фиг. 5 изображает упрощенную схему одного варианта выполнения электрической энергетической системы ветровой установки, предназначенной для минимизации потерь мощности, согласно данному изобретению,

[0026] фиг. 6 изображает блок-схему одного варианта выполнения способа работы ветровой установки для минимизации потерь мощности согласно данному изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0027] Ниже подробно рассмотрены варианты выполнения изобретения, один или более примеров которых изображены на прилагаемых чертежах. Каждый пример приведен для пояснения изобретения без его ограничения. Фактически, специалистам должно быть понятно, что данное изобретение может быть подвергнуто различным модификациям и изменениям без отклонения от его объема или сущности. Например, элементы, изображенные или описанные как часть одного варианта выполнения, могут использоваться в другом варианте выполнения для получения еще одного варианта выполнения. Таким образом, подразумевается, что данное изобретение охватывает такие модификации и изменения, находящиеся в рамках объема прилагаемой формулы изобретения, а также их эквиваленты.

[0028] Данное изобретение относится в целом к системе и способу для работы ветровой установки, присоединенной к электрической сети с обеспечением минимизации потерь мощности при состояниях низкой скорости ветра и/или неисправности. Энергетическая система ветровой установки содержит генератор со статором и ротором, преобразователь мощности, электрически присоединенный к генератору, главный трансформатор, электрически присоединенный к преобразователю мощности и электрической сети, и добавочный трансформатор. Более конкретно, главный трансформатор присоединен к электрической сети с помощью линии подачи напряжения, содержащей переключатель напряжения. Таким образом, добавочный трансформатор присоединен непосредственно к линии подачи напряжения вместо его присоединения к сети через главный трансформатор. Соответственно, добавочный трансформатор может получать энергию из электрической сети, даже когда главный трансформатор отсоединен. Таким образом, система и способ согласно данному изобретению минимизируют потери мощности при состояниях низкой скорости ветра и/или неисправности.

[0029] В соответствии с чертежами на фиг. 2 изображен вид в аксонометрии части иллюстративной ветровой установки 100 согласно данному изобретению, которая выполнена с возможностью реализации способа и устройства, описанных в данном документе. Ветровая установка 100 содержит гондолу 102, в которой обычно размещен генератор (не показан). Гондола 102 установлена на башне 104, имеющей подходящую высоту, способствующую работе установки 100, как описано в данном документе. Ветровая установка 100 также содержит ротор 106 с тремя лопастями 108, прикрепленными к вращающейся ступице 110. Как вариант, установка 100 может содержать любое количество лопастей 108, которое способствует ее работе, как описано в данном документе. Установка 100 может содержать датчик 124 скорости ветра, такой как, например, анемометр, предназначенный для измерения скорости ветра на установке 100 или вблизи нее.

[0030] На фиг. 3 изображен схематический вид иллюстративной электрической управляющей системы 200, которая может использоваться с ветровой установкой 100. Во время работы ветер воздействует на лопасти 108, и они преобразуют энергию ветра в механический крутящий момент, который с помощью ступицы 110 приводит во вращение низкооборотный вал 112. Вал 112 выполнен с возможностью приведения в действие коробки 114 передач, которая затем повышает низкую частоту вращения вала 112 для приведения в действие высокооборотного вала 116 с увеличенной частотой вращения. Высокооборотный вал 116 обычно с возможностью вращения присоединен к генератору 118 для приведения во вращение ротора 122 генератора. В одном варианте выполнения генератор 118 может представлять собой трехфазный индукционный (асинхронный) генератор двойной подачи (АГДП) с фазным ротором, содержащий статор 120, который соединен через магнитное поле с ротором 122 генератора. По существу, ротор 122 может наводить вращающееся магнитное поле, при этом внутри статора 120 генератора, соединенного с ротором 122 через магнитное поле, может быть наведено напряжение. В одном варианте выполнения генератор 118 выполнен с возможностью преобразования механической энергии вращения в синусоидальный электрический сигнал трехфазного переменного тока (АС) в статоре 120. Соответствующая электроэнергия может быть передана к главному трансформатору 234 через шину 208 статора, синхронизирующий переключатель 206 статора, системную шину 216, размыкатель 214 цепи главного трансформатора и шину 236 со стороны генератора. Главный трансформатор 234 увеличивает амплитуду электрического напряжения так, что преобразованная электроэнергия может быть передана далее в сеть через шину 240 со стороны размыкателя, размыкатель 238 сетевой цепи и шину 242 сети.

[0031] Кроме того, электрическая управляющая система 200 может содержать контроллер 202 ветровой установки, предназначенный для управления любым из компонентов установки 100. Например, как показано, в частности, на фиг. 4, контроллер 202 может содержать один или более процессоров 204 и соответствующее запоминающее устройство (запоминающие устройства) 207, предназначенное(-ые) для выполнения различных функций, реализуемых вычислительным устройством (например, для выполнения способов, этапов, вычислений и т.п. и хранения релевантных данных, как описано в данном документе). Кроме того, контроллер 202 может также содержать модуль 209 обмена данными для содействия обмена данными между контроллером 202 и различными компонентами ветровой установки 100, например, любым из компонентов, показанных на фиг. 3. Кроме того, модуль 209 может содержать интерфейс 211 датчиков (например один или более аналого-цифровых преобразователей) для обеспечения возможности преобразования сигналов, переданных от одного или более датчиков, в сигналы, которые могут быть восприняты и обработаны процессорами 204. Следует понимать, что датчики (например датчики 252, 254, 256, 258) могут быть присоединены с возможностью обмена данными к модулю 209 с использованием любых подходящих средств. Например, как показано на фиг. 4, датчики 252, 254, 256, 258 могут быть присоединены к интерфейсу 211 с помощью проводного соединения. Однако в других вариантах выполнения датчики 252, 254, 256, 258 могут быть присоединены к интерфейсу 211 с помощью беспроводного соединения, например, с использованием любого подходящего беспроводного протокола обмена данными, известного в данной области техники. По существу, процессор 204 может быть выполнен с возможностью приема одного или более сигналов от датчиков.

[0032] Термин «процессор», используемый в данном документе, относится не только к интегральным схемам, которые в данной области техники рассматриваются как включенные в вычислительное устройство, но также к контроллеру, микроконтроллеру, микрокомпьютеру, программируемому логическому контроллеру (PLC), специализированной интегральной схеме и другим программируемым схемам. Процессор 204 также выполнен с возможностью вычисления алгоритмов расширенного управления и с возможностью обмена данными с различными Ethernet-протоколами или протоколами на основе последовательной передачи данных (Modbus, ОРС, CAN и т.д.). Кроме того, запоминающее устройство (запоминающие устройства) 207 может (могут), как правило, содержать элемент(ы) памяти, в том числе, но без ограничения этим, машиночитаемый носитель (например оперативное запоминающее устройство (RAM)), машиночитаемый энергонезависимый носитель, (например флеш-память), флоппи-диск, постоянное запоминающее устройство на компакт-диске (CD-ROM), магнитооптический диск (MOD), универсальный цифровой диск (DVD) и/или другие подходящие элементы памяти. Такое устройство (устройства) 207 может (могут) быть в целом выполнено(-ы) с возможностью хранения соответствующих машиночитаемых команд, которые после их выполнения процессором (процессорами) 204 обеспечивают выполнение контроллером 202 различных функций, как описано в данном документе.

[0033] Как показано на фиг. 3, статор 120 генератора может быть электрически присоединен к синхронизирующему переключателю 206 через шину 208 статора. В одном варианте выполнения для содействия конфигурации АГДП ротор 122 электрически присоединен к узлу 210 двунаправленного преобразования мощности или преобразователю мощности через шину 212 ротора. Как вариант, ротор 122 может быть электрически присоединен к шине 212 с помощью любого другого устройства, способствующего работе электрической управляющей системы 200, как описано в данном документе. В дополнительном варианте выполнения переключатель 206 может быть электрически присоединен к размыкателю 214 цепи главного трансформатора через системную шину 216.

[0034] Узел 210 преобразования мощности может содержать фильтр 218 ротора, электрически присоединенный к ротору 122 через шину 212. Фильтр 218 электрически присоединен с помощью шины 219 к преобразователю 220 мощности со стороны ротора. Кроме того, преобразователь 220 может быть электрически присоединен к преобразователю 222 мощности со стороны линии электропередачи через одно звено 244 постоянного тока (DC). Как вариант, преобразователь 220 со стороны ротора и преобразователь 222 со стороны линии электропередачи могут быть электрически соединены с помощью индивидуальных и отдельных звеньев постоянного тока. Кроме того, как показано, звено 244 может содержать плюсовую шину 246, минусовую шину 248 и по меньшей мере один конденсатор 250, присоединенный между ними.

[0035] Кроме того, шина 223 преобразователя мощности со стороны линии электропередачи может электрически присоединять преобразователь 222 к линейному фильтру 224, который может быть присоединен к линейному контактору 226 с помощью линейной шины 225. Дополнительно, фильтр 224 может содержать линейный стабилизатор (не показан). Помимо этого, контактор 226 может быть электрически присоединен к размыкателю 228 преобразующей цепи через шину 230 указанного размыкателя. Кроме того, размыкатель 228 может быть электрически присоединен к размыкателю 214 цепи главного трансформатора через системную шину 216 и соединительную шину 232. Размыкатель 214 может быть электрически присоединен к главному трансформатору 234 электропитания через шину 236 со стороны генератора. Трансформатор 234 может быть электрически присоединен к размыкателю 238 сетевой цепи через шину 240 со стороны размыкателя. Размыкатель 238 может быть электрически присоединен через сетевую шину 242 к сети для передачи и распределения электроэнергии.

[0036] При работе мощность переменного тока (АС), вырабатываемая в статоре 120 вследствие вращения ротора 106, подается через сдвоенный контур к шине 242 сети. Сдвоенные контуры определены шиной 208 статора и шиной 212 ротора. Со стороны шины 212 ротора к узлу 210 подается мощность многофазного (например трехфазного) синусоидального переменного тока. Преобразователь 220 со стороны ротора преобразует мощность переменного тока, получаемую от шины 212 ротора, в мощность постоянного тока, которую подает к звену 244. Переключающие элементы (например биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT)), используемые в мостовых схемах преобразователя 220 со стороны ротора, могут быть отмодулированы для преобразования мощности переменного тока, полученной от шины 212, в мощность постоянного тока, подходящую для звена 244.

[0037] Преобразователь 222 со стороны линии электропередачи преобразует мощность постоянного тока на звене 244 в выходную мощность переменного тока, подходящую для шины 242 электрической сети. В частности, переключающие элементы (например IGBT), используемые в мостовых схемах преобразователя 222, могут быть отмодулированы для преобразования мощности постоянного тока на звене 244 в мощность переменного тока на шине 225. Мощность переменного тока, полученная от узла 210, может быть объединена с мощностью, полученной от статора 120, для создания многофазной мощности (например трехфазной мощности) с частотой, поддерживаемой по существу на уровне частоты шины 242 сети (например на уровне 50 Гц/60 Гц). Следует понимать, что преобразователь 220 со стороны ротора и преобразователь 222 со стороны линии электропередачи могут иметь любую конфигурацию, в которой используются любые переключающие устройства, способствующие работе электрической управляющей системы 200, описанной в данном документе.

[0038] Кроме того, узел 210 преобразования мощности может быть соединен путем электронного обмена данными с контроллером 202 ветровой установки и/или с отдельным или интегрированным контроллером 262 преобразователя для управления работой преобразователя 220 и преобразователя 222. Например, во время работы контроллер 202 может обеспечивать прием одного или более сигналов измерения напряжения и/или электрического тока от первого набора датчиков 252 напряжения и электрического тока. Таким образом, контроллер 202 может быть выполнен с возможностью текущего контроля и регулирования по меньшей мере некоторых из операционных переменных, связанных с ветровой установкой 100, при помощи датчиков 252. В изображенном варианте выполнения каждый датчик 252 может быть электрически присоединен к каждой одной из трех фаз шины 242 электрической сети. Как вариант, датчики 252 могут быть электрически присоединены к любому участку системы 200, способствующему ее работе, как описано в данном документе. В дополнение к датчикам, описанным выше, датчики также могут содержать второй набор датчиков 254 напряжения и электрического тока, третий набор датчиков 256 напряжения и электрического тока, четвертый набор датчиков 258 напряжения и электрического тока (все из которых показаны на фиг. 3) и/или другие подходящие датчики.

[0039] Также следует понимать, что внутри ветровой установки 100 и в любом местоположении может использоваться любое количество или любой тип датчиков напряжения и электрического тока. Например, датчики могут представлять собой измерительные трансформаторы тока, шунтовые датчики, пояса Роговского, датчики тока на эффекте Холла, микроинерциальные измерительные блоки (MIMU) и т.п. и /или любые другие подходящие датчики напряжения и электрического тока, известные в настоящее время или разработанные впоследствии в данной области техники.

[0040] Таким образом, контроллер 262 преобразователя выполнен с возможностью приема одного или более сигналов обратной связи по напряжению и/или электрическому току от датчиков 252, 254, 256, 258. Более конкретно, в некоторых вариантах выполнения сигналы обратной связи по напряжению и/или электрическому току могут содержать по меньшей мере одни из следующих сигналов: сигналы обратной связи по линейному току, сигналы обратной связи от преобразователя со стороны линии электропередачи, сигналы обратной связи от преобразователя со стороны ротора, сигналы обратной связи по току от статора, сигналы обратной связи по линейному напряжению или сигналы обратной связи по напряжению от статора. Например, как показано в изображенном варианте выполнения, контроллер 262 принимает сигналы измерения напряжения и электрического тока от второго набора датчиков 254, соединенного путем электронного обмена данными с шиной 208 статора. Контроллер 262 может также принимать третий и четвертый набор сигналов измерения напряжения и электрического тока от третьего и четвертого набора датчиков 256, 258. Кроме того, контроллер 262 может обладать любыми признаками, описанными в данном документе в отношении главного контроллера 202. Более того, контроллер 262 может быть выполнен отдельно от главного контроллера 202 или за одно целое с ним. По существу, контроллер 262 выполнен с возможностью осуществления различных этапов способа, описанного в данном документе, и может быть выполнен аналогично контроллеру 202 ветровой установки.

[0041] На фиг. 5 изображен упрощенный схематический вид одного варианта выполнения электрической энергетической системы 300 ветровой установки, предназначенной для минимизации потерь мощности. Как показано на чертеже, система 300 содержит генератор 118 со статором 120 и ротором 122, преобразователь 210 мощности, электрически присоединенный к генератору 118, главный трансформатор 234, т.е. трансформатор среднего напряжения, электрически присоединенный к преобразователю 210 мощности и электрической сети 304 через сетевую шину 242, и добавочный трансформатор 302. Более конкретно, как показано на чертеже, главный трансформатор 234 может быть присоединен к сети 304 с помощью линии 306 подачи напряжения, т.е. линии среднего напряжения, содержащей соответствующий переключатель 308 напряжения. Таким образом, как показано, добавочный трансформатор 302 может быть присоединен непосредственно к линии 306 вместо его присоединения к сети 304 через главный трансформатор 234 (как показано на фиг. 1, изображающей обычную систему 10). Более конкретно, как показано на чертеже, добавочный трансформатор 302 может быть присоединен непосредственно к линии 306 между переключателем 308 и сетью 304.

[0042] В другом варианте выполнения, как указано выше, система 300 может содержать контроллер, например такой как контроллер 202 ветровой установки, выполненный с возможностью управления работой системы 300. Таким образом, в других вариантах выполнения датчики (например датчики 124, 252, 254, 256, 258) выполнены с возможностью текущего контроля системы 300 на предмет состояний низкой скорости ветра и/или неисправности. По существу, при выявлении состояния низкой скорости ветра и/или неисправности контроллер 202 обеспечивает размыкание переключателя 308 напряжения для отсоединения главного трансформатора 234 от сети 304. Более конкретно, в некоторых вариантах выполнения переключатель 308 может содержать двигатель 312. Таким образом, контроллер 202 может быть выполнен с возможностью управления двигателем 312 для автоматического размыкания и замыкания переключателя 308 напряжения.

[0043] В дополнительных вариантах выполнения добавочный трансформатор 302 может оставаться присоединенным к сети 304 во время такого отсоединения, вследствие чего он получает энергию непосредственно из сети 304 через линию 306 подачи напряжения при состояниях низкой скорости ветра и/или неисправности. Таким образом, трансформатор 234 может продолжать поддерживать рабочие пределы так, что контроллер 202, анемометры, нагреватели, вентиляторы и т.д. могут оставаться в рабочем состоянии. После исчезновения состояний низкой скорости ветра и/или неисправности контроллер 202 обеспечивает замыкание переключателя 308 для повторного присоединения главного трансформатора 234 к сети 304. В другом варианте выполнения система 300 может также содержать дополнительный плавкий предохранитель 310 между добавочным трансформатором 302 и линией 306.

[0044] На фиг. 6 изображена блок-схема одного варианта выполнения способа 400 работы энергетической системы 300, показанной на фиг. 5, с обеспечением минимизации потерь мощности. Как показано под номером 402 позиции, способ 400 включает текущий контроль состояния скорости ветра и/или состояния сети 304 с помощью одного или более датчиков (например датчиков 124, 252, 254, 256, 258). Более конкретно, состояние скорости ветра может представлять собой состояние низкой скорости ветра. Используемое в данном документе выражение «состояние низкой скорости ветра» может в целом относиться к значению скорости ветра, которое меньше начальной скорости ветра. Выражение «начальная скорость ветра» в целом относится к скорости ветра, при которой ветровая установка начинает генерировать мощность. Таким образом, для многих ветровых установок начальная скорость ветра может составлять от приблизительно 3 м/с до приблизительно 5 м/с. По существу, низкие скорости ветра могут охватывать значения скорости ветра, меньшие чем приблизительно 3 м/с. Однако следует понимать, что низкие скорости ветра могут изменяться от установки к установке. Применительно к данному документу выражение «состояния сети» может в целом относиться к любому состоянию сети, указывающему на наличие неисправности в электрической сети 304.

[0045] Как показано под номером 404 позиции, способ 400 может также включать электрическое присоединение добавочного трансформатора 302 непосредственно к линии 306 подачи среднего напряжения. Более конкретно, как показано на чертеже, способ 400 может также включать электрическое присоединение трансформатора 302 непосредственно к линии 306 между переключателем 308 напряжения и сетью 304. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения этап электрического присоединения трансформатора 302 непосредственно к линии 306 может включать обеспечение дополнительного плавкого предохранителя 310 между трансформатором 302 и линией 306. В таких вариантах выполнения способ 400 может дополнительно включать управление двигателями 312, 314 переключателя 308 с помощью контроллера 202 для автоматического размыкания и/или замыкания переключателя 308 в ответ на состояния низкой скорости ветра и/или неисправности.

[0046] По существу, как показано под номером 406 позиции, при выявлении состояния низкой скорости ветра или состояния неисправности способ 400 может включать отсоединение главного трансформатора 234 от электрической сети 304 с помощью контроллера 202 ветровой установки, в то время как добавочный трансформатор 302 остается присоединенным к сети 304. Более конкретно, в некоторых вариантах выполнения на этапе отсоединения трансформатора 234 от сети 304 может выполняться размыкание переключателя 308 напряжения, т.е. контроллер 202 может передавать двигателю 312 сигнал на размыкание переключателя 308.

[0047] Кроме того, как показано под номером 408 позиции, способ 400 включает получение энергии непосредственно из сети 304 с помощью добавочного трансформатора 302, в то время как главный трансформатор 234 отсоединен от сети 304. После исчезновения состояния низкой скорости ветра и/или неисправности, как показано под номером 210 позиции, способ 400 включает замыкание переключателя 308, например, с помощью контроллера 202 для повторного присоединения трансформатора 234 к сети 304. Установление факта исчезновения состояния низкой скорости ветра и/или состояния неисправности может быть выполнено датчиками, как описано в данном документе.

[0048] В приведенном описании примеры, в том числе предпочтительный вариант выполнения, используются для раскрытия данного изобретения, а также для обеспечения возможности реализации изобретения на практике, включая изготовление и использование любых устройств или установок и осуществление любых соответствующих или предусмотренных способов, любым специалистом. Объем правовой охраны изобретения определен формулой изобретения и может охватывать другие примеры, очевидные специалистам в данной области техники. Подразумевается, что такие другие примеры находятся в рамках объема формулы изобретения, если они содержат конструктивные элементы, не отличающиеся от описанных в дословном тексте формулы, или эквивалентные конструктивные элементы, незначительно отличающиеся от описанных в дословном тексте формулы.

Данное изобретение относится к электрической энергетической системе (300) ветровой установки, предназначенной для минимизации потерь мощности. Энергетическая установка (300) содержит генератор (118) со статором (120) и ротором (122), преобразователь (210) мощности, электрически присоединенный к генератору (118), главный трансформатор (234), электрически присоединенный к преобразователю (210) мощности и электрической сети (304), и добавочный трансформатор (302). Более конкретно, главный трансформатор (234) присоединен к электрической сети (304) с помощью линии (306) подачи напряжения, содержащей переключатель (308) напряжения. Таким образом, добавочный трансформатор (302) присоединен непосредственно к линии (306) подачи напряжения вместо его присоединения к электрической сети (304) через главный трансформатор (234). 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Электрическая энергетическая система (300) ветровой установки, присоединенная к электрической сети (304) и содержащая

генератор (118), содержащий статор (120) и ротор (106),

преобразователь (210) мощности, электрически присоединенный к указанному генератору (118),

главный трансформатор (234), электрически присоединенный к указанным преобразователю (210) мощности и электрической сети (304),

причем главный трансформатор (234) присоединен к электрической сети (304) с помощью линии (306) подачи напряжения, содержащей

переключатель (308) напряжения,

добавочный трансформатор (302), присоединенный непосредственно к линии (306) подачи напряжения и выполненный с возможностью получения мощности непосредственно из электрической сети (304) через указанную линию (306), и

по меньшей мере один датчик (124) для измерения скорости ветра вблизи указанной электрической энергетической системы (300) ветровой установки, отличающаяся тем, что она содержит

контроллер (202), соединенный с возможностью обмена данными с указанным по меньшей мере одним датчиком (124), причем, если скорость ветра меньше начальной скорости ветра электрической энергетической системы (300) ветровой установки, контроллер (202) размыкает переключатель (308) напряжения для отсоединения главного трансформатора (234) от электрической сети (304), и, после отсоединения главного трансформатора (234) от электрической сети (304), добавочный трансформатор (302) получает энергию непосредственно из электросети (304) через указанную линию (306) подачи напряжения.

2. Энергетическая система (300) по п.1, в которой добавочный трансформатор (302) присоединен непосредственно к линии (306) подачи напряжения между переключателем (308) напряжения и электрической сетью (304).

3. Энергетическая система (300) по п.1 или 2, в которой контроллер (202) выполнен с возможностью замыкания переключателя (308) напряжения после исчезновения состояний низкой скорости ветра или неисправности для повторного присоединения главного трансформатора (234) к электрической сети (304).

4. Энергетическая система (300) по любому из предшествующих пунктов, содержащая дополнительный плавкий предохранитель (310) между добавочным трансформатором (302) и линией (306) подачи напряжения.

5. Энергетическая система (300) по любому из предшествующих пунктов, в которой переключатель (308) напряжения содержит двигатель (312), при этом контроллер (202) выполнен с возможностью управления указанным двигателем (312) для автоматического размыкания и замыкания переключателя (308) напряжения.

6. Способ (400) работы электрической энергетической системы (300) ветровой установки, присоединенной к электрической сети (304), с обеспечением минимизации потерь мощности, причем указанная система (300) содержит

главный трансформатор (234), электрически присоединенный к указанной сети (304) с помощью линии (306) подачи среднего напряжения, содержащей переключатель (308) напряжения, при этом способ (400) включает

текущий контроль состояния скорости ветра вблизи указанной электрической энергетической системы (300) ветровой установки с помощью одного или более датчиков (252, 254, 256, 258, 262),

электрическое присоединение добавочного трансформатора (302) непосредственно к линии (306) подачи среднего напряжения, и

отсоединение главного трансформатора (234) от электрической сети (304) с помощью контроллера (202) ветровой установки, если скорость ветра меньше начальной скорости ветра электрической энергетической системы (300) ветровой установки, в то время как добавочный трансформатор (302) остается присоединенным к электрической сети (304) и получает энергию непосредственно из электрической сети (304) через линию (306) подачи среднего напряжения.

7. Способ (400) по п.6, в котором добавочный трансформатор (302) электрически присоединяют непосредственно к линии (306) подачи среднего напряжения между переключателем (308) напряжения и электрической сетью (304).

8. Способ (400) по п.6 или 7, в котором при отсоединении главного трансформатора (234) от электрической сети (304) выполняют размыкание переключателя (308) напряжения.

9. Способ (400) по любому из пп.6-8, в котором, после того как скорость ветра становится больше указанной начальной скорости ветра, дополнительно выполняют замыкание переключателя (308) напряжения с помощью контроллера (202) для повторного присоединения главного трансформатора (234) к электрической сети (304).

10. Способ (400) по любому из пп.6-9, в котором обеспечивают дополнительный плавкий предохранитель (310) между добавочным трансформатором (302) и линией (306) подачи среднего напряжения.